CN101774867B - 包膜控释尿素及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包膜控释尿素及其生产方法。该方法，包括如下步骤：将包膜材料加热溶解在有机溶剂中形成包覆液，然后将所述包覆液和滑石粉混匀后喷涂在尿素表面，干燥得到包膜控释尿素；其中，所述有机溶剂为双戊烯。本发明以双戊烯作为包膜材料的溶剂生产包膜尿素，生产中对人的危害低，保管要求较低，包膜尿素质量稳定。使用回收的废旧塑料作为包膜主材，大大降低了生产成本，使包膜控释尿素能在大田作物上推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及包膜控释肥料领域，特别是涉及一种包膜控释尿素及其生产方法。
背景技术
目前，常见的控释尿素一般是高分子包膜控释尿素，即采用水分透过率很低的高分子树脂材料喷包在尿素颗粒表面，形成一层水分渗透性很低的树脂膜，肥料施用后，土壤中的水分通过树脂膜进入肥料颗粒内，将养分溶出膜外供作物吸收，膜内肥料的溶出速度，就是肥料养分释放的有效速度，养分控释速度由包膜控制。
包膜尿素生产通常采用喷动床包膜方式进行生产：将高分子包膜材料溶解于溶剂中，形成一定浓度的溶液，通过喷嘴将溶液均匀喷涂于尿素颗粒表面，然后用高温将溶剂挥发，溶剂通过降温回收再利用。其工艺流程图如图1所示，包括如下步骤：(1)将包膜材料溶解在100℃以上高温的溶剂中，形成包覆液；(2)鼓风机1将由加热器2加热的高压风，吹入导管3；(3)尿素颗粒由加料口4加入，流至喷嘴7处被高压风托起穿过导管3落下再流至喷嘴7处反复循环；(4)包覆液通过压力泵5从溶解槽6中吸出，由喷嘴7喷出包在尿素颗粒表面；(5)高温高速风将包覆液干燥，使其在尿素颗粒表面形成一层膜，溶剂通过冷凝器8回收再利用。其中，溶解高分子包膜材料目前国内外一般使用石油类溶剂的较多，如：松节油、甲苯、二甲苯、石油醚等，另外如：三氯乙烯、四氯乙烯等；高分子包膜材料多用聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、醋酸纤维素、赛露等，但一般只能用一次料而不能应用二次料或废旧料；包膜添加剂多采用滑石粉、膨润土、硅藻土等无机矿物；包膜对象有颗粒状尿素、磷酸铵、钾肥、各种养分含量复合肥等。
高分子包膜控释尿素应用效果经多年应用已被证实，但由于生产成本较高，限制其应用，降低肥料的生产成本是当前控释尿素研究改进最为重要的一环。目前，高分子包膜控释尿素生产存在以下不足：
(1)肥料包膜材料、添加剂和加工成本较高，限制了肥料的应用；
(2)所用的石油类溶剂毒性较高，生产、应用时对生产和使用人员健康不利；且该类溶剂多属一级易燃易爆溶剂，使用和保存时容易发生危险，对厂房的防爆防火要求高；其他溶剂，如三氯乙烯、四氯乙烯破坏臭氧层，对环境不利，已被限制使用。此外，目前包膜尿素生产中作为溶剂使用较多的松节油，由于其价格偏高，因此生产出的包膜控释肥料成本较高，限制了此类肥料在大田作物上的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种包膜控释尿素及其生产方法。
本发明所提供的利用废旧塑料生产包膜控释尿素的方法，包括如下步骤：将包膜材料加热溶解在有机溶剂中形成包覆液，然后将所述包覆液和滑石粉混匀后喷涂在尿素表面，干燥得到包膜控释尿素；其中，所述有机溶剂为双戊烯。
上述制备方法中，所述包膜材料与所述双戊烯的重量份数比为3-18∶100，优选下述比例a-比例1中的任意一个：
比例a：9∶100，
比例b：11∶100，
比例c：12∶100，
比例d：3.5∶100，
比例e：10∶100，
比例f：3.5-9∶100，
比例g：3.5-10∶100，
比例h：3.5-11∶100，
比例i：3.5-12∶100，
比例j：10-12∶100，
比例k：10-11∶100，
比例l：11-12∶100，。
所述溶解步骤中，温度为140-150℃，优选145℃。所述尿素与所述双戊烯的重量份数比为110-130∶100，优选125∶100。
为了降低肥料的生产成本，可选用废旧塑料作为包膜材料，如各种废旧包装材料、大棚膜、地膜、废旧塑料管材等，所述废旧塑料选自下述材料a-材料f中的任意一种：
材料a：废旧聚乙烯；
材料b：废旧聚丙烯，
材料c：废旧聚乙烯和废旧聚丙烯的混合物，
材料d：废旧聚乙烯和废旧聚苯乙烯的混合物，
材料e：废旧聚丙烯和废旧聚苯乙烯的混合物，
材料f：废旧聚乙烯、废旧聚丙烯和废旧聚苯乙烯的混合物。
所述材料d中，所述废旧聚乙烯和废旧聚苯乙烯的重量份数比为8∶3；
所述材料e中，所述废旧聚丙烯和所述废旧聚苯乙烯的重量份数比为8∶3；
所述材料f中，所述废旧聚乙烯、所述废旧聚丙烯和所述废旧聚苯乙烯的重量份数比选自下述组分I-组分III中的任意一种：组分I：6∶6∶3，组分II：1.5∶1.5∶0.5，组分III：4∶4∶2。废旧材料回收后，擦洗至不含有较大的土粒、草叶、纸张等杂物，即可直接用于包膜控释尿素的肥料包膜。
上述包膜控释尿素肥料的包膜率一般为4-13％，肥料的包膜率主要取决于所要生产的控释尿素养分释放天数。
在制备包膜尿素时，作为包膜添加物的滑石粉的作用是调控肥料养分释放速度及降低生产成本。所述滑石粉与所述双戊烯的重量份数比为0.5-3∶100，优选1.25∶100。此外，为了保证尿素颗粒能够被鼓风机托起形成包膜效果良好的包膜尿素，需限定作为原料的尿素粒径为0.5-5毫米。
按照上述方法制备得到的包膜控释尿素，也属于本发明的保护范围。
本发明以双戊烯作为包膜材料的溶剂生产包膜尿素，与现有的包膜尿素的生产方法相比，具有如下优点：双戊烯是低毒性溶剂，生产中对人的危害低，且双戊烯属二级易燃易爆溶剂，保管要求较低，降低了保管成本；以滑石粉作为包膜添加物，滑石粉比重轻，较易与高分子材料混匀，可有效调控肥料养分的释放情况；使用回收的废旧塑料作为包膜主材，其价格只是新材料价格的三分之一或四分之一，大大降低了肥料的生产成本，使包膜控释尿素能在大田作物上推广应用。
附图说明
图1为包膜控释尿素的生产流程图。
具体实施方式
实施例1、废旧塑料包膜控释尿素的制备
制备工艺流程如图1，包括如下步骤：
(1)取废旧聚乙烯9份加入到100份的双戊烯溶剂中，在反应釜(溶解槽)6中加热至140℃使废旧聚乙烯溶解，形成包覆液；
(2)取2份滑石粉加入到反应釜6中，用搅拌机搅匀；
(3)取125份粒径为1.5毫米±0.3毫米的颗粒尿素从加料口4加入，用鼓风机1产生的风被加热器2加热至110℃将尿素托起，进行循环流动；
(4)将包覆液经压力泵5加压，通过喷嘴7喷涂到尿素表面，同时用热风将溶剂烘干，在颗粒表面形成一层塑料膜，溶剂通过冷凝器8回收再利用；
(5)停机将包好的尿素放出，冷却，得到本发明提供的包膜控释尿素肥料，包膜率为8.09％。
按照GB/T23348-2009中25℃用水静置浸泡试料的测试方法进行测试，测得该包膜尿素中氮素养分释放80％所用的天数是90d。
实施例2、废旧塑料包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备包膜控释尿素，仅作如下更改：将废旧聚乙烯∶滑石粉∶尿素和双戊烯的重量份数比改为9∶2∶125∶100，加热溶解温度为150℃，最后得到包膜率为8.09％的包膜控释尿素。
按照GB/T23348-2009中25℃用水静置浸泡试料的测试方法进行测试，测得该包膜尿素中氮素养分释放80％所用的天数是80d。
实施例3、废旧塑料包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备包膜控释尿素，仅作如下更改：取废旧聚乙烯∶废旧聚苯乙烯∶滑石粉∶尿素和双戊烯的重量份数比改为8∶3∶2∶125∶100，加热溶解温度为150℃，最后得到包膜率为9.42％的包膜控释尿素。
按照GB/T23348-2009中25℃用水静置浸泡试料的测试方法进行测试，测得该包膜尿素中氮素养分释放80％所用的天数是120d。
实施例4、废旧塑料包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备包膜控释尿素，仅作如下更改：将废旧聚丙烯∶废旧聚苯乙烯∶滑石粉∶尿素和双戊烯的重量份数比改为8∶3∶0.5∶125∶100，加热溶解温度为150℃，最后得到包膜率为8.42％的包膜控释尿素。
按照GB/T23348-2009中25℃用水静置浸泡试料的测试方法进行测试，测得该包膜尿素中氮素养分释放80％所用的天数是90d。
实施例5、废旧塑料包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备包膜控释尿素，仅作如下更改：将废旧聚乙烯∶废旧聚丙烯∶废旧聚苯乙烯∶滑石粉∶尿素和双戊烯的重量份数比改为6∶6∶3∶3∶125∶100，加热溶解温度为150℃，最后得到包膜率为12.59％的包膜控释尿素。
按照GB/T23348-2009中25℃用水静置浸泡试料的测试方法进行测试，测得该包膜尿素中氮素养分释放80％所用的天数是200d。
实施例6、废旧塑料包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备包膜控释尿素，仅作如下更改：将废旧聚乙烯∶废旧聚丙烯∶废旧聚苯乙烯∶滑石粉∶尿素和双戊烯的重量份数比改为1.5∶1.5∶0.5∶0.5∶125∶100，加热溶解温度为145℃，最后得到包膜率为3.10％的包膜控释尿素。
按照GB/T23348-2009中25℃用水静置浸泡试料的测试方法进行测试，测得该包膜尿素中氮素养分释放80％所用的天数是30d。
实施例7、废旧塑料包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备包膜控释尿素，仅作如下更改：将废旧聚乙烯∶废旧聚丙烯∶废旧聚苯乙烯∶滑石粉∶尿素和双戊烯的重量份数比改为4∶4∶2∶1.5∶125∶100，加热溶解温度为150℃，最后得到包膜率为8.26％的包膜控释尿素。
按照GB/T23348-2009中25℃用水静置浸泡试料的测试方法进行测试，测得该包膜尿素中氮素养分释放80％所用的天数是60d。
将上述实施例1-7制备所得包膜控释尿素采用GB/T23348-2009中25℃用水静置浸泡试料的测试方法，测定肥料的溶出速率，结果如表1所示。
表1、包膜尿素的溶出率(％)
| 样品 | 第1d氮素养分累计释放率(％) | 第3d氮素养分累计释放率(％) | 第7d氮素养分累计释放率(％) | 第30d氮素养分累计释放率(％) | 第60d氮素养分累计释放率(％) | 第80d氮素养分累计释放率(％) | 第90d氮素养分累计释放率(％) | 第120d氮素养分累计释放率(％) | 第200d氮素养分累计释放率(％) |
| 1 | 2.21 | 5.58 | 7.36 | 51.12 | 60.11 | 71.33 | 79.45 | - | - |
| 2 | 1.52 | 3.61 | 7.34 | 32.61 | 58.47 | 80.23 | - | - | - |
| 3 | 1.11 | 2.53 | 5.69 | 20.21 | 42.31 | 53.36 | 61.37 | 81.20 | - |
| 4 | 1.01 | 3.69 | 8.56 | 30.54 | 55.98 | 74.36 | 81.20 | - | - |
| 5 | 0.51 | 1.32 | 3.56 | 13.69 | 26.87 | 35.21 | 38.98 | 51.36 | 80.31 |
| 6 | 4.21 | 9.54 | 19.97 | 79.56 | - | - | - | - | - |
| 7 | 2.36 | 4.69 | 10.56 | 43.69 | 80.37 | - | - | - | - |
由表1可知，本发明提供的包膜控释尿素能很好地控制氮素养分的释放，效果良好。
Claims (9)
1.一种生产包膜控释尿素的方法，包括如下步骤：将包膜材料加热溶解在有机溶剂中形成包覆液，然后将所述包覆液和滑石粉混匀后喷涂在尿素表面，干燥，得到所述包膜控释尿素；其特征在于：所述有机溶剂为双戊烯；
所述包膜材料与所述双戊烯的重量份数比为3-18∶100；
所述尿素与所述双戊烯的重量份数比为110-130∶100；
所述滑石粉与所述双戊烯的重量份数比为0.5-3∶100；
所述包膜材料为废旧塑料；
所述溶解步骤中，温度为140-150℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述包膜材料与所述双戊烯的重量份数比为下述比例a-比例1中的任意一个：
比例a：9∶100，
比例b：11∶100，
比例c：12∶100，
比例d：3.5∶100，
比例e：10∶100，
比例f：3.5-9∶100，
比例g：3.5-10∶100，
比例h：3.5-11∶100，
比例i：3.5-12∶100，
比例j：10-12∶100，
比例k：10-11∶100，
比例l：11-12∶100。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溶解步骤中，温度为145℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述尿素与所述双戊烯的重量份数比为125∶100。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述废旧塑料选自下述材料a-材料f中的任意一种：
材料a：废旧聚乙烯；
材料b：废旧聚丙烯，
材料c：废旧聚乙烯和废旧聚丙烯的混合物，
材料d：废旧聚乙烯和废旧聚苯乙烯的混合物，
材料e：废旧聚丙烯和废旧聚苯乙烯的混合物，
材料f：废旧聚乙烯、废旧聚丙烯和废旧聚苯乙烯的混合物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述材料d中，所述废旧聚乙烯和废旧聚苯乙烯的重量份数比为8∶3；
所述材料e中，所述废旧聚丙烯和所述废旧聚苯乙烯的重量份数比为8∶3；
所述材料f中，所述废旧聚乙烯、所述废旧聚丙烯和所述废旧聚苯乙烯的重量份数比选自下述组分I-组分III中的任意一种：
组分I：6∶6∶3，组分II：1.5∶1.5∶0.5，组分III：4∶4∶2。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述滑石粉与所述双戊烯的重量份数比为1.25∶100。
8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于：所述尿素的粒径为0.5-5毫米。
9.权利要求1-8任一所述方法制备得到的包膜控释尿素。
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