CN105061083A

CN105061083A - 钾肥控释包膜剂

Info

Publication number: CN105061083A
Application number: CN201510518819.1A
Authority: CN
Inventors: 熊远福; 张先文; 邹应斌; 聂晓燕; 熊文洋; 文卓琼; 文祝友; 熊海蓉
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: CN105061083B

Abstract

本发明涉及一种钾肥控释包膜剂，由成膜剂、乳化剂、增塑剂、致孔剂和溶剂经溶解混合、乳化均质配制而成，适用于普通粒状钾肥包膜、使其成为包膜钾肥。本发明可在0℃～45℃条件下对普通钾肥进行包膜，包膜质量比1:2.5～4.5；包膜时能在普通钾肥表面形成牢固的包衣膜，通过调节包膜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膜钾肥。本发明包衣普通粒状钾肥应用于玉米、油菜、水稻、棉花，钾肥的利用率提高26.2％～43.1％，玉米、油菜、水稻和棉花增产7.2％～15.1％。本发明生产工艺简单、成本低廉、包衣简便，经济效益、社会效益及生态效益明显。

Description

钾肥控释包膜剂

技术领域

本发明涉及一种用于钾肥包膜处理、使其成为控释钾肥的包膜剂，属于新型肥料制备技术和作物栽培技术领域。具体地说是一种钾肥控释包膜剂，由成膜剂、乳化剂、增塑剂、致孔剂和溶剂经溶解混合、乳化均质配制而成，适用于普通钾肥，尤其是粒状钾肥包膜、使其成为控释钾肥。

背景技术

自1840年以来，化学肥料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，化学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；同时造成了较严重的水体污染，成为农业面源污染的重要因素。

20世纪60年代起，美国、日本以及西欧等国家相继开始注意到肥料的缓释问题，研究缓释肥，以减缓肥料养分的释放速度，如硫(硫磺)包膜尿素等；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，如树脂包膜控释肥等。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60多个国家大力研发、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/控释肥和包膜(包衣)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，正逐步被包膜型缓/控释肥取代。

现有包膜型缓/控释肥主要有树脂类包膜肥料和塑料类包膜肥料两大类。据文献报道，现有的这两大类包膜缓/控释肥虽然在提高肥料养分利用率方面效果较好，但存在以下主要不足：(1)包衣材料昂贵、设备投资大，肥料生产工艺较复杂、包衣过程需要长时间高温(100～170℃)处理，能耗大、导致包膜肥生产成本高，包膜肥料价格为包膜前普通肥料价格的3～6倍。(2)目前所用的包膜材料，大多数在土壤中很难降解，随着包膜肥料的施用长期存在于土壤中，会对土壤造成二次污染；而且包膜材料需要使用甲苯、二甲苯等毒性较高的溶剂溶解，对生产操作人员健康不利，并易造成大气污染。(3)现有包膜缓/控释肥涉及的是养分氮的缓/控释，极少考虑养分钾的缓/控释问题；且包膜缓/控释肥在土壤中释放养分滞后，前期养分释放不足，作物生长前期吸收不到足够的养分，后期释放养分过剩，导致养分的释放特性与作物对养分的需求规律不同步，肥料养分损失仍然较大。钾肥在作物中的作用非常重要，但钾肥活性高，极易溶于水，容易随水流失，造成严重浪费。而目前生产上对钾肥的包膜研究少，对其控释的研究更少。

由于以上原因，现有包膜钾肥很少、且应用范围有限，主要用于花卉、水果、草坪以及烟草等高价值经济作物上，极少用于玉米、油菜、水稻、棉花等大田作物。

因此，研发包膜材料价廉、生产与包衣简便、能耗低、环境友好的包膜控释钾肥，以降低控释钾肥的生产成本、减少环境污染、提高养分利用率，是目前国内外新型钾肥发展的主要方向之一。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的主要不足，运用可生物降解的新型高分子成膜材料与控释技术，提供一种包膜剂，该包膜剂具有生产与包膜简便、成本较低、环境友好等特点，适用于普通钾肥，尤其是粒状普通钾肥包膜、可以控制钾肥的释放速度，满足作物对钾肥的吸收利用，减少钾肥的流失，提高钾肥的利用率。

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、增塑剂、致孔剂和溶剂配制，即得钾肥控释包膜剂。

(1)所述的成膜剂为异氰酸酯PM-200、异氰酸酯PM-300中的一种或者二种配制的成膜剂；用量为总质量的5％～15％；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6501、乳化剂6502中的一种或者二种；用量为总质量的0.2％～1.2％；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)所述的增塑剂为磷酸三乙酯；用量为总质量的0.3％～1.5％

(4)所述的致孔剂为石油醚；用量为总质量的0.1％～0.8％；

(5)所述的溶剂为丙酮；用量为总质量至100％的余量。

本发明优选的方案：用可生物降解的高分子成膜材料作成膜剂，与乳化剂、增塑剂、致孔剂和溶剂通过溶解混合、乳化均质配制布而成。

(a)所述的成膜剂为异氰酸酯PM-200、异氰酸酯PM-300中的一种或者二种配制的成膜剂；用量为总质量的5％～15％；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；

(b)所述的乳化剂为乳化剂6501、乳化剂6502中的一种或者二种；用量为总质量的0.2％～1.2％；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；

(c)所述的增塑剂为磷酸三乙酯；用量为总质量的0.3％～1.5％

(d)所述的致孔剂为石油醚；用量为总质量的0.1％～0.8％；

(e)所述的溶剂为丙酮；用量为总质量至100％的余量。

本发明的生产方法：

按照配方要求，将成膜剂投入带搅拌装置的溶解釜中，用计量泵泵入溶剂，在15℃～30℃的室温下搅拌使成膜剂溶解；然后依次将乳化剂、增塑剂、致孔剂泵入溶解釜中，搅拌混合均匀，得混合液；将混合液泵入乳化釜中，在15℃～30℃的室温下乳化均质20分钟，用液体定量灌装机灌装，即得钾肥控释包膜剂。

本发明适用于普通钾肥包膜，尤其适应于普通粒状钾肥的包膜，通过包膜，可使钾肥成为包膜钾肥，适用的包膜的钾肥品种包括氯化钾、硫酸钾、碳酸钾、硅酸钾、硝酸钾、磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、焦磷酸钾、黄腐酸钾。

本发明可在0℃～45℃条件下对普通钾肥进行包膜，包膜质量比，即包膜剂质量:钾肥质量为1:2.5～4.5；可以对市售普通钾肥进行包膜，也可以在现有普通钾肥生产过程中的钾肥造粒工艺中进行包膜；包膜方式可以使用转鼓包膜、流化床包膜或者圆盘包膜方式，边喷淋包膜剂边搅动钾肥，直至钾肥包膜均匀为止。

本发明包膜时能在普通钾肥表面形成牢固的包衣膜，可以通过调节包膜质量比和致孔剂的用量，来调节包衣膜的厚度、膜孔密度及膜孔径，从而获得不同控释期的包膜钾肥，以便用于生长期不同的作物。钾肥的使用量可以按照不同作物的生长需要计算确定施肥量。因包膜钾肥减少了养分钾的流失，提高了利用率，其施用量可比直接散施普通钾肥减少。

本发明的作用机制：

本发明包膜普通粒状钾肥时，包膜剂能在钾肥表面形成包衣膜，包衣膜具有膜孔道、难溶于水、且具有牢固性，不易裂解，保持包衣膜的完整性；可以通过调节包膜质量比和致孔剂的用量，来调节包衣膜的厚度、膜孔密度及膜孔径，获得不同控释期的包膜钾肥。当包衣膜越厚、孔径越小时，控释期越长，反之，则控释期越短。包膜钾肥播施到作物生长的土壤后，包膜钾肥与土壤中的水分接触，水分通过包膜钾肥的膜孔道进入肥料内部，钾肥中的养分钾在水分子的作用下缓慢溶解，再通过膜孔道逐步控制释放进入土壤，及时被作物吸收利用，使包膜钾肥中养分钾的释放特性与作物的需钾规律保持一致，达到钾肥养分控释的效果。根据玉米、油菜、水稻、棉花等作物的需钾规律，将不同控释期的包膜钾肥按适当比例混合，作为基肥一次性施入，即可实现玉米、油菜、水稻、棉花等作物一次性施用包膜钾肥满足全生育期对养分钾的需求、不再追施钾肥。

本发明是农业部公益性行业(农业)科研专项(201303103)、农业部国家现代农业产业技术体系建设岗位专家项目(CARS-01-30)和科技部科技支撑计划项目(2010BAD01B01)的重要内容之一。检测表明，用本发明包膜普通粒状钾肥制得的包膜钾肥，其表面的包衣膜孔径0.12～0.18um，膜孔密度470～590万孔/cm²。经过3年多的盆栽、田间育苗以及大田栽培试验证明：本发明包膜普通钾肥应用于玉米、油菜、水稻、棉花，钾肥的利用率提高26.2％～43.1％，节肥21.9％～42.3％；在施用纯钾等量的条件下，玉米、油菜、水稻和棉花施用本发明包膜制得的包膜钾肥、比施用未包膜的普通钾肥增产7.2％～15.1％；经济效益、社会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)生产简便、成本低廉。选用廉价的高分子材料作成膜剂，生产工艺简单，成本低，普通粒状钾肥包膜后成本仅增加27％～33％；克服了现有包膜肥价格为普通肥的3～6倍等主要缺点，因而容易在玉米、油菜、水稻、棉花等大田作物上推广应用。

(2)包膜方便、能耗较低。本发明既可以对市售普通钾肥进行包膜，也可以在现有普通钾肥生产中的造粒工艺中进行包膜；包膜条件温和，可在0℃～45℃条件下进行，克服了现有技术需要特殊设备、需在高温100～170℃下长时间包膜等缺点。

(3)环境友好、无二次污染。本发明选用易生物降解的新型高分子成膜材料作成膜剂，可以克服现有技术使用很难降解的包膜材料、易对土壤造成二次污染等缺点；克服现有技术需要使用甲苯、二甲苯等毒性大的溶剂溶解包膜材料，对操作人员健康不利等不足。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。

实施例1：

以生产100Kg钾肥控释包膜剂为例，5个非限定性实施配方如表1所示。

表1本发明非限定性实施配方(单位：Kg)

实施例2：

根据配方要求，成膜剂：异氰酸酯PM-20015％；乳化剂：乳化剂65010.9％；增塑剂：磷酸三乙酯1.2％，致孔剂：石油醚0.5％，溶剂：丙酮至82.4％。

按照上述配方要求，将成膜剂投入带搅拌装置的溶解釜中，用计量泵泵入溶剂，在15℃～30℃的室温下搅拌使成膜剂溶解；然后依次将乳化剂、增塑剂、致孔剂泵入溶解釜中，搅拌混合均匀，得混合液；将混合液泵入乳化釜中，在15℃～30℃的室温下乳化均质20分钟，用液体定量灌装机灌装，即得钾肥控释包膜剂。检测表明，用本发明包膜普通粒状钾肥制得的包膜钾肥，其表面的包衣膜孔径0.12～0.18um，膜孔密度470～590万孔/cm²。

Claims

1.一种钾肥控释包膜剂，由成膜剂、乳化剂、增塑剂、致孔剂和溶剂配制而成，适用于普通钾肥包膜，其特征在于：

(1)所述的成膜剂为异氰酸酯PM-200、异氰酸酯PM-300中的一种或者二种配制的成膜剂；用量为总质量的5％～15％；

(2)所述的乳化剂为乳化剂6501、乳化剂6502中的一种或者二种；用量为总质量的0.2％～1.2％；

(3)所述的增塑剂为磷酸三乙酯；用量为总质量的0.3％～1.5％；

(4)所述的致孔剂为石油醚；用量为总质量的0.1％～0.8％；

(5)所述的溶剂为丙酮；用量为总质量至100％的余量。

2.根据权利要求1所述的钾肥控释包膜剂，其特征在于：包膜时，包膜剂与普通钾肥质量比为1:2.5～4.5。

3.根据权利要求1或者2所述的钾肥控释包膜剂，其特征在于：所述的普通钾肥，包括氯化钾、硫酸钾、碳酸钾、硅酸钾、硝酸钾、磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、焦磷酸钾、黄腐酸钾。