CN103242086A - 以淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料及其制备方法;本发明是将淀粉在一定液化条件下制得淀粉液化改性包膜液，然后与固化剂同时喷涂到肥料颗粒表面上直接反应固化成膜，即得成膜性好、抗水性强的淀粉改性热固性树脂包膜控释肥料。本发明生产的包膜控释肥具有优越的控释性能，养分释放期可控制在1个月到12个月不等，而且利用本发明制备的膜材料具有生物降解性，残留在土壤中的膜壳降解较快。此外，该产品利用了可再生植物生物质资源-淀粉作为包膜材料，减少了对石化资源的依赖，工艺和设备简单，生产成本较低，适合于大规模工业化生产和在大田作物上推广应用。

Description

以淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料及其制备方法

（一）技术领域

本发明涉及一种以淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料及其制备方法,属于控释肥料生产领域。

（二）背景技术

我国是一个农业大国，每年都要使用大量肥料，但肥料利用率非常低，由此造成经济能源上的巨大浪费以及引发各种环境污染问题。因此，如何大幅度提高肥料利用率、改善农产品质量和实现环境友好型发展，是目前持续高效农业发展中的亟需解决的重要问题。包膜控释肥料的发明和生产以及在农业上的应用，为解决这个问题开辟了新的思路和更有效的途径。

包膜控释肥料是以颗粒化肥为核心，表面涂覆低水溶性或微溶性的无机物或有机聚合物，改变化肥养分的溶出性，延长或控制肥料养分释放，使土壤养分供应与作物需肥要求相协调的新型肥料。

目前，国内外包膜控释肥类型主要是以高分子聚合物包膜肥料为主，以膜材料的性质可分为热塑性树脂包膜和热固性树脂包膜两大类。热塑性树脂包膜的控释肥以日本的“Meister”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到肥料颗粒上而成膜。这种包膜肥料虽然具有很好的养分释放功能，但由于树脂价格昂贵，致使包膜肥料的生产成本较高，难以在农业上大面积推广应用。热固性树脂包膜控释肥以美国的“Osmocote”为代表，其包膜材料为聚氨酯和醇酸树脂等聚合物材料。这些包膜控释肥的主要特点是将包膜材料和固化剂喷涂到肥料颗粒表面直接固化反应成膜。该工艺制备简单、固化快，非常适合大规模推广使用。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。因此，国内外迫切需要一种成本低、工艺简单、控释效果好的包膜控释肥料，以便在农业生产中大面积推广应用。

（三）发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种以淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料及其制备方法，目的是提供一种成本低、工艺简单，无需溶剂，固化快，残膜易降解，适合于快速大批量生产的淀粉改性的热固性树脂包膜控释肥料及其制备方法，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降解较慢的关键技术难题。

一种淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料，是用70～140份淀粉、100份液化剂和1～5份催化剂制成的淀粉包膜液和固化剂作为包膜材料同时喷涂到肥料颗粒表面而成；

所述的喷涂于颗粒肥料表层的包膜材料重量占肥料颗粒总重量的3.0～10.0%；所述的淀粉包膜液、固化剂分别占包膜材料重量的30～67%、33～70%；

所述的淀粉是小麦淀粉、玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉或绿豆淀粉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、碳酸丙烯酯、聚乙二醇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、对苯甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或三甲基六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；

所述肥料颗粒的粒径为2～5mm；所述肥料颗粒选自尿素、硝酸磷肥、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。

一种淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料的制备方法，包括如下步骤：

(1)首先将上述70～140份淀粉、100份液化剂和1～5份催化剂混合均匀，然后在100～200℃下反应20～60分钟，用冰水浴冷却至约100℃即得淀粉包膜液。(2)将肥料颗粒置于转鼓中预热至50～70℃，然后将淀粉包膜液与固化剂作为包膜材料同时喷涂到肥料颗粒表面直接反应固化成膜，即得淀粉改性的树脂包膜控释肥料。喷涂于颗粒肥料表层的包膜材料重量（即淀粉包膜液和固化剂的重量）占肥料颗粒总重量的3.0～10.0%；所述的淀粉包膜液、固化剂分别占包膜材料重量的30～67%、33～70%。养分释放期是1～12个月。

本发明提供了一种以淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料及其制备方法。其主要优点和特征是：

1.采用淀粉作为主要包膜材料，不仅原料来源广泛，价格低廉，而且通过利用可再生的植物生物质资源，减少了对石化产品的依赖，实现了包膜材料的可持续发展。同时淀粉包膜材料具有生物可降解性，这种膜材料具有生物降解性，残留在土壤中的膜壳能够较快降解；促进了包膜控释肥料向环境友好型发展。

2、淀粉在液化剂和催化剂的作用下，使其羟基基团增多，反应活性能力增加，促进了表面反应固化成膜的速度，使包膜肥料的生产能够顺利进行。

3.本发明采用加热转鼓流化床包膜工艺，设备和工艺简单，固化快，无需溶剂，生产成本低，非常适合大规模工业化生产。

4.本发明提供的淀粉包膜控释肥料具有精确、优异的养分释放性能，根据不同的包膜厚度可将养分释放期精确控制在1～12个月，能够满足不同农作物生长发育的需求，市场前景极为广阔。

（四）附图说明

图1：本发明的淀粉液化改性包膜控释肥料制作工艺流程图。

图中1是将尿素或复合肥颗粒加入转鼓中，使肥料预热到50-70℃；2是将淀粉、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，然后用冰水浴冷却冷却至约100℃，获得淀粉包膜液；3将固化剂和淀粉包膜液同时迅速喷涂到已预热的肥料颗粒表面；4是淀粉包膜液和固化剂在肥料表面直接反应固化成膜；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。本发明所使用的硫酸、盐酸或磷酸是可市购得到的浓硫酸、浓盐酸或浓磷酸；使用前淀粉在105℃下干燥4小时。

实施例1：

将100g二甘醇、80g小麦淀粉和1g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30min，然后用冰水浴冷却至约100℃。将500g直径为2-4mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50-70℃；然后将冷却至约100℃的4.55g小麦淀粉包膜液和4.41g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固化成膜，喷膜过程重复3次。肥料冷却后即可包装、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80g聚乙二醇、20g丙三醇、100g玉米淀粉和1g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45min，然后用冰水浴冷却至约100℃得玉米淀粉包膜液。将500g直径为2-4mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50-70℃；然后将冷却至约100℃的5.11g玉米淀粉包膜液和4.02g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固化成膜，喷膜过程重复3次。肥料冷却后即可包装、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100g碳酸乙烯酯、80g红薯淀粉和1.5g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120～130℃下反应30min，然后用冰水浴冷却至约100℃，获得红薯淀粉包膜液。将500g直径为2-4mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50-70℃；然后将冷却至约100℃的5.41g红薯淀粉包膜液和3.22g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固化成膜，喷膜过程重复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、70g马铃薯淀粉和1g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120～130℃下反应35min，然后用冰水浴冷却至约100℃，获得马铃薯淀粉包膜液。将500g直径为2-4mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50-70℃；然后将冷却至约100℃的4.51g马铃薯淀粉包膜液和4.21g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固化成膜，喷膜过程重复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100g二甘醇、70g小麦淀粉和1g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30min，然后用冰水浴冷却至约100℃，获得小麦淀粉包膜液。将500g复合肥装入转鼓中，加热至50-70℃；将冷却至约100℃的5.30g小麦淀粉包膜液和3.23g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固化成膜，喷膜过程重复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、80g玉米淀粉和1g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120～130℃下反应45min，然后用冰水浴冷却至约100℃，获得玉米淀粉包膜液。将500g复合肥装入转鼓中，加热至50-70℃；然后将冷却至100℃的4.81g玉米淀粉包膜液和3.34g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，喷膜过程重复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。

Claims (1)

1.一种以淀粉液化改性的热固性树脂包膜控释肥料，其特征在于将用70～140份淀粉、100份液化剂和1～5份催化剂制成的淀粉包膜液和固化剂作为包膜材料同时喷涂到肥料颗粒表面而成；

所述的喷涂于颗粒肥料表层的包膜材料重量占肥料颗粒总重量的3.0～10.0%；所述的淀粉包膜液、固化剂分别占包膜材料重量的30～67%、33～70%；

所述的淀粉是小麦淀粉、玉米淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉或绿豆淀粉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、碳酸丙烯酯、聚乙二醇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、对苯甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或三甲基六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；

所述肥料颗粒选自尿素、硝酸磷肥、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。

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