CN1307125C - 缓释包膜尿素及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种缓释包膜尿素，由核心层的尿素和包覆在尿素表面的包膜层组成，其特征在于：该包膜层由碳酸钙或沸石、磷矿粉、麦饭石的混合物的固体无机矿物粉末和多亚甲基多苯基多异氰酸酯构成，该包膜层的重量为总重的15%～30%，其中多亚甲基多苯基多异氰酸酯为2%～4%，固体无机矿物粉末为13%～26%，其厚度在100～120微米。本发明解决使用新的包膜材料在常温常压的条件下以固—液反应在尿素表面生成包膜的技术问题。

Description

缓释包膜尿素及其制造方法

技术领域：

本发明是关于肥料，特别是关于在室温、常压条件下利用固一液反应在肥料外表形成一层包膜达到缓慢或控制肥效释放速度的包膜氮肥。

背景技术：

农业生产所用的肥料在我国由以往的人粪尿、厩肥、绿肥、泥肥、草木灰为主的农家肥转变成以氮、磷、钾为主的化学肥料，且经过近百年的努力，已成为世界上化肥生产大国。但是，在品种和质量上与世界水平还存在差距，尤其在化肥的利用率方面问题更为突出，普遍存在的是利用率太低，不仅直接造成资源的浪费和农户成本的增加，而且这部分未被作物吸收利用的化肥随着农田系统中水的流失或排放，将使河流、湖泊富营养化、危及水质和渔业资源。为此，业界人士不断致力于肥效缓释或可控制释放的技术研究，开发出了不少以尿素为核心，外表包覆有缓释或控释肥效的包膜层的包膜控释肥料新品种，如包硫尿素、聚合物包膜尿素等，它们以硫或高聚物(树脂、橡胶、纤维素、淀粉等)作为包膜材料，使尿素缓慢通过包膜层向外释放，能为作物充分吸收利用，避免肥料的流失浪费以及水系的富营养化，适应农业在生产安全、环境保护和可持续发展方面不断提出的新需求。

但是，目前所开发的这些包硫尿素或聚合物包膜尿素存在一个制作成本高的问题，以较早获得生产应用的包硫尿素为例，其生产首先需要在高温高压下将固态的硫熔融，再通过高压泵将液态硫喷入流化床悬浮包膜塔，对从包膜塔上部进入的尿素颗粒进行涂膜。最后冷却、干燥、包装。而各种聚合物包膜缓释肥还需先用熔剂对高聚物进行溶解使其液化后才可进入流化床悬浮包膜塔对氮肥进行包膜，因此还存在溶剂的挥发和回收的问题。可见现有的包膜缓释肥均存的生产工艺复杂，能耗大，以及需要昂贵的专用加工设备，必然使生产本大为上升，影响到其价格和推广使用。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种缓释包膜尿素和其制造方法，解决使用新的包膜材料在常温常压的条件下以固一液反应在尿素表面生成包膜的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种缓释包膜尿素，由核心层的尿素和包覆在尿素表面的包膜层组成，其特征在于：该包膜层由碳酸钙或沸石、磷矿粉、麦饭石的混合物的固体无机矿物粉末和多亚甲基多苯基多异氰酸酯构成，该包膜层的重量为总重的15％～30％，其中多亚甲基多苯基多异氰酸酯为2％～4％，固体无机矿物粉末为13％～26％，其厚度在100～120微米。

其特征在于：该无机矿物为沸石、磷矿粉、麦饭石的二种或二种以上的混合物。

其特征在于：该固体无机矿物的粒度应≥100目。

其特征在于：该尿素的颗粒直径为2～4mm。

上述缓释包膜尿素的制造方法，其特征在于：

1、将定量的颗粒状尿素与少量液状的多亚甲基多苯基多异氰酸酯倒入糖衣机转动的圆盘内进行混合；使多亚甲基多苯基多异氰酸酯均匀粘附于尿素颗粒表面；

2、在继续转动搅拌下加入所需的粉状固体无机矿物重量的20～30％；

3、待95％或95％以上加入的固体无机矿物粉末黏结在尿素颗粒上后，再加入少量液体的液状多亚甲基多苯基多异氰酸酯；

4、再将20～30％的固体无机矿物粉末加入继续转动中的糖衣机内；

5、重复步骤3～4操作直止固体无机矿物粉末全部包覆在包膜化肥表面为止。

本发明具有下述优点：

1、本发明利用“固一液”反应成膜原理，以无机矿物为主，其包膜材料成本低。

2、无机矿物种类繁多，来源广泛易得，不受原材料供应限制。

3、多亚甲基多苯基多异氰酸酯本身是液体的粘性高聚物工业有机材料，因此本发明不必使用溶剂对包膜材料进行液化处理，也不存在由于溶剂挥发而造成环境的污染、以及溶剂回收的投资问题。

4、整个生产过程在常温常压下进行，既节省了能耗，又降低了对生产设备要求，使用一般制药用的糖衣机即可生产，有利于广大中小型肥料厂利用现有设备生产包膜缓解肥料。

5、产品无需干燥冷却就可直接包装，生产工艺简单易行，便于操作。

附图说明：

图1是本发明的包膜尿素和普通尿素在水中的当天氮素溶出率。

图2是本发明的包膜尿素和普通尿素在水中的氮素累积溶出率。

图中：▲为普通尿素；■为包膜尿素

具体实施方式：

本发明是利用“固一液”反应成膜原理，使用固体的白云石(主要成分为碳酸钙)、或由沸石、磷矿粉、麦饭石组合的无机矿物的粉末和液态的多亚甲基多苯基多异氰酸酯作为包膜材料，将尿素颗粒包裹其中形成可控制养分释放的包膜缓释肥料。所使用的固体无机矿物粉末的粒度应≥100目，而尿素颗粒的直径应以2～4mm为宜，这样可以有良好的缓释效果。多亚甲基多苯基多异氰酸酯(又称PAPI)是一种液态的高聚物，其结构式为：

(式中，n＝0，1，2，3……)

具有一定的黏性，25℃时的粘度为100～200mpa·s，因此在常温下具有较好的流动性，其用量为包膜肥料总重量的2％～4％。固体的无机矿物粉末的用量占总重量的13％～26％，所生成的包膜层重量占总重量的15％～30％，厚度为100～150μm左右。

制造时，将所需尿素、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和无机矿物按组成百分比称重计量，其中无机矿物需事先粉碎过筛，其粒度至少为100目，而尿素的颗粒直径也应在2～4mm为宜。使用的设备为一般制药工业中常用的糖衣机，例如型号为BQ-1000的荸荠式糖衣机。其操作步骤如下：

1、将称重计量的尿素颗粒和少量计量后的多亚甲基多苯基多异氰酸酯置入糖衣机，在其转动的圆盘内进行混合，使液状的多亚甲基多苯基多异氰酸酯均匀地粘附于尿素颗粒表面；

2、在继续转动下加入计量的20～30％重量的无机矿物粉末；

3、待95％或95％以上加入的固体无机矿物粉末粘结在尿素颗粒表面后，再加入少量计量后的多亚甲基多苯基多异氰酸酯继续转动；

4、待加入的多亚甲基多苯基多异氰酸酯均匀黏附于尿素颗粒表面后，再加入20％～30％的固体无机矿物粉末继续转动；

5、重复步骤3～4的操作直止固体无机矿物粉末全部包覆在包膜化肥表面为止。

若使用的是无机矿物由沸石、磷矿粉和麦饭石的二种或二种以上组成的混合物时，混合物中的各组成的重量相同。

本发明经上述处理后即可从糖衣机内取出，无须再进行干燥冷却，即可进行成品包装入库。

现举几个实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

根据糖衣机的额定容重称取占总重量75％的尿素颗粒、23％的120目白云石粉末，2％的多亚甲基多苯基多异氰酸酯，尿素颗粒直径为2～3mm。

将全部尿素颗粒及1/5(即总重的0.4％)左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯置入糖衣机内转动搅拌待1～2分钟使液体的多亚甲基多苯基多异氰酸酯被均匀黏附在尿素颗粒上后，加入1/5(即总重的4.6％)左右的白云石粉末，在糖衣机转盘的转动下，白云石粉末逐渐与黏附在尿素颗粒表面的多亚甲基多苯基多异氰酯酯产生“固一液”成膜反应生成一层紧密地裹在尿素表面的薄包膜，待95％以上的白云石粉末被裹上后，再加入1/5的多亚甲基多苯基多异氰酸酯使其在糖衣机转动的过程中包覆在上述已裹有包膜的尿素颗粒上，然后再加入1/5左右的白云石粉末，如此经过5次的反复，直至全部白云石粉末与多亚甲基多苯基多异氰酸酯在尿素颗粒表面形成一层厚约100～130μm左右的包膜层为止。

实施例2：

按糖衣机的额定装机容重称取占总重量70％的颗粒直径在3～4mm的尿素、26％的粒度为100目的磷矿粉和沸石(二者重量相等)混合物的均匀粉末、4％的多亚甲基多苯基多异氰酸酯。将全部尿素颗粒及1/4(即总重量1％)左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯均匀黏附在尿素颗粒上，加入1/4(即总重量6.5％)左右的矿物混合物粉末，在机器转动的过程中，矿物粉末与多亚甲基多苯基多异氰酸酯产生“固一液”成膜反应在尿素颗粒表面紧密地裹上一薄层，待加入的95％或95％以上的矿物粉末黏结成包膜后加入1/4左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯使其包覆在上述包膜层外，然且再加入第二次的1/4左右的矿物粉末，如此经过4次反复，直到全部矿物粉末与多亚甲基多苯基多异氰酸酯在尿素颗粒表面形成一层厚约130～150μm左右的包膜层为止。

实施例3：

按糖衣机的额定装机容重称取占总重量72％的颗粒直径在2.5～4mm的尿素颗粒，25％的粒度为100目的磷矿石和麦饭石等量混合物的矿物粉末，3％的多亚甲基多苯基多异氰酸酯。将全部尿素颗粒与1/4(即总重量0.75％)左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯置入糖衣机内转动1～2分钟左右，待液体的多亚甲基多苯基多异氰酸酯均匀黏附在尿素颗粒表面后加入1/4(即总重量6.25％)左右的矿物粉末，在机器转动过程中，矿物粉末与多亚甲基多苯基多异氰酸酯逐渐形成薄膜包覆在尿素颗粒表面，待95％或更多的矿物粉末结成包膜后，加入第二次1/4左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯使其在机器转动中均匀黏附在上述包膜面上，然后加入第二次1/4左右的矿物粉末，如此反复直到全部矿物粉末与多亚甲基多苯基多异氰酸酯在尿素颗粒表面形成一层厚度约110～140μm左右的包膜层为止。

实施例4：

按糖衣机额定装机容重称取占总重量71％的颗粒直径在2.5～3.5mm的尿素颗粒、26％的粒度为100目的沸石、麦饭石等量混合物粉末、3％的多亚甲基多苯基多异氰酸酯。将全部的尿素颗粒和总重0.8％左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯放入糖衣机内转动1～2分钟左右，待液体的多亚甲基多苯基多异氰酸酯黏附在尿素颗粒表面后加入总重7％的膨润土粉末，在机器转动过程中，矿物粉末与多亚甲基多苯基多异氰酸酯逐渐形成薄膜包覆在尿素颗粒表面，待95％或更多的矿物粉末形成包膜后，加入总重0.75％的多亚甲基多苯基多异氰酸酯使其在机器转动的过程中黏附在上述的包膜上，再加入总重7％的矿物粉末，待加入的矿物粉末95％或更多的矿物粉末形成包膜后，重复上述加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯和矿物粉末的过程，直到最后分别将剩余的总重0.6％的多亚甲基多苯基多异氰酸酯和总重5％的矿物粉末分别加入至其全部形成包裹在颗粒尿素表面的包膜层为止，其厚度约在120～140μm左右。

实施例5：

按糖衣机额定装机容重称取占总重量85％的颗粒直径在2～4mm的尿素颗粒、13％粒度为100目或更细的磷矿粉、沸石和麦饭石三者等量的混合物粉末、2％的多亚甲基多苯基多异氰酸酯。将全部尿素颗粒与总重0.6％左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯放入糖衣机内，待流体的多亚甲基多苯基多异氰酸酯均匀黏附在尿素颗粒上后，加入总重4％左右的矿物粉末，待95％或更多的矿物粉末形成包膜后第二次加入总重0.6％左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯，在机器转动的过程中该多亚甲基多苯基多异氰酸酯均匀黏附在上述的包膜上后加入第二次总重量4％左右的粉末，如此重复，直到第四次将剩余的总重0.2％左右的多亚甲基多苯基多异氰酸酯、以及总重1％左右的矿物粉末依次分别加入并全部形成坚固的包膜为止。其厚度约在100～110μm左右。

本发明具有优良的尿素控释特性，其与普通尿素在水中当天氮素溶出率和累积溶出率分别如图1和图2所示。从图中可见，普通尿素在投放的当天内已基本溶出，而本发明却在相当长的时间内逐渐缓慢的溶出。而且大田生产试验显示，在等氮量的条件下，使用本发明的水稻在株高、穗长、有效穗、实粒数、千粒重和亩产方面均比使用普通尿素均有不同程度的增加，增产率可达9％，具体数字见表1和表2所列，而且本发明只需作为基肥一次性施入，对比的普通尿素则分基肥和穗肥两次施入，节约了施肥的用工量。

表1施用普通尿素和缓释包膜尿素对水稻生育性性状的影响

试验处理	株高(cm)	穗长(cm)	有效穗(万穗/亩)	实粒数(粒/穗)	千粒重(g)
						普通尿素缓释包膜尿素增加率(％)	89.792.53.1	14.315.04.9	28.829.42.1	72.974.21.8	26.226.82.3

表2施用普通尿素和缓释包膜尿素对水稻产量的影响

试验处理	小区产量(公斤/区)				亩产(kg/hm2)	增产(kg/hm2)	增产率(％)
								I	II	III	平均
	普通尿素缓释包膜尿素	17.018.4	16.317.8	16.418.1								16.618.1	7905.08619.0	0714.0	09.0

Claims (6)

1、一种缓释包膜尿素，由核心层的尿素和包覆在尿素表面的包膜层组成，其特征在于：该包膜层由碳酸钙或沸石、磷矿粉、麦饭石的混合物的固体无机矿物粉末和多亚甲基多苯基多异氰酸酯构成，该包膜层的重量为总重的15％～30％，其中多亚甲基多苯基多异氰酸酯为2％～4％，固体无机矿物粉末为13％～26％，其厚度在100～120微米。

2、根据权利要求1所述的缓释包膜尿素，其特征在于：该固体无机矿物为由沸石、磷矿粉、麦饭石的二种或二种以上组成的混合物。

3、根据权利要求1或2所述的缓释包膜尿素，其特征在于：该固体无机矿物的粒度应≥100目。

4、根据权利要求1或2所述的缓释包膜尿素，其特征在于：该尿素的颗粒直径为2～4mm。

5、根据权利要求3所述的缓释包膜尿素，其特征在于：该尿素的颗粒直径为2～4mm。

6、一种根据权利要求1所述的缓释包膜尿素的制造方法，其特征在于：

(1)将定量的颗粒状尿素与少量液状的多亚甲基多苯基多异氰酸酯倒入糖衣机的转动的圆盘内进行搅拌混合；使多亚甲基多苯基多异氰酸酯均匀粘附于尿素颗粒表面；

(2)在继续转动搅拌下加入所需的粉状固体无机矿物重量的20～30％；

(3)待95％或95％以上加入的固体无机矿物粉末黏结在尿素颗粒上后，再加入少量液体的液状多亚甲基多苯基多异氰酸酯；

(4)再将20～30％的固体无机矿物粉末加入继续转动中的糖衣机内；

(5)重复步骤3～4操作直止固体无机矿物粉末全部包覆在包膜化肥表面为止。