三元共聚物及制备方法与其在小麦叶片抗菌保水中的应用

本发明属于农业高分子材料应用，具体涉及一种三元共聚物及制备方法与其在小麦叶片抗菌保水中的应用。

背景技术：

0、技术背景

1、植物抗蒸腾剂一般是由高分子网状结构材料合成，能够封闭植物表面气孔，延缓代谢，同时网状结构及其分子间隙具有透气性，能够保证植物的正常呼吸与通气。在植物枝干及叶面表层可形成超薄透光的保护膜，能有效抑制植物体内水分过度蒸腾，最大程度降低因移植、干旱及风蚀所造成的枝叶损伤，提高植物成活率，降低人工养护成本。

2、冬小麦生育中后期容易遭受干热风和干旱的胁迫，这时植株体内含水量降低,气孔快速闭合以降低蒸腾作用来减少体内水分散失，但是叶片气孔关闭会抑制co2同化以及光合作用。叶面喷施添加了植物抗蒸腾剂的高分子聚合物涂层后，可以降低叶片的蒸腾速率,在轻度干旱条件以及重度干旱条件下，减轻光合作用的阻力，在一定程度上提高了co2的同化能力，有利于光合速率提升。

3、但是，现有的抗蒸腾剂存在具有毒副作用、价格昂贵或在一定程度上抑制植物生长等缺陷。另外，有些抗蒸腾剂是由多种成分复配而成，易将非必需金属元素引入土壤，可能存在安全隐患。比如中国专利文献cn108391659a(cn201810400963.9)，公开了一种植物抗蒸腾剂，包含如下重量份的组分：铝盐10 30份；有机高分子聚合物5 10份；非离子表面活性剂0.5 1份。所述的铝盐为硫酸铝、氯化铝、碱式氯化铝等中的一种或多种组合。所述的有机高分子聚合物为聚丙烯酰胺、聚二甲基烯丙基氯化铵等中的一种或多种组合。所述的非离子表面活性剂为aeo 9，jfc等中的一种或多种组合。但是该抗蒸腾剂的组分复杂，且引入会对土壤有害物质。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种三元共聚物及制备方法与其在小麦叶片抗菌保水中的应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种偏氟乙烯-丙烯基酰胺-季铵化聚苯乙烯基三元共聚物，其特征在于，所述共聚物的结构式a2所示，所述共聚物包括结构单元a、结构单元b和结构单元c；

4、

5、其中，x/x+y+z＝0.05-0.25，优选情况下x/x+y+z＝0.08-0.25；y/x+y+z＝0.05-0.25，优选情况下y/x+y+z＝0.20-0.25；z/x+y+z＝0.50-0.72。进一步优选的，x/x+y+z＝0.08-0.20；y/x+y+z＝0.20；z/x+y+z＝0.60～0.72。

6、优选的，a单元为偏氟乙烯(pvdf)结构单元，其单体结构为ch2＝cf2；

7、b单元为丙烯基酰胺结构单元，其单体结构为

8、c单元为季铵化苯乙烯结构单元，其单体结构为

9、优选的，所述三元共聚物的数均分子量为20万～50万；0＜x≤20。优选的，所得三元共聚物的离子交换容量(iec)值为0.9～4.0mmol/g，数值越高，说明季铵基团数量越多。进一步优选的，所述数均分子量为40～42万，离子交换容量为1～1.2mmol/g。

10、本发明还提供上述聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

11、(1)在反应容器中加入单体丙烯基酰胺乙烯基苄基氯和引发剂，搅拌，在氮气氛围下充入单体偏氟乙烯(ch2＝cf2)气体进行聚合反应，反应结束后，冷却至室温，释放未反应气体，得到均匀的三元共聚物乳液；乳液经过乙醇溶液破乳后，多次洗涤除去乳化剂和未反应的单体，烘干得到中间产物，命名为a1，如式ⅰ所示：

12、

13、(2)将步骤(1)所得产物a1，浸泡于三甲胺水溶液中，于一定温度下进行反应，然后冷却至室温，用去离子水反复清洗至中性，经烘干得到目标产物a2，反应式如式ⅱ所示：

14、

15、优选的，步骤(1)中丙烯基酰胺、乙烯基苄基氯、引发剂三者的摩尔比为(1～5)：(5～25)：1；优选为2:(8～20):1。优选的，步骤(1)中，偏氟乙烯相对于丙烯基酰胺和乙烯基苄基氯过量，丙烯基酰胺与偏氟乙烯的摩尔比为(0.4～5):1；进一步优选为(0.5～4):1。进一步优选的，所述丙烯基酰胺、乙烯基苄基氯、引发剂、偏氟乙烯的摩尔比为2:(8～20):1：(0.5～4)。

16、优选的，步骤(1)所述聚合反应的反应压力为1.05～1.55mpa，反应温度为60～100℃，反应时间为10～36h。进一步优选的反应压力为1.5mpa，反应温度为100℃，反应时间为24～30h。

17、优选的，步骤(1)所述引发剂包括过氧化苯甲酰、偶氮化合物或者过硫酸盐中的一种。进一步优选的，步骤(1)所述引发剂为过氧化苯甲酰。

18、优选的，步骤(1)中所述烘干的温度60℃，烘干时间为24h。

19、步骤(1)中通过调节三单体质量投料比来控制三元共聚物涂层的疏水性、亲水性、杀菌效果以及保水能力。单元a的比例增加，三元共聚物涂层的疏水性能增加，透光性能降低；单元b的比例增加，涂层的亲水保水性能增加，透气性能降低；单元c的比例增加，涂层的抗菌性能增加；根据农作物的光合作用、蒸腾作用以及保水抗菌效果的要求，可以通过调控三元共聚物单元占比，实现涂层的不同功能。

20、步骤(1)可采用溶液聚合，以三氟三氯乙烷(f113)为分散介质，其他反应过程同乳液聚合步骤。

21、优选的，步骤(2)中，所述三甲胺水溶液的质量百分数为5～30％。

22、优选的，步骤(2)中，反应温度为30～60℃，反应时间为24～50h。优选的，步骤(2)中产物烘干温度为40～80℃，烘干时间为12～30h。

23、本发明还提供一种偏氟乙烯-丙烯基酰胺-季铵化聚苯乙烯基三元共聚物的涂层，所述涂层的厚度为0.01～100mm，上述涂层的制备方法，将上述三元共聚物溶于水或者水醇溶剂中，得到共聚物浓度为1.8～15wt％的溶液，喷涂于基底之上，晾干或者烘干即得。优选的，烘干温度为30～50℃。优选的，水醇溶液中醇为乙醇或异丙醇，水和醇的体积比为1～2:8～9。优选的，所述基底包括农作物叶片、金属材料、纺织物材料、玻璃材料中的一种，可作为医疗器械涂层等。

24、本发明还提供上述三元共聚物在农作物抗菌保水中的应用。

25、优选的，所述农作物包括粮食作物和经济作物。进一步优选的，所述农作物包括小麦、玉米、花生、大豆、棉花、甘蔗、水果等。

26、本发明还提供一种上述三元共聚物在小麦叶片抗菌保水中的应用。

27、优选的，所述应用方法为：

28、三元共聚物与水按质量比1:10～50的比例均匀稀释后，避开阴雨天，均匀喷洒于小麦叶片的上下表面，每次用量为40～50l/亩。

29、优选的，所述三元共聚物与水的质量比为1:15～25。

30、进一步优选的，所述使用方法为：在小麦的返青期、拔节期和扬花期分三次喷洒。进一步优选的，该方法更适用于华北平原区的小麦种植。

31、本发明的有益效果：

32、本发明具体实施例提供的一个或多个技术方案，至少具有以下有益效果：

33、(1)三元共聚物中的丙烯基酰胺单元中的酰胺基团之间可以形成氢键，改善pvdf聚合物的亲水性，有效地增加共聚物涂层的水分吸附能力和保水能力，使用该涂层后可有效减少叶片表面水分挥发，达到保护叶片水分的目的。在干旱环境下作物的光合速率会显著降低，涂层在叶片上雾化成膜后与植物表面强力结合，形成一层优质保水透气保护膜，增强了叶片的保水能力，减少了气孔蒸腾，使叶片处于较好的水分状态，为作物光合作用提供重要的水分支持。

34、(2)本发明的三元共聚物及其涂层，保留了pvdf优势单元-(ch2cf2)x-，在三元共聚物涂层中能够形成疏水相，可以与亲水的丙烯基酰胺单元形成亲-疏的微观相分离通道，所形成的通道有利于气体分子的扩散，达到透气效果。且三元共聚物中含有季铵基团，使用该涂层后可增加植物叶片抗菌效果，能够降低小麦白粉病、炭疽病和锈病等茎叶病害的发病率。且相对于小分子抗菌剂易团聚的现象，本发明聚合物涂层雾化后分散均匀，不会发生团聚；涂层成膜后抗菌时间长，不流失；涂层与基体材料之间有强作用力，耐冲刷。