一种包膜控释肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种包膜控释肥,具体涉及一种包膜控释肥及其制备方法。
背景技术
缓/控释肥料(Slow/Controlled Release Fertilizers,CRFs)是结合现代植物营养与施肥理论和控制释放高新技术,并考虑作物营养需求规律,采取某种调控机制技术延缓或控制肥料在土壤中的释放期与释放量,使其养分释放模式与作物养分吸收相协调或同步的新型肥料。
国际肥料工业协会按照制作过程将缓释和控释肥分成两大类。一类是尿素和醛类的缩合物,这类被称为缓效或缓释肥料;另一类是包膜肥料,被称为控释肥料。
国外多年的研究资料和大量文献以及我们几年来的研究结果表明,真正意义上的控释肥,即肥料的养分释放率与作物养分吸收相同步,应该是包膜肥料。
包膜控释肥的包衣材料分为两类:
一类是热固性树脂(Thermosetting resin),主要包括聚氨酯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、尿素树脂、密胺树脂、硅树脂等。其中以醇酸树脂、聚氨脂、环氧树脂三种包衣材料最为常见。最早的控释肥就是Scotts公司的Osmocote,目前依然是全球控释肥的第一品牌。目前开发的产品中以聚氨脂材料最为常见,因为聚氨脂材料经济,生产速度快,可以做到完全降解,符合环保要求。
第二类为热塑性树脂(Thermoplastic resin),主要是聚烯烃类的,包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等,这些材料的包衣工艺必须是溶剂型,基本材料流化床的包衣工艺,溶剂一般是四氯乙烯、松香等。日本是热塑性包衣技术的发源地,代表的品牌为Nutricote。中国现在绝大部分控释肥技术是和日本技术基本相似,比如金正大。溶剂型技术除了包衣成本高、污染环境、生产速度、降解差外,还有非常致命的缺陷就是肥料的释放非常不稳定,主要的特点是初始释放非常快(主要表面缺陷引起),后期释放又很慢造成的曲线是先快后慢,刚好和植物喜欢的S曲线相反。热塑性控释肥材料对温度不敏感,温度的升降对养分的释放影响幅度较小,主要的原因是膜孔不容易膨胀。
因此,急需一种可以解决包膜控释肥的释放速度问题的肥料。
硅砂,是石英砂,俗称硅砂,是铸造生产中造型(芯)用最基本的材料。
目前仅有石英砂在控释肥方面的应用,即CN200410050221.6(公开号为CN1587235A),该专利公开了一种包膜控释草坪专用肥料,其特征是包膜层的投料组分及重量比例如下:聚乙烯醇16.2-16.8、淀粉9-9.9、氮肥控释粉剂0.05-0.2、硫酸铜或硫酸锌粉体0.05、石英砂粉体6-6.6、水66.45-68.55,其制备方法为:聚乙烯醇溶于水;玉米淀粉加水,熟化;将聚乙烯醇的溶液加入玉米糊化液中,加入氮肥、硫酸铜或硫酸锌和石英砂粉体,搅拌筛分,抛光。其中,养分控释是以聚乙烯醇和玉米淀粉形成吸水溶胀膜层,通过灌水扩张膜层孔度,控制氮磷钾养分释放;而其中的石英砂粉体是用于改善膜的物理性状,提高自制草坪专用肥或其他肥料颗粒的抗压碎性能。
普通的复合缓释肥N、P、K的比例是一定的,但是植物生长的过程中对这三种肥的需求是变化的,这就造成了普通复合缓释肥的浪费,降低了肥料的利用率,目前,亟需一种可以没有见到硅砂在包膜控释肥的其他报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种包膜控释肥。
本发明提供一种包膜控释肥,其原料含有以下成分:硅砂、A成分、B成分、C成分和外加粘结剂,所述A成分、B成分、C成分分别为含有氮、磷、钾肥料不同成分的组合。
具体的,所述原料含有以下重量份的成分:硅砂5份、A成分0.5-1.5份、B成分0.5-1.5份、C成分1.0-2.5份、外加粘结剂0.05-0.5份。
优选地,所述原料含有以下重量份的成分:硅砂5份、A成分0.55-1.3份、B成分0.55-1.3份、C成分1.05-2.3份、外加粘结剂0.1-0.3份。
上述包膜控释肥中:
所述重量份可以是μg、mg、g、kg等医药领域公知的重量单位,也可以是其倍数,如1/10、1/100、10倍、100倍等;
所述硅砂,又名二氧化硅、原砂或石英砂,是以石英为主要矿物成分的耐火颗粒物,其粒径范围是20-40目;
所述A成分为尿素与内加粘结剂按照重量比为0.5-1:0.03-0.5组成的混合物,优选为0.5-1:0.05-0.3;
所述B成分为氯化钾与内加粘结剂按照重量比为0.5-1:0.03-0.5组成的混合物,优选为0.5-1:0.05-0.3;
所述C成分为磷酸二铵、过磷酸钙与内加粘结剂按照重量比为0.5-1:0.5-1:0.03-0.5组成的混合物,优选为0.5-1:0.5-1:0.05-0.3;
所述内加粘结剂为海藻酸钠、瓜胶或硅胶,其中瓜胶为液体,其折算后瓜胶固体的用量实际为0.01-0.05份,与海藻酸钠的用量接近,而硅胶的用量较多,为0.1-0.3份;优选为海藻酸钠;
所述外加粘结剂为聚乙烯醇,在使用时可制成10-20%的水溶液。
本发明还提供了一种制备上述包膜控释肥的方法,该方法包括以下步骤:将硅砂与A成分、B成分、C成分中的任意一种混砂,加入30-35%的外加粘结剂;再依次加入剩余成分中的两种的一种混砂,再加入30-35%的外加粘结剂;然后再加入剩余的一种成分混砂,再加入剩余的外加粘结剂,混砂,烘干,即得。
上述方法中:所述内加粘结剂或外加粘结剂为固体的,需要制成水溶液,如内加粘结剂制成1-5%的水溶液,外加粘结剂制成10-20%的水溶液;
混砂时间为4-6分钟;
烘干的温度为20-35℃,不宜过高。
本发明还提供了上述包膜控释肥在制备农作物肥料方面的应用。
本发明提供的包膜控释肥具有以下优点:
传统的缓释肥肥料单一,或氮、磷、钾溶出速率基本相同,互相有影响,在植物生长各个阶段,植物不需要的某种养分被浪费,降低了肥料的利用率。与现有缓释肥相比,本发明提供的包膜控释肥中氮、磷、钾肥分层包裹,可根据植物生长过程对肥料需求的不同,释放不同的肥料,以满足植物生长的需要;另外,除了具有控释肥料外,还具有吸水保水的效果。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
粘结剂为固体成分时,使用时通常先配制成水溶液,如海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液,其中:
所述5%海藻酸钠溶液是指将50g的海藻酸钠溶于1L的水中,所述1L浓度为5%的海藻酸钠溶液中含50g海藻酸钠。
所述20%的聚乙烯醇水溶液是指将200g的聚乙烯醇溶于1L的水中,所述1L浓度为20%的聚乙烯醇水溶液中含200g聚乙烯醇;
所述瓜胶市场购买时,其为混合好的溶液,以1%瓜胶溶液1L为例,其内容物为10g瓜胶。
实施例1-6:包膜控释肥
1、原料:见表1
表1:各实施例的原料配比
2、制备方法:
方法一:
1)分别将A成分、B成分、C成分三种成分混匀,备用;
2)将硅砂和A放入混砂机中,混砂2分钟后,加入20%的聚乙烯醇溶液0.3L(相当于外加粘结剂的30%);
3)将B加入到步骤2)的混砂机中混砂2分钟,加入20%的聚乙烯醇溶液0.3L(相当于外加粘结剂的30%);
4)将C成分加入到步骤3)的混砂机中混砂2分钟,加入20%的聚乙烯醇溶液0.4L(相当于外加粘结剂的40%),取出,30℃烘干。
方法二:
1)分别将A成分、B成分、C成分三种成分混匀,备用;
2)将硅砂和B成分放入混砂机中,混砂3分钟后,加入20%的聚乙烯醇溶液0.33L(相当于外加粘结剂的33%);
3)将C成分加入到步骤2)的混砂机中混砂2分钟,加入20%的聚乙烯醇溶液0.33L(相当于外加粘结剂的33%)。
4)将A成分加入到步骤3)的混砂机中混砂3分钟,加入20%的聚乙烯醇溶液0.34L(相当于外加粘结剂的34%),取出,30℃烘干。
方法三:
1)分别将A成分、B成分、C成分三种成分混匀,备用;
2)将硅砂和C成分放入混砂机中,混砂3分钟后,加入20%的聚乙烯醇溶液0.35L(相当于外加粘结剂的35%);
3)将A成分加入到步骤2)的混砂机中混砂2分钟,加入20%的聚乙烯醇溶液0.3L(相当于外加粘结剂的30%)。
4)将B成分加入到步骤3)的混砂机中混砂3分钟,加入20%的聚乙烯醇溶液0.35L(相当于外加粘结剂的35%),取出,30℃烘干。
方法四:
1)分别将A成分、B成分、C成分三种成分混匀,备用;
2)将硅砂和B成分放入混砂机中,混砂3分钟后,加入20%的聚乙烯醇溶液0.3L(相当于外加粘结剂的30%);
3)将C成分加入到步骤2)的混砂机中混砂2分钟,加入20%的聚乙烯醇溶液0.3L(相当于外加粘结剂的30%)。
4)将A成分加入到步骤3)的混砂机中混砂3分钟,加入20%的聚乙烯醇溶液0.4L(相当于外加粘结剂的40%),取出,30℃烘干。
以上实施例1-5可采用上述任意方法进行制备。
对比例1:常规包膜控释肥
按照南京理工大学刘媛媛的硕士论文《新型包膜缓释肥的研制及其性能研究》中下标页为第11-12页(合计为20-21页)公开的缓释肥A的组成及其制备方法制备对比例1,其中:
1、原料:硝酸铵58%,尿素25%,水9%,油类物质(石油裂解产品)4%、乳化剂4%。
2、制备方法包括水相的制备、油相的制备、缓释肥料的制备,具体为:
1)水相的制备:将硝酸铵、尿素及水混合加热溶解,溶液温度控制在110-120℃;
2)油相的制备:在自制的容器中,将油类物质加入乳化剂后,加热混溶搅拌均匀,温度控制在110-120℃;
3)缓释肥料的制备:将已经溶解好的水相溶液在30s内加入盛有上诉油相的装置B部分中,置于油浴郭内,控制油浴郭的温度为110-120℃,开启搅拌器,同时搅拌,搅拌速度为1200r/min,6min后形成乳胶基质。
实验例1:养分的释放速度检测
1、对实施例1-5和对比例1、对比例2(CN200410050221.6(公开号为CN1587235A)的实施例1)提供的包膜控释肥进行释放速度检测,其中,实施例1-5的制备方法依次为方法一、方法二、方法三、方法四和方法一,具体检测方法为:
100克缓释肥溶于500ml水中,每隔一周测水中各养分的浓度,计算各养分溶出质量,与100克缓释肥中应包含的每个养分的质量比值(百分数),其中氮肥采用凯式定氮法检测,磷肥采用磷钼蓝比色法检测,钾肥采用四苯硼钠比浊法检测。
2、结果见表1-7:
表1:实施例1的养分释放速度
|
一周 |
两周 |
三周 |
四周 |
五周 |
六周 |
P(%) |
17 |
56 |
95 |
100 |
100 |
100 |
K(%) |
0 |
17 |
58 |
79 |
100 |
100 |
N(%) |
0 |
2 |
15 |
45 |
95 |
100 |
表2:实施例2的养分释放速度
|
一周 |
两周 |
三周 |
四周 |
五周 |
六周 |
N(%) |
25 |
58 |
93 |
100 |
100 |
100 |
P(%) |
0 |
7 |
43 |
79 |
100 |
100 |
K(%) |
0 |
2 |
15 |
47 |
96 |
100 |
表3:实施例3的养分释放速度
|
一周 |
两周 |
三周 |
四周 |
五周 |
六周 |
K(%) |
35 |
58 |
76 |
99 |
100 |
100 |
N(%) |
3 |
18 |
52 |
79 |
100 |
100 |
P(%) |
0 |
2 |
26 |
49 |
96 |
100 |
表4:实施例4的养分释放速度
|
一周 |
两周 |
三周 |
四周 |
五周 |
六周 |
N(%) |
45 |
74 |
86 |
99 |
100 |
100 |
P(%) |
0 |
17 |
52 |
89 |
100 |
100 |
K(%) |
0 |
13 |
29 |
49 |
97 |
100 |
表5:实施例5的养分释放速度
|
一周 |
两周 |
三周 |
四周 |
五周 |
六周 |
P(%) |
7 |
32 |
65 |
93 |
100 |
100 |
K(%) |
0 |
2 |
47 |
69 |
98 |
100 |
N(%) |
0 |
2 |
17 |
48 |
95 |
100 |
表6:对比例1的养分释放速度
|
一周 |
两周 |
三周 |
四周 |
五周 |
六周 |
N(%) |
0 |
6 |
35 |
98 |
100 |
100 |
表7:对比例2的养分释放速度
|
一周 |
两周 |
三周 |
四周 |
五周 |
六周 |
P(%) |
6 |
68 |
100 |
100 |
100 |
100 |
K(%) |
2 |
47 |
96 |
100 |
100 |
100 |
N(%) |
3 |
56 |
98 |
100 |
100 |
100 |
表1-7结果显示:实施例1-5中养分分层释放,包围在外层的肥料在第5周时释放完全,而在里面的肥料随着外层肥料的释放也随之缓慢释放,并在第5、6周后释放完全;而现有缓释肥如对比例1、2中氮、磷、钾同时释放,且在第四周,基本释放完全。
结果表明:传统的缓释肥肥料单一,或氮、磷、钾溶出速率基本相同,互相有影响,在植物生长各个阶段,植物不需要的某种养分被浪费,降低了肥料的利用率。与现有缓释肥相比,本发明提供的包膜控释肥用氮、磷、钾肥分层包裹,能根据植物生长过程的不同,释放不同的肥料,互相之间不影响,以满足植物生长的需要;另外,除了具有控释肥料外,还具有吸水保水的效果。
虽然,上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验,对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。