CN101328097A

CN101328097A - 一种复合膜控释肥及其有机聚合物包衣材料

Info

Publication number: CN101328097A
Application number: CNA2008101230819A
Authority: CN
Inventors: 钟成虎
Original assignee: 钟成虎
Current assignee: Shandong Moith Ecological Fertilizer Co., Ltd.
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: CN101328097B

Abstract

一种复合膜控释肥，是无机复合肥或尿素外包覆有四水八硼酸钠无机聚合物隔离膜，其外再包覆有机聚合物包衣膜。四水八硼酸钠与无机复合肥或尿素的质量比为0.5～2.0∶100。所述的有机聚合物包衣膜材料由70～85％粗MDI、8～18％聚醚多元醇G530、3～6％丙三醇、3～6％二乙醇胺于85～95℃时聚合生成的聚氨酯；或者由60～75％环氧树脂E54或E51、10～20％稀释剂H48和10～25％固化剂TZ－500于85～95℃时聚合生成的环氧树脂。无机聚合物膜能有效避免无机肥料与包衣材料的化学反应，避免养分的损失，同时能补充植物所需的微量营养元素。本复合膜控释肥的生产过程为无溶剂工艺，安全环保。

Description

一种复合膜控释肥及其有机聚合物包衣材料

一、技术领域

本发明涉及一种通过包衣实现养分控制释放的控释肥料及其包衣材料，确切地说是一种复合膜控释肥及其有机聚合物包衣材料。

二、背景技术

控释肥是一种可以精确控释养分释放的肥料，它的养分释放完全可以按照作物对养分需求的曲线设定，这不但减少了肥料前期施用过程的养分浪费，又能及时补充作物生产后期所需的养分，因此控释肥能大幅度的提高肥料的吸收利用率，达60～80％，而普通肥料平均利用率只能达到33％。因此，控释肥是化学肥料的一次革命，它不但提高了肥料的利用率，更能减少化学肥料对环境的污染，节省施肥的人力物力。

我国是世界第一大肥料使用国，据统计，2002年全世界化肥用量1.42亿吨，我国生产和使用量为4629万吨，超过世界总用量的1/3。肥料的养分平均利用率只有33％，可见肥料的浪费是惊人的，因此，我国农业迫切需要控释肥的推广与普及。

控释肥料通过无机肥料颗粒表面裹覆(包衣)聚合物而实现，包衣用的聚合物主要分为两大类，一种是热固性树脂包衣肥料，包衣材料主要有醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、氨基树脂、酚醛树脂等；另一种是热塑性树脂包衣肥料，包衣材料主要是聚烯烃类树脂包衣肥料。热固性控释肥以荷兰产的osmocote为代表，热塑性控释肥以日本产nutricote为代表，这两个品牌都行销世界。

控释肥从它的诞生之日开始，一直穿上了贵族肥料的外衣，过高的包衣成本使它的价格是普通肥料5～10倍，因此，只能限定它在花卉等高经济价值的植物上使用。我国迫切需要低成本的控释肥，以便它在农业生产中普及。

以osmocote和nutricote为例，一般包衣率要达到6～10％，包衣都采用溶剂工艺。生产设备都需要有复杂的溶剂回收系统，不但造成设备投资过大，而且也容易造成生产过程中的环境污染。采用溶剂工艺是不得以而为之的，这主要这两种包衣技术都诞生于上世纪80年代，当时的材料技术还不能做到无溶剂的环保要求，必须加入溶剂才能达到裹覆肥料所需的喷雾粘度。采用溶剂工艺另一个缺点是，溶剂挥发过程中会在包衣材料表面留下很多肉眼看不到的微孔，这就意味着必须增加包衣率才能达到更好的阻水效果，这样就更加增大了肥料的制造成本。

三、发明内容

本发明的目的是提供了一种低成本、工艺简单、生产过程环保的无溶剂热固性有机、无机复合膜控释肥料。所要解决的技术问题是将有机聚合物膜与无机肥料隔离。

本发明所称的复合膜控释肥，包括无机复合肥或尿素及其外包覆的无机和有机聚合物包衣膜，与现有技术的区别是在有机聚合物包衣膜与无机复合肥或尿素之间有一层无机聚合物四水八硼酸钠(Na₂B₈O₁₃·4H₂O)隔离膜，或者说在无机复合肥或尿素外包覆四水八硼酸钠无机聚合物隔离膜，在该隔离膜外再包覆有机聚合物包衣膜。此无机聚合物层不但有效阻隔聚氨酯或环氧树脂与复合肥或尿素的铵根或氨基反应，而且可以提高复合肥和尿素的含硼量，并且使复合肥表面更圆滑，提高有机聚合物控释层的释放效果。隔离膜四水八硼酸钠与无机复合肥或尿素的质量比为0.5～2.0∶100。

所述的有机聚合物包衣膜材料选自聚氨酯或环氧树脂热固性树脂材料。

当包衣膜材料为聚氨酯时，该聚氨酯由70～85％多亚甲基二异氰酸酯(粗MDI或聚合MDI)、8～18％聚醚多元醇G530、3～6％丙三醇、3～6％二乙醇胺于85～95℃时聚合生成的聚氨酯。优选粗MDI75～80％、聚醚多元醇G530 10～15％、4～5％丙三醇和二乙醇胺4～5％于85～95℃时聚合生成的聚氨酯。各组分的百分比是根据聚氨酯体系总质量计算的质量百分比。所述的粗MDI是指含2，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的混合二苯基甲烷二异氰酸酯。

当包衣膜材料为环氧树脂时，该环氧树脂由60～75％环氧树脂E54或E51、10～20％稀释剂H48(三羟甲基丙烷三缩水甘油醚)和10～25％固化剂TZ-500于85～95℃时聚合生成的环氧树脂。优选E54或E51 65～70％、稀释剂H48 10～15％和固化剂TZ-500 15～20％于85～95℃时聚合生成的环氧树脂。各组分的百分比是根据环氧树脂体系总质量计算的质量百分比。

本复合膜控释肥是这样制备的：

1、先将无机聚合物四水八硼酸二钠(Na₂B₈O₁₃·4H₂O)和水计量，投入到带加热的容器中，配成质量浓度为30～50％，并升温至70～～90℃。将该溶液送至空气雾化喷雾系统，以雾化的形式将该溶液均匀地喷涂到预热至40～70℃的无机复合肥或尿素颗粒上，同时，复合肥或尿素在高效包衣机作连续低剪切运动，高效包衣机的热空气循环系统迅速蒸发掉溶液中的水分，形成一层致密光滑的无机聚合物隔离膜。并且在此过程中，高效包衣机能有效地将肥料的表面进行抛光，为下一部的裹覆有机聚合物包衣膜打下坚实的基础。

2、有机聚合物包衣材料的配制：

每次配制量按照肥料总质量的1～2％；

配制比例为：(1)环氧树脂E54或E51、稀释剂H48、固化剂TZ-500的60～75％、10～20％、15～25％；(2)粗MDI、聚醚多元醇G530、丙三醇、二乙醇胺分别占聚氨酯体系总质量的70～85％、8～18％、3～6％、3～6％。同时搅拌混合均匀。

3、将肥料继续在高效包衣机里继续加热到70～90℃，将配制好的有机聚合物包衣液每次按肥料总质量的1～2％分批泵入不断运动的肥料表面，有机聚合物包衣体系迅速均匀分配到每颗肥料的表面，约4～6分钟，有机聚合物体系即在肥料表面固化为致密坚韧的膜，即包衣膜。反复裹覆3～5次至包衣率达4～7％，包衣率即是环氧树脂或聚氨酯体系与无机肥料质量的质量百分比为4～7％，优选5～6％，最后，加入肥料总质量的0.5％的二甲基硅油以防止肥料颗粒之间发生粘连，冷却后，检测合格即可包装。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)无机聚合物层有效避免无机肥料与有机聚合物的反应，降低了有机聚合物与肥料反应不必要的反应损耗，同时，能够补充植物所需的微量元素硼。有机聚合物包衣率仅为4～7％，但肥料养分在25℃条件下释放期分别为三个月(环氧树脂)和六个月(聚氨酯)。

(2)包衣工艺采用无溶剂反应层包衣技术，设备简单，这不但大大降低了设备的投入(仅为溶剂工艺的1/4～1/3)，同时避免了溶剂在回收过程的浪费，安全环保。

(3)能耗低，同时可采用煤或柴油加热，降低了包衣能源成本。

四、附图说明

图1.复合聚合物膜控释肥料生产工艺流程图

图1中A是将四水八硼酸二钠溶解在容器中，温度为70～90℃，浓度为30～50％；B是将尿素或复合肥加入到包衣机中，预热到40～70℃；C是将四水八硼酸二钠溶液送至空气雾化喷雾系统，以雾化的形式将该溶液均匀地喷涂到复合肥或尿素颗粒上，同时打开高效包衣机的热空气循环系统，迅速蒸发掉溶液中的水分，待完全干燥后将肥料加热至70～90℃。D是将聚氨酯或环氧树脂按比例倒入容器中，混合均匀，逐步加入到包衣机中流动的肥料颗粒上，约4-6分钟，有机聚合物体系即在肥料表面固化为致密坚韧的膜。重复3～5次。E将二甲基硅油加入包衣机中，以防止包衣后的肥料发生粘连；F是等肥料冷却后检测、包装和储存。

五、具体实施方式

实施例1

(1)将1公斤四水八硼酸二钠投入到1公斤的水中并加热，当温度升至90℃并完全溶解时，然后用空气雾化喷嘴均匀地喷到已预热到50℃的作连续运动的94公斤的尿素(2～4mm)颗粒上，高效包衣机的转速为25转/分。同时打开高效包衣机的热风系统，迅速蒸发包衣液中的水分，5分钟后即可完全干燥。

(2)然后将逐步将尿素加热到75℃。将环氧树脂E54或E51约1公斤、H48约0.25公斤、固化剂TZ-5000.47混合均匀后，逐步加入到作连续运动的尿素颗粒表面上，约5分钟后，环氧树脂体系即可在尿素表面固化成膜，此过程重复三次。使包衣率达5～6％。最后，等膜完全干燥后，加入0.5公斤的二甲基硅油并分散均匀。肥料冷却后，经检测合格即可包装。该树脂包衣尿素的在25℃条件下释放时间为三个月。

实施例2

(1)将1公斤四水八硼酸二钠投入到1公斤的水中并加热，当温度升至90℃并完全溶解时，然后用空气雾化喷嘴均匀地喷到已预热到50℃的作连续运动的92公斤的15-15-15复合肥(2～4mm)颗粒上，高效包衣机的转速为25转/分。同时打开高效包衣机的热风系统，迅速蒸发包衣液中的水分，5分钟后即可干燥完全。

(2)然后将逐步将复合肥加热到80℃。将粗MDI约0.98公斤、聚醚多元醇G530约0.2公斤、丙三醇0.065公斤、二乙醇胺约0.065公斤混合均匀后，通过空气雾化系统喷涂到连续运动的肥料颗粒表面上，约3分钟后，聚氨酯体系即可在肥料表面固化成膜，此过程重复五次。使包衣率达5～6％。最后，等膜完全干燥后，加入0.5公斤的二甲基硅油并分散均匀。肥料冷却后，经检测合格即可包装。该树脂包衣复合肥的在25℃条件下释放时间为六个月。

Claims

1、一种复合膜控释肥，包括无机复合肥或尿素及其外包覆的有机聚合物包衣膜，其特征在于：在包衣膜与无机复合肥或尿素之间有一层无机聚合物四水八硼酸钠隔离膜，四水八硼酸钠和无机复合肥或尿素的质量比为0.5～2.0∶100。

2、由权利要求1所述的复合膜控释肥用的有机聚合物包衣材料，选自热固性聚氨酯树脂材料，其特征在于：该材料是由70～85％多亚甲基二异氰酸酯、8～18％聚醚多元醇G530、3～6％丙三醇、3～6％二乙醇胺于85～95℃时聚合生成的聚氨酯。

3、根据权利要求2所述的包衣材料，其特征在于：该材料是由由75～80％多亚甲基二异氰酸酯、10～15％聚醚多元醇G530、4～5％丙三醇、4～5％二乙醇胺于85～95℃时聚合生成的聚氨酯。

4、由权利要求1所述的复合膜控释肥用的有机聚合物包衣材料，选自热固性环氧树脂材料，其特征在于：该材料由60～75％环氧树脂E54或E51、10～20％稀释剂H48和10～25％固化剂TZ-500于85～95℃时聚合生成的环氧树脂。

5、根据权利要求4所述的包衣材料，其特征在于：该材料由65～70％环氧树脂E54或E51、10～15％稀释剂H48和15～20％固化剂TZ-500于85～95℃时聚合生成的环氧树脂。