CN105237221A - 一种富稀土元素包膜材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了富稀土元素包膜材料及其制备方法和应用，富稀土元素包膜材料包括淀粉、纤维素、聚乙烯醇、交联剂、镧系稀土、水总质量为100份，复配改性剂20-30份，粉体填料5-15份。通过将淀粉、纤维素、聚乙烯醇、镧系稀土、水加入反应釜中搅拌混合，加热至60-80℃下糊化，再加入交联剂，在85-95℃保温反应2-3小时得到乳液，然后在室温下将相应比例的复配改性剂和粉体填料加入取出的乳液中，搅拌混合均匀可得富稀土元素复合包膜材料。通过调整包膜材料的组分组成、包膜材料和颗粒肥料的比例，可制备不同释放期的缓控释肥料。根据本发明制备缓控释肥料，所用原料来源广，便宜易得，制备方法简单，易于工业化生产。

Description

一种富稀土元素包膜材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于材料与肥料技术领域，具体涉及一种富稀土元素包膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

我国化肥生产和施用量均世界首位，为全国乃至全世界的粮食生产和保障作出了巨大的贡献。但化肥自身存在一些缺陷以及不合理地施用，在我国的化肥利用率只有30％左右，农民为了提高农作物的产量，往往二次或者多次增施肥料，不仅造成了资源的大量浪费，同时也给生态环境形成了不良影响，对可持续发展的经济策略带来了不利的影响。因此，长效的缓控释肥料的研制成为各个国家的研究热点，此研究方向是以改变肥料本身特性来提高肥料利用率，远远超出以控制施肥方法提高的化肥利用率。从目前的研究现状来看，包膜包衣缓控释肥料代表了肥料的发展方向，可以实现肥料缓慢释放、植物养分吸收协调配合，提高了肥料的利用率，也减少了追肥的用量和次数以及所增加的劳动成本，而且减轻了肥料浪费对环境的污染，实现了农业与环境的可持续发展。而我国是农业大国，如果要大面积得施用包膜包衣缓控释肥料，就必须研制缓控释效果好，同时价格低廉的品种，而其中关键的一步就是研发缓控释效果好，价格低廉，同时易降解的包膜材料，因此天然有机高分子材料成为首选的包膜材料。

稀土元素在我国储量丰富，因此我国很早就开始了稀土在农业上的研究与应用。稀土对环境友好、无毒害，一定浓度的可溶性盐类稀土溶液具有较好的调节植物生长、增加植物抗旱抗病能力，并且有提高农作物产量和品质的作用。稀土元素的作用表现在改善光合器官形态，即促进叶片生长，叶面积和叶厚明显增加，叶绿素在叶片中的含量增加；同时适当浓度的稀土元素还可以促进根系的生长和发育，提高根部活力以及根部的数量，从而促进根部对N、P、K等营养元素的吸收，因此地上部分也会生长得高大健壮；稀土元素还可以提高作物的抗逆性，即作物在复杂的生活环境中抵抗不良环境影响的能力，对作物的病虫害也有很好的预防作用；稀土元素还可以改善农作物产品品质，降低农产品中重金属的含量。

本发明在通过一系列物理共混的方法，将其原料与镧系稀土均匀共混，得到一种富稀土元素可降解的复合包膜材料，并应用于农业化肥。这种缓控释肥料不仅价格低廉，制作工艺简单，而且缓释肥料时间长，在包膜材料降解的同时，也给植物带来了有利的稀土元素，促进植物的生长和提供了抗病性，并对肥料和稀土元素达到了一个较高的利用率，避免了资源浪费和环境污染，是一种很有开发前景的缓释肥料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富稀土元素包膜材料及其制备方法和应用，本发明包膜材料原料易得，制备方法简单，操作方便，生产安全，无环境污染，便于推广应用。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种富稀土元素包膜材料，按重量份包括以下组分：组分A100份、复配改性剂20～30份、粉体填料5～15份，所述的组分A由淀粉、纤维素、聚乙烯醇、交联剂、镧系稀土、水组成，其中淀粉、纤维素、聚乙烯醇、交联剂、镧系稀土、水的质量比为8～11:2～5:4～7:3～4:2～3:69～80。

本发明所述的淀粉选自小麦淀粉或玉米淀粉中的一种。

本发明所述的纤维素选自甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种。

本发明所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或丙三醇。

本发明所述的复配改性剂为苯丙乳液或有机硅改性苯丙乳液中的一种，其固含量为46％wt。

本发明所述的粉体填料为轻质碳酸钙或滑石粉中的一种。

本发明还提供了所述的富稀土元素复合包膜材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将组分A加入反应釜中搅拌混合均匀，加热至60-80℃下糊化；

2)加入交联剂，在85-95℃保温反应2-3小时得到乳液，冷却出料备用；

3)取出一定质量上述备用的乳液，在室温下将复配改性剂和粉体填料加入乳液中，搅拌混合均匀即得富稀土元素复合包膜材料。

本发明的另一目的在于提供所述富稀土元素复合包膜材料作为缓控释肥料包膜的应用，包膜材料占整个包膜肥料质量的25％-55％。

本发明所述的缓控释肥料，包括肥料核芯和所述富稀土元素复合包膜材料，所述的肥料核芯为任何水溶性颗粒肥料，包括单一肥料和任意氮磷钾比例的复合肥料、复混肥料。所述的单一肥料为尿素、磷酸铵或硫酸钾。

本发明还提供了一种包膜缓控释肥料的制备方法，具体通过以下方法制备：

1)将组分A加入反应釜中搅拌混合均匀，加热至60-80℃下糊化，加入交联剂，在85-95℃保温反应2-3小时得到乳液，冷却出料备用，取出一定质量上述备用的乳液，在室温下将复配改性剂和粉体填料加入乳液中，搅拌混合均匀制得富稀土元素复合包膜材料乳液；

2)将颗粒肥料置于沸腾式或转鼓式流化床中进行预热，温度为60～95℃；将制备的富稀土元素复合包膜材料水分散液通过喷涂的方式包覆到肥料颗粒表面，制成包膜缓控释肥料。

进一步，所述的肥料颗粒的平均粒径为2～5mm。

本发明的有益效果为：

本发明把能促进农作物光合作用、根系生长、营养吸收以及增加作物抗逆性的镧系稀土加入到可降解的复合包膜材料，在包膜材料缓释肥料的同时，自身也在降解，避免了环境污染，同时也缓释了包膜材料中的稀土元素，及时高效地供应作物吸收利用，达到了稀土元素和肥料的双重缓释，得到了资源较高的利用率，同时提高了作物的产量和品质。同时富含稀土元素的包膜材料在土壤中更耐腐蚀，原因是稀土元素有一定的抑菌作用，因此富稀土元素的包膜肥料保肥时间更长。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。

本发明提供了富稀土元素复合包膜材料及其制备方法：包膜材料以淀粉、纤维素、聚乙烯醇、交联剂、复配改性剂、粉体填料、镧系稀土和水为原料，淀粉、纤维素、聚乙烯醇、交联剂、镧系稀土、水的质量比为8-11:2-5:4-7:3-4:2-3:69-80，以淀粉、纤维素、聚乙烯醇、交联剂、镧系稀土、水总质量为100份，复配改性剂20-30份，粉体填料5-15份。将淀粉、纤维素、聚乙烯醇、镧系稀土、水按照比例加入反应釜中搅拌混合均匀，加热至60-80℃下糊化，再加入交联剂，在85-95℃保温反应2-3小时得到乳液，冷却出料备用；取出一定质量上述备用的乳液，然后在室温下将相应比例的复配改性剂和粉体填料加入取出的乳液中，搅拌混合均匀可得富稀土元素复合包膜材料。淀粉是小麦淀粉、玉米淀粉中的一种；纤维素是甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种；交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或丙三醇；复配改性剂为苯丙乳液、有机硅改性苯丙乳液中的一种，其固含量为46％(wt)。粉体填料是轻质碳酸钙、滑石粉中的一种。包膜材料占整个包膜肥料质量的25％-55％。

本发明还提供了包膜缓控释肥料及其制备方法：本发明中所述的肥料核芯可以是任何水溶性颗粒肥料，包括单一肥料(氮肥如尿素、磷肥如磷酸铵、钾肥如硫酸钾)和任意氮磷钾比例的复合肥料、复混肥料。制备本发明的包膜缓控释肥料的方法包括在沸腾式或转鼓式流化床中，将本发明中所述的包膜材料包覆到肥料颗粒(平均粒径为2-5mm)表面而形成交联高分子膜的包膜过程，流化床内温度优选60～95℃。包膜过程是利用双流体喷头或者喷头组将上述复合包膜喷涂到预热的肥料颗粒表面，同时鼓吹60～95℃的热风对肥料进行干燥处理，形成包膜型缓释肥料。

实施例1

一种包膜缓控释肥料，具体通过以下过程制备：

(1)富稀土元素包膜材料的制备：

将蒸馏水75ml、小麦淀粉9g、甲基纤维素2g、聚乙烯醇6g、镧系稀土3g加入带有搅拌器、温度计、冷凝器和加热装置的反应釜中，室温搅拌1小时后，加热至60℃下糊化，再加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺2g、丙三醇1g，在90℃下回流3小时，冷却出料；然后取上述制备的乳液60g,加入苯丙乳液16g,苯丙乳液固含量为46％(wt)，再加入轻质碳酸钙3g，然后搅拌均匀即得富稀土元素包膜材料。

(2)包膜缓控释肥料的制备

将5kg粒径为3～4mm的颗粒尿素装入沸腾式流化床内，预热至80℃，将上述包膜材料分散液4kg从双流喷嘴喷涂到颗粒尿素表面，喷涂速度大约为50g/min，同时鼓吹热风干燥，热风温度为90℃。

包膜缓控释肥料的缓控释性能测试：在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。结果制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为50天。

实施例2

一种包膜缓控释肥料，其制备过程同实施例1，不同之处在于用玉米淀粉代替小麦淀粉。

在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。结果制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为55天。

实施例3

一种包膜缓控释肥料，其制备过程同实施例1，不同之处在于用羟甲基纤维素代替甲基纤维素。

在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。结果制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为38天。

实施例4

一种包膜缓控释肥料，其制备过程同实施例1，不同之处在于用羧乙基纤维素代替甲基纤维素。

在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。结果制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为45天。

实施例5

一种包膜缓控释肥料，其制备过程同实施例1，不同之处在于用有机硅改性苯丙乳液代替苯丙乳液。

在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。结果制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为51天。

实施例6

一种包膜缓控释肥料，其制备过程同实施例1，不同之处将轻质碳酸钙的用量增至8g。

在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。结果制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为42天。

实施例7

一种包膜缓控释肥料，其制备过程同实施例1，不同之处将喷涂速度降低为45g/min。

在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。结果制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为57天。

实施例8

一种包膜缓控释肥料，具体通过以下过程制备：

(1)富稀土元素包膜材料的制备：

将蒸馏水75ml、小麦淀粉9g、甲基纤维素2g、聚乙烯醇6g加入带有搅拌器、温度计、冷凝器和加热装置的反应釜中，室温搅拌1小时后，加热至60℃下糊化，再加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺2g、丙三醇1g，在90℃下回流3小时，冷却出料；然后取上述制备的乳液60g,加入苯丙乳液16g,苯丙乳液固含量为46％(wt)，再加入轻质碳酸钙3g，然后搅拌均匀即得富稀土元素包膜材料。

(2)包膜缓控释肥料的制备

将5kg粒径为3～4mm的颗粒尿素装入沸腾式流化床内，预热至80℃，将上述包膜材料分散液4kg从双流喷嘴喷涂到颗粒尿素表面，喷涂速度大约为50g/min，同时鼓吹热风干燥，热风温度为90℃。

在25℃的条件下，采用水浸泡法测试包膜缓控释肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数来表示。将一定量研制的包膜缓控释肥料放入水中，包膜缓控释肥料中养分通过包膜材料溶入到水中，一定天数后，分别测试氮、磷、钾的总含量，即按GB/T8572-2001标准测试氮的总含量，按GB/T8573-1999标准测试磷的总含量，按GB/T8574-1988标准测试钾的总含量。结果制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为47天。

实施例9

选取两株完全相同的玉米苗，高度均为25cm，在完全相同的外界条件下培养，分别施用相同质量的实施例1和实施例8得到的包膜肥料，生长一个月后分别测玉米苗的株高，分别得到62cm、51cm,表面富稀土元素的包膜肥料能促进植物对养分的吸收，促进植物的生长。

Claims (10)

1.一种富稀土元素包膜材料，其特征在于，按重量份包括以下组分：组分A100份、复配改性剂20～30份、粉体填料5～15份，所述的组分A由淀粉、纤维素、聚乙烯醇、交联剂、镧系稀土、水组成，其中淀粉、纤维素、聚乙烯醇、交联剂、镧系稀土、水的质量比为8～11:2～5:4～7:3～4:2～3:69～80。

2.根据权利要求1所述的一种富稀土元素包膜材料，其特征在于，所述的淀粉选自小麦淀粉或玉米淀粉中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种富稀土元素包膜材料，其特征在于，所述的纤维素选自甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种富稀土元素包膜材料，其特征在于，所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或丙三醇。

5.根据权利要求1所述的一种富稀土元素包膜材料，其特征在于，所述的复配改性剂为苯丙乳液或有机硅改性苯丙乳液中的一种，其固含量为46％wt。

6.根据权利要求1所述的一种富稀土元素包膜材料，其特征在于，所述的粉体填料为轻质碳酸钙或滑石粉中的一种。

7.权利要求1所述富稀土元素复合包膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将组分A加入反应釜中搅拌混合均匀，加热至60-80℃下糊化；

2)加入交联剂，在85-95℃保温反应2-3小时得到乳液，冷却出料备用；

3)取出一定质量上述备用的乳液，在室温下将复配改性剂和粉体填料加入乳液中，搅拌混合均匀即得富稀土元素复合包膜材料。

8.权利要求1所述富稀土元素复合包膜材料作为缓控释肥料包膜的应用，其特征在于，包膜材料占整个包膜肥料质量的25％-55％。

9.一种包膜缓控释肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将组分A加入反应釜中搅拌混合均匀，加热至60-80℃下糊化，加入交联剂，在85-95℃保温反应2-3小时得到乳液，冷却出料备用，取出一定质量上述备用的乳液，在室温下将复配改性剂和粉体填料加入乳液中，搅拌混合均匀制得富稀土元素复合包膜材料乳液；

2)将颗粒肥料置于沸腾式或转鼓式流化床中进行预热，温度为60～95℃；将制备的富稀土元素复合包膜材料水分散液通过喷涂的方式包覆到肥料颗粒表面，制成包膜缓控释肥料。

10.根据权利要求9所述的一种包膜缓控释肥料的制备方法，其特征在于，所述的肥料颗粒的平均粒径为2～5mm。