CN103204747A - 一种土壤改良营养型复合凝胶材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤改良营养型复合凝胶材料，该凝胶材料以亲水性聚醚多元醇、多异氰酸酯、高吸水性树脂、无机肥料、催化剂、稳定剂、去离子水、环戊烷为原料，经聚合反应制备得到。该凝胶材料具有吸水、保水、吸肥、保肥、缓释肥料等多种功能。同时，该凝胶材料耐久性好，成本低，制备工艺简单，投资少，生产效率高，特别适用于砂质地、干旱贫瘠土壤、荒漠化土地、沙漠等地区。
Description
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，涉及一种土壤改良营养型复合凝胶材料。
背景技术
我国是一个农业大国，随着现代社会的发展，很多耕地因干旱、水土流失以及营养贫乏而导致作物产率低下，甚至无法耕作，给国家造成了很大的经济损失。通常为了解决这些问题会在土壤中加入土壤改良材料。早在20世纪初，西方国家中就开展了利用天然高分子如腐殖酸等改良土壤结构的研究。到20世纪50年代，美国首先开发了商品名为Krilium的合成类高分子土壤结构改良剂，它不仅能促使分散土粒形成团粒结构、提高土壤水稳定性,而且具有良好的耐降解能力。高聚物土壤改良材料按照原料来源主要分为三大类：天然高聚物改良材料（木质素衍生物、多糖类衍生物等）、合成高聚物改良材料（聚丙烯酰胺、聚氨酯、丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物等）和天然-合成共聚物改良材料（丙烯腈接枝淀粉或纤维素、丙烯酰胺接枝腐殖酸、醋酸乙烯接枝磺化木质素等）。高聚物土壤改良材料可使分散的矿物质颗粒形成人工团粒并使天然团粒的稳定性提高，进而使土壤的结构及理化性质得到改善。现有的高聚物土壤改良材料品种和功能相对单一、价格高，无法大面积推广使用。
申请号为201110394388.4的中国专利公开了一种苏打碱化水田土壤改良剂，其由聚合硫酸铁和聚合硫酸铝按照一定比例混合而成。这种土壤改良剂只能用于改良苏打碱化土壤，功能较为单一。申请号为201210028848.6的中国专利公开了一种土壤改良剂及其制备方法，其由聚合物、亚硝基铁氰化钠和水杨酸组成。这种土壤改良材料可以针对土壤多种胁迫环境（干旱、重金属污染和酸性等）起作用，但其只起到阻断胁迫环境的功能，本身并不能给土壤提供肥料，水分等。
因而开发一种具有多种功能、制备工艺简单、成本低廉、耐久性好的土壤改良营养型生态材料是未来发展的方向。
发明内容
本发明的目地是提供一种成本低廉的具有吸水、保水、吸肥、保肥、缓释肥料的多功能土壤改良及营养型复合凝胶材料。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种土壤改良营养型复合凝胶材料，该凝胶材料以亲水性聚醚多元醇、多异氰酸酯、高吸水性树脂、无机肥料、催化剂、成型稳定剂、去离子水、环戊烷为原料，经聚合反应制备得到。
凝胶材料各组分的质量份用量为：亲水性聚醚多元醇100份，多异氰酸酯10～80份，高吸水性树脂5～25份，无机肥料10～55份，催化剂0.5～3份，成型稳定剂0.5～3份，去离子水0.1～2.5份，环戊烷1～25份。
该凝胶材料优选由如下质量份的原料制成：亲水性聚醚多元醇100份，多异氰酸酯15～50份，高吸水性树脂10～22份，无机肥料25～50份，催化剂0.7～1.7份，成型稳定剂1～2份，去离子水0.5～2份，环戊烷10～20份。
本发明中的亲水性聚醚多元醇为三官能度高活性聚醚多元醇，羟值为10~100mgKOH/g，羟值优选30~55mgKOH/g；
本发明中的高吸水性树脂为聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾，粒度为100～400目，粒度优选200～300目。
本发明中的无机肥料为磷酸二氢铵、磷酸铵、硝酸铵、氮化钾、硫酸钾、硝酸钾、过磷酸钙中一种或多种，粒度为100～400目，粒度优选200～300目。
本发明中的多异氰酸酯可以为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多次甲基多苯基异氰酸酯中的一种或几种，异氰酸酯指数需控制在0.75～1.05之间。异氰酸酯指数是指异氰酸酯基团物质的量与羟基物质的量的比值。
本发明中的催化剂可以为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中一种及三乙烯二胺、四乙烯三胺中一种。
本发明中的成型稳定剂为有机硅表面活性剂。
本发明中土壤改良营养型复合凝胶材料通过聚合反应制备，包括如下步骤：将亲水性聚醚多元醇、催化剂、成型稳定剂、无机肥料、去离子水、环戊烷，按照一定比例在室温下搅拌均匀，静置10～30分钟；迅速加入多异氰酸酯，在3000r/min转速下高速搅拌后倒入模具成型，再经过切割粉碎得到土壤改良凝胶材料。
本发明的有益效果：
1、与现有一般的土壤改良材料相比，本发明的土壤改良营养型复合凝胶材料具有吸水、保水、吸肥、保肥、缓释肥料、提高土壤透水性及通气性、改善土壤温度等多种功能。
2、该土壤改良营养型复合凝胶材料可以通过选择合适的酸碱性无机肥料进行制备，从而可以相应改良土壤的酸碱性，以利于植物的成活。
3、该土壤改良营养型复合凝胶材料具有环境友好性，其残余物在土壤中对植物的生长毫无影响。
4、该土壤改良营养型复合凝胶材料耐久性好，环保，成本低，制备工艺简单，投资少，生产效率高，适用于缺水贫瘠地区，特别适用于砂质地、干旱贫瘠土壤、荒漠化土地、沙漠等地区。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但下述内容并不是对本发明的限制。
实施例1
在装有搅拌器、温度计的反应容器中，加入羟值为39 mgKOH/g亲水性聚醚多元醇100g，辛酸亚烯0.4g，三乙烯二胺0.6g，300目聚丙酸钠20g，300目磷酸铵20g，300目氮化钾15g，300目过磷酸钙10g，成型稳定剂1.3g，去离子水1g，环戊烷15g，在室温下搅拌均匀，静置10min；迅速加入甲苯二异氰酸酯18g，在3000r/min转速下高速搅拌后倒入模具成型，24h后经切割粉碎得到土壤改良凝胶材料。其性能如下：吸去离子水倍率为357倍，吸人工尿为43倍，吸0.9%生理盐水为52倍，30天后氮、磷、钾释放率分别为11.3%、9.4%、7.6%。
实施例2
在装有搅拌器、温度计的反应容器中，加入羟值为43 mgKOH/g亲水性聚醚多元醇100g，辛酸亚烯0.3g，四乙烯三胺0.5g，200目聚丙酸钾16g，200目磷酸二氢铵18g，200目硫酸钾19g，200目过磷酸钙5g，成型稳定剂1.6g，去离子水1.3g，环戊烷17g，在室温下搅拌均匀，静置18min；迅速加入二苯基甲烷二异氰酸酯29g，在3000r/min转速下高速搅拌后倒入模具成型，24h后经切割粉碎得到土壤改良凝胶材料。其性能如下：吸去离子水倍率为308倍，吸人工尿倍率为39倍，吸0.9%生理盐水倍率为46倍，30天后氮、磷、钾释放率分别为6.7%、10.2%、5.4%。
实施例3
在装有搅拌器、温度计的反应容器中，加入羟值为35 mgKOH/g亲水性聚醚多元醇100g，二月桂酸二丁基锡0.3g，三乙烯二胺0.4g，300目聚丙酸钠15g，300目聚丙酸钾4g，300目磷酸二氢铵11g，300目磷酸铵15g，300目硝酸钾10g，300目过磷酸钙5g，成型稳定剂1.5g，去离子水2g，环戊烷20g，在室温下搅拌均匀，静置20min；迅速加入多次甲基多苯基异氰酸酯42g，在3000r/min转速下高速搅拌后倒入模具成型，24h后经切割粉碎得到土壤改良凝胶材料。其性能如下：吸去离子水倍率为363倍，吸人工尿倍率为45倍，吸0.9%生理盐水倍率为55倍，30天后氮、磷、钾释放率分别为12.2%、13.1%、7.1%。
实施例4
在装有搅拌器、温度计的反应容器中，加入羟值为50 mgKOH/g亲水性聚醚多元醇100g，辛酸亚烯0.5g，三乙烯二胺0.7g，200目聚丙酸钠10g，200目磷酸铵10g，200目硫酸钾13g，200目硝酸钾10g，成型稳定剂2g，去离子水0.7g，环戊烷12g，在室温下搅拌均匀，静置15min；迅速加入甲苯二异氰酸酯10g，二苯基甲烷二异氰酸酯7g，在3000r/min转速下高速搅拌后倒入模具成型，24h后经切割粉碎得到土壤改良凝胶材料。其性能如下：吸去离子水倍率为290倍，吸人工尿倍率为32倍，吸0.9%生理盐水倍率为37倍，一个月后氮、磷、钾释放率分别为5.4%、3.2%、6.8%。
Claims (5)
1.一种土壤改良营养型复合凝胶材料，其特征在于凝胶材料由如下质量份的原料经聚合反应制备而成：亲水性聚醚多元醇100份，多异氰酸酯10～80份，高吸水性树脂5～25份，无机肥料10～55份，催化剂0.5～3份，成型稳定剂0.5～3份，去离子水0.1～2.5份，环戊烷1～25份。
2.根据权利要求1所述的土壤改良营养型复合凝胶材料，其特征在于所述的亲水性聚醚多元醇为三官能度高活性聚醚多元醇，羟值为10~100mgKOH/g。
3.根据权利要求1所述的土壤改良营养型复合凝胶材料，其特征在于所述的高吸水性树脂为聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾，粒度为100～400目；所述的无机肥料为磷酸二氢铵、磷酸铵、硝酸铵、氮化钾、硫酸钾、硝酸钾、过磷酸钙中一种或多种，粒度为100～400目。
4.根据权利要求1所述的土壤改良营养型复合凝胶材料，其特征在于所述的多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、多次甲基多苯基异氰酸酯中的一种或几种，异氰酸酯的指数为0.75～1.05；催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中一种及三乙烯二胺、四乙烯三胺中一种；所述的成型稳定剂为有机硅表面活性剂。
5.权利要求1所述的土壤改良营养型复合凝胶材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将亲水性聚醚多元醇、高吸水性树脂、无机肥料、催化剂、成型稳定剂、去离子水、环戊烷，按照一定比例在室温下搅拌均匀，静置10～30分钟；迅速加入多异氰酸酯，在3000r/min转速下高速搅拌后倒入模具成型，再经过切割粉碎得到土壤改良营养型复合凝胶材料。
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