CN104230605B - 一种尿素控释包衣剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尿素控释包衣剂，由成膜剂、乳化剂、致孔剂、增塑剂和溶剂经溶解、混合、均质配制而成，适用于普通尿素包衣、使其成为包衣尿素。本发明生产简单、使用方便，可在-5℃～42℃条件下对普通尿素进行包衣，包衣质量比1:5～8；包衣时能在普通尿素表面形成牢固的包衣膜，通过调节包衣质量比和致孔剂用量，可以调节包衣膜的厚度、膜孔密度及膜孔径，从而获得不同控释期的包衣尿素。本发明包衣普通尿素应用于水稻、玉米、油菜、棉花，尿素的利用率提高27.6%～48.3%，水稻、玉米、油菜和棉花增产7.7%～16.2%；经济效益及生态效益明显。

Description

一种尿素控释包衣剂

技术领域

本发明涉及一种用于尿素包衣处理、使其成为包衣控释尿素的包衣剂，属于新型肥料制备技术和作物栽培技术领域。具体地说是一种尿素控释包衣剂，由成膜剂、乳化剂、致孔剂、增塑剂和溶剂经溶解、混合、均质配制而成，适用于普通尿素包衣、使其成为包衣控释尿素的尿素专用包衣处理剂。

背景技术

肥料自1840年诞生以来，已成为全球农业发展的重要物质基础。然而，经过一百余年的发展，肥料养分的释放速度一直无法人为控制，释放速度太快，作物来不及吸收就流失了，导致肥料利用率低，一般只有30%～40%，资源浪费大；同时造成了严重的水体和大气污染。

20世纪60年代起，美国、日本以及西欧等国家相继开始研究缓释肥，以减缓肥料养分的释放速度，如硫包衣缓释尿素等；80年代开始研究控释肥，以控制肥料养分的释放速度、使其与作物需肥规律尽量一致，如树脂包衣控释肥等。缓/控释肥可以减缓或者控制养分的释放速度，释放出来的养分能较好地被作物吸收利用，大幅度降低养分的损失，从而提高肥料利用率、节约资源、减少环境污染。目前已有近50个国家大力研发、应用缓/控释肥。缓/控释肥料已成为全球肥料研究领域的主要目标。

目前缓/控释肥料可分为结构改性型缓/控释肥和包衣（包膜）型缓/控释肥两大类。结构改性型缓/控释肥，需在肥料生产过程中添加各种缓/控释材料、如脲酶抑制剂、硝化抑制剂等等，或者加入能与肥料养分反应的物质，通过化学反应改性，以期达到缓/控释效果；其生产工艺复杂，设备投资大、难以利用现有普通肥料的生产设备，成本较高，而且只能用于某一种肥料的生产，缓/控释效果亦不明显，正逐步被包衣型缓/控释肥取代。

尿素有效养分含量高、价格较便宜、长期施用对土壤无不良影响，是目前使用最多的氮肥品种。然而，尿素是一种速溶性肥料，施入土壤后，在脲酶作用下4～5天就可以全部转化成NH₃和CO₂，其中一部分NH₃被土壤吸附，供植物生长利用；另有相当一部分NH₃被土壤微生物作用转化成亚硝酸盐、硝酸盐及氮氧化物，随雨水淋失和逸入大气，导致水体与大气污染，所以普通尿素的氮素利用率仅30%～35%。普通尿素进行包衣处理，已成为提高氮肥利用率、减少因氮素淋失引起的环境污染的主要方法之一。

现有的包衣尿素主要有以硫包衣尿素为代表的无机物包衣尿素、以树脂包衣尿素为代表的有机物包衣尿素两大类。据文献报道，现有的这两大类包衣尿素虽然在提高氮素利用率方面效果比较好，但存在以下主要不足：（1）硫包衣尿素，设备投资大，包衣过程需要长时间高温（120～140℃）处理，能耗大、导致肥料生产成本较高，硫包衣尿素价格为普通尿素的2～3倍；包衣比低（仅1:2～4），导致包衣肥氮含量显著降低；硫包衣尿素在土壤中氮素释放滞后，养分前期释放不足，作物前期吸收不到足够的氮素，后期释放过剩，与作物需氮规律不同步，仍然造成氮素损失；硫包衣尿素所含的硫在土壤中可转化成硫酸，有导致土壤酸化的潜在危险，同时硫在厌氧环境中可转化成硫化氢等对作物有害的物质，因此硫包衣尿素不宜在水田中使用。（2）现有树脂包衣尿素，包衣材料昂贵、设备投资大，肥料生产工艺较复杂、包衣过程能耗大、导致肥料生产成本高，现有树脂包衣尿素价格为普通尿素的5～10倍；目前所用的树脂包衣材料，大多数在土壤中很难降解，随施肥长期存在于土壤中，会对土壤造成二次污染。

由于以上原因，现有包衣尿素的应用范围很有限，主要用于花卉、草坪、水果以及烟草等高价值经济作物上，很少用于水稻、油菜、玉米、棉花等大田作物。

因此，研发包衣材料价廉、生产工艺简单、能耗低、环境友好的包衣尿素，以降低包衣尿素的生产成本、减少环境污染，是目前国内外缓/控释尿素发展的主要方向。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的上述主要不足，运用高分子成膜材料与控释技术，提供一种具有生产简便、包衣方便、成本较低、环境友好等特点的，适用于普通尿素包衣、使其成为控释尿素的尿素控释包衣剂。

本发明是这样实现的：用可生物降解的高分子成膜材料作成膜剂，与乳化剂、致孔剂、增塑剂和溶剂经溶解、混合、均质，即得尿素控释包衣剂。

（1）所述的成膜剂为聚三亚甲基碳酸酯、聚亚乙基碳酸酯中的一种或者二种配制的成膜剂；用量为总质量的7%～20%；当使用二种成膜材料作成膜剂时，只控制总用量，各成膜材料之间的相对量任意；

（2）所述的乳化剂为乳化剂OP-9、乳化剂OP-10中的一种或者二种；用量为总质量的0.5%～2.5%；当使用二种乳化剂时，只控制总用量，各乳化剂之间的相对量任意；

（3）所述的致孔剂为环己烷；用量为总质量的1.0%～3.0%；

（4）所述的增塑剂为柠檬酸三丁酯；用量为总质量的0.5%～2.0%；

（5）所述的溶剂为氯仿；用量为总质量至100%的余量。

本发明的生产方法如下：

按照配方要求，将成膜剂投入带搅拌、夹层加热和冷凝装置的反应釜中，用计量泵泵入溶剂，在26～45℃下搅拌使成膜剂完全溶解；再依次将乳化剂、增塑剂泵入反应釜中，搅拌混合，冷却至24～26℃，然后泵入致孔剂，搅拌均匀，得混合液；将混合液泵入均质釜中，在20～25℃下均质15分钟，用液体定量灌装机灌装，即得尿素控释包衣剂。

本发明所述的包衣剂作为尿素包衣剂的应用，生产具有控释功能的尿素。控释尿素可以减少尿素的流失与挥发，提高作物对尿素的吸收，提高养分氮的利用率，也可以减少施用普通尿素对环境的负面影响。

本发明的使用方法：

本发明适用于普通尿素包衣、使其成为包衣尿素，包括颗粒直径2毫米以上的普通大颗粒尿素、颗粒直径2毫米以下的普通小颗粒尿素。本发明可在-5℃～42℃条件下对普通尿素进行包衣，包衣质量比，即包衣剂质量:肥料质量为1:5～8；可以对市售普通尿素进行包衣，也可以在现有普通尿素生产过程中的尿素造粒工艺进行包衣；包衣方式可以用流化床包衣、转鼓包衣或者圆盘包衣方式，边喷淋包衣剂边搅动尿素，直至尿素包衣均匀为止。

本发明包衣时能在普通尿素表面形成牢固的包衣膜，可以通过调节包衣质量比和致孔剂的用量，来调节包衣膜的厚度、膜孔密度及膜孔孔径，从而获得不同控释期的包衣尿素，以便用于不同生长期的作物。

本发明的作用机制：

本发明包衣普通尿素时，能在尿素表面形成具有膜孔道、难溶于水的、牢固的包衣膜；可以通过调节包衣质量比和致孔剂的用量，来调节包衣膜的厚度、膜孔密度及膜孔孔径，增加致孔剂，可以增加膜孔密度及膜孔孔径，获得不同控释期的包衣尿素。包衣尿素播施到作物生长的田地，包衣尿素与土壤水份接触，水份通过包衣尿素的膜孔道进入肥料内部，尿素的养分氮在水分子的作用下缓慢溶解，再通过膜孔道控释出来进入土壤，及时被作物吸收利用；从而使包衣尿素养分氮的释放特性与作物的需氮规律一致，达到尿素养分控制释放的效果。根据水稻、油菜、玉米、棉花等作物的需氮特性，将不同控释期的包衣尿素按适当比例混合，作为基肥一次性施入，即可实现水稻、油菜、玉米、棉花等作物一次性施用包衣尿素满足全生育期的需氮要求、不再追施氮肥。

本发明是农业部公益性行业(农业)科研专项(201303103)和科技部科技支撑计划项目（2010BAD01B01）的重要内容之一。检测表明，用本发明包衣普通尿素制得的包衣尿素，其表面的包衣膜孔径0.16～0.21um，膜孔密度410～560万孔/cm²。经过4年多的室内盆栽、田间育苗以及大田栽培试验证明：本发明包衣普通尿素应用于水稻、玉米、油菜、棉花，尿素的利用率提高27.6%～48.3%，节肥23.2%～46.5%；在施用纯氮等量的条件下，水稻、玉米、油菜和棉花施用本发明包衣制得的包衣尿素、比施用未包衣的普通尿素增产7.7%～16.3%；经济效益及生态效益明显。

与现有技术相比，本发明的主要优点：

（1）生产简单、成本较低。选用廉价的高分子材料作为成膜剂，生产过程无需特殊设备，生产工艺简单，成本低，普通尿素包衣后成本仅增加25%～38%；克服了现有硫包衣尿素价格为普通尿素的2～3倍、现有树脂包衣尿素价格为普通尿素的5～10倍等主要缺点，因而容易推广应用于水稻、玉米、油菜、棉花等大田作物。

（2）包衣方便、能耗较低。本发明能对市售普通尿素进行包衣，也可以在现有普通尿素生产过程中的造粒工艺进行包衣；包衣可在-5℃～42℃条件下进行，克服了现有技术需要特殊设备、需在高温120～140℃下长时间包衣等缺点。

（3）环境友好、无二次污染。本发明选用可生物降解的高分子成膜材料作成膜剂，可以克服现有树脂包衣尿素使用难降解的高分子材料、易对土壤造成二次污染等缺点，以及上述硫包衣尿素对土壤及作物的负面影响，尤其是硫包衣尿素不宜在水田中使用等缺点。

具体实施方式

本发明非限定性实施例叙述如下：

以生产100Kg尿素控释包衣剂为例，5个非限定性实施例配方如表1所示，生产方法如前所述。

表1　本发明非限定性实施例配方（单位：Kg）

组分名称	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						聚三亚甲基碳酸酯	13.0	7.0	—	9.0	—
聚亚乙基碳酸酯	—	8.0	17.0	3.0	10.0
						乳化剂OP-9	2.0	—	1.0	1.8	0.5
乳化剂OP-10	—	1.0	0.5	—	0.8
						环己烷	1.5	2.5	2.0	1.8	2.2
柠檬酸三丁酯	1.7	1.0	1.5	1.2	0.9
						氯仿	81.8	80.5	78.0	83.2	85.6

Claims (3)

1.一种尿素控释包衣剂，由成膜剂、乳化剂、致孔剂、增塑剂和溶剂经溶解、混合、均质配制而成，其特征在于：

（1）所述的成膜剂为聚三亚甲基碳酸酯、聚亚乙基碳酸酯中的一种或者二种配制的成膜剂；用量为总质量的7%～20%；

（2）所述的乳化剂为乳化剂OP-9、乳化剂OP-10中的一种或者二种；用量为总质量的0.5%～2.5%；

（3）所述的致孔剂为环己烷；用量为总质量的1.0%～3.0%；

（4）所述的增塑剂为柠檬酸三丁酯；用量为总质量的0.5%～2.0%；

（5）所述的溶剂为氯仿；用量为总质量至100%的余量;

包衣时，包衣剂质量与普通尿素质量比为1:5～8。

2.如权利要求1所述的尿素控释包衣剂的生产方法，其特征在于：

按照配方要求，将成膜剂投入带搅拌、夹层加热和冷凝装置的反应釜中，用计量泵泵入溶剂，在26～45℃下搅拌使成膜剂完全溶解；再依次将乳化剂、增塑剂泵入反应釜中，搅拌混合，冷却至24～26℃，然后泵入致孔剂，搅拌均匀，得混合液；将混合液泵入均质釜中，在20～25℃下均质15分钟，用液体定量灌装机灌装，即得尿素控释包衣剂。

3.一种如权利要求1所述的尿素控释包衣剂在普通尿素包衣中的应用。