專利名稱：以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹(shù)脂包膜控釋肥料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在復(fù)合(混)肥顆粒外表噴涂尿素熔融液為底涂層，以改性環(huán)氧樹(shù)脂為控釋涂層的包膜控釋肥料及其制法。
背景技術(shù)：
目前使用的化學(xué)肥料存在很多問(wèn)題，如因大量施用化肥和養(yǎng)分利用率低所造成的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染等。如何大幅度提高肥料利用率和充分發(fā)揮化肥的作用，是目前持續(xù)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展中最突出的問(wèn)題之一，控釋肥料的發(fā)明和生產(chǎn)以及在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用為解決這個(gè)問(wèn)題開(kāi)辟了新的思路和更有效的途徑。
目前國(guó)內(nèi)外包膜控釋肥料的類型主要有無(wú)機(jī)物包膜肥料和有機(jī)聚合物包膜肥料兩大類。例如由T.V.A company，USA開(kāi)發(fā)的硫包尿素(SCU)(US3295950)，雖然價(jià)格不高，但難以嚴(yán)格控制其養(yǎng)分的釋放速率，因?yàn)榱驓ぽ^脆，在養(yǎng)分釋放的過(guò)程中會(huì)發(fā)生膜殼破裂。導(dǎo)致膜內(nèi)養(yǎng)分突然全部釋放，又稱“毀滅性釋放”。因此，此種肥料往往會(huì)對(duì)作物根系造成危害。此外，大量硫殼在土壤中被微生物分解后，易造成土壤酸化。在聚合物包膜的控釋肥中，又有熱塑性和熱固樹(shù)脂兩種類型的包膜控釋肥料。例如以熱塑性樹(shù)脂包膜的控釋肥料以日本的“Meister”為代表，以熱固性樹(shù)脂包膜的控釋肥料主要以美國(guó)的“Osmocote”為代表。這些包膜控釋肥料大多數(shù)是應(yīng)用溶劑先將包膜樹(shù)脂溶解，然后在硫化床包膜塔中逐漸噴涂而成。此工藝雖然能將膜材料均勻的噴涂到肥料顆粒表面，但其能耗高，溶劑難以全部回收，易造成生產(chǎn)車(chē)間及周?chē)h(huán)境的污染，而且使用流化床工藝難以大批量生產(chǎn)。因此，用此工藝生產(chǎn)出的控釋肥產(chǎn)品價(jià)格往往較高，難以在農(nóng)業(yè)上大面積推廣應(yīng)用。另外，1996年9月11日公開(kāi)的由美國(guó)萊斯科公司艾麗絲.P.赫德森德發(fā)明的專利“采用環(huán)氧聚合物底涂層的受控釋放肥料及其制法”，其發(fā)明中有其缺點(diǎn)，如環(huán)氧聚合物大多數(shù)是用胺類固化劑來(lái)固化成膜，在加工生產(chǎn)過(guò)程中，很容易與復(fù)合(混)肥料中鉀離子及其它鹽分發(fā)生反應(yīng)，放出大量氨氣，一方面使環(huán)氧聚合物難以在肥料顆粒表面固化，另一方面，氨氣的揮發(fā)又會(huì)造成氮素?fù)p失和對(duì)工作環(huán)境的污染。因此，這個(gè)專利主要用于尿素的包膜，而不適于復(fù)合(混)肥料的包膜。另外，以環(huán)氧聚合物作控釋涂層時(shí)，其韌性差，易產(chǎn)生脆裂，對(duì)養(yǎng)分的控釋效果較差。所以開(kāi)發(fā)出工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量好、成本低、適于快速大批量生產(chǎn)，并可同時(shí)應(yīng)用于尿素和復(fù)合(混)肥料的控釋包膜新配方、新工藝，將對(duì)我國(guó)控釋肥料的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、適于快速大批量生產(chǎn)的熱固性樹(shù)脂包膜控釋肥料的新配方和生產(chǎn)工藝，具體方法是先將尿素加熱熔融，利用熱噴法將其均勻的噴涂到復(fù)合或復(fù)混肥顆粒表面，然后再利用改性環(huán)氧樹(shù)脂均勻涂布到肥料顆粒表面上。經(jīng)加熱、固化后，即可得到包膜控釋肥料產(chǎn)品。
本發(fā)明的要點(diǎn)是要點(diǎn)之一是將普通尿素計(jì)量后，投入到尿素融熔器中，快速熔融成脲液，經(jīng)泵或承壓的作用下，將脲液送至雙流體噴頭(噴頭組)，以霧化的形式將脲液均勻的噴涂到已被預(yù)熱到30-50℃的復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒上。其中能夠提供復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒作連續(xù)的低剪切、低沖擊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法有硫化床、轉(zhuǎn)鼓、盤(pán)式造粒機(jī)和其他能提供連續(xù)的低剪切運(yùn)動(dòng)的方法。經(jīng)噴頭霧化噴出的脲液，將快速地在肥料顆粒表面冷卻固化，當(dāng)有連續(xù)的脲液噴至肥料顆粒上時(shí)，就會(huì)在肥料顆粒表面形成一層光滑致密堅(jiān)硬的尿素涂層，此過(guò)程為下一步噴涂改性熱固性環(huán)氧樹(shù)脂打下了良好的基礎(chǔ)。
要點(diǎn)之二是將熱固性環(huán)氧樹(shù)脂改性，使其不僅抗沖強(qiáng)度提高，而且抗拉強(qiáng)度不降低或略有提高，這是一般增韌技術(shù)難以做到的。常用的環(huán)氧樹(shù)脂有E-42，E-638，E-390，E-44，當(dāng)把環(huán)氧樹(shù)脂(EP)和聚氨酯(PUR)，以質(zhì)量比90∶10進(jìn)行組合時(shí)，其剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)極大值，耐沖擊強(qiáng)度在質(zhì)量比為95∶5時(shí)最高，其中雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂在經(jīng)過(guò)此法改性后，性能最佳，其熱穩(wěn)定性高，改性后的環(huán)氧樹(shù)脂的固化劑有T-31，T-593，二乙烯三胺，多乙烯四胺，多乙烯多胺，甲基六氫鄰苯二甲酸酐，甲基四氫苯酐，(MTHPA)，丁二酸酐(M-04)胺類增韌固化劑，順丁烯二酸酐(MA)等固化劑，其用量可為環(huán)氧樹(shù)脂重量的5％-20％。環(huán)氧樹(shù)脂中所用的稀釋劑可為下列幾種芐基縮水甘油醚921，環(huán)氧丙烷丁基醚501，活性稀釋劑ASE，鄰苯二甲酸二辛酯，鄰苯二甲酸二丁脂，以及鄰苯二甲酸二異丁酯等，磷酸三丁酯等，用量可為環(huán)氧樹(shù)脂重量的10％-35％，其中優(yōu)選稀釋劑為鄰苯二甲酸二丁酯。本發(fā)明在實(shí)施時(shí)，可將上述改性的環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑和粘土礦物(如膨潤(rùn)土、滑石粉等)，以及染料(任選)，按一定比例混合，以噴涂形式或以少量多次逐漸傾倒的形式包涂到肥料顆粒表面上。
要點(diǎn)之三是將要點(diǎn)之一的肥料顆粒預(yù)熱至60℃-90℃后，加入到可提供低剪切和連續(xù)運(yùn)動(dòng)的裝置(如轉(zhuǎn)鼓)內(nèi)，然后經(jīng)要點(diǎn)之二中的改性環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑、稀釋劑按一定量和一定比例混合攪拌均勻后，加入到不斷運(yùn)動(dòng)的肥料顆粒表面，保持肥料溫度在65℃-95℃之間，約3-8分鐘，環(huán)氧樹(shù)脂體系即可在肥料顆粒表面固化成為一層致密、光亮的膜。每次加入環(huán)氧樹(shù)脂包膜體系的重量約占肥料總重量的1％-3％，可根據(jù)對(duì)養(yǎng)分控釋時(shí)間的不同，反復(fù)多次地向肥料顆粒表面加入環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑和礦物添加劑不同比例的包膜體系?？偧尤氕h(huán)氧樹(shù)脂體系的重量約為肥料重量的3％-15％，所得產(chǎn)品養(yǎng)分控釋時(shí)間可為30天至400天不等。
由于本發(fā)明中采用在復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面上先噴涂一層熔融脲液，不僅改善了復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面的性質(zhì)(如不光滑、有凹孔等)，而且還可以避開(kāi)由于環(huán)氧樹(shù)脂組份直接與復(fù)合肥料顆粒相接觸時(shí)，鉀離子和其它鹽分離子與固化劑中的成份發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂不能固化成膜，以及氨氣放出而產(chǎn)生的氮素?fù)p失。本發(fā)明中采用的改性環(huán)氧樹(shù)脂作為控釋涂層，大大提高了控釋肥料膜殼的硬度、韌度以及較高的抗沖擊和耐磨性能，為生產(chǎn)、運(yùn)輸及貯存帶來(lái)了極大的方便。另一方面，由于我國(guó)生產(chǎn)復(fù)合肥或復(fù)混肥料的工藝和技術(shù)條件的限制，大多數(shù)肥料產(chǎn)品中氮素含量偏低，本發(fā)明采用在復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面先噴涂一層熔融尿素的做法，可根據(jù)用戶的要求來(lái)適當(dāng)提高肥料中氮素含量，并可改變肥料中氮、磷、鉀的比例，使其養(yǎng)分比例按作物或用戶的需要來(lái)調(diào)整，使之更為合理。本發(fā)明的另一個(gè)積極效果是在生產(chǎn)過(guò)程中，所用改性環(huán)氧樹(shù)脂體系可以直接在肥料顆粒表面固化成膜，不需要加入溶劑，因此，不會(huì)產(chǎn)生有機(jī)溶劑的蒸氣危害，對(duì)工作環(huán)境的安全十分有利。本發(fā)明生產(chǎn)出的控釋肥料產(chǎn)品，可大幅度提高肥料利用率，經(jīng)試驗(yàn)證明，與未包膜普通肥料對(duì)比，在節(jié)省1/3-1/2的肥料用量條件下，仍有顯著的增產(chǎn)效果。同時(shí)還具有使用方便、省工省時(shí)、減少揮發(fā)、淋失損失，降低施肥對(duì)大氣和地下水污染等優(yōu)點(diǎn)。


圖1.以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹(shù)脂包膜控釋肥料工藝流程中1是將尿素加入熔融器中，使其快速熔融變?yōu)殡逡海瑴囟葹?20℃-130℃；2是將復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒加入轉(zhuǎn)鼓或流化床中，預(yù)熱到30℃-50℃，3是熔融脲液用泵或承壓形式送至雙流體噴嘴(或噴頭組)，將其霧化后噴涂到轉(zhuǎn)鼓或流化床中的肥料顆粒上，然后將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的肥料加熱到65℃-95℃之間，4是將改性環(huán)氧樹(shù)脂各組分按比例計(jì)量放入容器中，混合均勻， 逐漸加入到轉(zhuǎn)鼓或流化床中連續(xù)滾動(dòng)的肥料顆粒上，約3-5分鐘后，液態(tài)的環(huán)氧樹(shù)脂組分就在肥料顆粒表面固化成膜，此過(guò)程可以重復(fù)多次，一般3-10次為宜，表面固化的肥料顆粒，可轉(zhuǎn)移到冷卻器中，5是將包膜的肥料顆粒冷卻后包裝、貯存。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1將5kg尿素加入快速熔融器中(1)，溫度控制為120-130℃，在其完全融化為脲液后(2)，用雙流體壓力噴嘴將其均勻的噴涂在已預(yù)熱到50℃的90kg復(fù)合肥料顆粒上(直徑約為2-3mm)(3)；然后，將此肥料逐漸加熱至約90℃，將改性環(huán)氧樹(shù)脂(E44/PUR＝95/5)，約1.5kg，固化劑T-593約0.15kg，稀釋劑芐基縮水甘油醚921約0.05kg，膨潤(rùn)土0.05kg混合均勻后，逐漸加入到轉(zhuǎn)鼓中的肥料顆粒上面(4)。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速約為40轉(zhuǎn)/分，約8分鐘后，環(huán)氧樹(shù)脂組分即可在肥料顆粒表面固化成膜，此過(guò)程重復(fù)3次，最后，肥料經(jīng)冷卻器冷卻至室溫，即可包裝、貯存(5)。所得控釋肥料產(chǎn)品在25℃條件下可控養(yǎng)分釋放約為90天。
實(shí)施例2將5kg尿素加入快速熔融器中，轉(zhuǎn)化為脲液后(2)，均勻的噴涂到在硫化床中已預(yù)熱到50℃的88kg復(fù)合肥料顆粒上(3)，然后將其轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)鼓中，按實(shí)施1步驟加入改性環(huán)氧樹(shù)脂約2.0kg，固化劑T31約0.3kg，稀釋劑AEG約0.1kg，膨潤(rùn)土0.02kg，固化所需溫度為86℃±2℃約5分鐘，加入過(guò)程重復(fù)3次(4)。所得產(chǎn)品冷卻后包裝、貯存(5)。所得控釋肥料產(chǎn)品在25℃條件下可控制養(yǎng)分釋放時(shí)間約為180天。
實(shí)施例3將5kg尿素加入快速熔融器中，轉(zhuǎn)化為脲液后(1)，均勻的噴涂到在硫化床中已預(yù)熱到50℃的85kg復(fù)合肥料顆粒上(2)，加入改性環(huán)氧樹(shù)脂(E44/PUR＝95/5)約1.8kg，固化劑二乙烯三胺約0.2kg，稀釋劑磷酸三丁脂約0.02kg，硅藻土0.02kg混合均勻后，逐漸加入到轉(zhuǎn)鼓中的肥料顆粒表面上(3)、(4)，約7分鐘后，即可在肥料表面固化成膜。此過(guò)程重復(fù)5次。最后經(jīng)冷卻至室溫。即可包裝、貯存(5)。所得控釋肥料產(chǎn)品，在25℃條件下可控養(yǎng)分釋放約270天。
權(quán)利要求
1.一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹(shù)脂包膜控釋肥料，其特征在于將尿素快速熔融轉(zhuǎn)變?yōu)殡逡汉?，噴涂到?fù)合或復(fù)混肥顆粒表面上，然后再在該顆粒上涂布熱固性改性環(huán)氧樹(shù)脂包膜。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹(shù)脂包膜控釋肥料，其特征在于尿素快速熔融溫度為120-130℃，復(fù)合或復(fù)混肥顆粒預(yù)熱溫度為30-50℃。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹(shù)脂包膜控釋肥料，其特征在于噴涂尿素后的顆粒肥料與所用包膜改性環(huán)氧樹(shù)脂體系的重量比約為9.6-9.4∶0.4-0.6而改性環(huán)氧樹(shù)脂體系中的改性環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑T593、稀釋劑芐基縮水甘油醚921、膨潤(rùn)土可分別占改性環(huán)氧樹(shù)脂體系總重的70-75％、5-20％、5-8％、1-2％，包膜過(guò)程重復(fù)3次，控釋約90天。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹(shù)脂包膜控釋肥料，其特征在于噴涂尿素后的顆粒肥料與所用包膜改性環(huán)氧樹(shù)脂體系的重量比約為9.3-9.2∶0.7-0.8而改性環(huán)氧樹(shù)脂體系中的改性環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑T31、稀釋劑AEG和膨潤(rùn)土可分別占改性環(huán)氧樹(shù)脂體系總重量的70-75％、10-20％、5-6％、1-2％，包膜過(guò)程重復(fù)3次，控釋約180天。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹(shù)脂包膜控釋肥料，其特征在于噴涂尿素后的顆粒肥料與所用包膜改性環(huán)氧樹(shù)脂體系的重量比為8.5-9∶1.5-1而改性環(huán)氧樹(shù)脂體系中的改性環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑二乙烯三胺、稀釋劑磷酸三丁脂、硅藻土可分別占改性環(huán)氧樹(shù)脂體系總重量的70-75％、8-9％、5-6％、1-2％，包膜過(guò)程重復(fù)5次，控釋約270天。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以在復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面上噴涂一層尿素為底涂層，以改性環(huán)氧樹(shù)脂為控釋層的包膜控釋肥料及其制備方法。首先在普通復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面噴涂一層尿素層，此過(guò)程不但可以提高肥料中氮素含量，還可以填補(bǔ)或修復(fù)不規(guī)則復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面的凹凸處，使其表面光滑、圓潤(rùn)，增加改性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)肥料顆粒的包涂效果，更為關(guān)鍵的是這種尿素底涂層可以把復(fù)合肥中的其他鹽離子如鉀離子等與環(huán)氧樹(shù)脂及其固化劑隔開(kāi)，這樣在加工過(guò)程中，鹽分離子就不會(huì)與固化劑起反應(yīng)，防止了氨氣的放出，固化成膜速度快。另外本發(fā)明中的改性環(huán)氧樹(shù)脂成分在肥料表面就地固化成膜后，還具有優(yōu)良的阻水、抗沖擊及耐磨性。
文檔編號(hào)C05G3/00GK1569773SQ200410024049
公開(kāi)日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者楊越超, 張民 申請(qǐng)人:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)