[发明专利]碳纳米管改性水基聚合物复合材料包膜控释肥料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属肥料制造技术领域，具体涉及一种碳纳米管改性水基聚合物复合材料包膜控释肥料，以及这种包膜控释肥料的制备方法：利用多壁碳纳米管(MWCNTs)、羟基多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)、羧基多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)这三种碳纳米管(CNTs)与水基聚丙烯酸酯进行复合，对聚丙烯酸酯材料进行改性以及相关改性复合材料包膜控释肥料的研制。

背景技术

由于受全球人口持续增长、粮食需求日益迫切以及耕地面积逐渐减少等因素的影响，现代农业生产更加追求产量的提高，因此对化肥的需求也日益增加[1]。据Kaarstad(1997)和Keeney(1997)预计，到2020年全球将会有超过70％的粮食产量依赖于化肥，肥料与粮食生产间的联系将空前密切[2,3]。大量肥料输入农田生态系统，不仅改变了自然界原有的养分循环过程，在提高粮食单产的同时也带来一系列的生态环境问题。在我国由于肥料使用不当引起的环境问题更为突出。中国的耕地面积占世界耕地总面积的10％，却消耗了世界1/3的肥料，单位面积施肥量是世界平均施用量的3倍[4]。肥料养分利用率低，挥发、流失严重以及肥料的不合理施用给我国未来农业的持续高效发展带来极大的挑战。控释肥由于能有效提高养分利用率，减少养分损失对环境造成的危害，降低施肥成本等优点备受世界关注，而聚合物包膜肥料由于控释效果较好成为目前最具发展前景的控释肥料[5-7]。与传统包膜肥料相比，具有无毒、不可燃及质优价廉等特点的水基聚丙烯酸酯类包膜肥料为环境友好型控释肥的研制提供了可能，并日益成为包膜材料研究的热点[8]。但由于该膜强度不足，耐水性较差等也进一步限制了它的应用。因此，对水基聚丙烯酸酯进行改性以实现其大规模应用就显得非常有必要。

碳纳米管(CNTs)由于具有较大的长径比、纳米级准一维管状分子结构以及优异的力学、电学、热学、光学等性能而引起了材料界的极大兴趣[9,10]。目前，世界各国的研究人员对都其开展了大量研究，试图将碳纳米管尽可能均匀的分散在聚合物基体中，以期能够制备具有优异性能的多功能聚合物基纳米复合材料。碳纳米管良好的力学性能可以将其用作复合材料的增强相来提高复合材料力学性能，同时还可以赋予复合材料在电热方面的功能性能，获得高性能及多功能化的复合材料[11-13]。

参考资料：

[1]Babar A.,KuZilati K.,Zakaria B.M,et al.,Review on materials & methods to produce controlled release coated urea fertilizer,Journal of Controlled Release,2014,181:11-21.

[2]Kaarstad O.Fertilizer’s significance for cereal production and cereal yield from 1950.In:Mortwedt J.J.and Shaviv A.(eds),Third Int.Dahlia Greidinger Sym.On Fertilization and the Environment,Technion,Haifa,Israel,1997.

[3]Keeney D.What goes around comes around-the nitrogen issue circle.In:Mortwedt J.J.and Shaviv A.(eds),Third Int.Dahlia Greidinger Sym.On Fertilization and the Environment,Technion,Haifa,Israel,1997.

[4]赵秉强,林治安,刘增兵.中国肥料产业未来发展道路—提高肥料利用率减少肥料用量.磷肥与复肥,2008,23(6):1-4.

[5]Shaviv A.,Mikkelsen R.L.Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation-A review.Nutrient Cycling in Agroecosystems,1993,35:1-12.

[6]赵秉强,张福锁,廖宗文,等.我国新型肥料发展战略研究.2004,10(5):536-545.