CN113135790A - 一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥及其制备方法 - Google Patents
一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥及其制备方法，肥料包括核芯层和包膜层。核芯层包括如下重量份数的原料：鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂160～240份，表面活性剂1～10份，促渗透剂1～10份，粘合剂3～6份，润滑剂1～4份，溶剂40～60份。包膜层包括如下重量份数的原料：成膜材料80～100份，增塑剂0～10份，致孔剂5～30份，孔道封闭剂6～36份，溶剂400～800份。制备方法包括肥料核芯制备、包膜基液制备、致孔剂孔道临时封闭、包膜液包膜核芯成型。本发明优点：结合了无机和有机包膜材料的优点，以水为溶剂制备了有机无机复合胶结包膜材料，用以缓控释有机、无机养分，尽可能实现养分的释放与作物的吸收相匹配，以提高肥料利用率。
Description
技术领域
本发明涉及缓控释肥料领域，尤其涉及一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥及其制备方法。
背景技术
目前，我国粮食等主要农产品的增产很大一部分来自于化肥的作用，但是肥料利用率低一直是普遍存在的问题。特别是氮肥易溶于水，在土壤中存留时间短，大部分不能被作物吸收利用，在造成肥料浪费的同时，还给人类赖以生存的环境造成严重污染。由于化肥逐年大量施用，有些地区已出现地表水富营养化、地下水和农作物中硝酸盐含量超标、温室效应加剧等问题。近些年来研发缓控释新型肥料已成为行业共识，缓控释肥可使肥料养分释放由快释变缓释或控释，实现养分释放与作物需求同步，提高肥料利用率。通过多种作物试验示范证明，缓控释肥料具有显著的节肥、增产、省工、环保等优势。另外，由于农田长期施用化肥，有机物料投入严重不足，导致土壤酸化严重、保肥能力下降，农作物硝酸盐含量偏高，进而影响食品安全。因此，尽快为农业生产提供增产、增效、环境友好的新型绿色有机缓释肥料，对于保障我国农产品安全、保护生态环境具有重要的意义。
缓控释肥料是采用物理、化学、生物等手段，延缓肥料养分在土壤中的释放速率，使其养分按照设定的释放率和释放期缓慢或控制释放的一类肥料的总称(缓释肥料与控释肥料的定义与划分一直存在争议，到目前为止也没有一个权威和严格的区分)。其中包膜缓控释肥是近年来发展迅速的一类缓控释肥料，包膜缓控释肥是采用有机聚合物或者无机疏水性材料在肥料颗粒的表面形成隔水层，延缓肥料在土壤环境中的溶解释放速率的一类贮库型肥料。
无机物作为包膜材料的优点是肥料养分释放完之后，残留在土壤中的空壳不仅对土壤环境无污染，而且还有改善土壤结构、提供某些微量元素的作用；其缺点是控释效果差，养分含量低。有机聚合物作为包膜材料相对于其他种类的包膜材料的优点是在实际应用中具有较好的控释效果；但是其缺点是需要用易挥发的有机溶剂进行溶解，因此对生产工艺与设备要求严格，并且由于溶剂回收不彻底或不能回收，导致肥料价格过高。另外，残留在土壤中的聚合物空壳不易降解，容易造成土壤环境污染，这些都限制了这类材料在包膜缓控释肥料中的应用。基于有机聚合物和无机物各自的特点，目前缓控释肥的包膜材料已逐渐向有机无机复合胶结方向发展。但是到目前，以有机无机复合材料作为包膜的缓控释肥的相关研究报道仍比较少。
发明内容
针对现有农肥存在的利用率低、有机养分不足、环保等问题，本发明提供了一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥及其制备方法。结合无机包膜材料和有机聚合物包膜材料的优点，以水为溶剂制备了一种环保型的有机无机复合胶结包膜材料，用以缓控释有机、无机养分，尽可能实现肥料供应与作物养分吸收保持同步，以减少肥料的损失，提高肥料利用率。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥，包括肥料核芯层和包膜层。所述的肥料核芯层包括如下重量份数的原料：
鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂160～240份，表面活性剂1～10份，促渗透剂1～10份，粘合剂3～6份，润滑剂1～4份，溶剂40～60份。
所述的鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂一般采用鱼类等水产品为原料经过一定的降解工艺制备成氨基酸水溶液并经干燥而制得，产品含多种氨基酸、活性肽、有机酸、维生素及中微量元素和植物生长因子等活性物质，营养元素均衡全面。优选为浙江省宁波吉丰生物科技发展有限公司提供的鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂，产品技术指标：水分含量5％，游离氨基酸含量25％，有机质含量61.5％，总氮(TN)含量13.41％，磷(以P2O5计)含量1.64％，钾(以K2O计)含量2.30％。其中所含游离氨基酸：天门冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸。
所述的表面活性剂可以提高肥料的亲水性。肥料粉剂压制成核芯后，孔隙率小，不易被水渗透，加入适量表面活性剂能起到渗透、润湿作用。常用的表面活性剂有聚山梨酯80、卵磷脂、烷基甜菜碱、十二烷基硫酸钠、脂肪酸山梨坦、十二烷基苯磺酸钠，优选为聚山梨酯80和十二烷基硫酸钠。
所述的促渗透剂亦称推动剂，通过吸水膨胀产生推动力，将肥料核芯内的养分物质推出包膜孔道进入土壤环境中。常用的有聚环氧乙烷、聚维酮、聚羟甲基丙烯酸烷基酯，优选为分子量500万的聚环氧乙烷。
所述的粘合剂指能使无粘性或粘性较小的物料聚集粘结成颗粒或压缩成型的具有粘性的固体粉末或粘稠液体。常用的粘合剂有：羟丙甲纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉浆、糊精，优选为分子量6万的聚乙烯吡咯烷酮。
所述的润滑剂是指在压制核芯时为了能顺利加料和出料，减少粘冲及降低摩擦力，使制剂表面光滑而加入的辅料。常用的有硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸镁、滑石粉、聚乙二醇、微粉硅胶，优选为硬脂酸镁。硬脂酸镁为白色细腻粉末，有良好的附着性，与颗粒混合后分布均匀而不易分离，具有较大的包裹性，仅用少量即能显示出良好的润滑作用。
所述的溶剂用于溶解粘合剂，常用的有乙醇、水，优选为水。
一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥，包括肥料核芯层和包膜层。所述的包膜层包括如下重量份数的原料：
成膜材料80～100份，增塑剂0～10份，致孔剂5～30份，孔道封闭剂6～36份，溶剂400～800份。
所述的成膜材料采用聚乙烯醇。聚乙烯醇是一种有机聚合物，也是唯一可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物，在细菌和酶的作用下，2个月内可降解75％以上，属于一种生物可降解高分子材料。聚乙烯醇易成膜，膜的机械性能优良，拉伸强度随聚合度、醇解度升高而增强，在包装、阻隔方面具有独特优势。优选为聚乙烯醇17-99，即聚合度为1700，醇解度为99％的聚乙烯醇。聚乙烯醇17-99为白色粉末或絮状物固体，几乎不溶于冷水，溶于90～95℃的热水，浓度大于10％的水溶液，在室温下易凝胶、成膜。
所述的致孔剂采用陶瓷开孔空心微珠，粒径为40～150μm，孔径范围50～1000nm，容重为680～720kg/m3，开孔孔隙率为80～95％。该物质作为无机包膜材料，化学性能稳定，内部分布大量连通孔道，比表面积大，吸附率高。通过该孔道，水分子等小分子物质包括氨基酸分子可以自由进出，从而可以释放出肥料。致孔剂同时也作为包膜的填充材料，粒径通常需要选择在100um以下，粒径过大容易导致脱膜、包膜溶液堵塞喷雾喷嘴等问题；但是粒径过小又容易被包埋于包膜基液中，导致致孔效果变差。致孔剂需要根据包膜厚度选择一定的粒径，使致孔剂一部分外露于包膜最外层，从而起到应有的致孔作用。陶瓷开孔空心微珠致孔剂优选的粒径为70～100μm。
所述的增塑剂对有机聚合物包膜起到增韧作用，在本发明中选用水溶性增塑剂，常用的有丙二醇、甘油、山梨醇、聚乙二醇，优选为甘油和山梨醇。
所述的孔道封闭剂起到临时封闭陶瓷开孔空心微珠孔道的作用，由尿素、磷酸二氢钾、磷酸一铵、硫酸钾、硝酸钾中的一种或两种以上化肥物质组成混合物溶于水而得。优选为尿素∶磷酸二氢钾∶硫酸钾∶水的重量比为1∶0.9∶0.3∶6，即养分N、P2O5及K2O的重量比为20∶20∶20。
所述的溶剂为水。
本发明还包括所述的贮库型缓、控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥的制备方法：
1.肥料核芯制备
将鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂、表面活性剂、促渗透剂三种组分置于混合器中，混合5分钟；将粘合剂溶于水中，缓缓加至上述混合组分中，搅拌20分钟，过10目筛制粒，于50℃干燥18小时，经10目筛整粒后，加入润滑剂混匀，压制成粒度为3.5～5.5mm的球型肥料核芯。
2.包膜基液制备
取成膜材料聚乙烯醇17-99加水浸泡，在水浴上加热溶解成胶状，在搅拌下逐渐加入增塑剂，搅拌均匀后放置过夜，除去气泡，制得包膜基液。
3.致孔剂孔道临时封闭
将陶瓷开孔空心微珠浸润于孔道封闭剂中，搅拌均匀。使孔道封闭剂中无机肥料溶质充分吸附于陶瓷开孔空心微珠的孔道内，从而起到临时封闭陶瓷开孔空心微珠孔道作用。
4.包膜液包膜肥料核芯
将已临时封闭孔道的陶瓷开孔空心微珠均匀分散于包膜基液中形成包膜液。将球型肥料核芯置于包膜机中，用包膜液进行包膜，包膜至包膜膜重量占肥料核芯重量的10％～20％，基膜厚度约50～60μm，由此制得一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥。
本发明，一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥及其制备方法具有的优点：
1.设计制备的无机有机复合包膜材料结合了无机包膜材料和有机聚合物包膜材料的优点，其中陶瓷开孔空心微珠作为无机包膜材料，化学性能稳定，内部分布大量连通孔道，比表面积大，吸附率高。肥料养分释放完之后，残留在土壤中的空壳不仅对土壤环境无污染，还有改善土壤结构作用。有机聚合物包膜材料聚乙烯醇17-99特点是可用热水溶解，成膜后冷水不溶，作为包膜材料具有较好的缓控释效果，残留在土壤中的聚合物包膜空壳还可被微生物降解。由于复合包膜材料以水作为溶剂，且易降解、无污染，因此，对解决目前缓控释肥料价格高、包膜材料难降解，污染环境等诸多难题有一定的借鉴意义。
2.包膜最外层的陶瓷开孔空心微珠吸附了氮、磷、钾养分均衡的易溶速效化肥物质，在短期内可以满足作物生长初期对肥力的快速需求，随着缓释效果的逐渐体现，包膜内富含多种氨基酸、多肽、小分子有机酸的鱼蛋白氨基酸水溶肥可以实现对土壤有机养分的适时、适量保障。本发明利用无机包膜和有机包膜的复合缓释结构，使无机肥料和有机肥料得到了较好的配合使用，并得到缓释和控释，可满足作物在生长期内对肥力的持续需求，避免因为肥力过剩或不足导致作物生长受到抑制。
3.肥料养分释放分三个阶段，通过以下释放机制的说明，可知本发明对肥料养分的缓、控释效果。
①首先，包膜外层的致孔剂所吸附的易溶速效化肥物质在土壤水分或水蒸气的作用下发生溶解，无机养分被释放出，致孔剂的微孔隙通道逐渐被打通，使包膜具有通透性。
②环境中的水分通过这些微孔隙通道渗入膜内，溶解肥料核芯内的水溶肥料。包膜内形成一定的饱和溶液时，有机肥料养分开始释放，只要饱和溶液的浓度保持不变，持续释放过程就会一直保持下去，而持续不变的浓度梯度和压力梯度为养分的溶出提供了动力。
③由于释放养分而排空的空间被不断进入包膜内部的水分所占据，所以当包膜内的肥料完全溶解后，内部溶液浓度随着养分溶出就会逐渐降低，当膜内外养分浓度平衡时，膜内养分释放速率开始下降；当膜外养分被农作物吸收或被土壤环境吸附转移后浓度下降，膜内养分继续释放，最终释放完全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案及特点，下面结合附图予以进一步介绍。
图1为本发明，一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥的的结构示意图。
图中，1为鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂，2为孔道封闭剂，3为致孔剂：陶瓷开孔空心微珠，4为有机聚合物包膜层，5为促渗透剂，6为表面活性剂，7为肥料核芯。
图2为本发明，一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥制备流程示意图。
图3为本发明实施例的氮累积溶出曲线。
具体实施方式
以下用具体实施例对本发明作进一步描述。但所举实例不作为对本发明的限定。
实施例1：
1.肥料核芯制备：将鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂2000g、聚山梨酯80 50g、聚环氧乙烷(分子量500万)50g三种组分置于混合器中，混合5分钟；将聚乙烯吡咯烷酮(分子量6万)45g溶于500g水中，缓缓加至上述混合组分中，搅拌20分钟，过10目筛制粒，于50℃干燥18小时，经10目筛整粒后，加入硬脂酸镁25g混匀，压制成粒度为3.5～5.5mm的球型肥料核芯。
2.包膜基液制备：取450g成膜材料聚乙烯醇17-99加水3000g浸泡，在水浴上加热溶解成胶状，在搅拌下逐渐加入25g山梨醇，搅拌均匀后放置过夜，除去气泡，制得包膜基液。
3.致孔剂孔道临时封闭：称取15g尿素、13.5g磷酸二氢钾、4.5g硫酸钾和90g水配成溶液制得孔道封闭剂。浸入100g粒径为70～100μm的陶瓷开孔空心微珠，搅拌均匀，使孔道封闭剂中无机肥料溶质充分吸附于陶瓷开孔空心微珠的孔道内。
4.包膜液包膜肥料核芯：将已临时封闭孔道的陶瓷开孔空心微珠均匀分散于包膜基液中形成包膜液。将球型肥料核芯置于包膜机中，用包膜液进行包膜，包膜至包膜膜重量占肥料核芯重量的15％，基膜厚度约55μm，由此制得一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥。
实施例2：
1.肥料核芯制备：将鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂1600g、十二烷基硫酸钠10g、聚环氧乙烷(分子量500万)10g三种组分置于混合器中，混合5分钟；将聚乙烯吡咯烷酮(分子量6万)30g溶于400g水中，缓缓加至上述混合组分中，搅拌20分钟，过10目筛制粒，于50℃干燥18小时，经10目筛整粒后，加入硬脂酸镁10g混匀，压制成粒度为3.5～5.5mm的球型肥料核芯。
2.包膜基液制备：取400g成膜材料聚乙烯醇17-99加水2000g浸泡，在水浴上加热溶解成胶状，在搅拌下逐渐加入15g甘油，搅拌均匀后放置过夜，除去气泡，制得包膜基液。
3.致孔剂孔道临时封闭：称取10g尿素、9g磷酸二氢钾、3g硫酸钾和60g水配成溶液，制得孔道封闭剂。浸入70g粒径为70～100μm的陶瓷开孔空心微珠，搅拌均匀，使孔道封闭剂中无机肥料溶质充分吸附于陶瓷开孔空心微珠的孔道内。
4.包膜液包膜肥料核芯：将已临时封闭孔道的陶瓷开孔空心微珠均匀分散于包膜基液中形成包膜液。将球型肥料核芯置于包膜机中，用包膜液进行包膜，包膜至包膜膜重量占肥料核芯重量的10％，基膜厚度约50μm，由此制得一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥。
实施例3：
1.肥料核芯制备：将鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂2400g、聚山梨酯80 100g、聚环氧乙烷(分子量500万)80g三种组分置于混合器中，混合5分钟；将聚乙烯吡咯烷酮(分子量6万)50g溶于600g水中，缓缓加至上述混合组分中，搅拌20分钟，过10目筛制粒，于50℃干燥18小时，经10目筛整粒后，加入硬脂酸镁30g混匀，压制成粒度为3.5～5.5mm的球型肥料核芯。
2.包膜基液制备：取500g成膜材料聚乙烯醇17-99加水4000g浸泡，在水浴上加热溶解成胶状，在搅拌下逐渐加入40g甘油，搅拌均匀后放置过夜，除去气泡，制得包膜基液。
3.致孔剂孔道临时封闭：称取20g尿素、18g磷酸二氢钾、6g硫酸钾和120g水配成溶液，制得孔道封闭剂。浸入150g粒径为70～100μm的陶瓷开孔空心微珠，搅拌均匀，使孔道封闭剂中无机肥料溶质充分吸附于陶瓷开孔空心微珠的孔道内。
4.包膜液包膜肥料核芯：将已临时封闭孔道的陶瓷开孔空心微珠均匀分散于包膜基液中形成包膜液。将球型肥料核芯置于包膜机中，用包膜液进行包膜，包膜至包膜膜重量占肥料核芯重量的20％，基膜厚度约60μm，由此制得一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥。
为进一步说明本发明实施例中所涉及到的贮库型肥料的缓、控释效果，根据GB/T23348-2009测定了实施例产品的养分释放率，测试结果如图3所示。
从图3可以看出，本发明，一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥的氮累积溶出曲线呈S型，28天累积养分释放率≤80％，符合GB/T23348-2009对缓释肥料的要求。无机包膜材料陶瓷开孔空心微珠与有机聚合物包膜材料聚乙烯醇相结合的复合包膜材料对肥料养分的缓、控释具有较好的效果。
以上对本发明所提供的一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥及其制备方法进行了详细介绍，文中实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥，其特征在于，肥料包括核芯层和包膜层，其中核芯层包括如下重量份数的原料：鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂160～240份，表面活性剂1～10份，促渗透剂1～10份，粘合剂3～6份，润滑剂1～4份，溶剂40～60份；包膜层包括如下重量份数的原料：成膜材料80～100份，增塑剂0～10份，致孔剂5～30份，孔道封闭剂6～36份，溶剂400～800份。
2.根据权利要求1所述的一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥，其特征在于，所述的核芯层原料：表面活性剂选自聚山梨酯80和十二烷基硫酸钠，促渗透剂为分子量500万的聚环氧乙烷，粘合剂为分子量6万的聚乙烯吡咯烷酮，润滑剂为硬脂酸镁，溶剂为水。
3.根据权利要求1所述的一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥，其特征在于，所述的包膜层原料：成膜材料为聚乙烯醇17-99，增塑剂选自甘油和山梨醇，致孔剂为粒径70～100μm的陶瓷开孔空心微珠，孔道封闭剂为重量比1∶0.9∶0.3∶6的尿素、磷酸二氢钾、硫酸钾、水的混合物，溶剂为水。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥，其特征在于，一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)肥料核芯制备
将鱼蛋白氨基酸水溶肥粉剂、表面活性剂、促渗透剂三种组分置于混合器中，混合5分钟；将粘合剂溶于水中，缓缓加至上述混合组分中，搅拌20分钟，过10目筛制粒，于50℃干燥18小时，经10目筛整粒后，加入润滑剂混匀，压制成粒度为3.5～5.5mm的球型肥料核芯；
(2)包膜基液制备
取成膜材料聚乙烯醇17-99加水浸泡，在水浴上加热溶解成胶状，在搅拌下逐渐加入增塑剂，搅拌均匀后放置过夜，除去气泡，制得包膜基液；
(3)致孔剂孔道临时封闭
将陶瓷开孔空心微珠浸润于孔道封闭剂中，搅拌均匀，使孔道封闭剂中无机肥料溶质充分吸附于陶瓷开孔空心微珠的孔道内，从而起到临时封闭陶瓷开孔空心微珠孔道作用；
(4)包膜液包膜肥料核芯
将已临时封闭孔道的陶瓷开孔空心微珠均匀分散于包膜基液中形成包膜液，将球型肥料核芯置于包膜机中，用包膜液进行包膜，包膜至包膜膜重量占肥料核芯重量的10％～20％，基膜厚度约50～60μm，由此制得一种贮库型缓控释鱼蛋白氨基酸复合水溶肥。
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