CN107141094A - 一种基于木质素的热固性树脂包膜控释肥及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于木质素的热固性树脂包膜控释肥及其生产方法，是将改性木质素和环氧化合物按比例混合均匀后喷涂到肥料颗粒上，直接反应固化成膜后，即可获得均匀致密且耐水性优异的木质素基热固性树脂包膜控释肥料。本发明以木质素为主要包膜材料，其原料不仅来源广泛，价格低廉，而且长期使用不会对土壤、植物造成污染。此外，本发明所采用的喷雾包膜工艺，操作简单，无需溶剂，固化快，产品生产成本低，非常适合于大规模工业化生产和在大田作物上推广使用。

Description

一种基于木质素的热固性树脂包膜控释肥及其生产方法

(一)技术领域

本发明属于控释肥料生产领域，涉及一种基于木质素的热固性树脂包膜控释肥及其生产方法。

(二)背景技术

随着人类粮食需求的增加，化肥用量也在不断增长。但是肥料利用率低、环境污染等问题使得国内外越来越多的研究者将重点放在包膜控释肥等新型肥料的研制上。包膜控释肥料是一种可以精确控制养分释放的智能肥料，它具有灵活多变的配方，可以通过调节包膜的厚度和材料性质调控内核肥料养分的溶解释放，使之适应不同作物的养分需求特点，从而达到提高肥效目的的新型肥料。包膜控释肥料的发明与应用，不但可以提高肥料的利用率，而且能减少化学肥料对环境造成的污染。

目前，在控释肥环境友好型包膜材料方面的专利较多。如中国专利文件CN103980454A(申请号：2014102360232)采用C36二聚酸合成的聚酯多元醇作为主要包膜材料，膜材料既可以生物降解，又具有优异的成膜性能，解决了膜材料难降解带来的环境问题。又如中国专利文件CN102924164A(申请号：2012102723203)采用生物炭改性的水基聚丙烯酸酯乳液或聚氨酯乳液作为膜层主要材料，并采用流化床包膜工艺将其喷涂在肥料颗粒表面。再如中国专利文件CN1830921A(申请号：2005100242406)将聚乳酸族聚合物也作为一种环境降解型缓释化肥的包膜材料。这些环境友好型包膜材料养分控释效果较差，导致其很难作为包膜材料广泛使用。而且，聚乳酸属于食品级材料，不仅水解降解厉害，而且生物降解也很快，一般几个月就能降解完全。而包膜材料由属于特殊材料，只要膜上降解出现几个小孔，就会很快释放完毕。

因此，需要一种成本低、成膜性优良、控释效果好的可降解高分子树脂作为控释肥的包膜材料，以便它在农业生产中普及使用。

(三)发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种价格低廉、制备工艺简单、无需溶剂，固化快，残膜易降解的一种基于木质素的热固性树脂包膜包膜控释肥及其生产方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，包括肥料颗粒和包覆在肥料颗粒表面的包膜材料，所述的包膜材料包括如下质量份的原料：

改性木质素55～75份和环氧化合物25～45份。

根据本发明，优选的，所述的改性木质素按如下方法制备得到：

将100～200质量份木质素、100～200质量份改性剂和1～3质量份催化剂混合均匀后，在60～90℃下反应2～5小时，冷却后即得改性木质素；

优选的，所述的改性剂是顺丁烯二酸酐、柠檬酸、丁酸酐、邻苯二甲酸酐、苹果酸、丁二酸、双酚A、苯酚、苯甲酸、戊二酸酐、丁二酸酐或/和酒石酸；

优选的，所述的催化剂是N,N二甲基苄胺、二月桂酸二丁基锡或/和氯化亚锡。

根据本发明，优选的，所述的环氧化合物是环氧氯丙烷、双酚A二缩水甘油醚、环氧丙烷或/和环氧乙烷。

根据本发明，优选的，所述的肥料颗粒粒径为2～5mm；

优选的，所述的肥料颗粒为尿素、硫酸铵、磷酸氢二铵、氯化钾、硝酸铵、磷酸二氢铵、NPK复合肥、硝酸磷肥、碳酸氢铵、硫酸钾或硝酸钾；

优选的，所述的包膜材料重量占控释肥总重量的3.0～7.0％。

根据本发明，上述基于木质素的热固性树脂包膜控释肥的制备方法，包括步骤如下：

将肥料颗粒预热至60～90℃，然后将改性木质素和环氧化合物混合均匀后获得包膜液，将包膜液喷涂到肥料颗粒表面反应固化成膜，即得木质素基热固性树脂包膜控释肥。

根据本发明控释肥的制备方法，优选的，包膜液分多次喷涂，每次喷涂的量要少，喷涂均匀。本发明的控释肥表面光滑致密、具有不同耐水性能。

本发明以木质素为主要原料制备包膜材料，木质素是一种广泛存在于植物体中的芳香性高聚物，资源丰富，价格低廉。木质素的分子结构中存在着大量的具有一定刚性的芳香基团，又有活性较强的酚羟基、醇羟基、碳基共扼双键等基团，所以合成的热固性树脂包膜材料具有强度高，韧性好，成膜性好，耐水性优异，易生物降解等特点。此外，本发明提供的包膜控释肥，具有精确的养分控制释放性能，养分控制释放期可以控制在1个月到6个月不等，能够满足不同作物的生长需求，市场前景极为广阔。

本发明的有益效果：

1.本发明含木质素基热固性树脂包膜材料，其原料来源木质素，不仅来源广泛，价格低廉，而且长期使用不会对土壤、植物造成污染，解决了控释肥包膜材料的可持续发展问题和难降解所带来的环境污染问题。

2.本发明利用木质素分子结构中存在着大量的芳香、酚羟基、醇羟基、碳基共扼双键等基团和环氧化合物快速反应的原理，制得了成膜性较好、结构致密的木质素基热固性树脂包膜控释肥料。

3.固态木质素通过改性剂改性后，转变为粘度较低、流动性较好的液态物质，有利于采用喷雾包膜工艺使得包膜液在肥料颗粒表面分布均匀，提高了膜的交联度，减少了膜材料的用量，从而进一步降低了生产成本。此外，采用喷雾包膜工艺，操作简单，无需溶剂，固化快，产品生产成本低，非常适合于在园艺和大田作物上大面积推广。

4.本发明的木质素基热固性树脂包膜控释肥料养分释放优异，可根据不同的包膜厚度和材质可将养分期精确控制在1～6个月，能满足不同农作物的生长需求。

(四)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中所用的木质素呈粉末状，其粒径为100～200目。

实施例1：

将120g木质素、180g苹果酸和2g N,N二甲基苄胺分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在80℃下反应4小时，冷却后即得改性木质素；接着将冷却至室温的5.47g改性木质素和3.76g环氧化合物双酚A二缩水甘油醚混合均匀后迅速喷涂到转鼓中已预热到60～90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。4～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为70天。

实施例2：

将100g木质素、150g顺丁烯二酸酐和1.8g N,N二甲基苄胺分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在80℃下反应4.5小时，冷却后即得改性木质素；接着将冷却至室温的6.15g改性木质素和3.20g环氧化合物环氧氯丙烷混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60～90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。4～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为60天。

实施例3：

将100g木质素、160g丁二酸酐和3g N,N二甲基苄胺分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在80℃下反应3.5小时，冷却后即得改性木质素；接着将冷却至室温的5.32g改性木质素和3.18g环氧化合物环氧氯丙烷混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60～90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。4～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T 4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为70天。

实施例4：

将100g木质素、140g柠檬酸和2g N,N二甲基苄胺分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在80℃下反应4.0小时，冷却后即得改性木质素；接着将冷却至室温的5.52g改性木质素和2.89g环氧化合物环氧氯丙烷混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60～90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。4～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T 4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为60天。

实施例5：

将100g木质素、150g酒石酸和2.4g N,N二甲基苄胺分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在70℃下反应5.0小时，冷却后即得改性木质素；接着将冷却至室温的5.65g改性木质素、2.35g环氧化合物双酚A二缩水甘油醚混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60～90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。4～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复4次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的6％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为90天。

实施例6：

将150g木质素、150g双酚A和3g二月桂酸二丁基锡分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在90℃下反应3.0小时，冷却后即得改性木质素；接着将冷却至室温的4.22g改性木质素和3.25g环氧化合物双酚A二缩水甘油醚混合后迅速喷涂到转鼓中已预热到60～90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。4～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复5次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的7％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为180天。

Claims (9)

1.一种基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，包括肥料颗粒和包覆在肥料颗粒表面的包膜材料，所述的包膜材料包括如下质量份的原料：

改性木质素55～75份和环氧化合物25～45份。

2.根据权利要求1所述的基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的改性木质素按如下方法制备得到：

将100～200质量份木质素、100～200质量份改性剂和1～3质量份催化剂混合均匀后，在60～90℃下反应2～5小时，冷却后即得改性木质素。

3.根据权利要求2所述的基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的改性剂是顺丁烯二酸酐、柠檬酸、丁酸酐、邻苯二甲酸酐、苹果酸、丁二酸、双酚A、苯酚、苯甲酸、戊二酸酐、丁二酸酐或/和酒石酸。

4.根据权利要求2所述的基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的催化剂是N,N二甲基苄胺、二月桂酸二丁基锡或/和氯化亚锡。

5.根据权利要求1所述的基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的环氧化合物是环氧氯丙烷、双酚A二缩水甘油醚、环氧丙烷或/和环氧乙烷。

6.根据权利要求1所述的基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的肥料颗粒粒径为2～5mm。

7.根据权利要求1所述的基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的肥料颗粒为尿素、硫酸铵、磷酸氢二铵、氯化钾、硝酸铵、磷酸二氢铵、NPK复合肥、硝酸磷肥、碳酸氢铵、硫酸钾或硝酸钾。

8.优根据权利要求1所述的基于木质素的热固性树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的包膜材料重量占控释肥总重量的3.0～7.0％。

9.权利要求1所述的基于木质素的热固性树脂包膜控释肥的制备方法，包括步骤如下：

将肥料颗粒预热至60～90℃，然后将改性木质素和环氧化合物混合均匀后获得包膜液，将包膜液喷涂到肥料颗粒表面反应固化成膜，即得木质素基热固性树脂包膜控释肥。