CN102311291B - 树脂包膜缓释控释肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种树脂包膜缓控释肥及其制备方法，包膜中的树脂为氯醋树脂，或氯醚树脂，或它们的复合物，树脂的分子量为1万至10万道尔顿，树脂在包膜中的含量为85~100%；所述的助剂为无机调理剂和增塑剂，无机调理剂在包膜中的含量为0~5%，增塑剂在包膜中的含量为0~10%。制备方法是：首先将树脂和助剂通过有机溶液制成包膜液；将肥芯颗粒状原料置于流化床吹成流化状态，将包膜液通过蠕动泵引入流化床由喷头雾化，并与颗粒状原料混合成膜，冷却后形成树脂包膜缓控释肥。
Description
技术领域
本发明涉一种控释肥料及其制备方法，特别是一种新型低碳环保可降解聚合物包膜控释肥料及其制备方法。
背景技术
普通颗粒肥料大多是速溶肥料，在水和土壤中溶解转化很快，尤其是尿素，由于挥发、淋溶和径流等损失，当季利用率很低[古慧娟，石元亮。我国缓/控释肥料的应用效应研究进展。土壤学报，2011，1：220-223.]，不仅造成了大量资源浪费，同时对环境造成巨大压力。因此，为适应发展现代农业的要求，克服资源环境约束的瓶颈，在保证粮食产量的前提下减少化肥投入、提高肥料利用率是农业面临的一项迫切任务。
传统的提高肥料利用率的方法包括适宜的氮肥施用量、肥水调控技术、氮肥深施及分次施肥和平衡施肥技术[闫湘，金继运。提高肥料利用率技术研究进展。中国农业科学，2008，41：450-459.]，随着科学技术的进步，一些新技术、新观念、新思想不断发展应用，实时实地氮肥管理、农田养分精准管理技术、缓控释肥料及脲酶抑制剂和硝化抑制剂等技术已经或正在逐步应用到农业生产中来，并为减少肥料损失、提高肥料利用率发挥着重要的作用，其中缓控释肥的作用尤为显著。
缓控释肥料可分为三大类：即包膜类、包裹类、合成类[邹菁。绿色环保型缓释/控释肥料的研究现状及展望。武汉化工学院学报，2003，25：110-116.]，其中以包膜缓控释肥料为主，包膜类缓控释肥料由“肥芯+包膜层”构成[李生秀。植物营养与肥料学科的现状与展望。植物营养与肥料学报，1999，5：193-205.]，因包膜层的不同可形成各种类型的包膜肥。可用于包膜层的材料包括不渗透性和半渗透性两种，前者代表产品是美国TVA（美国国家肥料发展中心）在1961-1981年间开发的涂硫尿素（SCU）。后者的包膜材料以有机物为主，包括英国专利（GB2011367 A）公开的一种包膜颗粒肥料及其生产方法，其包膜液是有聚烯烃或乙烯类树脂构成；美国专利中的包膜材料：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脂的共聚物，聚脲氨基甲酸酯和异氰酸酯等[赵天波。高分子复合型膜材料在缓/控释肥领域的应用。农资导报，2008，1：1-5.]。
上述已有的包膜类缓控释肥在推广和应用上尚存在问题，如SCU由于能够向植物提供生长必需的中量元素硫（S），在缺S地区和种植需S植物地区较为适用，加之成本较为低廉（一般比普通尿素价格高30%）[赵天波。高分子复合型膜材料在缓/控释肥领域的应用。农资导报，2008，1：1-5.]，在缓释肥市场占有很高的份额，但影响SCU释放速度的因素颇为复杂，难以对多种土壤类型上的作物提供适时有效的养分供应，目前在大宗作物上应用还不多，另外，长期使用SCU会导致土壤酸化，在酸性土壤上难以推广[汪吉东，张永春。硫包衣尿素对水稻养分吸收利用及土壤反应的影响。华北农学报，2008，23：66-69.]；美国以半渗透性有机高分子聚合物作为包膜层得包膜肥料能很好地达到可控释目的，肥料利用率高，增产效果明显，但生产过程中需要加热溶解或固化成聚合物，消耗了大量的能耗，并释放出大量的苯类和含氯等有毒有害的溶剂，还有聚烯烃包膜肥在环境中很难降解，虽然缓释能力强，但难以协调植物生长所需养分供应，同时还会给环境造成了巨大的压力。
氯醋树脂是氯乙烯与醋酸乙烯的共聚物[P(VC-VAc)]，由氯乙烯单体与醋酸乙烯在引发剂过硫酸钾的作用下共聚而得[Shinzo Omi,Eisuke, Shiiyama. Modification of polyvinyl chloride-vinyl acetate latex by seed emulsion polymerization of acrylic monomers.Polymer International. 1993.30:271-279.]；氯醚树脂是由氯乙烯-乙烯基异丁基醚树脂的简称, 是由 75%氯乙烯和25%乙烯基异丁基醚共聚而成的聚合物[祝雪山。氯乙烯与异丁基乙烯基醚共聚树脂的性能以及具体应用。浙江化工，2005，36：20-21.]。这些材料成本低廉，每吨只有1-2万元，生产过程中又摒弃了四氯化碳高污染的生产方法，氯醋树脂和氯醚树脂，可以在成膜后形成微孔，属于半渗透性有机高分子聚合物。它们的生产原料来源广泛，溶解氯醋树脂和氯醚树脂不需加热溶解，成膜过程也不需加热固化成膜，形成了能耗低、低碳的特点，溶解树脂的酮类和酯类是环保溶剂，对大气无污染。
发明内容
本发明的目的在于，针对肥料利用率低、SCU（硫包衣尿素）等缓控释肥对环境压力和应用的问题，提供一种低碳环保可降解型聚合物包膜控释肥料及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种树脂包膜缓控释肥，包括肥芯和包裹在肥芯上的包膜，包膜由树脂和助剂复配而成，其特征在于：所述的树脂为氯醋树脂，或氯醚树脂，或它们的复合物，树脂的分子量为1万至10万道尔顿，树脂在包膜中的含量为85~100%，；所述的助剂为无机调理剂和增塑剂，无机调理剂在包膜中的含量为0~5%，增塑剂在包膜中的含量为0~10%。
在本发明中：所述的无机调理剂为滑石粉或沸石粉；所述的增塑剂为聚乙烯醇，或聚乙二醇，或聚乙烯，或氯化石蜡，或液体石蜡，或硫化石蜡，或石油树脂，或它们之间的组合物。
在本发明中：所述的肥芯的粒径为1.5~5.5mm。
在本发明中：所述的氯醋树脂为氯乙烯-醋酸乙烯聚合物以及羟基和羧基改性的氯乙烯-醋酸乙烯聚合物；所述的氯醚树脂为氯乙烯-乙烯基异丁基醚聚合物；在它们的复合物中，氯醋树脂与氯醚树脂的重量比为1~100：100~1。
在本发明中：所述的氯乙烯-醋酸乙烯聚合物为二元氯醋树脂，所述的羟基和羧基改性的氯乙烯-醋酸乙烯聚合物为三元氯醋树脂。
一种上述树脂包膜缓控释肥的制备方法，其特征在于：首先将所述的树脂和助剂按重量配比混合，放入搅拌机，每100g树脂和助剂的混合物中加入有机溶液100-2000ml，充分溶解后形成包膜液；将肥芯的颗粒原料置于流化床吹成流化状态，流化床运行参数为进风温度30-60℃，出风温度20-50℃；将包膜液通过蠕动泵引入流化床由喷头雾化，并与流化状态的颗粒原料充分混合，喷头雾化的压力为0.05-0.35Pa，压缩空气压强0.4-0.8Pa，流量控制在400ml-1500ml/h；每100g肥芯的的包膜液用量为50-200ml；冷却后形成树脂包膜缓控释肥。
在本发明的制备方法中：所述的有机溶剂为工业丙酮，或丁酮，或环已酮，或异佛尔酮，或乙酸甲酯，或乙酸乙酯，或它们之间的相互复配剂。
本发明的优点在于：由于氯醋树脂，或氯醚树脂在自然环境中可降解，对环境无污染；生产包膜的材料来源广泛，产品生产工艺中无需加热，生产过程中的有机溶液的回收率可达到95%，实现循环利用；操作工艺流程简单，易于实现，在控释肥料工业化生产过程中采用转鼓包膜即可实现大规模包膜，无需对其他流程进行改进，易于进行工业化大规模生产。
具体实施方式
实施例1
原料：含氮为46.3%的大颗粒尿素（1.5-5.5mm不等）1000g，二元氯醋树脂60g，工业丙酮1000 ml。
二元氯醋树脂的分子量为1.2万道尔顿。
制备方法：
将二元氯醋树脂和工业丙酮放入搅拌机，使物料充分溶解，形成二元氯醋树脂包膜液1000ml。
将1kg46.3%的大颗粒尿素装入流化床，让其处于流化状态，将流化床的运行参数设为：进风温度40℃，出风温度30℃，喷头雾化压力为0.05Pa，压缩空气压强0.4Pa，蠕动泵流量控制在1500ml/h ，然后吸入二元氯醋树脂包膜液1000ml，保持1分钟，最后关闭所有仪器，冷却，制得含氮量为42%的包膜尿素。可在流化床的排风装置末端加装回收有机溶液装置以回收工业丙酮。
此包膜肥初期溶出率为0.9%，控释期为60天，高分子膜材3个月降解为3.7%。
实施例2
原料：含氮为46.3%的大颗粒尿素（1.5-5.5mm不等）1000g，二元氯醋树脂40g，氯醚树脂20g，沸石粉1g，氯化石蜡5g，工业丙酮500 ml，乙酸乙酯500ml。
二元氯醋树脂的分子量为1.2万道尔顿，氯醚树脂的分子量为1.6万道尔顿。
制备方法：
将二元氯醋树脂、氯醚树脂、沸石粉和氯化石蜡混合置于搅拌机中搅拌，同时将工业丙酮和乙酸乙酯注入搅拌机，使物料充分溶解，形成二元氯醋树脂氯醚树脂复配包膜液1000ml。
将含氮为46.3%的大颗粒尿素装入流化床，让其处于流化状态，将流化床的运行参数设为：进风温度30℃，出风温度30℃，喷头雾化压力为0.05Pa，压缩空气压强0.4Pa，蠕动泵流量控制在1400ml/h ，然后吸入包膜液1000ml，保持1分钟，最后关闭所有仪器，冷却，制得含氮量为42%的包膜尿素。可在流化床的排风装置末端加装回收有机溶液装置以回收工业丙酮和乙酸乙酯。
此包膜肥初期溶出率为0.92%，控释期为63天，高分子膜材3个月降解为3.2%。
实施例3
原料：含氮为46.3%的大颗粒尿素（1.5-5.5mm不等）1000g，三元氯醋树脂60g，工业丁酮500ml。
三元氯醋树脂的分子量为1.9万道尔顿。
制备方法：
将三元氯醋树脂和工业丁酮同时放入搅拌机，使物料充分溶解，形成三元氯醋树脂包膜液500ml。
将含氮为46.3%的大颗粒尿素装入流化床，让其处于流化状态，将流化床的运行参数设为：进风温度40℃，出风温度30℃，喷头雾化压力为0.35Pa，压缩空气压强0.5 Pa，蠕动泵流量控制在1000ml/h ，然后吸入包膜液500ml，保持1分钟，最后关闭所有仪器，冷却，制得含氮量为42%的包膜尿素。可在流化床的排风装置末端加装回收有机溶液装置以回收工业丁酮。
此包膜肥初期溶出率为1.5%，控释期为50天，高分子膜材3个月降解为5.2%。
实施例4
原料:含N-P2O5-K2O：15-15-15的大颗粒复合肥（1.5-5.5mm不等）1000g，二元氯醋树脂40g、氯醚树脂20g，工业丙酮1000ml。
二元氯醋树脂的分子量为1.2万道尔顿，氯醚树脂的分子量为1.6万道尔顿。
制备方法：
将二元氯醋树脂、氯醚树脂混合置于搅拌机中搅拌，同时将工业丙酮注入搅拌机，使物料充分溶解，形成二元氯醋树脂和氯醚树脂的复配包膜液1000ml。
将含N-P2O5-K2O：15-15-15的大颗粒复合肥装入流化床，让其处于流化状态，将流化床的运行参数设为：进风温度30℃，出风温度30℃，喷头雾化压力为0.06Pa，压缩空气压强0.4Pa，蠕动泵流量控制在1000ml/h ，然后吸入包膜液1000ml，保持1分钟，最后关闭所有仪器，冷却，制得包膜率为6%的复合肥。可在流化床的排风装置末端加装回收有机溶液装置以回收工业丙酮。
此包膜肥初期溶出率为0.63%，控释期为120天，高分子膜材3个月降解为3.4%。
实施例5
原料：含N-P2O5-K2O：15-15-15的大颗粒复合肥（1.5-5.5mm不等）1000g，三元氯醋树脂30g、氯醚树脂30g、石油树脂6g、乙酸乙酯1000ml。
三元氯醋树脂的分子量为2.9万道尔顿，氯醚树脂的分子量为1.6万道尔顿。
制备方法：
将三元氯醋树脂、氯醚树脂、石油树脂混合置于搅拌机中搅拌，同时将乙酸乙酯注入搅拌机，使物料充分溶解，形成三元氯醋树脂和氯醚树脂的复配包膜液1000ml。
将含N-P2O5-K2O：15-15-15的大颗粒复合肥装入流化床，让其处于流化状态，将流化床的运行参数设为：进风温度40℃，出风温度30℃，喷头雾化压力为0.05Pa，压缩空气压强0.4 Pa，蠕动泵流量控制在1000ml/h ，然后吸入包膜液1000ml，保持1分钟，最后关闭所有仪器，冷却，制得包膜率为6%的复合肥。可在流化床的排风装置末端加装回收有机溶装置以回收乙酸乙酯。
此包膜肥初期溶出率为0.56%，控释期为116天，高分子膜材3个月降解为4.7%。
以上各实施例不是对本发明的限制，只要基于本发明权利要求的内容，结合本领域的基本常识，利用本发明公开的原料，遵循本发明公开的方法制备树脂包膜缓释控释肥料，都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种树脂包膜缓控释肥，包括肥芯和包裹在肥芯上的包膜，包膜由树脂和助剂复配而成，其特征在于：所述的树脂为氯醋树脂，或氯醚树脂，或它们的复合物，树脂的分子量为1万至10万道尔顿，树脂在包膜中的含量为85~100%；所述的助剂为无机调理剂和增塑剂，无机调理剂在包膜中的含量为0~5%，增塑剂在包膜中的含量为0~10%。
2.根据权利要求1所述的树脂包膜缓释控释肥，其特征在于：所述的无机调理剂为滑石粉或沸石粉；所述的增塑剂为聚乙烯醇，或聚乙二醇，或聚乙烯，或氯化石蜡，或液体石蜡，或硫化石蜡，或石油树脂，或它们之间的组合物。
3.根据权利要求1所述的树脂包膜缓控释肥，其特征在于：所述的肥芯的粒径为1.5~5.5mm。
4.根据权利要求1~3之一所述的树脂包膜缓释控释肥，其特征在于：所述的氯醋树脂为氯乙烯-醋酸乙烯聚合物以及羟基和羧基改性的氯乙烯-醋酸乙烯聚合物；所述的氯醚树脂为氯乙烯-乙烯基异丁基醚聚合物；在它们的复合物中，氯醋树脂与氯醚树脂的重量比为1~100：100~1。
5.根据权利要求4所述的树脂包膜缓控释肥，其特征在于：所述的氯乙烯-醋酸乙烯聚合物为二元氯醋树脂，所述的羟基和羧基改性的氯乙烯-醋酸乙烯聚合物为三元氯醋树脂。
6.一种如权利要求1所述树脂包膜缓控释肥的制备方法，其特征在于：首先将所述的树脂和助剂按重量配比混合，放入搅拌机，每100g树脂和助剂的混合物中加入有机溶液100-2000ml，充分溶解后形成包膜液；将肥芯的颗粒原料置于流化床吹成流化状态，流化床运行参数为进风温度30-60℃，出风温度20-50℃；将包膜液通过蠕动泵引入流化床由喷头雾化，并与流化状态的颗粒原料充分混合，喷头雾化的压力为0.05-0.35Pa，压缩空气压强0.4-0.8Pa，流量控制在400ml-1500ml/h；每100克肥芯的包膜液用量为50-200ml，冷却后形成树脂包膜缓控释肥。
7.根据权利要求6所述树脂包膜缓控释肥的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为工业丙酮，或丁酮，或环已酮，或异佛尔酮，或乙酸甲酯，或乙酸乙酯，或它们之间的相互复配剂。
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