CN104892201B - 一种s型包膜控释肥及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种S型控释肥及其制备方法。该控释肥料，包括肥料颗粒和包裹在所述肥料颗粒表面的包膜层；所述包膜层由内包膜层和外包膜层组成；其中，所述内包膜层是以聚丙烯、石灰松香和无机矿物粉末为原料制得；构成所述外包膜层的材料为聚丙烯；所述聚丙烯的总质量份为30‑60份，所述石灰松香的质量份为10‑30份，所述无机矿物粉末的质量份为15‑50份；所述内包膜层中聚丙烯的用量占聚丙烯总用量的75％‑90％。本发明的S型控释肥具有优异的S型养分溶出模式，智能化控制养分释放时间和数量，满足农业生产的不同需求，如育苗、接触施肥和一次性施肥。

Description

一种S型包膜控释肥及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种S型包膜控释肥及其制造方法。

背景技术

肥料是作物的粮食，肥料(尤其是化肥)对满足全球日益增加的人口所需的粮食和纤维作出了重大贡献，据估计，肥料对粮食作物增产中的贡献约为40％-50％。近年来，因生产中不合理的施肥方式(施肥量和施肥方法)导致的肥料利用率偏低、资源浪费和环境污染正逐渐引起广大学者、政府和社会各界对上述问题的关注和忧虑。

科学施肥是农业可持续发展的重要保障措施之一，为了提高肥料利用率，除了继续大力推广平衡施肥及按需施肥等措施外，开发新型化肥品种和高效施肥技术是当前科学施肥研究的热点和难点，其中缓控释肥料研制与开发为解决化肥利用率低的问题提出了新的思路和途径。在各种缓控释肥料中，聚合物包膜控释肥又以养分精确控制释放而更宜满足作物生长期的养分需求，因此，近年来聚合物包膜控释肥的发展速度非常快。

包膜控释肥按其养分释放模式分为直线释放(L型)和延迟释放(S型)两类，相对于常规L型控释肥养分匀速释放的特点，S型控释肥的养分释放模式由养分溶出量极低的抑制期和养分快速释放的释放期组成。由于多数作物对养分的需求符合S型特征，因此S型控释肥较L型控释肥更能吻合作物的吸收规律，真正做到养分释放与作物吸收同步，从而实现养分利用效率的最大化和环境友好。另外，由于S型控释肥的初期养分溶出量极少，因此在某些作物上大量施用这种肥料时，可以直接将其与种子或根系接触施用，从而进一步促进作物根系对溶出养分的高效吸收，其应用也同时带来了施肥技术的革命如同穴施肥。

针对生产中对这种高效控释肥的强烈需求，上世纪九十年代以来，以日本窒素公司(ChissoCo.,Ltd)为代表的一些日本公司相继开发出了具有延迟释放特征(S型)的聚烯烃包衣肥料并实现产业化，而且陆续有一批S型控释肥制造的专利公开，如JP2002-234790，CN 1749220A，JP 2004-217434，JP 2000-185991。

从S型控释肥包膜材料配比可以看出，包膜层物质由两部分组成，一部分是控制物质树脂成分，另一部分是辅助材料矿物粉和谷物淀粉。各种包膜产品所用辅料变化不大，主要区别在于树脂的选择上。如JP 2002-234790专利中使用了四种聚合物树脂，分别是①低分子聚乙烯：重均分子量为910，熔体质量流动速率为2.3g/10min；②一种热塑性弹性体树脂：重均分子量130,000，熔体质量流动速率为0.5g/10min；③低密度聚乙烯：重均分子量74,000；④乙烯-醋酸乙烯共聚物，重均分子量205,000。所用材料中以前三种树脂为主要材料。

日本窒素公司在中国公开的S型包膜专利CN1749220A，所用树脂材料如下：①低密度乙烯均聚物：重均分子量在100,000-300,000之间，且重均分子量与数均分子量之比为3-6；其中分子量小于10,000的成份为3％以下；熔体质量流动速率为0.1-2g/10min；②乙烯-醋酸乙烯共聚物：重均分子量50,000。其中主要材料为低密度聚乙烯均聚物。

日本专利JP 2004-217434公开了一种S型释放的包膜颗粒钾肥的制造方法。所用材料有①低密度聚乙烯：重均分子量74,000，水蒸汽透过率为0.016g/cm².d.，熔点140℃；②乙烯-醋酸乙烯共聚物：水蒸汽透过率为0.083g/cm2·d，重均分子量205,000。

日本专利JP 2000-185991公开了一种颗粒肥料S型释放的树脂材料配方。所用树脂材料只有一种为低密度聚乙烯：密度0.922g/cm²，熔体质量流动速率为7.0g/10min。

专利CN200810113258.7公开了一种颗粒肥料S型释放的树脂材料配方。所用树脂材料有废旧聚苯乙烯泡沫、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯组成。

以上各个专利所用辅料成分差异不大，以滑石粉和淀粉为主。

上述专利中所用材料以聚乙烯或聚乙烯类材料与废旧塑料配伍为主，在严格选择包衣肥料核芯外形的基础上，应用不同的工艺控制与设备均能生产出具有S型释放曲线的包衣产品。其主要区别在于包膜材料的配方。上述各S型控释肥料的存在的主要缺点是对每种树脂材料有严格的性质要求或材料配方比较复杂，有些甚至是化工企业的中间产品，一般情况下不容易得到，此外，肥料施用后残膜在土壤中降解所需时间也非常长，不利于环保。

发明内容

本发明的目的是提供一种S型包膜控释肥及其制造方法。

本发明提供了一种控释肥料，包括肥料颗粒和包裹在所述肥料颗粒表面的包膜层；其特征在于：所述包膜层由内包膜层和外包膜层组成；

其中，所述内包膜层是以聚丙烯、石灰松香和无机矿物粉末为原料制得；

构成所述外包膜层的材料为聚丙烯；

所述聚丙烯的总质量份为30-60份，所述石灰松香的质量份为10-30份，所述无机矿物粉末的质量份为15-50份；

所述内包膜层中聚丙烯的用量占聚丙烯总用量的75％-90％。

上述控释肥料中，所述肥料颗粒的质量份为80-94份，具体为90-94份；

所述包膜层的质量份为6-20份，具体为6-10份。

所述内包膜层的质量份具体可为75-90份；

所述外包膜层的质量份具体可为10-25份。

更具体的，上述内包膜层可由如下质量份的各原料制得：

聚丙烯720份、石灰松香400份、滑石粉800份；

或由如下质量份的各原料制得：

聚丙烯600份、石灰松香300份、沸石粉750份；

或由如下质量份的各原料制得：

聚丙烯750份、石灰松香480份、滑石粉1020份；

或由如下质量份的各原料制得：

聚丙烯1200份、石灰松香300份、滑石粉900份；

所述聚丙烯具体可为回收聚丙烯颗粒；

所述石灰松香是由松香的松香酸与不足量消石灰起反应而生成含有部分未皂化松香的钙皂；

所述石灰松香的酸值为80-100，具体可为100；

所述无机矿物粉末选自滑石粉、硅藻土、碳酸钙、硅灰石、膨润土和沸石粉中的至少一种；

所述无机矿物粉末的粒径为1500目-3000目；

所述肥料颗粒具体可选自尿素、氯化钾、硫酸钾、二元复合肥和三元复合肥颗粒中的至少一种；其中，所述三元复合肥具体可为由氮磷钾的质量比为15：15：15的复合肥；所述氮元素的质量以氮计，磷元素的质量以五氧化二磷，钾元素的质量以氧化钾计。

所述肥料颗粒的粒径为2mm-4mm，具体为3mm-4mm。

所述控释肥料的养分释放曲线为S形曲线。

所述控释肥料的包膜率为5％-9％，具体可为5.6％、7.1％、8.2％、8.7％；

所述控释肥料的控释期为40天至180天，具体可为50天、60天、80天或120天。

本发明还提供了一种制备所述控释肥料的方法，包括如下步骤：

1)将前述本发明提供的任一所述构成内包膜层的原料按照配比于有机溶剂中加热至105℃-115℃混匀，得到内包膜液；

2)将前述本发明提供的任一所述构成外包膜层的原料于有机溶剂中加热至105℃-115℃混匀，得到外包膜液；

3)将步骤1)所得内包膜液喷涂到所述肥料颗粒表面成形成内包膜层后，再喷涂步骤2)所得外包膜液形成外包膜层后，干燥除去所述有机溶剂，得到所述控释肥料。

上述方法中，所述有机溶剂均为四氯乙烯；

所述喷涂的方法包括如下步骤：将所述肥料颗粒置于包衣塔中，并从所述包衣塔底部鼓入温度为85-110℃的热风使所述肥料颗粒处于流动状态，然后将温度为105-115℃的内包膜液或外包膜液喷到处于流动状态的所述肥料颗粒表面。

具体的，从所述包衣塔底部鼓入的热风的风压为1800-3000Pa，风速为10-12m/s，风量为30-50m³/min，具体可为40-50m³/min。风速和风压是指包衣塔底部入口处的数值。

本发明提供的控释肥料，是由废旧聚丙烯颗粒和石灰松香形成的配方包膜而成，并且采用双层包膜方法，控释肥的养分释放不仅在初期具有优异的养分阻控功能，而且其养分释放曲线为典型的S形曲线，智能化控制养分释放时间和数量，满足农业生产的不同需求，如育苗接触施肥和一次性施肥。此外，废旧聚丙烯和石灰松香相对降解速度较快，残膜在土壤中存留时间较短。

本发明提供的制备S型控释肥的方法，应用市场上能够广泛获得的包衣材料，使用的材料成本低、易降解，操作简便，利用包衣塔对肥料颗粒进行包膜，并设置了鼓风温度、风速、喷液流量等参速，使包膜更加均匀，表明光滑一致。

本发明提供的控释肥料，由于能够充分发挥养分供应与作物养分吸收的同步性，可以大幅度地提高氮肥的利用效率从而减少氮素养分流失到环境中，对于防治农田面源污染具有重要意义。

附图说明

图1为本发明包膜控释肥生产装置示意图。

图2为溶解罐示意图。

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。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

为解决基于普通控释肥存在前期释放超过作物需求而后期又存在供肥不足的问题，本发明的发明人对包膜材料做了大量的筛选和配伍工作，发现了由废旧聚丙烯颗粒和石灰松香形成的配方并采用双层包膜方法，用于包膜不仅能促使膜层与颗粒表面结合紧密，而且具有优异的养分阻控功能和S型养分释放曲线。以下述实施例为例，说明本发明选择了包膜的材料和以合理比例混和溶解分散均匀后，涂敷废料颗粒得到的包膜肥料的效果。

下述实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法。

下述实施例中的百分含量，如无特别说明，均为质量百分含量。

下述实施例所得包膜控释肥的控释性能采用水浸泡法测试：

称取5g包膜控释肥置于100目的尼龙网袋中，封口后将袋置入盛有250mL蒸馏水中的塑料容器中，密封后，放入25℃恒温培养箱中，分别于1、3、7、15、30、60和90天取样，采用分光光度法或凯氏定氮法测定氮溶出数据。

养分释放期是指包膜控释肥中的氮元素在25℃水中累积释放率达80％所需的天数。

实施例1

1、包膜液的制备

量取溶剂四氯乙烯(密度1.6kg L^-1，沸点121℃)30L加入溶解灌1的大罐(图1中的5和图2所示)。准确称量回收聚丙烯颗粒(市场废品回收公司购得)720.0g，石灰松香(酸值100；购自北京中西化工有限公司)400.0g，滑石粉800g(1500目)，一起加入溶解灌搅拌升温至105-110℃后，恒温加热搅拌约2h，包膜材料完全溶解后升温至115℃保温搅拌，得到均匀分散的分散系，即得到内层包膜液。

另量取溶剂四氯乙烯3L加入溶解灌1的小罐(图1中的5和图2所示)。准确称量回收聚丙烯颗粒(市场废品回收公司购得)80.0g，加入溶解灌搅拌升温至105-110℃后，恒温加热搅拌约2h，得到均匀分散的分散系，即得到外层包膜液。

2、控释肥的制备

采用喷动床对颗粒废料进行包膜,喷动床装置简图如图1所示，该装置包括包衣塔3、压力式喷嘴4、柱塞泵6、鼓风机8、空气加热器7和冷却回收器9；其中，包衣塔3包括设于其底部的管状导流装置2、进料口1和出料口10，包衣塔3的上端与冷却回收器9连接，用于溶剂回收，压力式喷嘴4设于所述包衣塔3的底部，与柱塞泵6和装有包膜液的溶解罐5连接，通过柱塞泵6产生的压力将溶解罐5中的包膜液加压雾化喷涂到包衣塔3中，包衣塔3的下端与热风鼓风机(包括空气加热器7和鼓风机8)连接，鼓风机8将空气鼓入空气加热器7，经加热后鼓入包衣塔3中推动肥料颗粒运动。

上述装置工作时，通过进料口加入颗粒肥料，通过鼓风机8和空气加热器7鼓入热风使包衣塔中的肥料颗粒呈流动状态，通过压力式喷嘴4和柱塞泵6将溶解罐5的包膜液喷入包衣塔3中涂敷到流动的肥料颗粒表面，同时包衣塔上部连接的冷却回收器9开始回收溶剂，喷涂完毕后从出料口收集涂敷了包膜材料的控释烟草肥。图1中，T₁表示包膜液温度，T₂表示干燥热风温度，Q表示热风风速。

本实施例中，包衣塔3高300cm，塔宽(直径)60cm；压力式喷嘴为空心锥喷嘴，喷嘴孔径为0.91mm；包衣塔内管状导流装置的直径15cm，高80cm；鼓风机购自高碑店鼓风机厂。

称量大颗粒尿素(粒径3-4mm)20.0kg，打开热风鼓风机(包括空气加热器7和鼓风机8)，将称好的颗粒肥从进料口1加入包衣塔3，控制热空气流量为40-50m³/min，风压为1800-3000Pa，风速为10-12m/s，热风温度控制在105-110℃，待肥料预热3-5分钟后，将溶解罐5中步骤1制备的包膜液的温度控制在105-110℃(T₁)，打开柱塞泵对包膜液加压后开始喷涂包膜液，包膜液压力为2-4Mpa，进液流速1.2-1.5L/min，内层包膜液喷涂完毕后切换至外层包膜液继续喷涂，喷涂完毕后关闭加热器，继续鼓风至热风温度降至60℃左右后关闭鼓风机，打开出料口10放出肥料即得成品烟草控释肥21.4kg，经测定肥料包膜率为8.7％，控释期60天且为典型的S形曲线。

实施例2

量取溶剂四氯乙烯(密度1.6kg L^-1，沸点121℃)60L加入溶解灌1(图1中的5所示)。准确称量回收聚丙烯颗粒(市场废品回收公司购得)600.0g，石灰松香(酸值100；购自北京中西化工有限公司)300.0g，沸石粉750g(1500目)，一起加入溶解灌搅拌升温至105-110℃后，恒温加热搅拌约2h，得到均匀分散的分散系，即得到内层包膜液。

另量取溶剂四氯乙烯5L加入溶解灌2(图1中的5所示)。准确称量回收聚丙烯颗粒(市场废品回收公司购得)150.0g，加入溶解灌搅拌升温至105-110℃后，恒温加热搅拌约2h，得到均匀分散的分散系，即得到外层包膜液。

称量复合肥(N:P:K＝15:15:15，粒径3-4mm，四川好时吉化工有限公司)30.00kg，按照实施例1的步骤2类似的方法进行包膜，其中，热风温度控制在80-90℃，进液流速调至0.8-1.2L/min。经测定肥料包膜率为5.6％，控释期50天且为典型的S形曲线。

实施例3

量取溶剂四氯乙烯(密度1.6kg L^-1，沸点121℃)30L加入溶解灌1(图1中的5所示)。准确称量回收聚丙烯颗粒(市场废品回收公司购得)750.0g，石灰松香(酸值100；购自北京中西化工有限公司)480.0g，滑石粉1020g(3000目)，一起加入溶解灌搅拌升温至105-110℃后，恒温加热搅拌约2h，得到均匀分散的分散系，即得到内层包膜液。

另量取溶剂四氯乙烯5L加入溶解灌2(图1中的5所示)。准确称量回收聚丙烯颗粒(市场废品回收公司购得)150.0g，加入溶解灌搅拌升温至105-110℃后，恒温加热搅拌约2h，得到均匀分散的分散系，即得到外层包膜液。

称量大颗粒尿素(粒径3-4mm)30.00kg，按照实施例1的步骤2的方法进行包膜，经测定肥料包膜率为7.1％，控释期80天且为典型的S形曲线。

实施例4

量取溶剂四氯乙烯(密度1.6kg L^-1，沸点121℃)40L加入溶解灌1(图1中的5所示)。准确称量回收聚丙烯颗粒(市场废品回收公司购得)1200.0g，石灰松香(酸值100；购自北京中西化工有限公司)300.0g，滑石粉900g(3000目)，一起加入溶解灌搅拌升温至105-110℃后，恒温加热搅拌约2h，得到均匀分散的分散系，即得到内层包膜液。

另量取溶剂四氯乙烯5L加入溶解灌2(图1中的5所示)。准确称量回收聚丙烯颗粒(市场废品回收公司购得)300.0g，加入溶解灌搅拌升温至105-110℃后，恒温加热搅拌约2h，得到均匀分散的分散系，即得到外层包膜液。

称量大颗粒尿素(粒径3-4mm)30.00kg，按照实施例1的步骤2的方法进行包膜，经测定肥料包膜率为8.2％，控释期120天且为典型的S形曲线。

Claims (9)

1.一种控释肥料，包括肥料颗粒和包裹在所述肥料颗粒表面的包膜层；其特征在于：所述包膜层由内包膜层和外包膜层组成；

其中，所述内包膜层是以聚丙烯、石灰松香和无机矿物粉末为原料制得；

构成所述外包膜层的材料为聚丙烯；

所述聚丙烯的总质量份为30-60份，所述石灰松香的质量份为10-30份，所述无机矿物粉末的质量份为15-50份；

所述内包膜层中聚丙烯的用量占聚丙烯总用量的75％-90％；

所述肥料颗粒为尿素、二元复合肥或三元复合肥颗粒。

2.根据权利要求1所述的控释肥料，其特征在于：所述肥料颗粒的质量份为80-94份；

所述包膜层的质量份为6-20份。

3.根据权利要求2所述的控释肥料，其特征在于：所述肥料颗粒的质量份为90-94份；

所述包膜层的质量份为6-10份。

4.根据权利要求1或2所述的控释肥料，其特征在于：所述内包膜层的质量份为75-90份；

所述外包膜层的质量份为10-25份。

5.根据权利要求1或2所述的控释肥料，其特征在于：所述聚丙烯为回收聚丙烯颗粒；

所述无机矿物粉末选自滑石粉、硅藻土、碳酸钙、硅灰石、膨润土和沸石粉中的至少一种；

所述无机矿物粉末的粒径为1500目-3000目；

所述石灰松香的酸值为80-100；

所述肥料颗粒的粒径为2mm-4mm；

所述控释肥料的包膜率为5％-9％；

所述控释肥料的控释期为40天至180天。

6.根据权利要求1或2所述的控释肥料，其特征在于：所述控释肥料的养分释放曲线为S形曲线。

7.一种制备权利要求1-6中任一所述控释肥料的方法，包括如下步骤：

1)将权利要求1-6中任一所述构成内包膜层的原料按照配比于有机溶剂中加热至105℃-110℃混匀，得到内包膜液；

2)将权利要求1-6中任一所述构成外包膜层的原料于有机溶剂中加热至105℃-115℃混匀，得到外包膜液；

3)将步骤1)所得内包膜液喷涂到所述肥料颗粒表面成形成内包膜层后，再喷涂步骤2)所得外包膜液形成外包膜层后，干燥除去所述有机溶剂，得到所述控释肥料。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述有机溶剂均为四氯乙烯；

所述喷涂的方法包括如下步骤：将所述肥料颗粒置于包衣塔中，并从所述包衣塔底部鼓入温度为85-110℃的热风使所述肥料颗粒处于流动状态，然后将温度为105-115℃的内包膜液或外包膜液喷到处于流动状态的所述肥料颗粒表面。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：从所述包衣塔底部鼓入的热风的风压为1800Pa-3000Pa，风速为10m/s-12m/s，风量为30m³/min-50m³/min。