新型富氧型农作物纳米生态涂料的研究

第 25卷第 5期 2011 年 5 月
化工时刊 Chem ica l Industry T mi es
Vo.l 25, No. 5 M ay. 5. 2011
do:i 10. 3969 / j. issn. 1002- 154X. 2011. 05. 002
新型富氧型农作物纳米生态涂料的研究
高国生 赵晓斌* 蒋振华* *
B io- inorgan ic com p lexes ( 3 repea ts)
涂料组 分 成膜剂
富集氧气的无机多孔材料 吸附氧气的天然大分子金属配合物
Study of Novel Ecological CoatingM aterials to Enrich Oxygen for A griculture Application
G ao G usheng Zhao X iaobin* J iang Zhenhua* *
( Changzhou university, Jiangsu Changzhou 213164; * Jiangsu Chang zhou Jianhe Innovation M ater ia ls C o L td, Jiangsu Jintan 213200; * * Jiangsu Jintan Agricu lture T echno logy C entre, Jiangsu Jintan 213200)
2 结果与讨论
2. 1 富集氧生态作物涂料的制备 种衣剂是最为常见的一种农作物用涂料, 它是
一种用于作物种子或其他植物种子包衣的、具有成膜 特性的复配型制剂。通常由农用活性成份 (杀虫剂、 杀菌剂等 )、成膜剂、分散剂、颜料或 其他助剂制成, 可直接或经稀释后包覆在种子表面, 形成具有一定强 度和通透性的保护膜。种子处理包括种衣剂和处理 工艺, 两者密不可分。一般可分为:
在所有的种衣剂中, 高分子材料用作成膜剂是不 可缺少的重要成份, 也是种子包膜类种衣剂产品的核 心。因为高分子材料的选择, 决定着膜材料和种子的 粘结性能。另外在国内外种衣剂的开发过程中, 往往 不够重视的是考虑氧气对种子的供给。目前国内外 仅有利用过氧化物化学品包裹水稻种子, 开发出的逸 氧型种衣剂, 机理是通过过氧化物氧 化过程产生氧 气, 达到增氧效果, 但过氧化物是活性很强的氧化剂, 如控制不当, 将会破环种子, 影响种子的生长, 同时, 过氧化物产生氧气的过程很快, 不能实现持续供氧。 利用无机多孔材料, 负离子纳米粉体, 以及金属配合 物和高分子成膜剂配伍后, 可以制造出一类新型的生 态农作物涂料。 2. 2 动物血液高分子互串交联网络的粘弹性能
种子包裹 ( Seed Dressing) : 利用干型和湿型种 衣剂, 包裹种子。
种子包膜 ( Seed C oat ing) : 利用高分子成膜剂 将农用药物和其他成分涂膜在种子表面。
种子造粒 ( Seed P elleting ) : 将种子和其他材 料混和造粒, 以改善种子外观和形状, 便于机械播种。
本文利用天然纳米负离子粉, 无机多孔材料和其 他金属无机配合物经过配合后, 形成一种可富集氧的
收稿日期: 2011 - 04- 06 基金资助: 常州市科技局计划项目资助 ( 项目号: CE2006224 ), 常州市 831工程项目资助
作者简介: 高国生 ( 1964~ ) , 男, 硕士, 高工, 从事有关新材料研究工作
88 4
90 4
92 5
98 2
78 4
77 6
插栽存活率 ( % ) (平均 标准误差 )
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94 4
94 2
95 5
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吸氧量 (压力降低率 )%
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0
0
表 2 新型含富集氧气无机高分子及天然大分子金属配合物涂料 性能 (3 个重复 ) Tab le 2 P rope rtie s o f Nove l Nano- O xygen En richmen t Coatings Con ta in ing Ino rganic Ma te ria ls and
K eyw ord s nanom aterial oxygen enrichm ent seed coating agent eco log ica l coa ting m aterial
农用涂料中最常见的是种衣剂。它是一种用于 作物种子或其他植物种子包衣的、具有成膜特性的复
配型制剂。通 常由农 用活性 成份 ( 杀 虫剂、杀菌 剂 等 ) 、成膜剂、颜料或其他助剂制成, 可直接或经稀释 后包覆在种子表面, 形成具有一定强度和通透性的保 护膜。用它处理后, 能促进种子发芽、强壮植物、防止 病害, 实现农作物增产。但是, 目前开发的种衣剂却 很少注意氧气在种衣剂中的作用。众所周知, 氧气是 植物生长的必要因素, 种子的发芽生长离不开氧气, 如果种子的外表没有足够的氧气, 种子的胚胎就会因 缺乏氧气不能得到良好发育, 进而影响种子的发芽和 植物苗株的强壮。现在有一种逸氧型种衣剂, 它是在 种衣剂中加入过氧化物, 利用过 氧化物分解释放 氧
高国生等 新型富氧型农作物纳米生态涂料的研究
2011 Vo l 25, No. 5 化工时刊
G ( 2 f ) 0 sin( t) + G ( 2 f ) 0 cos( t)
图 2 纳米粉体含量对涂料流变性能的影响 F ig. 2 In fluence o f the concentra tion o f nanopowde r on the rheo log ica l p roperties of the coa ting m ate ria ls
表 1 新型含富集氧气和释放负离子的无机高分子涂料性能 (3 个重复 ) Tab le 1 P rope rtie s o f Nove l Nano- O xygen En richmen t Coatings Con ta in ing A nion Re leasing
Ino rgan ic Ma te ria ls ( 3 repea ts)
涂料流变性能: 将不同浓度的纳米粉体和高 分子成膜剂充分混和后溶解在去离子水中得到 5% 溶度, 利用粘度仪测定涂料的应力应变性能。
用压力降低率测定涂料的吸氧气量 分别称取 10 g 待检测的干粉涂料样品, 将 其充 分干燥后, 放置于真空干燥器中, 抽真空、脱气, 然后 缓缓注入氧气, 记录干燥器内氧气起始压力 P, 放置 5 m in 后, 再测定氧气压力 P , 按下式计算压力降低 率, 结果列在表 1~ 3中: 压力降低率 ( % ) ( P - P ) /P 100% 压力降低率数值越高, 表明干粉涂料吸氧能力越 高, 对改善生长微环境也越有利。
涂料 4- 1 涂料 4- 2 涂料 4- 3 涂料 4- 4 空白 4 g
用量, g
用量, g
用量, g
用量, g
用量, g
成膜剂
20
25
20
25
20
20
富集氧气的无机多孔材料
65
60
45
50
-
-
吸附氧气的天然大分子金属配合物
5
10
15
10
-
-
发芽率 ( % ) (平均 标准误差 )
表 1给出了利用富集氧气的无机多孔材料和释 放负离子的天然无机材料纳米粉配伍的涂料的性能。
表 2给出了利用富集氧气的无机多孔材料和吸 附氧气的天然大分子金属配合物血红素配伍的涂料 的性能。
表 3给出了利用富集氧气的无机多孔材料, 释放 负离子的天然无机材料和吸附氧气的天然大分子金 属配合物配伍的涂料的性能。
Abstract A novel nanom a terial based ecolog ical coating m aterial w as developed for seed coating and p lant root treatm en.t The rheo log ica l propert ies w ere studied to dem onstrate that the incorporat ion o f nanom ateria l w as ab le to enhance the film form ing propert ies w ith enhanced elast ic ity and Young sm odu les. T he oxygen enrichm ent and an ion re leasing properties of the coatings could he lp the seedling and plant root developm en.t
为了保证富氧材料粉体的添加不影响最后涂料 的膜性能, 本文利用粘度仪对涂料在持续的扭转震动 的情况下, 测试样品的线性粘弹流变性能。在动态情 况下, 给材料施于一剪切应力 :
其中 0 是剪切应力振幅, 是扭转振动频率, 2 f, f 是频率 ( H z), t是时间。
剪切应变 为粘弹性材料弹性部分和粘性部分 两者的集合可用下式表达:
图 2示例给出了添加纳米材料粉体后交联网络 随扭变应力的变化而变化的情况, 结果表明, 随纳米 材料粉体含量的增加, 形成的交联网络弹性增强, 应 变减少, 随着纳米粉含量增加, 杨氏模量增加, 表明 该涂料的膜性能得到改善 。 [ 2, 3] 2. 3 生态涂料释放氧气及对发芽率 /插栽存活率的 影响
图 1 粘度仪 TA 1000 用于检测种衣剂粘弹性能 F ig. 1 R heom e te r TA1000 used fo r ana lysis if
viscoe lasticity o f seeds coa ting agent 富氧生态涂料的制备 [ 1] : 根据配方设计要求, 将纳米负离子粉 ( A ) , 血红 素 ( B) 以及其他辅料 ( C ) 如多孔无机高分子, 高分 子成膜剂, 无机填料均质混和得到固体样品, 参见表 1~ 3。 富氧生态涂料的性能测试:
气, 达到为种子增加氧气 从而改善生长 微环境。但 是, 因过氧化物是氧化性很强的氧化剂, 如果用量控 制不当会破坏种子的胚胎, 影响种子的生长, 同时过 氧化物产生氧气的 过程很快, 很难实 现持续提供氧 气。此外, 过氧化物的存在对土壤和环境存在危害, 而且在生产 和使用种衣剂时, 对人体也 有危害。所 以, 这种以化学品作为供氧剂改善生长微环境的种衣 剂, 也不符合目前环境保护的要求。人们迫切需要一 种既能提高种子发芽率, 出苗势, 又能符合环保要求 的农用涂料。
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化工时刊 2011 Vo l 25, No. 5
科技进展 Advances in Science & Techno logy
农作物涂料, 用于种 子包膜材料 [ 1] 。本文重点对 该 涂料的流变性能和富集氧的功能, 以及对农作物种子 生长, 根部发育的影响进行了研究。
1 实验部分
纳米负离子粉, 南京产, 其他化学试剂均为化学 纯, 直接使用。血红素, 自制, 聚乙烯醇, CP, 上 海化 学试剂公司。粘度仪, TA 1000, 英国 ( 图 1) 。
( 常州大学, 江苏 常州 213164; * 江苏常州剑河新材料科技有限公司, 江苏 金坛 213200; * * 江苏金坛市农业技术试验站, 江苏 金坛 213200)
摘 要 首次报道了一 种能富集氧气的农作物纳米生态涂料, 用于农作 物种子包 衣及植物 根部处 理。该 农业生 态涂 料含有能有效富集氧气 的天然无机高分子和过渡金属配合物, 用 于富集氧气 并能持续 释放氧气。制 造的农作物 生态 涂料可用作新型富氧型 种衣剂产品, 起到增氧, 抗病杀菌, 促进植物根系发展的功效, 最终达到增产的效果。 关键词 纳米材料 富 集氧 种衣剂 生态涂料
砂培试验观察包衣种子的发芽率 /植物 插栽 的存活率。
分别用制得的干粉涂料和空白各包衣 100 粒水 稻种子, 将包衣后的水稻种子种植在装有砂子的培植
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容器内, 观察种子的发芽率, 重复 3 组。并用水配成 的悬浮液各喷涂 100株猕猴桃树苗, 晾干后插栽在装 有砂子的培植容器内, 观察插栽存活率, 重复 3组。