CN114230419A - 一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用 - Google Patents

一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114230419A
CN114230419A CN202111629430.6A CN202111629430A CN114230419A CN 114230419 A CN114230419 A CN 114230419A CN 202111629430 A CN202111629430 A CN 202111629430A CN 114230419 A CN114230419 A CN 114230419A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bio
controlled
fertilizer
release
winter wheat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111629430.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114230419B (zh
Inventor
解加卓
杨越超
申天琳
周晓嘉
吴金鹏
刘嘉慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Agricultural University
Original Assignee
Shandong Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Agricultural University filed Critical Shandong Agricultural University
Priority to CN202111629430.6A priority Critical patent/CN114230419B/zh
Publication of CN114230419A publication Critical patent/CN114230419A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114230419B publication Critical patent/CN114230419B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/30—Layered or coated, e.g. dust-preventing coatings
    • C05G5/37—Layered or coated, e.g. dust-preventing coatings layered or coated with a polymer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05C—NITROGENOUS FERTILISERS
    • C05C9/00—Fertilisers containing urea or urea compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
    • C05G3/40—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity for affecting fertiliser dosage or release rate; for affecting solubility
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
    • C05G3/90—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity for affecting the nitrification of ammonium compounds or urea in the soil
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/10—Solid or semi-solid fertilisers, e.g. powders
    • C05G5/12—Granules or flakes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/30—Layered or coated, e.g. dust-preventing coatings
    • C05G5/38—Layered or coated, e.g. dust-preventing coatings layered or coated with wax or resins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Abstract

本发明涉及农业新材料领域，具体提供了一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用，所述的控释膜材由生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂组成，其中生物基包膜液由重量比为1:1的植物油多元醇和异氰酸酯组成，弹性改性剂用量为整个原料组合物重量的5‑30％，疏水改性剂用量为整个原料组合物重量的1‑10％；采用上述原料制备获得高弹性高疏水的生物基控释肥膜材，从而使生物基包膜液控释膜材在零度以下也不会由于膜壳内部养分溶液结冰膨胀将膜壳胀破，造成包膜控释肥料养分在短时间内的快速释放；其养分在2‑6个月内缓慢释放，以满足冬小麦生长期内对养分的长效需求，可以促进冬小麦高产高效，而且生物基防冻膜材来源生物基原料，绿色环保且资源可再生。

Description

一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用
技术领域
本发明涉及农业新材料领域，具体公开了一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用。
背景技术
小麦是我国三大粮食作物之一。我国小麦分为冬小麦和春小麦两种，其中冬小麦的产量超过小麦产量的95％，是小麦的主要种植模式。冬小麦产量由1978年的5384万吨/年，增加到2019年的 13359.63万吨/年，年均增长率为3.61％。近年来，冬小麦的亩产记录不断被刷新，2019年冬小麦的亩产记录已达856.9公斤。
但是，在冬小麦的高产化生产中，存在以下问题：(1)为了追求冬小麦高产，需要在其生长期内多次施肥，如底肥、返青肥、拔节肥、孕穗肥以及叶面肥等，费时费力，这与现代农业的轻简化生产趋势相矛盾；(2)传统施用的速效化肥，其养分利用率很低，只有20-40％；因此，研发轻简化、一次性施用的冬小麦专用肥料，成为现代农业生产中，冬小麦高产化生产中的关键问题。
包膜缓控释肥，具有养分缓控释的特性，其养分释放期较长，能够满足作物的长效需求。但是传统包膜缓控释肥的膜壳，由不可再生的石化类原料生产，存在资源不可再生的缺陷。伴随未来石化类资源枯竭，包膜缓控释肥的生产也将面临困境，2020年以来石化类原料价格的快速飙升，也为我们敲响了警钟。因此，合理利用资源可再生的生物基原料，制备生物基缓控释肥，将其变废为宝，用于冬小麦高产化生产中，将具有重大的经济、社会和生态效益。
但是，使用生物基原料制备的生物基包膜液缓控释肥，由于膜材弹性差、疏水性差，导致该类肥料不适于作为冬小麦专用控释肥，其原因是：小麦生长期包括越冬期，而在我国冬季大部分地区的地温处于零度以下(例如：冬小麦产区之一山东临沂，2021年1月份土壤8cm深度的最低温度达 -5.5℃)。因此，施于-8cm耕层土壤的生物基包膜液缓控释肥会结冰，其膜壳内部的养分溶液会结冰凝固，体积膨胀可达11.10％，但是生物基膜壳的弹性差、疏水性差，膜壳体积基本不会膨胀，因此养分溶液结冰后体积膨胀会将生物基膜壳胀破，造成普通包膜控释肥养分快速释放，失去控释效果，最终影响冬小麦对养分的吸收利用，影响冬小麦的产量和品质。
因此，对生物基膜壳进行高弹性改性、高疏水改性，提高生物基膜壳的弹性、疏水性，保证膜壳体积能随养分溶液结冰时的体积膨胀而膨胀，从而获得一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用，具有重要的经济、社会和生态效益。
发明内容
本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用，所述的控释膜材由生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂组成，其中生物基包膜液由重量比为1∶1的植物油多元醇和异氰酸酯组成，弹性改性剂用量为整个原料组合物重量的5-30％，疏水改性剂用量为整个原料组合物重量的1-10％；采用上述原料制备获得高弹性、高疏水性的生物基控释肥膜材，从而使生物基包膜液控释膜材在零度以下，也不会由于膜壳内部养分溶液结冰膨胀将膜壳胀破，造成包膜控释肥料养分在短时间内的快速释放，其养分在2-6个月内缓慢释放，以满足冬小麦生长期内对养分的长效需求，可以促进冬小麦高产高效，而且生物基防冻膜材来源生物基原料，绿色环保且资源可再生。
本发明提供的生物基控释肥料防冻的原理是：在生物基包膜液中加入高分子软段弹性改性剂和疏水改性剂，对生物基膜材(硬段)进行改性，制备高弹性、高疏水性的生物基控释肥膜材，在上述基础上，发明人最终确定了最佳的技术方案如下：
一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材，所述的控释膜材由生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂组成，其中生物基包膜液由重量比为1∶1 的植物油多元醇和异氰酸酯组成，弹性改性剂用量为整个原料组合物重量的5-30％，疏水改性剂用量为整个原料组合物重量的1-10％；
其中弹性改性剂选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、丙烯腈、蓖麻油、聚乙烯醇、乙烯-乙酸乙烯共聚物中的一种或几种；
所述的疏水改性剂为烷基硅烷、全氟硅烷、硅氧烷、油酸、植物油、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或几种；
选用上述弹性改性剂和疏水改性剂可以使膜材分子量变大，提高膜材弹性和疏水性，不会由于膜壳内部养分溶液结冰膨胀将膜壳胀破；
优选的所述的弹性改性剂选自蓖麻油，用量为整个原料组合物重量的 30％；所述的疏水改性剂选自全氟硅烷，用量为整个原料组合物重量的10％。
上述冬小麦专用防冻型生物基控释膜材在制备控释肥料中的应用，具体步骤如下：
将生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂均预热到60℃，使用磁力搅拌器以200rpm的速率搅拌至少1min，将上述液态原料充分搅拌，得到共混均匀的控释膜材液态原料；
将颗粒状肥料加入持续转动的包衣锅中，将颗粒状肥料预热30min后的温度为60℃，然后将上述混合均匀的控释膜材液态原料按照肥料总重的 0.5％的比例，以0.3MPa的压力均匀喷涂到颗粒状肥料表面；
待控释膜材液态原料固化10min后，即可在颗粒状肥料表面形成一层均匀分布的生物基防冻型控释膜材，重复上述包膜次数6-10次，即可得到养分控释期2-6个月的冬小麦专用防冻型生物基控释肥料；经检测，该冬小麦专用防冻型生物基控释肥料中膜材占颗粒状肥料的重量百分比为3.0-5.0％。
上述应用中所针对的肥料颗粒为颗粒状尿素、颗粒状磷酸二铵、颗粒状硫酸钾、颗粒状复合肥、颗粒状重过磷酸钙中的一种或多种，颗粒粒径范围为2-4mm。
上述方法中，所述包衣锅锅体内径为30mm，转速为30rpm；颗粒状肥料预热采用热风加热方式，热风风速400m3/h，热风温度60℃；控释膜材液态原料喷涂速率为5g/min，喷涂温度为60℃。
综上所述，采用上述原料制备获得高弹性、高疏水性的生物基控释肥膜材，从而使生物基包膜液控释膜材在零度以下，也不会由于膜壳内部养分溶液结冰膨胀将膜壳胀破，其养分释放特性与冬小麦需肥特性同步，能够满足冬小麦不同生长阶段对养分的需求，可以促进冬小麦高产高效，而且生物基防冻膜材来源生物基原料，绿色、环保、高效、资源可再生。
附图说明
图1为实施例1-4中2020.10-2021.06在山东临沂小麦田间土壤-8cm 深度的温度图；
图2为实施例1-4中制备的养分释放期2、3、5、6个月的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素的养分释放率图；
图3为实施例1-4中制备的养分释放期2、3、5、6个月的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素其吸水膨胀后的排水体积数据和肥料膜壳图片；
图3中实施例1-4制备获得的控释尿素平均颗粒体积均为0.0305cm3，这是由于膜壳厚度仅为几微米，因此包膜厚度对颗粒体积几乎没有影响，且由于制备工艺参数相同，因此获得的颗粒平均体积相同。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实施例。
实施例1：
一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材，其原料组成为：
Figure BDA0003439833230000031
其中弹性改性剂为聚醚多元醇；疏水改性剂为烷基硅烷；植物油多元醇为大豆油基多元醇；异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；将植物油多元醇和异氰酸酯混合均匀即得生物基包膜液；
其具体应用方法如下：
将上述生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂均预热到60℃，使用磁力搅拌器以200rpm的速率搅拌至少1min，将上述液态原料充分搅拌，得到共混均匀的控释膜材液态原料；
将粒径范围为2-4mm的颗粒状尿素加入持续转动的包衣锅中，将颗粒状尿素预热30min后的温度为60℃，然后将上述混合均匀的控释膜材液态原料按照肥料总重的0.5％的比例，以0.3MPa的压力均匀喷涂到颗粒状尿素的表面；
待控释膜材液态原料固化10min后，即可在颗粒状尿素表面形成一层均匀分布的生物基防冻型控释膜材，重复上述包膜次数6次，即可得到养分控释期2个月的冬小麦专用防冻型生物基控释肥料(图2中所示)；经检测，该冬小麦专用防冻型生物基控释肥料中膜材占颗粒状肥料的重量百分比为3.0％，平均颗粒体积为0.0305cm3。
上述方法中，所述包衣锅锅体内径为30mm，转速为30rpm；颗粒状肥料预热采用热风加热方式，热风风速400m3/h，热风温度60℃；控释膜材液态原料喷涂速率为5g/min，喷涂温度为60℃。
功能检测：
将上述获得的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素进行养分释放实验，在养分释放过程中，由于控释肥料颗粒吸水膨胀，颗粒膜壳的体积由 0.0305cm3增大到0.0437cm3而不被胀破(体积相对增加了43.28％)(图3中所示)，而膜壳内部养分溶液结冰凝固所导致的体积膨胀仅为11.10％远小于上述体积相对增大量，因此该类膜材不会被养分溶液结冰导致的体积增大而胀破，可以作为生物基防冻型控释膜材制备冬小麦专用控释尿素。
上述肥料的具体应用方法如下：
以冬小麦作为供试作物，2020.11-2021.06在山东省临沂市进行了冬小麦专用防冻型生物基控释氮肥试验，试验区域为冬小麦中低产田，前五年平均产量为4155kg/ha；单块试验小区面积为20m2，下述实施例和比较例均采用三块试验小区进行试验，最终数据取平均值获得；
具体流程为：利用种肥同播机将冬小麦种子和供试肥料作为底肥一次性播入土壤，冬小麦行数：肥料行数＝1∶1，两行相隔12.5cm，肥料行深8cm，冬小麦种子行深3cm，施氮量为225kg/ha(折纯)，供试氮料为：按重量百分比上述控释期2个月的冬小麦专用防冻型包膜控释尿素占比40％，速效尿素占比60％。供试肥料中的速效尿素，可以提供冬小麦前期生长所需的N 素；供试肥料中的控释尿素，可以提供冬小麦后期生长所需的N素。磷肥选用重过磷酸钙，施磷量为135kg/ha(折纯)；钾肥选用硫酸钾，施钾量为180kg/ha(折纯)。
该处理下冬小麦籽粒产量为：4250.00kg/ha，总收益为：9350.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：8933.95元/ha，净收益为：416.05元/ha(表1所示)；
比较例1-1：按重量百分比上述控释期2个月的冬小麦专用防冻型包膜控释尿素占比100％；其他因素跟本实施例中处理保持一致。冬小麦籽粒产量为：3990.00kg/ha，总收益为：8778.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：9126.57元/ha，净收益为：-348.57元/ha(表1所示)；
比较例1-2：按重量百分比商业化不抗冻型生物基包膜控释尿素占比 40％，速效尿素占比60％；其他因素跟本实施例中处理保持一致。冬小麦籽粒产量为：4240.00kg/ha，总收益为：9328.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：9000.00元/ha，净收益为：328.00元/ha (表1所示)；
比较例1-3：按重量百分比速效尿素占比100％(速效尿素分底肥和追肥共2次施入，其中底肥占比40％，追肥占比60％；PK肥作为底肥一次性施入)；其他因素跟本实施例中处理保持一致。冬小麦籽粒产量为： 4230.00kg/ha，总收益为：9306.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：9105.53元/ha，净收益为：200.47元/ha(表1所示)；
对照比较例1-1、1-2、1-3，本实施例中的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素处理的冬小麦籽粒产量最大(4250.00kg/ha)，净收益最大(416.05 元/ha)。
实施例2：
一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材，其原料组成为：
Figure BDA0003439833230000051
其中弹性改性剂为聚酯多元醇；疏水改性剂为硅氧烷；植物油多元醇为棉籽油基多元醇；异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；将植物油多元醇和异氰酸酯混合均匀即得生物基包膜液；
其具体应用方法如下：
将上述生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂均预热到60℃，使用磁力搅拌器以200rpm的速率搅拌至少1min，将上述液态原料充分搅拌，得到共混均匀的控释膜材液态原料；
将粒径范围为2-4mm的颗粒状尿素加入持续转动的包衣锅中，将颗粒状尿素预热30min后的温度为60℃，然后将上述混合均匀的控释膜材液态原料按照肥料总重的0.5％的比例，以0.3MPa的压力均匀喷涂到颗粒状尿素的表面；
待控释膜材液态原料固化10min后，即可在颗粒状尿素表面形成一层均匀分布的生物基防冻型控释膜材，重复上述包膜次数7次，即可得到养分控释期3个月的冬小麦专用防冻型生物基控释肥料(图2中所示)；经检测，该冬小麦专用防冻型生物基控释肥料中膜材占颗粒状肥料的重量百分比为3.5％，平均颗粒体积为0.0305cm3。
上述方法中，所述包衣锅锅体内径为30mm，转速为30rpm；颗粒状肥料预热采用热风加热方式，热风风速400m3/h，热风温度60℃；控释膜材液态原料喷涂速率为5g/min，喷涂温度为60℃。
功能检测：
将上述获得的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素进行养分释放实验，在养分释放过程中，由于控释肥料颗粒吸水膨胀，颗粒膜壳的体积由 0.0305cm3增大到0.0495cm3而不被胀破(体积相对增加了62.30％)(图3中所示)，而膜壳内部养分溶液结冰凝固所导致的体积膨胀仅为11.10％远小于上述体积相对增大量，因此该类膜材不会被养分溶液结冰导致的体积增大而胀破，可以作为生物基防冻型控释膜材制备冬小麦专用控释尿素。
上述肥料的具体应用方法如下：
以冬小麦作为供试作物，2020.11-2021.06在山东省临沂市进行了冬小麦专用防冻型生物基控释氮肥试验，试验区域为冬小麦中低产田，前五年平均产量为4155kg/ha；单块试验小区面积为20m2，下述实施例和比较例均采用三块试验小区进行试验，最终数据取平均值获得；
具体流程为：利用种肥同播机将冬小麦种子和供试肥料作为底肥一次性播入土壤，冬小麦行数：肥料行数＝1∶1，两行相隔12.5cm，肥料行深8cm，冬小麦种子行深3cm，施氮量为225kg/ha(折纯)，供试氮料为：按重量百分比上述控释期3个月的冬小麦专用防冻型包膜控释尿素占比40％，速效尿素占比60％。供试肥料中的速效尿素，可以提供冬小麦前期生长所需的N 素；供试肥料中的控释尿素，可以提供冬小麦后期生长所需的N素。磷肥选用重过磷酸钙，施磷量为135kg/ha(折纯)；钾肥选用硫酸钾，施钾量为180kg/ha(折纯)。
该处理下冬小麦籽粒产量为：4240.00kg/ha，总收益为：9328.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：8952.68元/ha，净收益为：375.32元/ha(表1所示)；
比较例2-1：按重量百分比上述控释期3个月的冬小麦专用防冻型包膜控释尿素占比100％；其他因素跟本实施例中处理保持一致。冬小麦籽粒产量为：4010.00kg/ha，总收益为：8822.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：9173.00元/ha，净收益为：-351.40元/ha(表1所示)；
对照比较例2-1、1-2、1-3，本实施例中的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素处理的冬小麦籽粒产量最大(4240.00kg/ha)，净收益最大(375.32 元/ha)。
实施例3：
一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材，其原料组成为：
Figure BDA0003439833230000071
其中弹性改性剂为蓖麻油；疏水改性剂为全氟硅烷；植物油多元醇为菜籽油基多元醇；异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；将植物油多元醇和异氰酸酯混合均匀即得生物基包膜液；
其具体应用方法如下：
将上述生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂均预热到60℃，使用磁力搅拌器以200rpm的速率搅拌至少1min，将上述液态原料充分搅拌，得到共混均匀的控释膜材液态原料；
将粒径范围为2-4mm的颗粒状尿素加入持续转动的包衣锅中，将颗粒状尿素预热30min后的温度为60℃，然后将上述混合均匀的控释膜材液态原料按照肥料总重的0.5％的比例，以0.3MPa的压力均匀喷涂到颗粒状尿素的表面；
待控释膜材液态原料固化10min后，即可在颗粒状尿素表面形成一层均匀分布的生物基防冻型控释膜材，重复上述包膜次数9次，即可得到养分控释期5个月的冬小麦专用防冻型生物基控释肥料(图2中所示)；经检测，该冬小麦专用防冻型生物基控释肥料中膜材占颗粒状肥料的重量百分比为4.5％，平均颗粒体积为0.0305cm3。
上述方法中，所述包衣锅锅体内径为30mm，转速为30rpm；颗粒状肥料预热采用热风加热方式，热风风速400m3/h，热风温度60℃；控释膜材液态原料喷涂速率为5g/min，喷涂温度为60℃。
功能检测：
将上述获得的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素进行养分释放实验，在养分释放过程中，由于控释肥料颗粒吸水膨胀，颗粒膜壳的体积由 0.0305cm3增大到0.0678cm3而不被胀破(体积相对增加了122.30％)(图3中所示)，而膜壳内部养分溶液结冰凝固所导致的体积膨胀仅为11.10％远小于上述体积相对增大量，因此该类膜材不会被养分溶液结冰导致的体积增大而胀破，可以作为生物基防冻型控释膜材制备冬小麦专用控释尿素。
上述肥料的具体应用方法如下：
以冬小麦作为供试作物，2020.11-2021.06在山东省临沂市进行了冬小麦专用防冻型生物基控释氮肥试验，试验区域为冬小麦中低产田，前五年平均产量为4155kg/ha；单块试验小区面积为20m2，下述实施例和比较例均采用三块试验小区进行试验，最终数据取平均值获得；
具体流程为：利用种肥同播机将冬小麦种子和供试肥料作为底肥一次性播入土壤，冬小麦行数：肥料行数＝1∶1，两行相隔12.5cm，肥料行深8cm，冬小麦种子行深3cm，施氮量为225kg/ha(折纯)，供试氮料为：按重量百分比上述控释期5个月的冬小麦专用防冻型包膜控释尿素占比40％，速效尿素占比60％。供试肥料中的速效尿素，可以提供冬小麦前期生长所需的N 素；供试肥料中的控释尿素，可以提供冬小麦后期生长所需的N素。磷肥选用重过磷酸钙，施磷量为135kg/ha(折纯)；钾肥选用硫酸钾，施钾量为180kg/ha(折纯)。
该处理下冬小麦籽粒产量为：5120.00kg/ha，总收益为：11264.00元 /ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：8990.73元/ha，净收益为：2273.27元/ha(表1所示)；
比较例3-1：按重量百分比上述控释期5个月的冬小麦专用防冻型包膜控释尿素占比100％；其他因素跟本实施例中处理保持一致。冬小麦籽粒产量为：3210.00kg/ha，总收益为：7062.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：9268.52元/ha，净收益为：-2206.52元/ha (表1所示)；
对照比较例3-1、1-2、1-3，本实施例中的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素处理的冬小麦籽粒产量最大(5120.00kg/ha)，净收益最大(2273.27 元/ha)。本实施方式为本申请的最佳实施方案。
实施例4：
一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材，其原料组成为：
Figure BDA0003439833230000081
其中弹性改性剂为丙烯腈；疏水改性剂为油酸；植物油多元醇为花生油基多元醇；异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；将植物油多元醇和异氰酸酯混合均匀即得生物基包膜液；
其具体应用方法如下：
将上述生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂均预热到60℃，使用磁力搅拌器以200rpm的速率搅拌至少1min，将上述液态原料充分搅拌，得到共混均匀的控释膜材液态原料；
将粒径范围为2-4mm的颗粒状尿素加入持续转动的包衣锅中，将颗粒状尿素预热30min后的温度为60℃，然后将上述混合均匀的控释膜材液态原料按照肥料总重的0.5％的比例，以0.3MPa的压力均匀喷涂到颗粒状尿素的表面；
待控释膜材液态原料固化10min后，即可在颗粒状尿素表面形成一层均匀分布的生物基防冻型控释膜材，重复上述包膜次数10次，即可得到养分控释期6个月的冬小麦专用防冻型生物基控释肥料(图2中所示)；经检测，该冬小麦专用防冻型生物基控释肥料中膜材占颗粒状肥料的重量百分比为5.0％，平均颗粒体积为0.0305cm3。
上述方法中，所述包衣锅锅体内径为30mm，转速为30rpm；颗粒状肥料预热采用热风加热方式，热风风速400m3/h，热风温度60℃；控释膜材液态原料喷涂速率为5g/min，喷涂温度为60℃。
功能检测：
将上述获得的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素进行养分释放实验，在养分释放过程中，由于控释肥料颗粒吸水膨胀，颗粒膜壳的体积由 0.0305cm3增大到0.1015cm3而不被胀破(体积相对增加了229.51％)(图3中所示)，而膜壳内部养分溶液结冰凝固所导致的体积膨胀仅为11.10％远小于上述体积相对增大量，因此该类膜材不会被养分溶液结冰导致的体积增大而胀破，可以作为生物基防冻型控释膜材制备冬小麦专用控释尿素。
上述肥料的具体应用方法如下：
以冬小麦作为供试作物，2020.11-2021.06在山东省临沂市进行了冬小麦专用防冻型生物基控释氮肥试验，试验区域为冬小麦中低产田，前五年平均产量为4155kg/ha；单块试验小区面积为20m2，下述实施例和比较例均采用三块试验小区进行试验，最终数据取平均值获得；
具体流程为：利用种肥同播机将冬小麦种子和供试肥料作为底肥一次性播入土壤，冬小麦行数：肥料行数＝1∶1，两行相隔12.5cm，肥料行深8cm，冬小麦种子行深3cm，施氮量为225kg/ha(折纯)，供试氮料为：按重量百分比上述控释期6个月的冬小麦专用防冻型包膜控释尿素占比40％，速效尿素占比60％。供试肥料中的速效尿素，可以提供冬小麦前期生长所需的N 素；供试肥料中的控释尿素，可以提供冬小麦后期生长所需的N素。磷肥选用重过磷酸钙，施磷量为135kg/ha(折纯)；钾肥选用硫酸钾，施钾量为180kg/ha(折纯)。
该处理下冬小麦籽粒产量为：4310.00kg/ha，总收益为：9482.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：9010.05元/ha，净收益为：471.95元/ha(表1所示)；
比较例4-1：按重量百分比上述控释期6个月的冬小麦专用防冻型包膜控释尿素占比100％；其他因素跟本实施例中处理保持一致。冬小麦籽粒产量为：3150.00kg/ha，总收益为：6930.00元/ha，成本(包括肥料成本、人工成本、其它成本等)为：9316.83元/ha，净收益为：-2386.83元/ha (表1所示)；
对照比较例4-1、1-2、1-3，本实施例中的冬小麦专用防冻型生物基控释尿素处理的冬小麦籽粒产量最大(4310.00kg/ha)，净收益最大(471.95 元/ha)。
表1
Figure BDA0003439833230000101
注：成本核算时小麦收购价格：2.2元/公斤；其他支出包括：种子费用(50元/亩)、播种费用(50元/亩)、农药费用(50元/亩)、水费(30元/亩)、机械耕地费用(50元 /亩)、收获费用(50元/亩)；人工支出：追肥1次(20元/亩/次)、田间管理(100元/ 亩)。
以上实施例是本发明选择的具体实施方式的一种，本领域技术人员在本技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材，其特征在于：控释膜材由生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂组成，其中生物基包膜液由重量比为1:1的植物油多元醇和异氰酸酯组成，弹性改性剂用量为整个原料组合物重量的5-30％，疏水改性剂用量为整个原料组合物重量的1-10％。
2.根据权利要求1所述的冬小麦专用防冻型生物基控释膜材，其特征在于：
其中弹性改性剂选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、丙烯腈、蓖麻油、聚乙烯醇、乙烯-乙酸乙烯共聚物中的一种或几种；
所述的疏水改性剂为烷基硅烷、全氟硅烷、硅氧烷、油酸、植物油、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或几种。
3.根据权利要求1或所述的冬小麦专用防冻型生物基控释膜材，其特征在于：所述的弹性改性剂选自蓖麻油，用量为整个原料组合物重量的30％；所述的疏水改性剂选自全氟硅烷，用量为整个原料组合物重量的10％。
4.权利要求1所述冬小麦专用防冻型生物基控释膜材在制备控释肥料中的应用，其特征在于：具体步骤如下：
将生物基包膜液、弹性改性剂和疏水改性剂均预热到60℃，使用磁力搅拌器以200rpm的速率搅拌至少1min，将上述液态原料充分搅拌，得到共混均匀的控释膜材液态原料；
将颗粒状肥料加入持续转动的包衣锅中，将颗粒状肥料预热30min后的温度为60℃，然后将上述混合均匀的控释膜材液态原料按照肥料总重的0.5％的比例，以0.3MPa的压力均匀喷涂到颗粒状肥料表面；
待控释膜材液态原料固化10min后，即可在颗粒状肥料表面形成一层均匀分布的生物基防冻型控释膜材，重复上述包膜次数6-10次，即可得到养分控释期2-6个月的冬小麦专用防冻型生物基控释肥料。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：其中获得的冬小麦专用防冻型生物基控释肥料中膜材占颗粒状肥料的重量百分比为3-5％。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：其中所述的肥料颗粒为颗粒状尿素、颗粒状磷酸二铵、颗粒状硫酸钾、颗粒状复合肥、颗粒状重过磷酸钙中的一种或多种，颗粒粒径范围为2-4mm。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述包衣锅锅体内径为30mm，转速为30rpm；颗粒状肥料预热采用热风加热方式，热风风速400m3/h，热风温度60℃。
8.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：控释膜材液态原料喷涂速率为5g/min，喷涂温度为60℃。
CN202111629430.6A 2021-12-28 2021-12-28 一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用 Active CN114230419B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111629430.6A CN114230419B (zh) 2021-12-28 2021-12-28 一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111629430.6A CN114230419B (zh) 2021-12-28 2021-12-28 一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114230419A true CN114230419A (zh) 2022-03-25
CN114230419B CN114230419B (zh) 2023-04-07

Family

ID=80764214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111629430.6A Active CN114230419B (zh) 2021-12-28 2021-12-28 一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114230419B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115594551A (zh) * 2022-09-28 2023-01-13 山东农业大学（Cn） 一种填充温敏性聚合物纳米粒子的精准控释膜材及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101671425A (zh) * 2009-09-11 2010-03-17 中国海洋石油总公司 一种具有改进机械性能的聚氨酯包膜控释肥料及其制备方法与专用包膜材料
CN101948348A (zh) * 2009-07-10 2011-01-19 住友化学株式会社 包覆粒状物
CN103772646A (zh) * 2013-12-31 2014-05-07 山东茂施生态肥料有限公司 一种含大豆油多元醇生物降解的缓控释肥包衣材料及其制备工艺
CN103833490A (zh) * 2012-11-22 2014-06-04 苏斌 绿色环保型聚氨酯包膜缓控释化肥
CN107556090A (zh) * 2016-07-02 2018-01-09 刘云峰 一种轮层包膜及其控释颗粒农药或肥料的生产方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101948348A (zh) * 2009-07-10 2011-01-19 住友化学株式会社 包覆粒状物
CN101671425A (zh) * 2009-09-11 2010-03-17 中国海洋石油总公司 一种具有改进机械性能的聚氨酯包膜控释肥料及其制备方法与专用包膜材料
CN103833490A (zh) * 2012-11-22 2014-06-04 苏斌 绿色环保型聚氨酯包膜缓控释化肥
CN103772646A (zh) * 2013-12-31 2014-05-07 山东茂施生态肥料有限公司 一种含大豆油多元醇生物降解的缓控释肥包衣材料及其制备工艺
CN107556090A (zh) * 2016-07-02 2018-01-09 刘云峰 一种轮层包膜及其控释颗粒农药或肥料的生产方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115594551A (zh) * 2022-09-28 2023-01-13 山东农业大学（Cn） 一种填充温敏性聚合物纳米粒子的精准控释膜材及其应用
CN115594551B (zh) * 2022-09-28 2023-10-10 山东农业大学 一种填充温敏性聚合物纳米粒子的精准控释膜材及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114230419B (zh) 2023-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103121878B (zh) 一种含腐植酸的双膜缓释肥及制备方法
CN106748032A (zh) 一种水稻种植用营养型高缓释性复合肥料及其制备方法
CN102807445B (zh) 一种机施水稻专用控释肥料的制备方法
CN114230419B (zh) 一种冬小麦专用防冻型生物基控释膜材及其应用
CN112825643B (zh) 一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法
CN107162848A (zh) 一种滨海盐碱地小麦专用功能性有机无机控释掺混肥
CN104276884A (zh) 一种油渣发酵制备的月季种植肥料及其制备方法
CN107586205A (zh) 一种改良酸性土壤的包膜肥料及其制备方法
CN111018612A (zh) 一种全水溶可滴灌的微生物菌剂颗粒及制备方法
CN107337543B (zh) 一种盐碱地缓释肥及其制备方法
WO2024032339A1 (zh) 一种果园基肥的制备方法及其施用方法
CN115594551B (zh) 一种填充温敏性聚合物纳米粒子的精准控释膜材及其应用
CN104557272B (zh) 利用紫茎泽兰制备袋装控释肥的方法
CN115403763A (zh) 一种基于蓖麻油和秸秆的缩聚型高分子量多元醇及其应用
CN108164353A (zh) 一种腐植酸钾脲甲醛复合肥及其制备方法
CN113337296A (zh) 一种用纳米碳材料制备盐碱地改良剂的方法
CN111848275A (zh) 一种再生稻专用缓控释肥及其制备方法
CN105859414A (zh) 一种改性包膜长效缓释复合肥料及其制备方法
CN111943767A (zh) 一种茶树专用有机肥及其制作方法
CN111689811A (zh) 一种缓释型促光合复混肥的制备方法
CN103011943A (zh) 一种稳定性水稻专用肥
CN104355918A (zh) 一种基于仙人球刺的缓控释化肥的制造方法
CN109180360A (zh) 一种用于莴笋种植的缓释肥料及其制备方法
CN103012018A (zh) 一种稳定性玉米专用肥
CN107360890A (zh) 一种营养全面且保水保肥的育种育苗营养土及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant