CN106242765A

CN106242765A - 异丁叉二脲保水缓释肥料的制备方法

Info

Publication number: CN106242765A
Application number: CN201610635852.7A
Authority: CN
Inventors: 魏宏亮; 赵鹏; 楚晖娟; 朱靖; 王刚
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2016-12-21

Abstract

本发明属保水缓控释肥料领域,具体公开了一种异丁叉二脲保水缓控释肥料制备方法，其采用异丁醛与尿素反应生成具有广泛应用的异丁叉二脲,以提高氮肥的利用率，减少资料浪费及环境污染。在合成异丁叉二脲的过程中，同时加入亲水单体、交联剂与引发剂，通过升温聚合形成亲水的聚合物网络，“一锅法”制备异丁叉二脲保水缓控释肥料。该保水缓控释肥料不仅具有良好的缓释性能，而且具有一定的保水性，制备方法简单，应用前景广泛。

Description

异丁叉二脲保水缓释肥料的制备方法

技术领域

本发明属于保水缓释肥料技术领域，具体涉及 “一锅法”制备异丁叉二脲保水缓释肥料。

背景技术

化肥是农业生产中最大的物质投资，是农业增产的重要保证。据统计，20 世纪肥料对世界粮食增产的贡献占 40%～60%。施肥过程中，如何提高肥料的利用率、减少环境污染是人们研究的一个重要课题，也是农业可持续发展的关键问题。由于缓控释肥料可以显著提高肥料的利用率、减轻施肥对环境的污染，提高作物的产量和品质，因而受到广泛的关注。生产和施用缓控释肥料已经成为目前化肥工业发展的主要趋势之一，也是发展现代农业、实施可持续发展战略的必然要求。

另一方面，水是制约农业发展的重要因素。水分不但直接影响作物生产，而且肥料效应的发挥离不开适宜的土壤水分。水分和肥料是作物生长的必要条件。我国相当一部分耕地浇灌困难，而雨水在一年中分布又不均匀，自然降雨与作物生长水分需求不相适应，因此，如何促使土壤储存更多的水分，提高水的利用率对旱耕地的粮食高产具有重要意义。保水剂是一种亲水的聚合物网络，能够吸收自身质量数倍乃至成百上千倍的高分子聚合物，具有较强的吸水性与保水性。保水剂能够改善土壤的物理性能、提高肥料养分的利用率、降低灌溉次数。基于此，科学工作者对保水缓控释肥料进行了许多研究。

异丁叉二脲不仅是一种安全可靠、无毒无副作用、性能优良的非蛋白氮饲料添加剂，而且是农、林、园艺的缓效肥料（郑学根. 异丁叉二脲的合成及应用, 湖北化工, 1999,2: 25-26）。异丁叉二脲的肥效优于脲醛肥料，其释放氮的速度与土壤湿度和颗粒大小密切相关，而温度对其释放氮的速度影响很小。异丁叉二脲与其它肥料复合特别适合于冬季作物及赛场草皮的施肥。可以做到既不烧伤叶子, 又能使作物生长旺盛。作为缓释肥料，异丁叉二脲在日本、德国有较广的应用。而我国在这方面的研究和应用起步较晚，其推广应用还需一段时间 (张智, 张迎, 王文民, 等. 异丁叉二脲的合成研究，山东化工, 2005, 34:7-8; 邹菁, 绿色环保型缓释/控释肥料的研究现状及展望, 武汉化工学院学报，2003, 25(1): 13-17）。因此，开发含有异丁叉二脲的保水缓释肥料具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备异丁叉二脲缓释肥料的新方法，以提高水资源和肥料的利用率，为农作物的丰产增收做出贡献。

为达到上述目的，本发明在合成异丁叉二脲的过程中加入水溶性单体、交联剂和引发剂，升高温度后发生自由基聚合，通过“一锅法”制备了异丁叉二脲保水缓释肥料。

具体技术方案通过如下步骤实现：

（1）在水中加入尿素，加热溶解。尿素的加入量可以在一定范围内调节，从而调控肥料中尿素及异丁叉二脲的含量。

(2) 降温30-40℃，加入水溶性单体，搅拌溶解。加入的水溶性单体可以是甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、马来酸、丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或几种。

（3）用酸调节溶液的pH值为3-4。所述酸可以是盐酸、硫酸等强酸，也可以是磷酸、丙烯酸等弱酸。

（4）加入水溶性交联剂和引发剂。水溶性交联剂选N, N-亚甲基双丙烯酰胺或聚乙二醇二（甲基）丙烯酸酯等。引发剂可以采用单一的体系，比如过硫酸钾或过硫酸铵，也可采用氧化-还原体系，比如过硫酸铵-维生素C体系。单体与交联剂摩尔比为30-150:1。

（5）搅拌条件下缓慢滴加异丁醛，滴加异丁醛的温度不能过高，应低于引发剂的引发温度；异丁醛的量根据需要进行调节，一般低于尿素的量，尿素与异丁醛的摩尔比为1.5-3.0：1。

（6）升高温度，引发聚合。根据引发剂的不同，控制不同的温度，用过硫酸铵引发时温度一般控制在60-80℃；用过硫酸铵-维生素C引发体系时温度控制在30-50℃；反应时间控制在0.5-2小时。

（7）干燥、粉碎、造粒，得到保水缓释肥料。干燥产品可以采用真空干燥，亦可是常压干燥。粉碎后可直接施用，也可与其他组分混合造粒后使用。

本发明有益效果：在合成异丁叉二脲的过程中加入水溶性单体、交联剂和引发剂，通过“一锅法”制备了异丁叉二脲保水缓控释肥料。通过改变单体种类，调节聚合物的性能，进而调控肥料的吸水保水性及释放特征。

所得保水缓控释肥料为水溶性化合物，能很好地利用亲水性高分子网络的吸水保水作用，使水资源得到充分利用，另一方面有利于调节异丁叉二脲的释放速度。水肥调控特点提高了氮素及水分的利用率，制备过程简单，有望获得广泛的应用，特别适合于干旱少雨地区的使用。

具体实施方式

为对本发明进行更好地说明，举实施例如下：

实施例1

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到30℃后加入7.50 g丙烯酰胺，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引发剂过硫酸铵0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛4.3 g，滴完后于68℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例2

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到30℃后加入7.50 g马来酸，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.79 g，引发剂过硫酸铵0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛4.3 g，滴完后于75℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例3

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和30.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到40℃后加入7.50 g丙烯酰胺，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂N, N-亚甲基双丙烯酰胺2.60 g，引发剂过硫酸钾0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3 g，滴完后60℃温度下反应2小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例4

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到35℃后加入7.50 g甲基丙烯酸，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.54 g，引发剂过硫酸铵0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3 g，滴完后68℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例5

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到30℃后加入7.60 g丙烯酸，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引发剂过硫酸铵-维生素C体系0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3 g，滴完后35℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例6

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到30℃后加入3.80 g丙烯酸，N-羟甲基丙烯酰胺3.75 g，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引发剂过硫酸铵0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3 g，滴完后68℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例7

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到30℃后加入13.75 g衣康酸，用盐酸调节溶液pH值约为4，接着加入交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引发剂过硫酸铵0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3 g，滴完后68℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例8

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到30℃后加入13.75 g衣康酸，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.54 g，引发剂过硫酸铵0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3 g，滴完后68℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例9

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到35℃后加入3.75 gN-羟甲基丙烯酰胺，6.87g衣康酸，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯2.60 g，引发剂过硫酸铵0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3g，滴完后68℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例10

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到40℃后加入N-羟甲基丙烯酰胺10.67g，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引发剂过硫酸铵0.10 g，搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3 g，滴完后68℃温度下反应0.5小时，干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

实施例11

在250 mL三口烧瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，机械搅拌并加热到50℃，使尿素溶解。降温到30℃后加入丙烯酰胺7.50 g，用盐酸调节溶液pH值约为3，接着加入交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引发剂过硫酸铵溶液2 mL（0.15 mol/L），搅拌溶解。缓慢升高温度，同时滴加异丁醛 4.3 g，再加入还原剂维生素C溶液2 mL（0.15 mol/L），滴完后升高温度到40℃得到块状凝胶，然后60℃温度下反应0.5小时。干燥、粉碎、造粒，得到异丁叉二脲保水缓释肥料。

以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种异丁叉二脲保水缓释肥料的制备方法，其特征在于：通过如下步骤实现：（1）在水中加入尿素，加热溶解；(2) 加入水溶性单体，水溶性单体选甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、马来酸、丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或几种；（3）调节溶液的pH值为3-4；（4）加入水溶性交联剂和引发剂，水溶性交联剂选N,N-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯或聚乙二醇二丙烯酸酯；引发剂选过硫酸钾或过硫酸铵，或过硫酸铵-维生素C体系；（5）机械搅拌条件下缓慢滴加异丁醛；（6）升温聚合；（7）干燥、粉碎、造粒，得到保水缓释肥料。

2.根据权利要求1 所述异丁叉二脲保水缓释肥料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中根据不同作物生长的需要，调节尿素含量，尿素与异丁醛的摩尔比为1.5-3.0：1。

3.根据权利要求1 所述异丁叉二脲保水缓释肥料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中控制滴加异丁醛的温低于引发剂的引发温度。

4.根据权利要求1 所述异丁叉二脲保水缓释肥料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中用过硫酸钾或过硫酸铵引发时温度控制在60-80℃；用过硫酸铵-维生素C引发体系时温度控制在30-50℃；反应时间控制在0.5-2小时。