CN105315062A - 一种用于肥料的生物-光双功能降解缓释膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料包膜的配方及制备方法，其中包膜材料由聚烯烃、可生物降解聚合物、光降解促进剂、无机粉料添加剂、热氧化促进剂及交联剂组成，溶剂为有机溶剂；包膜液的制备方法为：将一定量溶剂加热到100-120^oC，而后按顺序依次加入聚烯烃、可生物降解聚合物，光降解促进剂、热氧化促进剂、无机粉料添加剂和交联剂，持续搅拌加热至140-160^oC,形成稳定、均一的包膜液；利用流化床将包膜材料涂敷在肥料表面形成包膜肥，溶剂得到回收。包膜材料具有生物和光双功能降解性能，防止肥料包膜带来的二次污染。

Description

一种用于肥料的生物-光双功能降解缓释膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种肥料可降解缓释包膜的制备方法，特别是涉及一种用于肥料的生物-光双功能降解缓释膜的制备方法。

背景技术

化肥是农业生产最重要的原材料之一，而近年来，随着人口总量的激增、耕地面积的减少，粮食的供需矛盾不断加剧，使得农业对化肥的依赖不断增强，然而随着化肥使用量日益增多过程中，普通的常规肥料有效利用率却未得到有效提升，化肥在使用过程中的大量流失一方面导致了不可再生资源的极大浪费，另一方面也带来了环境的污染。为了有效提升化肥的利用效率，缓控释肥料应运而生，按照控制肥料养分释放原理的不同，目前的缓控释肥料主要分为三大类：一类是控制养分在土壤中的转化，如在普通尿素中加入脲酶抑制剂，抑制土壤中脲酶的活性，控制尿素的水解；另一类是低水溶性肥料，主要是指采用化学工艺合成的溶解度较低的有机或无机类肥料；第三类是包裹/包膜型缓释肥料，是指在水溶性肥料外层包裹有机/无机缓释包膜，通过该包膜的阻隔作用达到膜内肥料养分的缓慢释放。在这三类缓释肥料中，热塑性树脂包膜型肥料可以通过制备过程中调变包膜材料的配比达到养分的释放速率随土壤环境温度的变化而变化，从而较好地契合了作物在不同季节对养分需求量，可以说，热塑性包膜肥料是当前应用效果较好的主要缓释肥料品种之一，近年来，得到了大范围的推广和应用。然而，随着该类型肥料的逐步使用，一些肥料本身的突出问题逐渐暴漏，如：肥料使用期过后，外层的树脂包膜（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等）长时间难以降解，树脂包膜的不断聚集易造成土壤板结，土质破坏，同时在土壤翻耕过程中细小的包膜漂浮至周边环境中，已形成环境污染，所以，设计一种能够满足使用期养分缓释功能，又能够在使用期过后迅速降解的缓释包膜十分必要。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种可降解缓释肥料包膜的制备方法，特别是一种具有生物和光双功能降解性的缓释肥料包膜的制备方法，该法制备的缓释包膜能够提供较好的缓控释效果，同时在肥料使用期过后，包膜材料能够在土壤中或自然光照条件下较快速的降解。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，包括聚烯烃、可生物降解聚合物、光降解促进剂、无机粉料添加剂、热氧化促进剂和交联剂。各组分的重量配比为：聚烯烃30-50%，可生物降解聚合物30-50%，光降解促进剂0.2-0.4%，无机粉料添加剂10-20%，热氧化促进剂0.1-0.2%，交联剂2-5%。

所述的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种；

所述的可生物降解聚合物为聚乙烯醇、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚己内酯、聚乳酸中的一种或几种；

所述的光降解促进剂为硬脂酸铁、硬脂酸铈、硬脂酸钴、乙酰丙酮铁、二茂铁、硬脂酸钴、二乙基二硫代氨基甲酸铁中的一种或几种；

所述的无机粉料添加剂为碳酸钙、滑石粉、硫酸镁、硫酸锌、硫酸锰、硼砂中的一种或几种，无机粉料的粒径为1250-2000目；

所述的热氧化促进剂为油酸；

所述的交联剂为乙烯丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、环氧氯丙烷、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种。

一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜液的制备方法，其特征在于：包括

步骤一：量取一定量溶剂，持续搅拌，并加热到100-120^oC；

步骤二：加入聚烯烃，加入比例为每升溶剂加入聚烯烃25-40g；

步骤三：待聚烯烃溶解后，依次加入可生物降解聚合物、光降解促进剂、热氧化促进剂，加入的比例为每升溶剂加入可生物降解聚合物25-40g，光降解促进剂0.15-0.3g，自氧化促进剂0.07-0.15g;

步骤四：待上述物料溶解均匀后，加入无机粉料添加剂，加入的比例为每升溶剂加入无机粉料添加剂8-16g；

步骤五：待无机粉料添加剂分散均匀后，加入交联剂，加入的比例为每升溶剂加入交联剂1.5-4.0g，而后加热至140-160^oC，持续搅拌至均一的包膜液。

所述步骤一中的溶剂为四氯乙烯、三氯乙烯、二氯甲烷、甲苯中的一种。

肥料包膜液制备完成后，利用流化床喷涂工艺将包膜液喷涂于肥料颗粒表面，溶剂通过流化床内热风烘托挥发，并通过冷凝装置回收再利用，包膜材料在肥料颗粒表面固化形成缓释包膜。包膜肥料的核芯可以为大颗粒尿素、常规复合肥等；流化床吹扫空气温度为80-90^oC；包膜液的量由肥料的量和包衣率决定。本发明涉及的可降解缓释肥料包膜是在聚烯烃的基础上添加了与聚烯烃互溶性能较佳的可生物降解的有机材料，提升了包膜的强度与韧性，有效防止了生产、物流过程中的包膜破损，保证了包膜的缓释效果；薄膜中生物降解和光降解组分的存在，能够确保肥料在施用期后无论处于暴漏或土埋条件下均能较为快速的降解，杜绝了聚烯烃类包膜材料因长期不降解对环境的污染和土质的破坏；通过调节包膜的包覆率和油酸的含量可以有效调节初期养分释放率和释放期；包膜中的无机粉料添加剂（如：硫酸镁、硫酸锌、硫酸锰等）在包膜降解的过程中可缓慢释放出相关中、微量元素，保证了土壤中相关中微量元素的平衡，一定程度上促进了作物的生长。

具体实施方式

实施例1

向包膜液反应釜中加入500L三氯乙烯溶剂，搅拌并加热至100^oC，加入聚乙烯12.55kg，待聚乙烯完全溶解后，依次加入聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯12.55kg，硬脂酸铁0.075kg，油酸0.035kg，待上述材料溶解混合均一后，继续加入碳酸钙粉2kg，硫酸锌1kg，硫酸镁1kg，搅拌均匀后，加入乙烯丙烯酸共聚物0.75kg，保持搅拌，加热至150^oC，直至形成均一包膜液待用。称取大颗粒尿素970kg，加入到流化床中，开启风机与空气加热器，使流化床中的大颗粒尿素处于沸腾状态，保持流化空气温度为80^oC，将包膜液喷雾至大颗粒尿素表面，溶剂三氯乙烯被热空气吹扫挥发，经后续冷凝回收，包膜材料固化于尿素表面，形成具有生物-光双功能降解功能的缓释包膜尿素，包衣率为3%，初期养分释放率12%，释放期72天。

实施例2

向包膜液反应釜中加入1000L三氯乙烯溶剂，搅拌并加热至100^oC，加入聚乙烯25kg，待聚乙烯完全溶解后，依次加入聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯25kg，硬脂酸铁0.15kg，油酸0.07kg，待上述材料溶解混合均一后，继续加入碳酸钙粉4kg，硫酸锌2kg，硫酸镁2kg，搅拌均匀后，加入乙烯丙烯酸共聚物1.5kg，保持搅拌，加热至150^oC，直至形成均一包膜液待用。称取大颗粒尿素940kg，加入到流化床中，开启风机与空气加热器，使流化床中的大颗粒尿素处于沸腾状态，保持硫化空气温度为80^oC，将包膜液喷雾至大颗粒尿素表面，溶剂四氯乙烯被热空气吹扫挥发，经后续冷凝回收，包膜材料固化于尿素表面，形成具有生物-光双功能降解功能的缓释包膜尿素，包衣率为6%，初期养分释放率3%，释放期105天。

实施例3

向包膜液反应釜中加入1000L三氯乙烯溶剂，搅拌并加热至100^oC，加入聚丙烯18kg，待聚乙烯完全溶解后，依次加入聚己内酯28kg，硬脂酸铁0.2kg，油酸0.07kg，待上述材料溶解混合均一后，继续加入碳酸钙粉6kg，硫酸锌2kg，硫酸镁2kg，硼砂2kg，搅拌均匀后，加入乙烯丙烯酸共聚物1.8kg，保持搅拌，加热至150^oC，直至形成均一包膜液待用。称取大颗粒尿素940kg，加入到流化床中，开启风机与空气加热器，使流化床中的大颗粒尿素处于沸腾状态，保持硫化空气温度为80^oC，将包膜液喷雾至大颗粒尿素表面，溶剂四氯乙烯被热空气吹扫挥发，经后续冷凝回收，包膜材料固化于尿素表面，形成具有生物-光双功能降解功能的缓释包膜尿素，包衣率为6%，初期养分释放率4.5%，释放期96天。

采用国标HJ/T209-2005方法，按照上述实施实例中的包膜液配方利用流延法制备的厚度为0.01mm缓释薄膜的降解性能进行检测，在标准要求的测试条件下，各包膜的光降解断裂伸长率保留率均可达到20%以下，生物降解的降解率可超过50%，降解性能的各项指标完全达到了国家标准的要求，实现了肥料缓释包膜使用过程的生态环保。

Claims (9)

1.一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，其特征在于：包括聚烯烃、可生物降解聚合物、光降解促进剂、无机粉料添加剂、热氧化促进剂和交联剂；各组分的重量配比为：聚烯烃30-50%，可生物降解聚合物30-50%，光降解促进剂0.2-0.4%，无机粉料添加剂10-20%，热氧化促进剂0.1-0.2%，交联剂2-5%。

2.根据权利要求1所述的一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，其特征在于：聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，其特征在于：可生物降解聚合物为聚乙烯醇、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚己内酯、聚乳酸中的一种或几种物质的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，其特征在于：光降解促进剂为硬脂酸铁、硬脂酸铈、硬脂酸钴、乙酰丙酮铁、二茂铁、硬脂酸钴、二乙基二硫代氨基甲酸铁中的一种或几种物质混合物。

5.根据权利要求1所述的一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，其特征在于：无机粉料添加剂为碳酸钙、滑石粉、硫酸镁、硫酸锌、硫酸锰、硼砂中的一种或几种物质混合物，无机粉料的粒径为1250-3000目。

6.根据权利要求1所述的一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，其特征在于：热氧化促进剂为油酸。

7.根据权利要求1所述的一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，其特征在于：交联剂为乙烯丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、环氧氯丙烷、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种。

8.一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜液的制备方法方法，其特征在于：包括

步骤一：量取一定量溶剂，持续搅拌，并加热到100-120^oC；

步骤二：加入聚烯烃，加入比例为每升溶剂加入聚烯烃25-40g；

步骤三：待聚烯烃溶解后，依次加入可生物降解聚合物、光降解促进剂、热氧化促进剂，加入的比例为每升溶剂加入可生物降解聚合物25-40g，光降解促进剂0.15-0.3g，自氧化促进剂0.07-0.15g；

步骤四：待上述物料溶解均匀后，加入无机粉料添加剂，加入的比例为每升溶剂加入无机粉料添加剂8-16g；

步骤五：待无机粉料添加剂分散均匀后，加入交联剂，加入的比例为每升溶剂加入交联剂1.5-4.0g，而后加热至140-160^oC，持续搅拌至均一的包膜液。

9.根据权利要求1所述的一种具有生物和光双功能降解性能的缓释肥料的包膜材料，其特征在于：步骤一中的溶剂为四氯乙烯、三氯乙烯、二氯甲烷、甲苯中的一种。