CN103896682A - 一种速溶型大量元素水溶肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种速溶型大量元素水溶肥料及其制备方法。原料质量份组成包括尿素25-40份，水溶性磷肥15-35份，水溶性钾肥30-45份，表面活性剂0-6份，崩解剂0-4份；制备时将表面活性剂和崩解剂加入水中，60℃～80℃温度下搅拌形成胶束水溶液，再将制得的胶束溶液通过浸渍或喷涂的方式包裹在尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥的表面，干燥后制得，本发明采用加入表面活性剂和崩解剂，表面活性剂先在水溶液中形成胶束，再与其他颗粒状水溶肥料混合，提高了肥料的崩解速率及溶解速率，制得的速溶型大量元素水溶肥产品全水溶，溶解速率快无堵塞，满足滴灌（或微喷）施肥的需要。

Description

一种速溶型大量元素水溶肥料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种速溶型大量元素水溶肥料及其制备方法，具体是涉及一种能够提高肥料溶解度及溶解速率的大量元素水溶肥料及其制备方法，属于农用肥料制造技术领域。

背景技术

水溶肥料是一种完全溶于水的多元素肥料，特点是能迅速地溶解于水中，更容易被作物吸收，且吸收率相对较高。更为关键的是，它可以应用于喷滴灌等设施农业，实现水肥一体化，达到省水、省肥、省工和增产的效果。

然而目前国内市场上水溶肥料产品主要为固体粉末和液体两种形式。大部分固体粉末状水溶肥料有效成分含量低，植物利用率低，易对环境造成污染，部分产品添加了防结块剂，润滑剂等，存在溶解(分散)慢，易结块，易吸潮分解，不溶物多，容易堵塞喷头和滴灌管路等问题；而液体状水溶肥料包装、运输、贮藏、计量、使用很不方便，不能适应现代农业、园艺、草坪和城市绿化对高品质水溶肥料的要求。因此通过一些新方法提高粉末状水溶肥料的溶解度及溶解速率对我国农业发展具有非常重要的意义。

近年来，科学家们为了能行之有效的提高水溶肥料的溶解度及溶解速率，对传统方水溶肥料进行了进一步改进：美国专利6220928利用包含非营养性的碳酸盐、及水溶性酸的“泡腾制剂”来提高肥料的溶解速度，缺点是这种肥料使用时处于封闭或不通气的容器，产生的气体在密闭的空间存在中时会引起危险；美国专利6312439通过化学反应修饰溶解度低的化合物的方法来提高水溶肥料的溶解度，缺点是成本较高；中国专利CN102438968A利用强酸弱碱、强碱弱酸组合的方法提高水溶肥料的溶解度，所述WSF组合物表现出一种或多种养分或添加剂在溶液中的提高的溶解度、不需要另外的助溶剂或抗结块剂，克服了上述产生气体带来危险性的缺陷。中国专利文献CN101475420A公开了一种肥料水分散粒剂,包括磷酸二氢钾、硼酸或硼砂、腐殖酸等植物营养物质,表面活性剂,助剂。该肥料水分散粒剂还包括生长调节剂，也可以含有崩解剂、黏合剂、填料、着色剂等助剂。制备方法为将配方料计量、粉碎、混匀、造粒、干燥即得。该专利文件所用腐植酸及硼砂原料水溶性差，尤其是腐植酸原料含有很多非水溶的成分，若选用全水溶的腐植酸盐，不仅价格昂贵，而且在制粒的过程中也会与硼酸反应，重新生成水溶性差的腐植酸，溶解度及溶解速率效果仍然很差，无法满足设施蔬菜滴灌(微喷)施肥的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种速溶型大量元素水溶肥及其制备方法，工艺简单，为减少设施蔬菜肥料用量，满足滴灌(微喷)施肥需要，保护农田环境，促进设施农业的可持续发展提供技术支持。

术语说明

大量元素水溶肥料，是以大量元素氮、磷、钾为主要成分，添加适量微量元素的液体或固体水溶性肥料。

平均聚合度，是衡量聚合物分子大小的指标。以大分子链上所含重复单元数目的平均值，以n表示；以结构形态的同系物的混合物所组成，因此聚合度是统一计平均值。

本发明的技术方案如下：

一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

尿素25-40份，水溶性磷肥15-35份，水溶性钾肥30-45份；

表面活性剂0-6份，崩解剂0-4份；所述表面活性剂与崩解剂不同时为零；

所述水溶性磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸氢二钾中的一种或组合；

所述水溶性钾肥为硫酸钾、硝酸钾、碳酸钾中的一种或组合；

所述表面活性剂为C₁₂～C₁₈烷基苯磺酸的钠盐或钾盐；

所述崩解剂为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、硝化纤维素、聚乙烯醇、交联聚乙烯吡咯烷酮、交联羧甲基淀粉钠中的一种或组合；

将表面活性剂和崩解剂加入水中，60℃～80℃温度下搅拌形成胶束水溶液，再将制得的胶束溶液通过浸渍或喷涂的方式包裹在尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥的表面，80℃～100℃干燥，即得本发明速溶型大量元素水溶肥料。

根据本发明，所述崩解剂中优选的，羧甲基纤维素钠平均聚合度为1400～1800，羟甲基纤维素平均聚合度1800～2200，羟乙基纤维素平均聚合度1200～1600，硝化纤维素，平均聚合度1000～1400，聚乙烯醇平均聚合度1500～1900，交联聚乙烯吡咯烷酮平均聚合度38000～42000，交联羧甲基淀粉钠平均聚合度200～600。

根据本发明，所述表面活性剂优选C₁₂～C₁₈烷基苯磺酸的钠盐，进一步优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，十四烷基苯磺酸钠或十六烷基苯磺酸钠。

根据本发明优选的，所述的水溶性钾肥为硝酸钾和/或碳酸钾。

根据本发明优选的，所述尿素为小颗粒尿素，粒径1-3mm。

根据本发明优选的，原料质量份组成如下：

尿素25-40份，水溶性磷肥20-30份，水溶性钾肥35-40份，崩解剂4份，表面活性剂6份。

进一步优选的，一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

十二烷基苯磺酸钠6份，尿素25-40份，磷酸氢二钾20-25份，碳酸钾与硝酸钾质量比1：5的混合物35-40份，羧甲基纤维素、交联聚乙烯吡咯烷酮质量比比1：2的混合物4份。

根据本发明，所述速溶型大量元素水溶肥料的制备方法，步骤如下：

将表面活性剂和崩解剂加入水中，所述表面活性剂和崩解剂总质量与水的质量比为1：1～2，60℃～80℃温度下搅拌形成胶束溶液，以制得的胶束溶液为包膜剂雾化后喷涂到尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥表面，80℃～100℃干燥5～7分钟，干燥后包膜剂占尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥总量的6～12%，即可形成速溶型大量元素水溶肥料。

根据本发明，所述速溶型大量元素水溶肥料的应用，将本发明的速溶型大量元素水溶肥料溶于水中，作为冲施肥施用或作为叶面肥施用，具体施用方法如下：

a.作为冲施肥施用时，本发明的速溶型大量元素水溶肥料与水的配比为1-2:10，kg/L；

b.作为叶面肥施用时，本发明的速溶型大量元素水溶肥料与水的配比为0.4-0.8:10，kg/L。

根据本发明，所述速溶型大量元素水溶肥料的应用，先将5kg速溶型大量元素水溶肥料放入50L水中溶解，然后随灌溉水一起作为冲施肥施用。该速溶型大量元素水溶肥料在所述量的水中约20-25min就能完全溶解。

根据本发明，所述速溶型大量元素水溶肥料的应用，先将0.5kg肥料放入10L水中溶解，然后用喷雾器喷洒在作物叶面作为叶面肥施用。

本发明的技术特点及优良效果：

1、本发明采用加入表面活性剂的方式提高水溶肥料的溶解度，表面活性剂在水溶液中形成胶束，胶束的存在使得在溶液中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加。肥料中的崩解剂和溶解度低的养分可以分散在表面活性剂形成的胶束疏水内核中，以胶束增溶的方式来提高肥料中不溶物的溶解度，通过加入崩解剂及具有膨化作用的碳酸盐类养分的方式加速肥料在水中的分散速度，从而提高肥料的溶解速率，本发明的崩解剂兼做防结块剂、粘结剂，防止固体速溶型大量元素水溶肥结块、团聚；制得的速溶型大量元素水溶肥产品全水溶，溶解速率快无堵塞，在溶解过程中不容易出现沉淀，溶于水后不结块、不团聚，溶解过程中不生成气体，崩解时间小于23s，溶解分散时间小于3min，满足滴灌（或微喷）施肥的需要。

2、本发明的速溶型大量元素水溶肥料制备工艺简单，成本低，适合快速、大规模生产的优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不仅限于此。

实施例中所用原料说明如下：

十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠为市售化学纯。

小颗粒尿素，山东明水大化集团有售，厂家：中化平原化肥厂；粒径1-2mm。

磷酸二氢钾，四川省什邡川鸿磷化工有售，粉末状，总养分≥89%；

碳酸钾，山东海化集团有限公司有售，粉末状，总养分≥50%；

硝酸钾，太原市捷进化工有限公司有售，粉末状，总养分≥58.5%；

羧甲基纤维素钠（平均聚合度1600）、羟甲基纤维素（平均聚合度2000）、羟乙基纤维素（平均聚合度1400）、硝化纤维素（平均聚合度1200）、聚乙烯醇（平均聚合度1700）、交联聚乙烯吡咯烷酮（平均聚合度40000）、交联羧甲基淀粉钠（平均聚合度400），济南海普化工有限公司有售。

实施例中所用原料的量均为重量份。

实施例1：

一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

按质量比将十二烷基苯磺酸钠和羧甲基纤维素、交联聚乙烯吡咯烷酮分别加入到水中，三者总质量与水的质量比为1：1，加热到80℃温度，搅拌20min形成胶束溶液；将尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥按比例加入到反应釜中，加热到90℃，将制得的胶束溶液为包膜剂雾化后喷涂到尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥表面，90℃干燥5～7分钟，干燥后包膜层表面活性剂和崩解剂的重量占尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥总量的11%，即可形成速溶型大量元素水溶肥料。

实施例2:

一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

按质量比将十四烷基苯磺酸钠和羟甲基纤维素、交联聚乙烯吡咯烷酮分别加入到水中，三者总质量与水的质量比为1：1.5，加热到70℃，搅拌25min形成胶束溶液；将尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥按比例加入到反应釜中，加热到80℃，将制得的胶束溶液为包膜剂雾化后喷涂到颗粒状水溶肥料表面，80℃干燥5～7分钟，干燥后包膜层表面活性剂和崩解剂的重量占尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥总量的7%，即可形成速溶型大量元素水溶肥料。

实施例3:

一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

按质量比将十六烷基苯磺酸钠和聚乙烯醇、交联聚乙烯吡咯烷酮分别加入到水中，三者总质量与水的质量比为1：1，加热到80℃温度，搅拌20min形成胶束溶液；将尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥按比例加入到反应釜中，加热到90℃，将制得的胶束溶液为包膜剂雾化后喷涂到颗粒状水溶肥料表面，90℃干燥5～7分钟，干燥后包膜层表面活性剂和崩解剂的重量占尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥总量的8%，即可形成速溶型大量元素水溶肥料。

实施例4:

一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

按质量比将十六烷基苯磺酸钠和聚乙烯醇、交联羧甲基淀粉钠分别加入到水中，三者总质量与水的质量比为1：1.8，加热到60℃温度，搅拌25min形成胶束溶液；将尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥按比例加入到反应釜中，加热到100℃，将制得的胶束溶液为包膜剂雾化后喷涂到颗粒状水溶肥料表面，100℃干燥5～7分钟，干燥后包膜层表面活性剂和崩解剂的重量占尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥总量的6%，即可形成速溶型大量元素水溶肥料。

实施例5:

一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

按质量比将十六烷基苯磺酸钠和交联羧甲基淀粉钠、交联聚乙烯吡咯烷酮分别加入到水中，四者总质量与水的质量比为1：1.6，加热到75℃温度，搅拌20min形成胶束溶液；将尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥按比例加入到反应釜中，加热到85℃，将制得的胶束溶液为包膜剂雾化后喷涂到颗粒状水溶肥料表面，85℃干燥5～7分钟，干燥后包膜层表面活性剂和崩解剂的重量占尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥总量的9.8%，即可形成速溶型大量元素水溶肥料。

对比例1

如实施例1所述的速溶型大量元素水溶肥料，不同之处在于，

按质量比将十二烷基苯磺酸钠和羧甲基纤维素、交联聚乙烯吡咯烷酮分别加入到80℃的反应釜中，再将尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥按比例加入，控制温度在90℃搅拌15min，混合均匀，冷却后粉碎，制得速溶型大量元素水溶肥料。

对比例2

一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

试验例：

将本发明实施例1～5及对比例1～2的速溶型大量元素水溶肥料，在相同的条件下进行崩解性及分散性对比试验。

崩解性测试：将2g实施例1～5及对比例1～2的速溶型大量元素水溶肥料样品，分别加入到100ml水溶液的量筒中，倒入的同时启动秒表开始记时，室温下，记录肥料样品在水中完全崩解使用的时间，完全崩解指肥料样品全部崩解溶散或成碎粒。

分散性测定：将2g实施例1～5及对比例速溶型大量元素水溶肥料样品，分别加入到100ml水溶液的量筒中，内置磁子在磁力搅拌器上以800rpm的速度搅拌，至其全部溶解，无聚集的颗粒剩留，整个过程所用时间为肥料溶解分散时间。见表1所示。

表1崩解性及分散性

通过表1的数据对比可以发现，实施例1～5制得的速溶型大量元素水溶肥料，在19-23s内可以完全崩解，2-3min内完全溶解，而对比例1通过直接混合制得的速溶型大量元素水溶肥料虽然能26s内崩解，崩解时间趋近于本发明，但溶解时间远远大于本发明的速溶型大量元素水溶肥料溶解的时间，对比例2的崩解性及分散性远远小于本发明的，通过对比，本发明采用加入表面活性剂和崩解剂，表面活性剂先在水溶液中形成胶束，再与其他颗粒状水溶肥料混合，提高了肥料的崩解速率及溶解速率，制得的速溶型大量元素水溶肥产品全水溶，溶解速率快无堵塞，在溶解过程中不容易出现沉淀，溶于水后不结块、不团聚，溶解过程中不生成气体，崩解时间小于23s，溶解分散时间小于3min。

Claims (10)

1.一种速溶型大量元素水溶肥料，原料质量份组成如下：

尿素25-40份，水溶性磷肥15-35份，水溶性钾肥30-45份；

表面活性剂0-6份，崩解剂0-4份；所述表面活性剂与崩解剂不同时为零；

所述水溶性磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸氢二钾中的一种或组合；

所述水溶性钾肥为硫酸钾、硝酸钾、碳酸钾中的一种或组合；

所述表面活性剂为C₁₂～C₁₈烷基苯磺酸的钠盐或钾盐；

所述崩解剂为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、硝化纤维素、聚乙烯醇、交联聚乙烯吡咯烷酮、交联羧甲基淀粉钠中的一种或组合；

将表面活性剂和崩解剂加入水中，60℃～80℃温度下搅拌形成胶束溶液，再将制得的胶束溶液通过浸渍或喷涂的方式包裹在尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥的表面，80℃～100℃干燥，即得速溶型大量元素水溶肥料。

2.根据权利要求1所述的速溶型大量元素水溶肥料，其特征在于，所述表面活性剂优选C₁₂～C₁₈烷基苯磺酸的钠盐。

3.根据权利要求2所述的速溶型大量元素水溶肥料，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，十四烷基苯磺酸钠或十六烷基苯磺酸钠。

4.根据权利要求1所述的速溶型大量元素水溶肥料，其特征在于，所述的崩解剂中，羧甲基纤维素钠平均聚合度为1400～1800，羟甲基纤维素平均聚合度1800～2200，羟乙基纤维素平均聚合度1200～1600，硝化纤维素,平均聚合度1000～1400，聚乙烯醇平均聚合度1500～1900，交联聚乙烯吡咯烷酮平均聚合度38000～42000，交联羧甲基淀粉钠平均聚合度200～600。

5.根据权利要求1所述的速溶型大量元素水溶肥料，其特征在于，所述的水溶性钾肥为硝酸钾和/或碳酸钾。

6.根据权利要求1所述的速溶型大量元素水溶肥料，其特征在于，原料质量份组成如下：尿素25-40份；水溶性磷肥20-30份；水溶性钾肥35-40份；表面活性剂6份；崩解剂4份。

7.根据权利要求1所述的速溶型大量元素水溶肥料，其特征在于，是由以下质量份的原料制备而成：尿素25-40份，磷酸氢二钾20-25份，碳酸钾与硝酸钾质量比1：5的混合物35-40份；十二烷基苯磺酸钠6份，羧甲基纤维素、交联聚乙烯吡咯烷酮质量比1：2的混合物4份。

8.权利要求1所述速溶型大量元素水溶肥料的制备方法，步骤如下：将表面活性剂和崩解剂加入水中，所述表面活性剂和崩解剂总质量与水的质量比为1：1～2，60℃～80℃温度下搅拌形成胶束溶液，以制得的胶束溶液为包膜剂雾化后喷涂到颗粒状水溶肥料表面，80℃～100℃干燥5～7分钟，干燥后包膜剂占尿素、水溶性磷肥和水溶性钾肥总量的6～12%，即得。

9.根据权利要求1-7任一种所述速溶型大量元素水溶肥料的应用，其特征在于，将所述速溶型大量元素水溶肥料溶于水中，作为冲施肥施用或作为叶面肥施用。

10.根据权利要求9所述速溶型大量元素水溶肥料的应用，其特征在于，具体施用方法如下：

a.作为冲施肥施用时，本发明的速溶型大量元素水溶肥料与水的配比为1-2:10，kg/L；

b.作为叶面肥施用时，本发明的速溶型大量元素水溶肥料与水的配比为0.4-0.8:10，kg/L。