CN1414033A - 纳米粘土－聚酯混聚物肥料包膜胶结剂生产技术 - Google Patents

纳米粘土－聚酯混聚物肥料包膜胶结剂生产技术 Download PDF

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Abstract

以典型的粘土矿物—高岭土和蒙脱土为材料，采用水合离子膨胀方法和微乳化技术、高剪切技术，制备纳米级高岭土、蒙脱土粘土—聚酯混聚物，用于缓/控释肥料包膜胶结剂、有机一无机复混肥料粘结剂、旱地土壤保水剂和液体地膜、沙质土壤结构改良剂。

Description

纳米粘土-聚酯混聚物肥料包膜胶结剂生产技术
本发明属农业、生态环境领域。
粘土矿物最多的应用于陶瓷、水泥和耐火材料。在农业上，过去曾作为“客土”改良沙性土壤，二十世纪九十年代之后用于无机复混肥的造粒粘结剂和填充料。在地球上粘土矿物分布很广，最有代表性的是高岭土和蒙脱土。
高岭土是正长石通过高岭化而生成高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)，风化后生成高岭土。矿物晶体由一层(四面体的)硅氧片与一层(八面体的)水铝片相间组成，故称为1∶1型矿物。单个高岭石晶体中的两层，是由每层中各自的硅原子和铝原子通过共同的氧原子连接，再通过氢链将各个晶体单元连接起来，其晶格是固定的。与蒙脱石相比，其半径较大，0.1～5μm，多数在0.2～2μm之间。与其它类型的硅酸盐相比，高岭石的可塑性、粘结性、收缩性以及膨胀性均较低。
蒙脱土，其矿物晶体由一个水铝片(八面体)夹在两个硅氧片(四面体)之间，故称为2∶1型矿物。晶体单元之间由很弱的氢链松驰地连接，水分和阳离子很容易被吸引至两个晶体单元之间的空隙处，造成晶格膨胀。晶体的厚度在0.01～1μm之间，比高岭石胶核要小得多。与高岭石相比，蒙脱石晶体很容易被人为地分割成接近单个晶体大小的微粒。蒙脱石具有很高的可塑性和内聚力，干燥时将发生急剧收缩。
北京化工大学利用原位聚合插层技术制成了粘土/尼龙6纳米复合材料和凹凸棒土/尼龙6纳米复合材料；应用大分子插层法制成了粘土/聚苯乙烯、粘土/聚甲基丙烯酸、粘土/聚氧化乙烯、粘土/丁苯橡胶、粘土/丁腈橡胶、粘土/聚乙烯醇等纳米复合材料。其工艺路线为：粘土(蒙脱土、高岭土)经层间改性，使亲水变成亲油层间→加聚合物单体→聚合物单体进入层间，再经聚合后，将粘土矿物晶层“涨开”，粘土微粒分散于高聚物连接液中→粘土聚合物纳米复合材料(N.C.Brady：The Nature and Properties of Soil，Macmillan，New York，1974；王一中，董华，余鼎声，尼龙6/凹凸棒土纳米级复合材料的合成，合成树脂与塑料，14(2)，16(1997)；余鼎声，王一中，“尼龙6/粘土嵌入化合物的合成和表征”，高分子材料科学与工程，14(2)，26～29，(1998)。
粘土类矿物农用存在以下的问题：(1)用于无机复混肥造粒时，由于分散性差，分布不均匀，每个复混肥颗粒养分含量不一样。(2)用粘土类矿物包裹尿素时，包膜太厚，降低养分含量。干燥后，肥料颗粒表层粘土成粉状，易脱落，影响包膜质量。(3)粘土纳米复合材料成本太高，而且仅局限于实验室阶段，未曾中试，农用很困难。
本发明的目的是针对粘土类矿物在肥料应用中存在的问题，采用水合离子膨胀方法和微乳化技术、高剪切技术，将粘土(高岭土、蒙脱土)与不饱和树脂制备成纳米级粘土-聚酯混聚物水溶液，用于缓/控释肥料包膜胶结剂，有机-无机复混肥料造粒粘结剂、旱地土壤保水剂和液体地膜、沙质土壤结构改良剂等。本发明的详细描述
本发明运用的原理是钾、钠水合离子将高岭土晶层氧-氢氧根离子键“撑松”，再“拦腰一刀”，晶层成为单体层面，通过高剪切，单体层面破碎，成为纳米尺寸断片。蒙脱土晶体单元之间氧-氧离子键吸引力微弱，更易为人工破坏。
主要工艺路线
1纳米粘土矿物悬浮液的制备
1.1粘土颗粒的分散  将高岭土或蒙脱土烘干磨细过300目筛孔，筛孔直径相当于0.053～0.044mm，称取1000g，加水1000ml，加入分散剂十二烷基苯磺酸钠水溶液(20％)200～500ml，充分搅拌，成为粘土悬浮液。加入0.5N NaOH(南方酸性土壤地区使用)或KOH溶液(北方石灰性土壤地区使用)100～150ml，3000～5000r/min搅拌1小时，放置24小时成粘土矿粉碱性悬浮液。
1.2纳米级粘土矿物悬浮溶液的制备将上述粘土矿粉碱性悬浮液，在搅拌条件下加入HCI或H2SO4水溶液(1∶1)调pH值7左右，然后倒入高剪切设备(见本发明人2002年7月2日提交的02123522.8发明专利申请)，3万r/min高剪切5～10min，蒙脱土矿物晶层易人工破坏，时间可短些，即为纳米级粘土矿物悬浮液。
2纳米级不饱和聚酯水溶液制备
2.1不饱和聚酯乳液制备  不饱和聚酯简称聚酯，我们采用通用型不饱和聚酯树脂(Unsaturated polyester rosins of general purpose types缩写UP)，基本组分为二元醇、顺丁烯二酸酐和邻苯二甲酸酐，选用天津合成材料厂产306和307。
在搅拌的条件下，在306树脂内加入20％十二烷基苯磺酸钠溶液，加入量为306树脂的25％～30％。306由浅黄色变为白色乳状液。
2.2纳米级不饱和聚酯水溶液的制备将上述306乳液倒入高剪切设备(见本发明人2002年7月2日提交的02123522.8发明专利申请)，加入等体积的水，3万r/min剪切10min左右，即成为纳米级不饱和聚酯水溶液。
3纳米级粘土-聚酯水溶液
将纳米级粘土矿物悬浮液与纳米级不饱和聚酯水溶液混合，其比例为5～10∶1，根据不同农作物而定，水稻作物专用肥不饱和聚酯比例最高，其次为小麦、玉米，蔬菜中的叶菜类比例最低。两种溶液在高速乳化分散器(3万r/min)中搅拌20min左右，成为非均相纳米级粘土-聚酯混聚水溶液，颜色为乳白色。
4纳米级粘土-聚酯混聚物的应用
4.1缓/控释肥料包膜胶结剂  在搅拌条件下，将纳米级粘土-聚酯混聚水溶液稀释，以粘土为基准，稀释至含粘土0.1％～1％，视作物不同而定。在园盘造粒机或转鼓造粒机上将园颗粒状N、P、K复混肥、有机-无机复混肥或尿素颗粒包膜，园盘或转鼓边旋转，一边高压喷雾(大于0.3MPa)包裹。用量：1000kg颗粒肥料使用稀释后的粘土-聚酯混聚物水溶液50～70kg，然后用滑石粉扑粉，热风干燥。
4.2无机或有机-无机复混肥造粒粘结剂将上述稀释后的粘土-聚酯混聚物水溶液喷洒于无机肥料掺混料或有机与无机肥料掺混料中，在混料机中掺混均匀，在园盘造粒机或转鼓造粒机上造粒。混聚物水溶液用量：物料重量(干基)的10％～15％。
本发明的工艺流程见附图1。
附图说明：
图1 纳米粘土-聚酯混聚物肥料包膜胶结剂生产工艺流程图
本发明的优点：
原料高岭土和蒙脱土资源丰富，成本低，1000kg包膜肥料的成本与等N、P、K养分的复混肥相比，成本仅增加50-100元。纳米级粘土-聚酯混聚物为水溶性，包膜均匀，用量省，强度较高，抗压碎力可达15N以上。对土壤和生态环境无污染。该包膜胶结剂还可用于复混肥造粒粘结剂、旱地土壤保水剂和液体地膜、沙质土壤结构改良剂，“一剂”多用。

Claims (5)

1.一种纳米粘土-聚酯混聚物肥料包膜胶结剂的生产方法，其特征由以下几个过程组成：纳米级粘土矿物悬浮液的制备、纳米级不饱和聚酯水溶液制备、纳米级粘土-聚酯水溶液制备，即采用水合离子膨胀方法和微乳化技术、高剪切技术，将粘土(高岭土、蒙脱土)与不饱和树脂制备成纳米级粘土-聚酯混聚物水溶液，用于缓/控释肥料包膜胶结剂，有机-无机复混肥料造粒粘结剂、旱地土壤保水剂和液体地膜、沙质土壤结构改良剂等。
2.按照权利1所述的纳米粘土-聚酯混聚物肥料包膜胶结剂的生产方法，其特征为将高岭土或蒙脱土烘干磨细过300目筛孔，筛孔直径相当于0.053～0.044mm，称取1000g，加水1000ml，加入分散剂十二烷基苯磺酸钠水溶液(20％)200～500ml，充分搅拌，成为粘土悬浮液。加入0.5N NaOH(南方酸性土壤地区使用)或KOH溶液(北方石灰性土壤地区使用)100～150ml，3000～5000r/min搅拌1小时，放置24小时成粘土矿粉碱性悬浮液。
3.按照权利1所述的纳米粘土-聚酯混聚物肥料包膜胶结剂的生产方法，其特征为将上述粘土矿粉碱性悬浮液，在搅拌条件下加入HCI或H2SO4水溶液(1∶1)调pH值7左右，然后倒入高剪切设备(见本发明人2002年7月2日提交的02123522.8发明专利申请)，3万r/min高剪切5～10min，蒙脱土矿物晶层易人工破坏，时间可短些，即为纳米级粘土矿物悬浮液。
4.按照权利1所述的纳米粘土-聚酯混聚物肥料包膜胶结剂的生产方法，其特征为在制备不饱和聚酯乳液是在搅拌的条件下，将20％十二烷基苯磺酸钠溶液加入天津合成材料厂产的通用型不饱和聚酯树脂(Unsaturated polyester rosins of general purpose types缩写UP)即306中，加入量为306树脂的25％～30％。306由浅黄色变为白色乳状液。然后将其倒入高剪切设备，加入等体积的水，3万r/min剪切10min左右，即成为纳米级不饱和聚酯水溶液。
5.按照权利1所述的纳米粘土-聚酯混聚物肥料包膜胶结剂的生产方法，其特征为将纳米级粘土矿物悬浮液与纳米级不饱和聚酯水溶液混合，其比例为5～10∶1，根据不同农作物而定，水稻作物专用肥不饱和聚酯比例最高，其次为小麦、玉米，蔬菜中的叶菜类比例最低。两种溶液在高速乳化分散器(3万r/min)中搅拌20min左右，成为非均相纳米级粘土-聚酯混聚水溶液，颜色为乳白色。
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