CN102477203B - 一种肥料胶结包膜缓释材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种胶结包膜缓释材料及其制备方法。该方法包括如下步骤：1)向聚合物a的水溶液中加入交联剂后进行反应，所述聚合物a为多聚谷氨酸、聚乙烯醇、聚乙二醇聚或乙烯吡咯烷酮；2)向步骤1)的溶液中加入酸化剂、交联剂和混合单体后再进行反应；所述混合单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、羟甲基丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸羟乙酯、双丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯中至少一种；3)向步骤2)的溶液中加入碱化剂和交联剂后继续反应；然后调节pH值至中性后，再加入增塑剂后并搅拌即得成膜溶液；将所得成膜溶液制成膜即为所述胶结包膜缓释材料。本发明提供的胶结包膜材料可应用于制备微水溶性缓释肥料。
Description
技术领域
本发明涉及一种肥料胶结包膜缓释材料及其制备方法，属于包膜肥料研究领域。
背景技术
目前的缓控释肥料产品主要存在两方面的问题：(一)包膜肥料是目前缓控释肥料的主要品种，其缺点是成本高、包膜材料难降解，施入土壤易造成二次污染，其主要原因是采用了有机物质作为溶剂来制备包膜材料、利用耗能大的设备研制包膜肥料；(二)目前的包膜肥料主要采用温度依赖型的物质作为包膜材料，这种肥料产品的养分释放在土壤田间持水量大于40％的条件下主要受积温影响，并随积温的变化养分能有效地供给作物需求；但当土壤田间持水量小于40％时养分释放则受到抑制，难以有效供给作物需求。因此，对于这种在一定水分条件下受积温影响的肥料适合施用于雨水、灌溉水丰富的湿润地区。而在较为干旱半干旱的雨养农业地区，由于土壤田间持水量时常低于40％，如果缓控释肥料不能随降雨及时地释放出一定养分并随水分迁移到作物有效吸收范围，这种肥料所含养分就很难有效满足作物需求。因此，肥料的胶结包膜材料对肥料的释放起着关键的作用。目前，国内外采用水基成膜法合成了胶结包膜材料，但是因为该技术难度较高稳定性较差，所得的包膜材料存在着干燥速度慢、溶水性不佳等问题；因此，需要提供一种能够应用于干旱半干旱地区大面积且应用成本低廉、能够随降雨及时缓慢的释放出一定养分的肥料胶结包膜材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种微水溶性的胶结包膜缓释材料及其制备方法。
本发明提供的胶结包膜缓释材料的制备方法，包括如下步骤：
1)向聚合物a的水溶液中加入交联剂后进行反应，所述聚合物a为多聚谷氨酸、聚乙烯醇、聚乙二醇聚或乙烯吡咯烷酮；
2)向步骤1)的体系中加入酸化剂、交联剂和混合单体后再继续反应；所述混合单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、羟甲基丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸羟乙酯、双丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯中至少一种；
3)向步骤2)的体系中加入碱化剂和交联剂后继续反应；然后调节pH值至中性后加入增塑剂并搅拌即得成膜溶液；将所得成膜溶液制成膜即为所述胶结包膜缓释材料。
上述的制备方法中，步骤1)所述多聚谷氨酸、聚乙烯醇、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量分别为20000g/mol、1750g/mol、400g/mol和35000g/mol。
上述的制备方法中，步骤1)、步骤2)和步骤3)中所述交联剂可为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、淀粉、丙烯酸、葡萄糖或硼砂；所述淀粉的相对分子量为30000。
上述的制备方法中，步骤1)所述聚合物a与所述交联剂的质量份数比为1∶(60-150)，如1∶60、1∶110、1∶120或1∶150；所述反应的温度为50℃-70℃，如50℃或70℃；所述反应的时间为60min-90min，如60min或90min。
上述的制备方法中，步骤2)所述酸化剂为硫酸、盐酸、磷酸和醋酸中至少一种。
上述的制备方法中，步骤2)所述酸化剂、交联剂和混合单体与步骤1)中所述聚合物a的质量份数比为(1-4)∶(15-50)∶(6-16)∶1，如1.5∶50∶11∶1、3∶50∶13∶1、3∶28∶6∶1或3.8∶17.5∶16∶1；步骤2)所述反应的温度为80℃-95℃，如80℃或95℃；所述反应的时间为60min-180min，如60min-150min、60min或150min。
上述的制备方法中，步骤3)所述碱化剂为氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和碳酸盐中至少一种；所述碳酸盐可为碳酸钠、碳酸钾或碳酸钙。
上述的制备方法中，步骤3)所述交联剂和增塑剂与步骤1)所述的聚合物a的质量份数比为(5-14)∶(1-6)∶1，如14∶4.6∶1、9.6∶4.4∶1、5∶∶1.5∶1或12.5∶5.3∶1。
上述的制备方法中，步骤3)所述反应的温度60℃-80℃，如60℃或80℃；所述反应的时间为45min-90min，如45min或90min。
上述的制备方法中，步骤3)所述增塑剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钾、己二酸二辛酯、己二酸二异癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酸、癸二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯和双季戊四醇酯中至少一种。
本发明提供的胶结包膜材料可应用于制备微水溶性缓释肥料。此肥料养分释放特点为随水分流动可瞬时的释放出来一定量，并且在作物整个生育期保持养分缓慢释放规律。应用于半干旱地区可节水、节肥、提高养分利用率。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所用的淀粉的相对分子量为30000；聚乙烯吡咯烷酮PVP的数均分子量为35000g/mol；聚乙二醇PEG的数均分子量为400g/mol；多聚谷氨酸PGA的数均分子量为20000g/mol；聚乙烯醇PVA的数均分子量为1750g/mol。
实施例1、胶结包膜缓释材料的制备
向水中加入0.35g多聚谷氨酸PGA搅拌至溶解得到完全溶解的水溶液，向该水溶液中加入52.5g葡萄糖，加热至50℃并保温反应90min；再向体系中加入0.5g硫酸(浓度为98％)、17.5g葡萄糖和4.0g丙烯酸混合单体，加热体系至80℃并保温反应150min；再向体系中加入3.6g氢氧化钠，调节体系的pH值为10，加入5g丙烯酸，使体系降温至60℃并保温反应90min；然后用2g氢氧化钾调节体系至中性，再加入1.6g硬脂酸钙搅拌30min得成膜溶液；然后用流延法将所得成膜溶液制成膜即为所述胶结包膜缓释材料。
该膜的厚度为0.05-0.1mm，透水率为16.8g/m2·h，吸水率为18％。
实施例2、胶结包膜缓释材料的制备
向水中加入0.45g聚乙烯醇PVA搅拌至溶解得到完全溶解的多元醇水溶液；向该水溶液中加入52.5g淀粉，加热至70℃并保温反应60min；再向体系中加入1.4g盐酸(浓度为38％)、17.5g淀粉和6g甲基丙烯酸甲酯，加热体系至95℃并保温反应60min；再向体系中加入4.5g氢氧化钾，调节体系的pH值为9，加入4.3g丙烯酸乙酯，使体系降温至80℃并保温反应45min；然后用1.4g氢氧化钾调节体系至中性，然后加入2.0g硬脂酸钾搅拌30min得成膜溶液；然后用流延法将所得成膜溶液制成膜即为所述胶结包膜缓释材料。
该膜的厚度为0.02-0.1mm，透水率为14.8g/m2·h，吸水率为15％。
实施例3、胶结包膜缓释材料的制备
向水中加入0.8g聚乙二醇PEG搅拌至溶解得到完全溶解的水溶液；向该水溶液中加入47.8g淀粉，加热至70℃并保温反应60min；再向体系中加入2.3g盐酸(浓度为38.4％)、22.2g淀粉和5g甲基丙烯酸乙酯，加热体系至95℃并保温反应60min；再向体系中加入5.1g氢氧化钾，调节体系的pH值为8.3，加入4.1g丙烯酸丁酯，使体系降温至60℃并保温反应90min；然后用0.8g氢氧化钾调节体系至中性，然后加入1.2g硬质酸钙搅拌30min得成膜溶液；然后用烘干法将所得成膜溶液制成膜即为所述胶结包膜缓释材料。
该膜的厚度为0.005-0.02mm，透水率为15.4g/m2·h，吸水率为17％。
实施例4、胶结包膜缓释材料的制备
向水中加入0.32g聚乙烯吡咯烷酮PVP搅拌至溶解得到完全溶解的PVP水溶液；向该水溶液中加入35.2g硼砂，加热至70℃并保温反应60min；再向体系中加入1.2g硫酸(浓度为98％)、5.6g硼砂和5.1g丙烯酸丁酯，加热体系至95℃并保温反应60min；再向体系中加入7.5g碳酸钾，调节体系的pH值为8.9，加入4g丙烯酸，使体系降温至60℃并保温反应90min；然后用1.0g氢氧化钙调节体系至中性，然后加入1.7g硬质酸镁搅拌30min得成膜溶液；然后用流延法将所得成膜溶液制成膜即为所述胶结包膜缓释材料。
该膜的厚度为0.03-0.12mm，透水率为18.1g/m2·h，吸水率为19％。
Claims (8)
1.一种胶结包膜缓释材料的制备方法，包括如下步骤：
1）向聚合物a的水溶液中加入交联剂后进行反应，所述聚合物a为多聚谷氨酸、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮；
2）向步骤1）的体系中加入酸化剂、交联剂和混合单体后再继续反应；所述混合单体为丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、羟甲基丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸羟乙酯、双丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯中至少一种；
3）向步骤2）的体系中加入碱化剂和交联剂后继续反应；然后调节pH值至中性后加入增塑剂并搅拌即得成膜溶液；将所得成膜溶液制成膜即为所述胶结包膜缓释材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）、步骤2）和步骤3）中所述交联剂为丙烯酸乙酯、淀粉、丙烯酸、葡萄糖或硼砂。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤1）所述聚合物a与所述交联剂的质量份数比为1：（60-150）；所述反应的温度为50℃-70℃；所述反应的时间为60min-90min。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所述酸化剂为硫酸、盐酸、磷酸和醋酸中至少一种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所述酸化剂、交联剂和混合单体与步骤1）所述聚合物a的质量份数比为（1-4）：（15-50）：（6-16）：1；步骤2）所述反应的温度为80℃-95℃；所述反应的时间为60min-180min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤3）所述碱化剂为氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和碳酸盐中至少一种。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤3）所述交联剂和增塑剂与步骤1）所述聚合物a的质量份数比为（5-14）：（1-6）：1；步骤3）所述反应的温度60℃-80℃；所述反应的时间为45min-90min。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤3）所述增塑剂为硬脂酸钙、己二酸二辛酯、己二酸二异癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酸、癸二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯和双季戊四醇酯中至少一种。
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