CN105315096B

CN105315096B - 复合包膜保水缓释尿素的制备方法

Info

Publication number: CN105315096B
Application number: CN201410576294.2A
Authority: CN
Inventors: 黄帮裕; 杜建军; 王新爱; 李永胜
Original assignee: Zhongkai University of Agriculture and Engineering
Current assignee: Zhongkai University of Agriculture and Engineering
Priority date: 2014-10-26
Filing date: 2014-10-26
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2034-10-26
Also published as: CN105315096A

Abstract

本发明提供一种复合包膜保水缓释尿素的制备方法，所述的保水缓释尿素以大颗粒尿素为核心，壳聚糖－聚乙烯醇复合膜为内包膜层，保水剂为外包膜层，形成具有双层膜结构的保水缓释尿素，具有良好的保水和养分缓释性能，其特征是将直径为2‑5mm的大颗粒尿素投入包膜设备中，使尿素在包膜设备中滚动并加热至80～100℃，将壳聚糖－聚乙烯醇包膜液喷洒于尿素表面，加入粒径小于0.075mm的保水剂，再用压强≥0.4MPa喷枪喷洒0.5％环氧氯丙烷进行表面交联反应，干燥得到成品肥料；该保水缓释尿素的生产工艺简单，投资成本低，易于产业化生产；生产过程未使用有机溶剂，克服了使用有机溶剂带来的二次污染问题。

Description

复合包膜保水缓释尿素的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合包膜保水缓释尿素的制备方法。

背景技术

我国是一个农业大国，化学肥料在农业生产中占有重要的地位，是粮食增产的基础，是农业持续发展的物质保证。目前农业使用的肥料主要是高水溶性肥料，水溶性高，养分速效。但缺点是养分释放快、有效期短、养分释放与作物养分吸收不相协调、肥料养分易损失或被固定，利用率低。大量研究表明，我国农田化肥的当季利用率氮肥只有30～50%，磷肥为10～20%，钾肥为35～50%，低于国外同类肥料约5～20%。以氮肥为例，每年损失的氮量相当于1900多万吨的尿素，折合人民币380多亿元。化肥的损失不仅仅是经济的直接损失，更严重的是化肥损失加剧了温室气体排放和水体富营养化。国内外的研究表明，缓/控释氮肥的利用率可高达70%以上，比尿素或硫酸铵高出30～50%，增产10%以上，显出巨大的节肥增产效果。

我国水资源相对贫乏，且分布不均，同时用水浪费很大，以农业为例，灌溉水的利用率只有40%左右，而我国又是一个农业大国，农业用水量占到总用水量的近80%。随着城市和工农业的迅速发展，水的供需矛盾愈来愈突出，工农业争水的矛盾更加尖锐，水资源短缺已成为限制我国工农业生产可持续发展的重要因素。实施高效节水农业是我国农业可持续发展的必由之路。

近年来，随着保水剂性能的不断改善和使用的普及，人们对保水剂在吸水保水的同时，对土壤肥料养分的保持和缓释作用开始给予了重视，保水剂应用于农业生产中可增强土壤保水性，改良土壤结构，减少土壤水分、以及养分流失，提高水肥利用率，同时提高作物产量等作用。但保水剂与肥料分开施用，不仅费工费时，而且不利于水肥调控和水肥效应的发挥。以保水剂为保水、缓释材料的保水型缓释肥料的研究成为水肥调控研究的新热点。

包膜类保水缓控释肥料是以肥料为核心，以高吸水性聚合物为膜材进行包膜。目前的包膜类保水缓控释肥料制备工艺和肥料性能主要存在以下问题：多次覆膜，工艺复杂；部分工艺为反相聚合成膜工艺，聚合过程中用到大量有机溶剂，造成环境污染；保水剂不耐盐，吸水、缓释性能较差；储运和使用过程中，膜材容易吸潮和脱落。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种复合包膜保水缓释尿素的制备方法。

本发明复合包膜保水缓释尿素的制备方法，该包膜肥料核心是大颗粒尿素，内膜是壳聚糖－聚乙烯醇复合膜，外膜是保水剂；

其中，所述内包膜层由2%的壳聚糖溶液和10%的聚乙烯醇溶液制备得到，按壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的质量比为3:1充分搅拌混合，加入第二类交联剂，搅拌混合得到；

所述外包膜层保水剂的制备方法为：准备反应单体，所述反应单体包括丙烯酸、丙烯酰胺单体和/或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；

将丙烯酸加入反应器中，搅拌均匀，缓慢加入氨水，使丙烯酸的中和度达到50～85%；依次加入丙烯酰胺单体和/或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及第一类交联剂和水组成反应组，充分溶解混合后，加入引发剂，80℃，反应1～2h，将反应产物剪碎、烘干、粉碎、过筛得到粒径小于0.075mm粉状的保水剂；

所述复合包膜保水缓释尿素的制备方法：称取直径为2-5mm的大颗粒尿素1000克投入包膜设备中，使尿素在包膜设备中滚动，用热风加热至80～100℃，用压强≥0.4MPa喷枪喷洒壳聚糖－聚乙烯醇包膜液喷洒于尿素表面，包膜液用量为尿素质量的10～20%，再加入占尿素质量5%～10%的粒径小于0.075mm的保水剂，再用压强≥0.4MPa喷枪喷洒第三类交联剂，热风干燥得到成品肥料。

进一步地，所述第一类交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述第一类交联剂质量与反应单体总质量比为0.10%～0.24%；

所述的引发剂为过硫酸铵，引发剂质量占反应单体总质量的1.6%～2.8%。

进一步地，所述第二类交联剂为甲醛和/或戊二醛和乙二醛，所述第二类交联剂用量为壳聚糖质量的0.06～0.15%。

进一步地，所述的第三类交联剂为环氧氯丙烷溶液、三氧化铝溶液和氯化钙溶液中的一种。

进一步地，其中所述反应组为：

丙烯酸和丙烯酰胺、以及第一类交联剂和水混合成第一反应组，其中丙烯酸质量占第一反应组总质量的30～80%，丙烯酰胺质量占第一反应组总质量的20～70%；

或丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及第一类交联剂和水混合成第二反应组，其中丙烯酸质量占第二反应组总质量的30～80%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸质量占第二反应组总质量的20～70%；

或丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及第一类交联剂和水混合成第三反应组，其中丙烯酸质量占第三反应组总质量的30～70%，丙烯酰胺质量占第三反应组总质量的20～60%，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸质量占第三反应组总质量的10～40%。

进一步地，所述的包膜液的制备方法具体为：

把2%的壳聚糖溶液和10%的聚乙烯醇溶液按壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的质量比为3:1充分搅拌混合，加入第二类交联剂，搅拌混合得到包膜液。

所述的2%壳聚糖溶液为2份的壳聚糖溶于98份2%的醋酸溶液中，10%聚乙烯醇溶液为10份聚乙烯醇溶于90份去离子水中。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1．避免使用有机溶剂带来的二次环境污染。

2．肥料生产设备工艺简单，易工业化生产。

3．对保水层表面交联处理，保水层质地坚硬、耐磨损，制得复合包膜保水缓释肥料不结团，易于保存和运输。

4.该肥料具有养分缓释性能，施入土壤后养分缓慢释放而被植物吸收，因而减少肥料损失，提高肥料利用率。

5.该肥料具有吸水保水功能并能够重复吸水释水，施入土壤后能够充分吸收雨水或灌溉水，干旱时又可被植物吸收利用，因而减少土壤水分滲漏和蒸发，提高土壤水分利用率。

6.该肥料有利于作物在同一时空条件下水肥一体化调控，充分发挥水、肥的协同（交互）作用。

具体实施方式

实施例1：

本实施例复合包膜保水缓释尿素的制备方法，所用方法包括以下步骤：

（1）称取丙烯酸单体300g加入反应器中，搅拌均匀，缓慢加入207g氨水，使丙烯酸的中和度达到80%；再依次加入200g丙烯酰胺单体、0.5g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解混合后，加入8g过硫酸铵，80℃，反应1～2h，将反应产物剪碎、烘干、粉碎、过筛得到粒径小于0.075mm粉状的保水剂。

（2）把468g 2%的壳聚糖溶液和32g 10%的聚乙烯醇溶液，充分搅拌混合，加入1ml40%戊二醛，搅拌混合得到包膜液。

（3）称取5kg尿素放入包衣设备中，同时用热风给反应物料加热，温度维持在80℃,用压强≥0.4MPa喷嘴喷洒500g包膜液，再加入500g保水剂粉末。

（4）向上述物料中，用压强≥0.4MPa喷嘴喷洒0.5%环氧氯丙烷溶液，热风干燥即得到复合包膜保水缓释尿素。

实施例2：

本实施例复合包膜保水缓释肥料的制备方法，所用方法包括以下步骤：

（1）称取丙烯酸单体600g加入反应器中，搅拌均匀，缓慢加入453g氨水，使丙烯酸的中和度达到80%；再依次加入400g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体、1.2 g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解混合后，加入20g过硫酸铵，80℃，反应1～2h，将反应产物剪碎、烘干、粉碎、过筛得到粒径小于0.075mm粉状的保水剂。

（2）把468g 2%的壳聚糖溶液和32g 10%的聚乙烯醇溶液，充分搅拌混合，加入1.2ml 40%乙二醛，搅拌混合得到包膜液。

（3）称取5kg尿素放入包衣设备中，同时用热风给反应物料加热，温度维持在80℃,用压强≥0.4MPa喷嘴喷洒500g包膜液，再加入600g保水剂粉末。

（4）向上述物料中，用压强≥0.4MPa喷嘴喷洒0.5%氯化铝溶液，热风干燥即得到复合包膜保水缓释尿素。

实施例3：

（1）称取丙烯酸单体540g加入反应器中，搅拌均匀，缓慢加入408g氨水，使丙烯酸的中和度达到80%；再依次加入360g丙烯酰胺单体、100g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体、1.2 g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解混合后，加入20g过硫酸铵，80℃，反应1～2h，将反应产物剪碎、烘干、粉碎、过筛得到粒径小于0.075mm粉状的保水剂。

（3）称取5kg尿素放入包衣设备中，同时用热风给反应物料加热，温度维持在80℃,用压强≥0.4MPa喷嘴喷洒500g包膜液，再加入800g保水剂粉末。

（4）向上述物料中，用压强≥0.4MPa喷嘴喷洒0.5%氯化钙溶液，热风干燥即得到复合包膜保水缓释尿素。

应当理解的是，以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限定本发明，凡是在本发明的精神原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1.一种复合包膜保水缓释尿素的制备方法，其特征在于：该包膜肥料核心是大颗粒尿素，内膜是壳聚糖－聚乙烯醇复合膜，外膜是保水剂；

其中，所述内包膜层由2％的壳聚糖溶液和10％的聚乙烯醇溶液制备得到，按壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的质量比为3:1充分搅拌混合，加入第二类交联剂，搅拌混合得到；

将丙烯酸加入反应器中，搅拌均匀，缓慢加入氨水，使丙烯酸的中和度达到50～85％；依次加入丙烯酰胺单体和/或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及第一类交联剂和水组成反应组，充分溶解混合后，加入引发剂，80℃，反应1～2h，将反应产物剪碎、烘干、粉碎、过筛得到粒径小于0.075mm粉状的保水剂；

所述复合包膜保水缓释尿素的制备方法：称取直径为2-5mm的大颗粒尿素1000克投入包膜设备中，使尿素在包膜设备中滚动，用热风加热至80～100℃，用压强≥0.4MPa喷枪喷洒壳聚糖－聚乙烯醇包膜液喷洒于尿素表面，包膜液用量为尿素质量的10～20％，再加入占尿素质量5％～10％的粒径小于0.075mm粉状的保水剂，再用压强≥0.4MPa喷枪喷洒第三类交联剂，热风干燥得到成品肥料；

所述第一类交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述第一类交联剂质量与反应单体总质量比为0.10％～0.24％；所述的引发剂为过硫酸铵，引发剂质量占反应单体总质量的1.6％～2.8％；

所述第二类交联剂为甲醛和/或戊二醛和乙二醛，所述第二类交联剂用量为壳聚糖质量的0.06～0.15％；

所述第三类交联剂为环氧氯丙烷溶液、三氧化铝溶液和氯化钙溶液中的一种。

2.根据权利要求1所述的复合包膜保水缓释尿素的制备方法，其特征在于，其中所述反应组为：

丙烯酸和丙烯酰胺、以及第一类交联剂和水混合成第一反应组，其中丙烯酸质量占第一反应组总质量的30～80％，丙烯酰胺质量占第一反应组总质量的20～70％；

或丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及第一类交联剂和水混合成第二反应组，其中丙烯酸质量占第二反应组总质量的30～80％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸质量占第二反应组总质量的20～70％；

或丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及第一类交联剂和水混合成第三反应组，其中丙烯酸质量占第三反应组总质量的30～70％，丙烯酰胺质量占第三反应组总质量的20～60％，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸质量占第三反应组总质量的10～40％。

3.根据权利要求1所述的复合包膜保水缓释尿素的制备方法，其特征在于，所述的包膜液的制备方法具体为：

把2％的壳聚糖溶液和10％的聚乙烯醇溶液按壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的质量比为3:1充分搅拌混合，加入第二类交联剂，搅拌混合得到包膜液。

4.根据权利要求3所述的复合包膜保水缓释尿素的制备方法，其特征在于，所述的2％壳聚糖溶液为2份的壳聚糖溶于98份2％的醋酸溶液中，10％聚乙烯醇溶液为10份聚乙烯醇溶于90份去离子水中。