CN102795924A - 以农作物秸秆为可降解膜的包膜控释肥料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用农作物秸秆为主要包膜材料的包膜控释肥料及其生产方法。本发明是将农作物秸秆制备为秸秆包膜液并与固化剂按不同比例同时喷涂到肥料颗粒上直接反应固化成膜，即得具有不同透水性能的秸秆包膜控释肥料。本发明生产的包膜控释肥，不仅具有精确的养分控制释放性能，养分控制释放期可以控制在1个月到12个月不等；而且膜材料具有生物降解性。此外，由于充分利用了废弃的可再生植物生物质资源—农作物秸秆作为膜材料，减少了包膜材料对石化资源的依赖，实现了包膜材料的可持续发展。该产品价格低廉，制备简单，无需溶剂，非常适合于大规模生产和推广。

Description

以农作物秸秆为可降解膜的包膜控释肥料及其生产方法

(一)技术领域

本发明涉及一种以农作物秸秆为可降解膜的包膜控释肥料及其生产方法，属于控释肥料生产领域。

(二)背景技术

包膜控释肥料是一种可以精确控制养分释放的智能肥料，它具有灵活多变的配方，可以通过调节包膜的厚度和材料性质调控内核肥料养分的溶解释放，使之适应不同作物的养分需求特点，从而达到提高肥效目的的新型肥料。包膜控释肥料的发明与利用，不但提高了肥料的利用率，而且减少了化学肥料对环境造成的污染。

包膜控释肥料是通过肥料颗粒表面包裹聚合物而完成的。目前就包膜控释肥的制备方法而言，主要有有机溶剂型和就地反应成膜型两种方法。国内外研究较多的是有机溶剂型包膜材料，主要以日本的“Meister”，美国的“Osmocote”为代表。这些包膜控释肥料大多数是应用溶剂先将包膜树脂溶解，然后在流化床包膜塔中逐渐喷涂而成。此工艺虽然能将膜材料均匀的喷涂到肥料颗粒表面，但能耗高，工艺复杂，溶剂回收较为困难。因此，用此工艺生产出的控释肥产品价格往往很高，难以在农业上大面积推广应用。此外，从而限制了它的大规模推广应用。

就地反应成膜型包膜控释肥料所采用的主要材料为环氧树脂、聚氨酯和醇酸树脂等。这些包膜控释肥料制备的主要特点是将膜材料和固化剂喷涂到肥料颗粒表面直接反应成膜。该工艺制备简单、固化快，非常适合在大田作物上大规模推广使用。但是此类膜材料也有缺点，它们的主要成分是石油化产品，石油化产品的高价格和不断枯竭的石油资源，难以维持控释肥的可持续发展。而且石化产品膜材料不易降解。所以，国内外迫切需要一种成本低、残膜易降解、控释效果好的包膜控释肥，以便它在农业生产中普及使用。

(三)发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以农作物秸秆为可降解膜的包膜控释肥料及其生产方法，是将农作物秸秆制备为秸秆包膜液并与固化剂按不同比例同时喷涂到肥料颗粒上直接反应成膜的包膜控释肥料及其制备方法，目的是提供一种价格低廉、制备工艺简单、无需溶剂，固化快，残膜易降解的农作物秸秆包膜控释肥料及其制备方法。

一种以农作物秸秆为可降解膜的包膜控释肥料，其制备方法为：将20～60份粉碎的农作物秸秆、100份液化剂和3～8份催化剂混合均匀，然后在100～200℃下反应1～2小时，冷却后即得秸秆包膜液；将转鼓中的肥料颗粒预热至50～70℃，然后将秸秆包膜液和固化剂作为包膜材料同时喷涂到肥料颗粒表面直接固化成膜，即得秸秆包膜控释肥料；利用本发明制备的包膜控释肥料养分释放期是1～12个月。

所述的农作物秸秆是麦秸、玉米秸秆、稻草、棉花秸秆、甘蔗秸秆、大豆秸秆、油菜秸秆或花生秸秆中的一种或几种的混合物。

所述的液化剂是二甘醇、乙二醇、碳酸乙烯酯或丙三醇中的一种或几种的混合物。

所述的催化剂是盐酸、硫酸或磷酸中的一种或几种的混合物。

所述的固化剂是多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。

所述秸秆包膜液、固化剂分别占包膜材料重量的30～65%、35～70%；喷涂于颗粒肥料表层的膜材料占肥料颗粒总重量的3.0～10.0%。

所述肥料颗粒选自尿素、碳酸氢铵、NPK复合肥、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、氯化钾、硫酸钾或硝酸钾；所述肥料颗粒的粒径为2～5mm。

本发明所提供的秸秆包膜控释肥料及其制备方法，主要优点是：

1.以农作物秸秆为主要原料，充分利用了废弃的可再生植物资源，不仅成本低，而且大大减少了对石化产品的依赖，解决了包膜控释肥料膜材料的可持续发展问题和难降解所带来的环境污染问题；

2.采用转鼓包膜工艺为制备方法，无需溶剂，制备简单，固化快且成本低；

3.秸秆包膜材料具有完全环境可降解性，养分释放完后留下的膜材料可以在3～5年内完全降解。

4.包膜控释肥料养分释放优异，可根据不同的包膜厚度可将养分期精确控制在1～12个月，能满足不同的农作物的生长需求。

(四)附图说明

图1：本发明的包膜控释肥料制作工艺流程图。

图中1首先将尿素或复合肥颗粒加入转鼓中，使肥料预热到50-70℃；2是将粉碎的作物秸秆、液化剂、浓硫酸计量后放入容器中，混合均匀，加热在100～200℃下反应，然后用冰水浴冷却终止其反应，获得秸秆包膜液，然后将秸秆包膜液预热至100℃；3将固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯和秸秆包膜液同时迅速喷涂到已预热的肥料颗粒表面；4是秸秆包膜液和固化剂在肥料表面直接反应成膜；5是将包膜后的肥料转移到冷却器中，使其冷却至室温；6是将冷却后的包膜肥料称量、包装、贮存。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得，所述的盐酸、硫酸和磷酸都是市场上常售的37%浓盐酸、98%浓硫酸和85%浓磷酸。实施例中所用的农作物秸秆呈粉末状，其粒径为20～60目，使用前在105℃下干燥24小时。

实施例1：

将100g二甘醇、50g麦秸和3g浓硫酸加入装有机械搅拌和冷凝管的三口烧瓶中，搅拌使其混合均匀。在140～150℃下反应1.5小时，然后用冰水浴冷却终止其反应，获得麦秸包膜液。将500g直径为2-4mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50-70℃，然后将预热到100℃的5.61g麦秸包膜液和3.31g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯同时迅速喷涂到尿素颗粒表面，5-6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为90天。

实施例2：

将100g二甘醇、40g玉米秸秆和3g浓硫酸加入装有机械搅拌和冷凝管的三口烧瓶中，搅拌使其混合均匀。在140～150℃下反应1.3小时，然后用冰水浴冷却终止其反应，获得玉米秸秆包膜液。将500g直径为2-4mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50-70℃；然后将预热到100℃的5.11g玉米秸秆包膜液和3.67g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯同时迅速喷涂到尿素表面，5-6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为90天。

实施例3：

将80g碳酸乙烯酯、20g乙二醇、40g麦秸和3g浓硫酸加入装有机械搅拌和冷凝管的三口烧瓶中，搅拌使其混合均匀。在140～150℃下反应1小时，然后用冰水浴冷却终止其反应，获得麦秸包膜液。将500g直径为2-4mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50-70℃；然后将预热到100℃的5.01g麦秸包膜液和3.82g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯同时迅速喷涂到尿素表面，5-6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为90天。

实施例4：

将100g碳酸乙烯酯、50g玉米秸秆和4g浓硫酸加入装有机械搅拌和冷凝管的三口烧瓶中，搅拌使其混合均匀。在140～150℃下反应1.6小时，然后用冰水浴冷却终止其反应，获得玉米秸秆包膜液。将500g直径为2-4mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50-70℃；然后将预热到100℃的4.51g玉米秸秆包膜液和4.11g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯同时迅速喷涂到尿素表面，5-6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为90天。

实施例5：

将80g碳酸乙烯酯、20g乙二醇、40g麦秸和3g浓硫酸加入装有机械搅拌和冷凝管的三口烧瓶中，搅拌使其混合均匀。在140～150℃下反应1.5小时，然后用冰水浴冷却终止其反应，获得麦秸包膜液。将500g复合肥装入转鼓中，加热至60-90℃；将预热到100℃的5.01g麦秸包膜液和3.11g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯同时迅速喷涂到尿素表面，5-6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复5次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的7％左右，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为180天。

实施例6：

将100g碳酸乙烯酯、40g玉米秸秆和3g浓硫酸加入装有机械搅拌和冷凝管的三口烧瓶中，搅拌使其混合均匀。在140～150℃下反应1.5小时，然后用冰水浴冷却终止其反应，获得玉米秸秆包膜液。将500g复合肥装入转鼓中，加热至60-90℃；然后将预热到100℃的4.61g玉米秸秆包膜液和3.51g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯同时迅速喷涂到尿素表面，5-6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复7次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的10％左右，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为270天。

本发明利用粉碎的农作物秸秆为膜材料，不仅极大地降低了膜材料成本，减少了包膜材料对石化资源的依赖，充分利用了废弃的可再生的植物生物质资源，实现了包膜材料的可持续发展，而且膜材料具有生物降解性，残留在土壤中的膜壳能够在3～5年内降解。因此本发明解决了目前国际上控释肥成本高难以推广、依赖石化产品难以可持续发展和高分子残膜难以降解的关键技术难题。此外，本发明提供的包膜控释肥，不仅具有精确的养分控制释放性能，而且养分控制释放期可以控制在1个月到12个月不等，可以满足不同作物的生长需求，市场前景极为广阔。

Claims (1)

1.一种以农作物秸秆为可降解膜的包膜控释肥料，其特征在于其制备方法为：将20～60份农作物秸秆、100份液化剂和3～8份催化剂混合均匀，然后在100～200℃下反应1～2小时，冷却后即得秸秆包膜液；将转鼓中的肥料颗粒预热至50～70℃，然后将秸秆包膜液和固化剂作为包膜材料同时喷涂到肥料颗粒表面直接固化成膜，即得秸秆包膜控释肥料；其养分释放期是1～12个月；

所述的农作物秸秆是麦秸、玉米秸秆、稻草、棉花秸秆、甘蔗秸秆、大豆秸秆、油菜秸秆或花生秸秆中的一种或几种的混合物；

所述的液化剂是二甘醇、乙二醇、碳酸乙烯酯或丙三醇中的一种或几种的混合物；

所述的催化剂是盐酸、硫酸或磷酸中的一种或几种的混合物；

所述的固化剂是多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；

所述秸秆包膜液、固化剂分别占包膜材料重量的30～65%、35～70%；喷涂于颗粒肥料表层的膜材料占肥料颗粒总重量的3.0～10.0%；

所述肥料颗粒选自尿素、碳酸氢铵、NPK复合肥、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、氯化钾、硫酸钾或硝酸钾；所述肥料颗粒的粒径为2～5mm。

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