專利名稱：一種微水溶性肥料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微水溶性肥料及其制備方法，屬于水溶與包裹肥料交叉研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前的緩控釋肥料產(chǎn)品主要存在兩方面的問題(一)包膜肥料是目前緩控釋肥料的主要產(chǎn)品，其缺點是包膜材料難降解，施入土壤易造成二次污染且成本高，原因是采用了難降解的物質(zhì)作為包膜材料、利用耗能大的設(shè)備研制包膜肥料；(二)包膜肥料主要采用熱塑(固)性物質(zhì)作為包膜材料，這種肥料產(chǎn)品的養(yǎng)分釋放在土壤田間持水量大于40%的條件下主要受積溫影響，并隨積溫的變化養(yǎng)分有效地供給作物需求；但當(dāng)土壤田間持水量小于40%時養(yǎng)分釋放則受到抑制，難以有效地供給作物需求。因此，緩控釋肥料適合施用于雨水、灌溉水豐富的濕潤地區(qū)。而在較為干旱半干旱的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)地區(qū)，由于土壤田間持水量時常低于40%，目前的緩控釋肥料較難隨降雨及時地釋放出一定養(yǎng)分并隨水分遷移到作物有效吸收范圍，因此，目前急需開發(fā)一種隨降雨或灌水能瞬時的釋放出一定養(yǎng)分且具有一定緩釋性的微水溶性肥料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微水溶性肥料及其制備方法。本發(fā)明提供的一種微水溶性肥料的制備方法，包括如下步驟1)向聚合物a的水溶液中加入交聯(lián)劑后進行反應(yīng)，所述聚合物a為多聚谷氨酸、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮；2)向步驟1)的體系中加入酸化劑、交聯(lián)劑和混合單體后再繼續(xù)反應(yīng)；所述混合單體為丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、羥甲基丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸羥乙酯、雙丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯中至少一種；3)向步驟幻的體系中加入堿化劑和交聯(lián)劑后繼續(xù)反應(yīng)；然后調(diào)節(jié)PH值至中性后加入增塑劑并攪拌即得成膜溶液；將所得成膜溶液制成膜即得微水溶性材料；4)將肥料與所述微水溶性材料進行造粒后用所述微水溶性材料進行包裹即得所述微水溶性肥料。上述的方法中，步驟1)所述多聚谷氨酸、聚乙烯醇、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的數(shù)均分子量分別為 20000g/mo、1750g/mol、400g/mol 和;35000g/mol。上述的方法中，步驟1)、步驟幻和步驟；3)中所述交聯(lián)劑可為丙烯酸乙酯、淀粉、丙烯酸、葡萄糖或硼砂；步驟幻所述酸化劑可為硫酸、鹽酸、磷酸和醋酸中至少一種；步驟3) 所述堿化劑可為氫氧化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉和碳酸鹽中至少一種，所述碳酸鹽可為碳酸鈉、碳酸鉀或碳酸鈣；步驟幻所述增塑劑可為硬脂酸鈣、己二酸二辛酯、己二酸二異癸酯、 壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酸、癸二酸二辛酯、癸二酸二異辛酯、環(huán)氧脂肪酸丁酯、環(huán)氧脂肪酸辛酯和雙季戊四醇酯中至少一種。上述的方法中，步驟1)中所述聚合物a與所述交聯(lián)劑的質(zhì)量份數(shù)比可為 1 (60-170)，具體可為1 170、1 122,1 114或1 67;所述反應(yīng)的溫度可為 500C _70°C，具體可為551、641、651或701；所述反應(yīng)的時間可為40min_90min，具體可為 48min、55min 或 85min。上述的方法中，步驟幻中所述酸化劑、交聯(lián)劑和混合單體與步驟1)中所述聚合物a的質(zhì)量份數(shù)比可為(1-4) (15-60) (6-16) 1，具體可為1.4 59 14 1、 3 30 6. 7 1、3 39 6. 7 1或4 16 14 1 ；步驟2)中所述反應(yīng)的溫度可為80°C -95°C，具體可為80°C或95°C ；所述反應(yīng)的時間可為60min_180min，具體可為60min、 80min 或 140mino上述的方法中，步驟幻中所述交聯(lián)劑和增塑劑與步驟1)中所述聚合物a的質(zhì)量份數(shù)比可為(5-18) (1-6) 1，具體可為 5.7 1.6 1、10 4.8 1、13 5. 2 1 或18 5.4 1;步驟3)中所述反應(yīng)的溫度可為60°C-80°C，具體可為60°C、65°C、75°C或 800C ；所述反應(yīng)的時間可為45min-90min，具體可為45min、85min或86min。上述的方法中，步驟4)中所述肥料可為尿素、過磷酸鈣、磷酸一銨、磷酸二銨、氯化鉀、硫酸鉀、有機肥和氨基酸肥料中至少一種。上述的方法中，所述有機肥可為雞糞、牛糞和羊糞中至少一種；所述氨基酸肥料可為豆粕、氨基酸粉或味精下腳料中至少一種。上述的方法中，所述造?？稍趯伿皆炝C或圓盤式造粒機中進行；所述造粒的溫度可為30°C _80°C，具體可為30°C、35°C、40°C或50°C;所述包裹的溫度可為30°C -60°C, 具體可為:35°C或45°C。本發(fā)明提供的由上述方法制備的微水溶性肥料中，所述微水溶性材料的質(zhì)量百分含量為 -20%，如 5%、8%、9%或 10%。由于肥料的膠結(jié)包裹材料、原料及制備工藝對肥料的釋放起著關(guān)鍵的作用，本發(fā)明采用水基反應(yīng)法制備膠結(jié)包裹材料、通過對大量肥源的篩選及采用對輥造粒機、圓盤造粒機等方式，提供一種微水溶性肥料的制備方法；本發(fā)明制備的微水溶性肥料能夠隨降雨逐漸的釋放出一定的養(yǎng)分，具有養(yǎng)分釋放的緩釋性、節(jié)水及增產(chǎn)的作用，適合于干旱半干旱地區(qū)氣候及土壤條件下施用。
具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。下述實施例中所用的淀粉的相對分子量為觀000 ；聚乙烯吡咯烷酮PVP的數(shù)均分子量為35000g/mol ；聚乙二醇PEG的數(shù)均分子量為400g/mol ；多聚谷氨酸PGA的數(shù)均分子量為20000g/mol ；聚乙烯醇PVA的數(shù)均分子量為1750g/mol ；殼聚糖的數(shù)均分子量為 65000g/mol。微水溶性肥料養(yǎng)分釋放速率主要受降雨或灌水影響，下述實施例用25°C下土柱淋洗方法測定微水溶性肥料的養(yǎng)分釋放速度，當(dāng)養(yǎng)分累積率釋放達到80%時所需的天數(shù)來表示。具體測定方法如下在事先用兩層200目濾布墊玻璃管底口，并在濾布上放少量砂子(25g)的玻璃管中(上口直徑5cm，下口直徑lcm，高30cm)先裝入250g(約8cm高)土壤 (過2mm篩的風(fēng)干土)，再在其上按同樣的緊實度裝入250g 土壤和肥料的混合物，土壤混合物上面再以少量的砂子(25g)覆蓋，避免加水時擾亂了土層。第一次先加入IOOml水使土壤水分接近飽和，培養(yǎng)一天后再以80ml水一次加入淋洗土柱，收集淋洗液。以后各次按同樣的操作步驟進行。試驗分別于第2，5，9，14，20，28，37，47，62，74d進行淋溶，淋溶后收集淋洗液并測定淋洗液的全氮含量。淋洗液全氮含量的測定按照GB/T 8572標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。實施例1、微水溶性肥料的制備(1)微水溶性材料的制備向水中加入0. 28g多聚谷氨酸PGA攪拌至溶解得到完全溶解的水溶液，向該水溶液中加入47. 5g葡萄糖，加熱至55°C并保溫反應(yīng)85min ；再向體系中加入0. 4g硫酸(濃度為98% )、16. 5g葡萄糖和3. 8g丙烯酸混合單體，加熱體系至80°C并保溫反應(yīng)140min ；再向體系中加入3. 5g氫氧化鈉，調(diào)節(jié)體系的pH值為9，加入5g丙烯酸，使體系降溫至60°C并保溫反應(yīng)85min ；然后用1. 9g氫氧化鉀調(diào)節(jié)體系至中性，再加入1. 5g硬脂酸鈣攪拌28min 得成膜溶液；然后用流延法將所得成膜溶液制成膜即得微水溶性材料；該材料的厚度為 0. 05-0. 1mm，透水率為 15. 7g/m2 · h，吸水率為 17%。(2)肥料制備工藝將尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀、淀粉、味精下腳料粉碎過20目篩后，按質(zhì)量份數(shù)比為 40 20 20 5 5的比例混合均勻放入轉(zhuǎn)輥造粒機中，預(yù)熱到30°C，然后噴入預(yù)熱到 45°C的微水溶性材料進行造粒，噴涂速率每分鐘為100g。之后將成粒肥料在45°C下烘干， 之后繼續(xù)噴入45°C的微水溶性材料進行包裹，再烘干。以干物質(zhì)重量計算，微水溶性肥料中肥料約占92%，微水溶性材料約占8. 0%。該微水溶性肥料60天內(nèi)養(yǎng)分釋放了 80%左右。實施例2、微水溶性肥料的制備(1)微水溶性材料的制備向水中加入0. 42g聚乙烯醇PVA攪拌至溶解得到完全溶解的多元醇水溶液；向該水溶液中加入51. 2g淀粉，加熱至65°C并保溫反應(yīng)55min ；再向體系中加入1. 3g鹽酸(濃度為38% )、16. 5g淀粉和5. Sg甲基丙烯酸甲酯，加熱體系至95°C并保溫反應(yīng)60min ；再向體系中加入4. 2g氫氧化鉀，調(diào)節(jié)體系的pH值為8. 9，加入4. 3g丙烯酸乙酯，使體系降溫至 80°C并保溫反應(yīng)45min ；然后用1. 33g氫氧化鉀調(diào)節(jié)體系至中性，然后加入2. Og硬脂酸鉀攪拌30min得成膜溶液；然后用流延法將所得成膜溶液制成膜即得微水溶性材料。該材料的厚度為0. 02-0. 08mm，透水率為14. 2g/m2 · h，吸水率為14. 3%0(2)肥料制備工藝將尿素、過磷酸鈣、氯化鉀、淀粉、雞糞粉碎過40目篩后，按質(zhì)量份數(shù)比為 30 15 20 3 5比例混合均勻，放入轉(zhuǎn)輥造粒機中，預(yù)熱到50°C，然后噴入預(yù)熱到 250C的微水溶性材料進行造粒，噴涂速率每分鐘為80g。之后將成粒肥料在45°C下烘干，之后繼續(xù)噴入35°C的微水溶性材料進行包裹，再烘干。以干物質(zhì)重量計算，微水溶性肥料中肥料約占95%，微水溶性材料約占5. 0%。該微水溶性肥料65天內(nèi)養(yǎng)分釋放了 80%左右。實施例3、微水溶性肥料的制備(1)微水溶性材料的制備向水中加入0. 7g聚乙二醇PEG攪拌至溶解得到完全溶解的水溶液；向該水溶液中加入46. 6g淀粉，加熱至70°C并保溫反應(yīng)55min ；再向體系中加入2. 2g鹽酸(濃度為 38.4% ),21. Ig淀粉和4. 7g甲基丙烯酸乙酯，加熱體系至90°C并保溫反應(yīng)60min ；再向體系中加入4. Sg氫氧化鉀，調(diào)節(jié)體系的pH值為8. 1，加入4. Og丙烯酸丁酯，使體系降溫至 65°C并保溫反應(yīng)85min ；然后用0. 7g氫氧化鉀調(diào)節(jié)體系至中性，然后加入1. Ig硬質(zhì)酸鈣攪拌28min得成膜溶液；然后用烘干法將所得成膜溶液制成膜即得微水溶性材料。該材料的厚度為0. 005-0. 01mm，透水率為14. 3g/m2 · h，吸水率為16%。(2)肥料制備工藝將尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、魔芋粉、豆粕粉碎過10目篩后，按質(zhì)量份數(shù)比為 35 15 18 3 4的比例混合均勻，放入轉(zhuǎn)輥造粒機中，預(yù)熱到40°C，然后噴入預(yù)熱到 25°C的微水溶性材料進行造粒，噴涂速率每分鐘為65g。之后將成粒肥料在35°C下烘干，之后繼續(xù)噴入45°C的微水溶性材料進行包裹，再烘干。以干物質(zhì)重量計算，微水溶性肥料中肥料約占90%，微水溶性材料約占10.0%。該微水溶性肥料55天內(nèi)養(yǎng)分釋放了 80%左右。實施例4、微水溶性肥料的制備(1)微水溶性材料的制備向水中加入0. 29g聚乙烯吡咯烷酮PVP攪拌至溶解得到完全溶解的PVP水溶液； 向該水溶液中加入33. 2g硼砂，加熱至64°C并保溫反應(yīng)48min ；再向體系中加入1. 2g硫酸 (濃度為98%)、4. 6g硼砂和4. Ig丙烯酸丁酯，加熱體系至95°C并保溫反應(yīng)SOmin;再向體系中加入7. Ig碳酸鉀，調(diào)節(jié)體系的pH值為8. 6，加入3. Sg丙烯酸，使體系降溫至75°C并保溫反應(yīng)86min ；然后用1. Og氫氧化鈣調(diào)節(jié)體系至中性，然后加入1. 5g硬質(zhì)酸鎂攪拌30min 得成膜溶液；然后用流延法將所得成膜溶液制成膜即得微水溶性肥料。該材料的厚度為 0. 03-0. 11mm，透水率為 16. 4g/m2 · h，吸水率為 17. 8%0(2)肥料制備工藝將尿素、磷酸一銨、氯化鉀、淀粉、氨基酸粉、魔芋粉粉碎過40目篩后，按質(zhì)量份數(shù)比為30 15 25 4 3 2的比例混合均勻，放入轉(zhuǎn)輥造粒機中，預(yù)熱到45°C，然后噴入預(yù)熱到35°C的微水溶性材料進行造粒，噴涂速率每分鐘為90g。之后將成粒肥料在45°C 下烘干，之后繼續(xù)噴入35°C的微水溶性材料進行包裹，再烘干。以干物質(zhì)重量計算，微水溶性肥料中肥料約占91%，微水溶性材料約占9. 0%。該微水溶性肥料62天內(nèi)養(yǎng)分釋放了 80%左右。
權(quán)利要求
1.一種微水溶性肥料的制備方法，包括如下步驟1)向聚合物a的水溶液中加入交聯(lián)劑后進行反應(yīng)，所述聚合物a為多聚谷氨酸、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮；2)向步驟1)的體系中加入酸化劑、交聯(lián)劑和混合單體后再繼續(xù)反應(yīng)；所述混合單體為丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、羥甲基丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸羥乙酯、雙丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯中至少一種；3)向步驟幻的體系中加入堿化劑和交聯(lián)劑后繼續(xù)反應(yīng)；然后調(diào)節(jié)pH值至中性后加入增塑劑并攪拌即得成膜溶液；將所得成膜溶液制成膜即得微水溶性材料；4)將肥料與所述微水溶性材料進行造粒后用所述微水溶性材料進行包裹即得所述微水溶性肥料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1)、步驟幻和步驟幻中所述交聯(lián)劑為丙烯酸乙酯、淀粉、丙烯酸、葡萄糖或硼砂；步驟幻所述酸化劑為硫酸、鹽酸、磷酸和醋酸中至少一種；步驟幻所述堿化劑為氫氧化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉和碳酸鹽中至少一種；步驟3)所述增塑劑為硬脂酸鈣、己二酸二辛酯、己二酸二異癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酸、癸二酸二辛酯、癸二酸二異辛酯、環(huán)氧脂肪酸丁酯、環(huán)氧脂肪酸辛酯和雙季戊四醇酯中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟1)中所述聚合物a與所述交聯(lián)劑的質(zhì)量份數(shù)比為1 (60-170)；所述反應(yīng)的溫度為50°C-7(TC ；所述反應(yīng)的時間為 40min-90mino
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于步驟幻中所述酸化劑、交聯(lián)劑和混合單體與步驟1)中所述聚合物a的質(zhì)量份數(shù)比為(1-4) (15-60) (6-16) 1 ； 步驟2~)中所述反應(yīng)的溫度為80°C -95°C ；所述反應(yīng)的時間為60min-180min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于步驟；3)中所述交聯(lián)劑和增塑劑與步驟1)中所述聚合物a的質(zhì)量份數(shù)比為(5-18) (1-6) 1 ；步驟3)中所述反應(yīng)的溫度60°C -80°C ；所述反應(yīng)的時間為45min-90min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于步驟4)中所述肥料為尿素、過磷酸鈣、磷酸一銨、磷酸二銨、氯化鉀、硫酸鉀、有機肥和氨基酸肥料中至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述有機肥為雞糞、牛糞和羊糞中至少一種；所述氨基酸肥料為豆粕、氨基酸粉或味精下腳料中至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于所述造粒在對輥式造粒機或圓盤式造粒機中進行；所述造粒的溫度為30°C -80°C ；所述包裹的溫度為30°C -60°C。
9.權(quán)利要求1-8中任一所述方法制備的微水溶性肥料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微水溶性肥料，其特征在于所述微水溶性肥料中，所述微水溶性材料的質(zhì)量百分含量為-20%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微水溶性肥料及其制備方法。該方法包括如下步驟1)向聚合物a的水溶液中加入交聯(lián)劑后進行反應(yīng)，所述聚合物a為多聚谷氨酸、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮；2)向步驟1)的體系中加入酸化劑、交聯(lián)劑和混合單體后再繼續(xù)反應(yīng)；3)向步驟2)的體系中加入堿化劑和交聯(lián)劑后繼續(xù)反應(yīng)；然后調(diào)節(jié)pH值至中性后加入增塑劑并攪拌即得成膜溶液；將所得成膜溶液制成膜即得微水溶性材料；4)將肥料與所述微水溶性材料進行造粒后用所述微水溶性材料進行包裹即得所述微水溶性肥料。
文檔編號C05G3/00GK102267841SQ20111016896
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者倪小會, 劉寶存, 徐秋明, 曹兵, 李鴻雁, 楊俊剛, 楊宜斌, 肖強, 衣文平, 鄒國元 申請人:北京市農(nóng)林科學(xué)院