CN116640022A - 一种用于颗粒状水溶肥防结剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于颗粒状水溶肥防结剂及其制备方法，防结块剂由75％‑89％聚酯多元醇，1％‑5％硬脂酰胺丙基二甲基胺(S‑18)，5％‑10％乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)，5％‑10％烷基酚醚磷酸酯(TXP‑4)组成，制备方法为：先在反应釜中加入聚酯多元醇和硬脂酰胺丙基二甲基胺，升温至80‑100℃，经过搅拌和保温，至反应物测得氨值为0时止，全部形成新的均匀物质，再分别加入烷基酚醚磷酸酯和乙二醇单硬脂酸酯，经过搅拌至所有物质均匀分散，得到水溶肥料防结剂。产品使用时，将防结剂按1.0～3.0kg/吨肥料的用量，采用蒸汽喷雾使之均匀涂布在颗粒水溶肥的表面。该防结剂作为颗粒水溶肥专用防结剂。
Description
技术领域
本发明涉及肥料防结块处理技术领域，特别涉及一种用于颗粒状水溶肥防结剂及其制备方法。
背景技术
1、水溶性肥料概况
水溶性肥料是一种主要应用于喷滴灌等设施农业，实现水肥一体化，达到省水省肥省工的效能的新型肥料。相比普通型肥料，它的最大特点是水不溶解物少，水面漂浮残留物少，所以才可用于滴灌。普通型肥料用于滴灌则极易堵塞滴灌口，难以持续灌溉，因此无法应用。
水溶性肥料的施用方法十分简便，它可以随着灌溉水包括喷灌、滴灌等方式进行灌溉时施肥，既节约了水，又节约了肥料，而且还节约了劳动力。随着劳动力成本日益高涨，使用水溶性肥料的效益是显而易见的。在国内外，它被广泛用于温室中的蔬菜和花卉、各种果树以及大田作物的灌溉施肥，园林景观绿化植物的养护，高尔夫球场，甚至于家庭绿化植物的养护。在一些大型的种植业农场，安装喷滴灌设施等现代化灌溉设备后，要达到水肥一体化，则必需施用水溶性肥料。因此，水溶性肥料尽管价格高昂，但是作为未来肥料发展的一个方向，近年来还是在大量发展。
目前国内全水溶性肥料的形态主要有两种，一种是粉末状，一种是颗粒状。曾经水溶肥以粉末状为主，生产装置多以简单掺混为主，因此产量很小，不属于主流肥料，针对粉末状水溶肥料的防结剂开发不具备很大的必要性。但是，近年来一些大的肥料生产企业逐步使用高塔工艺成功生产出颗粒全水溶肥，并作为市场上的高端产品，产量开始急剧上升。目前市场上大的肥料企业基本都开始生产颗粒全水溶性肥料，由此衍生出巨大的针对颗粒水溶肥的防结剂市场空间。
2、水溶性肥料的防结剂概况
肥料防结剂是为了保持肥料在储存和播撒等作业时具有良好流动性的一种助剂。肥料厂家为了防止肥料成品结块，一般通过改善工艺条件和控制颗粒特征等降低肥料自身结块倾向的同时还需要在肥料表面进行包覆处理，使肥料颗粒表面形成一种隔膜，减少水分的迁移，从而最大限度地抑制肥料结块、吸潮和粉化现象，从而保持颗粒的流动性，便于肥料的储存、运输和使用，因此，作为一种低成本、高收益的防结块措施，防结剂现在已经被全世界肥料生产厂家所广泛接受和使用。目前市场上的肥料防结剂种类很多，绝大多数是油状防结剂。油体防结剂多是通过外包裹，在肥料表面形成一层疏水性的保护膜，矿物油由于其性能稳定，疏水性好，是目前使用最为广泛的防结块剂基料。
但是，由于组成颗粒水溶肥料的成分全部为可溶性的盐类，十分容易吸潮并形成晶体，极易团聚成块状，对于防结块十分不利。最关键的是，由于肥料对防结剂产品的水溶性和不溶物的要求非常高，传统的油状防结剂无法应用在水溶性肥料上。因此，以疏水性产品隔绝肥料和水分、阻碍肥料吸潮形成晶体、改变晶体结构的防结块理论也不能应用在此类肥料上。
要使包裹防结剂的水溶肥能够满足滴灌要求，就需要使用的防结剂要么能溶于水，要么不在水面形成漂浮物后聚集最终堵塞滴灌口。所以，针对颗粒水溶性肥料的全新的防结块需求，需要创新防结理论，抛弃传统的以油为基料的防结剂，重新寻找符合能满足滴灌要求和防结要求的原材料和表面活性剂。
目前，一些厂家研发出针对颗粒水溶肥的防结剂，使用的基料主要有水、高分子水性材料、甘油、短碳链醇类等能溶于水的原材料，但是由于这些防结剂既不能阻碍晶桥的形成，也不能干扰晶体的形态，也不具备疏水性降低肥料的吸湿性，导致防结效果完全不能满足客户需求。
发明内容
本发明的目的针对颗粒水溶肥的滴灌需求从而衍生出对防结剂的独特需求，以及上述现有技术存在的问题，提供一种用于颗粒状水溶肥防结剂及其制备方法。本发明主要是利用在常温下具有良好流动性的高分子材料作为载体，再复配能与该高分子材料能良好互溶且具有良好防结效果的表面活性剂来保障防结效果。
本发明利用了高分子材料具有的两大特性：密度比水重以及不溶于水。由于以该高分子材料为基料的防结剂密度比水重，使得包裹该防结剂的颗粒水溶肥在溶于水后，防结剂会沉入水底，不会在水面漂浮和聚集最终堵塞滴灌口。同时，由于防结剂在颗粒水溶肥上进行均匀包裹后，每颗肥料表面所包裹的防结剂的量极为细微，使得包裹该防结剂的颗粒水溶肥在溶于水后，每颗肥料表面所包裹防结剂会在水中分散为超微粉末，也不会在水底聚集成沉淀堵塞滴灌口。
但是，正因为该高分子材料具有密度比水重以及不溶于水的特性，使得传统的具有防结效果的表面活性剂不适合与该材料进行复配，例如脂肪胺、脂肪酸、磷酸酯等。需要重新寻找既具有防结效果，也能和该高分子材料良好互溶且不分层的表面活性剂。
本发明的一种用于颗粒状水溶肥防结剂的制备方法，使用高分子材料——聚酯多元醇为基料，使用硬脂酰胺丙基二甲基胺(S-18)在高温下中和该高分子材料的酸值，新成新的防结剂基料，再复配使用乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)作为提升防结效果的表面活性剂。同时，为了使表面活性剂能与新基料良好互溶，使用烷基酚醚磷酸酯(TXP-4)作为增溶剂。制备所得的防结剂既具有疏水性，又比水重，还良好互溶了能改变晶体形态的表面活性剂，因此可以在肥料颗粒表面形成均匀的液膜，并长久固定在肥料表面，使肥料长时间保持松散并具有良好的流动性，从而保证肥料的品质。同时，由于该防结剂的密度比水重，因此包裹防结剂的水溶料溶于水后，不会产生目前使用的油状防结剂均会出现的油膜漂浮问题，也不会堵塞水溶肥滴灌的喷头，因此不影响水溶肥的使用。所以，该防结剂可以作为颗粒水溶肥的专用防结剂进行使用。
本发明的技术方案为：
一种用于颗粒状水溶肥防结剂，各组分按质量百分比计，其特征在于：防结块剂由75％-89％聚酯多元醇，1％-5％硬脂酰胺丙基二甲基胺(S-18)，5％-10％乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)，5％-10％烷基酚醚磷酸酯(TXP-4)组成，各组分的总和为100％。
所述的聚酯多元醇常温下为琥珀色液体，分子量为1000-3000，酸值10-30mgKOH/g，羟值100-200mgKOH/g，常温下密度为1.05-1.15g/cm3。
所述的硬脂酰胺丙基二甲基胺常温下为白色至浅黄色片状固体，含量为99％以上，胺值为140-165mgKOH/g。
所述的乙二醇单硬脂酸酯常温下为淡黄色蜡质片状，含量为99％以上，单酯含量占比80％以上，双酯含量占比20％以下，酸值<5mgKOH/g。
所述的烷基酚醚磷酸酯常温下为无色或微黄色透明液体，固含量95％以上，2％水溶液的pH值<3.0，单酯含量占比80％以上，双酯含量占比20％以下。
一种用于颗粒状水溶肥防结剂的制备方法，其特征在于，包括以下主要步骤：
(1)将聚酯多元醇和硬脂酰胺丙基二甲基胺在80-100℃下经过搅拌和保温，至反应物测得氨值为0时止；
(2)在80-100℃下分别加入烷基酚醚磷酸酯和乙二醇单硬脂酸酯，搅拌至所有物质均匀分散，得到水溶肥防结剂。
一种用于颗粒状水溶肥防结剂的应用，其特征在于，将防结剂按1.0～3.0kg/吨肥料的用量，采用蒸汽喷雾使之均匀涂布在颗粒水溶肥的表面。
本发明的防结块剂利用高分子材料——聚酯多元醇不溶于水以及比水重的特性，解决了现有油状原材料会在表面漂浮聚集堵塞滴灌口的问题，也解决了现有水溶性原材料不具有疏水性防结效果差的问题，使得其既具有疏水性从而保障防结效果，也能不影响水溶肥的实际使用。
本发明的防结块剂使用的表面活性剂能够干扰晶体的形态，阻碍晶桥的形成，同时抑制肥料的吸潮，使其具有和传统油状防结剂类似的防结效果，远优于目前市场上以水溶性材料为基料的水溶性防结剂。
本发明使用的聚酯多元醇为可降解材料，相比传统油状防结剂使用的石油烃类原料，绿色环保性能大大提升。同时，该原材料价格相比水溶性材料如聚乙二醇、甘油等有巨大优势，使得防结剂成本与目前使用的传统油状防结剂的成本接近，更有利于市场推广。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步描述。本发明所用的原料均直接购买。其中本发明实施例中所用聚酯多元醇购买自万华化学，硬脂酰胺丙基二甲基胺(S-18)购买自索尔维，乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)和烷基酚醚磷酸酯(TXP-4)购买自海安石化。
加热采用的电加热；反应釜为搪瓷茅斯反应釜。
以下各实施例中各组分按质量百分比计。
实施例1
A、将75％的分子量为2000，酸值20mgKOH/g，羟值150mgKOH/g，常温下密度为1.10g/cm3的聚酯多元醇加入到反应釜中，开启搅拌进行升温，维持物料温度为90℃。
B、将5％的硬脂酰胺丙基二甲基胺加入到反应釜中，与聚酯多元醇均匀混合，在90℃下搅拌和保温5h，测得反应物氨值为0；
C、将10％的乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)和10％的烷基酚醚磷酸酯(TXP-4)加入到反应釜中并均匀混合，在90℃下搅拌和保温1h，至所有物质均匀分散，得到水溶肥防结剂。
将实施例1中的水溶肥防结剂产品(防结剂1)，与现有水溶性防结剂2(各组份按质量百分比计：25％萘磺酸甲醛缩合物，75％水)和水溶性防结剂3(各组份按质量百分比计：25％脂肪醇聚氧乙烯醚，75％聚乙二醇)，分别在颗粒型水溶肥——尿硫基高塔复合肥15-6-23上包裹，添加用量2.0公斤/吨，进行防结块实验，即将包裹好的肥料分别进行压筒试验，初始压力均为170N，然后置于45℃、50％RH的恒温恒湿箱中，存放24小时后取出，测定其破碎压力实验数据如表一所示：
表一
备注：破碎压力数值越小，表明防结效果越好，反之，破碎压力数值越大，表明防结效果越差。
肥料防结块松散率的计算公式：肥料防结块松散率％＝(空白肥料破碎压力-包裹肥料破碎压力)/空白肥料破碎压力*100％。
实施例2
A、将89％的分子量为1000，酸值30mgKOH/g，羟值200mgKOH/g，常温下密度为1.05g/cm3的聚酯多元醇加入到反应釜中，开启搅拌进行升温，维持物料温度为80℃。
B、将1％的硬脂酰胺丙基二甲基胺加入到反应釜中，与聚酯多元醇均匀混合，在80℃下搅拌和保温4h，测得反应物氨值为0；
C、将5％的乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)和5％的烷基酚醚磷酸酯(TXP-4)加入到反应釜中并均匀混合，在80℃下搅拌和保温1h，至所有物质均匀分散，得到水溶肥防结剂。
将实施例2中的水溶肥防结剂产品(防结剂4)，与现有水溶性防结剂2(各组份按质量百分比计：25％萘磺酸甲醛缩合物，75％水)和水溶性防结剂3(各组份按质量百分比计：25％脂肪醇聚氧乙烯醚，75％聚乙二醇)，分别在颗粒型水溶肥——硝硫基高塔复合肥15-5-25上包裹，添加用量2.0公斤/吨，进行防结块实验，即将包裹好的肥料分别进行压筒试验，初始压力均为150N，然后置于40℃、50％RH的恒温恒湿箱中，存放24小时后取出，测定其破碎压力实验数据如表二所示：
表二
备注：破碎压力数值越小，表明防结效果越好，反之，破碎压力数值越大，表明防结效果越差。
肥料防结块松散率的计算公式：肥料防结块松散率％＝(空白肥料破碎压力-包裹肥料破碎压力)/空白肥料破碎压力*100％。
实施例3
A、将80％的分子量为3000，酸值10mgKOH/g，羟值100mgKOH/g，常温下密度为1.15g/cm3的聚酯多元醇加入到反应釜中，开启搅拌进行升温，维持物料温度为100℃。
B、将4％的硬脂酰胺丙基二甲基胺加入到反应釜中，与聚酯多元醇均匀混合，在100℃下搅拌和保温6h，测得反应物氨值为0；
C、将8％的乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)和8％的烷基酚醚磷酸酯(TXP-4)加入到反应釜中并均匀混合，在100℃下搅拌和保温2h，至所有物质均匀分散，得到水溶肥防结剂。
将实施例3中的水溶肥防结剂产品(防结剂5)，与现有水溶性防结剂2(各组份按质量百分比计：25％萘磺酸甲醛缩合物，75％水)和水溶性防结剂3(各组份按质量百分比计：25％脂肪醇聚氧乙烯醚，75％聚乙二醇)，分别在颗粒型硝基高塔复合肥15-15-15上包裹，添加用量2.0公斤/吨，进行防结块实验，即将包裹好的肥料分别进行压筒试验，初始压力均为160N，然后置于45℃、45％RH的恒温恒湿箱中，存放24小时后取出，测定其破碎压力实验数据如表三所示：
表三
备注：破碎压力数值越小，表明防结效果越好，反之，破碎压力数值越大，表明防结效果越差。
肥料防结块松散率的计算公式：肥料防结块松散率％＝(空白肥料破碎压力-包裹肥料破碎压力)/空白肥料破碎压力*100％。
实施例4
A、将87％的分子量为1200，酸值15mgKOH/g，羟值120mgKOH/g，常温下密度为1.10g/cm3的聚酯多元醇加入到反应釜中，开启搅拌进行升温，维持物料温度为95℃；
B、将3％的硬脂酰胺丙基二甲基胺加入到反应釜中，与聚酯多元醇均匀混合，在95℃下搅拌和保温5h，测得反应物氨值为0；
C、将5％的乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)和5％的烷基酚醚磷酸酯(TXP-4)加入到反应釜中并均匀混合，在95℃下搅拌和保温1.5h，至所有物质均匀分散，得到水溶肥防结剂。
将实施例4中的水溶肥防结剂产品(防结剂6)，与本专利提及的现有水溶性防结剂2(各组份按质量百分比计：25％萘磺酸甲醛缩合物，75％水)和水溶性防结剂3(各组份按质量百分比计：25％脂肪醇聚氧乙烯醚，75％聚乙二醇)，分别在颗粒型硝基高塔复合肥15-5-25上包裹，添加用量2.0公斤/吨，进行防结块实验，即将包裹好的肥料分别进行压筒试验，初始压力均为160N，然后置于40℃、50％RH的恒温恒湿箱中，存放24小时后取出，测定其破碎压力实验数据如表四所示：
表四
注：破碎压力数值越小，表明防结效果越好，反之，破碎压力数值越大，表明防结效果越差。
肥料防结块松散率的计算公式：肥料防结块松散率％＝(空白肥料破碎压力-包裹肥料破碎压力)/空白肥料破碎压力*100％。
Claims (7)
1.一种用于颗粒状水溶肥防结剂，各组分按质量百分比计，其特征在于：防结块剂由75％-89％聚酯多元醇，1％-5％硬脂酰胺丙基二甲基胺(S-18)，5％-10％乙二醇单硬脂酸酯(EGSM)，5％-10％烷基酚醚磷酸酯(TXP-4)组成，各组分的总和为100％。
2.如权利要求1所述的一种用于颗粒状水溶肥防结剂，其特征在于:所述的聚酯多元醇常温下为琥珀色液体，分子量为1000-3000，酸值10-30mgKOH/g，羟值100-200mgKOH/g，常温下密度为1.05-1.15g/cm3。
3.权利要求1所述的一种用于颗粒状水溶肥防结剂，其特征在于:所述的硬脂酰胺丙基二甲基胺常温下为白色至浅黄色片状固体，含量为99％以上。
4.权利要求1所述的一种用于颗粒状水溶肥防结剂，其特征在于:所述的乙二醇单硬脂酸酯常温下为淡黄色蜡质片状，单酯含量占比80％以上，双酯含量占比20％以下。
5.权利要求1所述的一种用于颗粒状水溶肥防结剂，其特征在于:所述的烷基酚醚磷酸酯常温下为无色或微黄色透明液体，固含量95％以上，pH值<3.0，单酯含量占比80％以上，双酯含量占比20％以下。
6.如权利要求1－5之一所述的一种用于颗粒状水溶肥防结剂的制备方法，其特征在于，包括以下主要步骤：
(1)将聚酯多元醇和硬脂酰胺丙基二甲基胺在80-100℃下经过搅拌和保温，至反应物测得氨值为0时止；
(2)在80-100℃下分别加入烷基酚醚磷酸酯和乙二醇单硬脂酸酯，搅拌至所有物质均匀分散，得到水溶肥防结剂。
7.如权利要求1－5之一所述的一种用于颗粒状水溶肥防结剂的应用，其特征在于，将防结剂按1.0～3.0kg/吨肥料的用量，采用蒸汽喷雾使之均匀涂布在颗粒水溶肥的表面。
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