可降解型包膜缓释肥料膜材料制备及其性能的研究

可降解型包膜缓释肥料膜材料制备及其性能的研究

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DissertationforMasterstudyontheBiodegradableFilmforEncapsulationofFertilizerandItsProertiespCandidate:LingYaoSupervisor:ProfessorZouHongtaoSpeciality:EnvironmentalEngineeringResearchField;EnvironmentalrotectionpShenanAriculturalUniversityggyJune2015, 独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研巧成果。尽我所知,除了文中特别加W标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名:时间年^月//日一导师签名时间年/月7曰/关于论文知巧产权和使用授权的说明本论文的知识产权为沈阳农业大学所有。本人完全了解沈阳农业大学有关保留、使用学位论文的规定,目P:学校有权保留送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借、、阅,可采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编学位论文。同意沈阳农业大学可心处用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的内容。学位论文中的所有内容不经沈阳农业大学授权不得W任何方式擅自对外发表。(保密的学位论文在解密后应进守此协议)研究生签名:时间:年/月//日一导师签名时间^<^月方曰 沈阳农业大学硕±学位论文目录摘要1Abstract2一第胃前S31.1改性有机高分子聚合物膜材料研究进展4U.1天然有机商分子聚合物膜在膜材料上的应用41丄2人工合成有机高分子聚合物在膜材料上的应用61.2无机物在膜材料上的应用71.3改性聚己締醇膜材料研究现状81.4改性高分子聚合物膜材料的评价方法....91.5改性高分子聚合物膜材料降解性能研究进展101611.研充的理论依据和目的第二章有机物膜材料的研制122.1材料与方法122丄1试验材料122丄2试验设计122丄3试验方法132丄4测定项目与方法132.2结果与讨论142.2.1草酸改性聚石賺醇膜材料的研究142.22海藻酸钢改性聚艺帰醇膜.材料的研巧172.2.3壳聚糖改性聚乙痛醇膜材料的研究202.3小结2324第H章有机无机物复合膜材料的研制3.1材料与方法243丄1试验材料243丄2试验方法243丄3额綻项目243.2结果与讨论253.2.1二氧化珪对吸水率的影响253.2.2二氧化挂对应力的影响263.2.3二氧化珪对伸缩率的影响273.3小结28 ^第四章膜材料改性机理的研究巧'4.1材料与方法294丄1试验材料294.1.2试验方法294.2结果与讨论294.2.1有机物改性聚乙稀醇膜红外光谱的研充304.2.2二氧化桂对改性聚己席醇膜紅外光谱影响的研巧314.3小S33第五章改性聚乙婦醇膜材科降解性评价345.1材科与方法345丄1试验材料345丄2试验方法345丄3测定项目与方法%5.2结果与讨论%5.2.1膜材料经过不同条件培养后质量的变化%5.2.2膜材料经过不同条件培养后红外吸收光谱的变化415.2.3膜材料经过埋±试验后表面微结构的变化455.3小结48第六章结论49参考文献50致谢55攻读学位期间发表的学术论文% 沈阳农业大学硕±学位论文Con化ntsChineseAbstract1EnlishAbstract2gChapter1Introduction31.1Researchrogressonmodifiedoranicolymerfilmmaterials4pgp1.1.1Applicationofnaturalorganicolmeronfilmmaterials4pyLI.2Applicationofsyntheticorganicpolymeronfilmmaterials61.2Applicationofinoianiconfilmmaterials.7g1.3Researchstatusofmodifiedolvinlalcoholfilmmaterials8pyy1AEvaluationmethodsofmodifiedolmerfilmmaterial9py1.5ResearchroressonderadationroertofmodifiedolmerSimmaterial10pggppypy1urondinificanc.6Ppseasge11Chapter2Developmentoforganiccoatedfilmmaterials122.1Materialsandmethods122.1.1Exerimentalmaterials12p2erimenaldesi2.1.2Exptgn12.1.3Experimentalmethods132.1.4Experimentaldetermineproects13jsutsscussion42.2艮elanddi1-mod2.2.1Researchonoxalicacidifiedolvinlalcohol贷Immaterial14pyy-ma2.2.2Researchonsodiumalinatemodifiedolvinlalcoholfilmterial17gpyy-m2searchiosanmodifiedcoholfimaerial20.2.3Rechontolyvinlalltpy2.3Briefsummary23ter-Chap3Developmentoforganicinorganiccoated扫Immaterials243.1Materialsandmethods243.1.1Exerimentalmaterials24p3.1.2Experimentalmethods243.1.3Exerimentaldetermineroects24ppj3.2Resultsanddiscussion253.2.1Impactofsilicondioxideonwaterabsorption253.2.2Impactofsilicondioxideonstress263-io.2.3Impactofsilicondioxideonrateof化latationmagni贷cationrat273.32.3Briefsummary28 ContentsChater4Studonthemechanismofmodifiedfilm29py4lndmehods2.1Materiasat94t.1.1Experimenalmaterials294.1.2Experimentalmethods294.2Resultsanddiscussion29-4orancmodieovnacoo.2.1IRofgiifdplyiyllhl304.2.2ImactofsilicondioxideonIR31par4.3Briefsummy33Chapter5Degradationpropertyofmodifiedpolyvinylalcoholfilmmaterial...,345.1Materialsandmethods345.1.1Experimentalmaterials345.1.2Experimentalmethods345.1.3Experimentaldetermineroects35pj5.2Resultsanddiscussion365.2.1Changesofweightoffilmmaterialsunderdifferentincubation365.2.2ChanesofI民sectraoffilmmaerialsunderdiferentincubai41gptton5.2.3Changesofsurfacemicrostructureoffilmmaterialsunderdifferentincubation.....455efsummar48.3BriyChapter6Conclusions49References50Acknowledgements55Publishedaers56ppiv 沈阳农业大学硕±学位论文摘要一养分控释效果好。、可降解的膜材料是当前包膜缓释肥料领域研究的热点问题之、本文采用聚艺赌醇为主要原料,草酸海藻酸钥、壳聚糖、二氧化珪为改性剂,利用化学合成的方法研制了包膜缓释肥料用的改性聚乙蹄醇膜材料、。通过对膜材料的吸水率应力和伸缩率等指标的测定分析,明确膜材料的改性条件;利用傅里叶红外光谱和扫描电镜,阐明膜材料改性机理和降解性能。研巧结果如下:(1)草酸、海藻酸钥、壳聚糖兰种改性剂均能使膜材料的应力降低,但并不存在明显的差异;H种改性剂也均能使膜材料的伸缩率增大,其中海藻酸钢改性剂的效果最,佳;吸水率为主要参考指标,草酸和壳聚糖为改性剂制备的改性聚己賺醇膜材料可W显著降低其吸水率,并且工艺条件为聚石締醇浓度55g/kg,草酸浓度32g/kg,反应温‘度90C,反应时间2.5h时制备的草酸改性聚乙婦醇膜材料吸水率最低,最适合制备膜材料。一(2)向改性聚乙婦醇中添加无机物二氧化洁之后,其吸水率进步降低,特别是。本身吸水率较高的处理,吸水率降低越明显;应力和伸缩率也有降低的趋势(3)红外光谱分析结果表明,膜材料经过改性或添加二氧化娃之后,其主要吸收K、二峰峰值大小和透射率发生明显的变化,说明改性剂氧化珪均能与聚乙稀醇发生反应,得到了目标产物,并且使得膜材料的结构和性能发生了变化。(4)通过质量变化、红外光谱和膜材輯表面微观结构的分析,得到相同膜材料经过不同的培养方式后一,降解率不同;而在同种培养方式下不同的改性膜材料的降解率也不同。其中降解率最大的是草酸改性聚己賺醇膜材料,其值为巧.8%。添加适量的二。氧化挂可W提高壳聚糖改性膜的降解率,但是会降低草酸、海藻酸钢改性膜的降解率总之,聚乙炼醇通过草酸、海藻酸销、壳聚糖レッ及二氧化娃改性后性能发生了变化,在环境中的降解能力也增强,根据不同的要求,合理地控制工艺条件,可用来制包膜材料。关键词:膜材料聚乙巧醇改性降解;;;1 AbstractAbstractBiodegradablefilmmaterialwithslowreleaseefectisaresearchhotinthefieldofcoatedslowreleasefertilizer.Thispaperusedpolyvinylalcoholas1;hemainmaterial,andoxalicacidsodiinatechitoanititifilinlumal,sasmod打ersodeveloavareofmodedov,gpypyyalcoholfilmmaterialswithme化odofchemicalsynthesis.Bymeasuri打gwaterabsorption,stressandrateoft-matttdilataio打nificaionraiosetclearmodi打edconditionsofhe打Img,materials.BmeasurinFourierinfraredsectrumandscanninelectronmicroscostudiedygp,gpy,themodi打cationmechanisma打dthedegradationoffilms.艮esearchresultsasfollows:(1)Withstressasthemai打referenceindex,threekindsofmodifiersallmakethestressrease-dec.Withrateoftatiomattthtratedilannificaionraioasemainreferenceindexheg,tt-itllth打IminTht出ofilttidilaaionmagn打cationraioofaecreased.eraeofaao打-man-gi打cationratioofsodiumalgi打atemodi行edwashighe巧Wi化waterabsorptionasthemanreferencendexewaterabsortonofmsmodedoxacacandctosanwasiiThifili円bliidhi,pyreduced.WhentherocessconditionswerePVAconcentrationwith55/koxalcacidipgg,concentratio打with32/kreactio打temeraturewith9(TCreactiontimewith2.5hthewatergg,p,,-absortionofoxalicacidmodi行edwaslowestanditismostsuitableforfilmmaterial.p,(2)Afteraddings化condioxide,waterabsorptio打wasfurtherreduced,particularlythetrtttt-eamenofhttttttreighwaerabsorpion.Sressandraeofdilaaionmagnificaionraiowefurtherdecreasedorunchanged.(3)Infraredspectroscopicanalysisresuhsindicated化atafter也emodified,化eabsorbancepeaksandtransmittancehadchanged.Itindicatedpolyvinylalcoholwasreactswiththesemodifiers.4Throuhstudofualitchanesin任aredsectroscoandscanninelectrongyqyg,ppyg()microscopy,thedegradationratesofsamefilmafterdiferenti打cubationme1;hodswerediferentandalsothederadationratesofdifferentfilmsaftersamei打cubationmethodwere,g〇diferent.FilmOhadl;hehihestderadationratewhichwas37.8/〇.Silicondioxidecangg,-whincrease化ederadationrateofchhosanmodifiedolvinalcohol打Imiledecreaseitofgpyyl,-mod-modvmsoxalicacidifiedandsodiumalinateifiedonacoho.gplyiylllfilInawordolvinlalcoholhadsomechaneaftermodifiedboxalicacidsodium,pyygy,alinatechitosanandsilicondioxide.DeendinontheKuirementschanint;echnoloicalg,pgq,gggconditionsitcaneusedtomakefilmmaterials.,bKeywords:巧Immaterials;polyvinylalcohol;modi巧ed;silicondioxide;degradation2 沈阳农业大学硕±学位论文第一章前言我国是农业大国,但人日基数大,人均±地占有量低,増加单位面积粮食产量是解一决温饱问题的重要措施,定程度上增加了化肥农药的使用量,这也在。据有关报道化一肥农药的作用在粮食产量的増长中大约起到了半W上的贡献(范本荣,2011)。但是一在长期的施肥过程中也产生了系列的问题,,普通的化肥农药不能及时被作物吸收利用就会渗入王壤中,也会流入水体中,不仅污染了环境,同时也会对±壤微生物和水生生物造成一定的影响,从而影响人体的健康(谷男,2013)。肥料的过度使用和较低的肥效,直接制约了我国农业的发展,也影响着我国农业现代化建设的步伐。所W解决农业问题,就必须解决化肥农药问题,只有远样才能推动中国农业的发展。要实现我国农业健康发展,就必须处理好农业建设和生态环境的关系,这也要求化肥农药要有一定的环境友好性,并且具有较高的利用率。很多研究表明,包膜缓释肥料的研究和生产是提高化肥利用率的一种有效措施,在增加粮食产量的同时,也不会对生态环境造成危害。包膜缓释肥料的特点为降低养分的释放速度,提高养分利用率;降低化肥农药对环境的不利影响;减少劳动力成本;有效控制养分释放形态,满足不同作物的需求2005一(杜昌文,)。但是在应用过程中存在着系列的问题,如包膜肥料价格过高,无法有效地调控养分释放的速度,有机高分子聚合物膜材料不易降解,对环境造成污染等。这些问题的产生,除了与生产包膜缓释肥料的工艺有关外,还与包膜缓释肥料的膜材料研究制各有着密切的关系,。在包膜缓释肥料的研制中包膜材料的研究是其重一点之(杜昌文,2007)。理想的包膜材料应该具备下几个特点:价格低廉,能够广泛地生产使用,养分缓释效果好,具有可降解性。包膜材料是包膜缓释肥料研究的难点,也是突破点,,因此要开发环境友好型的包膜缓释肥料提高我国化肥和农药的利用率,就必须研巧包膜材料,探讨包膜材料的制备和性能,还要探究其在环境中的降解能力。包膜材料的研究主要是膜材料的选择、改性及其性能的评价。包膜材料的种类有很,可分为有机包膜材料和无机包膜材料(何刚0多,201),其中有机包膜材料主要是一些天然的、或者人工合成的高分子聚合物、,包括淀粉明胶、纤维素等机包膜材;无料主要包括超酸盐一、硫横、娃藻±等。普通、单的有机高分子聚合物因其本身的物理化学性质的限制,往往不适合直接用作膜材料,所W必须对它们进行改性。改性主要是3 第一章前言通过交联、共泡、杂化等方式进行的(顾谨等,2013),其中交联方式可W细分为送酸类化合物交联、酷类化合物交联、无机盐类交联。改性之后,膜材料的性能发生变化,通过反复地试验,,可W使改性的高分子聚合物更适合用作膜材料。膜材料被研制之后大多数研究就致力于探索其制备的包膜肥料的缓释性能,而对膜材料性能的研究和评价一较少。这也导致了当前对膜材料的评价方式比较混乱,并没有形成统的标准。查间大量文献研巧表明,当前包膜材料的评价方法主要有红外光谱分析法和电镜检测法等(李慧,2〇n)。1.1改性有机高分子聚合物膜材料硏究进展一在包膜材料上被广泛研究的有机高分子聚合物主要有两种,种为天然高分子材料,其中包括天然橡胶一、淀粉、明胶、海藻酸钢、纤维素、壳聚糖等;另种为人工合成高分子聚合物,包括聚己婦、聚乙帰醇、聚氯乙締、聚丙婦、聚丙締酷胺等。其中前者来一一,具有很好的成膜性般源广泛,般无毒,且价格低廉,易于在环境中降解;而后者缓释效果较好,但价格较昂贵,在环境中降解性差(邹洪涛,2013)。1丄1天然有机高分子聚合物膜在膜材料上的应用一0一天然橡胶是种被广泛应用的自然资源(彭政,214),选用定的化学方法,用、氯丙賺和丙婦酸乙醋对天然橡胶进行改性,对合成的聚合物进行红外光谱为学性能等探究。。结果表明,改性橡胶的耐溶剂性、硬度、拉伸强度、弹性模量等有了明显的提高=-C0和-C通过红外光谱分析可知,经过改性之后,天然橡胶中成功引入了1基团(张述。营,2008)段景宽(2012)采用乙締基珪烧和氯化苯甲醜,通过接枝和湿水交联两种方式制备了珪院接枝天然橡胶和交联娃焼接枝天然橡胶,W纪外光谱和扫描电镜对其表。征,并对它们的为学性能做研究结果表明天然橡胶确实发生了上述两种改性反应且随着单体用量的增加和接枝温度的提高,其凝胶含量增加,力学性能也随着凝胶含量的增加而得到显著提高一。在定硫化时间条件下,采用天然橡胶和炭黑进行共混,研究共混改性后天然橡胶的力学性能。试验结果表明,改性天然橡胶的拉伸性能随着炭黑的増加先提高后降低,并在炭黑加入量为12g时达到最大值。热重分析也表明,随着炭黑的增加,天然橡胶的分解温度下降,但是各个处理之间并没有显著性差异。邵水源(2010)4 沈阳农业大学硕壬学位论文一些力学性质发生T变化的研究也表明炭黑的加入使得天然橡胶的。一淀粉是种无污染天然可再生的资源,在材料研究中己经得到了广泛的应用,但淀一粉本身耐水性、抗剪切性、流动性差,很难单独应用作为种高分子材料来使用,所一l(必须要对其进行定的改性汪秀丽,,il使其适应不同的用途2011)。醋酸醋淀粉包膜尿素为研充对象,对其在水中的养分溶出特征作研究,结果表明该改性淀紛包膜尿-素养分累计溶出曲线是倒L型的,在713天达到最大溶,出量,相较于其他包膜肥料醋一酸醋包膜原素的缓释效果较差,对养分控释能力差,但是其也对氮素起到了定的缓释效果,可续改性,使其具有更好的缓释性能(李东坡,2009)。对淀粉的凝胶化性质和流变特性等展开研究,探充反应温度、溶液pH值和反应物浓度对改性淀粉理化性质和结构的影响。结果表明,,,淀粉经过改性之后其粘度降低、凝胶性更稳定弹性也变,可W广泛利用于工业生产(于长筹得更好,2005)。一海藻酸钢是种被广泛利用的增稠剂、稳定剂、乳化剂,无毒无害,其形成凝胶的条件很温和一(高春梅,2013)。在缓释肥料的研究中,海藻酸钢般与其他高分子有机物共同改性,ty?达到更好缓释的效果。采用化学合成方法,W海藻酸钢和明胶为原材料,制备巧虫缓释微球,并通过正交试验设计,分析得出改性试验的最佳工艺条件。结果表明,不同的反应物浓度,、反应时间和温度W及反应添加物的浓度均会影响缓释微球的性能。研究也发现,通过体外释放实验测试,合成的改性海藻酸钢/明胶微球有着良好的缓释作用(宋双居,2013)。一壳聚糖是种可降解的天然高分子材料,且,来源广泛,无毒无害具有良好的成膜性和缓释性。通过对壳聚糖缓释肥料在水中释放试验的研究,探巧温度等外界条件对其释放特性的影响,并描绘了其养分释放特性曲线。结果表明,壳聚糖包膜尿素在养分释放的整个过程中,滞后阶段并不明显存在。温度也会影响了包膜肥料的通透性,随着温,通透性变强度升高,养分释放速度也会因此増加。其养分累积曲线即使在不同温度条一的规律,件下也具有统:在不同的温度条件下,随着时间延长养分释放速率均是先降低,,2006。,后持平,最后下降直至为零(陈强)也有学者采用壳聚糖和氯化钟为原料制备壳聚糖包膜氯化钟微球,测定其在水中的养分释放速率,并对浸泡前后的肥料做扫描电镜处理。结果表明,壳聚糖对钟素的包埋率达到了97%左右,钟素的释放量表现,最后开始减缓的趋势扫描电镜表明浸泡前鹏料表面结构严密为先上升,后平稳,浸;一泡后表面形成些凹凸物质,结构变松散(何海斌,2006)。吴文祥(2007)则为了研5 第一章前言究壳聚糖包膜对憐元素的缓释效果,采用壳聚糖包膜磯酸氨二钢,探讨包膜肥料的养分缓释规律,并应用扫描电镜对浸泡前后的肥料表面进行扫描表征。研究发现,不同的固化方式一,包膜肥料的缓释效果趋于致,缓释能力达到了包膜缓释肥料的制作要求。扫一描电镜也发现,浸泡后微球表面较浸泡前出现了很多小孔,这与大部分人的研究结果致。1丄2人工合成有机高分子聚合物在膜衬料上的应用由于天然有机高分子聚合物的缓释性能并不理想,所W在包膜材料中经常用到人工合成的有机高分子聚合物一。某些研究直接运用人工合成有机物制各膜材料,而另有些研究则把天然和人工合成有机物结合起来制备膜材料。大量文献表明,该两种方法都是可行的。聚氨醋是一种可W运用在包膜肥料方面的人工合成有机高分子材料。周桂南(20H)W尿素为制各包膜肥料的核屯、二醇和异氛酸醋两,采用聚氧化丙赌种物质合成聚氨醋膜材料。研巧结果表明,制备的包膜肥料其缓释效果良好。另有研究表明,用天然吸水剂魔芋为添加料来合成聚氨酷,并制备成包膜巧素II料,,同样具有很好的缓释效果并且。红可,2005)外光谱和扫描电镜研究还发现,聚氨酷添加量不|^在±壤中降解(王勇用,膜层结构也不同,,而膜层厚度不同,其包膜肥料的缓释效果也不同。研究还表明2(TC的温度下,3.3%聚氨醋含量的包膜肥料缓释期就已经达到了45天左右(王国喜,2010)。聚丙婦酸是一种呈弱酸性的高分子液体,被广泛应用于水处理,并且在包膜肥料中也有相关应用。徐浩龙(2012)采用腐殖酸和丙婦酸为主要原料,使用交联的方式,合成了腐殖酸-聚丙帰酸膜材料;,通过反复调节交联反应的工艺条件可^使其制备的包膜(肥料具有良好的缓释性能。研究发现随着环境温度的降低,聚合物的保水性能也不断加强。一聚丙婦醜胺具有良好的凝聚性和吸水性也是。,种被广泛应用的工业原料姜雄(2014)W聚丙帰酷胺和膨润±为原,并材料,采用溶液共混的方式,制备复合膜材料应用扫描电镜和红外光谱分析等手段对祥品进行表征。结果表明,制备的膜材料具有良好的保水性和热稳定性,但是聚丙婦醜胺并没有改变膨润王的基本骨架结构,只是穿插在各个分层中,并且改变了表面的粗微程度。在聚丙婦醜胺包膜肥料的肥效试验中也发6 沈阳农业大学硕±学位论文现,它不但能够保持水止,増加肥料利用率和提高作物经济效益,而且还有很好的环境一友好性(刘兴泉,2003)。,是种良好的新型包膜缓释肥料1.2无机物在膜材料上的应用一无机物在包膜材料上的应用主要有两种;其是把无机物作为主体来研制合适的无机膜材料其二是把无机物作为一,W影响或改;种添加剂或者改性剂变有机聚合物的某些结构和性质,来达到改良聚合物包膜肥料缓释性能的目的。因为无机物成膜巧差,把无机物作为包膜材料主体的研巧较少。刘书起(2010)选用磯酸镇镑盐为主体材料,并辅W聚醋类化合物进行封面,制备了无机包膜肥料,并研巧了膜材料对养分缓释作用的影响。结果表明,不用聚酷类化合物封面的磯酸按镇盐包一膜肥料虽然具有定的养分控释能力,但是对无机包膜肥料进斤封面后它的缓释能力提-。高了,可W更加有效地控制养分的流失也有学者应用溶胶凝胶的方式,制备了金拿石型饭白粉锥珪铅包膜材料,并采用红外光谱、扫描电镜、能谱等先进手段,系统研巧了各个因素对这种无机包膜材料性能的影响。结果发现幻含量、Si含量、A1含量等因素均能使无机包膜材料的性能发生改变,在实际应用中应该根据不同的需求改变合成的工艺条件(段海婷2011)。,无机物也经常作为添加剂和改性剂来影响聚合物包膜材料的性能。郝建朝QOlsf采用H氯化铁为添加剂来研巧其对膨润±膜材料的改性作用。K.Fukushima(2009)则采用蒙脱±改性聚乳酸(PLA)。结果发现,蒙脱止能够提高PLA的降解速率。周子军(2013)研巧发现,聚丙帰酸酿经过生物炭改性后,其成膜性得到了改善,在疏水性和力学性质方面也表现十分优秀,能够有效延长相应包膜肥料养分控释期。牟林(2009)则采用±柱淋洗和盆栽两种试验方法,对滑石粉、蒙脱±、高岭±、珪粉和珪藻±5种无机添加物对包膜肥料的影响做了系统的研巧。结果表明5种无机物材料均能改变包膜材料的耐水性能一,减少包膜肥料的氮素养分淋溶损失,但是各个材料之间存在定的差异;盆栽试验也表明,添加无化物么后包膜肥料的利益效率更高了,其中蒙脱±的效果最巧,并且与其他处理的差异达到了显著性水平。也有不少学者从肥料的生物效应的角度来研究无机物添加剂对包膜材料的影响。武美燕(2010)研究了添加纳米碳后,包膜肥料对超级杂交中稻的肥料利用率及产量的7 第一章前言影响。结果发现,在包膜肥料中添加适量的纳米碳,对水稻分藥的形成、叶绿素的含量、一定的促进作用干物质的形成和有效穗的增加均有,并且还能够使得氮肥利用率提高,最终也达到了水稻増产的目的。MAngeloRodrigues(2010)在对黑麦生产及其产量的研究中发现-二甲基化挫,采用3,4磯酸盐作物抑制剂来包膜氮素肥料,其相较于普通氮服,包膜化料仅仅是减少了温室气体的排放,并没有提高黑麦的生物量和产量,考虑到生产成本的问题,其经济效益变差。这说明在包膜肥料实际生产还需考虑特定的作物类型W及包膜材料的生产成本。1.3改性聚乙炼醇膜材料研究现状聚乙婦醇一(PVA)是种经过人工方法合成的有机高分子聚合物,亲水性、水溶性良好一。它,成膜性佳具有个严格的线性结构,因而化学性质较稳定,不但具有良好的抗有机物污染、耐有机溶剂和耐热性,而且还具良好的力学性能。在实际的研究中,聚乙帰醇已经成为一种重要的膜材料。纯聚己婦醇膜材料往往在很多性能方面表现不够理想,因而经常对其进行改性。对聚乙婦醇的改性主要是通过交联、共混等方式进行的(顾谨,2013)、聚己締醇易于某些化合物发生交联反应,例如綾酸类搭类等化合物。有学者用草酸、戊二酸等化合物改性聚乙赌醇,并得到相应的交联聚合物。结果表明,使用不同交联反应物,得到的膜的渗透通量不用。其中最主要的原因是簇基和醒基的亲水性较强,因而形成的交联结构致密性高,其渗透通量也就比较低(Das,2011)。yA聚乙婦醇为核也,戊二酵为主要交联剂,制备交联聚右婦醇微球。结果表明,揽拌速度和交联剂的用量是影响制备的主要工艺条件因素(郭嘉物,2011)。接枝改性是将某些具有良好性能的基团(或聚合物)的支链通过某种手段,接到目。通过接枝改性标聚合物上的过程,膜材輯将拥有新的性能。农兰平(2010)利用雖化接枝反应的方法,将脂肪醇的部分支链接枝到聚己筛醇上。最后通过耐水性能测试研巧改性膜的性能;通过红外光谱分析研究了反应物浓度、反应时间化及反应温度等工艺条件对产物的影响。结果表明接枝产物的耐水性也受到反应条件的影响。Alghezawi(2005)则通过对丙締腊单体接枝聚乙婦醇形成的产物的研究,结果发现经过接枝处理可显著提高膜的分离因子。8 沈阳农业大学硕±学位论文聚己賺醇容易在水中发生溶胀,这也使其具有不良的渗透,并且具有很高的结晶度一汽化性。采用共混的方式,将聚乙締醇和其他物质结合在起,不仅可W影响聚乙赌醇的结构,例如。把聚乙稀醇、,破坏其结晶度:而且还可改善膜的性能降低膜的吸水率壳聚糖和醋酸水溶液共混制备改性膜材料。研,并对共混膜的各种理化性能进行了测试究结果表明,聚己炼醇能够与壳聚糖很好地相容,反应较完全,形成的膜也较完整。此外还发现,聚己巧醇和壳聚糖两种物质分子间的作用力大大改善了改性膜的理化性能(王康建等2009)。,一杂化是把无机物组分引入到有机物基体的过程,这可yX改良膜的为学性能,般具有降低吸水率,提高热稳定性等方面的作用。这种方法与其他改性方法结合可大大的改性膜材料的性能。1.4改性高分子聚合物膜材料的评价方法为了深入地了解包膜材料的组织结构、表面形貌和微观结构,必须对已经合成的聚一合物膜材料进行更深入的研究。当前对于膜材料性能的评价并没有形成统的标准,但评价的主要方法有红外光谱分析、扫描电镜分析两种。包膜材料的红外光谱分析是将具有不同波长的红外光作为光源,通过照射包膜材料一样品。它是研巧包膜材料结构的,某些波段的射线会被吸收,从而得到个吸收光谱國有效手段,不但可W用来分析膜材料的结构、鉴别其组分,还可W用来定性研究材料的结晶度和分子间作用力等。包膜材料的扫描电镜分析是指将电子枪打出的电子汇集成高能电子束,将此电子束在包膜材解表面进行扫描,,,可^^得到各种信息并运用特定的仪器设备分析就可料得到放大了的膜材料表面结构图。通过扫描电镜分析可W研究膜材料表面的微观结构、光滑度、凹凸程度等。。在试验中经常将几种不同的评价方法综合应用,来达到表征膜材料性质的目的吴舒(2013)采用红外光谱分析的方法,研究了缓释肥料在养分溶出过程中膜材料结构变化特征。结果表面,膜材料的结构发生了变化,并且当养分溶出积累,随着时间的増加一半时一量达到,膜材料的红外光谱图在些波段形成新的吸收峰,并且随着溶出积累量一的增加,,新吸收峰的峰值也继续增大。送些蜂的位置与尿素红外吸收峰位置是致的9 第一章前言这表明膜材料吸收峰的变化是由于尿素在膜层中的含量増加引起的,而吸收峰越大,相应的尿素含量越多。彭人勇(2005)也用扫描电镜、X射线和热重分析等技术手段对聚乙帰醇/蒙脱石纳米复合膜材料进行了研究立赌醇分子和蒙脱石实现了纳米,结果发现聚一尺度上的结合,并且反应得到的纳米材料其内部形状不样,当蒙脱石含量高于7.5%时是插层型的,低于7.5%时则是剥离型的。结果还表明复合膜材料经过蒙脱石改性后,其热稳定性比未改性的纯聚乙赌醇膜材料有了较大的提高。1.5改性高分子聚合物腹材料降解性能研究进展与常规的化学肥料一祥,如果包膜肥料的外部材料,即膜材料不具有良好的降解性能,那么长期存留在止壤中,势必会对环境造成很大的污染,这也是阻碍包膜肥料发展一的主要因素之。纵观这些年国内外多数学者的研究,对于膜材料降解性的研究不外乎一两种一,种是将膜材料直接用作降解研究,另种是将膜材料制备成包膜肥料之后再研。。究其降解性而在蜂解性研究中用到的培养方法,大多为光照培养和埋止培养等施卫省(2010)W桐油膜材料为研究对象,将其放入进行盆栽试验的止壤中来研究膜材料的降解性能:,通过试验发现,桐油膜材料的降解性与周围环境有着很大的关系随着±壤温度和水分的増加,膜材料降解速率提高,;而±壌pH值増加降解速率则会降低。而李萍(2008)则用±壤和微生物两种培养方法对桐油膜材料的降解性进行了研究。通过测定膜材料释放的二氧化碳量、质量损失率^^及表征其表面形态,来综合评价降解能力。试验结果表明,桐油膜材料在止壤中可^被生物降解,具有很好环境友好性,1但是在±壤中的降解速率远低于含有大量微生物的活性污泥中的降解速率,这说明微生一物可W在定程度上促进膜材料的降解。张坤(2015)W聚T二酸T二醇醋和聚碳酸亚丙醋为原料制备了尿素包膜材料,并进行田间止埋试验。用红外光谱和扫描电镜等方法研巧包膜尿素膜材料在降解过程的性质变化,并对样品降解前后的结构和表面形貌变化进行表征。结果表明,降解后膜材料的红外光谱发生变化,出现了新的吸收峰,也可能产生了新的物质,而膜表面的微观结一构也变得更为粗糖,出现孔洞等,这说明这种膜材料确实在田间发了定的降解。W聚了二酸T二醇醋、聚乳酸和聚碳酸醋为原料制备H种膜材料,研究在自然暴露、±壌培养前后紅外光谱的变化和降解性能。经过培养期后,红外光谱分析表明膜材料在10 沈阳农业大学硕±学位论文一培养期间各个阶段的红外光谱均有所不同,,这说明膜材料结构发生了定的变化因此推断这几种膜材料均具有一定的降解能为。通过对比还发现膜材料主壤培养的降解强度大于自然暴露的降解强度(刘兴斌,2010)。>达増强膜材料降解性的目的。曹通过向膜材料的原料中添加某些改性剂,也可(^1到晶(2007)在壳聚糖中引入明臉制备了含有不同明胶浓度的改性膜材料。结果发现,明胶改性壳聚糖复合膜材料的降解率明显高于纯壳聚糖膜材料,并且明胶的含量比例越大,降解性越好,疫说明明胶可W显著改善膜材料的降解能力。L6研究的理论依据和目的膜材料的研制是包膜肥料研巧的重要组成部分,研究开发廉价的、性能良好的膜材料不但可W降低包膜肥料的成本,也可W提高包膜肥料的控释能为。而膜材料的降解性&。能则直接影响着包膜肥料的环境友好性,所W研究和开发新型膜材料势在必行本研究在实验室先期研究包膜服料的基础上,应用完善的化学反应设备,着眼于膜材料,选用、二聚乙帰醇作为主要膜材料,W草酸、海藻酸纳壳聚糖、氧化珪作为改性剂,来研制改性聚乙帰醇膜材料。通过测定膜材料的吸水率、应力、伸缩率来研究其基本力学性能,并且通过红外光谱和电镜扫描更详细深入地研究膜材糾改性的机理,最后通过降解性能i的研究,,来确定研制的新型膜材料的环境友好性W期为我国包膜缓释肥料膜材料研发提供理论依据。11 第二章有机物膜材料的研制第二章有机物膜材料的研制2.1材料与方法2.1.1试验材料(1)原料:主要有聚乙婦醒(PVA),分析纯草酸,分析纯海藻酸钢,分析纯壳;;;聚糖,分析纯。:主要包括有机高分子合成装置(H口瓶(2)仪器设各,电动攒拌器,冷凝管,恒温加热器)、培养皿等。2丄2试验设计将H种改性剂分别按照四因素四水平进行正交试验设计,其正交试验水平表分别如下表1、2、3所示。其中字母表示的含义分别是A:聚乙帰醇浓度(质量浓度,下同);B:草酸浓度;C;反应溫度;D;反应时间;E:海藻酸钢浓度;F;壳聚糖浓度。表1草酸正交试验的因素水平表Tab-le1Factorleveltableoftheorthoonaldesingg^素FactorA/kB/kCfCDh)()(gg(gg))水平Level1558601.027016701.538524802.0410032902.5表2海藻酸钢正交试验的因素水平表Tab-le2Factorleveltableoftheorthogonaldesign\\^素FactorA/kE/kCCD(h(gg)(gg)f))水平Level1556501.012 沈阳农业大学硕±学位论文2701260.1538518702.0410024802.5表3壳聚糖正交试验的因素水平表ab-Tle3Pactore]tableof也eorthoonadnlevglesig\\^素Factor\A/kF/kCC\(gg)(gg)r)D(h)水平Level1558501.027016601.538524702.0410032802.52.1.3试验方法按照实验设计一,取定量的去离子水和聚乙婦醇加入到装有电动揽拌器和回流装置的反应蓋中‘C。开动电动揽拌机,升湿至90,保温,约比,使其完全溶解。降温至反应温度一一,取定量草酸(或海藻酸钢,或壳聚糖)置于聚乙婦醇溶液中,恒温反应定时间一定量相同体积的液体在玻璃培养皿上流延,即得到有机物改性聚乙婦醇溶液。取,-C自然成膜。此外,取相同质量的聚乙婦醇和水,揽拌,升温到90,保温至完全溶解,配成相应浓度的纯聚乙帰醇溶液,再制备成膜,作为对照。2.1.4测定项目与方法(1)吸水率的测定将2丄3制备的膜切成大约3cmx3cm大小,48个处理,每个处理取3块,即重复3次。将膜完全浸置于常温下的去离子水中,浸泡24h后,用綴子取出,用滤纸吸干膜表面吸附的水,称重并计算吸水率,取平均值。吸水率计算公式如下:巧=WxlOO%巧式中,W代表吸水率(%);旬代表膜的干质量(g);G2代表膜的湿质量(g)。13I 第二章有机物膜材料的研制(2)应力和伸缩率的测定9cm8cm一将膜剪成约长,,化宽的块状记录其长S,宽W。将其段固定,用数显拉力计缓慢测定直至膜断裂,记录拉为峰值n,断裂膜长度S1,S2。每个处理重复H次。应为和伸缩率的公式分别如下。〇=n/s/wh=+(SS2)/S!2式中,a为应力h为伸缩率,单位为n/mm;单位为%。,2.2结果与讨论2.2.1草酸改性聚乙婦醇膜材料的研究表4草酸改性累乙梯醇膜材料的物理性状-mo出fTable4Physicalroertiesofoxalicacidledolvinlalcoholfilmmaterialpppyy2〇吸水率mm)/〇)处理(%)应力(N/伸缩率(ate-ABCDWrStressRateittiofdlaaonTreatment化sorptionmanificationratiog125.333.14-6222269.137.507乂333363.925.208.64444631223105.9.5223127.143.943.1622406.934.445.0723483.535.505.28243284.827.01.112931342乂36..03851032431.429.21巧.61331258..027.02741234298.422..8105013442粧..31巧.13214 沈阳农业大学硕±学位论文180.14423.2216150.315432410872691348....16441367.7145口3.5表5极差分析Table5Raneanalsisgy2吸水率(%)应力(N/mm)RateofWater化sortionp-magn出cadilal汹i畑tionratio^k80........3120599692.829.536.527228.31092132113011188ik100.....836.134..119.72.6919961巧.3352331321.112121342k01........1.288.785.492.5288287275282126111901190U973k93.4.474.4巧.797.924.021.730.0巧.9109.211391巧.2131.1Rane20乂46.......3g114.25乂11.2148562928.520315212表6纯聚乙頗醇膜材料的物理性状Table6Phsicalroertiesofureolvinlalcohol巧Immaterialyppppyy2'%PVA浓度(g/kg)吸水率(%)应力(N/mm)伸缩率()PVAlevelWaterabsortionStressRateofpa-加attionmanttiogificaionra552巧.148.7105.070205.247.71巧.185179.145.2123.4100.177242.2120.0吸水率、应力和伸缩率是改性聚乙婦醇膜材料的重要参数,大量研究表明吸水率越低,其包膜肥料的缓释效果越好,也就是说其控制养分释放的能力越好。而应力和伸缩性越强,包膜材料越不容易被破坏,也相对的提高了缓释效果。此外,应力和伸缩率也在一定程度上影响着改性聚己赌醇的成膜性。表4为按照四因素四水平正交试验设计得出的草酸改性聚乙婦醇膜材料的H个物理指标试验值,影响草酸改性聚乙帰醇膜吸水率和应力的,表5为极差分析。从表中可知主次因素顺序相同:草酸浓度>聚乙帰醇浓度>反应温度>反应时间;而影响草酸改性聚己婦醇膜伸缩率的主次因素顺序为;聚石稀醇浓度>草酸浓度>反应温度>反应时间。进一、步得到,影响草酸改性聚己稀醇膜材料吸水率应力和伸缩率的主要因素是聚乙赌醇15 第二章有机物膜材料的研制浓度和草酸的浓度。其中吸水率最化的最佳改性条件为ABCD,此时吸水率仅为144463.1%,具体的工艺条件为聚乙斌醇55kg/g,草酸^/k,反应温度90。反应时间2gg.5h。但是考虑到成本因素,在实际应用中可W采用ABC和ABCD122&,1333作为理想改性条件因为运两个处理的吸水率和ABCD,1444很接近没有显著性差异应力的最大的最佳改;性条件为A2BC,7012化具体的工艺条件为聚乙帰醇/kgg,草酸8g/kg,反应温度6(TC,1.化反应时间,可W看到添加了草酸的改性聚乙稀醇膜材料应力下降,最大应力的处理也只是与纯聚乙婦醇膜材料的对照基本持平;伸缩率最大的改性条件为ABC423町,相〇50/应的伸缩率为1.3〇乙帰醇l,具体为聚OO/kgg,草酸16/k,反应温度8gg(TC,反应时间化。为了节约资源,在实际中可采用伸缩率为14〇3.1/〇的A2B1C2D和!45%的3ABCD2214作为最优反应条件。25〇^a31200-寒巧f1爸bWA看片bbbn浓度;b!記^占^浓胃編{r幽ilil;邊m…VUII■■h、、、I、:!巧?,II^CKLV1LV2LV3LV4图I聚乙赌醇、草酸浓度对吸水率的影响F1Ii呂ur己mactofolvinlalcoholandpoxalicacidpyyonwaterabsorption601aa-^"-45..b言gbIbcbcII30編朽cqPVA浓度、、、;、、EDA浓度§iilii..CKLVlLV2LV3LV4图2聚乙捕醇、草酸浓度对应力的影日向Figure.2Imactofpolvinlalcoholandliipyyoxacacdonstre巧16 沈阳农业大学硕±学位论文150abab,3bag^21_LS奪画議麵麵麵□PVA%@。。‘-i!!l傘瞧麵iilICKLVlLV2LV3LV4图3聚乙蹄醇、草酸巧度对伸缩率的影响xar-F.Iolvinlalcoholandolicacidonateofdilatationmanificationratioigure3mpactofpyyg筛选对草酸改性聚乙赌醇膜材料物理指标影响较大的聚乙稀醇浓度和草酸浓度两2。个因素,对它们进斤方差分析,如图1、、3所示从图中可レッ分析得到,聚乙帰醇浓度对三个物理指标具有显著的影响,而草酸浓度只对吸水率和应力有显著性影响,对伸缩率没有显著性影响。,在吸水率方面,増加聚乙帰醇和草酸均使改性聚右稀醇膜材料吸水率思著下降但是各个浓度水平之间并没有思著性差异;在应为方面,各个浓度水平的聚乙婦醇和草酸均能使应力较对照显著的下降,并且高浓度水平的应力值均较低浓度水平呈显著性的减一少,说明在定范围内,应力有随聚乙稀醇和草酸浓度的增加而降低的趋势;在伸缩率,但两种物质在各个浓度水平下均较对照没有显著性方面,虽然各个处理之间有大有小,,差异,说明反应时间和反应温度也对伸缩率有着很大的影响这与伸缩率极差分析时一致反应时间和反应温度的极差和聚乙稀醇和草酸浓度的极差相差不大的结果相。2.2.2海藻酸钢改性聚乙稀醇膜材料的研究海藻酸钢改性聚艺婦醇的四因素四水平正交试验结果如下表7所示,其极差分析如,添加了海藻酸钢之后表8所示。从表中分析可知,改性聚乙婦醇膜材料的吸水率和伸缩率有了很大的增加,而A2ECD,为211.4%,应力变化不大。其中吸水率最低的是123/k较同等浓度下对照的205,70g,.2%有所上升,但差别不大具体的反应条件是聚乙稀醇g°海藻酸钢6g/kg,反应温度60C,反应时间化。在吸水率试验中发现,海藻酸钢改性聚乙婦醇膜材料在水中具有很大的溶胀性,这与其吸水率高有着很,可W吸收大量的水分2大的关系。在应力方面,最高的是A4E2C3D1,其值为46.7N/mm,较同浓度的对照有所2,46.6N/mm增加,但差别不明显,考虑到成本也可W采用应力为的A正侣〇3作为应力最大的最佳反应条件。伸缩率最大的处理是A4E1C4D2,为231.1%,是对照的1.9倍,17 第二章有机物膜材料的研制°1.化。其最佳反应条件为聚己稀醇lOOg/kg,海藻酸纳6g/kg,反应温度80C,反应时间通过极差分析,得到影响吸水率的主次因素顺序为海藻酸钢浓度>反应时间>反应温度>聚己婦醇浓度,且海藻酸钢浓度的影响明显大于其他H个因素;影响应力的四个因素极差基本相同,且很小,说明在试验范围内,四个因素对应为的影响都很小,这与试验结果相吻合;影响伸缩率的主次因素顺序为聚石嫌醇浓度>海藻酸钢浓度>反应温度>反应时间,其中聚己帰醇浓度的影响明显大于其他H个因素。表7海藻酸巧改性聚己稀醇膜材料的物理性状Tab-le7Phsicalroerti的ofsodiumalinatemodifiedolvi打lalcohol巧Imlymateriappgpyy吸水率(%)应力伸缩率(%)处理AECDW-aterSfressRateofdilatationTreatmentabsortonmanificationratiopig.11111317137.6135.02..41222405529.916431333453..141.1115741444249.345..71067521232.11446.6181.4622..1434313乂518437234..1420134.0179882432478.340.8113.0931342巧.536.2174.5..103243306443.117401133..12409043.11巧912342...9I3423400177134142220乂462311.1....1442312648467巧60..154324411237.2159816443...71397234618218 沈阳农业大学硕±学位论文表8极差分析Table8民angeanalysis胃吸水率应力民ateofWater化…rtionStresspd-rilatationmagnificationatio.k3%.325...138....6130.4180.1.31722163666336641638739570ik363330.02.678.4...4....1.,.234340239838400164617971709719k328...1.17.1.14...8432.4363.4342,040638941243645879816353391.k3....1.1...192.14.1.95634巧53668315331534403421775172Re39151,762...ang.7180.85.363.12.2.73.7335423.1159综合上述分析,单独对海薇酸钢浓度对吸水率的影响,及聚乙婦醇浓度对伸缩率的影响做方差分析,结果如下图4、图5所示。零500a1fei麵咖……、、、一.一一-、、-、、-II?■、…、…、、?、…、 ̄’I,,、,參U!1IIIICKLV1LV2LV3LV4图4海藻酸納浓度对改性聚乙稱醇膜吸水率的影响Ffsoanaeontiigure.斗Impactodiumlgitwaerabsorpton2501I〇3,?a200-ab〇吞-iPHiiil—_?…一……—公gUIIIIIICKLVlLV2LV3LV4图5聚乙痛醇浓度对改性聚乙締醇膜伸缩率的影响o-KurejlvinlalcoholonfdilaationmanificationratiogImpactofpyyrateotg从图4中分析可知,随着海藻酸钢浓度的増加,改性聚古締醇膜材料的吸水率先増加后降低,并且都与对照纯聚乙帰醇膜材料有着显著性的差异,在水平3,也就是海藻酸钢浓度18g/kg时,吸水率达到最大值,而且这也与海藻酸钢浓度水平1和水平2存在,着显著性差异,,说明在水平3W下,随着海藻酸钢浓度的增加吸水率呈显著性增加19 第二章有机物膜材輯的研制而超过水平3到水平4时,吸水率较水平3有所下降,由此可W判断,维续添加海藻酸钢的浓度,改性聚乙赌醇膜材料的吸水率可能会降低。从图5可得?的伸缩率呈上升的趋,随着聚乙赌醇浓度的増加,改性聚玄煤醇膜材料势,并且自水平2开始与对照差值较大,有着显著性的差异。其伸缩率最大值出现在聚乙蹄醉浓度最大值处,即水平4。聚乙締醇浓度水平3和水平4均与水平1存在着显著性差异,说明较窩浓度的聚乙婦醇添加量可W显著地提高改性膜材料的伸缩率。上述结果分析也与极差分析的结果相吻合,说明相较于反应时间和反应温度而言,海藻酸钢浓度和聚乙締醇浓度对改性聚乙蹄醇膜材料的吸水率、伸缩率影响更大,在现>实设计和使用中,要更加倾向于考虑这两个方面的影响1,1^研制出更好的膜材料。2.2.3壳聚糖改性聚乙觸I膜材料的研究表9亮聚糖改性聚己巧醇膜材料的物理性状Table9Physicalroertiesofchitosan-modi扫edolvinlalcoholfilmmaterialpppyy2吸水率mm))处理(%)应力(N/伸缩率(%AFCDWa-terStressRateofdilatationTreatment化sortionman巧cadonratiopg1317..137.63502222405.5巧.964.4.33334巧..141.1574444249.345706.7.5223211...44668146224343..139.58437234420..134.079882432478.340.813.09334257.536.274.5103243306.443..1740113312409..043.173912342342.340..077913442220.646..1231114423264.846.796.020 沈阳农业大学硕±学位论文15432441..12巧.21598.164413397234.6182.7表10极差分析Table10Raneanalsisgy吸水率应力伸缩率RateofWaterabsortionStressp-出latationman巧cationratiogk64.9.........1149213391331巧431225.42551067139.110961102ik26....j1.11304131.9131926.22t825.4274117.71186119.611L8k1......j15.01348138.71292248265乃.62471284104.9118.71322.........It7.51090119012922522112722801178107.41228116.411,Rane49940.219.73.94.610.12.23.321.734.213.222.0g.表9是壳聚糖改性聚乙稀醇膜材料吸水率、应为和伸缩率正交试验结果。从表中可知,整体上,添加壳聚糖后改性聚石帰醇膜材料的吸水率和应力下降了很多,而伸缩率一。变化不,有降低的,也有增高的壳聚糖改性聚乙賺醇膜材料比较脆,这与壳聚糖的性质有关,这也导致了应力较小,伸缩率大也不高。>>表10是极差分析:,影响吸水率的主次因素顺序为聚乙帰醇浓度壳聚糖浓度反应温度>反应时间。并且前两个因素的极差值明显大于后两个因素,这说明能够影响吸水率的主要因素是聚己婦醇和壳聚糖的浓度。其中吸水率最低的处理是A3F2C4D3,值为92一%/k.5,仅为对照吸水率的般左右,所最佳改性条件为聚乙帰醇浓度85gg,壳聚糖16g/kg,反应温度8(TC,反应时间2h。影响应力的主次因素顺序为:壳聚糖浓度>聚乙賺醇浓度>反应时间>反应温度。后三者的极差均较小,所W壳聚糖浓度是影响其应力的最重要因素。其中应力最大的处理2是A4F1C4D2,值为32.3N/mni,小于对照处理,具体反应条件为聚石締醇浓度lOOg/kg,°C壳聚糖浓度8/k,反应温度80,反应时间1.化。gg影响伸缩率的主次因素顺序为壳聚糖浓度>反应时间>聚己婦醇浓度>反应温度。其中伸缩率最大的处理是A2F1C2D3,值为1巧.6%,较对照提高了23.6%,具体的反应条’件为聚乙締醇浓度70g/kg,壳聚糖浓度8g/kg,反应温度60C,反应时间2h。21 第二章有机物膜材料的研制巧0曼1aa200--—?br7;Ib^b冒:證if側IBiiiiiiiIIIIIIIIIfcII'1iIIIiUiI、……I■、、、、…II"、、"?"i"、、"i^II1IIICKLVlLV2LV3LV4图6聚乙婦醇、壳聚糖浓度对吸水率的影响Fiure.6Imactofolvinlalcoholandchitosanonwaterabsortiongppyypa兰],J…bI30-扣QPVA浓度I圓c[。。浓度單扣SIr龜醒ili獲iiCKLVlLV2LV3LV4園7聚乙脯醇、壳聚糖浓度对应力的影响Figure,7Imactofolvinlalcoholandchitosanonstressppyyaba—-i.含Tabaa手]p3b^b|?記;菌^IDCS浓度r^画[1^朽誦麵論龜幽幽幽。胃31、1、、、、1II1、、、.、1、IrHi…、"CCCUIIIIICKLVlLV2LV3LV4图8壳聚糖浓度、反应时间对应力的影响-maFiure.8chitosanatimeonofdilaationificationaiogImpactofndratetgnrt选择各个指标影响因素的前两项进行方差分析,如上图6、7、8。从图6中分析可知,增加聚乙帰醇浓度或者壳聚糖浓度均能使改性聚乙婦醇膜材料的吸水率显著下降,其中聚立帰醇浓度水平1与其他水平具有思著性差异,而随着壳聚,糖浓度的増加,稀释率呈降低的趋势,但是这种趋势并没有达到显著性水平所在实际应用中,为了节省原料,可W不用添加太多的壳聚糖即能这到降低改性聚乙贿醇吸水率的效果。7,如图所示,不同水平的聚乙婦醇浓度和壳聚糖浓度的应力均与对照有显著性差异15,并且随着浓度的増加,应力呈现下降的趋势,除了壳聚糖浓度水平和水平之间别22 沈阳农业大学硕±学位论文的水平之间均没有出现显著性差异。为了使聚乙帰醇膜材料适合作为包膜材料,必须要求其应力达到一定的要求,所W在生产中必须要控制壳聚糖的使用量,W使包膜肥料拥有更好的缓释效果。从图8可W看出,无论是壳聚糖浓度各个水平还是反应时间各个水平的伸缩率,均与对照没有显著性的差异。但是两种因素都存在伸缩率大于对照的水平,其中壳聚糖对伸缩率的影响最大值出现在水平1,其值为139.8%;而反应时间对伸缩率的影响最大值出现在水平3,其值为132.2%。2.3小结按照四因素四水平正交试验、海藻酸钢、壳聚糖改性聚石帰醇膜,分别制备了草酸材料:,通过测定分析其吸水率、应力和伸缩率H个指标,得出W下结论(1)草酸、海藻酸钢、壳聚糖H种改性剂均能使膜材料的应为降低,但并不存在明显的差异;H种改性剂也均能使膜材料的伸缩率増大,其中海藻酸钢改性剂的效果最佳;(2)吸水率是影响包膜肥料缓释效果最主要的因素,吸水率为主要参考指标,草酸和壳聚糖为改性剂制备的改性聚乙婦醇膜材料,可W显著降低其吸水率,并且工艺条件为聚艺帰醇浓度55g/kg,草酸浓度32g/kg,反应温度9(TC,反应时)哥2.5h时制备的草酸改性聚乙稀醇膜材料吸水率最低,最适合制备膜材料。23 第H章有机无机物复合膜材料的研制第三章有机无机物复合膜材料的研制聚乙帰醇经过H种有机物改性之后吸水率、应为、伸缩率有了改变,但是还不够理想,仍有很大的改善空间,而无机物经常被作为添加剂或者改性剂来影响聚合物膜材料一一的性能,并且般少量的添加就能到达良好的效果。二氧化桂是种常见的、天然的无、机物,其来源广泛价格低廉,近年来也开始应用于膜材辑的研究中,所W本章主要继续研巧引入无机物二氧化娃之后,改性聚石赌醇膜材料性能的变化。3.1材斜与方法3.1.1试验材料(1)原料;二氧化珪,分析纯;聚乙炼醇,分析纯;草酸,分析纯;海藻酸钢,分析纯;壳聚糖,分析纯。(2)仪器设备;主要有有机高分子合成装置(H口瓶,电动揽拌器,冷凝管,恒温加热器。)、培养皿等3丄2试验方法一分别挑选上章中H种改性剂各自改性效果较好的处理一,在反应物中加入定量不二一同浓度的氧化巧,并在各自的反应条件下反应:取定量的去离子水和聚乙煤醇,即至’H口瓶中90C,保温,约比,加入到装有电动攒拌器和回流装置的,开动揽拌,升温一使其其完全溶解。降温至反应温度,取定量草酸(或海藻酸納,或壳聚糖)置于聚石一二5帰醇溶液中,并加入定量的氧化珪(g/kg、lOg/kg、20g/kg,在最优的恒温条件下)反应一定时间一,即得有机无机物改性聚己娩醇溶液。取定量相同的溶液在玻璃培养皿上流延,成膜。3丄3测定项目用上一章描述的方法测定每个处理的吸水率、应力和伸缩率,各个处理均有H次重24 沈阳农业大学硕七学位论文复,取平均值。3.2结果与讨论3.2.1二氧化種对吸水率的影响表11二氧化穂对吸水率的影响Table11Impactofsilicondioxide0打waterabsorption二氧化娃浓度051020处理level(g/kg(/k(/k/k))gg)gg)(ggTreatmentABCD63.9浸水破裂浸水破裂浸水破裂J333A4B2C3D180.2浸水破裂浸水破裂漫水破裂A2B1C2D3127.1浸水破裂浸水破裂浸水破裂*****AECD3211.4278.0264.2190.8212**AECD220.6307.2244.4184.94142******A4E2CD1264.8281.5185.0184.83****.AFCD925110.7116.397.23243*C1...1.A4FD34611331026150142******AFCD40.01.107101.121231107.6*****巧表*代表1%显蕾冰平iiKiicatesignificantlydiferent证1%levels;5%显著水平iiKlicatesign巧cantlydiferentof5%levels(下同)表11是二氧化珪对吸水率影响的试验结果和方差分析。在草酸中加入二氧化娃使得改性的聚艺帰醇膜在水中浸泡后容易破裂分散,可知二氧化娃与草酸/聚乙帰醇结合较一定的不稳定性差,其粘结性变差,内部结构也发生了相应的变化,使得膜具有。分析海藻酸错/聚石稀醇添加二氧化珪的影响可知,吸水率均发生了变化,并且随着二氧化珪浓度的增加有先升高后降低的趋势,说明低浓度的二氧化珪使其吸水率増加,而高浓度的二氧化话则能使其吸水率降低。从方差分析可知,吸水率较高的A4E2C3D1在添加了lOg/kg和20g/kg二氧化珪后其吸水率下降最高,分别为下降了79.8%和80%,并且达到了显著性水平,而其他吸水率下降的处理均没有显著性差异。因为海藻酸错改性聚乙帰醇本身吸水率很高,所W研究添加二氧化種对其吸水率的影响有着重要的意义。二一/从表中分析可知,壳聚糖聚乙婦醇添加氧化珪后,吸水率受到了定的影响,对于A3F2C4D3处理,可能是因为其本身吸水率就只有92.5%,所W添加了二氧化娃后其吸25 第H章有机无机物复合膜材料的研制水率升髙,根据方差分析可知,在二氧化娃浓度为5g/kg、lOg/kg时,其差异到达了显著性水平。而其他两个处理添加了二氧化珪后吸水率均下降了,并且在有些浓度下还达到了显著性差异,恃别是A2F1C江>3处理,各个二氧化旌浓度水平,吸水率均较对照呈现显著性差异,且二氧化珪浓度越大,吸水率越低。3.2.2二氧化枉对应力的影响表12二氧化括对应力的影响Table12Imactof5化conxeonstresspdioid二氧化珪浓度0510^处理level/k/k/k/k(gg)(gg)(gg)(gg)Treatment******.19ABCD325217.7化6.5.133****ABCD...25.,2163533764423******A2BCD43.818.621.917.2123******.22AECD46629.9.225.42123******..25.25A4ECD461巧78.7142******AECD46.729.315.317.54231**..19.A3FCD3195222.317424******A4FC4D32.8..18.196198812******AFCD32.517.815.914.22123表12是二氧化娃对改性聚乙帰醇膜应力影响的试验结果和方差分析。从图中可知,除了个别处理外,引入二氧化桂后均使膜材料的应力发生了显著性的变化,并且大部分的变化都是使应力降低的。观察表中二氧化娃/草酸/聚石帰醇膜的应力变化,对于A1B3C3D3和A2B1C2D3处理二氧化桂的引入使得膜材料整体的应力下降,并且都达到了显著性水平。而A4B2C3D1处理,在H个不同浓度的二氧化珪添加量下,应力均得到了提高,并且在5g/kg和lOg/kg。浓度下具有显著性差异说明不同于整体的趋势,在A4B2C3D,1的反应条件下加入少一定的二氧化珪能够显著地增加改性聚乙締醇膜的应力量,使其符合制作包膜肥輯的要求。分析表中二氧化珪/海藻酸钢/聚乙婦醇膜的应力变化情况可知,引入二氧化珪之后26 沈阳农业大学硕±学位论文各个处理膜材料的应为都显著地下降了,其中A4E2C3D1处理在添加lOg/kg浓度二氧化2珪的条件下应力下降了31.4N/mm,送是下降幅度最大的处理。这说明二氧化珪添加剂能够使海藻酸钢改性聚乙帰醇膜的应力显著地下降。最后分析表中二氧化珪/壳聚糖/聚石帰醇膜的应力变化。壳聚糖改性聚己締醇膜本/身比较脆,应力较小。观察A3F2C4D3处理,可W发现,添加了低浓度5gkg的二氧化娃2且达到后,其膜的应力上升了2.7N/mm,并了5%水平的显著性差异,说明在添加低浓度的二氧化珪能够使本身应力较低的壳聚糖改性聚己帰醇膜应为有所上升。而其他应力相对较高的两个处理,在引入二氧化撞之后膜的应力均显著地下降了,并且二氧化超浓度越高,应力越低。3.2.3二氧化洁对伸缩率的影响表13二氧化程对伸缩率的影响csiliconox-Tabidemale13Impatof出onrateofdilatationgnificationratio二氧化強浓度051020处理/k)/k(/k)/k(gg(gg)gg(gg)TreatmentABCD3108.6105.1104.5103.5313******118.AB2C3D150.3123.5.4104841******ABCD143.1117.8115.3102.82J23******A2EC2D3181.11203108.4117.21***AECD231.1.184.166.1716764142*AEC3D196.0190.2156.9157.9421*AFCD49.0127.8125.41.71023323**AFCD134.7124.7124.6110.44142******A2FCD159.6125.1129.3110.9123二氧化桂对改性聚乙筛醇膜伸缩率的影响见表13所示。从表中分析可知,添加lOg/kg和20g/kg的二氧化桂后,均使伸缩率有所下降。通过表可知,草酸/二氧化種/聚乙帰醇膜材料的伸缩率随着二氧化娃浓度的增加而降低,其中最大降低值是45.5%,其处理是A4B2C3D1。通过方差分析可知,除TA1B3C3化,其他两个处理添加二氧化娃后伸缩率均与没有添加二氧化娃的对照有显著性差异。27 第三章有机无机物复合膜材稱的研制分析表中海藻酸钻/二氧化珪/聚立婦醇膜材料,从表中可知,二氧化挂使伸缩率均有所下降,其中下降最大的是A2E1C2D处理,最大值为72.7%,但是各个浓度间没有规律性。通过方差分析可知,A2E1C2D3处理较对照有着1%的显著性差异,A4E1C4D2处理与对照有着5%的显著性差异,而A4E2C3D1处理与对照差异不显著。分析壳聚糖/二氧化捷/聚乙嫌醇膜材料的伸缩率,各个二氧化珪浓度水平下,伸缩率均有所下降,其中最大值为A2F8.7%二1C2D3处理的4,各个氧化娃浓度水平下伸缩率均与对照有着显著性差异;而其他两个处理,在20g/kg的二氧化珪浓度水平下伸缩率与对照有着显著性差异,但在其他两种浓度水平下,差异不显著。3.3小结一二一(1)添加定浓度的氧化娃能够使改性聚乙巧醇膜材料的吸水率进步降低,特别是原先吸水率较高的处理,二氧化巧浓度越大,吸水率越低。二一(2)添加氧化桂后改性聚乙巧醇膜材料的应力也进步降低,并且各个处理基本都与对照有显著性的差异。。除少数几个处理外,二氧化洁浓度越大,应力下降越多一二(3)添加定浓度的氧化桂同样可W使改性聚乙婦醇膜材料的伸缩率呈现降低的趋势。28 沈阳农业大学硕±学位论文第四章膜材料改性机理的研究通过前面两章的试验,研制了很多种不同的改性聚乙赌醇膜材料,并对其吸水率、应力及伸缩率进斤了研究一,运章主要是通过傅里叶红外光谱分析的方法,分析改性聚己婦醇膜的红外光谱特征曲线,表征改性聚立締醇膜材料改性前后的性质,W探究膜材料的改性机理。4.1材料与方法4丄1试验材料(1)原料:纯聚乙矯醇膜、草酸/聚乙婦醇膜、草酸/二氧化珪/聚石婦醇膜(二氧化桂浓度5g/kg、lOg/kg、20g/kg,下同)、海藻酸钢/聚己婦醇膜、海藻酸钢/二氧化珪/聚乙婦醇膜/、壳聚糖/聚乙炼醇膜、壳聚糖/二氧化挂聚乙婦醇膜。(2)仪器设备:ATR附件德国布鲁克红外光谱仪。4丄2试验方法传统的漠化钟压片法测红外光谱对样品要求较高,需要磨样,并且结果中容易有水的吸化峰干扰。在实际试验中发现,合成的改性聚己婦醇膜材料不易被磨碎,操作难度--很大。所W本实验采用ATR(衰减全反射光谱)附件来测红外光谱,将样品剪成小块之后去除表面的污溃,直接放在ATR附件进行试验得到光谱图。4.2结果与讨论29 第四章膜材料改性机理的研究4.2.1有机物改性聚乙煤醇膜紅外光谱的研究34i^f\I、\i.的003扣00如32500200015001〇〇〇-龍(on1)圍9聚乙稀醇膜的红外光谱(1;草酸/聚乙席醇红外光谱;2:壳聚糖/累己稀醇红外光谱;3:纯聚己捕醇红化光谱;4:海蓮酸纳/聚己巧醇红外光谱)-r-F':iue9IRsec杆aof比efilms1sec任a-gp化ofoxalicacid/olvinlalcoholfilm:I(ppyy2艮sectraof浊iosan/olvinl;ptpyya-lcoholfilm3:化li-;sectraofpureovnlalcoholfihn4:pIRsectraofsodiumalinaeolvinlalcohlfilpyy;pgt/pyyom)-首先观察纯聚乙婦醇的红外光谱特征图1>,[^1发现有几个特征峰可:在3300(;111的峰--ii-为醇哲基0H的伸缩振动吸收峰2800cm-2900cm-;在处的峰为赌醇式醜哲基0H一的伸缩振动吸收峰,这说明有部分聚艺帰醇在反应接触空气中被氧化生成定量的丽;-1--ii在cm-1650处形成的峰为CC健的伸缩振动峰在1300cm1400cm:,和左右的峰为-i-CH-3健的弯曲振动吸收峰,在1090cmCEb健的弯曲振动处的峰为吸收峰1210;在--ii-处的峰为C0伸缩振动吸收峰在900cmcm-;和830左右处的峰可能是CH的面外弯曲振动吸收峰,也可能是聚乙締醇中含有的部分杂质造成的(于洋,2012)。观察草酸改性聚乙帰醇的红外光谱吸收特征曲线,与对照相比某些峰值降低,也形-i-i成了新的吸收峰3300cm-,具体为:在002900cm处的峰值变窄、降低和28,这说明经过草酸改性后亲水基团0-H减少一,聚合物的吸水率降低,这与第二章的试验结果致;'-ii在]730cm处形成新的峰、1650cm左右处的峰值增大=,这都是簇酶中C0的伸缩振-i动吸收峰造成的-;1200cm左右处的峰为C0伸缩振动吸收峰(苏玉2013长,)。-观察海藻酸钢改性聚乙婦醇的紅外光谱曲线i,发现有W下特征:在3300cm和-i2800-2900cm处的峰值增大-,这说明经过海藻酸钢改性后亲水基团0H增加,这与第—一i二章研究中海藻酸钢使得聚艺帰醇膜材料吸水率变大的结果.致在1650cm处的峰-—值増大=ii,这是因为海藻酸钢中的C0伸缩振动吸收峰造成的1300cm、cm、;在1400^1090cm等处的吸收峰峰值也有所增加_,这是因为加入海藻酸钢引入了更多的CH、330 沈阳农业大学硕±学位论文-CH等基团(代旭明,2009)2-1〇〇-1118002900曲线:在%〇和2最后观察壳聚糖改性聚乙婦醇的红外光谱,可W发现-i-H减少壳聚糖改性后亲水基团0,聚合物吸水率有所降cm处的峰值有所降低,这说明—--i-1iim壳聚糖的低在cm、1400cm、1300c、1090cm左右处的峰值降低,说明1650;玄帰醇分子链排列的规整性,加入减弱了聚己婦醇分子内和分子间的氨键,也破坏了聚-Ji降低了结晶度,而壳聚糖本身含量较低,因而其在1650cm和13^cm左右处的己醜氨基吸收峰均较弱(王康建,2009)。,而被聚乙稀醇中的基团屏蔽4.2.2二氧化洁对改性聚乙巧醇膜纪外光谱影响的研究iMH■^■V1…―一……―^^''…扉150。250。類3日。。3。。。獄(。的)激2二氧化桂;/k二lO:/k二氧化桂4Og1:20/k:/k;35gg;g;gg图10二氧化话/草酸/聚乙婦醇红化光谱(gg氧化括二氧化括)silic畑dioxide2:10/kofdiillcoholfilm1:2〇/kof;-idolvnagg円uresiliconoxe/附alicacid(ggg.l(HRspe如aof々yysilicondioxideilicon出oxie4:O/kofsilicondioxide3:5/kofsd);gg;gg如图二/草酸/聚立巧醇的红外光谱特征曲线,从图中可W发现:加入二10是氧化珪-i-i-2900cm二800处,除了氧化珪之盾复合膜材料在3300cm左右的峰值变化不大;在2-i一大300cm左右形成个峰,分氧化桂浓度为5g/kg的膜峰值变,其余均变化不大;在2一,-二氧化珪与聚乙稀醇发了定的作用析应该是SiH伸缩振动形成的吸收峰,这说明有部分珪元素与聚石婦醇结合改变了复合膜的结构,影响了聚乙赌醇分之间和分子内的苗1作用力;在〇〇加从下,各条吸收光谱,这也是上图红外吸收曲线变化的主要原因二(何过率发生变化,这也是由于添加了氧化珪造成的带的峰位置基本没有变化,但是透00乐年,20)。31 第四章膜材料改性机理的研究■…—'''…一—‘'.'….———平40003巧030002500200050010001觀(加)图H二氧化結/海藻酸納/聚乙靖醇红外光谱(1;20g/kg二氧化赶;2;lOg/kg二氧化枉;3:5g/kg二氧化桂;4;Og/kg二氧化括)F-/iure.11IRsectraofsilicondioxidesodiumalinate/olvinlalcohol巧Im10/kfsilicondioxide2:1O/kgpgpyy(:2ggo;ggofsilicondioxide3ilidiidilidiid:5/kofsconoxe4:O/kofsconoxe;;gggg)上图11是二氧化挂/海藻酸钢/聚石婦醇红外光谱,通过观察分析发现引入二氧化桂基本没有改变海藻酸钢改性聚立婦醇红外吸收峰的位置,但是光谱带的透过率和各个峰发生了明显的变化,说明引入二氧化珪,影响了海藻酸钢改性聚乙帰醇分之间和分子内'i的作用力,也使改性复合物的结构发生了变化。具体为:引入二氧化珪后在3300cm、''ii-28002900cm处的峰值少量变低,并且二氧化捏浓度越高,峰值越低在2300cm处;—-一1-H伸SOO-SOOcm引入二氧化娃的处理因Si缩振动形成个吸收峰;在Il范围内的,引—1入二氧化桂处理的光谱带的透过率明显提高;在1090cm左右处的峰变化不大。^?々呼辦"皆—vri%.;hw,*-?-―11I?心*一■‘.4巧0030002500巧0015010000000-m(cfli)图12二氧化枉/壳聚糖/聚乙蹄醇红外光谱(1:20g/kg二氧化枉;2;]0g/kg二氧化程;3;5g/kg二氧化插;4;Og/kg二氧化枉)-sF.ilicondiiditlilll巧I1ilidiid1ofiure12I民spectraofoxe/chosan/ovnacohom:20/kofsconoxe2:0/kgpyy;(ggggsilicondioxide3:5/kofsilico打dioxide4:O/kofsilicondioxide;gg;)gg上图口是二氧化枉/壳聚糖/聚乙稀醇红外光谱,通过观察分析发现引入二氧化程基本没有改变壳聚糖改性聚乙帰醇红外吸收峰的位置,光谱带的透过率发生变化,各个峰32 沈阳农业大学硕±学位论文的大小也有所变化,但是变化幅度都不大,说明引入二氧化珪,改变了壳聚糖改性聚乙;婦醇复合膜的结构,但是相比与其他两种改性剂,影响程度不大。具体为引入二氧化--11-娃后在巧00cm、28002900cm处的峰值少量变低,并且二氧化珪浓度为5g/kg时,--1i2300一CH1,2300cm^峰值最低;在处引入二氧化種后形成个峰但是峰值很小;在下位置各个光谱带相似,引入二氧化珪的处理透过率有少量提高,但是变化幅度不大。4.3小结聚乙帰醇经过草酸、海藻酸钢、壳聚糖改性后,其红外光谱吸收峰的大小和光谱带的透射率发生变化;而添加二氧化挂后,峰值大小和透射率又出现了新的变化。这说明H种改性剂和二氧化桂在一定程度上影响了改性聚乙帰醇分子间和分子内的作用了,并。改变了其结构,使得改性聚己婦醇膜材料在性能方面发生了变化33 第五章改性聚乙蹄醇膜材料降解性评价第五章改性聚乙帰醇膜材料降解性评价为了研究改性聚乙稀醇膜材料的环境友好性,本章研究的内容是选择第二章和第H章所制备的部分膜材料进巧自然暴露和田间试验,W期对膜材料的降解性能作详细的研充分析。5.1材料与方法5丄1试验材料5丄1.1试验膜材料(1)纯聚古締醇膜材料,用P表示。(2)草酸改性聚己婦醇膜材料,用0表示(3)壳聚糖改性聚己婦醇膜材料,用C表示(4)海藻酸钢改性聚乙婦醇膜材料,用S表示(5)二氧化桂/草酸/聚乙締醇复合膜材料,用Og表示,按二氧他珪添加浓度(5g/kg、lOg/kg、20g/kg)由低到高分为兰种,分别用Ogl、0g2、0g3表示。(6)二氧化埋/壳聚糖/聚乙締醇复合膜材料Cg,按二氧化珪添加浓度(5g/kg、lOg/kg、20g/kg)由低到高分为S种,分别用Cgl、Cg2、Cg3表示。(7)二氧化趕/海藻酸钥/聚乙締醇复合膜材斜Sg,按二氧化珪添加浓度(5g/kg、lOg/kg、20g/kg)由低到高分为H种,分别用Sgl、Sg2、Sg3表示。5丄1.2试验仪器一-550万分之天平、ATR附件德国布鲁克红外光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)SSX。5丄2试验方法(1)自然暴露试验34 沈阳农业大学硕壬学位论文试验于2014年6月6日至10月5日在沈阳农业大学实验室内进行。将上述不同类x?型的13种自制膜材料巧剪成大小约为3cm3cm的方块,每块膜厚度约在0.10.3mm°一之间,称重,记录并将其编号。按照定顺序于45曝晒架上进行曝露试验。每隔15一3天取样次,共取8次,每次每种膜材料取3诀,即重复次,除去膜表面粘附的灰尘,测定其质量变化情况。(2)埋止试验试验于203日在沈阳农业大学试验大棚内进行。将上述不同14年6月4日至10月x?类型的13种自制膜材料均剪成大小约3cm3cm的方块,每块膜厚度约在0.10.3mm一一,S次。之间毎个处理重复,称重,记录并将其编号在同时间,按照定的顺序埋入预先做好准备的大棚±壤内,埋入止壤中的膜材料距离地面的深度大约为10cm,用绳在主壤表面将每块膜材料隔开/?便日和取样时能够准确地分辨不同的膜材料。,^为保持一主壤湿润4-5,大约每隔天窺水次,每次W止壤完全湿润为宜,根据天气变化可适当一。15,调整窺水量然后,按照顺序每頤天取出次膜材料,共8次每个材料取H次重-复。最后,用去离子水轻径冲去粘附在其表面的泥止,并在50C左右的烘箱烘干至恒重,称重并测定其它指标变化。5丄3测定项目与方法(1)质量变化用万分之一电子分析天平称量每个样品降解前后的质量,并利用其差值比上降解前质量求得降解率。样品设3次重复,求其平均值。降解率计算公式如下。如—聲1〇£)=xl00/〇Mj式中,D为降解率(%);Ml为膜材料原样的质量(g);M2为膜材料经自然曝露或埋±试验后的质量。(g)(2)紅外光谱测试采用ATR附件德国布鲁克红外光谱仪测绘出各个样品的过外光谱,并比较降解前后红外光谱的变化。(3)扫描电镜测试取少量膜材料在扫描电镜观察载样台上,用离子搬射仪在样品表面瓣射喷涂金粉,35 第五章改性聚乙帰醇膜材料降解性评价而后进行扫描电镜观察,记录扫描成像图,并比较降解前后膜材料表面微观变化情况。5.2结果与讨论5.2.1膜材料经过不同条件培养后质量的变化5.2丄1自然曝露下膜材料质量的变化30125-^g2。"夺°|1--Sc。-■Ogi10--^osIIg没签-5—■兰一。LiHII1111110巧3045607590105120时间(天)Timeda(y)图13不同暴露时间下二氧化提/草酸/聚乙緒醇膜材料的降解率巧ure.13Thederadationrateofsili亡ondioxideli呂g/oxalicacid/poyvnylalcoholfilmin3肝6化11{exosuretimep图13为在试验期内不同暴露时间下二氧化括/草酸/聚乙婦醇复合膜材料的降解率。一从图中可W看出,膜材料的降解率都呈现个向上增加的趋势,其最大值都出现在第120天,说明随着时间的增加,聚芭帰醇膜材料的质量降低,降解率升高。比较膜0、膜Og和膜P,可レッ得到,二氧化超/草酸/聚乙帰醇复合膜材料的降解性较未改性的聚乙帰醇膜材料有了很大的提高。其中膜P的降解率最大值仅为6.06%,说明未改性的膜材料降解性较差。而膜0和膜Og降解率最大值分别为24215%.8%和.,可W发现,添加了二氧化娃的膜Og相较于膜0降解率有所下降,说明二氧化桂的加入并没有提高草酸改性聚乙婦醇膜材料的降解性,这可能是由于二氧化珪使得膜材料粗髓,致使灰尘等外来物质更容易附着于膜表面,很难清除,就会对降解后膜质量造成较大影响;也有可能是二氧化珪起到了加固膜材料的作用,致使膜材料的降解性能变弱。36 沈阳农业大学硕±学位论文301冢25-§—P-—^20—#515-迦二造!一*Sg3||::^■兰'。—'-0IIIIIrIIPI015304560759010日120时间(天)Timeda)(y图14不同暴露时间下二氧化括/海蘿酸钢/聚乙稀醇瞧材料的降解率^frilidiideolvin]alcoholilmindiferentexosureF.1Tdtionrateofsconox/sodiumalinate/igue4heegradagpyyptime图4为在试验期内不同暴露时间下二氧化珪/海藻酸钢/聚乙稀醇复合膜材料的降10系列相似一,膜材料的降解率呈个向上增加的趋解率,其规律与膜。从图中可W看出20,,其最大值是膜势,其最大值也都出现在第1天说明随着时间的增加,降解率升高S的17.7%。虽然膜S系列较对照降解率提高,但是低于膜0系列,并且在二氧化娃的,,各个浓度水平下,膜S系列的降解率均低于膜0系列。再观察膜S与膜Sg可发现二,添加了氧化起的改性膜并没有提高降解性,相反的降低了降解率其中降解率最低的,,而二氧化珪水平是膜Sg2的14.7%,较膜S降低了3%差异达到了显著性水平各个显著性水平一二。综上所述,与膜0系列样,氧化下的改性膜降解率差异小,没有达到,桂的添加,导致膜材料的,起到了加固膜材料的作用也使得膜材料更易吸附外来物质降解性降低,降解能为变差。301〇25-2—P^-—■20^■一i一香^10-^一*c3sg蓉没召5.—<U有n'U.■.I1I?■?II10153045607590105120时间(天)Timeda(y)图15不同暴露时间下二氧化括/壳聚糖/聚己陆醇膜材料的降解率37 第五章改性聚乙稀醇膜材料降解性评价F.15Tritsiliciidtigurehedegadatonraeofondoxe/chiosan/polyvinylalcoholfilmindiferentexposuretime图15为在试验期内不同暴露时间下二氧化桂/壳聚糖/聚乙赌醇复合膜材料的降解率,,。从图中可W看出各个膜材料的降解率都随时间的增加而增加最大值也都出现在,,45天开始第口0天但与膜0系列、膜S系列不同的是从第,添加了二氧化桂的膜Cgl的降解率高于不添加二氧化趕的膜C,并且在第120天达到了20.3%,显著的高于152膜C的.3%C3,但是膜g和膜Cg与膜C差别不大,这说明引入少量二氧化挂之后壳聚糖改性聚己帰醇膜材料的降解性增强,这可能是由于少量二氧化程的加入使得共混膜材料的紧密度降低,分子间作用为变弱,膜材料的降解性就提高了;而加入更多的二氧化桂降解率虽然有所降低,但是差异不显著,说明二氧化磋在提高壳聚糖改性聚乙婦醇膜材料降解率的作用是有限的,不是越多越好,而应该适量。52.丄2埋±试验下膜材料质量的变化40赫式--#〇g2-。一^轴皂/一1濃;:!^0111111110153045607590105120时间(天)Timeda(y)图化不同埋±时间下二氧化巧/草酸/聚乙席醇膜材料的降解率u-F.1ilidiidire6Thecleradationrateofsconoxe/oxalicacid/olvinlalcoholfilmnrensoiburialtimeggpyyi出fetl不同埋止时间下膜材料的降解率也可W用质量变化来表示,如图16所示为二氧化娃/草酸/聚乙赌醇复合膜材料的降解率变化情况。首先观察对照膜PP,可发现膜的,但是整体的趋势还是随着时间的增加,降解率随着时间的变化有所波动,降解率上升其最大降解率为试验第120天的15.9%,降解率较低,说明纯聚艺帰醇膜材料在±壤中降解能力差l,15,降解速度较缓慢。但是从图16中又可iA看出埋止第天时膜P的降解率就达到7.9%,这是因为进行埋±试验后膜材料会粘附很多±和杂质,需要先用去离一一子水清洗,而后再烘干称重,这过程必然会引起定的误差,尤其是在样品质量较小的情况下,细微的质量差异都容易引起较大误差。所1^可^肯定的是在实际情况下,对38 沈阳农业大学硕±学位论文照膜P在试验初期并没有这么高的降解率。,并且随着埋止时间的增从图15中还可W看出,膜0和膜Og系列均发生了降解一,随着时间的增加,降力日,降解率会出现定的波动。但是整体的趋势还是与对照相似一0的最大降,其中膜解率呈现上升的趋势,并且在试验最后次取样时降解率达到最大l31.5%。这说明经过改性之后,二氧解率为37.8%,膜Og系列的最大降解率为Og的化赶,这可能是由于在±壤/草酸/聚艺帰醇复合膜材料的降解率较对照有了很大的提高一中存活着定的微生物,如殻基基团可促进溶菌酶在,而改性膜材料中引入了多种基团膜表面的吸附,从而有利于溶菌酶发挥其生物降解性能,从而提高了生物对膜材料的利(,可,2009)。比较膜0和膜Og系列W发现,用,这就增加了膜材料的降解率赵劲形膜0的降解率高于膜Og系列,这说明引入二氧化娃并没有提高膜材料的降解率,这与一二氧化娃使得膜材料更加坚固,而表面的二氧化暴露试验的结果相致,这可能是因为一。比珪也有碍于微生物利用膜材料进行代谢活动,这也从方面降低了膜材料的降解率较膜Og3,可W发现从埋±30天开始,膜Ogl降解率最高,膜〇g2l、膜0g2、膜0g次之,膜0g3最差,这说明在实验条件下,二氧化珪浓度越大,复合膜材料的降解率越一低个角度反映了二氧化程降低了草酸改性聚乙婦醇复合膜材料的降解率。,这也从另401-家巧?—3。-\P;I'+Sgl||20。-^二造麗!10-i__暑\/5-\/晋^■II?1■0IIi0巧3045607590105120时间(天)Timeda)(y图17不同埋±时间下二氧化诘/海藻酸钢/聚乙稀醇膜材料的降解率r-iidolvinlalcoholfilmindifeentsoilburialF1rsilicondoxe/sodiumalinate/igure.7Thedegadationrateofgpyytime二氧化娃/海藻酸钢/聚乙婦醇膜材料在不同埋±时间下的降解率变化情况如图17所示。分析图17可知,二氧化娃/海藻酸钢/聚石稀醇膜材料的降解率优于未改性的纯聚乙蹄醇膜材料,这说明复合膜材料的降解性能提高了。从图17中还可W看出,膜S、着时间的增加呈上升的趋膜Sg系列与膜0、膜Og系列降解率的变化规律类似,也是随39 第五章改性聚乙婦醇膜材料降解性评价,120,33.9%,lS2、S势并且在第天达到最大值其中膜S的最大降解率为膜Sg、gg3的最大降解率分别为25.6%、25.3%、27.6%。膜材料降解率的提高,可能是由于海藻酸钢与聚乙蹄醇发生化学反应,改变了膜材料的结构和性质,也可能是因为海藻酸钢引入了大量的基团,,促进了微生物的生命活动包括艱基,增强了微生物利用膜材料进行代谢活动,从而提高了膜材料的降解性。比较膜S和膜Sg系列可知,未添加二氧化桂的膜材料降解率较高,这说明引入二氧化珪使得膜材料的降解性能降低了,这也暴露试验-的结果相致,可能是由于二氧化趕加固了膜材料,对膜材料形成保护,不利于微生物的分解利用。40135-i■-230—P^i巧-I夺C2■彿皂。-^g*C3g化-i暑^0U,,,,,,I,I,IIIIIII015304日607590105120时间(天)Timeda(y)图/18不同埋±时间下二氧化桂/壳聚糖,聚乙梯醇膜材料的降解率u-F.1Tilidiidiire8hedegradationrateofsconoxe/chtosan/olvinlalcoholfilmreialtimegpyyindifentsoilbur二氧化珪/壳聚糖/聚己婦醇膜材料在不同埋±时间下的降解率变化情况如图18所示。从图18中可W直观地看出,二氧化桂/壳聚糖/聚乙帰醇膜复合材料的降解率要优于未改性的纯聚石稀醇膜材料P,并且随着时间的増加,降解率呈现上升的趋势。与草酸、海藻酸钢改性聚己帰醇膜材料降解率不同的是,添加了5g/kg二氧化桂的膜Cgl的降解31率达到了.8%,远高于未添加二氧化珪的膜C的22.4%,说明添加了少量二氧化娃的壳聚糖改性聚己帰醇膜材料的降解能力增强,这可能是因为二氧化珪的引入使得共混膜的结构发生变化,膜材料变得更加的松散,分子间作用力减少,从而复合膜材料的降解性能得到增强。而添加lOg/kg和20g/kg的膜Cg2、膜Cg3的降解率与膜C相差不大,这可能是由于加入过量的二氧化娃,附着在膜表面,大大阻碍了微生物分解利用膜材料,当这种阻碍作用大于二氧化挂对降解性能的促进作用时,,改性复合膜材料的降解率反而降低了,2的原因这也是膜C的降解率高于膜Cg3。综上所述结果而低于膜Cg,与暴露试验的40 沈阳农业大学硕±学位论文相似,引入少量的二氧化珪可^?提,1^高壳聚糖改性聚乙婦醇膜材料的降解性能但是过量的二氧化娃浓度则会降低膜材料的降解性能,所W在实际的应用中必须综合考虑,在二氧化娃的引入中要做到既达到了增强降解性能,又节约了物资的使用量。5.2.2膜材料经过不同条件培养后红外吸收光谱的变化5.2.2.1膜0和膜Og2在不同培养条件下红外吸收光谱的变化皆r\/J'J自k\\itf\\J:Js、if\肥21■1(kihIiU…"‘i.,iJ.4000巧的300日2如02000巧0010006^(cnrl)5图19膜0的红外光谱1:20经自然曝露后红外化谱3(膜0经埋±培养后註外光谱;:膜;膜0原样红外光谱);".F---i.19IRsectiaofl;he巧Im01:IRsecraof0aftecinnamnsoilincubatio2secfsgp(ptroru:IRptrao0afteroutdoorexpoure,3-:sectraof0beforeincubationIRp)I与'/fAi//%1ifwj!李夺3*曼1ama1^Mfi\I.M..:,产__14000So30002扣02品0lioo1000-(ca0图20膜Og2的红外光谱(1:膜O2经埋±培养后红外光谱;2:膜O2经自然曝露后红外光谱3:2原gg;膜Og样纪外光谱)巧---.20IRsectraof化eflmO2sectaofOfterilitionftgpig1:IRracinnamonsoncuba^:IRsectraofO2aeroutdoor(pg2pgexo-sure3:1民sectraofO2beforeincub如ionp;pg)膜0经过暴露试验和埋±试验后红外变化情况如上图19所示,从图19可W看出膜0在自然曝露、埋王培养条件下,培养前后主要的红外吸收峰位置几乎没有发生变化,41 第五章改性聚乙痛醇膜材斜降解性评价一一、但是经过自然曝露埋止后,膜材料透射率有定的提高,也就是说些官能团的数量-i减少,膜0发生了降解,且埋±比自然暴露对膜0的降解作用更明显。在3300cm和-'2800-2900cm处的峰为0-H的伸缩振动吸收峰,经过埋±和自然暴露后,其峰值明显i-H基团发生了降解降低,说明0。1750cnf处的峰为护0的伸缩振动峰,发现经过埋±试验和自然暴露后这个峰基本消失C=0基团减少了很多,这是由于发生降解,说明--1i时的氧化作用和微生物作用所致,而1650cm处和1200cm左右处的峰值的降低也是由于这两个作用导致的。图20是膜Og2经过暴露试验和埋王试验后的红外变化情况。从图中分析可知,与膜0类似,进过自然暴露和埋±后,红外光谱图盈示吸收峰的位置基本不变,但膜材料-透射率提高02日-巧00,说明膜g发生了降解。经过自然暴露和埋±后在3300cm^2800-icm处的吸收峰显著降低-,说明0H官能团发生了降解,但是与0不同解膜,两种降^方式的下降程度差异不大cm-。在2300左右处的峰值也大大降低,说明SiH健断裂,部分珪元素脱离了聚己稀醇分子,这是由于自然暴露的光解或者埋止时候微生物的作用'造成的i。在2300crn^下光谱带,膜Og2与膜0类似,经过试验后各个峰值降低,透射率提高,并且在程度上,埋止试验高于自然暴露试验。S.2.2.2膜S和膜Sg2在不同培养条件下红外吸收光谱的变化巧戶专歓JI!If八]/\14000350030220100050000500100SSlSECcnr)S图21膜S的红外光谱(1:膜S经埋±培养后红外光谱2:S经3;膜S原,膜自然曝露后红外光谱;样红外光谱)F---i.21I民Sectraof化efilmSl:I民secfti3:gp(traofSaercnnamonsoilmcubation2:IRsectraofSafteroutdoorexosuK;p;ppIR^ectraofSbeforeincubationp)42 沈阳农业大学硕±学位论文':VJ\一………………………’……………中……歷猶議誦2凯0誦加脯()2;膜S2经外光谱;3;膜S2原样红图22膜S2的红外光谱;膜S2经埋±培养后紅外光谱;g自然曝露后红gg(1g外光谱)-址er-sotraofSoutdo的-secilincubation2:瓜sectraofS2址ercinnamon;巧F.IRenraof化efilmS2:化pi22sgUpggp-taeosure3of2befoKincubation:IRsecrS)邓;pg膜S经过自然暴露和埋±试验后的红外光谱如上图21所示。可看出膜S在经过,但是透射率明显自然曝露和埋止后,其主要基团红外吸收峰的位置基本没有发生改变,即膜S发生降解。从图中还可看出,经过埋提高了,说明某些官能团的数量减少了一±试验后膜材料透射率比经过自然暴露试验后膜材料的要好,这在定程度上说明了对—--ii2800-2900cm于膜S。在巧00cm和处的峰值,埋主试验降解率要高了自然暴露试验--ii-0、-、400cm左右处的峰值均下降下降H官能团减少。在1650cm1,说明C,说明0-了。CH的数量减少,这说明膜S发生了光氧化反应或者被微生物利用降解32是膜2经过暴露试验和埋±试验后的红外光谱变化情况。从图中可看出,图2Sg膜S2经过自然暴露和埋±后,主要基团的红外吸收峰位置基本没有变化,有些峰值降gS一低了,整体而言,紅外光谱的透射率增强了,说明膜g2发生了,但是有些没有改变---i—iii-m、1400c、1300cm左右的峰值都降低了,定的降解。在3300cm、28002900cm--^及微生物的作用下发生H、1说明0(:113等基团的数量减少了,膜Sg2在阳光和±壤-i,S2中的赶元素基本没了部分降解。而在2300cm左右处的峰基本没有变化说明膜g有降解。43 第五章改性聚乙蹄醇膜材料降解性评价S.2.2.3膀C和膜Cg2在不同培养条件下红外吸收光谱的变化:<:八/辆40000300巧0025002000巧Jo1000Wi(curl)图23膜C的红外光谱(1:膜C经埋±培养后紅外光谱;2:膜C经自然曝露后红外光谱;3;膜C原样红外光谱)---Fi-23IRsectraof化efilmC1:1民sectraofaftercnnamonsotIRgp(pCiilincubaion^:spectraofCafter0山doorexposure;3-:IRsectraofCbefbreincubatpion)胃tf:妒Jii\__…?‘_I_]I40000抑0000巧025200015001000m-ml)Cc图24膜Cg2的红外光谱(1:膜C2经埋±培养后红外光谱;2:膜C2经自然曝露后社外光谱3:2原样註gg;膜Cg外光谱)---F.i241Rsectraof化enimC21:1民sectraofC2aftercin打amonsoUincubation]:IRsectraofC2afteroutdoorgpg(pg;pgexosure3-:IRsectraofC2beforeincubationp;pg)膜C经过自然暴露和埋±试验后的红外光谱如上图23所示。分析可知,膜C经过自然暴露和埋王试验后,其主要红外吸收峰的位置没有发生变化,但是峰值的大小和透'-'i巧00-射率发生了波动。自然暴露和埋±试验后cm8002900cm,在处的峰值变小,在2i处的峰值没有变化-23f,说明部分0H官能团减少,膜C发生了降解(30cm左右和;在'1650cnT处的峰值变大,这可能是样品被污染或者空气中的二氧化碳所导致的在大于;'icm1500的波段,经过自然暴露和埋主试验后膜C的透射率均大于原样膜C,这也说明发生了一定的降解。44 沈阳农业大学硕±学位论文图24是膜C2经过暴露试验和埋主试验后的红外变化情况。从图中可il,经gt发现过埋±试验后膜Cg2的透射率最大,原样,自然暴露试验次之最小,并且各个处理膜=2--C,g峰的位置基本没有变化,只是峰值变了0H、SiH、C0等官能团的数量均有所减少,即膜Cg2发生了降解,说明引入二氧化旌之后膜Cg2的降解性能好了,这可能是由于二氧化珪使壳聚糖和聚艺婦醇共混膜变得更加松散,出现部分孔隙,有利于微生物的侵蚀和分解,提高了膜的降解率(李萍,2008)。上述试验结果也与质量变化试验中的结果相一致。5.2.3膜材料经过埋±试验后表面微结构的变化5..23.1膜0和膜Og2经过埋±试验后表面微结构的变化ab图25膜0表面微观结构图(a:臟0原样表面微观结构图xlOOO)b:xlOOO))(;膜0埋±后微观结构图(--F.i25MicrostructurediaramofOsurface(a:Microstructurediaramof化己surfaceofOoriinalsamleb:ggggp;-M:cscubaon)icrostructure如agramofthesurfaceofOaftercinnamm〇yintilllllab图26膜O巧表面微观结构图(a:膜Og2原样表面微观结构图bio朋);b:膜〇32埋±后微观结构图レ1000))--F.i26MicroStructurediaramofO2surface(a:MicroStructurediaramofthesurfaceofO2orii打alsamleb;ggggggp;-structured)Microiagramof化esurfaceofGg2aftercin打amonso"incubation45 第五章改性聚乙婦醇膜材料降解性评价5-图2、图26是膜0和膜Og2放大1000倍后的表面微观结构。从图25a中可知膜0原样表面较为光滑-、平整、仅有少量突起物。而从图25b中可W发现,经过120埋±试验后膜0表面出现裂缝,变得粗繼、凹凸不平,并且组织结构松散,这说明膜0确实发生了降解。再观察图26,可W发现,膜〇g2原样较膜0原样表面多了很多片状物质还较为平整,并没有大量突起物质二。经,但,这是由于氧化珪附着在表面造成的过120天埋±试验后的膜Og2表面也出现部分凸起,但是没有裂缝,粗糖程度也不如与膜0埋主后的情况,这说明膜Og2发生了降解,但是程度不如膜0。S.22膜S和S2经过埋止试验后表面微结构的变化.3.膜g画91ab图27膜S表面微观结构图(a;膜S原样表面微观结构图^1000)b:膜5埋±后微观结构图^1000));--mF.2icrosuctureiarofSrface(a:rottrearalhefacefSiileb:ig7MtrdgamsuMicsrucudigmof;suroorgnalsap;-sMicrotructurediaramof化esurfaceofSaftercinnamonsoUincubaticm)g圓戀刻ab图28膜S2表面微观结构图(a:膜S2原x〇〇〇样表面微观结掏图レ1000)b:膜82埋±后微观结构圏(!))gg;呂--F.iosrer(:1salb:i28Mcrtructu过iaamofS2surfaceaMicrostructurediaramof;hesurfaceofSg2oriinalmeggg呂gp;-Microstructure如aramofthesurfaceofS2aftercmnamonsoUincubation)gg7-27-经图巧是膜S放大1000倍之后的表面微观结构,图2a是膜S原样b是,图过120埋止试验后的膜S。分析图27可知,膜S原样表面光滑,仅有少量田起物,说4白 沈阳农业大学硕王学位论文明海藻酸钢与聚己稀醇反应较为完全,得到了目标产物,而经过120天±埋试验后,膜S表面一,些凸起物变粗糖并出现,但是程度不大,也没有出现裂缝或者孔隙。图28是引入了二氧化珪的膜S2放大1000倍么后的表面微观结构-g,其中图28a---是Sg2原样,而图28b是120止埋试验后的膜Sg2。观察比较图28a和图29a可知,膜Sg2原样较膜S原样表面变得粗繼,也出现了大量凹凸不平的凸起物,但是没有裂缝,壑体结构也较为紧密,这说明引入二氧化珪后海藻酸钢改性聚乙帰醇结构发生了改变。比较图28-a8-b可知和图2,经过120天埋±试验后膜Sg2表面变得更加凹田不平,并一些孔洞且在凸起物之间也出现了,但是程度不明显,在粗糖度上与原样相比也变化不大一,说明膜Sg2发生了定的降解,但是降解的程度不大,也处于降解的初级阶段。523C...3膜C和膜g2经过埋±试验后表面微结构的变化臟為abxx图巧膜C表面微观结构图(a;膜C原样表面微观结构图(lOOO);b:膜0埋±后微观结构图(lOOO))--Fi.29Ms別Cface(atdiao比ilsleicrotmU代出aramofsur:MicrostrucureramfesurfaceofCorinaamb:ggggp;M-ictt出f化efacefCafteUincubation)rosrucurearamosurorcinnamonsogabx302a:C2:图膜Cg表面微观结构图(膜原样表面微观结构图(lOOO)b000))g;膜仁骑埋±后微观结构图レ1-F-moi.icrostrucuredaramsurface(过:Mcrosrucudiasureofonasame呂30MtigofCg2ittregraf化efacCg2rigilpl;b:M-icrostructureramthescefCfercinnamonsoilincubation)diagofurfaog2at47 第五章改性聚乙巧醇膜材料降解性评价膜C放大1000倍之后的表面微观结如图29所示,从图中可知,膜C原样表面极为光滑,几乎没有凸起物,而经过120天埋±试验后的膜C表面变得粗糖,并且有大量凸起物一,说明膜C发生了定的降解。30是00030-a-a可知图膜Cg2放大1倍之后的表面微观结构,,分析比较图和图29膜Cg2原祥表面较为光滑,但是有少量凸起物,这是因为动入了二氧化桂附着在膜表面所导致的。经过120天埋±降解后的膜Cg2表面变得极为粗髓,出现很多大大小小的凸起物-、,各个凸起物之间出现很多孔隙,与图29b比乾膜Cg2的粗繼程度更大,孔隙凸起物更多,整体结构也更加松散,因此推断膜Cg2经过120埋±后发生了降解,并且一降解的程度,即降解率要高于膜C,这个结果与前部分质量变化和红外光谱分析的研一究结果相致。5.3小结(1)通过质量变化、红外光谱和表面微观结构变化的分析,得到试验用的改性膜一材料膜0、O、S、S、C、C均能在自然暴露、埋±试验后发生定的降解,并且膜ggg材料的透射率变高,表面变粗趟、凹凸不平。其中降解率最高的是经过埋±试验后的膜0,其值为37.8%。此外,适量的二氧化桂可W使壳聚糖改性聚艺婦醇膜的降解率提高,而使草酸、海藻酸钢改性膜的降解率降低。2一()相同膜材料经过不同的培养方式后,降解率不同;而在同种培养方式下不同的改性膜材料的降解率也不同。送是因为外界环境和膜材料的结构、性质不同造成的。一(3)质量变化是研巧膜材料降解率的传统方式定的误差,并且在,但是其存在样品质量较低的时候误差较大;而红外光谱分析和微观结构电镜扫描是研究膜材料降解率更为客观和科学的方法,误差也较低,但其成本较高。所W在评价膜材料降解性时要。综合考虑各方面的因素,制定合理的评价方法48 沈阳农业大学硕±学位论文第六章结论>二[^1聚乙婦醇为主要原料,^草酸、海藻酸钢、壳聚糖为改性剂本文,^氧化娃为重要添加剂,制备了多种不同的改性聚乙婦醇膜材料,通过对其吸水率、应力、伸缩率、红外光谱的研究,W及在不同培养条件下降解性能的评价,得到W下结论:(1)草酸、海藻酸钢、壳聚糖H种改性剂均能使膜材料的应力降低,但并不存在明显的差异;三种改性剂也均能便膜材料的伸缩率増大,其中海藻酸销改性剂的效果最隹;吸水率为主要参考指标,草酸和壳聚糖为改性剂制备的改性聚乙稀醇膜材料,可W显著降低其吸水率,并且工艺条件为聚己帰醇浓度55g/kg,草酸浓度32g/kg,反应湿度9CTC,反应时间2.化时制备的草酸改性聚芒締醇膜材料吸水率最低,最适合制备膜材料。2一()向改性聚石婦醇中添加无机物二氧化娃之后,其吸水率进步降低,特别是本身吸水率较高的处理,吸水率降低越明显;应力和伸缩率也有降低的趋势。(3)红外光谱分析结果表明,聚乙締醇经过改性和添加二氧化珪后制备膜材料,其主要峰值大小和透射率发生明显的变化,说明改性剂与聚石婦醇确实发生了反应,并且使得聚石婦醇膜材料的结构和性能发生了变化。(4)通过质量变化、红外光谱和表面微观结构变化的分析,研究得到相同膜材料经过不同的培养方式后一,降解率不同;而在同种培养方式下不同的改性膜材料的降解率也不同,其中降解率最大的是草酸改性聚己帰醇膜,其值为37.8%。添加适量的二氧化珪可W提髙壳聚糖改性聚艺嫌醇膜的降解率,但是会降低草酸、海藻酸钢改性膜的降解率。总么聚乙賺醇通过草酸、海藻酸钢、壳聚糖J二l^^及氧化珪改性后性能均发生了变化,并且在环境中的降解能为也得到了提高,根据不同要求,改变工艺条件,是可W用来制备膜材料的。49 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沈阳农业大学硕±学位论文致谢本论文是在导师邹洪涛教授的悉‘。指导下完成的。从论文题目的选择、试验方法的设计、试验的实施、试验结果的分析、>乂及最后论文的撰写、修改和定稿都得到了老,师无私的帮助和指导,在此谨向恩师表示最诚擎的感谢。恩师在学术上知识渊博、治学态度严谨,在生活中工作踏实、勤奋向上、献身于科研,在与恩师相处的几年中我受益一匪浅激励我不断的学习进步这妨必将为我毕业>乂后的,,学习生活打下扎实的基袖,使我受益终生。在这里我也要感谢师母,也祝愿恩师和师母生活幸福、工作顺利、身体健康、合家欢乐。在试验的完成了论文的撰写过程中,得到了208实验室张玉龙老师、虞娜、张玉誇、范庆峰一、黄毅等老师的指导和帮助。每位老师都有着渊博的知识和严蓬的科研作风,'一一他们关‘心同学为我们解决有个又个的问题帮助同学。在此我要向他们表示衷,,的感谢,祝愿工作顺利、身体健康。*在试验的实施过程中,感谢师姐张观輪、于洋、安晶、刘畅,师兄闻共亮、马迎波、高芭伟、祁金虎W及众多师弟师妹们的帮助。也感谢室友范树茂、张俊文、郑基权、韩冰,W及擎友齐向宇、杨志孟、高善博、王宇薇、王胜楠名慧等人在生;f争给予我的支持和帮助,感谢他们多年的陪伴,祝愿他们在W后的学习工作共顺顺利利,事业有成。感谢我的女朋友李利,在我王年的研究生生活中,给予我的理解、支持、鼓励和帮助也感谢我的父母W和亲戚对我的无私奉献。也正是他们在生活和学习对我的支持使,心'的完成得我可安自芭的学亚,顺利地毕业。'一次感谢所有给予我关心最后,我再、照顾、支持和帮助的老师、朋友、亲人,谨向你们致W最诫擎的问候和衷心'的感谢。凌尧2015年6月55 攻读学位期间发表的学术论文攻读学位期间发表的学术论文1.HongtaoZou,YaoLing,XiuliDang,et,al.2015.SolubilityCharacteristicsand"--mnor_fromOicanicComoundCoaedeaJ.ISlowReleaseMechanisofNitrogenrganIgptUi[]InternationalJournalofPhotoenerVolume2015ArticleID7054716aes.(SCIgy,,收录),pg2..邹洪涛,凌盏,于洋,等.2015.包膜肥料用改性聚乙帰醇膜材料降解性的研究[J]光谱学与光谱分析(己录用,2015年8月刊出)(SCI收录)3.±壤.邹洪涛,关松,逵羞,等.2013.穂杆还田不同年限对±壤腐殖质组分的影响内398-402通报,,44(6):1156

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