聚乳酸包膜肥料的理化性能测定及缓释效果试验

王海燕

（天津红日爱乐意药用辅料有限公司，天津 301700）

目前，我国化肥利用率仅为35%左右，长期大量施用化肥导致土壤板结、地表水富营养化等环境问题出现。缓控释肥料是利用对生物和化学作用不敏感的膜材料包膜以控制肥料的释放速度，减少化肥用量和施用次数，降低环境污染，提高肥效。目前常见的缓控释肥分为无机物包膜、有机聚合物包膜、有机-无机复合材料胶结包膜等。

聚乳酸是由L-乳酸聚合而成的高分子材料，可通过微生物作用分解为H2O和CO2，是一种环境友好型生物材料。作为载体的聚乳酸，熔化或溶解过程可将肥料“包埋”起来，在土壤中逐渐降解释放，并在土壤微生物和光照等的共同作用下，分解成H2O和CO2。本文利用低聚乳酸作为包膜材料，研究其成膜性能以及对生物肥料的缓释性。

1 材料和方法

1.1 供试材料及设备

化学级尿素、氯化钾和磷酸二氢铵由科威试剂公司提供，聚乳酸由浙江海正生物材料股份有限公司提供。

全方位行星式球磨机由北京卓的仪器设备有限公司生产，电导率仪由上海仪电科学仪器股份有限公司生产，制粒机由江阴市康和机械有限公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 肥料包膜处理 将N、P、K肥料按质量比1∶1∶1混合，加入一定的粘合剂等辅料进行制粒，粒径范围2～3 mm。将制粒后的肥料与熔融后的聚乳酸用物理法包裹成膜，所得产品置于45 ℃干燥，干燥后放入试剂瓶中备用。

1.2.2 成膜性能测定 取10 g制粒后的复合肥（粒度一致、外表无破损）于500 mL烧杯中，将聚乳酸熔融后按1∶30的比例缓慢加入烧杯，边加边用玻璃棒搅拌。包膜均匀后将其置于不锈钢盘中推展开，置于(45±1) ℃烘箱内烘干，观察成膜性能，记录所有包膜肥表面衣膜固化、互不粘连所需的时间。

1.2.3 耐磨性测试 称取一定量的包膜肥料，按质量比1∶1与钢珠混合，放入球磨机中，以200 rpm的速度滚动30 min，将样品取出，通过不锈钢筛进行筛分，并计算磨损率。

1.2.4 包膜肥缓释性能测定 通过电导率仪测定包膜控释肥的浸提液电导值，制定出不同浓度N、P、K总养分浓度的标准曲线，再将测量值代入公式，计算包膜控释肥的养分释放量和累积释放百分数。

2 结果与分析

2.1 聚乳酸包膜的理化性质

成膜性、成膜均匀度、成膜时间和包膜磨损率等是缓释包膜肥的重要理化指标，决定其缓释特性。试验表明，试验制备的包膜肥磨损率平均为2.27%，说明肥料表面的聚乳酸成衣膜附着牢固，运输、作业等环节不易脱落。成膜性Ⅱ级，说明聚乳酸在成膜性方面不是最优的材料，需加入其他助剂提高成膜性。包膜均匀度为88.3%，由于其成膜性不强，导致均匀度略低。成膜时间为13.3 min，时间略长（表1）。

表1 聚乳酸包膜理化指标

2.2 包膜肥累计释放过程

由图1可知，试验制备的缓释肥在24 h初期和28 d的养分释放率分别为3.4%、45.1%，满足国家标准GB/T 23348-2009规定的24 h初期养分释放率不超过15%，28 d养分释放率不超过75%的要求。缓释周期可达100 d，达到欧美等国缓释肥料的行业标准和中国标准GB/T 23348-2009。

养分释放按照速率高低分为3个阶段，第一阶段为15 d以内，为缓慢释放阶段，此时作物处于幼苗期，需肥相对较少，缓释肥此阶段养分溶出量较少；第二阶段为15～60 d，为加速释放阶段，此时作物处于快速生长期，需肥量相对较多，缓释肥此阶段养分溶出量迅速增加；第三阶段为60 d以后的完全释放阶段，养分释放速率趋缓，聚乳酸包膜几乎全部被分解，100 d时的最大养分溶出量达到92%。

包膜肥养分累积释放基本呈“S”型曲线，与微生物的生长周期类似，也与作物生长过程需肥规律基本一致。说明聚乳酸包膜缓释性良好，是一种适合作物生长的缓释肥包膜材料。

3 结论与讨论

通过对聚乳酸包膜的理化性能测定，对包膜肥养分初期溶出率、养分累积释放曲线的分析，得出如下结论：

3.1 缓释肥包膜剂成膜良好，成膜时间13.3 min，包膜磨损率＜5%，说明聚乳酸缓释肥包膜剂理化性能较好。

3.2 包膜肥养分初期溶解率3.4%，28 d累积养分释放率45.1%，符合中国缓释肥料标准。养分累积释放曲线与作物需肥规律基本一致，缓释效果较好，达到有效控制复合肥养分释放的目的。

聚乳酸作为可完全生物降解材料，越来越受到人们的重视，但目前价格相对较高，应用受限。今后研究的重点是改进聚乳酸生产工艺，降低成本，设计合成不同性能的聚乳酸共聚物以满足包膜肥的需求。