CN105272602A - 一种淀粉与荷叶粉共混包膜材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淀粉与荷叶粉共混包膜材料及其制备方法和应用，所述包膜材料由淀粉、荷叶粉、腐殖酸和交联剂组成，其中淀粉占包膜材料总质量的75％-85％，荷叶粉占包膜材料总质量的10％-20％，腐殖酸占包膜材料总质量的0％-10％，且不等于0，交联剂占包膜材料总质量的0.2％-5.0％。通过将处方量的淀粉、荷叶粉、腐殖酸置于反应釜中，加水搅拌混合均匀，加热至60～90℃，糊化，再加入处方量的交联剂，在90～100℃下回流，使其发生交联反应；之后，搅拌、冷却出料，制得淀粉/荷叶粉包膜材料水分散液。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
技术领域
本发明属于材料与肥料技术领域，具体涉及一种淀粉与荷叶粉共混包膜材料及其制备方法和应用。
背景技术
肥料是农业生产最重要的生产资料之一，是农业持续发展的物质基础。近年来，由于肥料的流失和低效利用，已经造成了严重的资源浪费和巨大的经济损失，更重要的是对人体、大气、土壤和粮食造成了严重的污染。因此，如何提高肥料的利用率，把肥料的应用与农作物的产量、质量以及环境保护有机地结合起来，已经成为肥料研究领域中特别关注的焦点。
上世纪80年代以前，欧美、日本等发达国家都是将科学的施肥技术作为研究重点，但是随着时间的进展，此项研究已经不能更大化地提高肥料的利用率，因此转向了新型缓控释肥料的研制，力求从改变化肥自身的特性来大幅度提高肥料的利用率。缓控释肥料实现了肥料养分释放、土壤养分供应和植物养分吸收的平衡和协调，提高了肥料的利用率，并减轻了不合理施肥对环境的污染，同时可以一次性施肥，减少了劳力成本，更便于在我国农业分散经营的条件下推广。目前，包膜包衣类缓控释肥料代表了缓控释肥料的发展方向。制造包膜肥料的过程中包膜材料通常不与肥料发生化学反应，通过调整包膜材料的组成和结构，还能灵活地调节其释放特性，在技术和经济上有较大的优势。包膜型缓控释肥料养分释放几乎不受土壤微生物、温度等环境因素的影响，肥效较为稳定。但是，由于成本较高，如一股的硫包衣和有机聚合物包膜尿素的成本为尿素的3～8倍，限制了其在大田作物上的广泛应用，多用于非农业市场(高尔夫球场、苗圃、专业草坪、景观园艺)，仅有10％用于农业，且主要是用在经济价值高的蔬菜、草莓、柑橘等，用在大田粮食作物上的比例就更少。
我国是农业大国，化肥用量巨大。所以要将缓控释肥料在国内大面积推广，必须能研发出能用于大田作物，且价格低廉的缓控释肥料，而此项研究的关键又集中在性能优良、廉价的包膜材料研发中。
选用价格便宜、对土壤和水源没有污染、可生物降解的高分子材料越来越受到人们的关注。目前研究较多的是采用淀粉、壳聚糖等天然高分子材料与可生物降解的聚合物材料(如聚乙烯醇、聚乳酸等)共混。吴春华等人(吴春华，安鑫南，刘应隆，南京林业大学学报(自然科学版)，2002，5，21～23)以芭蕉芋淀粉与聚乙烯醇为原料，在交联剂的作用下，制得包膜料液，用此料液给尿素涂膜，制得包膜尿素。将包膜尿素与未包膜尿素的性能进行对比试验，结果表明，此包膜尿素缓释性能良好，且有保水性，抗结块性。此包膜材料具有可生物降解、无环境污染等特点。但是，所制备的包膜尿素肥料中尿素的含量低于10％。
本发明以廉价、环境友好的淀粉、荷叶粉、腐殖酸等天然高分子及其衍生物为主要原料，通过共混并对其进行交联改性，制备出缓控释包膜材料。由于荷叶粉表面是一种超疏水结构，共混所得到的包膜材料是一种防水型包膜材料，能够有效地延长肥料释放的时间。再将这种包膜材料包覆在农用化肥上，从而制备出性能优良的缓控释肥料。而且这种缓控释肥料价格便宜，包膜材料易降解，对环境无污染，是一种很有开发前景的缓控释肥料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种淀粉与荷叶粉共混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：
一种淀粉与荷叶粉共混包膜材料，由淀粉、荷叶粉、腐殖酸和交联剂组成，其中所述的淀粉占包膜材料总质量的75％-85％，所述的荷叶粉占包膜材料总质量的10％-20％，所述的腐殖酸占包膜材料总质量的0％-10％，且不等于0，所述的交联剂占包膜材料总质量的0.2％-5.0％。
本发明所述的淀粉选自小麦淀粉和/或玉米淀粉。
本发明所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或丙三醇。
本发明还提供了所述的淀粉与荷叶粉共混包膜材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将处方量的淀粉、荷叶粉、腐殖酸置于反应釜中，加水搅拌混合均匀，加热至60～90℃，糊化；
2)再加入处方量的交联剂，，在90～100℃下回流，使其发生交联反应；之后，搅拌、冷却出料，制得淀粉/荷叶粉包膜材料水分散液。
进一步，步骤(1)中加入反应釜水的质量是包膜材料质量的3.5-9.0倍。
本发明的另一目的在于提供所述包膜材料作为缓控释肥料包膜的应用，所述包膜材料是具有良好缓控释性和可降解性的淀粉高分子材料。包膜质量是所述的包膜缓控释肥料质量的2％～30％。
本发明所述的缓控释肥料，包括肥料核芯和所述包膜材料，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。具体通过以下方法制备：
1)将处方量的淀粉、荷叶粉、腐殖酸置于反应釜中，加水搅拌混合均匀，加热至60～90℃，糊化，再加入处方量的交联剂，，在90～100℃下回流，使其发生交联反应；之后，搅拌、冷却出料，制得淀粉/荷叶粉包膜材料水分散液；
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50～95℃；将制备的淀粉/荷叶粉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：
本发明以廉价、环境友好的荷叶粉、淀粉、腐殖酸等天然高分子及其衍生物为主要原料，通过共混并对其进行交联改性，制备出缓控释包膜材料，解决了原料成本昂贵的问题。由于交联剂的引入，使得包膜材料在包覆到肥料颗粒表面上成膜后可形成交联高分子膜。通过交联剂的作用，减少了淀粉、荷叶粉等天然高分子中亲水基团的含量，达到包膜材料难溶于水的目的；通过调整原料组分组成、交联剂用量，控制交联高分子膜的交联密度，进一步达到调控缓控释肥料养分释放的目的。由于荷叶粉表面是一种超疏水结构，共混所得到的包膜材料是一种防水型包膜材料，能够有效地延长肥料释放的时间。再将这种包膜材料包覆在农用化肥上，从而制备出性能优良的缓控释肥料，具有具有原料易得、方法简单、操作方便、生产安全、无环境污染，便于推广应用等优点。
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。
本发明提供了淀粉/荷叶粉包膜材料及其制备方法：包膜材料以小麦淀粉或者玉米淀粉、荷叶粉、腐殖酸和交联剂为原料，交联剂包括N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或丙三醇。制备方法就是在反应釜中分别加入水、淀粉、荷叶粉、腐殖酸，搅拌、混合均匀，反应釜内温度设置到60-90℃,加热糊化；再加入交联剂，在90-100℃下回流，使其发生交联反应；之后搅拌、冷却出料，制得淀粉/荷叶粉包膜材料水分散液。淀粉的质量为包膜材料的75％-85％，荷叶粉的质量为包膜材料的10％-20％，腐殖酸的质量为包膜材料的0％-10％，且≠0,交联剂的质量为包膜材料的0.2％-5.0％。加入反应釜水的质量是包膜材料质量的3.5-9.0倍。
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50～95℃。包膜过程是采用本领域中常用包膜工艺进行，优选在沸腾式或转鼓式流化床中以喷涂的方式将本发明的包膜材料包覆到肥料颗粒表面。包膜质量是包膜缓控释肥料质量的2％-30％。
实施例1
一种包膜缓控释肥料，具体通过以下过程制备：
(1)淀粉/荷叶粉包膜材料分散液的制备
将蒸馏水80ml、小麦淀粉8.0g、荷叶粉1.0g、腐殖酸0.2g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60-90℃下糊化，再加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.2g、丙三醇0.2g，在90-100℃下回流2-3小时，冷却出料。
(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95℃，将上述包膜材料分散液5kg从双流喷嘴喷涂到颗粒尿素表面，喷涂速度大约为30g/min。
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。将一定量上述制备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，结果所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为72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。将一定量制备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，结果所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为40天。
实施例3
一种包膜缓控释肥料，具体通过以下过程制备：
(1)包膜材料分散液的制备
将蒸馏水82ml、小麦淀粉9.0g、荷叶粉2.0g、腐殖酸0.2g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1～2小时后，加热至80～90℃下糊化，再加入交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.2g、丙三醇0.2g，在90～100℃下回流2～3小时，冷却出料。
(2)包膜缓控释肥料的制备
同实施例1。
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。将一定量制备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，结果所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为85天。
实施例4
一种包膜缓控释肥料，通过以下方法制备：
(1)包膜材料分散液的制备
同实施例3
(2)包膜缓控释肥料的制备
将5kg粒径为2～4mm的颗粒复合肥料装入沸腾式流化床内，预热至95℃，将上述包膜材料分散液5kg从双流喷嘴喷涂到颗粒复合肥料表面，喷涂速度大约为30g/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。将一定量制备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，结果所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为98天。
实施例5
一种包膜缓控释肥料，其制备过程同实施例3，不同之处在于用磷酸铵代替颗粒尿素。
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。将一定量制备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，结果所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为80天。
实施例6
一种包膜缓控释肥料，通过以下方法制备：
(1)包膜材料分散液的制备
同实施例3
(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95℃，将上述包膜材料分散液5kg从双流喷嘴喷涂到颗粒尿素表面，喷涂速度大约为35g/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。将一定量制备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，结果所制备的包膜缓控释肥料的养分释放期为87天。
Claims (9)
1.一种淀粉与荷叶粉共混包膜材料，其特征在于，所述的包膜材料由淀粉、荷叶粉、腐殖酸和交联剂组成，其中所述的淀粉占包膜材料总质量的75％-85％，所述的荷叶粉占包膜材料总质量的10％-20％，所述的腐殖酸占包膜材料总质量的0％-10％，且不等于0，所述的交联剂占包膜材料总质量的0.2％-5.0％。
2.根据权利要求1所述的一种淀粉与荷叶粉共混包膜材料，其特征在于，所述的淀粉选自小麦淀粉和/或玉米淀粉。
3.根据权利要求1所述的一种淀粉与荷叶粉共混包膜材料，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。
4.权利要求1所述淀粉与荷叶粉共混包膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将处方量的淀粉、荷叶粉、腐殖酸置于反应釜中，加水搅拌混合均匀，加热至60～90℃，糊化；
2)再加入处方量的交联剂，，在90～100℃下回流，使其发生交联反应；之后，搅拌、冷却出料，制得淀粉/荷叶粉包膜材料水分散液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中加入反应釜水的质量是包膜材料质量的3.5-9.0倍。
6.权利要求1所述淀粉与荷叶粉共混包膜材料作为缓控释肥料包膜的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，包膜质量是所述的包膜缓控释肥料质量的2％～30％。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的缓控释肥料通过以下方法制备：
1)将处方量的淀粉、荷叶粉、腐殖酸置于反应釜中，加水搅拌混合均匀，加热至60～90℃，糊化，再加入处方量的交联剂，，在90～100℃下回流，使其发生交联反应；之后，搅拌、冷却出料，制得淀粉/荷叶粉包膜材料水分散液；
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50～95℃；将制备的淀粉/荷叶粉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。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的肥料颗粒的平均粒径为2～5mm。
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