CN107879824A - 一种功能性肥料增效复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种功能性肥料增效复合物，包括肥料增效剂，保水缓释剂和有机质；所述肥料增效剂为重均分子量在8000‑15000的聚天冬氨酸钾；同时本发明还提供一种功能性肥料增效复合物的制备方法。本发明所述功能性肥料增效复合物不同于已有的功能单一的肥料增效剂，其主要能够实现粉剂肥料的缓慢释放，提高作物对肥料的利用率，降低肥料使用量，另外所述复合物可用于粉状肥料的表面处理，可以有效预防粉剂肥料的团聚，同时改善土壤结构，具有一定的保水抗旱作用，作为一种环境友好的功能性肥料增效复合物，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及现代农业领域，尤其涉及一种功能性肥料增效复合物及其制备方法。
背景技术
目前，我国已成为全球化肥生产和消费大国，但我国的肥料利用率很低，氮、磷、钾分别为25-30％、10-25％、35-50％左右，单位面积施肥量是世界平均用量的1.6倍。因此，提高肥料利用率，降低肥料的使用量是我国现代农业发展中迫切需要解决的问题。肥料增效剂可以提高肥料的利用率，延长肥效，降低肥料的施用量。已有的研究主要集中在高分子包膜缓释、脲酶控释等方面。
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发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种功能性肥料增效复合物，所述功能性肥料增效复合物不同于已有的功能单一的肥料增效剂，其主要能够实现粉剂肥料的缓慢释放，提高作物对肥料的利用率，降低肥料使用量，另外所述复合物可用于粉状肥料的表面处理，可以有效预防粉剂肥料的团聚，同时改善土壤结构，具有一定的保水抗旱作用，作为一种环境友好的功能性肥料增效复合物，具有广阔的应用前景。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种功能性肥料增效复合物，包括肥料增效剂，保水缓释剂和有机质；所述肥料增效剂为重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾。
肥料中的肥料增效剂、保水缓释剂和有机质三者具有协同效应，实现了水溶性营养元素的持续释放，促进作物生长，同时它们还会改善土壤结构，促进作物对土壤中的养分吸收，单一的组分实现不了这种功能。
重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾与保水缓释剂、有机质具有协同作用，分子量低于8000，由于其水溶性好，与保水缓释剂的协同作用不强，肥料缓释作用降低；而高于15000的聚天冬氨酸钾又由于分子量的增大，不能很好与保水缓释剂、有机质间发挥协同作用，影响作物对养分的吸收。
进一步地，所述保水缓释剂为聚丙烯酰胺、淀粉接枝聚丙烯酰胺或阴离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种。
保水缓释剂可以吸水、保水达到自身重量的几百倍，可与聚天冬氨酸钾发挥协同作用，不但改善土壤结构，还可提高肥料养分的利用率。
进一步地，所述有机质为腐殖酸钾、复合氨基酸、糖蜜液或黄腐酸钾中的一种或多种。
有机质可与聚天冬氨酸钾发挥协同作用，不但改善土壤结构，还可提高肥料养分的利用率。
进一步地，成分以重量百分比计包括：40％-70％的肥料增效剂，5％-10％的保水缓释剂及30％-60％的有机质。
肥料中的肥料增效剂、保水缓释剂和有机质三者具有协同效应，为了实现三者间的互相协同作用，需要控制各物质的添加比例，40％-70％的肥料增效剂，5％-10％的保水缓释剂及30％-60％的有机质是充分考虑到协同作用的发挥而必需的添加量。
进一步地，还包括有机硅表面活性剂，所述有机硅表面活性剂为含有机硅亲油基团和亲水高分子链，具有两亲性能的高分子表面活性剂；含量以重量百分比计为5％-10％。
有机硅表面活性剂是具有两亲性能的高分子表面活性剂，其不但具有很好的水溶性，还可降低溶液的表面能，降低粉剂肥料的团聚、结块，可以改善肥料养分在土壤和作物表面的扩散，有利于作物吸收。
考虑成本和有机硅表面活性剂的作用发挥所需的合理浓度，选择5％-10％的添加比例。当添加的有机硅表面活性剂高于此比例时，将使成本增加，造成浪费，而低于此比例，有机硅表面活性剂的功能不能有效发挥。
进一步地，还包括表面浸润剂，所述表面浸润剂包括取代聚氧乙烯基醚、聚氧乙烯与聚氧丙烯共聚物、吐温-20、吐温-60、吐温-80或OP-10中的一种或多种；含量以重量百分比计为5％-15％。
上述这几种表面浸润剂不但具有很好的水溶性，还可改善肥料养分在土壤和作物表面的扩散，有利于作物吸收。
考虑成本和表面浸润剂的作用发挥所需的合理浓度，选择5％-15％的添加比例。当添加的表面浸润剂高于此比例时，将使成本增加，造成浪费，而低于此比例，表面浸润剂的功能不能有效发挥。
本发明还提供一种功能性肥料增效复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、采用一锅法合成聚天冬氨酸钾，并制备聚天冬氨酸钾溶液；
步骤二、将步骤一所述聚天冬氨酸钾溶液与有机硅表面活性剂，表面浸润剂，保水缓释剂和有机质混合搅拌均匀后，加入胶体磨中混合、分散，待稳定后制成功能性肥料增效复合物。
进一步地，所述聚天冬氨酸钾的重均分子量为8000-15000；所述聚天冬氨酸钾溶液中聚天冬氨酸钾重量的含量为40％-70％。
进一步地，步骤一中，顺丁烯二酸酐与碳酸氢铵在一定条件下发生反应后，再经氢氧化钾水解得到所述聚天冬氨酸钾。
进一步地，顺丁烯二酸酐与碳酸氢铵的反应温度为160-200℃，反应时间为1-1.5h。
由于本发明需要制备重均分子量为8000-15000的聚天冬氨酸钾，因此需要控制顺丁烯二酸酐与碳酸氢铵的反应条件。反应温度需控制在160-200℃之间，当反应温度低于160℃时，聚天冬氨酸钾的重均分子量达不到8000-15000；而反应温度高于200℃时，合成的聚天冬氨酸钾的分子量将大幅提高，其进一步水解也困难，因此很难获得重均分子量为8000-15000的聚天冬氨酸钾。除了需要控制反应温度外，反应时间也需要控制，当反应时间低于1h时，顺丁烯二酸酐与碳酸氢铵之间的反应不完全，合成的聚天冬氨酸钾的分子量达不到8000-15000；当反应时间高于1.5h时，同样会使合成的聚天冬氨酸钾的分子量增大，既不利于水解，也不利于获得重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾。
本发明有益效果如下：
本发明提供一种功能性肥料增效复合物，复合物中的肥料增效剂为重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾。肥料中的肥料增效剂、保水缓释剂和有机质三者具有协同效应，尤其是本发明所述重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾与保水缓释剂、有机质具有协同作用，保水缓释剂可以维持肥料增效剂处于其形成的水溶液环境，有机质和水溶性营养元素可以在这种微环境中实现迁移，并进一步释放，同时有机质还可促进水溶性营养元素的扩散和在植物根系、叶面的吸收，这三者的协同作用，实现了水溶性营养元素的持续释放，促进作物生长。同时它们还会改善土壤结构，促进作物对土壤中的养分吸收，而单一的组分实现不了这种功能。
本发明通过一锅法合成与二次混合工艺相结合，控制反应条件，获得了含有重均分子量为8000-15000的聚天冬氨酸钾的功能性肥料增效复合物。本发明的功能性肥料增效复合物不同于已有的功能单一的肥料增效剂，其主要能够实现粉剂肥料的缓慢释放，提高作物对肥料的利用率，降低肥料使用量，另外所述复合物可用于粉状肥料的表面处理，可以有效预防粉剂肥料的团聚，同时改善土壤结构，具有一定的保水抗旱作用，作为一种环境友好的功能性肥料增效复合物，具有广阔的应用前景。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及具体实施方式中所特别指出的方法来实现和获得。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施例可用于阐释本发明的原理。
一种功能性肥料增效复合物及其制备方法，所述功能性肥料增效复合物以重量百分比计包括：40％-70％的肥料增效剂、5％-10％的有机硅表面活性剂、5％-15％的表面浸润剂、5％-10％的保水缓释剂及30％-60％的有机质等，其中肥料增效剂为重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾。
为了获得上述重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾，首先通过一锅法合成工艺制备聚天冬氨酸钾，具体为，由顺丁烯二酸酐与碳酸氢铵在160-200℃反应，时间1-1.5h，反应后的物质再经氢氧化钾水解得到重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾，将获得的聚天冬氨酸钾制成重量含量为40％-70％的聚天冬氨酸钾溶液。
第二步将有机硅表面活性剂、表面浸润剂、保水缓释剂及有机质等加入上述聚天冬氨酸钾溶液中，搅拌均匀，再加入胶体磨中混合、分散，待稳定后制成功能性肥料增效复合物。
本发明功能性肥料增效复合物中的肥料增效剂、保水缓释剂和有机质三者具有协同效应，这种协同效应是保水缓释剂可以维持肥料增效剂处于其形成的水溶液环境，有机质和水溶性营养元素可以在这种微环境中实现迁移，并进一步释放，同时有机质还可促进水溶性营养元素的扩散和在植物根系、叶面的吸收，这三者的协同作用，实现了水溶性营养元素的持续释放，促进作物生长。同时它们还会改善土壤结构，促进作物对土壤中的养分吸收，而单一的组分实现不了这种功能。它们的添加比例，是充分考虑到协同作用的发挥而必需的添加量。而有机硅表面活性剂和表面浸润剂的添加不但可以降低粉剂肥料的团聚、结块，而且可以改善肥料养分在土壤和作物表面的扩散，有利于作物吸收，添加比例的选择主要考虑成本和其作用发挥所需的合理浓度，有机硅表面活性剂和表面浸润剂高于所述的比例时，将使成本增加；而低于所述的比例，其功能不能有效发挥。
所述的聚天冬氨酸钾制备温度在160-200℃，低于此温度，聚天冬氨酸钾的重均分子量达不到8000-15000，高于此温度，分子量将大幅提高，进一步水解也困难，进而难以得到重均分子量为8000-15000的聚天冬氨酸钾；而反应时间低于1h，反应不完全，聚天冬氨酸钾的分子量达不到8000-15000，反应时间高于1.5h，同样会由于分子量的增大，既不利于水解，也不利于获得重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾。
重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾与保水缓释剂、有机质具有协同作用，分子量低于8000，由于其水溶性好，与保水缓释剂的协同作用不强，肥料缓释作用降低；而高于15000的聚天冬氨酸钾又由于分子量的增大，不能很好与保水缓释剂、有机质间发挥协同作用，影响作物对养分的吸收。
所述的有机硅表面活性剂为含有机硅亲油基团和亲水高分子链，具有两亲性能的高分子表面活性剂，重量含量5％-10％。上述有机硅表面活性剂不但具有很好的水溶性，还可降低溶液的表面能，降低粉剂肥料的团聚、结块，可以改善肥料养分在土壤和作物表面的扩散，有利于作物吸收。
所述的表面浸润剂包括取代聚氧乙烯基醚、聚氧乙烯与聚氧丙烯共聚物、吐温-20、吐温-60、吐温-80或OP-10等中的一种或多种，重量含量5％-15％。这几种表面浸润剂不但具有很好的水溶性，还可改善肥料养分在土壤和作物表面的扩散，有利于作物吸收。
所述的保水缓释剂为聚丙烯酰胺、淀粉接枝聚丙烯酰胺或阴离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种，重量含量5％-10％，保水缓释剂可以吸水、保水达到自身重量的几百倍，能够与聚天冬氨酸钾发挥协同作用，不但改善土壤结构，还可提高肥料养分的利用率。
所述的有机质包括腐殖酸钾、发酵得到的复合氨基酸、糖蜜液或黄腐酸中等的一种或多种，重量含量30％-60％，有机质可与聚天冬氨酸钾发挥协同作用，不但改善土壤结构，还可提高肥料养分的利用率。
实施例1
(1)顺丁烯二酸酐196g与碳酸氢铵211g在160-200℃反应1-1.5h，再将126g氢氧化钾溶于226g水得到的溶液加入反应产物中，经水解得到重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾溶液，加水到固含量40％；
(2)将重量含量8％的有机硅表面活性剂、重量含量1％的取代聚氧乙烯基醚、重量含量5％的吐温-80、重量含量1％的OP-10，重量含量5％的聚丙烯酰胺保水缓释剂及重量含量15％的腐殖酸钾、重量含量5％的复合氨基酸、重量含量15％的糖蜜液等加入上述重量含量45％的聚天冬氨酸钾溶液中，搅拌均匀，再加入胶体磨中混合、分散，待稳定后包装成品。
实施例2
(1)顺丁烯二酸酐98kg与碳酸氢铵105.5kg在160-200℃反应1-1.5h，再将63kg氢氧化钾溶于113kg水得到的溶液加入反应产物中，经水解得到重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾溶液，加水到固含量50％；
(2)将重量含量6％的有机硅表面活性剂、重量含量3％的取代聚氧乙烯基醚、重量含量5％的吐温-80、重量含量8％的阴离子型聚丙烯酰胺保水缓释剂及重量含量20％的腐殖酸钾、重量含量18％的糖蜜液等加入上述重量含量40％的聚天冬氨酸钾溶液中，搅拌均匀，再加入胶体磨中混合、分散，待稳定后包装成品。
实施例3
(1)顺丁烯二酸酐49kg与碳酸氢铵53kg在160-200℃反应1-1.5h，再将32kg氢氧化钾溶于57kg水得到溶液加入反应产物中，经水解得到重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾溶液，加水到固含量50％；
(2)将重量含量5％的有机硅表面活性剂、重量含量3％的取代聚氧乙烯基醚、重量含量3％的OP-10，重量含量5％的聚丙烯酰胺保水缓释剂及重量含量15％的腐殖酸钾、重量含量15％的糖蜜液等加入上述重量含量54％的聚天冬氨酸钾溶液中，搅拌均匀，再加入胶体磨中混合、分散，待稳定后包装成品。
实施例4
(1)顺丁烯二酸酐98kg与碳酸氢铵105.5kg在160-200℃反应1-1.5h，再将63kg氢氧化钾溶于113kg水得到溶液加入反应产物中，经水解得到重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾溶液，加水到固含量40％；
(2)将重量含量6％的有机硅表面活性剂、重量含量3％的吐温-60、重量含量2％的OP-10，重量含量5％的淀粉接枝聚丙烯酰胺保水缓释剂及重量含量35％的糖蜜液等加入上述重量含量49％的聚天冬氨酸钾溶液中，搅拌均匀，再加入胶体磨中混合、分散，待稳定后包装成品。
本发明的功能性肥料增效复合物不同于已有的功能单一的肥料增效剂，其主要能够实现粉剂肥料的缓慢释放，提高作物对肥料的利用率，降低肥料使用量，另外所述复合物可用于粉状肥料的表面处理，可以有效预防粉剂肥料的团聚，同时改善土壤结构，具有一定的保水抗旱作用，作为一种环境友好的功能性肥料增效复合物，具有广阔的应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种功能性肥料增效复合物，其特征在于，包括肥料增效剂，保水缓释剂和有机质；所述肥料增效剂为重均分子量在8000-15000的聚天冬氨酸钾。
2.根据权利要求1所述功能性肥料增效复合物，其特征在于，所述保水缓释剂为聚丙烯酰胺、淀粉接枝聚丙烯酰胺或阴离子型聚丙烯酰胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述功能性肥料增效复合物，其特征在于，所述有机质为腐殖酸钾、复合氨基酸、糖蜜液或黄腐酸钾中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述功能性肥料增效复合物，其特征在于，成分以重量百分比计包括：40％-70％的肥料增效剂，5％-10％的保水缓释剂及30％-60％的有机质。
5.根据权利要求1所述功能性肥料增效复合物，其特征在于，还包括有机硅表面活性剂，所述有机硅表面活性剂为含有机硅亲油基团和亲水高分子链，具有两亲性能的高分子表面活性剂；含量以重量百分比计为5％-10％。
6.根据权利要求3所述功能性肥料增效复合物，其特征在于，还包括表面浸润剂，所述表面浸润剂包括取代聚氧乙烯基醚、聚氧乙烯与聚氧丙烯共聚物、吐温-20、吐温-60、吐温-80或OP-10中的一种或多种；含量以重量百分比计为5％-15％。
7.一种功能性肥料增效复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用一锅法合成聚天冬氨酸钾，并制备聚天冬氨酸钾溶液；
步骤二、将步骤一所述聚天冬氨酸钾溶液与有机硅表面活性剂，表面浸润剂，保水缓释剂和有机质混合搅拌均匀后，加入胶体磨中混合、分散，待稳定后制成功能性肥料增效复合物。
8.根据权利要求7所述功能性肥料增效复合物的制备方法，其特征在于，所述聚天冬氨酸钾的重均分子量为8000-15000；所述聚天冬氨酸钾溶液中聚天冬氨酸钾重量的含量为40％-70％。
9.根据权利要求7所述功能性肥料增效复合物的制备方法，其特征在于，步骤一中，顺丁烯二酸酐与碳酸氢铵在一定条件下发生反应后，再经氢氧化钾水解得到所述聚天冬氨酸钾。
10.根据权利要求7所述功能性肥料增效复合物的制备方法，其特征在于，顺丁烯二酸酐与碳酸氢铵的反应温度为160-200℃，反应时间为1-1.5h。
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