CN1145059A - 可控制释放的基质型肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新的包裹肥料的基质及其制备方法，其中将可生物降解表面包裹剂，如松香、蜡、脂族聚酯或类似物，缓慢混合并熔融成为液态，加入肥料颗粒并混合，将混合的表面包裹剂和肥料颗粒通过挤压机挤出，结果肥料颗粒被基质树脂包裹。本发明的基质型肥料降低了肥料的释放速度，并且由于本发明的基质型肥料可与通过简单的方法制备，它的价格也是经济的。

Description

可控制释放的基质型肥料及其制备方法

本发明涉及新的基质型肥料及其制备方法。具体地，本发明涉及明显降低释放速度的基质型肥料及其制备方法，其中基质型肥料的成分是通过首先将混合原料树脂和肥料混合，再挤压的方法用基质树脂包裹。

目前采用的化学肥料存在很多问题。由于在水中的溶解度大，大多数化学肥料在施肥后很快就释放到土壤中，这就造成肥效的降低、施肥量大、由于盐的聚集而造成对土壤的污染和因多次施肥而造成劳动力的浪费。因此为了降低施肥的损失和劳动力的浪费，急需能够在作物整个生长期可稳定释放的可控制释放的肥料。

有两种制备可控制释放肥料的方法，即化学方法和物理方法。

在化学方法中，其中肥料与其它物质进行化学反应，肥料的溶解度就会由于使肥料生成不溶盐或由土壤微生物使肥料生成低降解物质而降低。

在物理方法中，肥料的释放速度通过用可以阻止肥料成分与水直接接触的物质包裹而降低。

尽管通过化学方法生产的几种产品如脲甲醛、IBDU(亚异丁基双脲)、CDU(亚丁烯基双脲，US3227543)等是有效的，但它们仍存在缺点，即生产需要复杂的步骤并因此造成高成本。

物理方法与化学方法不同，它是通过采用表面包裹剂包裹肥料颗粒的方式控制肥料的释放速度，还具有一些优点，即优良的持续作用、释放速度容易控制和更简单的生产工艺等。

包裹膜有几种，即半渗透膜(热塑性树脂)、不渗透膜(热固性树脂)和可生物降解膜。

半渗透膜由于扩散引起的内部渗透压而被破坏，从而使肥料释放。不渗透膜上有能使水通过的孔，从而使肥料释放。生物降解膜由于物理化学的或微生物的活性而被破坏，使肥料释放。

合成树脂和生物降解材料可用作表面包裹剂。合成树脂包括热塑性树脂和热固性树脂。

因此，为了制备包裹的肥料，可采用用表面包裹剂包裹肥料的方法，典型的应用如下描述。

由Archer Daniel Midland Company USA开发的Osmocote(US3233518)用作为表面包裹剂的二环戊二烯和甘油酯的共聚物形成多层。尽管Osmocote具有良好的性质，但仍存在一些缺点，即成本高，以及由于难以回收所用的有机溶剂而会污染环境。

由T.V.A Compeny USA开发的硫-包裹肥料(US3295950)价格不高，但它具有难以控制释放速度和土壤会被聚集的硫向酸化的缺点。

此外，除了硅酸盐，一种金属氧化物，已被用作为表面包裹剂，但是硅酸盐易溶于水，而表面包裹剂持续时间不长(日本专利，JP昭59-137386)。

此后已经开发了改进的方法(韩国专利88-153)，其中释放速度通过用高分子乳胶再包裹硅酸盐-包裹肥料而被大大的延迟了，但是其缺点是成本高，并且乳胶会在土壤中聚集。

如上所述，因为用合成树脂包裹肥料的方法造成了土壤的污染，曾建议开发用生物降解物质代替合成树脂包裹肥料的方法。

首先，采用蜡作为可生物降解表面包裹剂(US3232237)，但是其缺点是为了将释放速度充分延迟，必须采用很大量的蜡。接着建议采用改进方法(日本专利，JP昭59-35875)，其中与松香混合熔融的蜡作为表面包裹剂。

但是在采用松香作为表面包裹剂的情况下，还存在严重缺点，即在包裹膜的表面产生针眼。针眼产生的原因是，包裹膜的形成过程是在高温下进行的，而松香会在高温降解。在这个过程中表面包裹剂溶解并被喷射到肥料颗粒表面。

为了避免在包裹过程中采用可生物降解物质而产生针眼的严重现象，建议采用表面包裹剂，其是通过用有机溶剂溶解松香，再加入特定物质(韩国未审公开93-12646)。根据上述方法，由于包裹过程是在低温下完成的，并可以减少在松香膜上产生针眼，而使松香膜的性质得以改进，并且降低了肥料的释放速度。但在这种情况下，因为表面包裹剂的软化温度低，肥料颗粒彼此会相互粘结，并且在贮存和处理过程中会耗损。

为了解决上述问题，已经建议了一种方法(韩国未审公开94-2203)，其中将松香/松香衍生物包裹的、加入了高分子物质并溶于有机溶剂的肥料颗粒用溶液或乳液状态的有机高分子物质再次包裹。通过这种方法，在处理和贮存过程中产生的问题得以解决，如提高了包裹颗粒的机械强度，但是生产步骤复杂了，并且还存在一些由采用有机溶剂带来的问题。

本发明的目的是提供新的可控制释放的基质型肥料和完全不同于现有方法的制备方法。

特别是，本发明的目的是提供新的包裹方法，称为基质包裹方法，这种方法完全不同于现有的喷射方法，并且它还解决了现有喷射方法中存在的各种问题。

本发明涉及新的基质包裹肥料及其制备方法，其中将表面包裹剂缓慢混合和熔融至凝胶状态，加入肥料颗粒并混合，混合的表面包裹剂和肥料颗粒通过挤压机挤出，结果肥料颗粒被基质树脂包裹。

本发明的基质包裹方法甚至在概念上都完全不同于现有的喷射包裹方法，它是将表面包裹剂溶于溶剂，在高温下喷射，并包裹颗粒。

用基质型树脂通过基质包裹方法包裹的可控制释放的基质型肥料具有如下所述的优点。释放速度可以根据基质树脂的重量比很容易的得到控制。由于表面包裹剂可以在土壤中容易生物降解，减小了环境的污染。由于未采用有机溶剂，不需要回收溶剂。由于生产步骤简单并且此方法可进行批量生产，生产的成本低，并且成本是非常经济的。

图1是说明通过基质包裹方法包裹的本发明的可控制释放基质型肥料的截面图。

图2是说明通过喷射包裹方法包裹的已知肥料的截面图。

下面将详细描述本发明。

可控制释放的基质型肥料含有5-80％(重量)的树脂、20-95％(重量)的肥料，如果需要，还可含有0-20％(重量)的干燥剂或0-20％(重量)的表面相容剂。在挤压机中将这些组份混合并熔融后，将其挤出，并用树脂包裹。所有的树脂都可采用基质包裹方法，如果它们可以在50-120℃熔融即合成树脂和可生物降解树脂。

对于合成树脂，可以是热塑性和热固性树脂。对于可生物降解树脂，可以是松香，如脂松香、木松香、toloil-松香、蜡和脂族聚酯，如聚己内酯、聚乳酸、二醇/二酸的酯等等。它们可以分别采用或结合采用。合成的树脂可以通过本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合或类似的方法制备。

在采用可生物降解树脂情况下，可加入用于现有的喷射包裹方法使用的不溶金属化合物和聚合物，以改进表面包裹剂的性质。这些不溶金属化合物包括铝、钙、铜、铁、镁、锌的脂肪酸化合物、铝的氧化物、钡的氧化物、乙酸铁或钙或锂的氟硅酸盐，并且它们可以分别使用或结合使用。高分子量树脂可以含有石蜡、乙基纤维素等等。

可用于基质包裹方法的肥料包括尿素肥料、磷肥、钾肥、有机肥、复合肥等等。其可直接采用或磨成粒度为5-200微米的颗粒采用。

可以采用的表面相容剂脂肪酸包括油酸、硬脂酸、软脂酸等等。可用的干燥剂是氯化钙、氧化钙等等。除了上述提到的表面相容剂或干燥剂之外，对于基质包裹方法来说，还可含有在一般包裹方法中所必须的任何组份。

本发明的另一目的是提供一个新的方法，它可用于有效地并经济地制备可控制释放的基质型肥料。

本发明的这种方法的特征在于这种基质型肥料可以通过一个步骤生产，它是将所有必须组份在挤压机中混合并熔融，然后将其挤出。

可以采用的挤出方法是通过单螺杆挤压机、双螺杆挤压机、双螺杆挤压机再接单螺杆挤压机混合，用捏合机、班伯里密炼机(Banbury)或超级混合器(Super-mix)混合，并接着通过单螺杆挤压机或双螺杆挤压机等等。

所有采用在挤压机中混合和熔融制备可控制释放肥料的方法都应该包括在本发明的范围内。

下面按步骤对本发明进行详细的描述。

将5-80％(重量)的可生物降解树脂、20-95％(重量)的肥料、0-20％(重量)的干燥剂和0-20％(重量)的表面相容剂用超级混合器和班伯里密炼机混合，接着放入预热了的单螺杆挤压机或双螺杆挤压机。

在挤压机中，肥料被研磨并与其它组份均匀混合，而单螺杆或双螺杆的转速是50-300rpm。当树脂的熔点低于肥料时，尽管树脂是先熔融的，肥料也可以不需熔融就制成颗粒，这样肥料就被熔融树脂包裹，并在被树脂包裹的状态下挤出。

基质型肥料以颗粒的形式被挤出，其截面示于图1。图1显示出基质树脂含有几个肥料颗粒。在这种情况下，肥料具有与多层包裹肥料一样的效果，并且本发明的基质型具有优良的可控制释放的效果。

另外，因为本发明的基质型肥料克服了喷射包裹方法的缺点，即由于在运输或贮存过程中包裹膜遭到破坏，而使肥料突然和过量释放，所以即使包裹膜遭到破坏，仍保持了可控制释放的性质。

按照本发明的方法，包裹膜的厚度可以通过将表面包裹剂的量控制在5-80％(重量)而获得最佳结果。

进一步说，为了使作物不受过量肥料组份的直接影响，可以优选肥料颗粒的形状、粒度等等。颗粒的形状或粒度根据施肥的目的可以被控制在1-30mm的范围内。

为避免颗粒之间的粘连，更可取的是在干燥步骤之前喷撒0.1-2％(重量)的无机物质，如滑石、高岭石等等。

本发明的可控制释放基质型肥料由于没有采用特定的添加剂或有机溶剂，解决了对环境的污染问题。

另外，因为在预喷射包裹工艺中，可采用任何表面包裹剂，即可生物降解表面包裹剂如松香、蜡、脂族聚酯，所以可用的原料范围可以扩大。

因为工艺简单，所以降低了成本，并且以经济的价格批量生产成为可能。这种方法只包括原料在超级混合器、捏合机或班伯里密炼机中的混合步骤，和接下来的通过挤压机的挤出步骤，而没有任何预处理。

本发明的基质包裹工艺可用于各种肥料，如尿素肥料、磷肥、钾肥、有机肥等等。

当可生物降解树脂(松香、蜡、脂族聚酯或其混合物)和肥料被混合并熔融时，加入了干燥剂的肥料就会减少因混合和熔融过程中蒸发所引起的气泡产生，结果，包裹膜变得致密，以致水都不能透过。这对于尿素肥料来说尤其是一个优良的性质，因为尿素肥料具有吸湿性。

在采用表面相容剂的情况下，表面相容剂增大了在表面包裹剂和肥料之间的吸引力。

鉴于包裹肥具有良好的物理性质，在运输和贮存过程中很容易处理，并在施肥后很容易控制其释放速度。

将物料通过双螺杆挤压机，或者在通过双螺杆挤压机后再通过单螺杆挤压机再挤出的工艺制备的颗粒的机械强度提高到远大于将物料只通过单螺杆挤压机挤出方法制备的颗粒。机械强度越大，释放速度降的越低。机械强度大的肥料特别适用于需要长效肥料的作物。

实施例

下述实施例将进一步说明本发明，而不对本发明有任何限制。实施例1

此实施例描述了基质包裹工艺的特征。

将5千克市售粒状尿素肥料、4千克磨碎的脂松香和1千克蜡加入单螺杆挤压机，其调节到100rpm、60-100℃。将通过挤压机的包裹肥料切成常规大小的片。采用在30℃的培养器进行可控制释放试验，并测量释放肥料的量。结果列于表1。

表1

	1天	10天	20天	30天	40天
						释放速度(％)	0.1	5	18	32	53

实施例2

将7千克市售粒状尿素肥料和3千克磨碎的脂松香在超级混合器中混合。将混合物放入双螺杆挤压机，其温度保持在80-120℃，螺杆的速度调节到200rpm。采用与实施例1所述的同一方法进行释放试验，并将结果列于表2。

表2

	1天	10天	20天	30天	40天
						释放速度(％)	1.0	10	25	40	65

实施例3

将7千克市售粒状尿素肥料、2.5千克磨碎的脂松香和0.5千克的硬脂酸在超级混合器中混合。将混合物放入双螺杆挤压机，其中温度保持在80-120℃，螺杆的速度调整到200rpm。

将混合物通过双螺杆挤压机，再放入单螺杆挤压机，其中温度保持在60-120℃，螺杆速度调整到150rpm。采用与实施例1所述的同一方法进行释放试验，并将结果列于表3。

表3

	1天	10天	20天	30天	40天
						释放速度(％)	0.1	5	15	30	50

实施例4

将0.5千克油酸溶解在少量的丙酮中，并与7千克的市售尿素肥料在超级混合器中混合。加入0.5千克聚己内酯和0.5千克蜡。将混合物放入预热到120℃的捏合机，采用与实施例1同样的方法混合和包裹。采用与实施例1所述的同一方法进行释放试验，并将结果列于表4。

表4

	1天	10天	20天	30天	40天
						释放速度(％)	0.5	7	20	35	60

实施例5

将8千克市售粒状尿素肥料、1.7千克脂松香和0.3千克的硬脂酸放入预热到120℃班伯里密炼机中混合5分钟，采用与实施例1一样的工艺混合和包裹。采用与实施例1所述的同一方法进行释放试验，并将结果列于表5。

表5

	1天	10天	20天	30天	40天
						释放速度(％)	0.5	7	20	35	60

Claims (9)

1.可控制释放的基质型肥料，其特征在于用基质树脂采用下述方法包裹，其中将由5-80％(重量)的树脂组份和20-95％(重量)的肥料组份组成的组合物混合并熔融，接着通过挤压机挤出。

2.根据权利要求1所述的可控制释放基质型肥料，其中树脂组份可以在50℃到120℃的温度范围内熔融，并且可以分别或结合使用热塑性树脂、热固性树脂或可生物降解树脂。

3.根据权利要求2所述的可控制释放基质型肥料，其中可生物降解树脂可选自脂松香、木松香、toloil-松香、蜡和脂族聚酯，如聚己内酯、聚乳酸、二醇/二酸的酯或类似物。

4.根据权利要求1所述的可控制释放基质型肥料，其中肥料组份可选自尿素肥料、磷肥、钾肥、有机肥或复合肥，并且它们可直接使用或磨成直径5-200微米使用。

5.根据权利要求1所述的可控制释放基质型肥料，其中还可往树脂组份和肥料组份中加入0-20％(重量)的表面相容剂组份和0-20％(重量)的干燥剂组份。

6.根据权利要求5所述的可控制释放基质型肥料，其中表面相容剂可选自脂肪酸，如油酸、硬脂酸、软脂酸或类似物。

7.根据权利要求5所述的可控制释放基质型肥料，其中干燥剂可选自氯化钙、氧化钙或类似物。

8.制备可控制释放的基质型肥料的方法，其特征在于用基质树脂包裹，其中组合物含有5-80％(重量)的树脂组份和20-95％(重量)的肥料组份，如果需要可与0-20％(重量)的表面相容剂和0-20％(重量)的干燥剂混合并熔融，再通过挤压机挤出。

9.根据权利要求8所述的方法，其中挤出方法可选择是通过单螺杆挤压机或双螺杆挤压机、在通过双螺杆挤压机之后再通过单螺杆或双螺杆挤压机、在捏合机、班伯里密炼机或超级混合器中混合之后通过单螺杆或双螺杆挤压机。

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