專利名稱：保水緩/控釋肥料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保水緩/控釋肥料及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)農(nóng)業(yè)施肥長(zhǎng)期以來存在施用單質(zhì)肥料、一次施肥、肥料養(yǎng)分利用率低的問題，如氮肥的當(dāng)季利用率只有30％～40％，磷肥的當(dāng)季利用率為10～25％，鉀肥的利用率為50～60％。這是因?yàn)槌Ｒ?guī)肥料水溶性高，養(yǎng)分釋放快，釋放期短，養(yǎng)分釋放期及強(qiáng)度通常與作物養(yǎng)分吸收期及強(qiáng)度不相吻合而導(dǎo)致的。
近年來，研究開發(fā)的各種緩/控釋肥料采用多種機(jī)制對(duì)常規(guī)肥料水溶性進(jìn)行控制，有效地延緩或控制肥料養(yǎng)分釋放，使肥料養(yǎng)分釋放期及強(qiáng)度與作物養(yǎng)分吸收規(guī)律基本吻合，降低了肥料養(yǎng)分損失，提高了肥料養(yǎng)分利用率。然而，研究表明肥料肥效的發(fā)揮還取決于土壤水分含量及有效性，水、肥之間存在著交互效應(yīng)。因此，研究開發(fā)具有保水功能的緩/控釋肥料是需要迫切解決的生產(chǎn)實(shí)際問題，也是水肥互作及耦合理論實(shí)踐的需要。近年來，保水肥料研究日益受到關(guān)注。
一般來說，農(nóng)林保水材料由于成本偏高，抗鹽性差，使其應(yīng)用受到限制。近年來出現(xiàn)的新型非金屬礦物保水劑以其成本低、抗鹽性好、改良土壤等特性，成為研究保水肥料的最重要的原材料之一。因此，將肥料產(chǎn)品與新型非金屬礦物保水劑有機(jī)結(jié)合，可有效提高肥料利用率，提高土壤含水率和保水率并綜合改良土壤。這將帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，利于環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)資源可持續(xù)性發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)而提出的一種保水緩/控釋肥料，通過對(duì)肥料和水分的“吸持—釋放”機(jī)理，發(fā)揮優(yōu)良的緩、控釋作用，有效提高肥料利用率，提高土壤含水率和保水率并綜合改良土壤。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供保水緩/控釋肥料的制備方法。
本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的解決方案為，保水緩/控釋肥料，包括有非金屬礦物、水溶性乙烯類不飽和單體、水溶性自由基聚合引發(fā)劑、水溶性自由基聚合交聯(lián)劑、肥料、賦型添加劑，各組分含量按重量百分比計(jì)為非金屬礦物0.1％～60％、水溶性乙烯類不飽和單體0.1％～60％、水溶性自由基聚合引發(fā)劑0.0001％～0.001％、水溶性自由基聚合交聯(lián)劑0.0001％～0.002％、肥料20％～99％、賦型添加劑0％～20％。
各組分優(yōu)選的含量按重量百分比計(jì)為非金屬礦物4％～40％、水溶性乙烯類不飽和單體4％～50％、水溶性自由基聚合引發(fā)劑0.0002％～0.0008％、水溶性自由基聚合交聯(lián)劑0.0004％～0.0016％、肥料40％～90％、賦型添加劑1％～5％。
各組分最佳的含量按重量百分比計(jì)為非金屬礦物4.2％～20％、水溶性乙烯類不飽和單體4.2％～20％、水溶性自由基聚合引發(fā)劑0.0004％～0.0007％、水溶性自由基聚合交聯(lián)劑0.0004％～0.001％，肥料65％～90％，賦型添加劑1％～4％。
接上述方案，所述的非金屬礦物為膨潤(rùn)土、蒙脫石、鈉鈣鋁硅酸鹽、高嶺土、鎂質(zhì)粘土、絹云母、累托石、伊利石、沸石、石英中的一種或多種的混合。
接上述方案，所述的肥料為氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥、微量元素肥、有機(jī)肥、有機(jī)復(fù)合肥中的一種或多種的混合。
保水緩/控釋肥料，其制備方法為物理混合，其制備過程為1)混合配料將非金屬礦物加入到水溶性乙烯類不飽和單體溶液中，再依次加入水溶性自由基聚合引發(fā)劑和水溶性自由基聚合交聯(lián)劑，溶解完全，采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌分散或采用膠體磨進(jìn)行分散，得到混合物料；2)聚合反應(yīng)混合物料在反應(yīng)器中于40～150℃加熱1～10小時(shí)，得到凝膠；3)將反應(yīng)生成的凝膠在真空或非真空條件下，干燥，粉碎，得到非金屬礦物保水材料；4)將該非金屬礦物保水材料和肥料、賦型添加劑一同混合均勻并造粒，即得保水緩/控釋肥料顆粒；保水緩/控釋肥料，另一制備方法是化學(xué)合成，其制備過程為1)混合配料將非金屬礦物加入到水溶性乙烯類不飽和單體溶液中，加入肥料，溶解完全，再依次加入水溶性自由基聚合引發(fā)劑和水溶性自由基聚合交聯(lián)劑，采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌分散或采用膠體磨進(jìn)行分散，得到混合物料；2)聚合反應(yīng)混合物料在反應(yīng)器中于40～150℃加熱1～10小時(shí)，得到凝膠；3)將反應(yīng)生成的凝膠在真空或非真空條件下，干燥，粉碎，即得保水緩/控釋肥料顆粒；保水緩/控釋肥料，還一制備方法是包衣，其制備過程為1)混合配料將非金屬礦物加入到水溶性乙烯類不飽和單體溶液中，溶解完全，再依次加入水溶性自由基聚合引發(fā)劑和水溶性自由基聚合交聯(lián)劑，采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌分散或采用膠體磨進(jìn)行分散，制備非金屬礦物保水材料的待聚液；2)包衣過程在待聚液中加入賦型添加劑，均勻噴涂或包衣在經(jīng)整粒形成的肥料顆粒周圍，40～150℃加熱1～10小時(shí)，即制得保水緩/控釋肥料顆粒。
下面詳細(xì)介紹本發(fā)明1.非金屬礦物保水材料(保水材料與非金屬礦物復(fù)合物)非金屬礦物保水材料是將我國(guó)資源豐富、價(jià)格低廉的非金屬礦物與水溶性聚合物如聚丙烯酸(鹽)、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺/丙烯酸(鹽)共聚物等進(jìn)行水溶液原位聚合復(fù)合法制備的具有綜合生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的高分子保水功能復(fù)合材料。
本發(fā)明采用該材料的原因是，該材料滿足“環(huán)境友好、原材料易得且成本較低、吸液倍率和吸液速率適中、凝膠強(qiáng)度較大、在肥料及鹽的混合液中具有較高穩(wěn)定性、反復(fù)使用次數(shù)多及使用年限較長(zhǎng)”等條件，在應(yīng)用方面應(yīng)滿足“產(chǎn)品品種多樣化、保水保土和賦肥多功能化、產(chǎn)品使用簡(jiǎn)單化、產(chǎn)品性能價(jià)格比高”等要求。
2.肥料本發(fā)明所采用的肥料可以是氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥、微量元素肥、有機(jī)肥(有機(jī)復(fù)合肥)中的一種，也可以是根據(jù)作物生長(zhǎng)需要而調(diào)配的專用肥料。
3、水溶性乙烯類不飽和單體典型的離子型水溶性乙烯類不飽和單體是丙烯酸及其堿金屬鹽或銨鹽，典型的非離子型單體是丙烯酰胺及其衍生物。其中優(yōu)選的是丙烯酸及其鈉鹽或銨鹽及丙烯酰胺。這些水溶性乙烯類不飽和單體可以單獨(dú)使用，也可以混合使用。
乙烯類不飽和水溶性單體在含水溶液中的濃度一般至少為20％，優(yōu)選20-90％至飽和濃度。丙烯酸可以以部分地或全部地用堿金屬或銨化合物中和的形式使用。中和度一般為40％～90％(摩爾)。
4.水溶性自由基聚合交聯(lián)劑本發(fā)明中使用的水溶性自由基聚合交聯(lián)劑含至少二個(gè)可聚合的基團(tuán)。典型的水溶性自由基聚合交聯(lián)劑有雙丙烯酰胺如N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，此類交聯(lián)劑使高吸水保水劑在體相形成交聯(lián)或輕度交聯(lián)以提高高吸水保水劑的凝膠強(qiáng)度。
6.水溶性自由基聚合引發(fā)劑適合此類聚合的水溶性自由基聚合引發(fā)劑為過硫酸鹽，也可是氧化還原引發(fā)體系。如過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨。這些水溶性引發(fā)劑可以混合使用，也可以和還原性物質(zhì)如亞鐵離子、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉配合使用。
本發(fā)明的有益之處在于同時(shí)具備肥料緩、控釋、保水釋水、改善土壤結(jié)構(gòu)的功能，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1)有效提高了肥料利用率通過水肥的有機(jī)結(jié)合和釋放機(jī)制固定或吸持肥料，并根據(jù)作物生長(zhǎng)所需的周期和強(qiáng)度緩釋、控釋肥料，減少了因一次施肥帶來的肥料流失和作物供養(yǎng)不足。
2)賦予肥料新功能有效保持土壤水分，根據(jù)作物所需釋放水分，促進(jìn)作物生長(zhǎng)；有效改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤透氣性。
3)降低了保水劑的應(yīng)用成本，便于推廣，減少了以往施肥料、施保水劑、調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)所帶來的繁瑣工序，節(jié)省了人力、物力。
4)環(huán)境友好，利于環(huán)保，促進(jìn)資源可持續(xù)性發(fā)展。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(采用工藝路線1)配方過磷酸鈣(肥料)99％ 聚乙烯醇(賦型添加劑)0.1994％ 累脫石(非金屬礦物)0.3％丙烯酸(水溶性乙烯類不飽和單體)0.3％ 丙烯酰胺(水溶性乙烯類不飽和單體)0.2％過硫酸鉀(水溶性自由基聚合引發(fā)劑)0.0002％N’N-亞甲基雙丙烯酰胺(水溶性自由基聚合交聯(lián)劑)0.0004％制備方法將累脫石加入到丙烯酸、丙烯酰胺溶液中，依次加入過硫酸鉀、N’N-亞甲基雙丙烯酰胺，溶解完全，膠體磨分散10分鐘，在反應(yīng)器中于80℃加熱4小時(shí)后，切片，經(jīng)110℃條件下干燥6小時(shí)，粉碎至20目，篩選分級(jí)得到累脫石礦物保水材料，然后和過磷酸鈣、聚乙烯醇一同混合均勻，使用圓盤造粒機(jī)造粒，干燥，即得保水緩/控釋肥料顆粒。所得材料吸水倍率大于30倍，含水量小于10％。
實(shí)施例2(工藝路線2)配方丙烯酸(水溶性乙烯類不飽和單體)14.594％ 膨潤(rùn)土(非金屬礦物)24.4054％尿素(肥料)61％ N’N-亞甲基雙丙烯酰胺(水溶性自由基聚合交聯(lián)劑)0.0004％過硫酸鉀(水溶性自由基聚合引發(fā)劑)0.002％制備方法在丙烯酸中攪拌下加入膨潤(rùn)土、尿素，充分?jǐn)嚢枋怪芙?，在待聚液中加入N’N-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸鉀，溶解完全，膠體磨分散10分鐘，在反應(yīng)器中于90℃加熱3小時(shí)后，切片，經(jīng)100℃條件下干燥，粉碎，即得保水緩/控釋肥料顆粒。所得材料吸水倍率大于80倍，含水量小于10％。
實(shí)施例3(工藝路線2)
配方丙烯酸(水溶性乙烯類不飽和單體)50.0014％ 膨潤(rùn)土(非金屬礦物)24.998％尿素(肥料)25％ N’N-亞甲基雙丙烯酰胺(水溶性自由基聚合交聯(lián)劑)0.0004％過硫酸鉀(水溶性自由基聚合引發(fā)劑)0.0002％制備方法攪拌下在丙烯酸中加入膨潤(rùn)土、尿素，充分?jǐn)嚢枋怪芙?，在待聚液中加入N’N-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸鉀，溶解完全，膠體磨分散10分鐘，在反應(yīng)器中于90℃加熱3小時(shí)后，切片，經(jīng)100℃條件下干燥，粉碎，即得保水緩/控釋肥料顆粒。所得材料吸水倍率大于40倍，含水量小于8％。
實(shí)施例4(工藝路線3)配方尿素(肥料)80％ 膨潤(rùn)土(非金屬礦物)8％ 丙烯酸(水溶性乙烯類不飽和單體)10％改性淀粉(賦型添加劑)1.9987％N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(水溶性自由基聚合交聯(lián)劑)0.0005％過硫酸鉀(水溶性自由基聚合引發(fā)劑)0.0008％制備方法在丙烯酸中，加入膨潤(rùn)土，溶解完全，攪拌下加入N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸鉀，溶解，膠體磨分散10分鐘，制備膨潤(rùn)土礦物保水材料的待聚液；在其中加入改性淀粉，均勻噴涂在尿素顆粒表面，然后60℃熱風(fēng)干燥2小時(shí)，即得保水緩/控釋肥料顆粒。所得材料吸水倍率大于30倍，含水量小于10％。
實(shí)施例5(工藝路線3)配方尿素(肥料)96％ 膨潤(rùn)土(非金屬礦物)3％ 丙烯酸(水溶性乙烯類不飽和單體)0.5％改性淀粉(賦型添加劑)0.4987％ 過硫酸鉀(水溶性自由基聚合引發(fā)劑)0.0008％N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(水溶性自由基聚合交聯(lián)劑)0.0005％制備方法在丙烯酸中，加入膨潤(rùn)土，溶解完全，攪拌下加入N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸鉀，溶解，膠體磨分散10分鐘，得到待聚液；在往其中加入改性淀粉，均勻噴涂在尿素顆粒表面，然后80℃熱風(fēng)干燥1小時(shí)，即得保水緩/控釋肥料顆粒。所得材料吸水倍率大于20倍，含水量小于8％。
實(shí)施例6(工藝路線3)配方氯化鉀12％ 尿素(肥料)25％ 過磷酸鈣62％ 膨潤(rùn)土(非金屬礦物)0.5％丙烯酸(水溶性乙烯類不飽和單體)0.4％N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(水溶性自由基聚合交聯(lián)劑)0.0005％改性淀粉(賦型添加劑)0.0987％過硫酸鉀(水溶性自由基聚合引發(fā)劑)0.0008％制備方法將膨潤(rùn)土加入丙烯酸中，溶解完全，攪拌下加入N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸鉀，溶解，膠體磨分散10分鐘，得到待聚液，在其中加入改性淀粉；均勻噴涂在經(jīng)混合整粒制備的尿素、過磷酸鈣、氯化鉀顆粒表面，然后80℃熱風(fēng)干燥1小時(shí)，即得保水緩/控釋肥料顆粒。所得材料吸水倍率大于20倍，含水量小于8％。
實(shí)施例7(工藝路線1)配方過磷酸鈣(肥料)96％ 聚乙烯醇(賦型添加劑)2％ 累脫石(非金屬礦物)0.6％丙烯酸(水溶性乙烯類不飽和單體)0.6％ 丙烯酰胺(水溶性乙烯類不飽和單體)0.7994％過硫酸鉀(水溶性自由基聚合引發(fā)劑)0.0002％N’N-亞甲基雙丙烯酰胺(水溶性自由基聚合交聯(lián)劑)0.0004％制備方法將累脫石加入到丙烯酸、丙烯酰胺溶液中，依次加入過硫酸鉀、N’N-亞甲基雙丙烯酰胺，溶解完全，膠體磨分散10分鐘，在反應(yīng)器中于80℃加熱4小時(shí)后，切片，經(jīng)110℃條件下干燥6小時(shí)，粉碎至20目，篩選分級(jí)得到累脫石礦物保水材料，然后和過磷酸鈣、聚乙烯醇一同混合均勻，使用圓盤造粒機(jī)造粒，干燥，即得保水緩/控釋肥料顆粒。所得材料吸水倍率大于30倍，含水量小于10％。
實(shí)施例8(工藝路線1)
配方氯化鉀(肥料)98％聚乙烯醇(賦型添加劑)1％鈉鈣鋁硅酸鹽(非金屬礦物)0.3％丙烯酸(水溶性乙烯類不飽和單體)0.3％丙烯酰胺(水溶性乙烯類不飽和單體)0.3994％過硫酸鉀(水溶性自由基聚合引發(fā)劑)0.0002％N’N-亞甲基雙丙烯酰胺(水溶性自由基聚合交聯(lián)劑)0.0004％制備方法將鈉鈣鋁硅酸鹽加入到丙烯酸、丙烯酰胺溶液中，依次加入過硫酸鉀、N’N-亞甲基雙丙烯酰胺，溶解完全，膠體磨分散20分鐘，在反應(yīng)器中于70℃加熱5小時(shí)后，切片，經(jīng)100℃條件下干燥6小時(shí)，粉碎至20目，篩選分級(jí)得到累脫石礦物保水材料，然后和氯化鉀、聚乙烯醇一同混合均勻，使用圓盤造粒機(jī)造粒，干燥，即得保水緩/控釋肥料顆粒。所得材料吸水倍率大于30倍，含水量小于10％。
權(quán)利要求
1.保水緩/控釋肥料，其特征在于包括有非金屬礦物、水溶性乙烯類不飽和單體、水溶性自由基聚合引發(fā)劑、交聯(lián)劑、肥料、賦型添加劑，各組分含量按重量百分比計(jì)為非金屬礦物0.1％～60％、水溶性乙烯類不飽和單體0.1％～60％、水溶性自由基聚合引發(fā)劑0.0001％～0.001％、水溶性自由基聚合交聯(lián)劑0.0001％～0.002％、肥料20％～99％、賦型添加劑0％～20％。
2.按權(quán)利要求1所述的保水緩/控釋肥料，其特征在于各組分的含量按重量百分比計(jì)為非金屬礦物4％～40％、水溶性乙烯類不飽和單體4％～50％、水溶性自由基聚合引發(fā)劑0.0002％～0.0008％、水溶性自由基聚合交聯(lián)劑0.0004％～0.0016％、肥料40％～90％、賦型添加劑1％～5％。
3.按權(quán)利要求1所述的保水緩/控釋肥料，其特征在于各組分的含量按重量百分比計(jì)為非金屬礦物4.2％～20％、水溶性乙烯類不飽和單體4.2％～20％、水溶性自由基聚合引發(fā)劑0.0004％～0.0007％、水溶性自由基聚合交聯(lián)劑0.0004％～0.001％，肥料65％～90％，賦型添加劑1％～4％。
4.按權(quán)利要求1或2或3所述的保水緩/控釋肥料，其特征在于非金屬礦物為膨潤(rùn)土、蒙脫石、鈉鈣鋁硅酸鹽、高嶺土、鎂質(zhì)粘土、絹云母、累托石、伊利石、沸石、石英中的一種或多種的混合。
5.按權(quán)利要求4所述的保水緩/控釋肥料，所述的肥料為氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥、微量元素肥、有機(jī)肥、有機(jī)復(fù)合肥中的一種或多種的混合。
6.權(quán)利要求1所述的保水緩/控釋肥料的制備方法，其特征在于制備方法為物理混合，制備過程為1)混合配料將非金屬礦物加入到水溶性乙烯類不飽和單體溶液中，再依次加入水溶性自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑，溶解完全，采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌分散或采用膠體磨進(jìn)行分散；2)聚合反應(yīng)混合物料在反應(yīng)器中于40～150℃加熱1～10小時(shí)，得到凝膠；3)將反應(yīng)生成的凝膠在真空或非真空條件下，干燥，粉碎，得到非金屬礦物保水材料；4)將該非金屬礦物保水材料和肥料、賦型添加劑一同混合均勻并造粒，即得保水緩/控釋肥料顆粒。
7.權(quán)利要求1所述的保水緩/控釋肥料的制備方法，其特征在于制備方法為化學(xué)合成，制備過程為1)混合配料將非金屬礦物加入到水溶性乙烯類不飽和單體溶液中，加入肥料，溶解完全，再依次加入水溶性自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑，采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌分散或采用膠體磨進(jìn)行分散，得到混合物料；2)聚合反應(yīng)混合物料在反應(yīng)器中于40～150℃加熱1～10小時(shí)，得到凝膠；3)將反應(yīng)生成的凝膠在真空或非真空條件下，干燥，粉碎，即得保水緩/控釋肥料顆粒。
8.權(quán)利要求1所述的保水緩/控釋肥料的制備方法，其特征在于制備方法為包衣，制備過程為1)混合配料將非金屬礦物加入到水溶性乙烯類不飽和單體溶液中，溶解完全，再依次加入水溶性自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑，采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌分散或采用膠體磨進(jìn)行分散，制備非金屬礦物保水材料的待聚液；2)包衣過程在待聚液中加入賦型添加劑，均勻噴涂或包衣在經(jīng)整粒形成的肥料顆粒周圍，40～150℃加熱1～10小時(shí)，即制得保水緩/控釋肥料顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種保水緩/控釋肥料及其制備方法，包括有非金屬礦物、水溶性乙烯類不飽和單體、水溶性自由基聚合引發(fā)劑、交聯(lián)劑、肥料、賦型添加劑，保水緩/控釋肥料，其制備方法為物理混合、化學(xué)合成和包衣三種方法，本發(fā)明同時(shí)具備肥料緩、控釋、保水釋水、改善土壤結(jié)構(gòu)的功能，有效提高了肥料利用率，賦予肥料新功能即有效保持土壤水分，根據(jù)作物所需釋放水分，促進(jìn)作物生長(zhǎng)；有效改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤透氣性，降低了保水劑的應(yīng)用成本，便于推廣，減少了以往施肥料、施保水劑、調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)所帶來的繁瑣工序，節(jié)省了人力、物力。環(huán)境友好，利于環(huán)保，促進(jìn)資源可持續(xù)性發(fā)展。
文檔編號(hào)C05G5/00GK101050147SQ20071005223
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者王海波, 劉仲康, 胡茂華, 熊靜巒, 王建宏 申請(qǐng)人:武漢市海格爾科技有限公司