CN104744172A - 一种水基聚合物包膜乳液控释肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水基聚合物乳液包膜控释肥及其制备方法，该控释肥从内至外包括肥芯和水基聚合物乳液所形成的膜。该水基聚合物乳液由氧化聚乙烯蜡，乳化剂酰胺醚SME15，三乙醇胺组成。采用相转变乳化法制得包膜剂。将颗粒肥料放入流化床包膜机中，利用喷枪往肥料颗粒表面喷洒包膜剂，通风干燥，至颗粒外形成一层均匀的疏水膜后，冷却，即得缓控释肥料。本发明所提供的包膜剂具有成本低廉，绿色环保，可以添加杀虫剂和除草剂，制备方法简单，设备投资少，易于工业化生产的优点，可以制备不同缓释期的包膜肥料。制备的包膜缓释肥料的缓释性能好，加工工艺简单，可以用于花卉、果蔬、经济作物等。

Description

一种水基聚合物包膜乳液控释肥及其制备方法

技术领域

本发明属于肥料领域，具体涉及一种水基聚合物乳液包膜控释肥及其制备方法。

背景技术

化肥在农业生产中占有十分重要的地位，是农业生产中最大的物质投资，约占其全部生产性投资的50%。据联合国粮农组织估计，发展中国家粮食增产中，其55%来自化肥的作用。我国化肥投入和粮食的关系也基本符合这一规律。农业生产实践表明，传统的施肥方式存在着许多缺点: 一是养分利用率不高，低的肥料利用率造成农户经济上的巨大损失；二是传统施肥方式易导致水质、土壤及粮食污染，同时还产生大量N₂O，破坏臭氧层，加剧温室效应；三是农作物易受病虫的危害。大量一次性施入速效肥料不能满足农作物生育期的生长需要，使生育前期生长快，后期出现脱肥现象，追肥又增加了劳动强度和成本。要实现我国农业和环境的可持续发展，必须提高化肥利用率，从源头控制化肥污染。施用缓控释肥料是提高化肥利用率、降低污染的一个有效途径。而高分子包膜肥料则被相关专家称为真正的缓控肥料。现有的包膜方法，主要是先将聚合物溶于有机溶剂中制成有机溶液，然后将该有机溶液喷涂在颗粒表面，溶剂挥发后成膜。但这类控释肥料的缺点是包膜材料生产成本高，尤其是大量有机溶剂的使用不仅造成了能源和资源的大量浪费而且对身体健康和环境造成了很大危害，即使回收，生产过程有机溶剂的回收成本也很高。为了解决有机溶液包膜工艺存在的问题，近年来，研究人员开始探索以水为分散介质的聚合物乳液为包膜剂，制备包膜控释肥料。

与以有机溶液为包膜剂相比，以聚合物乳液为包膜剂制备包膜肥料有诸多优点。由于聚合物乳液的连续相是水，在生产和施用过程中不会造成有机溶剂污染，也避免了有机溶剂消耗而增加成本；而且，水不需要回收，使生产工艺简洁，不用设置溶剂回收系统，可以节省生产设备投资。因此，与有机溶液包膜工艺相比，聚合物乳液包膜是绿色生产工艺，势必成为聚合物包膜肥料的发展方向。随着环境保护问题的日益突出，聚合物乳液包膜肥料技术将在提高肥料利用率、控制农业面源污染方面发挥重要作用。CN 1388169和CN 1546543公开了以废弃塑料为主要原料制备水性聚合物肥料包膜剂的方法，虽然该方法部分克服了有机溶剂型聚合物放飞了包膜剂的缺点，但仍然无法脱离有机溶剂，它需要有机溶剂将废弃塑料等聚合物材料溶解，然后才能制备水溶性聚合包膜剂，仍然造成有机溶剂的危害，另外，由于主要成膜物质已经是高分子材料，其组成与结构已经难以改变，因而大大减小了通过调节聚合物组成及结构来调节控释肥料养分释放的可能性。

针对有机溶剂制备的缓控释肥存在的问题，本发明提出了采用水基乳液聚合物包膜材料及其包膜肥料的制备，涉及的水基聚合物包膜缓控释肥料在国内外未见报道，在国内未见使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有的包膜类控释肥包膜成本较高，控释效果不佳以及肥料利用率低的现状，开发出一种可以添加杀虫剂和除草剂多功能的水基聚合物乳液包膜控释肥。

本发明还要解决的技术问题是提供上述水基聚合物乳液包膜控释肥的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种水基聚合物乳液包膜控释肥，它从内至外包括肥芯和水基聚合物乳液包膜；所述的水基聚合物乳液包膜占控释肥总重量的3%~14%。

所述的水基聚合物包膜是由如下重量份数的组分制成：

水                               20~100份；

氧化聚乙烯蜡         10~60份；

酰胺醚SME15           1~6份；

三乙醇胺             0.5~6份；

杀虫剂和除草剂       0.01~0.1份。

其中，所述的水基聚合物包膜优选由如下重量份数的组分制成：

水                            60份；

氧化聚乙烯蜡      30份；

酰胺醚SME15       3份；

三乙醇胺          1.5份；

杀虫剂和除草剂    0.03份。

其中，所述的肥芯为水溶性的颗粒肥料，包括单质肥料，复合肥和有机无机复混肥。包括尿素、碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、硫酸铵、氯化钾、硝酸钾、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或者几种的组合，优选尿素。

其中，所述肥芯粒径优选范围为2.5~5.5mm。

其中，所述的水基聚合物的分子量范围为10³~10⁶。

上述水基聚合物乳液包膜控释肥的制备方法，包括如下步骤：

（1）将肥芯置于流化床包膜塔内，在35~55℃下预热10~20分钟。

（2）将氧化聚乙烯蜡、乳化剂酰胺醚SME15和三乙醇胺加入到三口瓶中，加热至完全熔化，开动剪切搅拌器使其混合均匀。在低速搅拌下缓慢加入90℃热水，观察到油相有黏度陡增现象时，快速加完其余的热水，随着水的继续加入，乳液黏度又骤减，得到微微泛蓝光的乳液。保温搅拌30 min后停止加热，搅拌至室温，最后加入杀虫剂或除草剂，混匀即可。

（3）将水基聚合物乳液包膜液在雾化压强为0.1~0.5pa，压缩空气压强为0.4~0.8Pa，进风温度41℃，出风温度30℃的雾化室内雾化后，用双流体喷嘴喷涂于肥芯的表面，流速为0.4~1L/h。

（4）干燥除去膜层中所含水分，停机将完成包膜的肥料取出，冷却即得水基聚合物乳液包膜控释肥。

其中，在水基聚合物乳液包膜液喷涂于肥芯表面之前，可以向肥芯表面喷涂蜂蜡乳液。

本发明的有益效果在于：

本发明公开的水基聚合物包膜乳液控释肥采用水基聚合物乳液作为包膜材料，该聚合物乳液的连续相是水，在生产和施用过程中不会造成有机溶剂污染，也避免了有机溶剂消耗而增加成本；而且，水不需要回收，使生产工艺简洁，不用设置溶剂回收系统，可以节省生产设备投资，氧化聚乙烯蜡乳液成本低廉，绿色环保，作为缓释肥的膜材未见报道，该控释肥采用的薄膜材料中可以添加杀虫剂和除草剂，制备方法简单，设备投资少，易于工业化生产。

附图说明

图1为流化床包膜机制得的水基聚合物乳液包膜控释肥。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

    实施例1

将40g氧化聚乙烯蜡，3.6g乳化剂酰胺醚SME15和1.5g三乙醇胺加入到三口瓶中，加热至完全熔化，开动剪切搅拌器使其混合均匀。在低速搅拌下缓慢加入60g 90℃热水，观察到油相有黏度陡增现象时，快速加完其余的热水，随着水的继续加入，乳液黏度又骤减，得到微微泛蓝光的乳液。保温搅拌30 min后停止加热，搅拌至室温，最后加入0.04g毒死蜱和辛硫磷的混合物，混匀即可制成有水基聚合物乳液待用。将1000克直径为2.5~5.5mm大颗粒尿素装入流化床中，让其处于流化状态，预热温度为40℃，时间20min，将流化床的运行参数设为：进风温度41℃，出风温度30℃，喷头雾化压强为0.4pa，压缩空气压强为0.6Pa，以流量为0.5 L /h的速度将聚合物乳液喷涂于颗粒状肥料的表面上，充分干燥除去膜层中的水分，即制备得到水基聚合物乳液包膜控释尿素肥，所得控释肥料膜材料占全部控释肥总量的5%左右。

采用水浸泡法测定包膜肥料的释放期：称取研制出的肥料样品10g，放入尼龙网袋中，然后浸入200ml蒸馏水的塑料瓶中，密封，置于25℃恒温培养箱中静置，浸提，取样时保证尼龙网袋于塑料瓶中，将浸提液摇匀取出，用于N、P、K的测定，同时加蒸馏水200ml于恒温培养箱中继续培养，追踪检测肥料的溶出率直到80%的溶出率。同时，另取相同的包膜肥料，磨细，测定试样中所含各种养分含量。由此法测得水基聚合物乳液包膜控释尿素肥在25℃水中，养分释放时间为1.6个月。

    实施例2

将50g氧化聚乙烯蜡，4g乳化剂酰胺醚SME15和1.9g三乙醇胺加入到三口瓶中，加热至完全熔化，开动剪切搅拌器使其混合均匀。在低速搅拌下缓慢加入90g 90℃热水，观察到油相有黏度陡增现象时，快速加完其余的热水，随着水的继续加入，乳液黏度又骤减，得到微微泛蓝光的乳液。保温搅拌30 min后停止加热，搅拌至室温，最后加入0.04g乙草胺，混匀即可制成有水基聚合物乳液待用。将1000克直径为2.5~5mm大颗粒尿素装入流化床中，让其处于流化状态，预热温度为40℃，时间20min，将流化床的运行参数设为：进风温度41℃，出风温度30℃，喷头雾化压强为0.4pa，压缩空为0.6Pa，将蓖麻油喷涂于颗粒尿素表面，喷涂蓖麻油膜层厚度约5微米。然后以流量为0.5L/h的速度将聚合物乳液喷涂于颗粒状肥料的表面上，充分干燥除去膜层中的水分，即制备得到水基聚合物包膜尿素，所得控释肥料膜材料占全部控释肥总量的6%左右。此肥料在25℃水中，养分释放时间为2个月。

    实施例3

将50g氧化聚乙烯蜡，5g乳化剂酰胺醚SME15，1g十六烷基三甲基氯化铵1631和1.1脂肪醇聚氧乙烯醚OS-15加入到三口瓶中，加热至完全熔化，开动剪切搅拌器使其混合均匀。在低速搅拌下缓慢加入100g 90℃热水，观察到油相有黏度陡增现象时，快速加完其余的热水，随着水的继续加入，乳液黏度又骤减，得到微微泛蓝光的乳液。保温搅拌30 min后停止加热，搅拌至室温，混匀即可制成有水基聚合物乳液待用。将1000克直径为4mm左右的复合肥（N，P₂O₅，K₂O比例为15：15：15）装入流化床中，让其处于流化状态，预热温度为40℃，时间20min，将流化床的运行参数设为：进风温度41℃，出风温度30℃，喷头雾化压强为0.4pa，压缩空气压强为0.6Pa，将棕油喷涂于复合肥表面，喷涂棕油膜层厚度约5微米。然后以流量为0.5L/h的速度将聚合物乳液喷涂于复合肥的表面上，充分干燥除去膜层中的水分，即制备得到水基聚合物包膜复合肥，所得控释肥料膜材料占全部控释肥总量的6%左右。此肥料在25℃水中，养分释放时间为3个月。

    实施例4

将30g氧化聚乙烯蜡，3g乳化剂酰胺醚SME15和1.5g三乙醇胺加入到三口瓶中，加热至完全熔化，开动剪切搅拌器使其混合均匀。在低速搅拌下缓慢加入60g 90℃热水，观察到油相有黏度陡增现象时，快速加完其余的热水，随着水的继续加入，乳液黏度又骤减，得到微微泛蓝光的乳液。保温搅拌30 min后停止加热，搅拌至室温，最后加入0.03g乙草胺和硫双威的混合物，混匀即可制成有水基聚合物乳液待用。将1000克直径为2.5~5mm大颗粒尿素装入流化床中，让其处于流化状态，预热温度为40℃，时间20min，将流化床的运行参数设为：进风温度41℃，出风温度30℃，喷头雾化压强为0.4pa，压缩空为0.6Pa，将蓖麻油喷涂于颗粒尿素表面，喷涂蓖麻油膜层厚度约5微米。然后以流量为0.5L/h的速度将聚合物乳液喷涂于颗粒状肥料的表面上，充分干燥除去膜层中的水分，即制备得到水基聚合物包膜尿素，所得控释肥料膜材料占全部控释肥总量的14%左右。此肥料在25℃水中，养分释放时间为3个月。

Claims (7)

1.一种水基聚合物乳液包膜控释肥，其特征在于，它从内至外包括肥芯和水基聚合物乳液形成的膜，水基聚合物乳液中添加杀虫剂和除草剂，所述的水基聚合物乳液所形成的膜占控释肥总重量的3%~14%；

所述的水基聚合物是由如下重量份数的组分制成：

水                         20~100份；

氧化聚乙烯蜡              10~60份；

酰胺醚SME15               1~6份；

三乙醇胺                  0.5~6份；

杀虫剂和除草剂            0.01~0.1份。

2.根据权利要求1所述的水基聚合物乳液包膜控释肥，其特征在于，所述的水基聚合物包膜由如下重量份数的组分制成：

水                60份；

氧化聚乙烯蜡      30份；

酰胺醚SME15      3份；

三乙醇胺          1.5份；

杀虫剂和除草剂    0.03份。

3.根据权利要求1或2所述的水基聚合物乳液包膜控释肥，其特征在于，所述的杀虫剂和除草剂为辛硫磷，毒死蜱，硫双威，草甘膦，乙草胺，百草枯中的一种或几种。

4.根据权利要求1或2所述的水基聚合物乳液包膜控释肥，其特征在于，所述的肥芯为水溶性的颗粒肥料，包括单质肥料，复合肥和有机无机复混肥。

5.根据权利要求1或2所述的水基聚合物乳液包膜控释肥，其特征在于，所述的水基聚合物的分子量范围为10³~10⁶。

6.根据权利要求1或2所述的水基聚合物乳液包膜控释肥，其特征在于，所述肥芯粒径范围为2.5~5.5mm。

7.权利要求1所述的水基聚合物乳液包膜控释肥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将肥芯置于流化床或转鼓包膜塔内，在35~55℃下预热10~20分钟；

（2）采用相转变法进行乳化：将氧化聚乙烯蜡、乳化剂酰胺醚SME15和三乙醇胺加入到三口瓶中，加热至完全熔化，开动剪切搅拌器使其混合均匀，在低速搅拌下缓慢加入90℃热水，观察到油相有黏度陡增现象时，快速加完其余的热水，随着水的继续加入，乳液黏度又骤减，得到微微泛蓝光的乳液，保温搅拌30 min后停止加热，搅拌至室温即可；

（3）将水基聚合物乳液包膜液在雾化压强为0.1~0.5pa，压缩空气压强为0.4~0.8Pa，进风温度41℃，出风温度30℃的雾化室内雾化后，用双流体喷嘴喷涂于肥芯的表面，流速为0.4~1L/h；

（4）干燥除去膜层中所含水分，停机将完成包膜的肥料取出，冷却即得水基聚合物乳液包膜控释肥。