CN102001890B - 一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥及其制备方法，其中缓释氮肥是在尿素表面以松香粘结剂和凹凸棒石粘土粉末形成内层包膜，在所述内层包膜的表面以石蜡形成外层包膜；其制备方法是经两次包膜完成松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备：第一次包膜是使用凹凸棒石粘土粉末作为缓释包膜剂、松香无水乙醇共熔液作为粘结剂，将喷洒了松香粘结剂的尿素颗粒用凹凸棒石粘土粉末进行包裹、烘干；第二次包膜是将作为添加剂的石蜡加热熔融后，喷涂在第一次包膜所得的产品表面即得成品。本发明可以延缓养分释放速度，解决目前氮肥在施入土壤后养分损失严重的问题。

Description

一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种缓释氮肥，具体地说是一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥及其制备方法。

二、背景技术

普通氮肥在施入土壤后经挥发、淋溶和反硝化，损失率高达70％，这将造成巨大的资源浪费及对环境、水质的污染。肥料包膜缓/控释技术是在速溶性肥料颗粒表面形成保护性膜，延缓肥料养分释放，可以有效地提高速效肥料的利用率。不同包膜材料和包膜工艺所形成的包膜层结构的多样性，使不同膜材料配方的包膜肥料养分释放机理和特性各异，控释膜材料的研制成为肥料缓/控释技术应用的关键因素。

国外早在1907年就有人提出开发包裹肥料的设想，1940年才见到农业上的试验报道.进入20世纪70年代以后，包膜肥料才开始规模化生产，主要对象是尿素和含尿素的复合肥，包膜材料主要有硫磺和一些有机聚合物。到了20世纪80年代，为了改进包膜尿素的控释性能，在原包膜尿素表面又包一层有机聚合物，成为有机聚合物包膜的硫包尿素(PSCU)。硫包尿素是开发最早、工艺最成熟、价格较低(比等N量尿素高30％左右)、用量最大的一种包膜肥料，产品一般含氮31-38％。国外除开发有机物包膜尿素外，有些公司还开发了聚合物包膜高浓度复肥和磷肥。目前，生产硫包膜肥料著名的公司有CIL(Canada)，Lesco.(USA)，OMScott Chemical(USA)，Parker(USA)和Mitsul Toatsu(Japan)等；生产树脂型包膜肥料的公司有Sierra Chemical(USA，Holland，商品名“Osmocote”)，Asahi Chemical Industry(Japan，商品名为“Long”，“High Control”)，Chisso(Japan，商品名为“LP Cote”，“Meister”)等。

与国外不同，中国包膜肥料的研究开始较集中在寻求改善碳铵的挥发性上，先后推出沥青包膜碳铵、钙镁磷包膜碳铵、涂层尿素、磷酸镁铵包覆尿素等。到目前为止，用于包膜的材料种类很多，但总体上归结为两类：一类是无机物质，一类是有机物质。无机化合物作为包膜原料不是很多，在文献中提到的有硫磺、MgNH₄PO₄·3H₂O、硅酸盐、磷酸钙、P₂O₅/CaO玻璃体、金属盐，其它一些疏水性矿粉，如：石膏、滑石粉及粘土等，但是无机包膜的肥料往往达不到理想的控释效果。有机化合物包膜原料主要有蜡、油、松香、天然橡胶、烯烃类树脂、聚氨酯和醇酸树脂等一些特定的橡胶类物质及热塑性和热固性树脂等，但有些树脂类存在难降解，从而引发环境问题。

在现有专利技术中，报道了很多包膜化肥的制造方法，例如，申请号：200710141887.6水性聚合物石蜡双层包膜控释肥料及其制备方法，其包膜包括石蜡膜和石蜡膜上由包含水性聚合物乳液和可生物降解天然高分子的复合包膜剂形成的聚合物膜。申请号200810108188.6水溶性醇酸树脂-蜡复合包膜控释肥料及其制备方法，该包膜包含蜡膜，蜡膜包含水溶性醇酸树脂包膜剂的聚合物膜。申请号为200810108190.3的聚合物乳液包膜剂、包膜控释肥料及其制备方法，包膜包含聚合物乳液包膜剂的聚合物膜以及任选在聚合物膜外含无机粉体的无机层。申请号：200810180080有机-矿物材料包膜缓释肥料，包膜使用的材料为，矿物材料、虫胶、过氯乙烯，矿物材料为蛭石、云母、沸石中的任意一种或两种或全部。

综上所述，目前国内外在控释肥的研究、开发和应用上已取得了较大的进展，但包膜缓释材料成本高或制作工艺普遍比较复杂，有些包膜材料甚至存在难降解，从而引起二次污染的问题，因此，需要研究开发价格低廉、控释效果良好的环保型包膜肥料。

三、发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种成本低廉、控释效果良好的环保型松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥及其制备方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的特点是在尿素表面以松香粘结剂和凹凸棒石粘土粉末形成内层包膜，在所述内层包膜的表面以石蜡形成外层包膜，按质量百分比各物料的用量为：

含氮的质量百分比≥46.4％、颗粒粒径为2-4.75mm的尿素    70-90％

松香无水乙醇共熔液    1.5-4.5％

颗粒粒径200-325目的凹凸棒石粘土粉末    3.5-10.5％

固体石蜡    5-15％。

本发明松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的特点也在于：所述固体石蜡为粗石蜡、半精炼石蜡或全精炼石蜡。

本发明松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备方法的特点是经两次包膜完成松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备；

第一次包膜：使用凹凸棒石粘土粉末作为缓释包膜剂、松香无水乙醇共熔液作为粘结剂；将喷洒了松香粘结剂的尿素颗粒用凹凸棒石粘土粉末进行包裹、烘干；

第二次包膜：将作为添加剂的石蜡加热熔融后，喷涂在第一次包膜所得的产品表面即成。

本发明松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备方法的特点也在于：

所述第一次包膜：设置包衣机转速为60r/min、预热温度为50-70℃；向包衣机转鼓内投入尿素预热10分钟后，使用喷枪向转鼓中喷入松香无水乙醇共熔液，同时向包衣机转鼓中投入凹凸棒石粉末，向包衣机转鼓中重复加入松香无水乙醇共熔液和凹凸棒石粉末3-5次后，包衣机保持转速，保持加热温度，5分钟后出料，冷却后得干料；

所述第二次包膜：将第一次包膜所得干料重新投入包衣机，设置包衣机转速为50r/min、加热温度为60-80℃，使用喷枪向转鼓中喷入经加热熔融的石蜡，在喷完石蜡后，关闭电炉，包衣机保持转速，10分钟后出料，得松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥。

所述松香无水乙醇共熔液是将松香熔融后加入无水乙醇并搅拌均匀得到的，其中松香占共熔液质量的10-30％。

松香是从松树分泌出来的薪稠液体并加以蒸馏而得到的一种天然树脂，颜色由微黄至棕红色，是一种透明、脆性的固体物质，软化点70-90℃，比重1.070-1.085，溶解热：15.8kcal/kg，热容：0.54kcal/kg·℃，导热系数：0.11kcal/m·h·℃，体积电阻率：5×1016Ωcm，闪点：216℃。松香的组成随原料产地和加工方法而异。松香中的酸性物占90％左右(主要是树脂酸的同分异构体，还有少量脂肪酸)，中性物占5-10％。树脂酸是松香的主要成分，有许多同分异构体，其共同的分子式是C₁₉H₂₉COOH。松香还具有结晶特性，容易产生结晶现象，在丙酮等有机溶剂中会有结晶趋势，结晶临界温度约100℃，结晶松香熔点110-135℃，且难于皂化。此外，松香还具有旋光性，松香比旋值控制在0-15°之间(最佳点+7°)即为无结晶现象和结晶趋势最低的松香。按松香的来源不同，可以分为3类：从采伐后留下松根切片，经溶剂浸提，加工得到浸提松香；从硫酸盐松木制浆废液中回收即浮油回收，加工得到浮油松香；自松树树干采割、收集松脂，加工得到脂松香。其中脂松香质量最好，应用最广。松香是工业生产的重要生产原材料之一，它的使用已有相当长历史，松香具有防腐、绝缘、粘合等许多优良的特性，从而已被广泛应用于肥皂工业、食品工业、涂料工业、粘合剂工业、电气工业、造纸工业、医药工业、农业部门、金属加工工业、油墨工业、橡胶工业、合成树脂工业以及其它工业部门。我国松香用量最大的工业部门是造纸、肥皂工业，约占国内松香消费量的75％，其它为涂料、油墨工业。

石蜡是矿物蜡的一种，也是石油蜡的一种；是从原油蒸馏所得的润滑油馏分经溶剂精制、溶剂脱蜡或经蜡冷冻结晶、压榨脱蜡制得蜡膏，再经溶剂脱油、精制而得的片状或针状结晶。又称晶形蜡，碳原子数约为18-30的烃类混合物，主要组分为直链烷烃，约为80-95％，还有少量带个别支链的烷烃和带长侧链的单环环烷烃，两者合计含量20％以下。主要质量指标为熔点和含油量，前者表示耐温能力，后者表示纯度。每类蜡又按熔点，一般每隔2℃，分成不同的品种，如52、54、56、58等牌号。根据加工精制程度不同，可分为全精炼石蜡、半精炼石蜡和粗石蜡3种。其中以前二者用途较广，主要用作食品及其他商品(如蜡纸、蜡笔、蜡烛、复写纸)的组分及包装材料，烘烤容器的涂敷料、化妆品原料，用于水果保鲜、提高橡胶抗老化性和增加柔韧性、电器元件绝缘、精密铸造等方面，也可用于氧化生成合成脂肪酸。粗石蜡由于含油量较多，主要用于制造火柴、纤维板、篷帆布等。石蜡中加入聚烯烃添加剂后，其熔点增高，粘附性和柔韧性增加，广泛用于防潮、防水的包装纸、纸板、某些纺织品的表面涂层和蜡烛生产。

凹凸棒石是一种层状镁铝硅酸盐粘土矿物，凹凸棒石粘土是以凹凸棒石为主要成份的粘土矿产资源，凹凸棒石由于具有特殊的结构而赋予凹凸棒石粘土良好的吸附作用、催化作用、流变性和耐热性，产品广泛应用于石油、化工、建材、造纸、医药、农牧、原子能、太阳能、食品和硅酸盐等工业。环保性能好且成本低的非金属矿物材料凹凸棒石粘土有优良的吸氮、保氮功能和吸水、保水功能，它施用不会带来土壤污染，且能改良土壤的保水和保肥性能。凹凸棒粘土除了其主要成分Si、Al、Mg等元素外，还含有生物所必需的大量营养元素如Na、K、Fe、Mo、Mn、Se、Sr、I、B等。因此凹凸棒石粘土肥料可以补充土壤中多种微量营养元素的不足。这些微量元素在土壤中通过水和生物活性的作用，一部分形成可溶性微量元素被农作物所吸收。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明选用具有特殊的晶体形态和纳米孔结构以及吸附性能优异的特性泛、价廉凹凸棒石粘土作为缓/控释肥功能材料，与松香、石蜡复合包裹在颗粒尿素表面，制成凹凸棒石-松香-石蜡复合包膜尿素缓/控释肥，通过凹凸棒石对化肥养分的吸附作用、对土壤孔隙水渗透的阻滞作用延缓对化肥养分的释放，取得了良好效果。

2、本发明以凹凸棒石粉末防止结块，同时利用凹凸棒石粉末本身很好的吸附性能，提高包膜产品的缓释效果。

3、本发明方法中，使用松香无水乙醇的共融液，利于在喷涂，同时对环境友好；将松香作为粘结剂，凹凸棒石粉末作为内包膜的主要成分，解决了松香作为包膜易碎性问题，并且凹凸棒石粉末价格较为低廉。

4、本发明在第一次包膜过程中膜表面会出现微孔，通过第二次包膜，在表面喷涂石蜡，使其镶嵌于微孔处，可有效提高缓释效果。

四、附图说明

图1为本发明实施例1中一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的养分累积释放曲线图。

五、具体实施方式

实施例1：

本实施例中一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥，是在尿素表面以松香粘结剂和凹凸棒石粘土粉末形成内层包膜，在内层包膜的表面以石蜡形成外层包膜，按质量百分比各物料的用量为：

含氮的质量百分比≥46.4％、颗粒粒径为2-4.75mm的尿素    70％

松香无水乙醇共熔液        4.5％

颗粒粒径200-325目的凹凸棒石粘土粉末    10.5％

固体石蜡    15％。

本实施例中松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备方法，是经两次包膜完成松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备；

第一次包膜：使用凹凸棒石粘土粉末作为缓释包膜剂、松香无水乙醇共熔液作为粘结剂；设置包衣机转速为60r/min、预热温度为50-70℃；向包衣机转鼓内投入尿素预热10分钟后，使用喷枪向转鼓中喷入松香无水乙醇共熔液，同时向包衣机转鼓中投入凹凸棒石粉末，向包衣机转鼓中重复加入松香无水乙醇共熔液和凹凸棒石粉末3-5次后，包衣机保持转速，保持加热温度，5分钟后出料，冷却后得干料；

第二次包膜：将第一次包膜所得干料重新投入包衣机，设置包衣机转速为50r/min、加热温度为60-80℃，使用喷枪向转鼓中喷入经加热熔融的石蜡，在喷完石蜡后，关闭电炉，包衣机保持转速，10分钟后出料，得松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥；

其中松香无水乙醇共熔液是将松香熔融后加入无水乙醇并搅拌均匀得到的，其中松香占共熔液质量的10％。

根据《缓释肥料》国家标准(GB/T 23348-2009)，缓释肥料要在25℃静水中浸泡24小时初期养分释放率小于15％，28天累积养分释放率小于80％。由表1可见，本发明产品符合国家标准。

表1产品指标对照

实施例2：

本实施例中一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥，是在尿素表面以松香粘结剂和凹凸棒石粘土粉末形成内层包膜，在内层包膜的表面以石蜡形成外层包膜，按质量百分比各物料的用量为：

含氮的质量百分比≥46.4％、颗粒粒径为2-4.75mm的尿素    90％

松香无水乙醇共熔液    1.5％

颗粒粒径200-325目的凹凸棒石粘土粉末     3.5％

固体石蜡                                5％。

本实施例中松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备方法，是经两次包膜完成松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备；

第一次包膜：使用凹凸棒石粘土粉末作为缓释包膜剂、松香无水乙醇共熔液作为粘结剂；设置包衣机转速为60r/min、预热温度为50-70℃；向包衣机转鼓内投入尿素预热10分钟后，使用喷枪向转鼓中喷入松香无水乙醇共熔液，同时向包衣机转鼓中投入凹凸棒石粉末，向包衣机转鼓中重复加入松香无水乙醇共熔液和凹凸棒石粉末3-5次后，包衣机保持转速，保持加热温度，5分钟后出料，冷却后得干料；

第二次包膜：将第一次包膜所得干料重新投入包衣机，设置包衣机转速为50r/min、加热温度为60-80℃，使用喷枪向转鼓中喷入经加热熔融的石蜡，在喷完石蜡后，关闭电炉，包衣机保持转速，10分钟后出料，得松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥；

其中松香无水乙醇共熔液是将松香熔融后加入无水乙醇并搅拌均匀得到的，其中松香占共熔液质量的20％。

根据《缓释肥料》国家标准(GB/T 23348-2009)，缓释肥料要在25℃静水中浸泡24小时初期养分释放率小于15％，28天累积养分释放率小于80％。由表2可见，本发明产品符合国家标准。

表2产品指标对照

实施例3：

本实施例中一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥，是在尿素表面以松香粘结剂和凹凸棒石粘土粉末形成内层包膜，在内层包膜的表面以石蜡形成外层包膜，按质量百分比各物料的用量为：

含氮的质量百分比≥46.4％、颗粒粒径为2-4.75mm的尿素    80％

松香无水乙醇共熔液     3％

颗粒粒径200-325目的凹凸棒石粘土粉末    7％

固体石蜡        10％。

本实施例中松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备方法，是经两次包膜完成松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备；

第一次包膜：使用凹凸棒石粘土粉末作为缓释包膜剂、松香无水乙醇共熔液作为粘结剂；设置包衣机转速为60r/min、预热温度为50-70℃；向包衣机转鼓内投入尿素预热10分钟后，使用喷枪向转鼓中喷入松香无水乙醇共熔液，同时向包衣机转鼓中投入凹凸棒石粉末，向包衣机转鼓中重复加入松香无水乙醇共熔液和凹凸棒石粉末3-5次后，包衣机保持转速，保持加热温度，5分钟后出料，冷却后得干料；

第二次包膜：将第一次包膜所得干料重新投入包衣机，设置包衣机转速为50r/min、加热温度为60-80℃，使用喷枪向转鼓中喷入经加热熔融的石蜡，在喷完石蜡后，关闭电炉，包衣机保持转速，10分钟后出料，得松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥；

其中松香无水乙醇共熔液是将松香熔融后加入无水乙醇并搅拌均匀得到的，其中松香占共熔液质量的30％。

根据《缓释肥料》国家标准(GB/T 23348-2009)，缓释肥料要在25℃静水中浸泡24小时初期养分释放率小于15％，28天累积养分释放率小于80％。由表3可见，本发明产品符合国家标准。

表3产品指标对照

Claims (4)

1.一种松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥，其特征是在尿素表面以松香无水乙醇共熔液粘结剂和凹凸棒石粘土粉末形成内层包膜，在所述内层包膜的表面以固体石蜡形成外层包膜，按质量百分比各物料的用量为：

含氮的质量百分比≥46.4%、颗粒粒径为2-4.75mm的尿素  70-90%

松香无水乙醇共熔液  1.5-4.5%

颗粒粒径200-325目的凹凸棒石粘土粉末  3.5-10.5%

固体石蜡  5-15%。

2.根据权利要求1所述的松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥，其特征在于：所述固体石蜡为粗石蜡、半精炼石蜡或全精炼石蜡。

3.一种权利要求1所述的松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备方法，其特征是经两次包膜完成松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥的制备；

第一次包膜：使用凹凸棒石粘土粉末作为缓释包膜剂、松香无水乙醇共熔液作为粘结剂；将喷洒了松香粘结剂的尿素颗粒用凹凸棒石粘土粉末进行包裹、烘干；

第二次包膜：将固体石蜡加热熔融后，喷涂在第一次包膜所得的产品表面即成。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：

所述第一次包膜：设置包衣机转速为60r/min、预热温度为50-70℃；向包衣机转鼓内投入尿素预热10分钟后，使用喷枪向转鼓中喷入松香无水乙醇共熔液，同时向包衣机转鼓中投入凹凸棒石粘土粉末，向包衣机转鼓中重复加入松香无水乙醇共熔液和凹凸棒石粘土粉末3-5次后，包衣机保持转速，保持加热温度，5分钟后出料，冷却后得干料；

所述第二次包膜：将第一次包膜所得干料重新投入包衣机，设置包衣机转速为50r/min、加热温度为60-80℃，使用喷枪向转鼓中喷入经加热熔融的石蜡，在喷完石蜡后，关闭电炉，包衣机保持转速，10分钟后出料，得松香-凹凸棒石-石蜡复合包膜缓释氮肥；

所述松香无水乙醇共熔液是将松香熔融后加入无水乙醇并搅拌均匀得到的，其中松香占共熔液质量的10-30%。

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