CN108147902A - 微量元素缓释肥料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农业化学领域，具体涉及一种微量元素缓释肥料，进一步涉及其制备方法。所述微量元素缓释肥料由以下种类和重量份数的原料制备而成：包膜单体10、微量元素的水溶性盐3‑60、水溶性引发剂2‑8、HLB＝3～9的乳化剂0.01‑0.05、油相50‑150、水10‑100。本发明提供一种包膜的微量元素盐固体缓释肥料，所述肥料具有良好的初期释放性和持久的缓释性能，能够保证微量元素的持续有效释放，降低施肥频率，减轻工作量。本发明进一步提供通过反相乳液聚合制备微量元素缓释肥料的方法，所述方法工艺成熟、简单，产率高。

Description

微量元素缓释肥料及其制备方法
技术领域
本发明属于农业化学领域，具体涉及一种微量元素缓释肥料，进一步涉及其制备方法。
背景技术
微量元素对农作物生长而言必不可少。传统的施用微量元素肥料的方法，一般是将微量元素化合物或其与有机肥料的复合物投放到田地间，但投放量特别是投放均匀度难于控制，并且微量元素随灌溉、雨水冲刷等迅速流失，起不到应有的增肥增产效果。
为解决该技术问题，现有技术中提出了具有缓释功能的微量元素肥料(CN102702444A、CN106007952A)，其基本技术构思为将微量元素肥料与有机肥料、微生物肥料等预先制备为复合肥料，但这种复合肥料的作用更多地体现为肥料复配，而对于其缓释性并无特别的技术手段予以提高。现有技术还公开了将微量元素与牛毛、秸秆等复配的缓释肥料(CN106007921A)，以期通过这些有机、无机物的填充作用达到缓释效果，但其效果依然较为有限。而在制备缓释肥料领域，包膜是较为常用的技术手段，其直接针对微量元素本身的迁移、释放作出改进，有望得到具有良好缓释效果的肥料；现有技术公开了具有这种结构(CN104591909A)微量元素肥料，但并未公开其具备的包膜材料构成和包膜工艺，无法对本领域技术人员作出有效指导。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明一方面涉及微量元素缓释肥料，所述肥料具有包膜结构，能够实现微量元素的缓释。
具体而言，所述微量元素缓释肥料由以下种类和重量份数的原料制备而成：
本发明采用反相乳液聚合的工艺，将微量元素的水溶性盐溶解于水相内核中，在其外部原位聚合得到聚合物包膜层，从而将微量元素包裹于具有缓释作用的壳体之内，实现肥料有效成分的长期持续释放。
所述包膜单体选自丙烯酰胺、丙烯酸羟基酯中的一种或两种的组合。作为优选，所述包膜单体为丙烯酰胺:丙烯酸羟基酯＝1:0.5～0.8的重量比构成，从而实现力学性能、水溶性和缓释性的平衡。丙烯酰胺单元赋予包膜层以期望的力学性能；丙烯酸羟基酯作为亲水性单体，赋予缓释肥料以良好的初期释放性。所述原料中不使用交联剂，共聚物本质上以基本上呈线型聚合物的形式存在，在长期使用后可以完全崩解，避免了由于包衣膜层残留导致的有效成分无法释放。
所述微量元素的水溶性盐的种类没有特别限定，只要其能够溶解于水中即可；应当注意的是，尽管各元素的盐单独均可溶于水，但不同的盐同时溶于水中、或其水溶液混合时，有可能导致沉淀发生，故在对于水溶性盐的选择方面应避免此类情况的发生。作为优选，所述微量元素的水溶性盐选自钼、锰、铁、铜、锌的硫酸盐或硝酸盐中的一种或两种以上的组合。
所述水溶性引发剂的种类没有特别限定，只要其能够引发反相乳液自由基聚合即可，具体可以使用过硫酸盐，例如过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵等，或者过硫酸盐-亚硫酸氢钠的氧化还原引发体系。
所述乳化剂应当使用HLB＝3～9的乳化剂，具体可以列举长链脂肪酸盐、烷基萘磺酸盐、烷基酯磺酸盐、烷基酸聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等。
所述油相起到聚合分散介质的作用，可选择任何与水不互溶的有机惰性液体。但是，从形成的胶束种类的角度而言，为得到以水液滴为核心的反相胶束，优选使用烷烃、芳烃、环烷烃等，具体可以列举石油醚、正己烷、苯、甲苯、二甲苯、环己烷中的一种或两种以上的组合。
所述水的种类没有特别限定，可采用本领域中常用的聚合用水，例如去离子水、双蒸水、反渗透水等。
本发明的另一个方面涉及前述微量元素缓释肥料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将水溶性微量元素盐溶解于水中，配置为150～300g/L的溶液；
(2)将包膜单体溶解于步骤(1)的溶液中，得到水相；
(3)将乳化剂加入油相中，使之溶解；
(4)将水相与含有乳化剂的油相混合并分散以形成乳液，升温至45～65℃；
(5)将水溶性引发剂溶解于水中，得到引发剂溶液，下滴加入骤(4)的乳液中，在1～3.5h内滴加完毕；
(6)引发剂溶液滴加完毕后继续反应1～1.5小时后停止反应，收集固体产物，即得微量元素缓释肥料。
水溶性微量元素盐的浓度不宜过高，否则影响包膜单体的溶解，更会导致缓释肥料的盐含量过高、存在烧苗烧根的风险。
进一步地，所述步骤(2)中，控制包膜单体的浓度在10～20wt.％。
进一步地，所述步骤(6)中，通过直接过滤、破乳后过滤、喷雾干燥中的任一种方法收集固体产物。
本发明的有益效果在于：
(1)提供一种包膜的微量元素盐固体缓释肥料，所述肥料具有良好的初期释放性和持久的缓释性能。
(2)所述微量元素缓释肥料能够保证微量元素的持续有效释放，降低施肥频率，减轻工作量。
(3)进一步提供通过反相乳液聚合制备微量元素缓释肥料的方法，所述方法工艺成熟、简单，产率高。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将25g无水硫酸铜、40g硫酸锌、10g硝酸锰、25g硫酸钼溶解于0.5L去离子水中，配置为200g/L的水溶液；向溶液中投入62.5g丙烯酰胺和37.5g丙烯酸羟乙酯(单体浓度16.7wt.％)，搅拌使单体充分溶解后，得到水相。
将0.25g乳化剂A-105(HLB＝8.5)加入800g甲苯中，加热搅拌使之溶解，得到油相。将水相与油相混合，在250W超声下处理20mi n以得到充分乳化的微乳液，并使乳液升温至55℃。
将20g过硫酸铵以50mL水溶解，在同样的超声作用下2h内滴加入前述乳液中，引发聚合反应，滴加完毕后在同样条件下继续反应1h，得到反相乳液。
将反相乳液在80℃下喷雾干燥，回收甲苯，得到固体粉末状的微量元素缓释肥料。
实施例2
将70g硝酸钼、40g硫酸铁、30g硝酸铜、50g硫酸锰和50g硝酸锌溶解于0.8L去离子水中，配置为300g/L的水溶液；向溶液中投入56g丙烯酰胺和44g丙烯酸羟甲酯(单体浓度11.1wt.％)，搅拌使单体充分溶解后，得到水相。
将0.5g Span S-80(HLB＝4.3)加入100g石油醚中，加热搅拌使之溶解，得到油相。将水相与油相混合，在250rpm机械搅拌下得到充分乳化的微乳液，并使乳液升温至45℃。
将30g过硫酸铵、10g亚硫酸氢钠分别以25mL水溶解，在相同转速、温度下于3h内同时滴加入前述乳液中，引发聚合反应，滴加完毕后在同样条件下继续反应1h，得到反相乳液。
向反相乳液中加入200mL的OP-10水溶液(20wt.％)，充分搅拌破乳后，过滤，用去离子水冲洗，在50℃下真空干燥2h，得到颗粒状的微量元素缓释肥料。
测试例
按照1g：1mL的比例，将微量元素缓释肥料投入氯仿中，再以等体积水萃取微量元素盐，两相分离后，根据《NY 1428-2010微量元素水溶肥料》规定的“微量元素水溶肥料液体产品”的测试方法进行测试，得到换算后的微量元素含量。
将微量元素缓释肥料装于无纺布袋中，按照100g/m2的投放量投放于试验田土壤中，自然条件下经0d(制备得到的肥料产品)、10d、30d后，采用上述方法测定换算后的微量元素含量。结果列于表1。
表1(单位：g/L)
实施例1 实施例2
0d 241 358
10d 167 206
30d 103 135
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.微量元素缓释肥料，其特征在于，所述微量元素缓释肥料由以下种类和重量份数的原料制备而成：
2.根据权利要求1所述的微量元素缓释肥料，其特征在于，所述包膜单体选自丙烯酰胺、丙烯酸羟基酯中的一种或两种的组合。
3.根据权利要求2所述的微量元素缓释肥料，其特征在于，所述包膜单体为丙烯酰胺:丙烯酸羟基酯＝1:0.5～0.8的重量比构成。
4.根据权利要求1所述的微量元素缓释肥料，其特征在于，所述微量元素的水溶性盐选自钼、锰、铁、铜、锌的硫酸盐或硝酸盐中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的微量元素缓释肥料，其特征在于，所述水溶性引发剂选自过硫酸盐或者过硫酸盐-亚硫酸氢钠。
6.根据权利要求1所述的微量元素缓释肥料，其特征在于，所述乳化剂选自长链脂肪酸盐、烷基萘磺酸盐、烷基酯磺酸盐、烷基酸聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的微量元素缓释肥料，其特征在于，所述油相选自烷烃、芳烃、环烷烃中的一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的微量元素缓释肥料，其特征在于，所述水选自去离子水、双蒸水或反渗透水。
9.根据权利要求1～8任一项所述的微量元素缓释肥料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将水溶性微量元素盐溶解于水中，配置为150～300g/L的溶液；
(2)将包膜单体溶解于步骤(1)的溶液中，得到水相；
(3)将乳化剂加入油相中，使之溶解；
(4)将水相与含有乳化剂的油相混合并分散以形成乳液，升温至45～65℃；
(5)将水溶性引发剂溶解于水中，得到引发剂溶液，下滴加入骤(4)的乳液中，在1～3.5h内滴加完毕；
(6)引发剂溶液滴加完毕后继续反应1～1.5小时后停止反应，收集固体产物，即得微量元素缓释肥料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制包膜单体的浓度在10～20wt.％。
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