CN103936501B

CN103936501B - 一种生物质合成环氧树脂包膜控释肥料及其生产方法

Info

Publication number: CN103936501B
Application number: CN201410131666.0A
Authority: CN
Inventors: 陆盘芳; 张民
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN103936501A

Abstract

本发明涉及一种生物质合成环氧树脂包膜控释肥料及其生产方法，是将生物质液化物、环氧化合物和固化剂按不同比例混合均匀后，逐渐分次喷涂到预先加热的肥料颗粒上，就地固化反应成膜后形成光滑致密且具有不同养分释放性能的生物质合成环氧树脂包膜控释肥料。本发明提供的包膜控释肥，不仅具有精确的养分控制释放性能；而且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，由于充分利用了废弃的可再生资源——生物质作为膜材料，减少了包膜材料对石化资源的依赖，非常适合于大规模工业化生产和在大田作物上推广使用。

Description

一种生物质合成环氧树脂包膜控释肥料及其生产方法

（一）技术领域

本发明涉及一种生物质合成环氧树脂包膜控释肥料及其生产方法。是将生物质制备为生物质液化物并与固化剂、环氧化合物按一定比例混合均匀后喷涂到肥料颗粒上直接反应成膜的包膜控释肥料及其生产方法，属于控释肥料生产领域。

（二）背景技术

化学肥料是农业生产上保障产量提高的重要生产资料，随着人类粮食需求的增加，化肥用量也在不断增加。据联合国粮农组织的统计，化肥对提高农作物产量的作用占40%-60%。我国化肥消耗量约占世界化肥消耗总量的30%，居世界第一位，但是我国化肥当季利用率平均仅为30-35%。肥料利用率低不仅造成资源的巨大浪费，还给人类赖以生存的环境造成严重污染。因此，亟需一种集配方施肥、控释技术为一体的物化肥料产品。包膜控释肥料的出现，不仅能提高肥料利用率，减少环境污染，也能满足农民的实际需求。

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。包膜控释肥与普通肥料相比，打破了普通肥料“速溶速效”的产品形态，让养分释放时间和释放期得到精确控制，更加符合植物吸收养分的规律，特别是包膜材料易降解、成本低的环境友好型包膜控释肥，具有广阔的应用前景。

目前，在环境友好型包膜材料方面的研究主要集中在天然产物和一些水溶性的高分子聚合物上，如专利200810228130.5采用聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯通过流化床喷涂包膜在不同核心的肥料表面。专利201110070326.8将壳聚糖和秸秆混合制成包膜浆，再通过喷头将包膜浆喷涂在颗粒肥料表面形成包裹膜。再如专利200910027502.2将淀粉及其衍生物也作为一种环境降解型缓释化肥的包膜材料。由于天然高分子产物价格居高不下，难以在农业上大面积推广应用。很难作为包膜材料广泛使用。而水溶性高分子的吸水性强，导致养分控释效果较差。从而限制了它的大规模推广应用。所以，国内外迫切需要一种成本低、成膜性优良、控释效果好的可降解高分子树脂作为控释肥的包膜材料，以便它在农业生产中普及使用。

（三）发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种生物质合成环氧树脂包膜控释肥料及其生产方法；目的是提供一种价格低廉、制备工艺简单、无需溶剂，固化快，残膜易降解的生物质合成环氧树脂包膜控释肥料及其生产方法。

一种生物质合成环氧树脂包膜控释肥料，是将生物质液化物、固化剂和环氧化合物混合均匀作为包膜材料喷涂到肥料颗粒表面反应成膜得到；

所述生物质液化物制备方法为：将100～200份生物质、100～200份溶剂和1～4份催化剂混合均匀后放入反应釜中混合均匀，在170～250℃下加热反应2～4小时，然后用冰水浴冷却后得到；

所述的生物质是秸秆、废纸、稻草、树叶、竹子、芦苇、海藻、木屑、球藻、废木料、菜籽、谷粒、柳枝稷、甘蔗渣、树皮或竹笋中的一种或几种的混合物。

所述的溶剂是对甲苯酚、对苯二酚、连苯三酚、苯酚、间苯二酚、双酚A、二酚基丙烷、碳酸丙二酯、邻苯二酚、乙二醇、碳酸亚乙酯或聚乙二醇中的一种或几种的混合物。

所述的环氧化合物是环氧氯丙烷、环氧丙烷或环氧乙烷的一种或几种的混合物。

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3.0～8.0%。

所述生物质液化物、环氧化合物、固化剂分别占包膜材料重量的20～30%、50～60%、10～20%。

上述生物质合成环氧树脂包膜控释肥料的制备方法，包括以下步骤：

1）首先将尿素或复合肥颗粒加入转鼓中，使肥料预热到60-90℃；

2）将100～200份生物质、100～200份溶剂和1～4份催化剂混合均匀后放入反应釜中混合均匀后，在170～250℃下加热反应2～4小时，然后用冰水浴将其冷却至100℃，即得生物质液化物；

3）将生物质液化物、固化剂和环氧化合物混合均匀后迅速喷涂到已预热到60-90℃的肥料颗粒表面反应成膜得到生物质合成环氧树脂包膜控释肥料；

本发明所提供的生物质合成环氧树脂包膜控释肥料及其生产方法，主要优点是：

1.以生物质为主要原料，充分利用了废弃的可再生资源，不仅成本低，而且大大减少了对石化产品的依赖，解决了控释肥包膜材料的可持续发展问题和难降解所带来的环境污染问题；

2.采用转鼓包膜工艺制备，喷雾包膜工艺使得包膜液在肥料颗粒表面分布均匀，成膜性好，进一步减少了膜材料的用量，降低了生产成本，而且无需溶剂，固化快，制备简单；另外，固态生物质在溶剂和催化剂的作用下转变为粘度较低的液态物质，非常有利于喷雾包膜工艺的进行。

3.该生物质液化物具有很多反应活性较高的活性基团，进一步加快了固化反应成膜的速度，提高了膜的交联度、致密度和耐水性。

4.包膜控释肥料养分释放优异，可根据不同的包膜厚度可将养分期精确控制在1～12个月，能满足不同农作物的生长需求。

（四）附图说明

图1：本发明的包膜控释肥料制作工艺流程图。

图中1首先将尿素或复合肥颗粒加入转鼓中，使肥料预热到60-90℃；2是将生物质、溶剂、催化剂计量后放入反应釜中，混合均匀，在170～250℃下加热反应2～4小时，然后用冰水浴将其冷却至100℃，即得生物质液化物；3将生物质液化物、固化剂和环氧化合物混合均匀后迅速喷涂到已预热的肥料颗粒表面；4是包膜液在肥料表面直接反应成膜；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。实施例中所用的生物质制成粉末状，其粒径为80～120目，使用前在105℃下干燥24小时以除去水分。

实施例1：

将150g苯酚、120g甘蔗渣和2g浓硫酸分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在170～200℃下反应2.5小时。接着将冷却至约100℃的2.75g生物质液化物、5.48g环氧化合物环氧氯丙烷和1.12g固化剂三乙烯四胺混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。5-8分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复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。根据《缓释肥料》（GB/T23348-2009）国家标准和《控释肥料》（HG/T4215-2011）行业标准进行测试，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180g对苯二酚、100g树皮和1.8g浓硫酸分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在200～250℃下反应3.2小时。接着将冷却至约100℃的2.25g生物质液化物、5.61g环氧化合物环氧氯丙烷和1.35g固化剂三乙烯四胺混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。5-8分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复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。根据《缓释肥料》（GB/T23348-2009）国家标准和《控释肥料》（HG/T4215-2011）行业标准进行测试，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150g乙二醇、140g废纸和3g浓硫酸分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在170～180℃下反应2.2小时。接着将冷却至约100℃的2.65g生物质液化物、5.11g环氧化合物环氧氯丙烷和1.25g固化剂三乙烯四胺混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。5-8分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复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。根据《缓释肥料》（GB/T23348-2009）国家标准和《控释肥料》（HG/T4215-2011）行业标准进行测试，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、50g乙二醇、140g废纸和2g浓硫酸分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在170～180℃下反应2.0小时。接着将冷却至约100℃的2.77g生物质液化物、5.13g环氧化合物环氧氯丙烷和1.45g固化剂三乙烯四胺混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。5-8分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复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。根据《缓释肥料》（GB/T23348-2009）国家标准和《控释肥料》（HG/T4215-2011）行业标准进行测试，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140g对苯二酚、100g麦秸和1.8g浓硫酸分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在170～190℃下反应2.0小时。接着将冷却至约100℃的2.45g生物质液化物、5.45g环氧化合物环氧丙烷和1.31g固化剂三乙烯四胺混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。5-8分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复4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6％左右。根根据《缓释肥料》（GB/T23348-2009）国家标准和《控释肥料》（HG/T4215-2011）行业标准进行测试，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160g对苯二酚、100g稻草和3g浓硫酸分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在170～190℃下反应2.0小时。接着将冷却至约100℃的2.21g生物质液化物、5.65g环氧化合物环氧丙烷和1.44g固化剂三乙烯四胺混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。5-8分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复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8％左右。根根据《缓释肥料》（GB/T23348-2009）国家标准和《控释肥料》（HG/T4215-2011）行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为360天。

Claims

1.一种生物质合成环氧树脂包膜控释肥料，其特征在于是将生物质液化物、固化剂和环氧化合物混合均匀作为包膜材料喷涂到肥料颗粒表面反应成膜得到；

所述的生物质是秸秆、废纸、树叶、竹子、芦苇、海藻、木屑、球藻、废木料、菜籽、谷粒、柳枝稷、甘蔗渣、树皮或竹笋中的一种或几种的混合物；

所述的溶剂是对甲苯酚、对苯二酚、连苯三酚、苯酚、间苯二酚、双酚A、二酚基丙烷、碳酸丙二酯、邻苯二酚、乙二醇、碳酸亚乙酯或聚乙二醇中的一种或几种的混合物；

所述的环氧化合物是环氧氯丙烷、环氧丙烷或环氧乙烷的一种或几种的混合物；

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3.0～8.0％；

所述生物质液化物、环氧化合物、固化剂分别占包膜材料重量的20～30％、50～60％、10～20％。