CN108264397A - 一种包膜缓释材料及其制备方法和由其制得的包膜缓释肥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包膜缓释材料及其制备方法和由其制得的包膜缓释肥。该包膜缓释材料主要由聚乙二醇与醋酸乙烯－乙烯共聚乳液共混复配制得，再加入湿法磷酸脱氟制备氟化钾产生的副产物活性二氧化硅，羧甲基纤维素钠盐，丙三醇或乙二醇，磷酸铝共混改性后得到，具有一定的可生物降解性，对环境友好。利用高压喷枪将本发明提供的包膜液多次雾化喷涂在磷酸二铵颗粒肥料表面并进行热风干燥，得到包膜缓释肥。本发明的包膜缓释肥，养分可缓慢溶出，可以提高肥料的利用率，有利于农业的可持续性发展，同时也有利于延伸磷矿资源开发利用的产业链，使得湿法磷酸脱氟制备氟化钾的副产物得到了高效利用。

Description

一种包膜缓释材料及其制备方法和由其制得的包膜缓释肥

技术领域

本发明涉及一种包膜缓释材料及其制备方法和由其制得的包膜缓释肥，属于包膜肥料领域。

背景技术

缓释肥料指肥料的养分释放速率很缓慢，能够长期释放，能够在作物生长的整个周期内起到作用的一种肥料。

根据农业部2015年12月发布的数据显示，我国水稻、玉米、小麦三大粮食作物化肥利用率为35.2％，比2013年提高2.2个百分点。而美国粮食作物氮肥利用率大体在50％，欧洲主要国家粮食作物利用率大体在65％，比我国高15到30个百分点。相比之下，我国化肥利用率仍然偏低，与欧美发达国家相比还有很大的差距。据测算，化肥利用率每提高2.2个百分点，可减少尿素使用量100万吨，减少氮排放47.8万吨，节省100万吨燃煤，农民减少生产投入约18亿元。因此，研究开发新的环保型包膜缓释肥，提高化肥利用率，对环境保护以及实现农业的可持续性发展具有重要的意义。

目前用于制备包膜缓释肥的无机物包膜材料主要有硫黄、磷酸盐、硅酸盐、石膏等，由这些材料所制成包膜肥，存在着弹性差、脆，肥料缓释性能比较差的缺点，因而很难实现真正意义上对养分的控制释放。

市场上执行GB/T 23348-2009缓释肥料国家标准的产品大多价格较高，包膜材料多为难降解的有机高分子材料，其材料本身对环境也有一定的污染作用。工业上湿法磷酸脱氟制备氟化钾时，会产生大量的副产活性二氧化硅，其具有堆积密度小，分散悬浮性好，吸附性能力强，负载量大，比表面积大，无毒无味，活性更高，具有独特的吸附性、稳定性、增稠性、补强性、离子交换性等优良特性，另其本身是一种优良的土壤改良剂，因此二氧化硅是一种优良的复合肥无机包裹材料。但是现有技术中采用湿法磷酸的副产物二氧化硅制备包膜材料时需要使用到不可降解的封面剂，对环境影响较大，且反应对温度的要求较高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种包膜缓释材料及其制备方法和由其制得的包膜缓释肥。所述包膜缓释材料能够有效提高包膜肥料的缓释性能，提高肥料利用率，且制备方法工艺简单、操作方便、原料廉价易得，利于工业化操作，同时包膜材料易降解，对环境友好，有利于农业的可持续性发展。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种包膜缓释材料，其特征在于，由下述原料按重量份制成：

聚乙二醇水溶液200份，

醋酸乙烯－乙烯共聚乳液5-15份，

二氧化硅15-25份，

羧甲基纤维素钠盐1-3份，

丙三醇或乙二醇2-4份，

磷酸铝0.5-1.5份。

按上述方案，优选地，所述聚乙二醇水溶液的质量浓度为2.5-7.5％，其中聚乙二醇的平均聚合度为6000-12000。

按上述方案，优选地，所述醋酸乙烯－乙烯共聚乳液中不挥发物≥54.5％，残存乙酸乙烯酯≤0.5％。

按上述方案，优选地，所述二氧化硅来源于工业上湿法磷酸脱氟制备氟化钾的副产物。

本发明还提供了上述包膜缓释材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将醋酸乙烯－乙烯共聚乳液加入到聚乙二醇水溶液中，充分搅拌直至其完全溶解；

(2)在步骤(1)得到的溶液中添加羧甲基纤维素钠盐，充分搅拌直至其完全溶解；

(3)在步骤(2)得到的溶液中添加丙三醇或乙二醇，搅拌5min；

(4)在步骤(3)得到的溶液中添加二氧化硅和磷酸铝，搅拌35-40min，使其在溶液中均匀分散，得到包膜液，即所述包膜缓释材料。

本发明还提供了由上述包膜缓释材料制得的包膜缓释肥，其特征在于，由下述步骤制备得到：将肥料进行预热，预热温度为60-65℃，预热时间为10-15min，再将所述包膜缓释材料利用高压喷枪在磷酸二铵颗粒肥料表面多次雾化喷涂并进行热风干燥，待包膜后的颗粒冷却至室温，即得到包膜缓释肥。

按上述方案，所述包膜缓释肥的包覆率为30wt％～50wt％。

按上述方案，所述肥料为磷酸二铵颗粒肥料，其颗粒粒径为1.5-3.2mm。

本发明的有益效果如下：

本发明所使用复合包膜材料相对于单一膜材料能够更好的控制肥料养分的释放，并可以通过调节复合材料的复配比来灵活的调控肥料养分的释放特性。

本发明所使用的粘结剂是聚乙二醇，其具有良好的缓释性能、成膜性能及可完全生物降解性，但聚乙二醇成膜时韧性较差，故加入醋酸乙烯－乙烯共聚乳液以提高膜的韧性，有利于提高包膜缓释肥的耐磨性，另外其在紫外线照射等外界能量作用下也造成分子易降解，对环境友好。然而，聚乙二醇与醋酸乙烯-乙烯共聚乳液成膜后耐水性不强，故再向其中加入磷酸铝以提高膜的耐水性，使制得的包膜肥在保存过程中避免受潮变质。羧甲基纤维素钠盐和丙三醇或乙二醇有一定的吸水保水功效，使制得的包膜缓释肥具有一定的吸水保水功能。

本发明所使用的二氧化硅来源于工业上湿法磷酸脱氟制备氟化钾的副产物，根据能谱测试数据显示，其含有质量分数约8％含量的三大主要肥料养分之一的钾，同时二氧化硅本身也是一种优良的土壤改良剂。本发明有利于延伸磷矿资源开发利用的产业链，使得湿法磷酸脱氟制备氟化钾的副产物得到了高效利用。

本发明所制得包膜液是在室温条件下完成，且在制作包膜肥时无需使用封面剂，工艺更加节能，更加简单环保。

采用本发明方法能够有效提高包膜肥料的缓释性能，使得肥料的养分缓慢溶出，可以提高肥料的利用率，有利于农业的可持续性发展，同时也有利于延伸磷矿资源开发利用的产业链，使得湿法磷酸脱氟制备氟化钾的副产物得到了高效利用。

本发明工艺简单，操作方便，原料廉价易得，利于工业化操作，同时包膜材料易降解，对环境友好，有利于农业的可持续性发展。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。下述各实施例中所用二氧化硅为实验室中湿法磷酸脱氟制备氟化钾所产生的副产物活性二氧化硅。下述各实施例中所述其他材料如无特殊说明，均为市售可得。

实施例1

一种包膜缓释材料的制备，具体步骤如下：

1)将40g质量浓度为2.5％的聚乙二醇溶液与3g醋酸乙烯－乙烯共聚乳液(广西广维GW-705)充分搅拌，使醋酸乙烯－乙烯共聚乳液完全溶解；

2)向步骤1)得到的溶液中添加0.2g羧甲基纤维素钠盐并充分搅拌使其完全溶解；

3)再向步骤2)得到的溶液中加入0.8g丙三醇，以950rpm的搅拌速度搅拌混合15min；

4)再向步骤3)得到的溶液中加入5g二氧化硅和0.1g磷酸铝，以950rpm的搅拌速度搅拌35min，制得包膜液，即包膜缓释材料。

将本实施例制得的包膜缓释材料用于制备包膜缓释肥，具体步骤如下：

选取5g粒径为1.5-3.2mm磷酸二铵颗粒肥料进行预热，预热温度为60℃，预热时间为15min，再将本实施例制得的包膜缓释材料(包膜液)利用高压喷枪在磷酸二铵颗粒肥料表面多次雾化喷涂并用92℃的热风进行热风干燥，将包膜后的颗粒冷却至室温，即得到包膜缓释肥。该包膜缓释肥表面成膜较好，有一定韧性。

按照下述公式：

包覆率＝＝(m₂-m₁)/m₂*100％(其中m₁为包膜前肥料的质量，m₂为包膜后包膜肥料的质量)

计算得，本实施例制备的包膜缓释肥的包覆率为33.42％。

实施例2

一种包膜缓释材料的制备，具体步骤如下：

1)将40g质量浓度为5％的聚乙二醇溶液与2g醋酸乙烯－乙烯共聚乳液(广西广维GW-705)充分搅拌，使醋酸乙烯－乙烯共聚乳液完全溶解，

2)向步骤1)得到的溶液中添加0.4g羧甲基纤维素钠盐并充分搅拌使其完全溶解。

3)再向步骤2)得到的溶液中再加入0.5g丙三醇和0.1g乙二醇以894rpm的搅拌速度搅拌混合15min，

4)再向步骤3)得到的溶液中再加入3g二氧化硅和0.2g磷酸铝以894rpm的搅拌速度搅拌35min，制得包膜液。

将本实施例制得的包膜缓释材料用于制备包膜缓释肥，具体步骤如下：

选取5g粒径为1.5-3.2mm磷酸二铵颗粒肥料进行预热，预热温度为65℃，预热时间为10min，再将所得的包膜液利用高压喷枪在磷酸二铵颗粒肥料表面多次雾化喷涂并用75℃的热风进行热风干燥，包膜后的颗粒冷却至室温，即得到包覆率为36.27％的包膜缓释肥。该包膜缓释肥表面成膜较好，有一定韧性。

实施例3

一种包膜缓释材料的制备，具体步骤如下：

1)将40g质量浓度为7.5％的聚乙二醇溶液与1g醋酸乙烯－乙烯共聚乳液(广西广维GW-705)充分搅拌，使醋酸乙烯－乙烯共聚乳液完全溶解，

2)向步骤1)得到的溶液中添加0.6g羧甲基纤维素钠盐并充分搅拌使其完全溶解。

3)再向步骤2)得到的溶液中再加入0.4g丙三醇以1012rpm的搅拌速度搅拌混合15min，

4)再向步骤3)得到的溶液中再加入4g二氧化硅和0.3g磷酸铝以1012rpm的搅拌速度搅拌35min，制得包膜液。

将本实施例制得的包膜缓释材料用于制备包膜缓释肥，具体步骤如下：

选取5g粒径为1.5-3.2mm磷酸二铵颗粒肥料进行预热，预热温度为65℃，预热时间为10min，再将所得的包膜液利用高压喷枪在磷酸二铵颗粒肥料表面多次雾化喷涂并用105℃的热风进行热风干燥，包膜后的颗粒冷却至室温，即得到包覆率为41.05％的包膜缓释肥。该包膜缓释肥表面成膜较好，有一定韧性。

实施例4

一种包膜缓释材料的制备，具体步骤如下：

1)将40g质量浓度为5％的聚乙二醇溶液与2g醋酸乙烯－乙烯共聚乳液(广西广维GW-705)充分搅拌，使醋酸乙烯－乙烯共聚乳液完全溶解，

2)向步骤1)得到的溶液中添加0.5g羧甲基纤维素钠盐并充分搅拌使其完全溶解。

3)向步骤2)得到的溶液中再加入0.5g丙三醇和0.2g乙二醇以945rpm的搅拌速度搅拌混合15min，

4)向步骤3)得到的溶液中再加入4g二氧化硅和0.2g磷酸铝以945rpm的搅拌速度搅拌35min，制得包膜液。

将本实施例制得的包膜缓释材料用于制备包膜缓释肥，具体步骤如下：

选取5g粒径为1.5-3.2mm磷酸二铵颗粒肥料进行预热，预热温度为65℃，预热时间为10min，再将所得的包膜液利用高压喷枪在磷酸二铵颗粒肥料表面多次雾化喷涂并进行用87℃的热风热风干燥，包膜后的颗粒冷却至室温，即得到包覆率为38.22％包膜缓释肥。该包膜缓释肥表面成膜较好，有一定韧性。

实施例5

一种包膜缓释材料的制备，具体步骤如下：

1)将40g质量浓度为5％的聚乙二醇溶液与2.5g醋酸乙烯－乙烯共聚乳液(广西广维GW-705)充分搅拌，使醋酸乙烯－乙烯共聚乳液完全溶解，

2)向步骤1)得到的溶液中添加0.5g羧甲基纤维素钠盐并充分搅拌使其完全溶解。

3)向步骤2)得到的溶液中再加入0.5g丙三醇以1105rpm的搅拌速度搅拌混合15min，

4)向步骤3)得到的溶液中再加入5g二氧化硅和0.2g磷酸铝以1105rpm的搅拌速度搅拌35min，制得包膜液。

将本实施例制得的包膜缓释材料用于制备包膜缓释肥，具体步骤如下：

选取5g粒径为1.5-3.2mm磷酸二铵颗粒肥料进行预热，预热温度为65℃，预热时间为10min，再将所得的包膜液利用高压喷枪在磷酸二铵颗粒肥料表面多次雾化喷涂并进行用90℃的热风热风干燥，包膜后的颗粒冷却至室温，即得到包覆率为38.86％的包膜缓释肥。该包膜缓释肥表面成膜较好，有一定韧性。

根据缓释肥料国家标准(GB/T 23348-2009)的方法及要求，对以上5个实例制备的包膜缓释肥进行缓释性能测试，具体结果如表1：

表1包膜缓释肥料的缓释性能测试结果

Claims (9)

1.一种包膜缓释材料，其特征在于，由下述原料按重量份制成：

聚乙二醇水溶液200份，

醋酸乙烯－乙烯共聚乳液5-15份，

二氧化硅15-25份，

羧甲基纤维素钠盐1-3份，

丙三醇或乙二醇2-4份，

磷酸铝0.5-1.5份。

2.根据权利要求1所述的包膜缓释材料，其特征在于，所述聚乙二醇水溶液的质量浓度为2.5-7.5％，其中聚乙二醇的平均聚合度为6000-12000。

3.根据权利要求1所述的包膜缓释材料，其特征在于，所述醋酸乙烯－乙烯共聚乳液中不挥发物≥54.5％，残存乙酸乙烯酯≤0.5％。

4.根据权利要求1所述的包膜缓释材料，其特征在于，所述二氧化硅来源于湿法磷酸脱氟制备氟化钾的副产物。

5.权利要求1-4任一项所述的包膜缓释材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将醋酸乙烯－乙烯共聚乳液加入到聚乙二醇水溶液中，搅拌至其完全溶解；

(2)在步骤(1)得到的溶液中添加羧甲基纤维素钠盐，搅拌至其完全溶解；

(3)在步骤(2)得到的溶液中添加丙三醇或乙二醇，搅拌5min；

(4)在步骤(3)得到的溶液中添加二氧化硅和磷酸铝，搅拌35-40min，使其在溶液中均匀分散，得所述包膜缓释材料。

6.由权利要求1-4任一项所述的包膜缓释材料制得的包膜缓释肥，其特征在于，由下述步骤制备得到：将肥料预热，再将所述包膜缓释材料在肥料表面雾化喷涂，干燥，得到包膜缓释肥。

7.根据权利要求6所述的包膜缓释肥，其特征在于，所述预热的温度为60-65℃，预热的时间为10-15min。

8.根据权利要求6所述的包膜缓释肥，其特征在于，所述包膜缓释肥的包覆率为30wt％～50wt％。

9.根据权利要求6所述的包膜缓释肥，其特征在于，所述肥料为磷酸二铵颗粒肥料，其颗粒粒径为1.5-3.2mm。