乙基纤维素包膜尿素的优化制备及其高性能控释机制研究

针对传统聚合物包膜尿素(PCRU)环境降解难题，研究团队通过流化床技术优化乙基纤维素(EC)/乙醇体系喷涂工艺，结合DBS增塑改性和石蜡表面处理，开发出符合ISO 18644:2016标准的EC包膜控释尿素(CRU)。该材料控释期达50天，结晶度降低至8.32%，水接触角提升至130°，为生物基控释肥料产业化提供新方案。

　　

化肥对农业生产贡献高达50%，但传统尿素氮利用效率(NUE)仅21%-35%，且石油基聚合物包膜材料存在难降解问题。乙基纤维素(EC)作为天然生物材料虽具降解优势，但现有EC包膜尿素控释性能不足，如Fernández Pérez等制备的EC包膜尿素48小时释放率达90%。如何通过工艺优化和材料改性提升EC包膜尿素的控释性能，成为绿色农业发展的关键科学问题。

中国农业科学院研究人员在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》发表研究，系统考察了流化床喷涂工艺、DBS增塑改性和石蜡表面处理对EC包膜尿素性能的影响。通过SEM、XRD、接触角测定等技术，发现50°C喷涂温度可形成致密膜结构，DBS使EC结晶度从59.99%降至8.32%，20g石蜡处理使水接触角从100°提升至130°。最终制备的EC包膜尿素控释期达50天，满足ISO标准(28天释放≤75%)。

关键技术包括：1)流化床喷涂工艺参数优化；2)DBS增塑改性EC膜材料；3)熔融石蜡表面处理；4)SEM观察膜形貌；5)XRD分析结晶度变化；6)水接触角(WCAs)测定；7)体外氮释放实验。

【流化床工艺优化】
SEM显示50°C喷涂温度下膜结构最致密，30-50°C时表面平滑，60°C以上出现20μm孔隙。氮释放曲线表明50°C处理组7天释放80%，而80°C组仅需1天。蠕动泵速率15 mL/min和EC浓度≤10%时膜结构完整性最佳。

【DBS增塑改性】
XRD证实DBS使EC结晶度从59.99%(CK)降至8.32%(D3)。拉伸测试显示D2组断裂伸长率(EB)达2.24%，较CK显著提升。改性后控释期从7天延长至10天，但水吸收率(WA)从4.67%增至7.90%，水接触角降低10°。

【石蜡表面处理】
20g石蜡处理使水接触角升至130.16°，T17组28天释放率仅44.73%，控释期达50天。石蜡有效封闭表面孔隙，延缓水分渗透，且土壤中可被微生物降解。

该研究首次实现EC包膜尿素的工业化生产，其降解性能显著优于聚氨酯材料(EC 100天降解6.67% vs PU 807天降解4.86%)。通过工艺-材料-表面处理三重优化策略，解决了生物基包膜材料控释性能不足的行业难题，为农业绿色可持续发展提供了创新解决方案。研究证实温度是影响EC/乙醇体系喷涂相转化的关键因素，DBS通过破坏氢键网络提升膜柔韧性，石蜡处理则通过增强疏水性延长控释期，这三者协同作用使EC包膜尿素兼具环境友好性与农用实用性。