CN108424212A - 含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料及其制备方法，该含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料，呈球状，其包括：肥料芯体；粘结剂层，聚乙烯醇材质，包裹于所述肥料芯体的外表面；包膜材料层，沸石粉、硅藻土或滑石粉材质，均匀粘结于所述粘结剂层的外表面；密闭剂层，覆盖于所述包膜材料层的外表面；所述粘结剂层为聚乙烯醇材质；所述包膜材料层为沸石粉、硅藻土或滑石粉材质。本发明以沸石粉、硅藻土或滑石粉为包膜材料(缓控释层)，以聚乙烯醇水溶液为粘结剂，经包膜造粒，形成表面光滑、结构紧密的不透水包膜缓控释肥料，是一种膜壳可降解的环境友好型控施肥料，缓控释效果突出，释放期可达1‑3个月，并且价格低廉。
Description
技术领域
本发明涉及肥料及其生产技术领域，特别涉及一种含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料及其制备方法。
背景技术
施肥能提高土壤肥力及农作物产量，但是长期不当施肥不仅会降低肥料养分利用率，造成经济损失，还会引起土壤板结、土壤酸化等问题，使土壤肥力下降、土壤质量退化，进而降低土壤生产力。另外，长期不当施肥还会对大气、水环境产生影响，例如引起水体富营养化等负面影响。
针对化肥在使用过程带来的生态环境问题以及化肥利用率降低等问题，科研工作者以提高肥料的利用率为核心，研制出了能够解决肥料养分释放速率的缓控释肥料。
缓控释肥料对提高作物产量有重要的影响，例如缓控释尿素可调节养分释放与作物需肥规律基本同步，从而可以大幅度提高肥料利用率，这在提高肥效利用率的同时，在一定程度上，减少了带给环境的压力。来自中国的赵斌等人在研究缓控释肥对夏玉米产量的影响发现，在等量的施肥量情况下，缓控释肥料能够显著的提高玉米的产量。即使缓控释肥料在减少25％的施肥量情况下，也比施用普通复合肥的产量要高，缓控释肥料甚至减少50％时，它的产量也与普通复合物的差不多。
此外，缓控释肥料的制备方法研究获得了诸多成果，其制备方法主要包括三种：化学法、物理法和生化法。
鉴于缓控释肥料的良好效果，业界有必要进一步深入研究，以提供效果更为突出、价格更为低廉的缓控释肥料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料及其制备方法，以提供效果更好、价格更低的缓控释肥料。
为了实现本发明的目的，一方面，本发明提供如下技术方案：
一种含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料，其包括：肥料芯体，呈球状；粘结剂层，聚乙烯醇材质，包裹于所述肥料芯体的外表面；包膜材料层，沸石粉、硅藻土或滑石粉材质，均匀粘结于所述粘结剂层的外表面；密闭剂层，覆盖于所述包膜材料层的外表面；所述粘结剂层为聚乙烯醇材质；所述包膜材料层为沸石粉、硅藻土或滑石粉材质。
优选地，所述沸石粉、滑石粉细度在100目以上，或者，所述硅藻土的细度在300目以上。
优选地，所述密闭剂层的材质为石蜡和松香的混合物。
优选地，所述肥料芯体为颗粒状的尿素。
优选地，所述尿素的粒径介于2-5mm。
为了实现本发明的目的，另一方面，本发明提供如下技术方案：
一种含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料的制备方法，其包括以下步骤：将颗粒状的肥料芯体置于转鼓中匀速转动；向转鼓中喷施粘结剂，使所述肥料芯体表面湿润，所述粘结剂是浓度为5-9％的聚乙烯醇水溶液，质量为所述肥料芯体质量的6-9％；向转鼓中加入包膜材料，直到粘结剂和包膜材料均被用完，所述包膜材料为沸石粉、硅藻土或滑石粉；取出肥料，并干燥；向转鼓中加入密闭剂，升高转鼓的温度，使所述密闭剂熔融；倒入已经干燥的肥料，轻轻搅拌、混合均匀；待密闭剂在肥料表面固化成膜，取出。
优选地，所述肥料芯体为粒径介于2-5mm的尿素颗粒。
优选地，干燥时的温度介于50-80℃。
优选地，所述密闭剂为石蜡和松香的混合物，所述石蜡、松香的重量比为1-3:1。
优选地，所述密闭剂肥料芯体、包膜材料、粘结剂、密闭剂的重量比为46-62：29-47：3-5：3-5。
分析可知，本发明以沸石粉、硅藻土或滑石粉为包膜材料(缓控释层)，以聚乙烯醇水溶液为粘结剂，经包膜造粒，形成表面光滑、结构紧密的不透水包膜缓控释肥料，是一种膜壳可降解的环境友好型控施肥料，缓控释效果突出，释放期可达1-3个月，并且价格低廉。
附图说明
图1为本发明提供的缓控释肥料实施例的剖面结构；
图2为本发明提供的制备方法实施例的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的缓控释肥料整体呈球状，且为分层结构，包括位于中心的大致呈球状的肥料芯体11、粘结剂层12、包膜材料层13、密闭剂层14。肥料芯体11为颗粒状的尿素等，粒径优选介于2-5mm。粘结剂层12为聚乙烯醇材质，包裹于肥料芯体11的外表面。包膜材料层13为沸石粉、硅藻土或滑石粉材质，均匀粘结于粘结剂层12的外表面。密闭剂层14覆盖于包膜材料层13的外表面。
本发明特别使用聚乙烯醇作为粘结剂层12的材料，是因为粘结剂层12是联系包膜材料层13和肥料芯体11颗粒的重要物质，其浓度、用量与缓控释肥料的缓控释效果有直接关系，主要表现在肥料颗粒强度和缓释效果上，而主要影响因素是粘结剂的粘性、可塑性。聚乙烯醇水溶液粘度随聚合程度的增大而变大，且聚乙烯醇与氮素不发生化学反应，具有一定的水稳性，价格低廉、对环境无污染。
进一步地，形成包膜材料层13所用的沸石粉、硅藻土或滑石粉等包膜材料中，若为沸石粉、滑石粉，细度最好在100目以上；若为硅藻土，细度最好在300目以上。形成密闭剂层14的密闭剂最好为石蜡和松香的混合物，二者的重量比最好为1-3:1。
总体而言，肥料芯体11、包膜材料层13、粘结剂层12、密闭剂层14的重量比为46-62：29-47：3-5：3-5。
在图1所示的缓控释肥料中，以沸石粉、硅藻土、滑石粉为包膜原料，水稳性效果好，且价格低廉、对环境无污染，降低了生产成本，解决了控释肥料的膜材料难降解所带来的环境污染问题。采用聚乙烯醇作为粘结剂，石蜡、松香作为封闭剂，制备简单，耗能少，固化快且成本低。
在制备图1所示的缓控释肥料时，可以参考图2所示的步骤流程，具体为：
如步骤21，将粒径为2-5mm的尿素之类的肥料芯体置于转鼓中匀速运动。
步骤22，向转鼓中喷施粘结剂，使尿素颗粒表面湿润。粘结剂优选是浓度为5-9％的聚乙烯醇水溶液，水溶液的质量为全部肥料芯体质量的6-9％。
步骤23，逐渐分次加入包膜材料，直到定量的粘结剂和包膜材料均被用完，待包膜完毕后，取出包膜的尿素颗粒，将其置于50-80℃干燥。如上所述，包膜材料为沸石粉、硅藻土或滑石粉等。
步骤24，向转鼓中加入一定比例的混合均匀的密闭剂，例如使用石蜡和松香的混合物作为密闭剂，其中石蜡、松香的重量比为1-3:1。接着，升高转鼓的温度，使其熔融；倒入干燥后的包膜尿素，轻轻搅拌、混合均匀；将固化成膜的肥料颗粒从包衣机中取出、冷却、包装、贮存。
为了进一步详细介绍本发明，并方便对不同制备过程制备的肥料进行测试，详细描述三个实施例如下。
实施例1：
取200g直径为2.0～3.0mm的尿素颗粒，将其倒入到BY-300型包衣机，使尿素颗粒在包衣机转鼓中以料帘的方式匀速运动。喷施15g浓度为8％的聚乙烯醇粘结剂，使尿素颗粒表面湿润，逐渐加入200g沸石粉，直到结剂和沸石粉被用完。包膜完毕后，取出包膜尿素颗粒，将其置于70℃恒温干燥箱中干燥。打开包衣机的加热板，升高包衣机转鼓的温度，加入10g石蜡和5g松香，使其熔融，倒入干燥后的包膜尿素，轻轻搅拌、混合均匀，将固化成膜的肥料颗粒从包衣机中取出、冷却、包装、贮存。
所得包膜肥料(ICU1)含氮量为21.7％，初期释放率为11.2％，释放期为1个月。
实施例2：
取200g直径为2.0～3.0mm的尿素颗粒，将其倒入到BY-300型包衣机，使尿素颗粒在包衣机转鼓中以料帘的方式匀速运动。喷施15g浓度为8％的聚乙烯醇粘结剂，使尿素颗粒表面湿润，逐渐加入95g硅藻土，直到粘结剂和硅藻土均被用完。包膜完毕后，取出包膜尿素颗粒，将其置于70℃恒温干燥箱中干燥。打开包衣机的加热板，升高包衣机转鼓的温度，加入10g石蜡和5g松香，使其熔融，倒入干燥后的包膜尿素，轻轻搅拌、混合均匀，将固化成膜的肥料颗粒从包衣机中取出、冷却、包装、贮存。
所得包膜肥料(ICU2)含氮量为28.7％，初期释放率为3.0％，释放期为1个月。
实施例3：
取200g直径为2.0～3.0mm的尿素颗粒。将其倒入到BY-300型包衣机，使其在包衣机转鼓中以料帘的方式匀速运动。用15g浓度为8％的聚乙烯醇作为粘结剂，高压喷施粘结剂，使尿素颗粒表面湿润，加入160g少量的滑石粉。如此反复数次，直到粘结剂和滑石粉均被用完。待包膜完毕后，取出包膜尿素颗粒，将其置于70℃恒温干燥箱中干燥。打开包衣机的加热板，升高包衣机转鼓的温度，加入10g石蜡和5g松香，使其熔融，倒入干燥后的包膜尿素，轻轻搅拌、混合均匀，将固化成膜的肥料颗粒从包衣机中取出、冷却、包装、贮存。
所得包膜肥料(ICU3)含氮量为23.9％，初期释放率为5.3％，释放期为1个月。
在本发明实施过程中，应防止粘结剂浓度过大或过小，如果浓度过大，不能够被喷枪喷出，从而堵塞喷枪，使得造粒过程不能够被正常进行。粘结剂浓度过小，粘结剂粘性不足以粘结包膜材料和肥料颗粒，从而使缓控释肥料包膜涂层的完整性较差，以至于直接影响到其缓控释效果。
此外，粘结剂用量与肥料芯体之间还有一定的关系，粘结剂用量过多，一方面会导致肥芯颗粒间相互粘结，形成较大的包膜肥料颗粒，降低肥料颗粒的成球率以及肥料颗粒的流动性，减少肥料颗粒与包膜材料的接触机会；另一方面，过多的粘结剂也会粘结加入的包膜材料，使包膜材料相互粘结在一起，从而增加了无效的包膜材料量。如果粘结剂用量过少，包膜材料不能够被完整粘结在肥料颗粒表面，将使包膜材料堆积在包衣机转鼓的底部，不能够被有效的利用。
包膜材料用量越大，包膜材料层的厚度就越大。其厚度对肥料养分的溶出率有显著的影响，随着厚度的增加，养分的初期、微分溶出率以及养分累积溶出率都有呈显著下降的趋势。但是如果涂层过薄，则无法达到理想的控释效果。另外，本发明选择的包膜材料都属于较细的材料，有利于包膜材料与粘结剂间的充分接触，同时也改善材料在肥料芯体颗粒表面的排列结构，从而使肥料颗粒表面涂层更完整、致密。
至于石蜡和松香混合而成的密闭剂，需要在包衣机底部搅拌均匀，否则先倒入的肥料颗粒会被松香粘结在一起，造成不必要的浪费。
为了评价上述实施例1-3的效果，将其与对比例的效果测试如下：
供试盆栽玉米品种为贵单八号，土壤为黄壤土，每盆15kg。对比例及以上各实施例施氮肥情况为：1)普通尿素；2)ICU1；3)ICU2；4)ICU3。各处理肥料一次性基施，且N-P2O5-K2O含量相同。
注：同列数据后相同字母表示处理间差异不显著(P<0.05)。
综上，本发明以成本低、取材广、控释效果好的沸石粉、硅藻土或滑石粉为包膜原料，以尿素为肥芯，可以形成具有良好缓控释作用的环境友好型缓控释尿素，有效地提高肥料利用率，减少环境污染。本发明的缓控释肥料是一次施入，施肥次数少，肥效高、对根系伤害低，省工省力，能更好满足玉米及水稻对养分的吸收利用，增产效果好，还能减少面源污染。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料，其特征在于，包括：
肥料芯体，呈球状；
粘结剂层，聚乙烯醇材质，包裹于所述肥料芯体的外表面；
包膜材料层，沸石粉、硅藻土或滑石粉材质，均匀粘结于所述粘结剂层的外表面；
密闭剂层，覆盖于所述包膜材料层的外表面。
2.根据权利要求1所述的含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料，其特征在于，所述沸石粉、滑石粉细度在100目以上，或者，所述硅藻土的细度在300目以上。
3.根据权利要求1所述的含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料，其特征在于，所述密闭剂层的材质为石蜡和松香的混合物。
4.根据权利要求1所述的含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料，其特征在于，所述肥料芯体为颗粒状的尿素。
5.根据权利要求4所述的含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料，其特征在于，所述尿素的粒径介于2-5mm。
6.一种含聚乙烯醇的包膜缓控释肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将颗粒状的肥料芯体置于转鼓中匀速转动；
向转鼓中喷施粘结剂，使所述肥料芯体表面湿润，所述粘结剂是浓度为5-9％的聚乙烯醇水溶液，质量为所述肥料芯体质量的6-9％；
向转鼓中加入包膜材料，直到粘结剂和包膜材料均被用完，所述包膜材料为沸石粉、硅藻土或滑石粉；
取出肥料，并干燥；
向转鼓中加入密闭剂，升高转鼓的温度，使所述密闭剂熔融；
倒入已经干燥的肥料，轻轻搅拌、混合均匀；
待密闭剂在肥料表面固化成膜，取出。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述肥料芯体为粒径介于2-5mm的尿素颗粒。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，干燥时的温度介于50-80℃。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述密闭剂为石蜡和松香的混合物，所述石蜡、松香的重量比为1-3:1。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述密闭剂肥料芯体、包膜材料、粘结剂、密闭剂的重量比为46-62：29-47：3-5：3-5。
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