CN105358506A - 制备缓释基质型颗粒复合肥料的方法和由其获得的缓释基质型颗粒复合肥料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及缓释基质型颗粒复合肥料及其制备方法。所述方法包括：将天然或合成聚合物作为粘合剂与养分吸收性填充剂混合，产生混合物，和将该混合物干燥和粉碎以提供养分吸收补充剂；和将所述养分吸收补充剂与肥料成分均匀掺混并干燥掺混物。

Description

制备缓释基质型颗粒复合肥料的方法和由其获得的缓释基质型颗粒复合肥料

发明背景

1.技术领域

本发明涉及表现出高利用效率的基质型控释复合肥料及其制备方法。更具体地，本发明涉及基质型控释颗粒复合肥料及其制备方法，与传统的涂覆形式不同，其采用养分吸收填充剂用于在长时间内保留肥料成分和以受控的方式释放所述肥料成分，从而增强了植物的肥料利用效率，具有最小的损失。

2.相关技术说明

在农业领域中，已经开发和应用了包括固体颗粒肥料、液体肥料、速释肥料和缓释肥料的多种肥料。尤其地，主要应用的是用聚合物涂覆在肥料成分颗粒上的缓释肥料。然而，当涂层不降解时，涂覆型肥料可能长时间保留在土壤中。另外，由于涂覆型肥料是使用昂贵的装置，例如流化床涂覆机、鼓式涂覆机等制备的，它们是昂贵的并且因此没有被广泛应用。尽管有这些缺点，涂覆型肥料最近作为用于缓解农民数量逐步下降的节省劳力的肥料还是吸引了强烈的关注，因为它们在长时间内缓慢溶解从而减少了需要的施加数量。

韩国未审专利申请公开19960022408A提出了一种减缓肥料成分溶解速率的方法，在该方法中，将树脂和肥料的混合物通过挤出机挤出以将所述肥料成分用所述树脂涂覆。然而，所述肥料在商业化方面是成问题的，因为所述方法要求使用大量的昂贵树脂。

韩国专利10-0850186公开了一种肥料组合物，其包含聚天冬氨酸作为用于增加提供到植物的肥料的利用效率的增效剂，并且公开了制备肥料的方法，所述方法包括将聚天冬氨酸以0.1％至10％的量添加到复合肥料中以提高所述肥料的利用效率。由于聚天冬氨酸抑制了肥料成分的浸析，观察到通过这种方法制备的复合肥料增加了利用效率。然而，由于植物需要另外施加补充的肥料，其不具有节约劳力的效果。

美国专利6,749,659引入了基质概念用于延缓硫酸铵在水中的溶解，其中所述基质由硫元素和膨胀性粘土组成。所述肥料颗粒是通过将肥料物质掺混到硫和膨胀性粘土的液化混合物中并将掺混物粒化而制备的。所述肥料颗粒的溶解速度取决于颗粒尺寸，其中1mm至2mm颗粒的释放速率是2mm至4mm颗粒的两倍。这种肥料的控释机理似乎是在带负电荷的粘土和铵离子之间的静电相互作用，从而抑制了肥料物质的释放。

中国专利101857490A公开了能控制肥料成分的释放速率的复合肥料。所述控释复合肥料是通过将肥料成分和可膨胀润湿粘土(称为凹凸棒土)的液化混合物从塔型制粒机的顶部进行喷淋而制备的。这种方法，尽管获得控释，但却是复杂的并且需要投资新设备。

美国专利7,252,697B2公开了一种制备控释磷酸铵肥料的方法。该方法包括将磷酸铵浆料与粘土矿物，例如沸石、蒙脱石等进行混合；将该混合物用硫酸酸化；和粒化所述经酸化的混合物。然而在该专利中，没有公开控释的内容，而是仅通过防止磷酸盐在土壤中的固着增强了磷酸盐的利用效率。

为了导出本发明，对控释复合肥料进行了集中而深入的研究，结果发现：当通过将显示出高养分吸收性的填充剂与粘合剂组合以产生补充剂，并将该补充剂与复合肥料均匀混合并以基质型颗粒形式制备肥料时，所述肥料能够使用用于复合肥料的一般制备设备来生产，并且所述基质型颗粒复合肥料可以长时间吸收和保留养分，使得所吸收的养分可以抵抗在土壤中的浸析和流失，从而增加了植物的肥料利用效率。

现有技术文献

专利文献1:韩国未审专利申请公开19960022408A

专利文献2:韩国专利10-0850186

专利文献3:美国专利6,749,659B1

专利文献4:CN101857490A

专利文献5:美国专利7,252,697B2

发明内容

因此本发明的一个目的是提供使用养分吸收性填充剂制备基质型控释颗粒复合肥料的方法。

本发明的另一个目的是提供通过所述方法制备的基质型控释颗粒复合肥料。

根据本发明的一个方面，本发明提供制备基质型控释颗粒复合肥料的方法，该方法包括：

将天然或合成聚合物作为粘合剂与养分吸收性填充剂混合以产生混合物，和将该混合物干燥和粉碎以提供养分吸收性补充剂；和

将所述养分吸收性补充剂与肥料成分均匀掺混并干燥掺混物。

为了在用于制备基质型控释颗粒复合肥料的方法中使用，所述聚合物优选由至少两种选自如下的物质组成：聚丙烯酰胺、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯共聚物(-乙烯)、聚乙烯醇和聚乙烯醇共聚物、乙基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、羧酸聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、糊精、麦芽糊精、多糖、偏二氯乙烯共聚物、淀粉、木质素硫酸钠、木质素硫酸钙、藻酸盐和聚氯丁烯；并且所述养分吸收性填充剂优选由至少两种选自如下的物质组成：钙系膨润土、二氧化硅水凝胶、淀粉、淀粉衍生物、改性的木质素磺酸盐、风化煤、煤、活性炭、沸石、凹凸棒土、磷酸氢镁三水合物、硅酸钠镁、合成硅酸钙、蛭石、腐殖质、丙烯酸酯共聚物、二氧化硅、活化粘土、铝硅酸盐和铝硅酸钠。

在优选的实施方案中，养分吸收性补充剂含有基于其总重量计0.1重量％至50重量％的聚合物和50重量％至99.9重量％的养分吸收性填充剂。

进一步，用作养分吸收性吸收补充剂主要组分的养分吸收性填充剂含有无机填充剂与有机填充剂，它们之间的重量比例为3:7至7:3。

为了产生养分吸收补充剂，优选可以将所述混合物在80℃至100℃下干燥20分钟至1小时，并优选将该经干燥的混合物粉碎成150目或更低的尺寸。

随后，将所述养分吸收补充剂与肥料成分掺混。关于这一点，所述养分吸收补充剂的用量可以优选使用基于所述肥料成分重量计5重量％至25重量％。

在优选的实施方案中，制备基质型颗粒复合肥料的方法可以包括：i)将养分吸收性补充剂与肥料成分均匀掺混；ii)将掺混物在制粒机中粒化以产生颗粒；和iii)干燥所述颗粒。

所述制粒机可以是鼓式制粒机或盘式制粒机。所述干燥步骤可以优选在300℃至450℃下进行30分钟至40分钟。

根据本发明的另一个方面，本发明涉及通过如下方法制备的基质型控释颗粒复合肥料，所述方法包括将天然或合成聚合物作为粘合剂与养分吸收性填充剂混合以产生混合物，和将该混合物干燥和粉碎以提供养分吸收性补充剂；和将所述养分吸收性补充剂与肥料成分均匀掺混并干燥掺混物。

附图说明

本发明的上述目的和其它目的、特征和其它优点将从与附图结合的如下详细说明中被更清楚地理解，其中：

图1显示了在用蒸馏水处理之前和之后，一般复合肥料(a)和本发明的复合肥料(b)的切割颗粒的光学图像；和

图2显示了在用蒸馏水处理之前和之后，一般复合肥料(a)和本发明的复合肥料(b)的颗粒相的光学图像。

优选实施方式

下文中，将给出本发明的详细说明。

根据本发明的一个方面，提供了一种制备基质型控释颗粒复合肥料的方法，该方法包括：将天然和合成聚合物作为粘合剂与养分吸收性填充剂混合以产生混合物，和将该混合物干燥和粉碎以提供养分吸收性补充剂；和将所述养分吸收性补充剂与肥料成分均匀掺混并干燥掺混物。

每个步骤详细描述如下。

(1)制备养分吸收性补充剂

为了提供养分吸收性补充剂，将天然或合成聚合物作为粘合剂与养分吸收性填充剂混合，然后干燥和粉碎。

在此，所述天然或合成聚合物用于与所述养分吸收性填充物一起形成基质，并且所述聚合物的实例包括至少两种选自但不限于如下的物质的组合：聚丙烯酰胺、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯共聚物(-乙烯)、聚乙烯醇和聚乙烯醇共聚物、乙基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、羧酸聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、糊精、麦芽糊精、多糖、偏二氯乙烯共聚物、淀粉、木质素硫酸钠、木质素硫酸钙、藻酸盐和聚氯丁烯。

另外，所述养分吸收性填充剂可以是无机和/或有机填充剂，并且优选是无机和有机填充剂的混合物。其优选由至少两种选自但不限于如下的物质组成：钙系膨润土、二氧化硅水凝胶、淀粉、淀粉衍生物、改性的木质素磺酸盐、风化煤、煤、活性炭、沸石、凹凸棒土、磷酸氢镁三水合物、硅酸钠镁、合成硅酸钙、蛭石、腐殖质、丙烯酸酯共聚物、二氧化硅、活化粘土、铝硅酸盐和铝硅酸钠。

基于所述补充剂的总重量计，所包含的聚合物的量为0.1重量％至50重量％，优选1至40重量％，和最优选10重量％至20重量％。基于所述补充剂的总重量计，所包含的填充剂的量为50重量％至99.9重量％，优选60重量％至99重量％，和最优选80重量％至90重量％。

当以小于0.1重量％的量使用时，所述聚合物不能在粒化所述肥料中起到作为粘合剂的充分作用。另一方面，超过50重量％的所述聚合物的量可能会降低养分吸收。

无机填充剂和有机填充剂可以单独使用，但优选无机和有机填充的组合。在这方面，无机填充剂可以优选在基于所述填充剂的总重量计30:70至70:30的重量比例下与有机填充剂混合。

在所述补充剂的制备中，将所述聚合物和所述填充剂的混合物在80℃至100℃下干燥20分钟至1小时。在此，当所述干燥温度低于80℃时，原料在混合和粉碎工艺过程中由于大量的水而纠缠在一起。超过100℃的干燥温度可能使一些混合物熔融，使得其可能充当粘合剂而产生团聚体。另外，当所述混合物干燥小于20分钟时，随后的掺混过程难以进行，因为水含量超过了适当水平。大于1小时的干燥可能降低热效率。

将所述经干燥的聚合物和填充剂的混合物，即所述补充剂，粉碎成尺寸为150目或更小，优选100目或更小，和最优选80目的颗粒。在被粉碎成预定尺寸或更小尺寸之后，所述养分吸收补充剂可以被均匀分布覆盖复合肥料颗粒，并因此可以形成均匀基质。

(2)用养分吸收补充剂制备复合肥料

随后，将所述养分吸收补充剂和肥料成分均匀掺混，并干燥以获得所述基质型颗粒复合肥料。在该步骤中，将所述补充剂与肥料成分均匀掺混，使用鼓式或盘式制粒机将掺混物粒化，随后在300℃至450℃下干燥所述颗粒以形成颗粒内微胶囊型基质。

为了产生均匀的掺混物，在50rpm至100rpm下搅拌4分钟至10分钟。在此，优选以基于所述肥料成分的总重量计5至25重量％的量掺混所述养分吸收性补充剂。当所述补充剂的用量小于5重量％时，颗粒间基质可能难以形成。大于25重量％的所述补充剂可能不会使所述营养物的释放达到对于植物的早期生长阶段必要的程度，抑制植物生长。

随后，将所述补充剂和所述肥料成分的均匀掺混物粒化。在此，所述粒化可以优选使用鼓式或盘式制粒机进行。

在制粒过程中，喷洒蒸汽或水，使得所述聚合物和所述肥料成分溶解，用作粘合剂。在所述制粒后通过热空气，聚合物基质在颗粒内形成，结果增加了细度模量和硬度。

在所述制粒过程中，在所述补充剂内的无机和有机填充剂和聚合物形成网络结构中的基质，增加了在包装和运输过程中的抗冲击性。

将粒化的颗粒在300℃至450℃下干燥30分钟至40分钟以形成颗粒内微胶囊型基质。在此，当在小于300℃下干燥时，所述复合肥料颗粒可能由于它们的高水含量而倾向于经历水损害和密集化。另一方面，在高于450℃下干燥可能使包括所述聚合物的有机填充剂碳化，从而降低养分吸收。

最后，冷却、挑选和包装所述基质型控释颗粒复合肥料。

当施加到土壤时，所述基质型控释颗粒复合肥料吸收水并溶解。溶解的肥料成分通过静电吸引被吸收性有机和无机填充剂所吸收并保留在其中。另外，由于所述聚合物自身的养分吸收性(静电吸引)和水保留能力，所述肥料颗粒吸收水并且瓦解，所述肥料成分渗入土壤孔隙。土壤-肥料-填充剂-聚合物的相互作用使得形成了微胶囊基质。

现有技术中的典型肥料成分在本发明中可能是适用的。用于本发明的肥料成分的实例包括但不限于：尿素、硫酸铵、磷酸铵、氯化钾和硅质物。

基质型控释颗粒状肥料可以在补充剂制备和复合肥料制备没有明确分开的单独工艺中以及通过上述方法制备。

另外，为了满足植物的营养物需求，可以将所述控释颗粒复合肥料与具有特定溶解时间的涂覆型肥料掺混。

另外，为了更精确地满足植物的营养物需求，可以将所述控释颗粒复合肥料与具有特定溶解时间的涂覆型肥料以及具有固氮和溶解磷酸和钾的能力的微生物掺混。

对本发明的更好的理解可以通过如下实施例获得，所阐述的实施例用于说明，但其不应被解释为限定本发明。

制备例1

养分吸收性补充剂的制备

将50重量％的无机填充剂(蛭石)和40重量％的有机填充剂(腐殖质)与4.9重量％的木质素磺酸钠、0.1重量％的聚丙烯酰胺和5重量％的羟丙基甲基纤维素在50rpm下均匀组合10分钟。将所得的混合物在约90℃下干燥40分钟，随后粉碎成尺寸为80目或更小的颗粒。

实施例1

基质型控释颗粒复合肥料的制备

将10重量％的在制备实施例1中获得的养分吸收性补充剂与10重量％的尿素、40重量％的硫酸铵、14重量％的磷酸铵、12重量％的氯化钾和14重量％的硅质物掺混，并将该掺混物使用盘式制粒机粒化。随后将所述颗粒在400℃下干燥30分钟以形成具有颗粒内微胶囊型基质的颗粒复合肥料。

实施例2

将10重量％的在制备实施例1中获得的养分吸收性补充剂与18％的尿素、37重量％的硫酸铵、14重量％的磷酸铵、14重量％的氯化钾和7重量％的硅质物掺混，并将该掺混物使用盘式制粒机粒化。随后将所述颗粒在400℃下干燥30分钟以形成具有颗粒内微胶囊型基质的颗粒复合肥料。

对比例1

一般复合肥料的制备

将10重量％的膨润土、18重量％的尿素、37重量％的硫酸铵、14重量％的磷酸铵、14重量％的氯化钾和7重量％的硅质物掺混，并使用盘式制粒机粒化以提供复合肥料。

测试例1

对实施例1中制备的复合肥料的颗粒(聚合物+无机填充剂+有机填充剂+肥料)和对比例1的一般复合肥料的颗粒(填充剂+肥料)在用蒸馏水处理之前和之后颗粒之间的粘合状态进行检验，并在光学显微镜(NikonEclipse50i,x2000)下观察。在图1和2中给出图像。

图1显示了一般复合肥料(a)和本发明的复合肥料(b)在用蒸馏水处理之前和之后的切割颗粒。图2显示了一般复合肥料(a)和本发明的复合肥料(b)在用蒸馏水处理之前和之后的颗粒相。

如图1和图2可见，在本发明的复合肥料的颗粒中形成网络。

测试例2

浸析抑制的比较

对实施例1的基质型颗粒复合肥料和对比例1的一般复合肥料的浸析抑制能力进行分析，并在下表1中给出结果。

浸析抑制能力的分析：在长为13.5cm以及直径为2.6cm的圆柱中，在底部放置三片2号滤纸，并然后向其上装载10g沙子。再在所述沙子上放置一片2号滤纸，随后向所述沙子上装载30g土壤和实施例1或对比例1的肥料样品(每个0.5g和1g)的混合物。随后，在所述混合物上放置一片2号滤纸，并从顶部缓慢添加60ml水。当水达到瓶塞部分时，将所述柱用瓶塞关闭。在12小时后，打开所述瓶塞并测量所述肥料浸析到所述土壤层花费的时间。

表1

从表1的数据中可以理解，根据本发明的基质型颗粒复合肥料的浸析抑制潜力远优于所述一般复合肥料的浸析抑制潜力。

测试例3

基质型控释颗粒复合肥料对植物生长的作用

1.材料和方法

-主要材料：

实施例1基质型控释颗粒复合肥料

实施例2-基质型控释颗粒复合肥料

对比例1常规缓释肥料

-测试植物：稻(栽培品种：Akibare)

-测试方法：将实施例1和2的复合肥料在移植4天前施加到土壤，并将所述土壤使用旋耕机翻转使得所述肥料均匀分布在所述土壤中。施加的肥料的量，以10a为基础，实施例1为73.3kg，实施例2为61.1kg和对比例1为61.1kg。在移植前施加一次预定量的肥料。通过在生长阶段检验生长两次。

测量由植物高度、分蘖数量和叶片颜色(SPAD值)组成，并根据韩国农村发展管理局(KoreanRuralDevelopmentAdministration)对于稻的标准耕作实践(standardculturalpracticesforrice)进行耕种。

2.结果

在施加实施例1和2的复合肥料以及对比例1的常规缓释肥料后30天以及60天，在植物高度、叶片颜色和分蘖数量方面评价总体植物生长，并将结果总结在下表2中。如从表2的数据中可理解的，在实施例和对比例1的肥料之间，所检测到植物高度、叶片颜色和分蘖数量的结果相当。另外，实施例1和2的肥料还发现具有其连续保持的施肥效果，即使当将它们作为基础肥料按预定量施加一次时也如此。

表2

测试例4

基质型控释颗粒复合肥料对辣椒植物生长的作用

1.材料和方法

-主要材料：

实施例1基质型控释颗粒复合肥料

实施例2-基质型控释颗粒复合肥料

对比例1常规缓释肥料

-测试植物：辣椒(栽培品种：Buchon)

-测试方法：将实施例1和2的复合肥料在移植前7天施加到土壤，并将所述土壤使用旋耕机翻转使得所述肥料均匀分布在所述土壤中。施加的肥料的量，以10a为基础，实施例1为126.63kg，实施例2为105.5kg和对比例1为105.5kg。在移植前施加一次预定量的肥料。通过在生长阶段检验生长三次，和在收获时最终计数果实数量。

测量由植物高度、叶片颜色(SPAD值)、单位面积产率组成，并根据韩国农村发展管理局对于辣椒的标准耕作实践进行耕种。

2.结果

在施加实施例1和2的复合肥料以及对比例1的常规缓释肥料后10天和20天，在植物高度和叶片颜色方面评价总体植物生长，并将结果总结在下表3中。如从表3的数据中可理解的，相比对比例1，实施例1和2的肥料在植物高度和叶片颜色上保证了优异性，并且其中采用实施例2的肥料获得了辣椒果实的最高总产率。另外，还发现实施例1和2的肥料连续保持它们的施肥效果，即使当作为基础肥料按预定量施加一次时也如此。

表3

表4

由于根据本发明的复合肥料即使在施加到土壤之后仍将营养物保持其中，而没有损失，因此不需要在植物的整个生长期间另外施加，这有助于减少在缺乏农场劳力的区域的工作量。另外，可以将所述复合肥料施加到堤侧土地的位置(sidelandplacement)并因此对农场机械化作出贡献。

常规的控释的聚合物涂覆型肥料，或者化学控释肥料，例如UF、CDU和IBDU，给用户造成大的经济负担，因为对于其制造需要复杂的工艺，并且采用昂贵的原料。相反，所述控释肥料的益处是在低成本下供应，不仅因为其制备工艺足以简单到采用肥料的通用制备工艺，而且因为其原料是廉价的。

Claims (11)

1.制备基质型控释颗粒复合肥料的方法，该方法包括：

将天然或合成聚合物作为粘合剂与养分吸收性填充剂混合以产生混合物，和将该混合物干燥和粉碎以提供养分吸收性补充剂；和

将所述养分吸收性补充剂与肥料成分均匀掺混并干燥掺混物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物由至少两种选自如下的物质组成：聚丙烯酰胺、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯共聚物(-乙烯)、聚乙烯醇和聚乙烯醇共聚物、乙基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、羧酸聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、糊精、麦芽糊精、多糖、偏二氯乙烯共聚物、淀粉、木质素硫酸钠、木质素硫酸钙、藻酸盐和聚氯丁烯。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述养分吸收性填充剂由至少两种选自如下的物质组成：钙系膨润土、二氧化硅水凝胶、淀粉、淀粉衍生物、改性的木质素磺酸盐、风化煤、煤、活性炭、沸石、凹凸棒土、磷酸氢镁三水合物、硅酸钠镁、合成硅酸钙、蛭石、腐殖质、丙烯酸酯共聚物、二氧化硅、活化粘土、铝硅酸盐和铝硅酸钠。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述养分吸收性补充剂含有基于其总重量计0.1重量％至50重量％的聚合物和50重量％至99.9重量％的填充剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述养分吸收性填充剂包含重量比例为3:7至7:3的无机填充剂与有机填充剂的混合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述补充剂的混合物在80℃至100℃下干燥20分钟至1小时。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述混合物被粉碎成尺寸为150目或更小的颗粒。

8.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述肥料成分的总重量计，所述养分吸收性补充剂的掺混量为5重量％至25重量％。

9.制备基质型颗粒复合肥料的方法，该方法包括：

i)将所述养分吸收性补充剂与肥料成分均匀掺混；

ii)将掺混物在制粒机中粒化以产生颗粒；和

iii)干燥所述颗粒。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述制粒机是鼓式制粒机或盘式制粒机，并且所述干燥在300℃至450℃下进行30分钟至40分钟。

11.一种基质型控释颗粒复合肥料，其使用权利要求1至10中任一项所述的方法制备。