一種苯丙乳液包膜肥料及養(yǎng)分透過(guò)性能測(cè)試方法的研究

程　博，韓效釗，沈延彬，張　旭（合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽合肥230009）

一種苯丙乳液包膜肥料及養(yǎng)分透過(guò)性能測(cè)試方法的研究

程博，韓效釗，沈延彬，張旭
（合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽合肥230009）

摘要：使用一種苯丙乳液作為包膜材料，分別采用水浸泡法實(shí)驗(yàn)和膜透過(guò)性實(shí)驗(yàn)對(duì)膜和包膜肥料進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：包膜肥料氮素養(yǎng)分釋放曲線的“恒釋期”符合線性關(guān)系，膜對(duì)于氮素的透過(guò)性能也有很好的線性關(guān)系；包膜量為7.2%～13.5%的包膜肥料的初期養(yǎng)分釋放率和28天累積養(yǎng)分釋放率均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：苯丙乳液；透過(guò)性能；氮素釋放特性；包膜

包膜肥料（CCRFs）是以氮或氮磷鉀復(fù)合肥等為核心，表面涂覆一層或多層低水溶性或微溶性的無(wú)機(jī)物質(zhì)或有機(jī)聚合物的顆粒性肥料[1-2]。

目前，用于評(píng)價(jià)緩釋/控釋包膜肥料養(yǎng)分釋放特性的方法主要有:水中溶出率法（也稱水浸泡法）[3]、土壤溶出率法（也稱土壤培養(yǎng)法）[4]、擴(kuò)散或滲透率法[5]、電超濾法[6]和同位素法[7]。然而，以上方法在應(yīng)用中都有一定的缺點(diǎn)和問(wèn)題[8]。包膜肥料養(yǎng)分釋放特性影響因素有很多種，包膜材料的不同組成和性質(zhì)是釋放控制機(jī)理不同的主要因素[9]。本文使用由苯乙烯和丙烯酸酯單體經(jīng)乳液共聚而制得的苯丙乳液為包膜材料，通過(guò)膜透過(guò)實(shí)驗(yàn)和水浸泡法實(shí)驗(yàn)對(duì)膜材料透過(guò)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)探討滲透性能快速表征的方法。

1　材料與方法

1.1膜材料

包膜材料是由苯乙烯和丙烯酸酯單體經(jīng)乳液共聚而得的苯丙乳液（液態(tài)，溶劑為水）。

1.2水浸泡法包膜肥料養(yǎng)分透過(guò)實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)選用1.1中的苯丙乳液作為包膜材料，制得5種不同包膜量的包膜肥料，包膜量分別為3.1%、4.9%、7.2%、10.1%、13.5%。養(yǎng)分溶出測(cè)試方法如下：準(zhǔn)確稱取樣品10g（稱準(zhǔn)至0.01g），裝入到自制的方形尼龍袋中，再放入250mL試劑瓶中，按照1∶20的肥水比向試劑瓶中加入蒸餾水，加蓋密封，置于25℃下培養(yǎng)。分別于第1、3、5、7、10、14、28、42、56天取樣。取樣時(shí)將試劑瓶上下顛倒三次，使瓶?jī)?nèi)溶出的養(yǎng)分均勻分布在液體中，然后將浸提液倒出，再向原試劑瓶中加入200mL提前預(yù)熱好的恒溫蒸餾水，密封保存，放于25℃下繼續(xù)培養(yǎng)[10]。

1.3膜透過(guò)性能實(shí)驗(yàn)

將制得的膜固定于特制的連通器（如圖1）中，在左側(cè)加入100mL含不同藥品的溶液，右側(cè)加入同等高度的蒸餾水，在室溫條件下，測(cè)量氮素的累積透過(guò)量。

圖1　膜透過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置

1.4分析測(cè)試及計(jì)算方法

采用PDAB比色法測(cè)量氮素的含量[11]。

2　結(jié)果與討論

2.1水浸泡法包膜肥料養(yǎng)分透過(guò)性能

1.2.2.4 重視溝通。急診患者病情復(fù)雜、進(jìn)展快，急診科護(hù)士應(yīng)加強(qiáng)與患者、家屬的溝通，時(shí)刻注意患者及家屬的表情及行為，講解護(hù)理及治療期間注意事項(xiàng)及必要性，規(guī)范溝通語(yǔ)言，避免出現(xiàn)護(hù)患糾紛。

采用水浸泡法對(duì)包膜肥料膜性能進(jìn)行表征，所得氮素的累積溶出率隨時(shí)間變化如圖2所示。

圖2　25℃水浸泡法氮素累積溶出率曲線

從圖2可以看出，包膜量為3.1%和4.9%的肥料養(yǎng)分初期釋放率分別為37.84%、19.46%，均大于15%，產(chǎn)品不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，這可能是因?yàn)槟げ牧嫌昧坎粔颍柿媳砻姘ばЧ?，存在孔洞，?dǎo)致養(yǎng)分透過(guò)速度過(guò)快[12]。而包膜量為7.2%、10.1%、13.5%的肥料養(yǎng)分初期釋放率分別為4.69%、1.04%、0.82%，均小于15%；28d累積釋放率分別達(dá)到32.1%、26.26%、14.91%，均小于80%，產(chǎn)品符合GB/T23348- 2009緩釋肥料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

水浸泡法實(shí)驗(yàn)選用的包膜肥料的平均直徑為4.525mm，單次肥料用量為10g，通過(guò)計(jì)算，可以得出水浸泡法實(shí)驗(yàn)氮素的單位面積累積透過(guò)量隨時(shí)間變化結(jié)果，如圖3所示。Zaidei和Shaviv[13-14]認(rèn)為聚合物包膜肥料養(yǎng)分主要在“恒釋期”釋放出來(lái)，衰減期只釋放很少部分養(yǎng)分，而滯后期則不釋放或者釋放很少的養(yǎng)分。從圖2可以看出，包膜量為7.2%、10.1%、13.5%的三種肥料進(jìn)入“恒釋期”的時(shí)間為10天，養(yǎng)分釋放進(jìn)入“恒釋期”后，因其養(yǎng)分釋放量呈線性增長(zhǎng)，可以用線性回歸方程（Y=a+bx）來(lái)描述養(yǎng)分的單位面積累積釋放量與浸提時(shí)間的關(guān)系。擬合結(jié)果分別如圖4、圖5、圖6所示。

圖3　不同包膜量氮素累積釋放量曲線

圖4　包膜量7.2%恒釋期氮素累積釋放量擬合曲線

圖5　包膜量10.1%恒釋期氮素累積釋放量擬合曲線

圖6　包膜量13.5%恒釋期氮素累積釋放量擬合曲線

從擬合結(jié)果可以看出，這三種包膜肥料“恒釋期”養(yǎng)分釋放曲線符合線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0.99688、0.99799、0.99592，表明該包膜肥料氮素養(yǎng)分釋放具有良好的規(guī)律性，因此，可以采用模型膜透過(guò)性能快速表征來(lái)預(yù)測(cè)包膜肥料養(yǎng)分釋放效果。

2.2模型膜透過(guò)性能探究

由圖2可知，包膜量為7.2%～13.5%的包膜肥料的初期養(yǎng)分釋放率和28天累積養(yǎng)分釋放率均達(dá)到要求，但是，包膜量越多，成本就越高，因此，在模型膜透過(guò)實(shí)驗(yàn)選取包膜量為7.2%的膜厚（150μm），實(shí)驗(yàn)按照1.3進(jìn)行，結(jié)果如圖7所示。

圖7　150μm膜厚氮素累積透過(guò)量擬合曲線

圖7直線方程和線性相關(guān)系數(shù)分別為：Y=2.95286x - 3.04857，r=0.98627。模型膜快速透過(guò)實(shí)驗(yàn)與包膜肥料水浸泡法實(shí)驗(yàn)結(jié)果都具有良好的線性關(guān)系，因此，可以建立兩者的相關(guān)性方程，以加快測(cè)試速度。

水浸泡法實(shí)驗(yàn)：Y1=0.35292x1+4.50655（1）

膜透過(guò)實(shí)驗(yàn)：Y2=2.95286x2- 3.04857（2）

當(dāng)兩種實(shí)驗(yàn)達(dá)到相同的單位面積累積透過(guò)量時(shí)，兩者的時(shí)間關(guān)系如下：

0.35292x1+4.50655=2.95286x2- 3.04857

整理得x2=0.11952x1+2.55858（3）

方程（3）是水浸泡法實(shí)驗(yàn)和膜透過(guò)實(shí)驗(yàn)氮素單位面積累積透過(guò)量達(dá)到相同時(shí)兩者之間的時(shí)間關(guān)系，即：對(duì)于150μm厚的膜，當(dāng)模型膜透4天的透過(guò)量為8.76μg/mm2，由（3）可以得出，相當(dāng)于水浸泡法12天的透過(guò)量。

3　結(jié)論

（1）由苯乙烯和丙烯酸酯單體經(jīng)乳液共聚而得的苯丙乳液材料能很好地用在包膜肥料上。其中，包膜量為7.2%～13.5%的包膜肥料的初期養(yǎng)分釋放率和28天累積養(yǎng)分釋放率均符合GB/T23348- 2009要求。

（2）可以用線性回歸方程（Y=a+bx）描述養(yǎng)分的單位面積累積釋放量與浸提時(shí)間的關(guān)系，特別是肥料進(jìn)入“恒釋期”后，即水分透過(guò)膜材料進(jìn)入肥芯后，養(yǎng)分迅速溶解達(dá)到飽和并維持膜內(nèi)養(yǎng)分濃度恒定而使膜內(nèi)養(yǎng)分均勻向外釋放階段，這樣就能更好地進(jìn)行包膜肥料控釋理論的研究。

（3）通過(guò)對(duì)水浸泡法實(shí)驗(yàn)和膜透過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性方程進(jìn)行比較，膜透過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)膜材料的透過(guò)性能表征更加快捷方便。

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.05.011

中圖分類號(hào)：TQ440.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008- 553X（2015）05- 0037- 03

收稿日期：2015- 04- 07

作者簡(jiǎn)介：程博（1990-），男，在讀研究生，研究方向：化工工藝及自動(dòng)化，15955159532，chengbo3153@126.com；通訊聯(lián)系人：韓效釗，男，教授，0551- 62905769，hxzhgd@sina.com。

The Research of Testing Methodology of One kind of Styrene-Acrylic Emulsion Coated Fertilizer and Its Nutrient Properties

CHENG Bo，HAN Xiao-zhao，SHEN Yan-bin，ZHANG Xu
（School of Chemical Engineering，Hefei Universityof Technology，Hefei 230009，China）

Abstract:Using one kind of styrene- acrylate emulsion as enveloped material. Characterization of the membrane and its enveloped fertilizer was made respectively from its permeability and lixiviating method. The results showed that“Constant release period”of N of coated fertilizer was in accordance with a linear relationship. The facts was that membrane to N's permeability was also in accordance with a good linear relationship. When the envelope amount was 7.2% to 13.5%，the early nutrient release rate ofthe coated fertilizer and its 28 days' cumulative nutrient release rate all reached national standards.

Key words:styrene- acrylate emulsion；permeability；nitrogen release property；coate membrane