CN115286465B - 一种环保型特种肥料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于特种肥料技术领域，提供了一种环保型特种肥料及其制备方法。该特种肥料包括包膜；包膜的原料包括淀粉、海藻酸钠、腐植酸和改性交联剂；改性交联剂包括：去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠混合即得。该制备方法包括：(1)包膜水分散液的制备：(2)肥料包膜的制备。该环保型特种肥料通过交联改性，以沙蒿胶联合羧甲基纤维素钠作为交联剂，在显著减少交联剂用量的条件下，能够大大提高对于包膜材料的粘结性能，提高包膜的致密紧实度；该特种肥料为环境友好型肥料，采用超薄包膜，可实现养分释放周期长，肥料养分控释效果好。该制备方法简单，易于控制和产业化。

Description

一种环保型特种肥料及其制备方法
技术领域
本发明属于特种肥料技术领域，具体地说，涉及一种环保型特种肥料及其制备方法。
背景技术
作为特种肥料中应用地非常广泛的一类，控释肥有着其独特的优势。控释肥是缓释肥料的高级形式，主要通过在氮-磷-钾复合肥或再加上微量元素的全营养肥外面包裹一层膜、添加剂这样的外衣，从而达到使肥料的分解、释放时间延长，提高肥料养分的利用率的一种长效肥料，是农业部重点推广肥料之一。
控释肥主要分为无机包膜肥和有机聚合物包膜肥。其中，无机物包括硫、硅和磷酸盐等，有机物为高分子聚合物，又可分为天然、半合成和合成三种。
作为无机包膜肥中包膜材料的代表，硫磺价格低且能够补充土壤中硫不足，是较为理想的环保型材料，但其弹性差、易脆，缓释效果不稳定；作为有机聚合物包膜肥中包膜材料的代表，树脂类材料能够实现对养分较好的控制，但其在土壤中难降解，且残留包膜还会破坏土壤结构，造成土壤二次污染。
近年来，对环境较为友好的天然高分子材料受到了较多关注。天然高分子材料来源广、无毒、稳定、成膜性较好，廉价易得，然而其易被生物降解，控释效果相对树脂类材料较差。
因此，找到低成本、环境友好型且能够对养分进行较好控释的包膜材料成为新型缓控释肥开发的关键。
沙蒿胶为一种白色或略带淡黄色的粉末无嗅不溶于水粘度大能在水中迅速溶胀成略显乳白色的半透明胶体沙蒿胶具有特别的化学稳定性、不溶于一般的溶剂、也不溶于热的稀酸或稀碱中。在水中呈有限吸水状态。沙蒿胶具有以下性质：(1)高粘度：1％(w/w)鲜胶液粘度可达9000mPa.s，是相同浓度明胶溶液的1800倍，是海藻酸钠溶液的12倍；(2)高保水性：吸水性很强可达到自身的数十倍，沙蒿胶吸水溶胀后形成蛋清样液体，1％(w/w)沙蒿胶液24h内保水性能优于鸡蛋液；(3)非水溶性：沙蒿胶不溶于水中，在水中呈有限的吸水溶胀状态，若将其胶粉加入水中进行搅拌，大部分将聚集成团而不能很好分散，并有“爬杆”现象；根据这一特性可用于改良劣质小麦粉，解决发芽小麦发粘问题，改良面条烹调性，煮后不发粘，不混汤，富咀嚼感；(4)分散性好：液状沙蒿胶经浓缩干燥后制成粉状胶，水稀释溶胀后成胶具有可逆性，而且分散性好，用一般的非高压均质设备便可达到满意的效果，形成均匀的胶状液体；(5)成膜性：能稳定而且粘着力强剥离后的胶膜有一定弹性和韧性，其弹韧性与成膜厚度呈负相关。目前，沙蒿胶主要用于食品领域。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明的第一目的在于提供了一种环保型特种肥料，该环保型特种肥料通过交联改性，以沙蒿胶联合羧甲基纤维素钠作为交联剂，在显著减少交联剂用量的条件下，能够大大提高对于包膜材料的粘结性能，提高包膜的致密紧实度；该特种肥料为环境友好型肥料，采用超薄包膜，可实现养分释放周期长，肥料养分控释效果好。
针对现有技术中上述的不足，本发明的第二目的在于提供了一种环保型特种肥料的制备方法；该制备方法简单，易于控制和产业化。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：
本发明提供了一种环保型特种肥料，包括包膜；包膜的原料包括质量比为92-95:3-5:1-3:0.8-1.2的淀粉、海藻酸钠、腐植酸和改性交联剂；改性交联剂的原料包括：质量比为1:0.002-0.004:0.02-0.04将去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，改性交联剂的制备包括：将去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于300-400r/min搅拌并加热至60-75℃，保温反应20-30min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，淀粉、海藻酸钠、腐植酸和交联剂的质量比为93:4:2:1。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠的质量比为1:0.003:0.03。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，淀粉选自玉米淀粉或小麦淀粉。
本发明提供了一种上述的环保型特种肥料的制备方法，包括:(1)包膜水分散液的制备：将水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至70～80℃，糊化；水的质量为淀粉质量的10-12倍，接着加入改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热后的颗粒肥料的表面，制得环保型特种肥料。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，包膜的质量是环保型特种肥料质量的3-5％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，颗粒肥料的平均粒径为2-4mm。
本发明提供的一种环保型特种肥料及其制备方法的有益效果是：
(1)本发明提供的包膜原料包括淀粉、海藻酸钠、腐植酸和改性交联剂，其中，淀粉、海藻酸钠、腐植酸均属于天然高分子材料，无毒易降解环保；本申请提供的改性交联剂包括混合后的离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠；在上述条件下改性的交联剂，由于沙蒿胶具有优异的分散性，仅需极少用量，即可充分将羧甲基纤维素钠分散均匀，并与包膜其他原料混合后，各原料之间粘结性显著提升，分散性也更好，包膜的弹韧性增加，致密紧实度提高，对养分的控释周期变长。
(2)本发明提供的包膜，其吸水性好，土壤中的水分子大部分被包膜吸收，一方面，进入肥料颗粒的水分子少避免影响肥料颗粒质量，另一方面，包膜吸水膨胀，膜微孔的孔隙变小，可进一步减缓养分溶出的速度，延长养分释放周期。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种环保型特种肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为1000:94:4:2的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至75℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为1：94的改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
改性交联剂的制备：将质量比1:0.002:0.04的去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于300r/min搅拌并加热至60℃，保温反应30min。
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的4％，制得环保型特种肥料。
实施例2
本实施例提供了一种环保型特种肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为1000:94:4:2的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至75℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为1：94的改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
改性交联剂的制备：将质量比1:0.004:0.02的去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于400r/min搅拌并加热至75℃，保温反应20min。
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的4％，制得环保型特种肥料。
实施例3
本实施例提供了一种环保型特种肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为1000:94:4:2的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至75℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为1：94的改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
改性交联剂的制备：将质量比1:0.003:0.03的去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于350r/min搅拌并加热至70℃，保温反应25min。
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的4％，制得环保型特种肥料。
实施例4
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为920:95:3:3的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至70℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为0.8：95的改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
改性交联剂的制备：将质量比1:0.003:0.03的去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于350r/min搅拌并加热至70℃，保温反应25min。
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的3％，制得环保型特种肥料。
实施例5
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为1140:92:5:1的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至80℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为1.2：92的改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
改性交联剂的制备：将质量比1:0.003:0.03的去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于350r/min搅拌并加热至70℃，保温反应25min。
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的5％，制得环保型特种肥料。
对比例1
本对比例提供了一种环保型特种肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为1000:94:4:2的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至75℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为1：94的改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
改性交联剂的制备：将质量比1:0.001:0.05的去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于250r/min搅拌并加热至80℃，保温反应18min。
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的4％，制得环保型特种肥料。
对比例2
本对比例提供了一种环保型特种肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为900:96:2:4的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至85℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为1.5：96的改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
改性交联剂的制备：将质量比1:0.003:0.03的去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于350r/min搅拌并加热至70℃，保温反应25min。
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的4％，制得环保型特种肥料。
对比例3
本对比例提供了一种环保型特种肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为1000:94:4:2的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至75℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为1：94的羧甲基纤维素钠后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的4％，制得环保型特种肥料。
对比例4
本对比例提供了一种环保型特种肥料的制备方法，包括以下步骤：
(1)包膜水分散液的制备：将质量比为1000:94:4:2的水和淀粉、海藻酸钠、腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至75℃，糊化，接着加入与淀粉质量比为1：94的沙蒿胶后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到包膜水分散液；
(2)肥料包膜的制备：包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的颗粒肥料(3mm)的表面，控制包膜水分散液占环保型特种肥料质量的4％，制得环保型特种肥料。
实验例1
采用GB/T 23348-2009中的国家标准进行缓释肥测试：在25℃的条件下，采用水浸泡法测试实施例1-5及对比例1-4提供的特种肥料的养分释放期，以累积养分释放率达到80％时所需天数(平均)来表示，结果见表1所示。
表1
由表1数据可知，本申请提供的特种肥料的缓释周期能够大于100天，说明采用本申请提供的交联剂及制备工艺条件等改进能够实现养分释放周期延长。对比例1的交联剂的制备工艺条件不在本申请保护范围内，对比例2的包膜水分散液的制备工艺条件不在本申请保护范围内，对比例3的交联剂仅采用羧甲基纤维素钠，对比例4的交联剂仅采用了沙蒿胶。对比例1-4的特种肥料的养分释放周期明显缩短，说明本申请中交联剂原料之间起到了协同增效的作用，本申请的制备工艺对养分释放周期的延长做出了贡献。
综上所述，采用本发明提供的环保型特种肥料及其制备方法；该环保型特种肥料通过交联改性，以沙蒿胶联合羧甲基纤维素钠作为交联剂，在显著减少交联剂用量的条件下，能够大大提高对于包膜材料的粘结性能，提高包膜的致密紧实度；该特种肥料为环境友好型肥料，采用超薄包膜，可实现养分释放周期长，肥料养分控释效果好；该制备方法简单，易于控制和产业化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种环保型特种肥料，其特征在于：包括包膜；所述包膜的原料包括质量比为92-95:3-5:1-3:0.8-1.2的淀粉、海藻酸钠、腐植酸和改性交联剂；所述改性交联剂的制备包括：将质量比为1:0.002-0.004:0.02-0.04的去离子水、沙蒿胶和羧甲基纤维素钠于300-400r/min搅拌并加热至60-75℃，保温反应20-30min；
所述环保型特种肥料的制备方法包括：
(1)包膜水分散液的制备：将水和所述淀粉、所述海藻酸钠、所述腐植酸加入反应釜中搅拌，加热至70～80℃，糊化；所述水的质量为所述淀粉质量的10-12倍，接着加入所述改性交联剂后95℃回流交联，搅拌、冷却出料，得到所述包膜水分散液；
(2)肥料包膜的制备：所述包膜水分散液通过喷涂的方式涂于预热至95℃后的平均粒径为2-4mm的颗粒肥料的表面，控制所述包膜水分散液占所述环保型特种肥料质量的3-5％，制得所述环保型特种肥料。
2.根据权利要求1所述的环保型特种肥料，其特征在于：所述淀粉、所述海藻酸钠、所述腐植酸和所述交联剂的质量比为93:4:2:1。
3.根据权利要求1所述的环保型特种肥料，其特征在于：所述去离子水、所述沙蒿胶和所述羧甲基纤维素钠的质量比为1:0.003:0.03。
4.根据权利要求1所述的环保型特种肥料，其特征在于：所述淀粉选自玉米淀粉或小麦淀粉。
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