CN101033160A - 一种环保型可降解缓释肥料包膜剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种环保型可降解缓释肥料包膜剂及其制备方法，属于缓释肥料技术领域。组分为甲基丙烯酸甲脂、聚乙烯醇、十二碳醇脂、水性树脂、脂肪醇、胶结剂。各组分在反应釜中热溶，经冷却、混合得到的液态成品。使用本发明的包膜剂可将矿质成分(氧化钙、氧化镁、氧化锌等)通过专用包膜机包裹在颗粒肥料的外部，实现了肥料养分缓慢释放的目的。提高了肥料利用率，降低了环境污染。

Description

一种环保型可降解缓释肥料包膜剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环保型可降解缓释肥料包膜剂及其制备方法，属于缓释肥料技术领域。

背景技术

缓释肥就是通过物理、化学和生物的方法，通过新技术，采取新材料，新工艺设备生产的、具有缓释功能的一类肥料。这类肥料养分释放速率与作物需肥规律基本吻合，从而提高肥料资源利用率，增强土壤的缓冲性和作物的抗逆性。

缓释肥料，是肥料中的精品，是肥料事业发展的一个希望；我国缓释肥料的发展非常迅速，已经由过去的以试验研究为主，进入了产业化生产和推广应用的新阶段；我国目前已经拥有世界上所有剂型，并得到了广泛的应用。我国的缓释肥料虽然起步比较晚，但已成为世界上缓释肥领域有影响力的国家。

肥料在我国粮食增产上起到了举足轻重的作用。根据我国粮食需求预测，到2020年我们15亿人口，人均需要粮食437公斤。到2020年，假如播种面积还是现在的8700万公顷，就必须使全国各地每公顷土地产粮都达到6850吨。但是，由于化肥用量增长过快，肥料应用及其它相关技术研究滞后，化肥施用不合理，导致化肥利用率明显下降。化肥利用率偏低，带来了一系列问题，如资源浪费、农业生产成本增加、环境和农产品污染、农产品品质下降等。解决这个问题，就要在我国大力发展缓释肥料.

世界各国的农业实践表明，为了得到稳定的高产，作物在整个生育期间都应得到足够的养分，特别是氮素。但是，一次施用大量的易溶性矿质养分肥料，作物来不及吸收，会造成养分的损失，降低肥料的利用率。据有关资料表明，现在国内氮肥的当季利用率只有约30％-35％、磷肥约10％-25％、钾肥约35％-45％，与先进国家相比，低十几个百分点。损失的肥料一部分渗入地下和江河造成水源的污染，另一部分可生成一氧化氮逸入大气，破坏臭氧层。部分氮肥中的氯根、硫酸根等离子还会残留在土壤中，造成盐类浓度增高。因此缓/控释肥是21世纪肥料发展方向之一，并且对我国农业可持续发展的重大意义，以及由此涉及到的食品安全、资源节约和环境保护等一系列问题。用更加科学的方法，提高作物产量，缓解土地压力。

目前，国内出现的包膜(裹)型缓释肥料主要有以下3种类型：

1、无机矿物包衣：包衣材料广泛，主要以钙镁磷肥、酸化磷矿粉、微溶性二价金属磷酸铵钾盐，一些无机矿物、磷钾肥、固体废弃物等都可作为包衣材料包裹粒状尿素。包衣率20％-60％，应是包裹肥料。优点：包衣工艺简单，成本较低，包衣材料来源广泛，包衣材料可能有其他营养成分或作用。缺点：养分释放较快，特别在水田或淋溶较严重地区，缓释和控释效果较差。

2、硫包衣：是目前国外市场较为流行的缓释肥料品种，主要是将熔融状态下的单质硫磺使用专用设备包裹颗粒肥料。其优点是包裹材料硫是作物生长所需的营养元素，但是设备投资大、要求高，生产工艺较复杂，维护成本也高，虽有利于缺硫土壤，但控释效果相对不是非常理想。

3、聚烯烃树脂包衣(树脂包衣)：也是目前国外市场较为流行的缓释肥料品种。控释时间最长可达3年。包衣率6％-15％，一般提高当季利用率30％-40％。优点：控释缓释效果显著，肥料养分利用率较高，不吸潮板结。缺点：对加工设备要求较高，工艺复杂，虽有废旧材料可以利用，但由于所使用有机溶剂和原材料成本太高，环保性差，无法大面积推广应用。

经国内外专利文献检索结果，CN1486964“一种包膜材料及可控缓释肥料的包膜方法”，CN1528711“一种应用于缓释肥料的包膜剂”，CN1569774“以硫为地涂层的高分子聚合物包膜控释肥料”。这些专利文献的方法普遍存在缓释和控释效果较差、生产工艺复杂，生产成本过高等缺点。

总之，目前影响缓释肥料发展的最主要问题是生产工艺复杂，生产成本过高。一般需增加在300-800元左右，由于售价高，除日本外，美国、西欧90％的缓释肥主要用于草坪、苗圃等非农业市场。根据我国国情，只有采用新型包膜材料和改进生产工艺，降低生产成本和产品价格，能够大面积推广施用，才是缓释肥料研制和生产的发展方向。

发明内容

针对现有缓/控释肥料包膜材料和生产工艺的不足，本发明提供一种低成本的水剂高分子包膜剂及其制备方法。

本发明的可降解缓释肥料包膜剂，组分如下，均为重量份：

甲基丙烯酸甲脂1～15份，聚乙烯醇1～20份，十二碳醇脂0-5～6份，水性树脂1～10份，脂肪醇1～6份，胶结剂1～8份，水80～120份。

上述胶结剂是淀粉、熟胶粉、氢氧化钠、硼砂按重量比1∶0.5～1.5∶0.2∶0.1～0.4，水70-90份，在常温下溶解后的液体组合。

上述聚乙烯醇优选分子量范围118,000～124,000。

上述水性树脂优选PTS2-I，河北鹏通精细化工厂产。

本发明的环保型可降解缓释肥料包膜剂的制备方法，步骤如下：

将水50～70份、聚乙烯醇1～20份加入1号反应釜，搅拌升温至10～90℃温度溶解，同时将水30～50份、甲基丙烯酸甲脂1～15份、十二碳醇脂0.5～6份、水性树脂1～10份、脂肪醇1～6份、胶结剂1～8份依次加入2号反应釜，搅拌升温至10～40℃溶解，然后将1号和2号反应釜的溶液抽至3号反应釜搅拌20～30分钟混合均匀，待液体冷却至常温，即得环保型可降解缓释肥料包膜剂。

使用本发明的包膜剂，能够将作物生长所需要的矿质成分(氧化钙、氧化镁、氧化锌等)包裹在氮肥、复合肥及其它颗粒肥料外部，经过包膜和烘干工艺，在肥料外部形成一种高分子可降解的微孔膜，通过温度、湿度和浓度差，控制养分的释放速度，其缓施效果明显。生产工艺简单，使用范围广，无环境污染，且成本仅增加90～150元，低于硫包衣和树脂包衣的3～5倍，易于大面积推广施用。

与以有技术相比本发明优势明显，本发明的包膜剂主要技术特点如下：

1、本发明包膜剂缓释效果明显。因为本发明包膜剂养分的释放过程为：水份通过膜上的微孔渗透到膜内，增加了膜内的渗透压力而造成膜膨胀，膨胀又增大了微孔，使养份从增大的孔中释放出来。与土壤的田间持水量，土壤温度，肥料颗粒内外养分浓度差的大小为正相关，当作物在生长旺期时，田间持水量相对较大，温度较高，浓度差加大，养分的释放速度也就相对加快，作物也正是需肥时期，反之则减慢或不释放。养份的释放可以通过改变膜的成份或膜的厚度来控制。

2、本发明包膜剂以水为溶剂，生产成本低廉，成膜后强度高，不易脱落，与树脂包衣、硫包衣膜强度无明显差异。产品施用成本低，适宜多种作物大面积推广应用。

3、由于包膜剂为水性溶剂，与树脂包衣、硫包衣膜相比，生产过程中无需高温高压，无挥发性气体和有害物质产生，无污染，操作安全性高。

4、本发明包膜剂用于肥料的包膜，肥料生产工艺简单，设备价格低廉。由于树脂包衣、硫包衣都为专用设备，设备投资都在百万或数百万元以上，而本工艺采用常用复混肥料生产设备，同等规模设备投资仅为30～50万元即可。产品的生产成本远低于其它同类产品。

5、本发明包膜剂适用范围广、使用周期长，由于本发明养分的释放机理不同于目前施用缓释肥产品，采用本包膜剂生产的缓释肥料利用率相对较高，同时即可做底肥，也可做追肥，在作物生长过程中，作物不会出现脱肥现象。提高肥料利用率10～15％以上。

以下是在大田小麦上的施用效果

供试肥料为普通复合肥(20-10-10)以及用此肥料添加60-80目、1∶1比例的硫酸钙和氧化镁份剂10％(占肥料质量)，包膜剂3％、5％(占肥料质量)生产的BS1和BS2号肥料。

材料与方法

一、供试材料：

1.供试作物：小麦(济南13)。

2.供试土壤：褐土。

3.供试土壤肥力状况(见表1)

表1  供试土壤肥力状况

试验地块	pH	碱解氮(ppm)	速效磷(ppm)	速效钾(ppm)	有机质(％)	含盐量(％)
							小麦试验	7.20	171.3	128.0	249.3	1.83	0.47

试验设计：

处理1，普通复合肥(20-10-10)

处理2，BS1(3％包膜剂)

处理3，BS2(5％包膜剂)

试验小区面积66.6平方米，3个处理，重复三次，顺序排列。

试验方法：

处理1普通复合肥基施4公斤，中期追尿素1.5公斤

处理2BS2基施4公斤

处理3BS3基释3.5公斤

各处理试验小区采用相同的田间管理(病、虫害防治，水分管理等)措施。

二、结果与讨论

(一)不同处理的增产效果

小麦试验收获的产量结果分别见表2。

表2  不同处理小麦的产量结果

处理编号	处理	产量(公斤)	折亩产(公斤	增产％
					1	普通复合肥	36.43	364.0	--
2	BS1	42.1	410.6	12.3
					3	BS2	43.2	432.4	18.7

从表2的结果可以看出，BS1、BS2包膜缓释肥在小麦上使用有明显的增产效果，与处理1普通复合肥相比较，在总养分含量减少13％～15％，不追肥的情况下分别增产12.3％、18.7％，明显起到了缓释肥提高肥料利用率，降低生产劳动成本的优势。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例1-3中的水性树脂是PTS2-I，河北鹏通精细化工厂产。

实施例1：

可降解缓释肥料包膜剂，组分如下，均为重量份：

甲基丙烯酸甲脂10份，聚乙烯醇10份，十二碳醇脂5份，水性树脂3份，脂肪醇2份，胶结剂6份，水90份。其中胶结剂是淀粉、熟胶粉、氢氧化钠、硼砂按重量1份、0.5份、0.2份、0.3份，水70份在常温下溶解后的液体组合。

制备方法如下：

将水60份、聚乙烯醇按重量份加入1号反应釜，搅拌升温至90℃温度溶解，同时将水30份、甲基丙烯酸甲脂、十二碳醇脂、水性树脂、脂肪醇、胶结剂按重量份依次加入2号反应釜，搅拌升温至40℃溶解，然后将1号和2号反应釜的溶液抽至3号反应釜搅拌20～30分钟混合均匀，液体冷却至常温，即可灌装成品。

实施例2：

制备方法如实施例1所述，所不同的是组分如下，均为重量份：

甲基丙烯酸甲脂12份，聚乙烯醇6份，十二碳醇脂0.8份，水性树脂5份，脂肪醇4份，胶结剂3份，水120份。制备过程中1号反应釜加水70份，2号反应釜加水450份。

其中胶结剂是淀粉、熟胶粉、氢氧化钠、硼砂按重量1份、1份、0.2份、0.1份在常温下加水78份溶解后的液体组合。

实施例3：

制备方法如实施例1所述，所不同的是组分如下，均为重量份：

甲基丙烯酸甲脂6份，聚乙烯醇8份，十二碳醇脂3份，水性树脂0.6份，脂肪醇1份，胶结剂5份，水80份。制备过程中1号反应釜加水50份，2号反应釜加水30份。

其中胶结剂是淀粉、熟胶粉、氢氧化钠、硼砂按重量1份、1.5份、0.2份、0.4份在常温下加水85份溶解后的液体组合。

Claims (5)

1、一种可降解缓释肥料包膜剂，其特征在于组分如下，均为重量份：

甲基丙烯酸甲脂1～15份，聚乙烯醇1～20份，十二碳醇脂0.5～6份，水性树脂1～10份，脂肪醇1～6份，胶结剂1～8份，水80～120份。

2、如权利要求1所述的可降解缓释肥料包膜剂，其特征在于，所述胶结剂是淀粉、熟胶粉、氢氧化钠、硼砂按重量比1∶0.5～1.5∶0.2∶0.1～0.4，水70～90份，在常温下溶解后的液体组合。

3、如权利要求1所述的可降解缓释肥料包膜剂，其特征在于，所述聚乙烯醇分子量范围118,000～124,000。

4、如权利要求1所述的可降解缓释肥料包膜剂，其特征在于，所述水性树脂优选PTS2-I。

5、一种权利要求1所述的可降解缓释肥料包膜剂的制备方法，步骤如下：

将水50～70份、聚乙烯醇1～20份加入1号反应釜，搅拌升温至10～90℃温度溶解，同时将水30～50份、甲基丙烯酸甲脂1～15份、十二碳醇脂0.5～6份、水性树脂1～10份、脂肪醇1～6份、胶结剂1～8份依次加入2号反应釜，搅拌升温至10～40℃溶解，然后将1号和2号反应釜的溶液抽至3号反应釜搅拌20～30分钟混合均匀，待液体冷却至常温，即得可降解环保型缓释肥料包膜剂。