近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所肥料及施肥技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種新型有機(jī)硅基聚氨酯包膜控釋尿素。該研究突破了傳統(tǒng)以碳鏈聚氨酯為包膜材料的技術(shù)路徑，創(chuàng)新性地采用硅鏈聚氨酯作為主要膜材，通過(guò)多元醇分子結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)、聚氨酯膜層性能的精細(xì)調(diào)控以及包膜工藝的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了控釋肥料養(yǎng)分的精準(zhǔn)釋放。相關(guān)研究成果發(fā)表于《Progress in Organic Coatings》期刊(JCR Q1，IF=7.9)，并已獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)一項(xiàng)。
 

　　包膜控釋肥料的研發(fā)與應(yīng)用是推動(dòng)新型肥料服務(wù)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要支撐。聚氨酯包膜控釋肥料作為當(dāng)前市場(chǎng)上性能優(yōu)異且體系成熟的新型肥料產(chǎn)品，仍面臨膜材料控釋性能與降解性能難以兼顧的技術(shù)瓶頸。有機(jī)硅多元醇因其硅鏈結(jié)構(gòu)兼具高疏水性與生物可降解特性，目前在聚氨酯包膜控釋肥料研發(fā)中作為助劑使用，將其用來(lái)制備控釋膜層的研究還未見(jiàn)報(bào)道。
 

　　本研究以有機(jī)硅多元醇(羥丁基硅油)為研究對(duì)象，通過(guò)調(diào)控其羥值、R值等分子結(jié)構(gòu)參數(shù)及優(yōu)化包膜工藝，成功制備了膜層疏水性能顯著增強(qiáng)的有機(jī)硅基聚氨酯包膜尿素。進(jìn)一步通過(guò)優(yōu)化蓖麻油多元醇與有機(jī)硅多元醇的復(fù)混比例，有效提升了膜層的力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)探討了多元醇分子結(jié)構(gòu)變化與肥料功能之間的內(nèi)在關(guān)系，揭示了多元醇鏈段互補(bǔ)調(diào)控包膜肥料控釋性能的作用機(jī)制。主要結(jié)果如下：(1)采用羥值為175、R值為1.15的有機(jī)硅多元醇在80℃、4%包膜率的工藝條件下制備的包膜控釋尿素，其膜層水接觸角達(dá)98.05°，較聚醚聚氨酯包膜控釋尿素膜層相比，疏水性能顯著提升40%，控釋期達(dá)到43天；將蓖麻油多元醇(179羥值)替代20 wt.%有機(jī)硅多元醇后，包膜控釋尿素膜層斷裂伸長(zhǎng)率提高至4.97%，控釋期延長(zhǎng)至90天以上。(2)表征分析結(jié)果顯示，與純有機(jī)硅基聚氨酯包膜尿素相比，蓖麻油/有機(jī)硅基聚氨酯包膜尿素膜層C-H鍵特征峰突出、表面粗糙度從0.5nm提升至6.2nm，表明蓖麻油多元醇與有機(jī)硅多元醇因分子鏈段極性相似而形成高效共聚體系，該共聚體兼具前者長(zhǎng)脂肪烴鏈段的柔韌性與后者硅氧烷鏈段的疏水性，從而顯著提升了包膜尿素的養(yǎng)分控釋功能。該研究通過(guò)深入解析“結(jié)構(gòu)—性能—功能”一體化理論體系，為聚氨酯包膜材料的綠色化與高性能化設(shè)計(jì)提供了新的學(xué)術(shù)思路。同時(shí)，基于多元醇復(fù)混改性的協(xié)同效應(yīng)研究，揭示了不同類型多元醇鏈段互補(bǔ)的作用機(jī)理，豐富了包膜控釋肥料的材料體系與改性理論。
 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所碩士畢業(yè)生閆思慧為論文第一作者，李娟研究員和楊相東研究員為論文共同通訊作者。本研究得到北方干旱半干旱耕地高效利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2024YFD1700102)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32372819)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院重大科技任務(wù)項(xiàng)目(CAAS-ZDRW202407)等項(xiàng)目共同資助。