CN102153408B - 一种大量元素水溶肥料防结块剂及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大量元素水溶肥料防结块剂及其制备与应用，防结块剂是由表面活性剂、聚合物和水按质量比12～20∶2～4∶100复配而成，所述表面活性剂是C12～C18烷基苯磺酸的钠盐或钾盐，所述聚合物是交联聚乙烯吡咯烷酮；本发明防结块剂用于颗粒状或粉状的大量元素水溶肥料中防止结块。本发明利用生物可降解型材料交联聚乙烯吡咯烷酮的崩解性质，提高了肥料的防结块性能，克服了普通高聚物防结块剂由于不能被生物降解而产生的白色污染，且价格便宜、用量省。
Description
技术领域
本发明涉及一种肥料防结块剂及制备，尤其涉及一种用于大量元素水溶肥料的防结块剂及制备方法。
背景技术
大量元素水溶肥料，具有养分含量高、易于作物吸收、见效快、施用方便的优点，既可随水冲施，也与滴灌、喷灌等节水设施相结合，达到节水、节肥、省工、增产的效果，可广泛应用于各种作物，应用前景广阔。但大量元素水溶肥料主要由粒状或粉状无机盐组成，在高温、高湿以及外界压力增大条件下极易结块。对已结块的肥料在施用前需要进行破碎，这给农民施用上带来了极大不便，已严重影响了大量元素水溶肥料在农业上的应用。
为了防止结块，工艺上通常采用低湿度环境下包装、制造大而均匀的球形颗粒、降低贮存压力等措施。此外，向晶体中添加少量防结块剂也可达到理想的效果，常用的防结块剂有：(1)惰性型防结块剂(CN 200410011417A，2006)：如滑石粉、高岭土、膨润土等可吸收颗粒表面水分，防止晶桥的形成；(2)表面活性剂型防结块剂(CN 101199921A，2008)：如十二烷基苯磺酸钠、脂肪胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、OP-10等，该类防结块剂通过降低颗粒表面溶液的表面张力从而降低毛细管吸附力来达到防结块的效果。(3)高分子-表面活性剂型防结块剂(英国专利1109665A，1968)，高分子增溶于表面活性剂浓溶液形成的聚集体中可取得比单一表面活性剂体系更好的结果；(4)惰性物-表面活性剂复合型防结块剂，该类防结块剂将机械隔离和降低表面张力的方法结合，提高了防结块能力；(5)疏水性物质防结块剂(CN 1467186A，2002)，如石蜡、柴油、有机硅、脂肪酸等，可以在结晶表面形成一层抗水层，具有一定的防结块作用。
然而以上几种防结块剂各有不足之处：成本偏高，添加工艺复杂，作为防结块剂的有机化合物不易降解，长期使用易造成土壤污染，如石蜡、聚乙烯及脂肪胺类表面活性剂等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种针对大量元素水溶肥料的防结块剂及其制备方法。该防结块剂能有效防止水溶肥料结块，水溶性好，可降解并且制备工艺简单，无需外加溶剂，适于大批量生产。
本发明还提供应用该防结块剂制备大量元素水溶肥料的方法。
术语说明：
大量元素水溶肥料，是以大量元素氮、磷、钾为主要成分，添加适量微量元素的液体或固体水溶肥料。
水溶性的复混肥，是指含有氮、磷、钾中两种或三种的水溶肥料。
平均聚合度，是衡量聚合物分子大小的指标。以大分子链上所含重复单元数目的平均值，以n表示；以结构形态的同系物的混合物所组成，因此聚合度是统一计平均值。
本发明的技术方案如下：
一种水溶肥料防结块剂，是由表面活性剂、聚合物和水按质量比12～20∶2～4∶100复配而成，所述表面活性剂是C12～C18烷基苯磺酸的钠盐或钾盐，所述聚合物是交联聚乙烯吡咯烷酮，平均聚合度35,000～45,000。
上述的水溶肥料防结块剂复配溶液经干燥后为防结块剂干品。
所述表面活性剂优选烷基苯磺酸的钠盐，进一步优选的，所述表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠，十四烷基苯磺酸钠或十六烷基苯磺酸钠。
优选的，所述水是去离子水。
优选的，所述交联聚乙烯吡咯烷酮平均聚合度40,000。
根据本发明，所述水溶肥料防结块剂的制备方法，步骤如下：
按质量比将烷基苯磺酸盐和交联聚乙烯吡咯烷酮分别加入到60℃～80℃的去离子水中，并在60℃～80℃温度下搅拌20～25min，制成澄清均一的胶体液，得防结块剂溶液。表面活性剂在水溶液中聚集形成大量胶束，交联聚乙烯吡咯烷酮被增溶在胶束的疏水内核中。
进一步的，将上述方法制得的防结块剂溶液，于90℃～100℃干燥，制得防结块剂干品。
本发明水溶肥料防结块剂的应用，用于颗粒状或粉状的大量元素水溶肥料中防止结块。其中，防结块剂干品用量占水溶肥料的质量比为0.1％～0.2％。防结块剂溶液用量，以防结块剂中表面活性剂与聚合物的质量之和计，占水溶肥料的质量比为0.1％～0.2％。
根据本发明，所述水溶肥料防结块剂的应用，将水溶肥料防结块剂溶液雾化后喷涂到颗粒状水溶肥料表面，80℃～100℃干燥5～7分钟，防结块剂溶液中表面活性剂和聚合物即可形成针状结晶均匀分布在肥料颗粒中。
根据本发明，所述水溶肥料防结块剂的应用，所述防结块剂溶液干燥后的防结块剂干品直接加入到粉状水溶肥料中掺混均匀。
根据本发明，所述水溶肥料防结块剂的应用，其中水溶肥料为水溶性的复混肥。
作为一种优选的方式，本发明提供以下防结块剂的涂覆方法：
将颗粒状水溶肥料置入包膜机中加热至60℃～80℃；然后包膜机以45～60转/分转动，将所述水溶肥料防结块剂溶液雾化后喷涂到包膜机内的肥料颗粒表面，同时将包膜机内的肥料加热到80℃～100℃进行干燥，停止喷涂后继续加热80℃～100℃干燥5～7分钟。防结块剂溶液中表面活性剂和聚合物即可形成针状结晶均匀分散在肥料颗粒中。
本发明防结块剂的成分均为生物可降解材料，从而保证了防结块剂的可降解性。制备过程中，用胶束增溶的方法得到了均一的表面活性剂和聚合物复配溶液。用于包覆肥料时，经包膜机干燥后表面活性剂和聚合物能牢固地吸附在肥料颗粒表面，一方面形成疏水层，使水在颗粒上的接触角增大，从而减缓吸湿性。另一方面，表面活性剂溶于水后，定量排布在固-液界面上，可抑制晶体的溶解与重结晶，减弱颗粒间的粘结力。交联聚乙烯吡咯烷酮具有很强的膨胀性能和与多类物质的络合能力，吸水时无形成凝胶倾向，具有很高的毛细管活性及水合能力，比表面积大(平均为1.25平方米/克)，具有显著的吸水性。因此当肥料因各种因素接触到环境中水分后，交联聚乙烯吡咯烷酮会优先吸水并迅速膨胀，由膨胀产生的内部压力会克服肥料结块的强度，从而避免结块或使结块崩解(如图1所示)。
防结块剂干品直接加入到粉状水溶肥料中掺混均匀，综合表面活性剂降低表面张力和交联聚乙烯吡咯烷酮的崩解性能，从而起到防结块的作用。
与现有技术相比，本发明的优良效果如下：
1、本发明克服了传统防结块剂不可降解带来的二次污染问题，采用了生物可降解型材料，得到可降解的防结块剂，并且在水中极易溶解。
2、本发明防结块剂制备简单，价格便宜、防结块效果好，具有广阔的应用前景。
3、本发明防结块剂应用时添加到肥料中的工艺简单，用量少，特别适用于大量元素水溶性肥料的防结块。
附图说明
图1是防结块剂的防结块原理示意图。A是包覆防结块剂的肥料颗粒吸潮前的颗粒间性状，B是包覆防结块剂的肥料颗粒吸潮后的颗粒间性状。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不仅限于此。
实施例中所用原料说明如下：
交联聚乙烯吡咯烷酮(平均聚合度40,000)为白色粉末状固体，其不含水的玻璃化转化温度为175℃，由济南海普化工有限公司购得。各种烷基苯磺酸钠盐均为工业纯度白色粉末，由济南蓝宇科贸有限公司购得。实施例中所用水均为去离子水。采用的反应釜、包膜机等设备均为常规设备。
实施例中所用肥料是养分含量50％(N-P2O5-K2O，20-10-20)的水溶肥料。
实施例1-4防结块剂的应用中防结块剂用量为0.1％，是以不含水的防结块剂干品计，即防结块剂中表面活性剂与聚合物的质量之和与水溶肥料的质量比。
实施例1：
在反应釜中加水1000kg，加热至76℃并在搅拌下加入十二烷基苯磺酸钠180kg，交联聚乙烯吡咯烷酮20kg，保温76℃搅拌20min，过滤后获得含防结块剂的溶液。
应用：将含防结块剂的溶液送至双流体喷嘴或喷头组，并将其雾化后喷涂到包膜机中70℃的肥料颗粒上，包膜机以50转/分转动，防结块剂用量为0.1％，同时将包膜机内的肥料加热到80℃～100℃进行加热干燥，停止喷涂后继续加热干燥5分钟，防结块剂溶液中表面活性剂和聚合物即可形成针状结晶均匀分散在肥料颗粒中。冷却后出料、包装。
实施例2：
在反应釜中加水1000kg，加热至73℃并在搅拌下加入十四烷基苯磺酸钠170kg，交联聚乙烯吡咯烷酮20kg，保温73℃搅拌22min，过滤后获得防结块剂的溶液。
应用：将防结块剂溶液送至双流体喷嘴并将其雾化后喷涂到包膜机中75℃的肥料颗粒上，包膜机以50转/分转动，防结块剂用量为0.1％，同时将包膜机内的肥料加热到80℃～100℃进行加热干燥，停止喷涂后继续加热干燥5分钟。冷却后出料、包装。
实施例3：
在反应釜中加水1000kg，加热至70℃并在搅拌下加入十六烷基苯磺酸钠165kg，交联聚乙烯吡咯烷酮25kg，保温70℃搅拌20min，过滤后得含防结块剂的溶液。
应用：将防结块剂溶液送至喷头组，将其雾化后喷涂到包膜机中65℃的肥料颗粒上；包膜机以60转/分转动，防结块剂用量为0.1％，同时将包膜机内的肥料加热到80℃～100℃进行加热干燥，停止喷涂后继续加热干燥5分钟，冷却后出料、包装。
实施例4：
在反应釜中加水1000kg，加热至65℃并在搅拌下加入十四烷基苯磺酸钠160kg，交联聚乙烯吡咯烷酮30kg，保温65℃搅拌25min，过滤后获得防结块剂溶液。
应用：将防结块剂溶液送至双流体喷嘴并将其雾化后喷涂到包膜机中80℃的肥料颗粒上，包膜机以55转/分转动，防结块剂用量为0.1％，同时将包膜机内的肥料加热到80℃～100℃进行加热干燥，停止喷涂后继续加热干燥5分钟。冷却后出料、包装。
实施例5：
在反应釜中加水1000kg，加热至70℃并在搅拌下加入十四烷基苯磺酸钠160kg，交联聚乙烯吡咯烷酮30kg，保温70℃搅拌20min，过滤后得防结块剂的溶液，加热95℃干燥成固体颗粒。
应用：将防结块剂固体颗粒与肥料均匀掺混，防结块剂占肥料的质量比为0.1％，然后出料、包装。
防结块效果实验：
实施例1-5及普通惰性防结块剂(山东富源精细化工有限公司产)处理过的产品作为对照。防结块剂占肥料的质量比均为0.1％(以防结块剂干品计)。
将防结块处理后的肥料用封口塑料袋封装，每包500g，模拟生产贮存，6层堆放，上压350kg重物，30天、60天后分别测定防结块率。测试方法：将肥料包侧面向下从1.5m高处自由落体至坚硬平面上，正反摔两次；拆包后用孔径为30目的晒网进行筛分，筛分强度和频率基本保持一致，筛上残留的即为结块产品；假设结块肥料重量为a，每包肥料总重为b，则防结块率为：c＝(b-a)/b×100％，然后将每包肥料的防结块率加权平均，防结块率越高表明防结块效果越好。
防结块实验结果表明本发明的防结块剂要比普通防结块剂的防结块率提高10-14个百分点，在性能上显著优于普通的肥料防结块剂。
表1 不同处理的肥料防结块率
Claims (2)
1.一种水溶肥料防结块剂，是由表面活性剂、聚合物和水按质量比12～20：2～4：100复配而成，其特征在于所述表面活性剂是C12～C18烷基苯磺酸的钠盐或钾盐，所述聚合物是交联聚乙烯吡咯烷酮，平均聚合度35,000～45,000；
按以下步骤制得：
按质量比将烷基苯磺酸盐和交联聚乙烯吡咯烷酮分别加入到60℃～80℃的去离子水中，并在60℃～80℃温度下搅拌20～25 min，制成澄清均一的胶体溶液，得到防结块剂溶液；表面活性剂在水溶液中聚集形成大量胶束，交联聚乙烯吡咯烷酮被增溶在胶束的疏水内核中。
2.根据权利要求1所述的水溶肥料防结块剂，其特征在于所述表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠，十四烷基苯磺酸钠或十六烷基苯磺酸钠。
3、根据权利要求1所述的水溶肥料防结块剂，其特征在于所述交联聚乙烯吡咯烷酮平均聚合度40,000。
4、根据权利要求1所述的水溶肥料防结块剂，其特征在于进一步的，将所制得的防结块剂溶液，于90℃～100℃干燥，制得防结块剂干品。
5、权利要求1～4任一项所述水溶肥料防结块剂的应用，用于颗粒状或粉状的大量元素水溶肥料中防止结块。
6、权利要求1～3任一项所述水溶肥料防结块剂的应用，将水溶肥料防结块剂溶液雾化后喷涂到颗粒状水溶肥料表面，以80℃～100℃干燥5～7分钟。
7、如权利要求6所述的水溶肥料防结块剂的应用，其特征在于将颗粒状水溶肥料置入包膜机中加热至60℃～80℃；然后包膜机以45～60转/分转动，将所述水溶肥料防结块剂溶液雾化后喷涂到包膜机内的肥料颗粒表面，同时将包膜机内的肥料加热到 80℃～100℃进行干燥，停止喷涂后继续加热80℃～100℃干燥5～7分钟。
8、权利要求1～4任一项所述水溶肥料防结块剂的应用，防结块剂溶液干燥后的防结块剂干品直接加入到粉状水溶肥料中掺混均匀。
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