CN105461429A - 包膜缓控释肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及肥料技术领域，提供一种包膜缓控释肥及其制备方法，可降解包膜缓控释肥，包括作为核体的肥料和包覆于肥料表面的包覆膜层，包覆膜层由包括聚醚多元醇、生物降解剂、光敏剂和固化剂进行固化反应形成；其中，生物降解剂占聚醚多元醇质量比例为大于0％，小于或等于20％；光敏剂占聚醚多元醇质量比例为大于0％，小于或等于1％，聚醚多元醇与固化剂的质量比为3:7～7:3。本发明提供的包膜缓控释肥，通过添加生物降解剂、光敏剂，加速促进无溶剂包膜材料的降解，降低包膜材料对环境的污染；同时降低了包膜材料的制造成本；生物降低剂还能够被土壤中被缓慢分解，提供土壤微生物生长所需的营养物质，加速土壤修复和促进植物快速生长。

Description

包膜缓控释肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料与肥料技术领域，尤其涉及一种包膜缓控释肥及其制备方法。

背景技术

由于传统化肥当季利用率低下，造成大量的养分被释放到空中或者残留于土壤中，带来严重的环境污染。农业化肥的不合理施用已经成为面源污染的元凶，同时，带来了土壤结构变劣、地表水富营养化、地下水和蔬菜中硝态氮含量超标、氧化亚氮排放量增加等等问题。

缓控释肥通过提高肥料利用率，增产增效、降低养分挥发和流失，可对面源污染的治理起到极为重要的作用。缓控释肥料是一种根据作物不同生长阶段对营养需求而释放养分的新型肥料，作为一种高新技术产品，利用控制养分的释放时间与速度达到提高肥料利用率的难题。其重大意义在于提高化肥利用率，减少化肥用量，节约大量资源；减少农业的面源污染，利于生态文明社会建设；减少施肥次数，节省劳动力，增加农民收入；可减轻农作物病害，改善农产品品质，促进食品安全，从而达到高产、高效、优质、环保的目的。因此缓控释肥料被称为“21世纪新型环保肥料”，成为人类化肥工业发展的方向。20世纪70年代，研究方向主要为尿素-甲醛缩合物、聚烯类等作为包裹肥料膜，肥料中搀杂(添加)其他难溶物、添加剂、抑制剂生产缓释肥料，异丁叉二脲和正丁叉二脲缩合物缓释肥料的研究方面；20世纪80年代，缓控释氮肥开始走多元化道路，主要是对硫磺、聚乙烯、磷酸镁铵等作为包裹肥料膜材料方面的研究；到了20世纪90年代缓释肥趋于成熟，对有机高分子聚合物包裹膜分解过程的研究；目前，缓控释肥料的研究主要集中在包膜新材料的研发、新型化学合成缓释肥料合成工艺方法的研究及新型缓控释肥料长期应用对环境影响方面的研究等。

无机(矿)物作为包膜材料的优点是材料来源广泛、价格低，肥料养分释放完了以后，残留在土壤中空壳能够自行破碎，不仅对土壤环境无污染而且还有改善土壤结构、提供某些微量元素的作用；其缺点是缓释效果差，养分含量低，未能真正达到缓释养分的目的。有机高分子聚合物作为包膜材料大多以苯类和有机氯作为溶剂，不仅污染环境，价格昂贵，生产工艺复杂，而且更为严重的是，此类包膜肥料养分释放殆尽(到一定程度)以后，残留在土壤中的有机高分子聚合物降解缓慢甚至不降解，长期下去，会破坏土壤结构对农作物生长造成不利的影响。另一方面，采用无溶剂的聚氨酯作为包膜材料，同样存在聚氨酯的降解性问题，如果长期使用难以降解的包膜材料，必然会给土壤带来严重的环境问题。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于提供一种具有可降解包膜材料，友好环境的包膜缓控释肥及其制备方法。

本发明是这样实现，一种包膜缓控释肥，其特征在于：包括作为核体的肥料和包覆于所述肥料表面的包覆膜层，所述包覆膜层由包括聚醚多元醇、生物降解剂、光敏剂和固化剂进行固化反应形成；其中，所述生物降解剂占所述聚醚多元醇质量比例范围为大于0％，小于或等于20％；所述光敏剂占所述聚醚多元醇质量比例范围为大于0％，小于或等于1％，所述聚醚多元醇与所述固化剂的质量比为3:7～7:3。

与现有技术相比，本发明提供的包膜缓控释肥，通过添加生物降解剂、光敏剂促进无溶剂包膜材料的降解，降低包膜材料对环境的污染；同时降低了包膜材料的制造成本，进而降低了缓控释肥的成本；其中生物降低剂还能够被土壤中被缓慢分解，提供土壤微生物生长所需的营养物质，加速土壤修复和促进植物快速生长。

本发明还提供包膜缓控释肥的制备方法，制备方法具体步骤如下：

将肥料预热至70℃～90℃后恒温；

将所述聚醚多元醇、所述生物降解剂、所述光敏剂进行混料处理后喷涂至预热处理后的所述肥料表面，在所述肥料表面形成预包覆膜层；

将所述固化剂喷涂至所述预包覆膜层表面，进行无溶剂的原位聚合反应，形成所述包覆膜层。

与现有技术相比，本发明提供的包膜缓控释肥的制备方法，制备过程简单，容易操控，环保安全。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

一方面，本发明实施例提供一种包膜缓控释肥。在一实施例中，包膜缓控释肥，包括作为核体的肥料和包覆于所述肥料表面的包覆膜层，包覆膜层由包括聚醚多元醇、生物降解剂、光敏剂和固化剂进行固化反应形成；其中，生物降解剂占聚醚多元醇质量比例范围为大于0％，小于或等于20％；光敏剂占聚醚多元醇质量比例范围为大于0％，小于或等于1％，聚醚多元醇与固化剂的质量比为3:7～7:3。

优选地，包覆膜层还包括抛光剂，抛光剂占包覆膜层质量比例范围为大于0％，小于或等于0.5％；抛光剂为微晶石蜡、聚乙烯蜡、石油树脂以及EVA蜡中的一种或多种，抛光剂的粒径为20～100目。抛光剂对包膜肥料表面进行圆润，保证肥料在使用期的缓释效果。

优选地，生物降解剂为淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、胶原蛋白、聚乳酸类、聚羟基烷酸酯类、聚己内酯类、聚碳酸亚丙酯类、聚丁二酸丁二醇酯类及聚对苯二甲酸丁二醇酯类中的一种或多种；和/或所述光敏剂为偶氮二异丁腈、硫醇、卤化银、核黄素、氧化锌中的一种或多种。生物降解剂的作用是能够在土壤微生物作用下的缓慢降解，提供土壤微生物生长所需要的营养物质、同时通过缓慢降解而释放有机、无机营养物质，实现对土壤营养物质的长期有效，促进植物持续快速生长；光敏剂的作用是在加快包覆膜层的后期的降解，降低残余的包覆膜层对环境的危害。

优选地，作为核体的所述肥料的粒径为1～5mm。有利于包覆膜层附着于肥料颗粒的表面。

优选地，所述聚醚多元醇羟值范围在80～300mgKOH/g，黏度范围在700～1500mpa·s/25℃；和/或所述固化剂为多亚甲基多苯基多异氰酸酯，所述固化剂的异氰酸酯基-NCO重量含量范围在35％～50％，平均官能度范围在2～3。聚醚多元醇比例过高，反应速率慢，肥料颗粒表面成膜受影响，固化剂比例过高，会显著加快反应速率，导致成膜不均匀，造成粘粒；包覆膜层占肥料的质量的3％～7％，包覆膜层包覆均匀。

另一方面，本发明还提供包膜缓控释肥的一种制备方法，制备方法具体步骤如下：

步骤S01，将颗粒肥料置于转鼓或流化床设备内预热，使颗粒肥料温度达到70～90℃后恒温；

步骤S02，将聚醚多元醇、生物降解剂、光敏剂进行混料处理后喷涂至预热处理后的肥料表面形成预包覆膜层；

步骤S03，将固化剂通过喷头喷射到预包覆膜层的表面进行无溶剂的原位聚合反应；

步骤S04，反应固化后，重复上述步骤S02、S03操作2～5次，得到的包膜缓控释肥；

步骤S05，将抛光粉加入包膜缓控释肥中后进行抛光处理。

上述步骤S03中，雾化喷头为压力喷头，压力范围在0.001MPa～0.7MPa，雾化速度为0.005～0.5kg/min；

实施例1

根据上述的各物质重量组分配比，并按照上述制备方法制的包膜缓控释肥，具体如下：称取颗粒粒径在1～5mm的尿素颗粒1Kg，置于包膜机中，并进行预热，直至肥料颗粒温度达到并保持在70～75℃；

称取羟值为50mgKOH/g，黏度为500mpa·s/25℃的聚醚多元醇组分26.6g，添加2g的生物降解剂液体淀粉，添加0.2g的光敏剂纳米氧化锌，并与多元醇组分混合均匀，形成预包覆膜层；

固化剂为异氰酸酯基-NCO含量为60％，平均官能度范围在2～3的改性芳香族异氰酸酯组分11.4g；

将预包覆膜层与固化剂各自加入到蠕动泵中，经雾化喷头(压力范围在0.001MPa～0.005MPa，雾化速度为0.005～0.01kg/min)依次涂布到步骤1预热完毕的肥料颗粒表面，继续加热保温进行原位聚合反应，待反应完毕1～2min后，再涂布相同的第二层，然后依次涂布至4％的包膜率，待包膜液固化后，转动颗粒肥料10～12min，以利于反应完全，然后停止加热，取出成品并倒入抛光机中，添加0.2g的80目微晶石蜡粉末，对肥料进行抛光处理，待肥料颗粒冷却后装袋，制得所述可降解包膜控释肥；

根据HG/T4215-2011标准测定上述制备的包膜控释肥的养分释放性能，释放期为55天，初期养分释放率为2.53％，28天累计养分释放率为45.87％，75天累计养分释放率为82.39％，膜材料12个月降解52％。

实施例2

根据上述的各物质重量组分配比，并按照上述制备方法制的包膜缓控释肥，具体如下：称取颗粒粒径在2～5mm的复合肥15-15-15颗粒1Kg，置于包膜机中，并进行预热，直至肥料颗粒温度达到并保持在75～80℃；

称取羟值为300mgKOH/g，黏度为2000mpa·s/25℃的聚醚多元醇组分33.8g，添加3g的生物降解剂聚羟基烷酸酯类，添加0.2g的光敏剂偶氮二异丁腈，并与多元醇组分混合均匀，形成预包覆膜层；

固化剂为异氰酸酯基-NCO含量为45％，平均官能度范围在2～3的改性芳香族异氰酸酯组分22.6g；

将预包覆膜层与固化剂各自加入到蠕动泵中，经雾化喷头(压力范围在0.5MPa～0.7MPa，雾化速度为0.2～0.5kg/min)依次涂布到步骤1预热完毕的肥料颗粒表面，继续加热保温进行原位聚合反应，待反应完毕1～2min后，再涂布相同的第二层，然后依次涂布至6％的包膜率，待包膜液固化后，转动颗粒肥料10～12min，以利于反应完全，然后停止加热，取出成品并倒入抛光机中，添加0.2g的60目聚乙烯蜡粉末，对肥料进行抛光处理，待肥料颗粒冷却后装袋，制得所述可降解包膜控释肥；

根据HG/T4215-2011标准测定上述制备的包膜控释肥的养分释放性能，释放期为100天，初期养分释放率为1.39％，28天累计养分释放率为28.36％，100天累计养分释放率为81.05％，膜材料12个月降解39％。

实施例3

根据上述的各物质重量组分配比，并按照上述制备方法制的包膜缓控释肥，具体如下：称取颗粒粒径在3～5mm的复合肥15-15-15颗粒1Kg，置于包膜机中，并进行预热，直至肥料颗粒温度达到并保持在80～85℃；

称取羟值为300mgKOH/g，黏度为600mpa·s/25℃的聚醚多元醇组分18.0g，添加3.2g的生物降解剂甲壳素类，添加0.15g的光敏剂核黄素，并与多元醇组分混合均匀，形成预包覆膜层；

固化剂为异氰酸酯基-NCO含量为40％，平均官能度范围在2～3的改性芳香族异氰酸酯组分27g；

将预包覆膜层与固化剂各自加入到蠕动泵中，经雾化喷头(压力范围在0.1MPa～0.3MPa，雾化速度为0.05～0.1kg/min)依次涂布到步骤1预热完毕的肥料颗粒表面，继续加热保温进行原位聚合反应，待反应完毕1～2min后，再涂布相同的第二层，然后依次涂布至5％的包膜率，待包膜液固化后，转动颗粒肥料10～12min，以利于反应完全，然后停止加热，取出成品并倒入抛光机中，添加0.1g的100目EVA蜡粉末，对肥料进行抛光处理，待肥料颗粒冷却后装袋，制得所述可降解包膜控释肥；

根据HG/T4215-2011标准测定上述制备的包膜控释肥的养分释放性能，释放期为80天，初期养分释放率为1.86％，28天累计养分释放率为31.33％，80天累计养分释放率为80.64％，膜材料12个月降解56％。

实施例4

根据上述的各物质重量组分配比，并按照上述制备方法制的包膜缓控释肥，具体如下：称取颗粒粒径在2～5mm的复合肥15-15-15颗粒1Kg，置于包膜机中，并进行预热，直至肥料颗粒温度达到并保持在70～75℃；

称取羟值为300mgKOH/g，黏度为1000mpa·s/25℃的聚醚多元醇组分21.6g，添加4.0g的生物降解剂淀粉改性聚乳酸类，添加0.21g的光敏剂硫醇，并与多元醇组分混合均匀，形成预包覆膜层；

固化剂为异氰酸酯基-NCO含量为30％，平均官能度范围在2～3的改性芳香族异氰酸酯组分50.4g；

将预包覆膜层与固化剂各自加入到蠕动泵中，经雾化喷头(压力范围在0.1MPa～0.3MPa，雾化速度为0.1～0.2kg/min)依次涂布到步骤1预热完毕的肥料颗粒表面，继续加热保温进行原位聚合反应，待反应完毕1～2min后，再涂布相同的第二层，然后依次涂布至8％的包膜率，待包膜液固化后，转动颗粒肥料10～12min，以利于反应完全，然后停止加热，取出成品并倒入抛光机中，添加0.2g的100目EVA蜡与聚乙烯蜡粉末，对肥料进行抛光处理，待肥料颗粒冷却后装袋，制得所述可降解包膜控释肥

根据HG/T4215-2011标准测定上述制备的包膜控释肥的养分释放性能，释放期为180天，初期养分释放率为0.46％，28天累计养分释放率为19.28％，180天累计养分释放率为80.27％，膜材料12个月降解48％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种包膜缓控释肥，其特征在于：包括作为核体的肥料和包覆于所述肥料表面的包覆膜层，所述包覆膜层由包括聚醚多元醇、生物降解剂、光敏剂和固化剂进行固化反应形成；其中，所述生物降解剂占所述聚醚多元醇质量比例范围为大于0％，小于或等于20％；所述光敏剂占所述聚醚多元醇质量比例范围为大于0％，小于或等于1％，所述聚醚多元醇与所述固化剂的质量比为3:7～7:3。

2.如权利要求1所述的包膜缓控释肥，其特征在于：所述包覆膜层占所述肥料质量的1％～10％。

3.如权利要求1所述的包膜缓控释肥，其特征在于：所述包覆膜层还包括抛光剂，所述抛光剂占所述包覆膜层质量比例范围为大于0％，小于或等于0.5％。

4.如权利要求3所述的包膜缓控释肥，其特征在于：所述抛光剂为微晶石蜡、聚乙烯蜡、石油树脂以及EVA蜡中的一种或多种，所述抛光剂的粒径为20～100目。

5.如权利要求1-4任一所述的包膜缓控释肥，其特征在于，所述聚醚多元醇羟值范围在50～300mgKOH/g，黏度范围在500～2000mpa·s/25℃。

6.如权利要求1-4任一所述的包膜缓控释肥，其特征在于，所述固化剂为芳香族异氰酸酯，所述固化剂的异氰酸酯基-NCO重量含量范围在25％～60％，平均官能度范围在2～3。

7.如权利要求1-4任一所述的包膜缓控释肥，其特征在于，所述生物降解剂为淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、胶原蛋白、聚乳酸类、聚羟基烷酸酯类、聚己内酯类、聚碳酸亚丙酯类、聚丁二酸丁二醇酯类及聚对苯二甲酸丁二醇酯类中的一种或多种；和/或所述光敏剂为偶氮二异丁腈、硫醇、卤化银、核黄素、氧化锌中的一种或多种。

8.如权利要求1-4任一所述的包膜缓控释肥，其特征在于，作为核体的所述肥料的粒径为1～5mm。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的包膜缓控释肥的制备方法，包括如下步骤：

将肥料预热至70℃～90℃后恒温；

将所述聚醚多元醇、所述生物降解剂、所述光敏剂进行混料处理后喷涂至预热处理后的所述肥料表面，在所述肥料表面形成预包覆膜层；

将所述固化剂喷涂至所述预包覆膜层上，进行无溶剂的原位聚合反应，在肥料表面形成所述包覆膜层。

10.如权利要求1-4任一项所述的包膜缓控释肥的制备方法，其特征在于：在所述肥料完成包膜反应后，还加入有所述抛光剂进行抛光处理。