CN103739387A - 一种以硅砂为芯的包膜控释肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以硅砂为芯的包膜控释肥及其制备方法，其原料含有以下成分：尿素、氯化钾、磷酸二铵、过磷酸钙、内加粘结剂、外加粘结剂和硅砂。与市场现有常规缓释肥相比，本发明提供的包膜控释肥可以控制尿素的释放，并且在4周后还能控制肥料缓慢释放，效果优于现有缓释肥。

Description

一种以硅砂为芯的包膜控释肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种包膜控释肥，具体涉及一种包膜控释肥及其制备方法。

背景技术

缓/控释肥料（Slow/Controlled Release Fertilizers，CRFs）是结合现代植物营养与施肥理论和控制释放高新技术，并考虑作物营养需求规律，采取某种调控机制技术延缓或控制肥料在土壤中的释放期与释放量，使其养分释放模式与作物养分吸收相协调或同步的新型肥料。

国际肥料工业协会按照制作过程将缓释和控释肥分成两大类。一类是尿素和醛类的缩合物，这类被称为缓效或缓释肥料；另一类是包膜肥料，被称为控释肥料。

国外多年的研究资料和大量文献以及我们几年来的研究结果表明，真正意义上的控释肥，即肥料的养分释放率与作物养分吸收相同步，应该是包膜肥料。

包膜控释肥的包衣材料分为两类：

一类是热固性树脂（Thermosetting resin)，主要包括聚氨酯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、尿素树脂、密胺树脂、硅树脂等。其中以醇酸树脂、聚氨脂、环氧树脂三种包衣材料最为常见。最早的控释肥就是Scotts公司的Osmocote，目前依然是全球控释肥的第一品牌。目前开发的产品中以聚氨脂材料最为常见，因为聚氨脂材料经济，生产速度快，可以做到完全降解，符合环保要求。

第二类为热塑性树脂（Thermoplastic resin），主要是聚烯烃类的，包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，这些材料的包衣工艺必须是溶剂型，基本材料流化床的包衣工艺，溶剂一般是四氯乙烯、松香等。日本是热塑性包衣技术的发源地，代表的品牌为Nutricote。中国现在绝大部分控释肥技术是和日本技术基本相似，比如金正大。溶剂型技术除了包衣成本高、污染环境、生产速度、降解差外，还有非常致命的缺陷就是肥料的释放非常不稳定，主要的特点是初始释放非常快（主要表面缺陷引起），后期释放又很慢造成的曲线是先快后慢，刚好和植物喜欢的S曲线相反。热塑性控释肥材料对温度不敏感，温度的升降对养分的释放影响幅度较小，主要的原因是膜孔不容易膨胀。

因此，急需一种可以解决包膜控释肥的释放速度问题的肥料。

硅砂，是石英砂，俗称硅砂，是铸造生产中造型（芯）用最基本的材料。

目前仅有石英砂在控释肥方面的应用，即CN200410050221.6（公开号为CN1587235A），该专利公开了一种包膜控释草坪专用肥料，其特征是包膜层的投料组分及重量比例如下：聚乙烯醇16.2-16.8、淀粉9-9.9、氮肥控释粉剂0.05-0.2、硫酸铜或硫酸锌粉体0.05、石英砂粉体6-6.6、水66.45-68.55，在特定工艺条件下，制成一种能同时控制氮磷钾养分释放，并且膜层具有可降解和改良土壤物理性能等功能为一体的包膜控释肥料，其中养分控释是以聚乙烯醇和玉米淀粉形成吸水溶胀膜层，通过灌水扩张膜层孔度，控制氮磷钾养分释放；而其中的石英砂粉体是用于改善膜的物理性状，提高自制草坪专用肥或其他肥料颗粒的抗压碎性能。

目前，没有见到硅砂在作为包膜控释肥中的肥芯的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种以硅砂为芯的包膜控释肥。

本发明提供一种以硅砂为芯的包膜控释肥，其原料含有以下成分：尿素、氯化钾、磷酸二铵、过磷酸钙、内加粘结剂、外加粘结剂和硅砂。

具体的，所述原料含有以下重量份的成分：尿素0.5-1份、氯化钾0.5-1份、磷酸二铵0.5-1份、过磷酸钙0.5-1份、内加粘结剂0.01-5份、外加粘结剂0.1-0.3份和硅砂5份。

优选地，所述原料含有以下重量份的成分：尿素0.5-1份、氯化钾0.5-1份、磷酸二铵0.5-1份、过磷酸钙0.5-1份、内加粘结剂0.01-3份、外加粘结剂0.1-0.2份和硅砂5份。

上述包膜控释肥中：

所述重量份可以是μg、mg、g、kg等医药领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等；

内加粘结剂为海藻酸钠、瓜胶或硅胶，其中瓜胶为液体，其折算后瓜胶固体的用量实际为0.01-0.05份，与海藻酸钠的用量接近，而硅胶的用量较多，为1-3份；

外加粘结剂为聚乙烯醇，在使用时可制成10-20%的水溶液；

所述硅砂，又名二氧化硅、原砂或石英砂，是以石英为主要矿物成分的耐火颗粒物，其粒径范围是20-40目。

本发明还提供了一种制备上述包膜控释肥的方法，该方法包括以下步骤：将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，然后加入到内加粘结剂中，搅拌均匀，与硅砂混砂，烘干，然后再加入外加粘结剂，混砂，烘干，即得。

具体的，所述方法包括以下步骤：

1）分别将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，过200目筛，按照配比称取各成分，将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙加入到海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，得到混合液；

2）在混砂机中，先放入硅砂，然后倒入混合液，混砂5分钟，然后将硅砂放入40℃的烘箱内烘干，将烘干后的硅砂放入混砂机中，倒入聚乙烯醇水溶液，混砂5分钟，然后将肥料放入40℃的烘箱内烘干，即得以硅砂为芯的的包膜控释肥。

上述方法中：所述内加粘结剂或外加粘结剂为固体的，需要预先制成水溶液，如内加粘结剂制成1-5%的水溶液，外加粘结剂制成10-20%的水溶液；

混砂时间为4-6分钟。

本发明还提供了上述包膜控释肥在制备农作物肥料方面的应用。

本发明提供的以硅砂为芯的包膜控释肥具有以下优点：

1、普通的复合缓释肥N、P、K的比例是一定的，但是植物生长的过程中对这三种肥的需求是变化的，这就造成了普通复合缓释肥的浪费，降低了肥料的利用率。本发明提供的控释肥具有控释肥料的同时，还具有吸水保水的效果，可以根据植物的生长控制氮、磷、钾肥的溶出比例，更加有效的提高了肥料的利用率，充分满足植物各个阶段的生长需要。

2、与市场现有常规缓释肥相比，本发明提供的包膜控释肥可以控制尿素的释放，并且在4周后还能控制肥料缓慢释放，效果优于现有缓释肥。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

内加或外加粘结剂为固体成分时，使用时通常先配制成水溶液，如海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液，其中：

所述5%海藻酸钠溶液是指将50g的海藻酸钠溶于1L的水中，所述1L浓度为5%的海藻酸钠溶液中含50g海藻酸钠。

所述20%的聚乙烯醇水溶液是指将200g的聚乙烯醇溶于1L的水中，所述1L浓度为20%的聚乙烯醇水溶液中含200g聚乙烯醇；

所述瓜胶市场购买时，其为混合好的溶液，以1%瓜胶溶液1L为例，其内容物为10g瓜胶。

实施例1：以硅砂为芯的的包膜控释肥

1、原料：尿素1kg，氯化钾0.5Kg，磷酸二铵0.5Kg，过磷酸钙0.5Kg，5%的海藻酸钠溶液1L，20%的聚乙烯醇水溶液1L，20-40目硅砂5Kg。

2、制备方法：

1）分别将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，过80目筛，按照配比称取各成分，将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙加入到海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，得到混合液；

2）在混砂机中，先放入硅砂，然后倒入混合液，混砂5分钟，然后将其放入40℃的烘箱内烘干，再将其放入混砂机中，倒入聚乙烯醇水溶液，混砂5分钟，然后将肥料放入40℃的烘箱内烘干，即得以硅砂为芯的的包膜控释肥。

实施例2：以硅砂为芯的包膜控释肥

1、原料：尿素0.5kg，氯化钾0.5Kg，磷酸二铵0.5Kg，过磷酸钙0.5Kg，3%的海藻酸钠溶液1L，10%的聚乙烯醇水溶液1L，20-40目硅砂5Kg。

2、制备方法：

1）分别将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，过200目筛，按照配比称取各成分，将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙加入到海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，得到混合液；

2）在混砂机中，先放入硅砂，然后倒入混合液，混砂5分钟，然后将硅砂放入40℃的烘箱内烘干，将烘干后的硅砂放入混砂机中，倒入聚乙烯醇水溶液，混砂5分钟，然后将肥料放入40℃的烘箱内烘干，即得以硅砂为芯的的包膜控释肥。

实施例3：以硅砂为芯的包膜控释肥

1、原料：尿素1kg，氯化钾1Kg，磷酸二铵0.5Kg，过磷酸钙0.5Kg，1%的瓜胶1L，15%的聚乙烯醇水溶液1L，20-40目硅砂5Kg。

2、制备方法：

1）分别将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，过30目筛，按照配比称取各成分，将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙加入到瓜胶中，搅拌均匀，得到混合液；

2）在混砂机中，先放入硅砂，然后倒入混合液，混砂4分钟，然后将硅砂放入40℃的烘箱内烘干，将烘干后的硅砂放入混砂机中，倒入聚乙烯醇水溶液，混砂6分钟，然后将肥料放入40℃的烘箱内烘干，即得以硅砂为芯的的包膜控释肥。

实施例4：以硅砂为芯的包膜控释肥

1、原料：尿素0.5kg，氯化钾1Kg，磷酸二铵1Kg，过磷酸钙1Kg，硅胶3kg，15%的聚乙烯醇水溶液1L，20-40目硅砂5Kg。

2、制备方法：

1）分别将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，过50目筛，按照配比称取各成分，将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙加入到硅胶中，搅拌均匀，得到混合液；

2）在混砂机中，先放入硅砂，然后倒入混合液，混砂6分钟，然后将硅砂放入40℃的烘箱内烘干，将烘干后的硅砂放入混砂机中，倒入聚乙烯醇水溶液，混砂4分钟，然后将肥料放入40℃的烘箱内烘干，即得以硅砂为芯的的包膜控释肥。

实施例5：以硅砂为芯的包膜控释肥

1、原料：尿素1kg，氯化钾1Kg，磷酸二铵0.5Kg，过磷酸钙0.5Kg，1%的海藻酸钠溶液1L，10%的聚乙烯醇水溶液1L，20-40目硅砂5Kg。

2、制备方法：

1）分别将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，过100目筛，按照配比称取各成分，将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙加入到海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，得到混合液；

2）在混砂机中，先放入硅砂，然后倒入混合液，混砂5分钟，然后将硅砂放入40℃的烘箱内烘干，将烘干后的硅砂放入混砂机中，倒入聚乙烯醇水溶液，混砂6分钟，然后将肥料放入40℃的烘箱内烘干，即得以硅砂为芯的的包膜控释肥。

实施例6：以硅砂为芯的包膜控释肥

1、原料：尿素1kg，氯化钾1Kg，磷酸二铵1Kg，过磷酸钙1Kg，硅胶1kg，20%的聚乙烯醇水溶液1L，20-40目硅砂5Kg。

2、制备方法：

1）分别将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，过100目筛，按照配比称取各成分，将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙加入到硅胶中，搅拌均匀，得到混合液；

2）在混砂机中，先放入硅砂，然后倒入混合液，混砂5分钟，然后将硅砂放入40℃的烘箱内烘干，将烘干后的硅砂放入混砂机中，倒入聚乙烯醇水溶液，混砂6分钟，然后将肥料放入40℃的烘箱内烘干，即得以硅砂为芯的的包膜控释肥。

对比例1：常规包膜控释肥

按照南京理工大学刘媛媛的硕士论文《新型包膜缓释肥的研制及其性能研究》中下标页为第11-12页（合计为20-21页）公开的缓释肥A的组成及其制备方法制备对比例1，其中：

1、原料：硝酸铵58%，尿素25%，水9%，油类物质（石油裂解产品）4%、乳化剂4%。

2、制备方法包括水相的制备、油相的制备、缓释肥料的制备，具体为：

1）水相的制备：将硝酸铵、尿素及水混合加热溶解，溶液温度控制在110-120℃；

2）油相的制备：在自制的容器中，将油类物质加入乳化剂后，加热混溶搅拌均匀，温度控制在110-120℃；

3）缓释肥料的制备：将已经溶解好的水相溶液在30s内加入盛有上诉油相的装置B部分中，置于油浴郭内，控制油浴郭的温度为110-120℃，开启搅拌器，同时搅拌，搅拌速度为1200r/min，6min后形成乳胶基质。

实验例1：养分的释放速度检测

1、对实施例1-5和对比例1、对比例2（CN200410050221.6（公开号为CN1587235A）的实施例1）提供的包膜控释肥进行释放速度检测，所述养分是以尿素为基准进行检测的，具体方法为：

养分的释放速率只用N的溶出速率来表征，将制备好的缓释肥用水溶液浸泡，肥料：水的重量比为1：10，浸泡一段时间后，用凯式定氮法测溶液中的尿素的浓度。

2、结果见表1：

表1：养分的释放速度

表1结果显示：实施例1-6中养分缓慢释放，在第6周释放完全；而现有缓释肥如对比例1、2在第4周后已经基本溶出，其浓度不再变化，第5周后已经不再释放。

结果表明：与市场现有常规缓释肥相比，本发明提供的包膜控释肥可以控制尿素的释放，并且在4周后还能控制肥料缓慢释放，效果优于现有缓释肥。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种以硅砂为芯的包膜控释肥，其特征在于，其原料含有以下成分：尿素、氯化钾、磷酸二铵、过磷酸钙、内加粘结剂、外加粘结剂和硅砂。

2.根据权利要求1所述的包膜控释肥，其特征在于，所述原料含有以下重量份的成分：尿素0.5-1份、氯化钾0.5-1份、磷酸二铵0.5-1份、过磷酸钙0.5-1份、内加粘结剂0.01-5份、外加粘结剂0.1-0.3份和硅砂5份。

3.根据权利要求1所述的包膜控释肥，其特征在于，所述原料含有以下重量份的成分：尿素0.5-1份、氯化钾0.5-1份、磷酸二铵0.5-1份、过磷酸钙0.5-1份、内加粘结剂0.01-3份、外加粘结剂0.1-0.2份和硅砂5份。

4.根据权利要求1-3任一项所述的包膜控释肥，其特征在于，所述内加粘结剂为海藻酸钠、瓜胶或硅胶。

5.根据权利要求1-3任一项所述的包膜控释肥，其特征在于，外加粘结剂为聚乙烯醇。

6.根据权利要求1-3任一项所述的包膜控释肥，其特征在于，所述硅砂，是以石英为主要矿物成分的耐火颗粒物，其粒径范围是20-40目。

7.一种制备权利要求1-6任一项所述包膜控释肥的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，然后加入到内加粘结剂中，搅拌均匀，与硅砂混砂，烘干，然后再加入外加粘结剂，混砂，烘干，即得。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）分别将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙粉碎，过200目筛，按照配比称取各成分，将尿素，氯化钾，磷酸二铵，过磷酸钙加入到海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，得到混合液；

2）在混砂机中，先放入硅砂，然后倒入混合液，混砂5分钟，然后将硅砂放入40℃的烘箱内烘干，将烘干后的硅砂放入混砂机中，倒入聚乙烯醇水溶液，混砂5分钟，然后将肥料放入40℃的烘箱内烘干，即得以硅砂为芯的的包膜控释肥。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，混砂时间为4-6分钟。

10.权利要求1-6任一项所述的包膜控释肥在制备农作物肥料方面的应用。