CN102126890A - 一种环境友好的肥料包膜材料及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种环境友好的肥料包膜材料及制造方法，它是由聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮、聚乳酸或壳聚糖、甲醛、草炭或碳化稻壳、磷酸二氢钙或硅酸钙、油母页岩灰渣或高炉钢渣和蒸馏水等物质采用有机高分子聚合共混反应技术制备的。田间试验表明，与当前现有的包膜缓释肥料相比本发明的包膜缓释肥料对养分缓释效果和抑制氮素挥发效果明显，肥料利用率提高15%以上。膜材料生产过程中，不使用有机溶剂，肥料包膜工艺要求简单，膜材料生产和肥料包膜过程对周围环境无污染；包膜材料在土壤中经过一个生长季后能够自行破碎、降解，包膜材料及其降解产物又是土壤优良的改良剂，不会对土壤环境造成二次污染。具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种包膜缓释肥料的包膜材料制造方法，特别是一种环境友好的肥料包膜材料及制造方法。
背景技术
化学肥料是当前农业生产中重要的生产资料之一，大量统计表明，肥料的投入占农业生产总投入的50%以上。由于化学肥料利用率低，不仅导致大量养分的损失，而且还污染了生态环境。为提高化肥利用率，减轻施化肥过量造成的环境污染，发展可持续、高效农业已成为世界各国关注的问题。近年来，国内外众多学者相继开展了关于包膜缓释肥料的研究工作。目前，已应用的肥料包膜材料可分为无机（矿）物粉末和有机高分子聚合物两大类。
作为肥料包膜材料的无机（矿）物有硅、硫、石膏、磷酸盐、沸石粉、硅藻土、膨润土等。例如，美国在19世纪20年代初首先研制成功硫磺包膜尿素（SCU），其包膜层由包硫层、密封层（石蜡-煤焦油）、扑粉层所组成。1983年郑州工业大学以枸溶性钙镁磷肥为包裹层，通过在包裹层中加入微肥及螯合剂、氮肥增效剂、农药等，以无机酸为粘结剂包裹而成的一种植物营养复合体。无机（矿）物作为包膜材料的优点是材料来源广泛、价格低，肥料养分释放完了以后，残留在土壤中空壳能够自行破碎，不仅对土壤环境无污染而且还有改善土壤结构、提供某些微量元素的作用；其缺点是缓释效果差，养分含量低，未能真正达到缓释养分的目的。关于高分子聚合物包膜肥料的专利有很多，例如英国专利（GB2011367A）公开了一种颗粒肥料包膜及其生产方法，其包膜材料是由聚烯烃或乙烯类树脂构成。日本专利（1279683）公开了一种颗粒肥料包膜及其制法，其包膜材料是由聚烯烃或乙烯与乙酸乙烯酯共聚物和滑石粉所组成。美国在有机高分子聚合物包膜肥料的专利中作为包膜材料的物质主要有，用甲苯和硫酸处理松香所得的蜡状物，乙烯与甲基丙烯酸的共聚物，醇酸树脂与不饱和油酯的共聚物，聚脲氨基甲酸酯和异氰酸酯等。有机高分子聚合物作为包膜材料大多以苯类和有机氯作为溶剂，不仅污染环境，价格昂贵，生产工艺复杂，而且更为严重的是，此类包膜肥料养分释放殆尽以后，残留在土壤中的有机高分子聚合物降解缓慢甚至不降解，长期下去，会破坏土壤结构对农作物生长造成不利的影响。现在美国、日本等学者通过添加光敏剂（主要成分为醋酸铁）的方法，以此加快膜材料在自然环境中的降解速度，不仅工艺使包膜工艺更加复杂，而且又增加了膜材料的成本。当前，开发出来源广泛、价格低廉、缓释效果好、对环境无污染的包膜材料成为生产的急需。
发明内容
本发明的目的是提供一种环境友好的肥料包膜材料及制造方法。利用草炭或碳化稻壳的吸附性及其富含多种营养元素的特性，聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮和聚乳酸（壳聚糖）的粘结性及成膜性，同时加入调理剂甲醛和过磷酸钙，通过共混聚合技术制成颗粒肥料的包膜材料。养分缓释效果好，原材料来源广泛，成本低廉，在生产和应用过程中对环境友好。
本发明的技术方案内容如下：
1．环境友好的肥料包膜材料组分及重量比例如下：
聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮：6-10 ，
聚乳酸或壳聚糖：2-5，
甲醛（浓度35%-37%）：1-4，
草炭或碳化稻壳：2-6，
磷酸二氢钙或硅酸钙：0.5-2，
油母页岩灰渣或高炉钢渣：2-6，
蒸馏水：67-86.5。
．环境友好的肥料包膜材料制造方法如下：
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中，按包膜材料组分加入重量比6-10的聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮、重量比2-5的聚乳酸或壳聚糖，加入重量比1-4的甲醛（浓度35%-37%），加入重量比67-86.5的蒸馏水，搅拌下加热到90-95℃，恒温反应时间为60~90分钟，待完全溶解，冷却到60-70℃；再加入重量比2-6的粒径为0.0308mm -0.0740mm的草炭或碳化稻壳、重量比0.5-2的磷酸二氢钙或硅酸钙，把温度升高到80-90℃，转速为每分钟100转搅拌30~60分钟，加入重量比2-6的粒径为0.0308mm -0.0740mm油母页岩灰渣或高炉钢渣，温度保持在80-90℃，转速为每分钟100转搅拌30~60分钟，即成环境友好型肥料包膜材料。利用转鼓或流化床工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1．本发明采用来源广泛、价格低廉、对环境友好的无机物和有机高分子聚合物作为合成包膜材料的原材料，避免了单一材料作为包膜材料的缺点。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100，则每吨肥料包膜材料成本仅为200-300元，大大降低了包膜缓释肥料的成本。
2．本发明的环境友好型包膜材料黏度适中、雾化效果好，包膜过程中不易粘连、成膜效果好、包膜完整，养分缓释效果好。
3. 膜材料生产过程中，不使用有机溶剂，肥料包膜过程中工艺要求简单，膜材料生产和肥料包膜过程对周围环境无污染；包膜材料在土壤中经过一个生长季后能够自行破碎、降解， 包膜材料及其降解产物又是土壤优良的改良剂，不会对土壤环境造成二次污染。
4．田间作物试验表明，与当前现有的包膜缓释肥料相比本发明的包膜缓释肥料对养分缓释效果和抑制氮素挥发效果明显，作物（辣椒和玉米）增产肥料利用率提高15%以上。
具体实施方式：
实施例1
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯醇6g和聚乳酸2g，浓度为37%甲醛溶液1g，蒸馏水86.5g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.0308mm草炭2g，磷酸二氢钙0.5g，把温度升高到80℃，搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.0308mm油母页岩灰渣2 g，加热到80℃，搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例2
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯醇8g和壳聚糖3g，浓度为36%甲醛溶液1g，蒸馏水81 g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.0308mm碳化稻壳3g，硅酸钙1g，把温度升高到80℃加速搅拌30分钟，加入粒径为0.0308mm高炉钢渣3 g，加热到80℃，转速每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例3
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮7g和聚乳酸3.5g，浓度为35%甲醛溶液2g，蒸馏水79 g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.0308mm草炭4g，磷酸二氢钙1.5g，把温度升高到80℃搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.0308mm油母页岩灰渣3g，加热到80℃，搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例4
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮6.5g和壳聚糖3.5g，浓度为37%甲醛溶液2.5g，蒸馏水83g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.0308mm碳化稻壳2.5g，硅酸钙0.5g，把温度升高到80℃搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.0508mm高炉钢渣1.5g，加热到80℃搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例5
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈烧瓶中加入聚乙烯醇10g和聚乳酸5g，浓度为35%甲醛溶液4g，蒸馏水72g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.0508mm草炭6g，磷酸二氢钙2g，把温度升高到80℃搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.0308mm油母页岩灰渣6g，加热到80℃，搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例6
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯醇9g和壳聚糖4g，浓度为36%甲醛溶液3g，蒸馏水72ml，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.0508mm碳化稻壳5g，硅酸钙2g，把温度升高到80℃，搅拌器转速每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.0508mm高炉钢渣5g，加热到80℃，搅拌器转速每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例7
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮8g和聚乳酸5g，浓度为37%甲醛溶液4g，蒸馏水72g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.0308mm草炭4g，磷酸二氢钙2g，把温度升高到80℃搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.0308mm油母页岩灰渣5g，加热到80℃，搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例8
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮10g和壳聚糖5g，浓度为35%甲醛溶液3g，蒸馏水72.5g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.0608mm碳化稻壳4.5g，硅酸钙2g，把温度升高到80℃搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.0608mm高炉钢渣3g，加热到80℃，搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例9
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮10g和壳聚糖5g，浓度为36%甲醛溶液4g，蒸馏水67g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.074mm碳化稻壳6g，硅酸钙2g，把温度升高到80℃搅拌器转速每分钟为100转搅拌30分钟，加入粒径为0.074mm高炉钢渣6g，加热到80℃，搅拌器转速每分钟为100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例10
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯醇9g和壳聚糖5g，浓度为37%甲醛溶液3g，蒸馏水73g，在搅拌下加热到90℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到60℃；加入粒径为0.074mm碳化稻壳6g，硅酸钙2g，把温度升高到80℃搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.074mm高炉钢渣2g，加热到80℃，搅拌器转速每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例11
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯吡咯烷酮9.5g和聚乳酸4.5g，浓度为35%甲醛溶液3.5g，蒸馏水70g，在搅拌下加热到95℃，反应时间为60分钟，完全溶解，冷却到70℃；加入粒径为0.0408mm草炭5.5g，磷酸二氢钙1.5g，把温度升高到90℃搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，加入粒径为0.0308mm油母页岩灰渣5.5g，加热到90℃，搅拌器转速为每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
实施例12
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中加入聚乙烯醇10g和壳聚糖5g，浓度为37%甲醛溶液4g，蒸馏水67g，在搅拌下加热到95℃，反应时间为90分钟，完全溶解，冷却到70℃；加入粒径为0.0308mm碳化稻壳6g，硅酸钙2g，把温度升高到90℃搅拌器转速每分钟100转搅拌60分钟，加入粒径为0.0308mm高炉钢渣6g，加热到90℃，搅拌器转速每分钟100转搅拌30分钟，即成环境友好型包膜材料。然后利用转鼓工艺将包膜材料包覆到颗粒肥料上，制成包膜缓释肥料。包膜材料与被包膜肥料的重量比例为5-7：100。
辣椒田间肥效试验
辣椒品种牛角椒2号。试验在沈阳农业大学科学研究基地进行，设常规施肥、等养分量包膜肥料、养分减少20%的包膜肥料三个处理，每一处理重复3次。田间观察发现，在整个生长期包膜肥料处理，辣椒长势良好，未出现脱肥现象；而常规施肥处理在生育中期，明显养分供应不足，植株弱小，叶片变黄，到生育后期脱肥严重，产量降低。统计辣椒总产量时，包膜肥料、养分减少20%的处理分别比对照增产了20%和5%。试验证明，用该环境友好型物包膜材料制成的包膜缓释肥料，具有延缓养分释放，增加作物产量，提高肥料利用率的作用。
Claims (2)
1.一种环境友好的肥料包膜材料，其特征是所含材料组分及重量比如下：
聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮：6-10 ，
聚乳酸或壳聚糖：2-5，
甲醛（浓度35%-37%）：1-4，
草炭或碳化稻壳：2-6，
磷酸二氢钙或硅酸钙：0.5-2，
油母页岩灰渣或高炉钢渣：2-6，
蒸馏水：67-86.5。
2.一种如权利要求1所述的环境友好的肥料包膜材料的制造方法，其特征是：
在装有搅拌器、冷凝器、温度计的三颈磨口烧瓶中，按包膜材料组分加入重量比6-10的聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮、重量比2-5的聚乳酸或壳聚糖，加入重量比1-4的甲醛（浓度35%-37%），加入重量比67-86.5的蒸馏水，搅拌器转速为每分钟100转，搅拌加热到90-95℃，恒温反应时间为60~90分钟，待完全溶解，冷却到60-70℃；再加入重量比2-6的粒径为0.0308mm -0.0740mm的草炭或碳化稻壳、重量比0.5-1的磷酸二氢钙或硅酸钙，把温度升高到80-90℃，搅拌器转速为每分钟100转，搅拌30~60分钟，加入重量比2-6的粒径为0.0308mm-0.0740mm油母页岩灰渣，温度保持在80-90℃，搅拌器转速为每分钟100转，搅拌30~60分钟，即成环境友好的肥料包膜材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zou Hongtao Inventor after: Wang Jian Inventor after: Yu Yang Inventor after: Han Yanyu Inventor after: Zhang Yulong Inventor after: Yang Yu Inventor after: Wang Jingkuan Inventor after: Meng Xiangdong Inventor after: Wei Zhongping Inventor after: Huang Yi Inventor after: Yu Na Inventor after: Zhang Yuling Inventor before: Zou Hongtao Inventor before: Yu Yang Inventor before: Han Yanyu Inventor before: Zhang Yulong Inventor before: Yang Yu Inventor before: Wang Jingkuan Inventor before: Meng Xiangdong Inventor before: Huang Yi Inventor before: Yu Na Inventor before: Zhang Yuling Inventor before: Wang Jian |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZOU HONGTAO ZHANG YULONG YANG YU WANG JINGKUAN MENG XIANGDONG HUANG YI YU NA ZHANG YULING WANG JIAN YU YANG HAN YANYU TO: ZOU HONGTAO ZHANG YULONG YANG YU WANG JINGKUAN MENG XIANGDONG WEI ZHONGPING HUANG YI YU NA ZHANG YULING WANG JIAN YU YANG HAN YANYU |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130724 Termination date: 20140121 |