研究人员以液化玉米秸秆（LCS）多元醇、蓖麻油等制备6种生物基聚氨酯包膜控释尿素

在农业生产中，化肥的高效利用与环境保护一直是备受关注的难题。传统的聚氨酯（PU）包膜控释肥料（CRF）虽具有良好的控释性能，但其多来源于石油化工产品或难降解的天然材料如蓖麻油（CO），导致土壤中微塑料污染等环境问题日益凸显。与此同时，大量农业废弃物如玉米秸秆未能得到有效利用，直接还田或焚烧不仅造成资源浪费，还会污染土壤和大气环境。因此，开发可降解的生物基聚氨酯包膜材料，实现农业废弃物的资源化利用，成为提升化肥环境友好性和农业可持续发展的关键方向。

扬州大学的研究人员针对上述问题，开展了以液化玉米秸秆（LCS）基多元醇、蓖麻油、异氰酸酯为原料，甘油和丙烯酰胺为交联剂，制备新型生物基加 包膜控释尿素的研究。该研究成果发表在《BMC Chemistry》上，为农业废弃物的高值化利用和绿色控释肥料的开发提供了重要科学依据。

研究中用到的主要关键技术方法包括：一是液化技术，将玉米秸秆粉碎后通过乙二醇、聚乙二醇（PEG-400）和浓硫酸催化液化制备LCS基多元醇；二是包膜制备技术，采用加热转鼓法将不同配比的原料涂覆在尿素颗粒表面，形成聚氨酯包膜控释尿素；三是性能表征技术，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、接触角测量、热重分析（TG）、静态水萃取法等测定材料的官能团、表面形貌、疏水性、热稳定性、氮释放特性等；四是降解与微塑料分析技术，利用埋袋法测定聚氨酯膜在土壤中的降解率，通过激光直接红外成像系统检测土壤中微塑料的类型和含量。

表面形貌与疏水性分析

通过SEM观察发现，仅用LCS制备的聚氨酯膜（LCSPU、LCSPUG）表面粗糙，存在未完全液化的纤维，可能导致膜层开裂，缩短肥料释放期。而含蓖麻油或其与LCS混合制备的聚氨酯膜（COPU、CLPUA、CLPUB、CLPUC）表面光滑，无明显裂纹。接触角测试表明，交联剂的使用显著提高了膜层的疏水性，含交联剂的CLPUA、CLPUB、CLPUC接触角分别为91.1°、91.3°、92.8°，说明交联结构可通过改善疏水性延长控释期。

热稳定性分析

TG和DTG曲线显示，蓖麻油基聚氨酯（COPU）的热分解起始温度和峰值温度均高于LCS基聚氨酯（LCSPU、LCSPUG），表明其热稳定性更优。LCS与蓖麻油混合制备的聚氨酯（CLPUA、CLPUB、CLPUC）热稳定性接近COPU，而交联剂对热稳定性的影响小于原料来源的影响。此外，LCS基聚氨酯在高温下残留量较高，可能影响其降解性和控释特性。

降解性与微塑料含量

埋袋法结果显示，LCS基聚氨酯的降解率显著高于蓖麻油基聚氨酯。培养210天后，LCSPU降解率达7.91%，而COPU仅为5.86%。当30%蓖麻油被LCS替代时，混合PU的降解率为6.54%~6.58%。土壤微塑料检测表明，LCS基聚氨酯处理的土壤中微塑料含量最低（6~7个/1.5g土壤），COPU 处理的含量最高（16个/1.5g土壤），说明LCS替代蓖麻油可有效减少土壤微塑料污染。

氮释放特性

静态水萃取法测定显示，未添加交联剂的LCSPU控释期为4.63天，添加交联剂后延长至8.31天。蓖麻油基COPU控释期为14.58天，而30%蓖麻油被LCS替代并添加交联剂的CLPUA、CLPUB、CLPUC控释期保持在13.61~14.41天，表明交联结构可在不显著影响控释期的前提下，通过降低成本和提高降解性实现经济效益与环境效益的平衡。

研究结论表明，将液化玉米秸秆部分替代蓖麻油用于制备生物基聚氨酯包膜控释尿素具有显著的环境优势。尽管LCS基聚氨酯的控释期略短于蓖麻油基聚氨酯，但其降解性显著提升，且通过构建交联结构可有效改善疏水性和控释性能。当替代比例为30%时，既能保持控释期稳定，又能减少土壤微塑料含量，为农业废弃物的资源化利用和绿色控释肥料的开发提供了新路径。该研究不仅为解决传统控释肥料的环境问题提供了科学方案，也为玉米秸秆等农业废弃物的高值化利用开辟了新方向，对推动农业绿色发展和可持续农业具有重要意义。