一種環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料，所述緩控釋材料由以下質量份數(shù)的各組分制成：熱塑性動物膠30～80份、樹脂20～60份、接枝改性物5～7份、引發(fā)劑1～5份、發(fā)泡劑2～5份、潤滑劑2～5份。以本發(fā)明的緩控釋材料為基礎制備的緩控釋肥料，在25℃靜水中浸泡24小時初期養(yǎng)分釋放率小于13.0%，28天累積養(yǎng)分釋放率小于78.0%，養(yǎng)分釋放期內累積釋放率大于92.6%。肥料養(yǎng)分有效利用率提高35.9%以上，可大幅減少化肥的使用量及施肥次數(shù)，提高化肥有效利用率，可有效減輕化肥對生態(tài)環(huán)境的破壞。
【專利說明】一種環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于化肥【技術領域】，具體涉及一種環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料。
【背景技術】
[0002]化肥的施用，為世界糧食生產作出了巨大貢獻。20世紀以來，世界化肥生產量及消費量一直保持持續(xù)增長。據(jù)聯(lián)合國糧農組織(FAO)統(tǒng)計資料，20世紀60年代到90年代，提高農業(yè)產量的增產因素中，增施化肥占40%~60%，這無疑緩解了世界人口爆炸帶來的資源壓力。但化學肥料作為外源物質引入，使農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了相應變化，這些變化主要包括以下幾個方面:
首先，化肥的增產效率下降。由于氮素易通過揮發(fā)、淋溶、反硝化損失；磷肥很容易被土壤中的Al3+、Fe3+及Ca2+、Mg2+固定，形成穩(wěn)定的沉淀或與鐵、鋁氧化物形成閉蓄態(tài)磷而逐步喪失有效性，造成化肥施用的當季利用率很低。利用不同的技術方法來提高肥料利用率是研究如何阻止或減少養(yǎng)分淋失問題中的核心，而緩控釋肥料又是解決這一核心問題的重要手段。緩控釋材料的選擇是緩控釋肥料研制的關鍵。目前，國內外已應用和正研究的緩控釋材料可分為緩釋材料，包囊材料和載體材料3類。
[0003](I)緩釋材料:多為高分子化合物，根據(jù)其在緩釋肥料中的作用可把它們分為3類:①阻滯劑，疏水性強的脂肪、蠟類高分子材料。肥料在這類熔融材料中混懸或混溶冷卻，被脂溶性材料包裹。②骨架材料，這種高分子材料具有較大的分子內空間，如海藻酸鈉，聚乳酸等，以這種高分子材料為載體，可制成載肥體系。③增粘劑，是一類水溶性高分子材料，如聚乙二醇等，通過減小養(yǎng)分擴散作用來控制養(yǎng)分的釋放。
[0004](2)包囊材料:按來源可分成3類:①天然高分子材料，具有囊材要求的多種基本特性，無毒、穩(wěn)定、成膜性好、價廉易得，如阿拉伯膠、明膠、海藻酸鈉等。②半合成高分子材料，以纖維素的衍生物為主，粘度大、成膜性良好、易水解，如羥甲基纖維素鈉、乙基纖維素等。③合成高分子材料，化學穩(wěn)定性高、成膜性能優(yōu)良，特別是生物可降解材料作為囊材更受到關注。
[0005](3)載體材料，按來源可分為:①天然載體材料，如明膠、甲殼糖、淀粉等。②合成高分子載體材料，如聚酰胺、聚乳酸等?？蒯尫柿系难芯吭谟谔岣叻柿系男б?，并減小化學肥料對環(huán)境的威脅。
[0006]但是目前已有的緩控釋材料的緩控釋效果不好，對環(huán)境有污染，且價格較高。

【發(fā)明內容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料，該緩控釋材料集緩釋、包囊、載體等多功能為一體，緩控釋效果好，對環(huán)境無污染，且造價低廉。 [0008]本發(fā)明提供一種環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料，所述緩控釋材料由以下質量份數(shù)的各組分制成:熱塑性動物膠30~80份、樹脂20~60份、接枝改性物5~7份、引發(fā)劑I~5份、發(fā)泡劑2~5份、潤滑劑2~5份。
[0009]其中，所述熱塑性動物膠的制備方法，是將工業(yè)皮膠、50%氯化鋅水溶液混合，用酸調PH為2 ;之后升溫至95°C，保溫；再加入過氧化氫，60°C下反應；反應結束加入亞硫酸氫鈉反應；再分別加入引發(fā)劑過硫酸鉀、過硫酸銨和丙烯酸甲酯，同時通入惰性氣體進行反應，反應結束后，經過后處理得到熱塑性動物膠。
[0010]優(yōu)選地，所述的樹脂選用乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，乙烯/丙烯酸共聚物(EAA)中的一種或兩種以上任意組合。
[0011]優(yōu)選地，所述的接枝改性物選用十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸、6-羥基己酸中的一種或兩種以上的任意組合。
[0012]優(yōu)選地，所述的引發(fā)劑選用過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰、過氧化對氯苯甲酰、過氧化乙酰、叔丁基過氧苯甲酸酯中的一種或兩種以上的任意組合。
[0013]優(yōu)選地，所述發(fā)泡劑選用物理發(fā)泡劑和/或化學發(fā)泡劑中的一種或者兩種以上的
任意組合。
[0014]進一步地，所述物理發(fā)泡劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、CO2，所述化學發(fā)泡劑為偶氮二甲
酰胺、偶氮二異丁腈。 [0015]優(yōu)選地，所述潤滑劑選用石蠟、硬脂酸、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯中的一種或者兩種以上的任意組合。
[0016]本發(fā)明的第二個目的是提供上述緩控釋材料的制備方法，其步驟是:
第一步，制備熱塑性動物膠，是將工業(yè)皮膠、50%氯化鋅水溶液混合，用酸調pH為2 ;之后升溫至95°C，保溫；再加入過氧化氫，60°C下反應；反應結束加入亞硫酸氫鈉反應；再分別加入引發(fā)劑過硫酸鉀、過硫酸銨和丙烯酸甲酯，同時通入惰性氣體進行反應，反應結束后，經過后處理得到熱塑性動物膠。；
第二步，配料，按重量份配比取熱塑性動物膠30~80份、樹脂20~60份、接枝改性物5~7份、引發(fā)劑I~5份、發(fā)泡劑2~5份、潤滑劑2~5份，在高速混合機中混合20~30 min ；
第三步，熔融共混，在熔融共混溫度110~130°c，口模溫度120~140°C，螺桿轉速為20~40轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；
第四步，成型，在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎，制備得到本發(fā)明的環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料。
[0017]本發(fā)明以可再生的天然高分子材料一動物膠為原料，配合樹脂、接枝改性物、引發(fā)劑、發(fā)泡劑和潤滑劑等制成的一種環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料，是一種具有緩釋、包囊和載體等優(yōu)良的“綠色環(huán)?！备咝示徔蒯屝虏牧稀?br> [0018]動物膠接枝改性后分子之間呈復雜的三維網狀結構，并具有一定的交聯(lián)度。在其交聯(lián)的網狀結構上有許多羧基、羥基等親水基團，當它與水接觸時，其分子表面的親水性基團電離并與水分子結合成氫鍵，通過這種方式吸持大量的水分，在緩控釋肥料養(yǎng)分的基礎上，對水分也具有較好的緩控釋功能，同時提高水肥利用率。動物膠本身就是一種很好的包囊材料和載體材料，其本身所具有的一系列優(yōu)良屬性，如生物降解、接枝共聚、玻璃化成膜、吸水保水、吸附緩釋、土壤改良等，在本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料中得以再現(xiàn)和疊加。本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料具有不同類型緩控釋材料的優(yōu)點，能夠滿足使用要求的機械強度，具有緩釋、包囊、載體材料的共同功能，在自然環(huán)境(光、熱、微生物等)條件下能夠完全降解。本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料所具有的優(yōu)良緩控釋特性，在醫(yī)學、制藥、化肥、農藥、環(huán)境治理等方面具有廣闊的應用前景。且本發(fā)明的動物膠來源廣泛，價格低廉，具有廣闊的應用價值。
[0019]將本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料，再與不同比例的肥料、水肥耦合劑、水藥耦合劑、肥藥耦合劑等復合共混或造粒，可得到系列新型內質分子包裹高效控緩釋化肥，其原理上不同于包膜型和分子穩(wěn)定性控緩釋化肥，其生產成本低，工藝簡單。經試驗，系列新型內質分子包裹高效控緩釋化肥總養(yǎng)分高于32.9% (中濃度)和41.8% (高濃度)，三元或二元緩釋肥料的單一養(yǎng)分含量不低于6.7%。在25°C靜水中浸泡24小時初期養(yǎng)分釋放率小于13.0%，28天累積養(yǎng)分釋放率小于78.0%，養(yǎng)分釋放 期內累積釋放率大于92.6%。肥料養(yǎng)分有效利用率提高35.9%以上，可大幅減少化肥的使用量及施肥次數(shù)，提高化肥有效利用率，可有效減輕化肥對生態(tài)環(huán)境的破壞。由于動物膠基交聯(lián)的網狀結構上有許多羧基、羥基等親水基團的吸水保水，同時可提高水分利用率42.5%以上。技術經濟指標優(yōu)于緩釋肥料國家標準 GB-T23348-2009。
【具體實施方式】
[0020]以下的實施例便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。除特殊說明外，“％”均代表質量百分數(shù)。
[0021]實施例1:熱塑性動物膠的制備
按重量份配比取工業(yè)皮膠(以動物的皮為原料提取的動物膠)100份，質量百分比為50%的氯化鋅水溶液500份于反應釜中，用鹽酸調pH為2，使其酸變性；30分鐘后升溫至95°C，保溫30分鐘，使蛋白質熱變性；加入過氧化氫80份，60°C下反應60分鐘對蛋白質氨基酸側鏈進行修飾，反應結束加入亞硫酸氫鈉80份反應30分鐘，清除多余的氧，再分別加入引發(fā)劑過硫酸鉀3份、過硫酸銨5份和丙烯酸甲酯100份，同時通入N2于60°C下反應3小時后停止反應，反應結束后，用丙酮充分沉淀，離心分離所得固體經水洗至中性后真空干燥得到熱塑性動物膠。
[0022]實施例2
按重量份取實施例1制備的熱塑性動物膠30份、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)60份、十一烯基丁二酸酐7份、過氧化苯甲酰5份、碳酸鈉5份、石蠟5份在高速混合機中混合30min，然后在熔融共混溫度110°C，口模溫度120°C，螺桿轉速為20轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎制備得到本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料，其中，水肥是指水溶性化肥。
[0023]實施例3
按重量份取實施例1制備的熱塑性動物膠60份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 40份、十二烯基丁二酸酯6份、過氧化月桂酰3份、碳酸氫鈉3份、硬脂酸3份在高速混合機中混合25 min，在熔融共混溫度120°C，口模溫度130°C，螺桿轉速為30轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎制備得到本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料。[0024]實施例4
按重量份取實施例1制備的熱塑性動物膠80份、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA) 20份、十八烯酸5份、過氧化對氯苯甲酰1份、CO2 1份、偶氮二甲酰胺1份、聚乙烯蠟2份在高速混合機中混合20min，在熔融共混溫度130°C，口模溫度140°C，螺桿轉速為40轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎制備得到本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料。
[0025]實施例5
按重量份取實施例1制備的熱塑性動物膠50份、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA) 20份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA)40份、十一烯基丁二酸酐7份、過氧化苯甲酰2份、過氧化乙酰3份、碳酸鈉5份、石蠟3份、氧化聚乙烯2份在高速混合機中混合25 min，在熔融共混溫度115°C，口模溫度125°C，螺桿轉速為30轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎制備得到本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料。
[0026]實施例6
按重量份取實施例1制備的熱塑性動物膠60份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 40份、十二烯基丁二酸酯3份、聚乳酸3份、過氧化月桂酰1份、叔丁基過氧苯甲酸酯2份、碳酸氫鈉3份、硬脂酸3份在高速混合機中混合25 min，在熔融共混溫度125°C，口模溫度135°C，螺桿轉速為30轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎制備得到本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料。
[0027]實施例7
按重量份取實施例1制備的熱塑性動物膠70份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 20份、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA) 20份、十八烯酸2份、6-羥基己酸3份、過氧化對氯苯甲酰I份、CO2 1份、偶氮二異丁腈1份、聚乙烯臘1份、氧化聚乙烯1份在高速混合機中混合20min,在熔融共混溫度120°C，口模溫度140°C，螺桿轉速為35轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎制備得到本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料。
[0028]實施例8
按重量份取實施例1制備的熱塑性動物膠40份、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA) 20份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 20份、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA) 20份、十八烯酸2份、
6-羥基己酸3份、過氧化對氯苯甲酰1份、叔丁基過氧苯甲酸酯1份、過氧化對氯苯甲酰I份、CO2 1份、偶氮二甲酰胺2份、硬脂酸1份、聚乙烯蠟1份、氧化聚乙烯1份在高速混合機中混合28min，在熔融共混溫度125°C，口模溫度135 °C，螺桿轉速為30轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎制備得到本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料。
[0029]實施例9
按重量份取實施例1制備的熱塑性動物膠65份、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA) 30份、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA) 20份、聚乳酸4份、6-羥基己酸3份、過氧化對氯苯甲酰1份、過氧化苯甲酰2份、過氧化月桂酰1份、過氧化對氯苯甲酰1份、碳酸氫鈉1份、偶氮二甲酰胺2份、硬脂酸1份、聚乙烯蠟1份、石蠟2份在高速混合機中混合22min，在熔融共混溫度115°C，口模溫度125°C，螺桿轉速為35轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎制備得到本發(fā)明的高效水肥緩控釋材料。[0030]最后應說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍 之內。
【權利要求】
1.一種環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料，其特征在于:所述緩控釋材料由以下質量份數(shù)的各組分制成:熱塑性動物膠30~80份、樹脂20~60份、接枝改性物5~7份、引發(fā)劑I~5份、發(fā)泡劑2~5份、潤滑劑2~5份。
2.根據(jù)權利要求1所述的緩控釋材料，其特征在于:所述熱塑性動物膠的制備方法，是將工業(yè)皮膠、50%氯化鋅水溶液混合，用酸調pH為2 ;之后升溫至95°C，保溫；再加入過氧化氫，60°C下反應；反應結束加入亞硫酸氫鈉反應；再分別加入引發(fā)劑過硫酸鉀、過硫酸銨和丙烯酸甲酯，同時通入惰性氣體進行反應，反應結束后，經過后處理得到熱塑性動物膠。
3.根據(jù)權利要求1所述的緩控釋材料，其特征在于:所述的樹脂選用乙烯/醋酸乙烯共聚物，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物，乙烯/丙烯酸共聚物中的一種或兩種以上任意組合。
4.根據(jù)權利要求1所述的緩控釋材料，其特征在于:所述的接枝改性物選用十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸、6-羥基己酸中的一種或兩種以上的任意組合。
5.根據(jù)權利要求1所述的緩控釋材料，其特征在于:所述的引發(fā)劑選用過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰、過氧化對氯苯甲酰、過氧化乙酰、叔丁基過氧苯甲酸酯中的一種或兩種以上的任意組合。
6.根據(jù)權利要求1所述的緩控釋材料，其特征在于:所述發(fā)泡劑選用物理發(fā)泡劑和/或化學發(fā)泡劑中的一種或者兩種以上的任意組合。
7.根據(jù)權利要求6所述的緩控釋材料，其特征在于:所述物理發(fā)泡劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、CO2，所述化學發(fā) 泡劑為偶氮二甲酰胺、偶氮二異丁腈。
8.根據(jù)權利要求1所述的緩控釋材料，其特征在于:所述潤滑劑選用石蠟、硬脂酸、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯中的一種或者兩種以上的任意組合。
9.權利要求1-8任一所述的緩控釋材料的制備方法，其步驟是: 第一步，制備熱塑性動物膠，是將工業(yè)皮膠、50%氯化鋅水溶液混合，用酸調pH為2 ;之后升溫至95°C，保溫；再加入過氧化氫，60°C下反應；反應結束加入亞硫酸氫鈉反應；再分別加入引發(fā)劑過硫酸鉀、過硫酸銨和丙烯酸甲酯，同時通入惰性氣體進行反應，反應結束后，經過后處理得到熱塑性動物膠； 第二步，配料，按重量份配比取熱塑性動物膠30~80份、樹脂20~60份、接枝改性物.5~7份、引發(fā)劑I~5份、發(fā)泡劑2~5份、潤滑劑2~5份，在高速混合機中混合20~.30 min ； 第三步，熔融共混，在熔融共混溫度110~130°c，口模溫度120~140°C，螺桿轉速為.20~40轉/分鐘的雙螺桿擠出機中熔融共混并擠出； 第四步，成型，在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎，制備得到本發(fā)明的環(huán)境友好的動物膠高效水肥緩控釋材料。
【文檔編號】C05G3/08GK104003801SQ201410236949
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李保強 申請人:新疆慧爾農業(yè)科技股份有限公司