近日，中國農(nóng)業(yè)科學院農(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)新團隊成功研發(fā)出一種新型有機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，通過多元醇分子結(jié)構(gòu)的精確設計、聚氨酯膜層性能的精細調(diào)控以及包膜工藝的優(yōu)化，實現(xiàn)了控釋肥料養(yǎng)分的精準釋放。相關(guān)研究成果發(fā)表于《Progress in Organic Coatings》期刊(JCR Q1，IF=7.9)，并已獲國家發(fā)明專利授權(quán)一項。
 

　　包膜控釋肥料的研發(fā)與應用是推動新型肥料服務農(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前市場上性能優(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，將其用來制備控釋膜層的研究還未見報道。
 

　　本研究以有機硅多元醇(羥丁基硅油)為研究對象，通過調(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的有機硅基聚氨酯包膜尿素。進一步通過優(yōu)化蓖麻油多元醇與有機硅多元醇的復混比例，有效提升了膜層的力學性能。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調(diào)控包膜肥料控釋性能的作用機制。主要結(jié)果如下：(1)采用羥值為175、R值為1.15的有機硅多元醇在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%，控釋期達到43天；將蓖麻油多元醇(179羥值)替代20 wt.%有機硅多元醇后，包膜控釋尿素膜層斷裂伸長率提高至4.97%，控釋期延長至90天以上。(2)表征分析結(jié)果顯示，與純有機硅基聚氨酯包膜尿素相比，蓖麻油/有機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計提供了新的學術(shù)思路。同時，基于多元醇復混改性的協(xié)同效應研究，揭示了不同類型多元醇鏈段互補的作用機理，豐富了包膜控釋肥料的材料體系與改性理論。
 

　　中國農(nóng)業(yè)科學院農(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重點實驗室、“十四五”國家重點研發(fā)計劃項目(2024YFD1700102)、國家自然科學基金項目(32372819)和中國農(nóng)業(yè)科學院重大科技任務項目(CAAS-ZDRW202407)等項目共同資助。