CN1184173C - 一种控释肥料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及控释肥料，具体地说是一种新型控释肥料及制备方法。其控释肥料由包膜和肥芯组成，肥芯为添加脲酶抑制剂和/或硝化抑制剂的含氮肥料，包膜壁材为环境友好材料；制备方法为：在肥芯外表面进行物理包被，肥芯的制备工艺采用流化床喷浆造粒、转鼓喷浆造粒和圆盘混合造粒三种之一；包膜工艺采用流化床喷涂包膜技术，具体为：将100份用量为肥芯重量的5%～15%的环境友好材料溶于500～2000份有机溶剂中，在所述溶剂中加入无机膜调理剂及增塑剂，混溶后在肥芯外表面进行喷浆包被，形成光滑、连续、均一的包膜。它具有控释效果好，包膜壁材环境友好，包膜成本低，适用范围广等特点。
Description
技术领域
本发明涉及控释肥料，具体地说是一种包膜和抑制剂相结合的新型控释肥料及制备方法。
背景技术
缓(控)释肥料的研制已有近80年的历史，针对传统化学肥料的改性，肥料学家先后开发了包膜(裹)肥料(肥料I)和添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂的缓释肥料(肥料II)，这两种肥料各有其优缺点。
肥料I的养分释放速率主要由包膜壁材的特性决定，受土壤环境条件影响相对较小。其养分释放速率相对均匀缓慢，养分释放曲线比较规律，近似于作物养分吸收曲线，控释效果较好，可与种子同时同位施用，不产生烧苗现象，一次大量施用可同时满足作物多种营养需要；另外，也可减少NO3 --N的淋失和氨挥发损失。但为了成就完美的包膜和相对精确的控释曲线，肥料化工学家通常将人工合成的高分子聚合物作为包膜壁材，并采用先进的包膜技术，这就导致了过高的包膜成本和包膜壁材的环境负效应。
肥料II中的脲酶抑制剂能抑制尿素的酶解，减轻对苗的伤害，减少氨挥发损失；硝化抑制剂可抑制硝化和反硝化作用，减少氮肥淋失，减少N2O和NOx气体的释放，促进磷酸盐的移动和吸收。但其养分释放规律经常随土壤环境条件的变异而发生变化，且施用年限越长，缓释效果越差。
发明内容
本发明目的在于提供一种控释效果好、环境友好、包膜成本低、适用范围广的新型控释肥料及制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：由包膜和肥芯组成，肥芯为添加脲酶抑制剂和/或硝化抑制剂的含氮肥料，包膜壁材为环境友好材料；
所述氮肥料为尿素、含氮复合或复混肥之一，其中：所述含氮复合或复混肥中的氮肥来源为尿素、碳酸氢铵、磷酸二铵、硫酸铵和/或硝酸铵；所述脲酶抑制剂为氢醌(HQ)或N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)，硝化抑制剂为双氰胺(DCD)和/或3，4-二甲基磷酸吡唑(DMPP)，其用量分别为肥料中氮肥重量的3～15‰；所述用于包膜的环境友好材料为：丙烯酸树脂、生物资源高分子材料中的纤维素及其衍生物或淀粉及其衍生物；所述有机溶剂为乙醇、丙酮、甲苯、二氯甲烷、环己烷；
新型控释肥料的制备方法，在肥芯外表面进行物理包被，肥芯的制备工艺采用流化床喷浆造粒、转鼓喷浆造粒和圆盘混合造粒三种之一；包膜工艺采用流化床喷涂包膜技术，具体操作为：将100份用量为肥芯重量的5％～15％的环境友好材料溶于500～2000份有机溶剂中，在所述溶剂中加入5～20份无机膜调理剂，再加入1～5份增塑剂，混溶后倒入盛液釜中，盛液釜上安装搅拌器，以2～10转/秒的速度搅拌，喷浆包被，在肥芯外表面形成光滑、连续、均一的包膜；
所述流化床制丸包衣机的运行参数为：进风温度：40～65℃；出口温度：35～55℃；热空气量：3m3/分钟；进液流速：8～20毫升/分钟；压缩空气压强：0.3～0.6Pa；压缩空气量：0.1～0.3m3/分钟；雾化压：0.05～0.2Pa；包膜时间为0.5～1.5小时；
所述生物资源高分子材料中纤维素及其衍生物为乙基纤维素、丁基纤维素或醋酸纤维素；淀粉及其衍生物为羟丙基淀粉或淀粉与醋酸乙烯共混物；所述无机膜调理剂为滑石粉、沸石粉、碳酸钙、二氧化硅、硅藻土中之一或其组合；所述增塑剂为聚乙二醇、乙二醇、丙二醇或邻苯二甲酸二甲酯。
本发明原理为：
对肥芯外表面进行物理包被，可以阻止肥芯在施入土壤中后的快速溶解，使肥芯缓慢溶出包膜壁材，使肥芯的完全溶解释放推迟20～60天，从而可与种子同时同位施用，不产生烧苗现象。肥芯从包膜壁材中溶出后，肥芯(当肥芯的氮肥含尿素时)中的脲酶抑制剂可进一步控制尿素的水解，使尿素缓慢地释放出植物可吸收的氮营养，肥芯中的硝化抑制剂可控制土壤中的硝化和反硝化作用，控制肥料氮的转化，减少氮肥的损失，提高氮肥的利用率。综合利用以上脲酶抑制剂和/或硝化抑制剂三种控释方式，本发明既可控制氮素肥料的酶解损失和硝化反硝化损失，又可控制肥料的溶出速率，使其与作物的需肥规律相吻合，实现肥料在作物全生育期内的控制释放。
包膜壁材选取环境友好材料，与传统采用难降解高分子化合物包膜的控释肥料相比，可以防止包膜壁材在降解过程中所产生的相应环境污染。本发明包膜壁材选用的环境友好材料可在3个月至1年的时间降解80％以上或全部降解。在包膜壁材中加入无机膜调理剂，一方面可克服包膜过程中的粘连现象，另一方面可使包膜壁材产生微空隙，并能控制孔径大小，从而控制肥料溶出速率；加入增塑剂可增加膜的塑性和韧性，使包膜更加均一完整。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
1.控释效果好。本发明的控释肥料是将添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂的缓释肥料表面进行物理包被，把包膜肥料和添加脲酶抑制剂和/或硝化抑制剂的缓释肥料的优点合理结合，实现优势互补。肥芯溶解释放速度缓慢。本发明对肥芯外表面进行包膜，使肥芯的完全溶解释放推迟20～60天，从而可与种子同时同位施用，不产生烧苗现象。肥芯(当肥芯的氮肥含尿素时)中的脲酶抑制剂可进一步控制尿素的水解，使尿素缓慢地释放出植物可吸收的氮营养，肥芯中的硝化抑制剂可控制土壤中的硝化和反硝化作用，控制肥料氮的转化，减少氮肥的损失，提高氮肥的利用率，其利用率可高达60％。
2.具有环境友好的特点。本发明包膜壁材选取环境友好材料，与传统采用难降解高分子化合物包膜的控释肥料相比，可以防止包膜壁材在降解过程中所产生的相应环境污染，并可在3个月至1年的时间降解80％以上或全部降解。
3.包膜成本低。与日本窒素公司生产的聚烯烃类包膜肥料Master系列相比，包膜成本低可降低50～70％。
4.适用范围广。本发明肥料的脲酶抑制剂和/或硝化抑制剂的最佳用量与配比根据多年在多地区(黑龙江、吉林、辽宁、山东、新疆、浙江、广西等省份)的田间试验结果获得，因而具有广泛的适应性。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明。
实施例1 包涂丙烯酸树脂的长效尿素
采用尿素及脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)为肥芯，适用土壤为酸性或偏酸性土壤，NBPT为肥料尿素重量的10‰，用于包膜的环境友好材料为：丙烯酸树脂RS100。
肥芯的生产工艺：采用流化床喷浆造粒，将脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)混溶于尿素溶液，以小颗粒尿素(直径＜1.0mm)为晶种，喷浆造粒，当肥料颗粒平均直径达到3.5～4.0时结束造粒。
包膜工艺：采用流化床喷涂包膜方法，所用设备为XLB型流化床制丸包衣机；具体操作为：将100份用于包膜的环境友好材料丙烯酸树脂RS100溶于1500份浓度为85％的乙醇有机溶剂，其中丙烯酸树脂用量为肥芯重量的10％；再在丙烯酸树脂RS100乙醇溶液中加入10份无机膜调理剂滑石粉，然后再加入5份溶液总重量的增塑剂邻苯二甲酸二甲酯，混溶后倒入盛液釜中，盛液釜上安装搅拌器，以5转/秒的速度搅拌，喷浆包被。
其中流化床制丸包衣机的运行参数如下：
进风温度：55℃
出口温度：45℃
热空气量：3m3/分钟
进液流速：15毫升/分钟
压缩空气压强：0.4Pa
压缩空气量：0.2m3/分钟
雾化压：0.1Pa
大约1小时，则在肥芯外表面形成乳白色、光滑、连续均一的包膜。
其结果为：包膜壁材为肥芯重量的10％，春季基施肥后，肥芯完全从包膜壳中溶出时间为20～30天，可与种子同时同位施用，肥料控释时间为80～100天，肥芯中的脲酶抑制剂可进一步控制尿素的水解，使尿素缓慢地释放出植物可吸收的氮营养，包膜与抑制剂共同作用使氮肥利用率提高10～15％。
实施例2 包涂醋酸纤维素的含氮复合肥
采用含氮复合肥及硝化抑制剂为双氰胺(DCD)和3，4-二甲基磷酸吡唑(DMPP)为肥芯，DCD和DMPP为肥料氮重量的15‰，其中：DCD与DMPP重量比为2∶1，含氮复合肥的氮肥来源为硫酸铵，用于包膜的环境友好材料为：生物资源高分子材料中纤维素及其衍生物中的醋酸纤维素。
肥芯的生产工艺：采用转鼓喷浆造粒，将硝化抑制剂DCD和DMPP混溶于化学肥料混合溶液，以小颗粒复合肥(直径＜1.0mm)为晶种，喷浆造粒，当肥料颗粒平均直径达到3.5～4.0时结束造粒。
包膜工艺：采用流化床喷涂包膜方法，所用设备为XLB型流化床制丸包衣机；具体操作为：将100份用于包膜的环境友好材料醋酸纤维素溶于500份二氯甲烷有机溶剂中，其中醋酸纤维素用量为肥芯重量的12％；再在醋酸纤维素二氯甲烷溶液中加入10份无机膜调理剂滑石粉和10份CaCO3，然后再加入3份溶液总重量的增塑剂乙二醇，混溶后倒入盛液釜中，盛液釜上安装搅拌器，以8转/秒的速度搅拌，喷浆包被。
其中流化床制丸包衣机的运行参数如下：
进风温度：65℃
出口温度：55℃
热空气量：3m3/分钟
进液流速：12毫升/分钟
压缩空气压强：0.5Pa
压缩空气量：0.1m3/分钟
雾化压：0.2Pa
45分钟后在肥芯外表面形成白色、光滑、连续均一的包膜。
其结果为：包膜壁材为肥芯重量的12％，春季基施肥后，肥芯完全从包膜壁材中溶出时间为40～60天，可与种子同时同位施用，肥料控释时间为100～120天；肥芯中的硝化抑制剂可控制土壤中的硝化和反硝化作用，控制肥料氮的转化，减少氮肥的损失，包膜与抑制剂共同作用使氮肥利用率提高15～20％。
实施例3 包涂淀粉与醋酸乙烯共混物的含氮复混肥
采用含氮复混肥及脲酶抑制剂氢醌(HQ)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)为肥芯，含氮复混肥中的氮肥来源为尿素和磷酸二铵，HQ为尿素重量的3‰，DCD为肥料氮重量的5‰，用于包膜的环境友好材料为：淀粉及其衍生物中的淀粉与醋酸乙烯共混物。
肥芯的生产工艺：采用圆盘混合造粒，将脲酶抑制剂和硝化抑制DCD混溶于尿素溶液，在混合造粒的同时喷涂所述尿素溶液，当肥料颗粒平均直径达到3.5～4.0时结束造粒。
包膜工艺：采用硫化床喷涂包膜方法，所用设备为XLB型流化床制丸包衣机；具体操作为：将60份醋酸乙烯与40份淀粉共混，溶于1000份丙酮有机溶剂，其中淀粉与醋酸乙烯共混物用量为肥芯重量的15％；再在所述有机溶剂中加入10份无机膜调理剂滑石粉和5份二氧化硅，然后再加入3份溶液总重量的增塑剂聚乙二醇，混溶后倒入盛液釜中，盛液釜上安装搅拌器，以5转/秒的速度搅拌，喷浆包被。
其中流化床制丸包衣机的运行参数如下：
进风温度：45℃
出口温度：40℃
热空气量：3m3/分钟
进液流速：10毫升/分钟
压缩空气压强：0.3Pa
压缩空气量：0.25m3/分钟
雾化压：0.15Pa
大约1.2小时，则在肥芯外表面形成白色、光滑、连续均一的包膜。
其结果为：包膜壁材为肥芯重量的15％，春季基施肥后，肥芯完全从包膜中溶出时间为30～40天，可与种子同时同位施用，肥料控释时间为90～120天；肥芯中的脲酶抑制剂可进一步控制尿素的水解，使尿素缓慢地释放出植物可吸收的氮营养，肥芯中的硝化抑制剂可控制土壤中的硝化和反硝化作用，控制肥料氮的转化，减少氮肥的损失，综合利用以上脲酶抑制剂和硝化抑制剂控释方式，与包膜共同作用使氮肥利用率提高12～18％。
本发明所述含氮复合或复混肥中的氮肥来源还可以为碳酸氢铵、硝酸铵；所述有机溶剂还可以为甲苯、环己烷；所述生物资源高分子材料中纤维素及其衍生物亦为乙基纤维素、丁基纤维素；淀粉及其衍生物亦为羟丙基淀粉；所述无机膜调理剂亦为沸石粉、硅藻土；所述增塑剂亦为丙二醇。
Claims (5)
1.一种控释肥料，其特征在于：由包膜和肥芯组成，肥芯为添加脲酶抑制剂和/或硝化抑制剂的含氮肥料，包膜为肥芯重量的5％～15％，包膜壁材为丙烯酸树脂、生物资源高分子材料中的纤维素及其衍生物或淀粉及其衍生物，其中所述生物资源高分子材料中纤维素及其衍生物为乙基纤维素、丁基纤维素或醋酸纤维素；淀粉及其衍生物为羟丙基淀粉或淀粉与醋酸乙烯共混物。
2.按权利要求1所述控释肥料，其特征在于：所述氮肥料为尿素、含氮复合或复混肥之一，其中：所述含氮复合或复混肥中的氮肥来源为尿素、碳酸氢铵、磷酸二铵、硫酸铵和/或硝酸铵。
3.按权利要求1所述控释肥料，其特征在于：所述脲酶抑制剂为氢醌或N-丁基硫代磷酰三胺，硝化抑制剂为双氰胺和/或3，4-二甲基磷酸吡唑，其用量分别为肥料中氮肥重量的3～15‰。
4.一种按权利要求1所述控释肥料的制备方法，其特征在于：在肥芯外表面进行物理包被，肥芯的制备工艺采用流化床喷浆造粒、转鼓喷浆造粒和圆盘混合造粒三种之一；包膜工艺采用流化床喷涂包膜技术，具体为：将100份用量为肥芯重量的5％～15％的包膜壁材溶于500～2000份有机溶剂中，在所述溶剂中加入5～20份无机膜调理剂，再加入1～5份增塑剂，混溶后在肥芯外表面进行喷浆包被，形成光滑、连续、均一的包膜；所述有机溶剂为乙醇、丙酮、甲苯、二氯甲烷或环己烷；所述无机膜调理剂为滑石粉、沸石粉、碳酸钙、二氧化硅、硅藻土之一或其组合；所述增塑剂为聚乙二醇、乙二醇、丙二醇或邻苯二甲酸二甲酯。
5.按权利要求4所述控释肥料的制备方法，其特征在于：所述流化床制丸包衣机的运行参数为：进风温度：40～65℃；出口温度：35～55℃；热空气量：3m3/分钟；进液流速：8～20毫升/分钟；压缩空气压强：0.3～0.6Pa；压缩空气量：0.1～0.3m3/分钟；雾化压：0.05～0.2Pa；包膜时间为0.5～1.5小时。
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