CN101270013A - 用于氮肥的包膜材料制备方法及包膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种缓释氮肥的制备方法及制备这种缓释氮肥所使用的包膜材料的制备方法。本发明所涉及的缓释氮肥是一种在氮肥外包敷有包衣的包膜氮肥，其所用的包膜材料为经改性的凹凸棒土。本发明对凹凸棒土的改性方法是将凹凸棒土用碳酸钠水溶液或者磷酸水溶液进行浸泡改性处理，然后分离出经改性处理的凹棒土进行干燥和分散磨。

Description

用于氮肥的包膜材料制备方法及包膜方法

技术领域

本发明涉及缓释氮肥的制备方法及制备这种缓释氮肥所使用的包膜材料的制备方法。本发明所涉及的缓释氮肥是一种在氮肥外包敷有包衣的包膜氮肥，其所用的包膜材料为凹凸棒土。

背景技术

肥料是农业生产中不可缺少的，而化肥的使用已经较为普遍，并有使用量逐年上升的态势。但由于使用不当，使化肥利用降率低，给农业带来巨大的经济损失，同时还带来一些环境问题。现代肥料应该承担起肥料科学所赋予的保护生态环境重要任务，体现缓释、控释和环境友好是现代肥料科学的发展方向，生产制造复合高效肥料是现代肥料产业发展的趋势。因此，降低化肥养分释放速率，开发可控缓释肥料、提高化肥的利用率，具有十分重要的意义。在现有技术中，制备缓释氮肥，特别是采用凹凸棒土为包膜材料，制得的凹凸棒石包膜缓释肥料有许多的优点，值得推广。

凹凸棒土材料具有层、链、纤维状晶体结构，纳米级孔穴通道微观构造，有比表面积大、孔道发育的介孔材料特征，是一种理想的结构材料。由于凹凸棒土具有吸附性、缓释性、流变性、离子强交换性、酸碱度可调性、可作多功能载体等优良性质，是性能优越的功能材料；加之凹凸棒材中富含多种微量元素，具有生物工程材料特性。有文献披露，凹凸棒材料能够改良土壤，可起到保水作用，对土壤不造成污染，凹凸棒石材料还有固氮、固钾和固定有机物的作用，它可以减少肥料在土壤中的损失，控制肥料中养分的释放，提高肥料的利用率，达到促进农作物增产的效果，是一种农业生产中可贵的绿色材料。

中国专利中公开了多种以凹凸棒土为包膜材料，制备成包膜复合肥料的技术。但现有技术中以凹凸棒土为包膜材料包裹化肥时，存在着凹凸棒土黏合性不强，所形成的包膜强度不好，在贮藏或使用中易早期崩解的不足。

中国专利申请200510127830.1公开一种用凹凸棒土类的PAL生物工程材料制作新型缓释氮肥的方法，其具体的制作方法是将所谓的PAL材料处理以后直接加入到尿素中混合造粒。由于凹凸棒土与尿素之间并不粘合，造粒时几乎无法形成较为牢固的颗粒，即使形成颗粒也极容易崩解粉碎。因此用这种制作方法所得到的效果并不好。

中国专利申请91108163.1根据作物种子发芽、生长需肥规律，提出了一种以种子为核心，以化肥为外裹层的种子肥(如磷肥包裹油菜种子)及其生产方法。该方法是将化肥与粘结剂凹凸棒土掺合后粉磨，按比例加入种子混合造粒而成。这种种子肥播种后，外层化肥迅速崩解，出苗后化肥就在秧苗根部，达到植物有效吸取肥料养分的目的。由该专利申请公开的内容可知，这种由凹凸棒材料与化肥形成的包膜层结合强度比较低，造成这种种子肥在运输和贮藏的困难；另外，在肥料施用后它会迅速崩解，造成种子周围肥料浓度过高，可能会对种子发育生长不利，而且也容易造成肥料的流失，产生浪费。

中国发明专利200410075014.6公开了一种飞播用种子大粒化包衣剂。其包衣剂主要由淀粉、凹凸棒土、植物纤维素、高吸水性树脂以及细沙土组成。包衣剂中还含有肥料、植物激素以及微量元素。该专利的优点是有效地解决了目前飞播种子包衣与破损和包衣与发芽的矛盾，在10mm降雨条件下，种子发芽率高，后期生长效果好。飞播后种子能在风蚀作用下埋入沙土，解决了沙丘迎风坡面上种子随风漂移的问题，为困难立地条件下的大面积飞播提供了技术支撑。由于该专利的包衣剂中使用了一定量的淀粉和高分子吸水性树脂，估计会使凹凸棒土与种子间的结合强度有一定程度的改善。但这一技术只适用于飞机播种草籽等，却并不适宜用于肥料包衣。

中国发明专利申请200610042899.9公开的一种具有缓释肥料功能的纳米复合保水剂及其制备方法。该专利申请是采用有机化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸作为纳米复合保水剂的主要原料，添加引发剂和交联剂，在水溶液中经接枝共聚、交联、洗涤、干燥、粉碎制成。保水剂吸蒸馏水的倍数为300-600g/g。这一技术中在凹凸棒石结构上要接有高分子材料聚丙烯酸，工艺复杂，难度较大。

发明内容

本发明提供可克服现有技术不足的氮肥包膜材料，这种材料的处理方法和用这种材料进行氮肥包膜处理的方法。

本发明的氮肥包膜材料是一种经改性处理的凹凸棒土。

本发明用于氮肥包膜的凹凸棒土的改性方法是：将凹凸棒土加入碳酸钠与水的质量比为2％～5％的碳酸钠水溶液进行充分浸泡改性处理后，再充分进行机械搅拌，然后过滤分离出凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理，然后再进行粉碎研磨。

本发明的凹凸棒土改性方法中，浸泡改性处理时所用的碳酸钠水溶液的最佳质量比为2～3％。

本发明用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法还可以是：将凹凸棒土加入磷酸与水的质量比为4％～10％磷酸水溶液中进行浸泡改性处理，然后过滤分离出凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理，然后再进行粉碎研磨。

在用磷酸水溶液进行浸泡改性处理时，所用的磷酸水溶液最佳质量比为6～10％。

用前述的方法处理所得到的改性凹凸棒土可用于氮肥包膜处理。

用本发明的改性凹凸棒土进行氮肥包膜的方法是：先在氮肥颗粒的表面喷洒上粘合剂，使肥料颗粒表面上形成一粘合剂层；使表面上形成溶剂层的肥料颗粒运动，同时向肥料颗粒内分散加入经前述处理的改性凹凸棒土，使肥料颗粒表面黏上凹凸棒土，形成凹凸棒土包膜，所用的粘合剂是淀粉或木质素磺酸钠水溶液，

式中：W-包膜肥的质量；a％-凹凸棒土包膜率；b％-粘合剂水溶液的质量百分含量，且20≤a≤35，2≤b≤7。

本发明推荐采用的粘合剂为质量比3～4％的木质素磺酸钠水溶液。采用木质素磺酸钠水溶液为粘合剂，既不污染土壤，又能较好的将尿素和凹凸棒土粘结在一起，形成强度较高的包膜。

相关的试验表明，采用本发明的凹凸棒土改性处理后，凹凸棒土的黏度增强了11～20％，用于包膜处理后，膜的强度大大提高。本发明的改性处理方法简单、效果可靠，成本低廉，而且整个的处理过程中不产生任何的环境问题。经本发明的处理所得的包膜氮肥有非常好的缓释性。

附图说明

附图1为包膜肥料样品测试曲线。

具体实施方式

以下给出本发明的实施例。

本发明的凹凸棒土改性方法是先将凹凸棒土加入碳酸钠或磷酸水溶液进行充分浸泡改性处理后，充分浸泡处理后再充分进行机械搅拌，然后过滤分离出凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理，一般情况下，这时所得到的凹凸棒土有一定程度的聚集，应当再进行粉碎研磨。在本发明的试验中所用的凹凸棒土粒粒度为100～300目的，如果粒度大于这一范围，其效果将会变差，而粒度小于这一范围时必要性不大，而且会使成本有较大的增加。在进行浸泡改性处理时，如所用的是碳酸钠水溶液，所加入的是碳酸钠水溶液的质量比为2％～5％；如所用的是磷酸水溶液，所加入的磷酸水溶液质量比为4％～10％。试验表明，当改性处理时所用的碳酸钠或磷酸水溶液浓度太小对凹凸棒土的黏度增加效果不明显。特别是采用碳酸钠进行改性处理时，如碳酸钠水溶液的浓度太低，经处理后得到的凹凸棒土的黏度改变不大；而当溶液浓度大于前述范围时会使处理后的凹凸棒土有较大的碱性。

以下是本发明改性处理的两个具体实例，而且这两个实例给出了凹凸棒土改处理的最佳处理溶液浓度；在其后将给出用经本发明的改性处理后的凹凸棒土进行氮肥包膜处理的方法及制品的相关参数测试情况。

例1

取经过自然分化的200目左右的凹凸棒土1000克，加入碳酸钠水溶液浸泡陈化48小时左右，所用的碳酸钠水溶液中碳酸钠与水的质量比为2～3％，然后用机械搅拌器进行搅拌1～2小时，过滤分离出凹凸棒土，并用清水洗涤2～3遍，然后对其进行干燥和磨细处理。经测定，处理后的凹凸棒土的黏度比不改性处理的增强了15～20％以上。

例2

取经过自然分化的200目左右的凹凸棒土1000克，加入磷酸水溶液浸泡2～4小时，所用的磷酸水溶液浓度为磷酸与水的质量比为6～10％，然后过滤出凹凸棒土，用清水洗涤2～3遍，再对其进行干燥和磨细处理。经处理的凹凸棒石材料因其结构特征而具缓释性。经测定，改性后的凹凸棒土的黏度比不改性处理的增强了11～18％。

氮肥的包膜(以尿素为例)

将尿素倒入转鼓包衣机中，调整包衣机倾斜的角度使尿素以料帘的形式在转鼓中均匀地转动；用淀粉水溶液，玉米淀粉或马铃薯淀粉均可，或木质素磺酸钠水溶液均匀喷洒在尿素颗粒的表面，使在肥料颗粒上形成作为粘合剂的溶剂层；在尿素转动同时，不断地撒入凹凸棒粉末，使之粘结于尿素表面，当膜的厚度达到设计要求的厚度后，取出进行干燥处理。在整个包膜过程中所喷入的粘合剂应能使尿素颗粒表面湿润，而且相互不粘结，在包膜过程中应使尿素颗粒充分运动直到粘结完全，干燥，并防止结块。粘合剂使用量按下式确定：

式中：W-包膜肥的质量；a％-凹凸棒土包膜率；b％-粘合剂水溶液的质量百分含量，一般情况下20≤a≤35，2≤b≤7。实验表明，当b取值小于2时，其包膜的效果差，包膜质量不能保证，而当b取值大于7时，会造成包膜材料粘集，而无法进行包膜。其最佳的方案是使用木质素磺酸钠水溶液，取值为3≤b≤4，所得产物效果最佳。

包膜缓释氮肥的测定

1)包膜肥尿素中氮含量的测定

称取0.5g左右磨碎为粉末的包膜尿素(精确至±0.01g)，用凯氏定氮法测定样品中氮的含量。

2)肥效释放曲线的绘制

将两支层析柱洗净，垂直安装在铁架台上。

将沙子先用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗，凉干，称取50g装入柱内，然后装入5.0g肥料样品(其中一支装包膜肥，另一支装研细的包膜肥)，在上面再装入50g沙子。

先用50mL水润湿沙子，然后每次用100mL蒸馏水淋洗，上述实验重复15次。

将接取的洗出液编号，分别测定每次洗出液中氮的含量。

以每次淋溶出的氮的量为纵坐标，淋溶次数为横坐标做图即得肥效释放曲线。

以5.0g包膜率为30％的尿素包膜肥料样品测试的结果参见附图1。

图1中：◆曲线为磨碎的包膜肥尿素；▲曲线为包膜尿素

从图1给出的淋溶曲线看出包膜肥料释放速度较慢多，其效果较好，而且释放速度都很均匀。

3)包膜缓释肥的抗压强度的测定

随机取20粒最接近球形的样品，用颗粒强度测定仪分别测定其抗压强度，取其平均值作为该种样品颗粒的抗压强度，N/粒。采用此法测得包膜缓释尿素肥的抗压强度如下表。

下表是包膜率为30％的尿素的抗压强度

肥料	未改性凹凸棒土包膜肥的抗压强度(N/粒)	用磷酸改性凹凸棒土包膜肥的抗压强度(N/粒)	用碳酸钠改性凹凸棒土包膜肥的抗压强度(N/粒)
				尿素	15.36	22.53	22.85

从表中看出改性凹凸棒土包膜肥料抗压强度都好于未改性凹凸棒土包膜肥的抗压强度，而用碳酸钠改性凹凸棒土包膜肥的抗压强度更好一些。

本发明的缓释氮肥具有如下优点：

(1)改性后的凹凸棒土黏度增强了，提高了所包膜的强度。解决了在运输过程中易掉粉、易碎和提前崩解等问题。

(2)改性后的凹凸棒土保水性能增强了，更适合于比较干旱的地区使用。此方法的成本要比另外加入保水剂成本低的多。

(3)本发明用无机材料对凹凸棒土改性的生产工艺、原料成本比在凹凸棒土上接枝高分子材料简单和低廉的多；在制备过程中本发明不使用任何有毒有害的有机溶剂，所得制品不污染土壤；其中以磷酸溶液改性凹凸棒土时，可使经其改性的凹凸棒土本身含有农作物所需的养分一磷。

(4)本方法更适合于工业化生产。

(5)增强了缓释性能

(6)使用凹凸棒土材料肥料可提高农作物中的碘、硒、锰、铁、锌、铜和钙等微量元素的含量，降低大多数作物中有害元素砷铅、汞的含量。

Claims (6)

1、用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是将凹凸棒土加入碳酸钠与水的质量比为2％～5％的碳酸钠水溶液进行充分浸泡改性处理后，再充分进行机械搅拌，然后过滤分离出凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理，然后再进行粉碎研磨。

2、权利要求1所述的用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是浸泡改性处理时所用的碳酸钠水溶液质量比为2～3％。

3、用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是将凹凸棒土加入磷酸与水的质量比为4％～10％磷酸水溶液中进行浸泡改性处理，然后过滤分离出凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理，然后再进行粉碎研磨。

4、权利要求3所述的用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是所述的浸泡改性处理所用的磷酸水溶液质量比为6～10％。

5、权利要求1至4所述的用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法所得的产物进行氮肥包膜的方法，其特征在于在氮肥颗粒的表面喷洒上粘合剂，使肥料颗粒表面上形成一粘合剂层；使表面上形成溶剂层的肥料颗粒运动，同时向肥料颗粒内分散加入经前述处理的改性凹凸棒土，使肥料颗粒表面黏上凹凸棒土，形成凹凸棒土包膜，所用的粘合剂是淀粉或木质素磺酸钠水溶液，

式中：W-包膜肥的质量；a％-凹凸棒土包膜率；b％-粘合剂水溶液的质量百分含量，且20≤a≤35，2≤b≤7。

6、根据权利要求5所述的氮肥包膜的方法，其特征在于所用的粘合剂为质量比为3～4％的木质素磺酸钠水溶液。

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