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肥料及施肥技术团队创新研发出一种有机硅基聚氨酯包膜控释尿素
发布者：管理员发布时间：2026-07-14作者：李娟来源：肥料及施肥技术团队点击量：
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所肥料及施肥技术创新团队成功研发出一种新型有机硅基聚氨酯包膜控释尿素。该研究突破了传统以碳链聚氨酯为包膜材料的技术路径，创新性地采用硅链聚氨酯作为主要膜材，通过多元醇分子结构的精确设计、聚氨酯膜层性能的精细调控以及包膜工艺的优化，实现了控释肥料养分的精准释放。相关研究成果发表于《Progress in Organic Coatings》期刊（JCR Q1，IF=7.9），并已获国家发明专利授权一项。
包膜控释肥料的研发与应用是推动新型肥料服务农业绿色发展的重要支撑。聚氨酯包膜控释肥料作为当前市场上性能优异且体系成熟的新型肥料产品，仍面临膜材料控释性能与降解性能难以兼顾的技术瓶颈。有机硅多元醇因其硅链结构兼具高疏水性与生物可降解特性，目前在聚氨酯包膜控释肥料研发中作为助剂使用，将其用来制备控释膜层的研究还未见报道。
本研究以有机硅多元醇（羟丁基硅油）为研究对象，通过调控其羟值、R值等分子结构参数及优化包膜工艺，成功制备了膜层疏水性能显著增强的有机硅基聚氨酯包膜尿素。进一步通过优化蓖麻油多元醇与有机硅多元醇的复混比例，有效提升了膜层的力学性能。在此基础上，系统探讨了多元醇分子结构变化与肥料功能之间的内在关系，揭示了多元醇链段互补调控包膜肥料控释性能的作用机制。主要结果如下：（1）采用羟值为175、R值为1.15的有机硅多元醇在80℃、4%包膜率的工艺条件下制备的包膜控释尿素，其膜层水接触角达98.05°，较聚醚聚氨酯包膜控释尿素膜层相比，疏水性能显著提升40%，控释期达到43天；将蓖麻油多元醇（179羟值）替代20 wt.%有机硅多元醇后，包膜控释尿素膜层断裂伸长率提高至4.97%，控释期延长至90天以上。（2）表征分析结果显示，与纯有机硅基聚氨酯包膜尿素相比，蓖麻油/有机硅基聚氨酯包膜尿素膜层C-H键特征峰突出、表面粗糙度从0.5nm提升至6.2nm，表明蓖麻油多元醇与有机硅多元醇因分子链段极性相似而形成高效共聚体系，该共聚体兼具前者长脂肪烃链段的柔韧性与后者硅氧烷链段的疏水性，从而显著提升了包膜尿素的养分控释功能。该研究通过深入解析“结构—性能—功能”一体化理论体系，为聚氨酯包膜材料的绿色化与高性能化设计提供了新的学术思路。同时，基于多元醇复混改性的协同效应研究，揭示了不同类型多元醇链段互补的作用机理，丰富了包膜控释肥料的材料体系与改性理论。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所硕士毕业生闫思慧为论文第一作者，李娟研究员和杨相东研究员为论文共同通讯作者。本研究得到北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室、“十四五”国家重点研发计划项目（2024YFD1700102）、国家自然科学基金项目（32372819）和中国农业科学院重大科技任务项目（CAAS-ZDRW202407）等项目共同资助。
图. 有机硅基聚氨酯包膜控释肥料研发示意图
【引文方式】：
Yan, S. H., Li, Y.Y., Yang, X.D., Li, J., 2026. The precise regulation of nitrogen release in novel silicone-based polyurethane-coated urea through the tailored design of polyol molecular structures. Progress in Organic Coatings. 219, 110366.
【原文链接】：
https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110366
【发明专利】：
李娟， 闫思慧，杨相东。 有机硅基聚氨酯包膜控释肥料及其制备方法，
ZL 2025 1 1819705.0， 2026-04-17。
