仿生聚合物的合成及其用于多功能缓控释肥料的研究

摘要

世界人口在过去40年间呈现爆炸式的增长，导致了人们对粮食产量的需求也随之不断地提高。为了获得更高的粮食产量，化肥、农药和灌溉用水在农业生产中的投入量逐年增加。然而，施用后的肥料只有很少一部分可以被农作物吸收利用，绝大多数的养分在施用后会通过挥发而逸入大气中或者经过淋溶而渗入地下水中，从而致使养分不断地流失，造成了严重的环境污染和资源浪费。为了提高养分利用率和植物对有效的养分摄取量，缓控释肥料得到了人们的广泛研究，以解决现代农业中日益突出的环境污染和资源浪费问题。
　　仿生材料是指模仿生物体的某些特点和特性而制备的材料，如模拟荷叶叶面自清洁作用的仿生超疏水材料、模拟蛋白质结构和功能的聚氨基酸或者多肽、基于仿生原理的贻贝化学等。作为近年来新兴的高分子材料，仿生材料通常具备优良的理化性质，如较高的化学活性、良好的生物降解性和优异的生物相容性等。因此，将仿生材料用于缓控释肥料的研究，具有十分重要的意义。
　　本学位论文以仿生聚合物材料聚天冬氨酸和基于仿生原理的贻贝化学为基础，分别利用自由基共聚、Diels-Alder反应和表面原子转移自由基聚合三种合成方式制备了三种类型的缓控释肥料，考察了这三种肥料的缓控释性能，同时分析了其养分组成，观察了其形貌。具体研究内容及结果如下：
　　1.以尿素、魔芋葡甘露聚糖和多聚磷酸铵为原料混合造粒，将其作为肥料内核，以脱除乙酰基团的魔芋葡甘露聚糖作为内层包膜材料，以魔芋葡甘露聚糖、丙烯酰胺、丙烯酸、聚天冬氨酸和基于聚天冬氨酸的大分子交联剂为原料制备的一种可生物降解的保水剂作为外层包膜材料，采用包膜法制备了一种双层包膜的环境友好缓控释肥料。将所制备的保水剂材料作为肥料的外层包膜，不仅可以降低养分释放速率，还可以提高土壤的含水量。同时降解实验表明，该保水剂具有良好的降解能力。此外，我们也对外层保水剂材料在土壤中的吸水和保水性能以及所制备出的缓控释肥料的释放性能进行了系统的研究。
　　2.采用Diels-Alder反应，以糠胺修饰的聚天冬氨酸钠盐、末端修饰马来酰亚胺基团的聚乙二醇和聚天冬氨酸钠盐为原料制备了一种半互穿的农用保水剂。同时采用钙离子对已制备的农用保水剂材料进行离子交联，得到一种双重交联的保水剂。分别以这两种保水剂作为肥料载体负载尿素，制备了一种可生物降解的环境友好缓释肥料，并对这两种肥料在水和土壤中的缓释性能分别进行了考察。同时对两种保水剂的表面形貌、吸水溶胀性能和降解性能进行了系统考察。
　　3.以微溶性无机盐磷酸锌铵作为肥料内核，以聚多巴胺涂层为内层包膜，利用表面原子转移自由基聚合技术在包膜层表面修饰上聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯聚合物刷，制备了一种具有pH值和温度双重敏感性的“智能”肥料。利用透射电子显微镜观察了肥料颗粒的形貌，采用差示扫描量热仪测定了“智能”肥料的低临界溶解温度，同时利用综合热分析仪测定了“智能”肥料中聚多巴胺包膜层和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯聚合物刷的含量。详细地研究了该肥料在不同温度和pH值条件下的释放性能。

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第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 缓控释肥料的国内外研究进展

1.3缓控释肥料的养分释放机理

1.4 仿生聚合物材料国内外研究进展

1.5 本学位论文选题指导思想

参考文献

第二章 基于L-天冬氨酸的环境友好型多功能缓释肥料的制备及其性能研究

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 基于Diels-Alder反应的可生物降解的环境友好型缓释肥料的制备及其性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 具有pH值和温度双重敏感性的“智能”肥料的制备及其缓控释性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

全文总结

攻读硕士学位期间已发表和待发表的论文

致谢