CN103058768A - 一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备及包膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备及包膜方法。将多元醇、去离子水和聚乙二醇混合，65~70℃搅拌得增塑剂；将淀粉和聚乙烯醇混合并搅拌均匀，得淀粉浆料；将增塑剂加入到淀粉浆料中，140~160℃搅拌得淀粉薄膜塑化液；将淀粉薄膜塑化液和聚烯烃溶于二甲苯或松节油中，搅拌均匀，即得。本发明还提供一种利用上述包膜材料进行包膜的方法。本发明通过对价格低廉的淀粉进行改性制得改性的淀粉薄膜，改性的淀粉薄膜作为缓控释肥的包膜材料不但维持了较好的缓控释效果并大幅降低缓控释肥生产成本，而且能够解决有机聚合物价格高和膜壳降解慢的问题。

Description

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备及包膜方法

技术领域

本发明涉及一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备及包膜方法，属于化工生产的技术领域。

背景技术

我国化肥消耗量约占世界化肥消费总量的20~30%，居世界第一位，发达国家化肥当季利用率平均为50~60%，我国化肥当季利用率平均仅为30~35%。大量营养元素的流失浪费不仅给社会带来巨大的经济损失，而且还会造成严重的环境污染。目前，随着化肥用量的不断增加，在农产品追求产量与质量并重，以及环境友好的多重目标要求下，肥料的改性问题就显得更为重要。控释肥料的出现，提高了肥料利用率，有利于减少环境污染，保证粮食安全，也满足了农民的实际需求。20世纪70年代，在李庆逵院士主持下，由中国科学院南京土壤研究所和南京化工研究所合作研究开发的包裹型长效碳酸氢铵，开创了我国研制缓/控释肥料的先河。90年代以后，缓/控释肥的研制进入快速发展时期，树脂包膜、硫包衣、硫加树脂包膜、营养材料包裹、基质复合、胶结控释、酶学抑制等产品和工艺百花齐放。

中国专利文献CN1229309C（03155813.5）公开了一种可控释肥料的包膜材料及其制备方法；其中包膜材料由聚烯烃和石蜡、有机物料、无机物料中的一种或几种组成，还可以加入表面活性剂，溶剂为松节油，包膜液的制备方法包括：首先，量取一定量的溶剂，加热到70-120℃，然后加入聚乙烯和石蜡，待聚乙烯与石蜡基本溶解后，可加入淀粉0-60g，并不断搅拌制备成均一的液体，保持加热，直到包膜液的温度达到160℃后停止加热。中国专利文献CN101973808A（201010294857.0）公开了一种淀粉包膜材料及其在包膜缓控释肥料中的应用；该包膜材料包括：淀粉、纤维素、腐殖酸和交联剂；其淀粉的质量为所述的淀粉包膜材料质量的90.0%～95.0%，纤维素的质量为所述的淀粉包膜材料质量的0～10.0%、且≠0，腐殖酸的质量为所述的淀粉包膜材料质量的0～10.0%、且≠0，交联剂的质量为所述包膜材料质量的0.2%～5.0%；本淀粉包膜材料用作包膜缓控释肥料的包膜，包膜质量是所述的包膜缓控释肥料质量的2%～30%。上述中国专利文献中采用有机聚合物包膜价格较高，膜材降解较慢；采用普通淀粉制备的包膜材料又难以控释肥料养分释放速度，达不到缓释肥料国家标准GB/T23348-2009和控释肥料行业标准HG/T4215-2011的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备及包膜方法。

发明概述

淀粉是环境友好材料，但普通淀粉难以控释肥料养分，不能作为包膜材料，通过引入完全生物降解的聚乙烯醇增塑剂体系，既解决了淀粉成膜难题，满足了缓控释肥生产要求，又达到了包膜快速降解的目的。本发明通过对价格低廉的淀粉进行改性制得改性的淀粉薄膜，改性的淀粉薄膜作为缓控释肥的包膜材料不但维持了较好的缓控释效果并大幅降低缓控释肥生产成本，而且能够解决有机聚合物价格高和膜壳降解慢的问题。本发明通过科学的施肥方法在大田作物上推广应用，以改善作物品质，提高肥料利用率，减少农业面源污染。

术语说明：

包膜率：指经过包膜造粒后的肥料颗粒中包膜材料的质量跟包膜前颗粒的质量比值。

本发明的技术方案如下：

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，包括步骤如下，原料用量均为重量份：

（1）将20~30份多元醇、5~7份去离子水和1~3份聚乙二醇混合，65~70℃条件下搅拌0.4~1h得增塑剂；所述的多元醇为乙二醇、甘油、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、二甘醇、一缩二丙二醇或三羟甲基丙烷；

（2）将70~80份淀粉和35~40份聚乙烯醇混合并搅拌均匀，得淀粉浆料；

（3）将25~40份步骤（1）制得的增塑剂加入到100~120份步骤（2）制得的淀粉浆料中，140~160℃条件下搅拌15~30min，得淀粉薄膜塑化液；

（4）将50~60份步骤（3）制得的淀粉薄膜塑化液和15~20份聚烯烃溶于60~200份的二甲苯或松节油中，搅拌均匀，即得本发明易降解的缓控释肥包膜材料。

根据本发明，优选的，所述的步骤（1）中聚乙二醇为聚乙二醇-200、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000或聚乙二醇-6000。

根据本发明，优选的，所述的步骤（2）中聚乙烯醇的平均分子量为：1.6万~15万。

根据本发明，优选的，所述的（4）中聚烯烃的分子量范围为2万~250万；更优选的聚烯烃是分子量为2万~100万的聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

本发明还提供一种易降解的缓控释肥包膜材料的包膜方法，包括步骤如下：

将易降解的缓控释肥包膜材料在加热沸腾流化床中于65~75℃喷涂到肥料颗粒上，控制肥料颗粒粒径范围为1.0~5.5mm，冷凝回收多余的易降解的缓控释肥包膜材料。

根据本发明，优选的，控制肥料颗粒的包膜率范围为0.04~0.12，更优选的包膜率范围为0.05~0.09。

根据本发明，优选的，向肥料颗粒上喷涂易降解的缓控释肥包膜材料后，再喷涂颜料，制得不同颜色的肥料。

.本发明所用原料均为常规市售产品，生产厂家或品牌的更换不影响本发明的效果。

本发明通过调节包膜的厚度，即包膜率的大小，制得不同释放期的易降解包膜缓控释肥。

本发明通过喷涂颜料制得不同颜色的肥料，外观颜色可以是无色、绿色、黄色、橙色等。

为了更好的在大田作物上推广应用，进一步降低缓控释肥价格，采用缓控释肥与普通肥料掺混控释BB（掺混）肥的方法，使得掺混肥的速效养分能够供应作物生长初期的营养，缓控释养分则保证了作物生长后期对营养的需求，后期不脱肥，实现了良好的养分控释性能与产品价格的完美统一。本发明易降解的缓控释肥包膜材料包膜的缓控释肥符合2009年9月1日起实施的缓释肥料GB/T23348-2009国家标准和2012年7月1日实施的控释肥料HG/T4215-2011行业标准要求，缓控释性能优良。

本发明有如下有益效果：

1、普通淀粉难以控释肥料养分，不能作为缓控释肥的包膜材料，本发明通过引入完全生物降解的聚乙烯醇增塑剂体系对价格低廉的淀粉进行改性，制得改性的淀粉薄膜，既解决了淀粉成膜难题，满足了缓控释肥生产要求，大幅降低了缓控释肥生产成本，又达到了包膜快速降解的目的。

2、本发明工艺简单，可与已有缓控释肥工艺完美嫁接，以淀粉为主要原料，大幅降低了生产成本；产品的养分控释期可以根据包膜厚度及膜材料配方来调节，可以精确地控制在1个月到9个月不等，还可将具有不同释放时期、不同释放特性的产品与普通复合肥按一定的比例掺混，模拟各种作物对养分的需求，做成各种作物专用控释肥，使控释肥的养分释放曲线与作物对养分的吸收曲线相吻合，达到养分精确控释的目的。

3、本发明养分缓控释性能优良，在提高肥料利用率、避免农业面源污染和保护环境方面，取得了突出的技术效果。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的包有易降解缓控释肥包膜材料的缓控释肥产品结构示意图；其中，1是缓控释肥的包膜层，2是缓控释肥的肥料核芯。

图2是本发明实施例1制备的缓控释肥的养分释放曲线。

图3是本发明实施例2制备的缓控释肥的养分释放曲线。

图4是本发明实施例1制备的缓控释肥的养分释放曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例中所用原料和设备均为常规市售产品，其中，淀粉：天津顶峰淀粉开发有限公司有售。甘油：济南泰旺化工有限公司有售。聚乙二醇：江苏省海安石油化工厂有售。聚乙烯醇：泰兴东宇化工有限公司有售。聚乙烯：东营坤宇塑业有限公司有售。松节油：江西省吉水县本草药用香料油厂有售。

实施例1

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，包括步骤如下：

（1）将30kg甘油、6kg去离子水、2kg聚乙二醇800混合，65℃条件下搅拌0.5h得增塑剂；

（2）将80kg淀粉、35kg平均分子量为2万的聚乙烯醇混合并搅拌均匀，得淀粉浆料；

（3）将38kg步骤（1）制得的增塑剂加入到115kg步骤（2）制得的淀粉浆料中，140℃条件下搅拌20min，得淀粉薄膜塑化液；

（4）将60kg步骤（3）制得的淀粉薄膜塑化液和15kg分子量为5万的聚乙烯溶于60kg二甲苯中，搅拌均匀，即得本发明易降解的缓控释肥包膜材料。

将本实施例制备的易降解的缓控释肥包膜材料于70℃在加热沸腾流化床中喷涂到的肥料颗粒上，控制粒径为2~4mm，在肥料颗粒表面形成致密包膜，多余易降解的缓控释肥包膜材料通过冷凝回收设备回收，制得包膜率为0.04，释放期为1个月的易降解包膜缓控释肥。图2为本实施例制备的易降解包膜缓控释肥的养分释放曲线。

实施例2

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，包括步骤如下：

（1）将25kg甘油、6kg去离子水、2kg聚乙二醇600混合，68℃条件下搅拌0.5h得增塑剂；

（2）将75kg淀粉、38kg平均分子量为10万的聚乙烯醇混合并搅拌均匀，得淀粉浆料；

（3）将32kg步骤（1）制得的增塑剂加入到113kg步骤（2）制得的淀粉浆料中，150℃条件下搅拌20min，得淀粉薄膜塑化液；

（4）将55kg步骤（3）制得的淀粉薄膜塑化液和18kg分子量为20万的聚乙烯溶于100kg松节油中，搅拌均匀，即得本发明易降解的缓控释肥包膜材料。

将本实施例制备的易降解的缓控释肥包膜材料于70℃在加热沸腾流化床中喷涂到的肥料颗粒上，控制粒径为2~4mm，在肥料颗粒表面形成致密包膜，多余易降解的缓控释肥包膜材料通过冷凝回收设备回收，制得包膜率为0.07，释放期为4个月的易降解包膜缓控释肥。图3为本实施例制备的易降解包膜缓控释肥的养分释放曲线。

实施例3

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，包括步骤如下：

（1）将20kg甘油、6kg去离子水、2kg聚乙二醇2000混合，70℃条件下搅拌0.5h得增塑剂；

（2）将70kg淀粉、40kg平均分子量为15万的聚乙烯醇混合并搅拌均匀，得淀粉浆料；

（3）将28kg步骤（1）制得的增塑剂加入到110kg步骤（2）制得的淀粉浆料中，160℃条件下搅拌20min，得淀粉薄膜塑化液；

（4）将50kg步骤（3）制得的淀粉薄膜塑化液和20kg分子量为50万的聚乙烯溶于130kg二甲苯中，搅拌均匀，即得本发明易降解的缓控释肥包膜材料。

将本实施例制备的易降解的缓控释肥包膜材料于70℃在加热沸腾流化床中喷涂到的肥料颗粒上，控制粒径为2~4mm，在肥料颗粒表面形成致密包膜，多余易降解的缓控释肥包膜材料通过冷凝回收设备回收，制得包膜率为0.12，释放期为9个月的易降解包膜缓控释肥。图4为本实施例制备的易降解包膜缓控释肥的养分释放曲线。

实施例4

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，制备步骤同实施例1，不同的是步骤（1）所用原料为20kg乙二醇、5kg去离子水、1kg聚乙二醇4000。

实施例5

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，制备步骤同实施例1，不同的是步骤（1）所用原料为25kg1，2-丙二醇、7kg去离子水、3kg聚乙二醇200。

实施例6

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，制备步骤同实施例1，不同的是步骤（1）所用原料为25kg二甘醇、5kg去离子水、2kg聚乙二醇600。

实施例7

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，制备步骤同实施例2，不同的是步骤（2）所用原料为将75kg淀粉、38kg平均分子量为8万的聚乙烯醇。

实施例8

一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，制备步骤同实施例3，不同的是步骤（4）中将50kg步骤（3）制得的淀粉薄膜塑化液和15kg分子量为100万的聚丙烯溶于80kg松节油中。

Claims (7)

1.一种易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下，原料用量均为重量份：

（1）将20~30份多元醇、5~7份去离子水和1~3份聚乙二醇混合，65~70℃条件下搅拌0.4~1h得增塑剂；所述的多元醇为乙二醇、甘油、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、二甘醇、一缩二丙二醇或三羟甲基丙烷；

（2）将70~80份淀粉和35~40份聚乙烯醇混合并搅拌均匀，得淀粉浆料；

（3）将25~40份步骤（1）制得的增塑剂加入到100~120份步骤（2）制得的淀粉浆料中，140~160℃条件下搅拌15~30min，得淀粉薄膜塑化液；

（4）将50~60份步骤（3）制得的淀粉薄膜塑化液和15~20份聚烯烃溶于60~200份的二甲苯或松节油中，搅拌均匀，即得本发明易降解的缓控释肥包膜材料。

2.根据权利要求1所述的易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中聚乙二醇为聚乙二醇-200、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000或聚乙二醇-6000。

3.根据权利要求1所述的易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（2）中聚乙烯醇的平均分子量为：1.6万~15万。

4.根据权利要求1所述的易降解的缓控释肥包膜材料的制备方法，其特征在于，所述的（4）中聚烯烃的分子量范围为2万~250万；更优选的聚烯烃是分子量为2万~100万的聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

5.一种利用权利要求1~4所述的易降解的缓控释肥包膜材料的包膜方法，其特征在于，包括步骤如下：将易降解的缓控释肥包膜材料在加热沸腾流化床中于65~75℃喷涂到肥料颗粒上，控制肥料颗粒粒径范围为1.0~5.5mm，冷凝回收多余的易降解的缓控释肥包膜材料。

6.根据权利要求5所述的易降解的缓控释肥包膜材料的包膜方法，其特征在于，控制肥料颗粒的包膜率范围为0.04~0.12，更有选的包膜率范围为0.05~0.09。

7.根据权利要求5所述的易降解的缓控释肥包膜材料的包膜方法，其特征在于，向肥料颗粒上喷涂完易降解的缓控释肥包膜材料后，再喷涂颜料，制得不同颜色的肥料。

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