一种木糖渣基包膜材料及其制备方法与一种包膜控释肥料

本发明涉及肥料，尤其涉及一种木糖渣基包膜材料及其制备方法与一种包膜控释肥料。

背景技术：

1、世界人口的不断增加来了巨大的粮食消耗负担，而化肥作为农业生产的重要部分为粮食增产做出了重要保障。然而，由于传统化肥的滥用以及不合理的施用方式，导致了肥料的低利用率、高损失率，不仅造成化肥资源的浪费，而且导致一系列生态环境问题，例如水污染、土壤酸化以及大气污染等。目前，缓/控释肥料是为解决上述问题的有效方法之一，其定义为以各种调控机制降低肥料养分最初释放速率，使其养分按照设定的释放期缓慢或控制释放，延长植物对其有效养分吸收利用的有效期的肥料。其中，由于包膜肥料能有效解决肥料利用低和降低环境污染等问题，成为了缓/控释肥料重要的研究方向之一。

2、根据包膜材料的不同，包膜肥料主要分为无机包膜型、有机高分子包膜型和环境友好型包膜缓/控释肥料。其中，无机型包膜肥料的主要代表为硫包衣型，它是将不溶于水的无机材料包覆于固体肥料颗粒表面，此类材料价格较低、且施入土壤后不会造成二次污染。然而，因包膜材料的弹性差和易破裂等问题，容易缩短其养分释放周期，难以满足作物整个生长期对养分的需求。有机型包膜肥料的主要代表为有机聚合物型，它主要是将有机聚合材料包覆于固体肥料颗粒表面。然而，由于其包膜材料主要来源于石油基聚合物，不仅有着价格昂贵、不可再生等问题，同时材料本身大多难以降解而残留在土壤中造成了环境污染。环境友好型肥料，它主要是指利用生物质来研制涂层材料从而包覆于固体肥料颗粒表面，此类材料具有来源广泛、价格低廉、可再生和施入土壤后可降解等优势，能够作为一类潜在的研制包膜肥料的涂层材料基料，已经引起了学术界极大的关注。

3、木糖渣是一种以玉米芯、甘蔗渣等木质纤维素为主要原料，经工艺处理后获得的废渣，是良好的生物质资源。工艺生产中会产生大量的木糖渣，木糖渣来源广泛且价格低廉，然而被利用的部分确很少。事实上，木糖渣是混合物，较难将其分离成单一组分以及详细结构，但可以确定的是，木糖渣中含有纤维素、半纤维素以及木质素等天然的高分子聚合物，这就使得其具有发展成可再生、可降解、无毒无害绿色的优良化工原料的可能。目前，还未有研究利用木糖渣来研制包膜肥料的涂层材料的方法。

4、因此，如何公开一种木糖渣基包膜材料及其制备方法与一种包膜控释肥料。利用木塘渣为原料来制备成本低、制备简单、环境友好并且控释效果良好的可降解膜材作为控释肥料的包膜层，是当前本领域一致努力研究的技术难点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种木糖渣基包膜材料及其制备方法与一种包膜控释肥料，以解决当前包膜肥料的制备工艺复杂、成本高和在土壤中难以降解的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种木糖渣基包膜材料的制备方法，包括如下步骤：

4、1)利用混合物c和胺类化合物进行反应，形成第一包膜层乙，得到中间产物1；

5、2)利用混合物a和混合物b在中间产物1表面一侧进行反应，形成包膜层甲，得到中间产物2；

6、3)利用混合物c和胺类化合物在中间产物2的包膜层甲一侧表面进行反应，形成第二包膜层乙，得到木糖渣基包膜材料；

7、其中，混合物a由木糖渣、多元醇和催化剂混合反应得到；

8、混合物b由异氰酸酯和有机金属催化剂混合得到；

9、混合物c由环氧树脂和蜡阻水剂混合得到。

10、优选的，所述包膜层甲与第一包膜层乙和第二包膜层乙的总质量的质量比为4～8：2～6。

11、优选的，所述步骤1)和步骤3)中，混合物c和胺类化合物的质量比独立的为4～8：1～3；

12、所述步骤2)中，混合物a和混合物b的质量比为1～1.6：1。

13、所述步骤1)～3)中反应的温度独立的为70～100℃，反应的时间独立的为10～30min。

14、优选的，木糖渣、多元醇和催化剂的质量比为1～3：2～4：0.06～0.28，木糖渣、多元醇和催化剂反应的温度为140～170℃，反应的时间为2～4h；

15、所述木糖渣包括玉米芯、甘蔗渣、棉籽壳、麦麸、麦秆、稻草、稻壳和树皮中的一种或几种在制备木糖时产生的废渣；

16、所述多元醇包括聚乙二醇、聚乙内酯二醇、丙三醇和乙二醇中的一种或几种；

17、所述催化剂为酸溶液催化剂。

18、优选的，异氰酸酯和有机金属催化剂的质量比为22～44：1；

19、所述异氰酸酯包括聚合dmi 200、聚合dmi 400、聚合dmi 600或聚合dmi 700中的一种或几种；

20、所述有机金属催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡、油酸亚锡、环烷酸锌、异辛酸锌、羧酸铋、异辛酸铋、羧酸锆、丙酸苯基汞和醋酸苯汞中的一种或几种。

21、优选的，环氧树脂和蜡阻水剂的质量比为8～10：0～2；

22、所述环氧树脂包括双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂、氢化双酚a型环氧树脂、聚合度为2～15的线性酚醛型环氧树脂、三缩水甘油醚树脂、四缩水甘油醚树脂、三缩水甘油胺树脂、四缩水甘油胺树脂、溴化环氧树脂和氟化环氧树脂中的一种或几种；

23、所述蜡阻水剂包括石蜡、氯化石蜡、磺化石蜡、微晶蜡和聚乙烯蜡中的一种或几种。

24、优选的，所述胺类化合物包括三乙烯四胺、二亚乙基三胺、间苯二胺和聚酰胺中的一种或几种。

25、本发明的另一目的是提供一种由所述制备方法制备得到的木糖渣基包膜材料。

26、本发明的再一目的是提供一种木糖渣基包膜材料包膜得到的包膜控释肥料，将木糖渣基包膜材料包膜在肥料的表面得到包膜控释肥料；

27、包膜控释肥料与肥料的质量比为103～108：100。

28、优选的，所述肥料包括尿素、硫包衣尿素、碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化钾、硝酸钾、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或几种；所述肥料的平均粒径为2～5mm。

29、本发明将环氧树脂和蜡阻水剂复合的包膜层可作为肥料的疏水保护壳，有效地减缓包膜层被压碎，降低包膜肥料在生产运输过程中颗粒破损，同时延缓水分子进入包膜肥料核芯层内，进而延长了包膜肥料的养分释放期。因此，本发明的包膜控释肥料具备着优良的物理机械性能、降解性能和缓释性能。

30、本发明利用木糖渣为原料，替代了部分包膜材料对化石资源的依赖，同时也说明木糖渣具有直接利用来生产生物质材料的潜力，并且成功制备出了价格低廉且环境友好的包膜控释肥料，有效地延长了包膜肥料的控释效果。

31、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、1、本发明以造纸废弃物木糖渣替代部分石油基原料制备包膜控释肥料，木糖渣原料不仅来源广泛易得、价格低廉、可再生，同时木糖渣原料的再利用能解决造纸废弃物对环境的污染问题；

33、2、本发明通过在肥料表面覆盖环氧树脂与蜡阻水剂化合物的结合，不仅提高了肥料的疏水性，同时还提高的肥料颗粒的硬度，从而降低包膜控释肥料中养分释放速率；

34、3、本发明的制备工艺简单，原料制备和包膜过程绿色无环境污染，满足作物整个生长期对养分的需求的同时还大大降低了生产成本。