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为解决传统蓖麻油基聚氨酯（PU）难降解问题，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 PU（BPU）包膜控释尿素。发现 30% 蓖麻油被 LCS 替代时控释期不变、降解性提升，土壤微塑料减少，具高环境效益。
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 PU 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 PU 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 PU 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 PU 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 PU 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 PU 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 PU（COPU）的热分解起始温度和峰值温度均高于 LCS 基 PU（LCSPU、LCSPUG），表明其热稳定性更优。LCS 与蓖麻油混合制备的 PU（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 PU 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 PU 的降解率显著高于蓖麻油基 PU。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 PU 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 PU 包膜控释尿素具有显著的环境优势。尽管 LCS 基 PU 的控释期略短于蓖麻油基 PU，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。
