CN100457694C - 一种生物可降解型自控缓释肥料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物可降解型自控缓释肥料，利用在尿素或复混肥颗粒表面均匀喷涂一层水溶性高分子聚合物的控释层制成，其中所述肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6；高分子聚合物由纤维素，氧化淀粉，聚乙烯醇，聚氨酯预聚物，环氧树脂，环氧树脂固化剂，交联剂，乳化剂，引发剂，去离子水按一定配比制成。本发明以生物可降解型材料采用胶乳互穿网络技术制备，提高了肥料的控释性能，克服了高聚物包膜不可生物降解而产生的“白色污染”，氮素利用率提高20%～35%，且一次施用即可满足作物全生育期的需要，节肥，省工，减少环境污染，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种自控缓释肥料及其制备方法，尤其涉及一种以在尿素或复混肥颗粒表面上喷涂一层水溶性高聚合物材料作为控释层的生物可降解型自控缓释肥料及其制备方法。
背景技术
化学肥料在农作物种植中作为常规肥料普遍而广泛使用，并且施肥简便、效果突出，但是化学肥料的使用中存在着很多问题，最突出的问题之一是氮素利用率低，以及由此带来的氮肥的大量施用所造成的经济损失和环境污染等。如何大幅度提高化学氮肥氮素利用率和充分发挥化肥的作用，是目前发展资源节约型、环境友好型、持续高效农业中最突出的问题之一，最近的农业技术发展表明：控释肥料的发明和生产以及在农业上的应用为解决这个问题开辟了新的思路和较为有效的途径。
目前国内外包膜控释肥料的类型主要有：无机物包膜肥料和有机聚合物包膜肥料两大类。
无机物包膜肥料国内主要是以磷矿粉、钙镁磷肥、滑石粉、石膏粉、粉煤灰、有机或无机粘结材料作为包膜材料(详见中国专利02126743.x、03106547.3、200410024201.1、200610045310.0等)，这些无机包膜肥料虽然价格便宜，制作简单，但养分控释性能差，氮素利用率低，一次施用容易导致作物在后期有脱肥现象；国外主要以TV.A comPany，USA开发的硫包衣尿素(SCU)(US3295950)为代表，其价格虽然也不高，但存在的问题是①难以严格控制其养分的释放速率，因为硫衣较脆，在养分释放的过程中会发生膜壳破裂，导致膜内养分突然全部释放，又称“毁灭性释放”，往往会对作物根系造成危害；②大量硫壳在土壤中被微生物分解后，易造成土壤酸化；③硫包衣尿素还存在硫涂层易氧化、破碎，不利于搬运的问题。
有机聚合物包膜肥料根据有机聚合物包膜材料的性质，又可分为热塑性和热固性树脂两种类型的包膜控释肥料。热塑性树脂包膜的控释肥料以日本的“Meister”为代表，热固性树脂包膜的控释肥料主要以美国的“Osmocote”为代表。这些包膜控释肥料大多数是应用溶剂先将包膜树脂溶解，然后在硫化床包膜塔中逐渐将膜材料均匀的喷涂到肥料颗粒表面而成。此工艺虽然能将膜材料均匀的喷涂到肥料颗粒表面，但其能耗高，溶剂难以全部回收，易造成生产车间及周围环境的污染，而且使用流化床工艺难以实现大批量生产；在国内，有机聚合物包膜肥料以中国专利2004100240497所述热固性环氧树脂包膜控释肥料为代表，此专利较上述有机聚合物包膜肥料解决了包膜工艺复杂，有机溶剂对生产车间及其周围环境污染的问题，具有养分控释性能好，氮素利用率高的优点，缺点是①包膜材料生物不可降解，容易造成“白色污染”，②生产成本高，③适用的作物范围窄，仅适用于园艺作物、草坪、高尔夫球场和观赏植物等，不利于在粮食作物上推广应用。
鉴于此，研究和开发可生物降解、成本低，适于在粮食作物上推广应用、工艺简单、控释性能好、溶剂无毒、适于快速大批量生产，并可同时应用于尿素和复合(混)肥料的控释包膜新配方、新工艺，将对我国控释肥料的健康发展和产业化有重大意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种生物可降解型自控缓释肥料及其制备方法。本发明提供的缓释肥料具有可生物降解、成本较低、控释性能好的特点，并且制备工艺简单、溶剂无毒、适于快速大批量生产。
本发明所述生物可降解型自控缓释肥料，利用在尿素或复混肥颗粒表面均匀喷涂一层水溶性高分子聚合物的控释层制成，所述尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6；其中，所述尿素为大颗粒尿素，所述复混肥为喷浆造粒型的复混肥；所述水溶性高分子聚合物由如下重量配比的组分制成：纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为22～35∶1～2∶4～8∶5～8∶6～18∶2～3∶1～2∶0.10～0.15∶0.001～0.002∶35～51。
所述尿素或复混肥的平均粒径优选1.6～3.5mm。
优选的，所述纤维素是羟甲基纤维素、硝化纤维素、羧甲基纤维素中的二种或三种，其之间的混合重量比为1∶1或1∶1∶1。
优选的，所述聚乙烯醇平均聚合度是550～1800，分子量是27000～89000道尔顿。
进一步优选的，所述聚乙烯醇平均聚合度为1700～1800，分子量为84000～89000道尔顿。
所述聚氨酯预聚物为双组分水性聚氨酯预聚物，可由市场购得，如淄博华天化工有限公司产的聚氨酯预聚物；也可按如下方法制得：
将相对分子量为1000的210聚醚98～112重量份装入250ml的三口瓶中，100℃真空脱气2h，装上液封搅拌、带有干燥管的冷凝管、温度计，加入研磨过的二羟甲基丙酸121～140重量份和134～150重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂，搅拌均匀后，加入甲苯二异氰酸酯(TDI，65/35，工业级)278重量份，80℃反应3h，用正丁烷滴定法判断反应终点，然后向上述预聚物中加入50重量份三乙胺和80重量份丙酮溶剂，50℃反应40min，冷却。向上述中和产物中加1034重量份的去离子水，同时以8000～12000r/mim转速强烈搅拌30min，即得聚氨酯预聚物。
本发明所述生物可降解型自控缓释肥料基本制备方法是：先采用胶乳互穿网络技术将纤维素、淀粉、聚乙烯醇、聚氨酯预聚物、环氧树脂(E44)、环氧树脂固化剂、乳化剂等材料合成以水作为分散介质的水溶性高分子聚合物乳液，然后将其均匀的喷涂到尿素或复混肥颗粒表面，经加热、固化后，制成生物可降解型自控缓释肥料。
本发明所述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法，具体步骤如下：
(1)水溶性高分子聚合物包膜材料乳液的制备：以上述重量配比分别称取所述水溶性高分子聚合物的各组分，然后将纤维素、氧化淀粉、聚乙烯醇、聚氨酯预聚物、环氧树脂E44、环氧树脂固化剂T593、N-羟甲基丙烯酰胺倒入盛有吐温80和去离子水的容器中，在20℃～27℃下，以5000～12000r/mim转速剪切乳化0.4～0.6h，得乳液；同时用预留的去离子水将过硫酸钾配成浓度为1mg/ml的溶液，作为引发剂；调乳液pH值到7.5；取1/10体积量的乳液和1/5体积量的引发剂溶液加入四口瓶中或反应釜中，通入氮气，升温至75℃～80℃，20min后，滴加上述剩余的混合有剩余引发剂溶液的乳液，2h内滴加完，之后继续反应3～3.5h，得以纤维素为主要组分的水溶性高分子聚合物包膜材料乳液；
(2)尿素或复混肥颗粒包膜与固化：将尿素或复混肥倒入加热干燥转鼓中，滚动并预热至60℃～80℃；然后转鼓以45～60转/分滚动，同时将步骤(1)制得的水溶性高分子聚合物包膜材料乳液经泵或承压形式送至双流体喷嘴或喷头组，并将其雾化后喷涂到转鼓中的肥料颗粒上；同时将转鼓内的肥料加热到80℃～100℃，进行加热固化，停止喷涂后继续加热固化5分钟，乳状的包膜材料即完全固化；
(3)过筛与二次包膜：将步骤(2)得到的包膜肥料颗粒趁热过5mm筛；同时将粒径＞5mm的肥料颗粒常规破碎，与粒径≤5mm的肥料颗粒合并，共同重复步骤(2)的喷涂程序进行二次包膜，乳状的包膜材料用量以尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6为原则；
(4)筛分与包装：将步骤(3)二次包膜后的肥料颗粒过5mm筛，收集筛后粒径≤5mm的肥料颗粒，冷却后包装，贮存备用；同时将粒径＞5mm的肥料颗粒常规破碎，与步骤(3)所述粒径≤5mm的肥料颗粒合并，进行再次包膜。
上述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法中：步骤(1)所述水溶性高分子聚合物的各组分以重量配比为纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为30～35∶1～2∶4～6∶5～8∶6～9∶2～3∶1～2∶0.10～0.15∶0.001～0.002∶35～51称取时，所得控释肥料产品在25℃条件下，可控养分释放时间为60±1天。
上述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法中：步骤(1)所述水溶性高分子聚合物的各组分以重量配比为纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为25～29∶1～2∶4～6∶5～8∶12～15∶2～3∶1～2∶0.10～0.15∶0.001～0.002∶35～50称取时，所得控释肥料产品在25℃条件下，可控养分释放时间为90±2天。
上述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法中：步骤(1)所述水溶性高分子聚合物的各组分以重量配比为纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为22～24∶1～2∶5～8∶5～8∶14～18∶2～3∶1～2∶0.10～0.15∶0.001～0.002∶35～50称取时，所得控释肥料产品在25℃条件下，可控养分释放时间为120±3天。
上述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法中：
步骤(1)所述水溶性高分子聚合物的各组分优选在25℃下，以8000r/mim转速剪切乳化0.5h，得乳液。
步骤(2)所述尿素为大颗粒尿素，所述复混肥为喷浆造粒型的复混肥；所述尿素或复混肥的平均粒径优选1.6～2.8mm。
本发明通过选用生物可降解的材料来制备包膜材料，从而保证了肥料的可降解性。本发明制备方法中，首先用水作为分散介质将纤维素配成乳液进行交联，然后将交联的纤维素乳液作为“种子”，再加入单体(淀粉、聚乙烯醇、聚氨酯预聚物、环氧树脂、交联剂、固化剂和引发剂)，使单体在“种子”胶乳粒表面进行聚合和交联，制得胶乳互穿网络聚合物。将该聚合物喷涂到肥料颗粒的表面，经加热固化后，即形成了以纤维素为骨架，高聚物低渗材料为填充物的疏水膜。该疏水膜上有许多微孔，土壤中的水以气态的形式通过膜上的微孔进入肥料内部，使肥芯吸湿溶胀，肥料中的养分就会在巨大的内外浓度梯度下通过膜上微孔进入土壤中，实现自控缓释肥料的效果。
膜上微孔的数量和孔径的大小成为养分释放快慢的控制性因素，而微孔的数量和孔径的大小又受膜材料用量和组分的影响，本发明通过调节膜材料的用量和组分，有效实现了养分释放的可控性。
本发明的优点是，以纤维素为主要组分来合成包膜材料，保证了包膜材料的可降解性，胶乳互穿网络技术的应用，大大提高了肥料自身的控释性能和氮素利用率，减少了包膜材料的用量，降低了成本，从而使适用作物范围进一步扩大。此外，本发明还具有制备工艺简单，溶剂无毒，适合快速、大规模生产的优点，并且一次施肥就能满足作物整个生育期对养分的需要。
本发明所制的生物可降解型自控缓释肥料具有良好的控释性能和降解性以及较高的氮素利用率，下面以表1和表2中的数据来对本发明的效果作进一步说明。
表1 聚合物组成对膜材料吸水性和水蒸气渗透性的影响
注：控60是指能够控释60天的包膜材料，其它膜材料依次类推。
表2 聚合物组成对氮素利用率和降解率的影响
注：试验材料为小麦，计算膜材料降解率的时间为360天。
总之，本发明由于膜材料主要采用了生物可降解型材料，克服了高聚物包膜由于不可生物降解带来的“白色污染”问题；在膜材料的制备过程中采用了胶乳互穿网络技术，从而提高了肥料的控释性能，降低了膜材料成本。养分按作物需肥规律缓慢释放，氮素利用率提高20％～35％，一次施用即可满足作物全生育期的需要，节肥，省工，减少环境污染，应用前景十分广阔。
附图说明
图1是生物可降解型自控缓释肥的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不仅限于此。
实施例中所用原料说明如下：
大颗粒尿素，山东金福农农化有限公司、山东诸城市良丰化学有限公司售，
纤维素(羟甲基纤维素、硝化纤维素、羧甲基纤维素)，湖北钟祥市金汉江纤维素有限公司售，
氧化淀粉，德州光德淀粉化工有限公司售，
聚乙烯醇，上海康湖化工有限公司售，
聚氨酯预聚物，淄博华天化工有限公司售，
环氧树脂E44，深圳市吉田化工有限公司售，
环氧树脂固化剂T593，浙江平阳县立翔胶粘剂厂、上海应佳工贸有限公司产，
交联剂N-羟甲基丙烯酰胺，淄博中森化工有限公司售。
实施例1：
(1)水溶性高分子聚合物包膜材料乳液的制备：以重量配比为纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为35∶2∶6∶8∶9∶3∶2∶0.15∶0.002∶51(单位：克)分别称取所述水溶性高分子聚合物的各组分，然后将纤维素(羟甲基纤维素∶硝化纤维素∶羧甲基纤维素之间的混合重量比为1∶1∶1)、氧化淀粉、聚乙烯醇(平均聚合度为1700～1800，分子量为84000～89000道尔顿)、聚氨酯预聚物、环氧树脂E44、环氧树脂固化剂T593、N-羟甲基丙烯酰胺倒入盛有吐温80和去离子水的容器中，在25℃下，以8000r/mim转速剪切乳化0.5h，得乳液；同时用预留的去离子水将过硫酸钾配成浓度为1mg/ml的溶液，作为引发剂；调乳液pH值到7.5；取1/10体积量的乳液和1/5体积量的引发剂溶液加入反应釜中，通入氮气，升温至80℃，20min后，滴加上述剩余的混合有剩余引发剂溶液的乳液，2h内滴加完，之后继续反应3.5h，得以纤维素为主要组分的水溶性高分子聚合物包膜材料乳液；
(2)尿素或复混肥颗粒包膜与固化：将尿素或复混肥(平均粒径2～3mm)倒入加热干燥转鼓中，滚动并预热至60℃～80℃；然后转鼓以55转/分滚动，同时将步骤(1)制得的水溶性高分子聚合物包膜材料乳液经泵或承压形式送至双流体喷嘴或喷头组，并将其雾化后喷涂到转鼓中的肥料颗粒上；同时将转鼓内的肥料加热到90℃～100℃，进行加热固化，停止喷涂后继续加热固化5分钟，乳状的包膜材料即完全固化；
(3)过筛与二次包膜：将步骤(2)得到的包膜肥料颗粒趁热过5mm筛；同时将粒径＞5mm的肥料颗粒常规破碎，与粒径≤5mm的肥料颗粒合并，共同重复步骤(2)的喷涂程序进行二次包膜，乳状的包膜材料用量以尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6为原则；
(4)筛分与包装：将步骤(3)二次包膜后的肥料颗粒过5mm筛，收集筛后粒径≤5mm的肥料颗粒，冷却后包装，贮存备用；同时将粒径＞5mm的肥料颗粒常规破碎，与步骤(3)所述粒径≤5mm的肥料颗粒合并，进行再次包膜。
所得控释肥料产品在25℃条件下，可控养分释放约为60天。
实施例2：
(1)水溶性高分子聚合物包膜材料乳液的制备：以重量配比为纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为28∶1.5∶5∶6∶14∶2.5∶1.5∶0.12∶0.0015∶50(单位：克)分别称取所述水溶性高分子聚合物的各组分，然后将纤维素(羟甲基纤维素∶羧甲基纤维素之间的混合重量比为1∶1)、氧化淀粉、聚乙烯醇(平均聚合度为550～650，分子量为27000～32000道尔顿)、聚氨酯预聚物、环氧树脂E44、环氧树脂固化剂T593、N-羟甲基丙烯酰胺倒入盛有吐温80和去离子水的容器中，在24℃下，以9000r/mim转速剪切乳化0.6h，得乳液；同时用预留的去离子水将过硫酸钾配成浓度为1mg/ml的溶液，作为引发剂；调乳液pH值到7.5；取1/10体积量的乳液和1/5体积量的引发剂溶液加入四口瓶中或反应釜中，通入氮气，升温至80℃，20min后，滴加上述剩余的混合有剩余引发剂溶液的乳液，2h内滴加完，之后继续反应3.5h，得以纤维素为主要组分的水溶性高分子聚合物包膜材料乳液；
(2)尿素或复混肥颗粒包膜与固化：将尿素或复混肥(平均粒径3～3.5mm)倒入加热干燥转鼓中，滚动并预热至70℃～80℃；然后转鼓以50转/分滚动，同时将步骤(1)制得的水溶性高分子聚合物包膜材料乳液经泵或承压形式送至双流体喷嘴或喷头组，并将其雾化后喷涂到转鼓中的肥料颗粒上；同时将转鼓内的肥料加热到90℃～100℃，进行加热固化，停止喷涂后继续加热固化5分钟，乳状的包膜材料即完全固化；
(3)过筛与二次包膜：将步骤(2)得到的包膜肥料颗粒趁热过5mm筛；同时将粒径＞5mm的肥料颗粒常规破碎，与粒径≤5mm的肥料颗粒合并，共同重复步骤(2)的喷涂程序进行二次包膜，乳状的包膜材料用量以尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6为原则；
(4)筛分与包装：将步骤(3)二次包膜后的肥料颗粒过5mm筛，收集筛后粒径≤5mm的肥料颗粒，冷却后包装，贮存备用；同时将粒径＞5mm的肥料颗粒常规破碎，与步骤(3)所述粒径≤5mm的肥料颗粒合并，进行再次包膜。
所得控释肥料产品在25℃条件下，可控养分释放约为90天。
实施例3：
将75g羟甲基纤维素、75g硝化纤维素、5g氧化淀粉，20g聚乙烯醇、25g聚氨酯预聚物、30g环氧树脂(E44)、10g T593、5gN-羟甲基丙烯酰胺倒入盛有0.5g吐温80和250ml去离子水的1000ml的烧杯中，在室温下高速剪切乳化0.5h，同时用5ml去离子水将0.005g过硫酸钾配成溶液，作为引发剂。用pH值调节剂调节乳液pH值到7.5，取上述乳液的1/10和1/5引发剂溶液加入四口瓶中或反应釜中，通氮气，升温至75℃，20min后，滴加剩余乳化液(混合有4/5引发剂溶液)，2h内滴加完，继续发应3h，结束反应，得到以纤维素为主要组分的水溶性高聚物包膜材料乳液。
将尿素或复混肥颗粒(平均粒径1.6～2.8mm)加入转鼓中，预热到60℃～70℃，同时用泵或承压形式将包膜材料乳液送至双流体喷嘴(或喷头组)，将其雾化后喷涂到转鼓中的肥料颗粒表面，同时将转鼓内的肥料加热到90℃～100℃之间，转速调至60转/分，停止喷涂约5分钟后，乳状的包膜材料即可固化。
趁热过5mm筛，将粒径＞5mm相互粘连的肥料颗粒进行破碎，破碎后连同粒径≤5mm的肥料颗粒一起进行二次包膜，乳状的包膜材料用量以尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6为原则。
过5mm筛，将二次包膜后粒径≤5mm的肥料颗粒进行冷却后包装、贮存。
所得控释肥料产品在25℃条件下可控养分释放约为60天。
实施例4：
将62.5g羟甲基纤维素、62.5g硝化纤维素、5g氧化淀粉，20g聚乙烯醇、25g聚氨酯预聚物、60g环氧树脂(E44)、10g T593、5gN-羟甲基丙烯酰胺倒入盛有0.5g吐温80和245ml去离子水的1000ml的烧杯中，在室温下高速剪切乳化0.5h，同时用5ml去离子水将0.005g过硫酸钾配成溶液，作为引发剂。用pH值调节剂调节乳液pH值到7.5，取上述乳液的1/10和1/5引发剂溶液加入四口瓶中或反应釜中，通氮气，升温至75℃，20min后，滴加剩余乳化液(混合有4/5引发剂溶液)，2h内滴加完，继续发应3h，结束反应，得到以纤维素为主要组分的水溶性高聚物包膜材料乳液。
将尿素或复混肥颗粒(平均粒径1.6～2.8mm)加入转鼓中，预热到70℃～80℃，同时用泵或承压形式将包膜材料乳液送至双流体喷嘴(或喷头组)，将其雾化后喷涂到转鼓中的肥料颗粒上，同时将转鼓内的肥料加热到80℃～90℃之间，转速调至60转/分，停止喷涂约5分钟后，乳状的包膜材料即可固化。
趁热过5mm筛，将粒径＞5mm相互粘连的肥料颗粒进行破碎，破碎后连同粒径≤5mm的肥料颗粒一起进行二次包膜，乳状的包膜材料用量以尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6为原则。
过5mm筛，将二次包膜后粒径≤5mm的肥料颗粒进行冷却后包装、贮存。
所得控释肥料产品在25℃条件下可控养分释放约为90天。
实施例5：
将40g羟甲基纤维素、40g硝化纤维素、40g羧甲基纤维素、5g氧化淀粉，25g聚乙烯醇、25g聚氨酯预聚物、80g环氧树脂(E44)、10g T593、5gN-羟甲基丙烯酰胺倒入盛有0.5g吐温80和225ml去离子水的1000ml的烧杯中，在室温下高速剪切乳化0.5h，同时用5ml去离子水将0.005g过硫酸钾配成溶液，作为引发剂。用pH值调节剂调节乳液pH值到7.5，取上述乳液的1/10和1/5引发剂溶液加入四口瓶中或反应釜中，通氮气，升温至75℃，20min后，滴加剩余乳化液(混合有4/5引发剂溶液)，2h内滴加完，继续发应3h，结束反应，得到以纤维素为主要组分的水溶性高聚物包膜材料乳液。
将尿素或复混肥颗粒(平均粒径2.6～3mm)加入转鼓中，预热到80℃，同时用泵或承压形式将包膜材料乳液送至双流体喷嘴(或喷头组)，将其雾化后喷涂到转鼓中的肥料颗粒上，同时将转鼓内的肥料加热到100℃之间，转速调至60转/分，约5分钟后，乳状的包膜材料即可固化。
趁热过5mm筛，将粒径＞5mm相互粘连的肥料颗粒进行破碎，破碎后连同粒径≤5mm的肥料颗粒一起进行二次包膜，乳状的包膜材料用量以尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6为原则。
过5mm筛，将二次包膜后粒径≤5mm的肥料颗粒进行冷却后包装、贮存。
所得控释肥料产品在25℃条件下可控养分释放约为120天。
Claims (10)
1.一种生物可降解型自控缓释肥料，在尿素或复混肥颗粒表面均匀喷涂一层水溶性高分子聚合物的控释层制成，其特征在于：所述尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6；所述水溶性高分子聚合物由如下重量配比的组分制成：纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为22～35∶1～2∶4～8∶5～8∶6～18∶2～3∶1～2∶0.10～0.15∶0.001～0.002∶35～51。
2.根据权利要求1所述的生物可降解型自控缓释肥料，其特征在于：所述纤维素为羟甲基纤维素、硝化纤维素、羧甲基纤维素中的二种或三种，其之间的混合重量比为1∶1或1∶1∶1。
3.根据权利要求1所述的生物可降解型自控缓释肥料，其特征在于：所述聚乙烯醇平均聚合度为550～1800，分子量为27000～89000道尔顿。
4.根据权利要求3所述的生物可降解型自控缓释肥料，其特征在于：所述聚乙烯醇平均聚合度为1700～1800，分子量为84000～89000道尔顿。
5.根据权利要求1所述的生物可降解型自控缓释肥料，其特征在于：所述聚氨酯预聚物为双组分水性聚氨酯预聚物，由以下方法制得：将相对分子量为1000的210聚醚98～112重量份装入250ml的三口瓶中，100℃真空脱气2h，装上液封搅拌、带有干燥管的冷凝管、温度计，加入研磨过的二羟甲基丙酸121～140重量份和134～150重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂，搅拌均匀后，加入甲苯二异氰酸酯278重量份，80℃反应3h，用正丁烷滴定法判断反应终点，然后向上述预聚物中加入50重量份三乙胺和80重量份丙酮溶剂，50℃反应40min，冷却，向上述中和产物中加1034重量份的去离子水，同时以8000～12000r/mim转速搅拌30min，即得聚氨酯预聚物。
6.权利要求1所述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法，由以下步骤实现：
(1)水溶性高分子聚合物包膜材料乳液的制备：以权利要求1所述重量配比分别称取所述水溶性高分子聚合物的各组分，然后将纤维素、氧化淀粉、聚乙烯醇、聚氨酯预聚物、环氧树脂E44、环氧树脂固化剂T593、N-羟甲基丙烯酰胺倒入盛有吐温80和去离子水的容器中，在20℃～27℃下，以5000～12000r/mim转速剪切乳化0.4～0.6h，得乳液；同时用预留的去离子水将过硫酸钾配成浓度为1mg/ml的溶液，作为引发剂；调乳液pH值到7.5；取1/10体积量的乳液和1/5体积量的引发剂溶液加入四口瓶中或反应釜中，通入氮气，升温至75℃～80℃，20min后，滴加上述剩余的混合有剩余引发剂溶液的乳液，2h内滴加完，之后继续反应3～3.5h，得以纤维素为主要组分的水溶性高分子聚合物包膜材料乳液；
(2)尿素或复混肥颗粒包膜与固化：将尿素或复混肥倒入加热干燥转鼓中，滚动并预热至60℃～80℃；然后转鼓以45～60转/分滚动，同时将步骤(1)制得的水溶性高分子聚合物包膜材料乳液经泵或承压形式送至双流体喷嘴或喷头组，并将其雾化后喷涂到转鼓中的肥料颗粒上；同时将转鼓内的肥料加热到80℃～100℃，进行加热固化，停止喷涂后继续加热固化5分钟，乳状的包膜材料即完全固化；
(3)过筛与二次包膜：将步骤(2)得到的包膜肥料颗粒趁热过5mm筛；同时将粒径＞5mm的肥料颗粒常规破碎，与粒径≤5mm的肥料颗粒合并，共同重复步骤(2)的喷涂程序进行二次包膜，乳状的包膜材料用量以尿素或复混肥颗粒与高分子聚合物的重量比为0.3～0.4∶9.7～9.6为原则；
(4)筛分与包装：将步骤(3)二次包膜后的肥料颗粒过5mm筛，收集粒径≤5mm的肥料颗粒，冷却后包装，贮存备用；同时将粒径＞5mm的肥料颗粒常规破碎，与步骤(3)所述粒径≤5mm的肥料颗粒合并，进行再次包膜。
7.根据权利要求6所述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述水溶性高分子聚合物的各组分以重量配比为纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为30～35∶1～2∶4～6∶5～8∶6～9∶2～3∶1～2∶0.10～0.15∶0.001～0.002∶35～51称取时，所得控释肥料产品在25℃条件下，可控养分释放时间为60±1天。
8.根据权利要求6所述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述水溶性高分子聚合物的各组分以重量配比为纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为25～29∶1～2∶4～6∶5～8∶12～15∶2～3∶1～2∶0.10～0.15∶0.001～0.002∶35～50称取时，所得控释肥料产品在25℃条件下，可控养分释放时间为90±2天。
9.根据权利要求6所述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述水溶性高分子聚合物的各组分以重量配比为纤维素∶氧化淀粉∶聚乙烯醇∶聚氨酯预聚物∶环氧树脂E44∶环氧树脂固化剂T593∶交联剂N-羟甲基丙烯酰胺∶乳化剂吐温80∶引发剂过硫酸钾∶去离子水为22～24∶1～2∶5～8∶5～8∶14～18∶2～3∶1～2∶0.10～0.15∶0.001～0.002∶35～50称取时，所得控释肥料产品在25℃条件下，可控养分释放时间为120±3天。
10.根据权利要求6所述生物可降解型自控缓释肥料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述水溶性高分子聚合物的各组分在25℃下，以8000r/mim转速剪切乳化0.5h，得乳液；步骤(2)所述尿素为大颗粒尿素，所述复混肥为喷浆造粒型的复混肥，所述尿素或复混肥的平均粒径是1.6～2.8mm。
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