CN107188672A - 一种二聚酸基环氧树脂包膜控释肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二聚酸基环氧树脂包膜控释肥料及其制备方法，先将二聚酸和环氧化试剂反应制得二聚酸衍生物，然后将二聚酸衍生物、改性剂、酸酐类化合物和催化剂按不同比例混合均匀后制得包膜液，接着将包膜液少量多次地喷涂到肥料颗粒表面上，在60‑90℃下固化约5分钟后，即可制得二聚酸基环氧树脂包膜控释肥料。本发明以二聚酸为主要膜材料，其资源可再生，来源广泛，价格低廉，而且膜材料在土壤中可自行降解，绿色环保。

Description

一种二聚酸基环氧树脂包膜控释肥料及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种二聚酸基环氧树脂包膜控释肥料及其制备方法，属于控释肥料生产领域。

(二)背景技术

化学肥料作为农业发展的重要生产资料，随着人类粮食需求的不断增加，化肥用量也在日益增长。但是目前，我国的氮肥利用率非常低，资源浪费以及环境污染等问题十分严重。经研究和大量试验基地示范证明，包膜控释肥料可以大幅度提高肥料养分的利用率，有利于节约肥料资源和保护生态环境，改善作物的生长发育状况，提高作物的产量和品质，最大限度地实现化肥产业的绿色环保型发展。目前，大多数包膜材料的主要成分是石油化工产品，石油化工产品的高价格和不断枯竭的石油资源以及施入土壤后难降解等问题，严重阻碍了包膜控释肥的可持续发展。因此，国内外迫切需要一种原料可再生、制备工艺简单、易降解、控释效果好的包膜控释肥料，以便在农业生产中大面积推广应用。

中国专利文件CN103342910A(申请号：201310237033.3)公开了一种可降解光固化包膜材料及其在包膜缓/控释肥料中的应用；它按重量百分比计包括：50～90％的改性植物油预聚物、5～45％的活性稀释剂和1～5％的光引发剂。利用可降解光固化包膜材料制备包膜缓/控释肥料的方法，包括以下步骤：将上述的可降解光固化包膜材料均匀喷涂到颗粒肥料表面；然后经紫外光辐照固化，得到包膜缓/控释肥料。但是，该包膜材料采用光引发剂不仅成本高，而且环境不友好。中国专利文件CN 103304772A(申请号：201310261558.0)公开了一种植物油基聚氨酯包膜、控释肥料及其制备方法，所述植物油基聚氨酯包膜控释肥料制备方法包括如下步骤：1)将所述颗粒肥料进行预热；2)将所述含有2-6个羟基的植物油多元醇和至少含有两个异氰酸根基团的异氰酸酯加热并混合均匀后形成植物油基聚氨酯包膜液；3)将所述植物油基聚氨酯包膜液喷涂在预热后的肥料颗粒表面上；待所述植物油基聚氨酯包膜液固化后重复喷涂所述植物油基聚氨酯包膜液2-10次，得到所述植物油基聚氨酯包膜控释肥料。但是，该包膜材料的控释效果不佳。

二聚酸是由十八碳的不饱和脂肪酸聚合而成的聚合物，资源可再生，来源广泛，价格低廉。二聚酸结构上具有较多活性基团，而且分子链较长，所以制得的二聚酸基环氧树脂具有成膜性好、强度高、韧性强的特点，而且膜材料在土壤中可自行降解，绿色环保。因此，利用二聚酸为主要原料，制备二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，具有广阔的市场前景。

综上，目前的包膜材料吸水性较强，导致其耐水性较差，养分释放效果不佳。因此，利用可再生资源制备可降解、控释效果优良的包膜控释肥，具有重要意义。

(三)发明内容

针对现有技术的不足，尤其是现有的易降解包膜材料耐水性较差，强度较低等问题。本发明提供一种原料可再生、养分控释效果优异、价格低廉、制备工艺简单、残膜易降解，适合于快速大批量生产的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥及制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，包括包膜材料和肥料颗粒，所述的包膜材料包括如下质量份的原料组成：

二聚酸衍生物40-60份、改性剂30-50份、酸酐类化合物9-15份和催化剂1-3份。

根据本发明，优选的，所述的二聚酸衍生物包括如下质量份的原料反应制得：

二聚酸100-200份、环氧化试剂100-200份和催化剂1-3份；

优选的，所述的环氧化试剂是环氧氯丙烷、环氧丙烷或/和环氧乙烷。

根据本发明，所述的包膜材料制备使用的催化剂和二聚酸衍生物制备使用的催化剂相同。优选的，所述的催化剂为苄基三乙基氯化铵、二月桂酸二丁基锡、一甲基咪唑或二甲基吡啶。

根据本发明，优选的，所述的二聚酸衍生物按如下方法制备得到：

将100-200份二聚酸、100-200份环氧化试剂和1-3份催化剂混合均匀后，在110-130℃下反应1-3小时后，冷却至50-70℃，加入氢氧化钠和氧化钙反应2-4小时，抽滤，滤液旋转蒸发后即得二聚酸衍生物；

优选的，所述的氢氧化钠或氧化钙的添加量是二聚酸质量的10-20％。

根据本发明，优选的，所述的改性剂是双酚A二缩水甘油醚、环氧树脂E44或/和环氧树脂E51。

根据本发明，优选的，所述的酸酐类化合物是马来酸酐、六氢苯酐或/和丁二酸酐。

根据本发明，优选的，所述的肥料颗粒粒径为2-5mm；

优选的，所述的肥料颗粒为尿素、硫酸铵、磷酸氢二铵、氯化钾、硝酸铵、磷酸二氢铵、NPK复合肥、硝酸磷肥、碳酸氢铵、硫酸钾或硝酸钾。

根据本发明，优选的，所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥中，包膜材料重量占二聚酸基环氧树脂包膜控释肥总重量的5.0-10.0％。

根据本发明，所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥的制备方法，包括步骤如下：

将二聚酸衍生物、改性剂、酸酐类化合物和催化剂混合均匀后制得包膜液，然后将包膜液喷涂到肥料颗粒表面，在60-90℃下固化，即得二聚酸基环氧树脂包膜控释肥。

根据本发明控释肥的制备方法，优选的，包膜液分多次喷涂，每次喷涂的量要少，喷涂均匀。

本发明的有益效果：

1.本发明中的包膜材料以二聚酸为主要原料，资源可再生，来源广泛，成本低，而且二聚酸基环氧树脂包膜材料耐水性优良。

2.本发明可通过调节包膜材料的配方和肥料的包膜率，进而调节控释肥的养分释放期，从而可以满足不同植物生长的需要。

3.本发明以二聚酸为主要原料制备的包膜控释肥，在养分释放完后，残留在土壤中的膜壳可自行降解，绿色环保。

(四)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

实施例1：

将100g二聚酸、170g环氧氯丙烷和2g苄基三乙基氯化铵分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在120℃下反应2小时后，冷却至60℃，加入10g氢氧化钠和15g氧化钙反应3小时，抽滤，旋转蒸发后即得二聚酸衍生物。接着将4.33g二聚酸衍生物、3.54g E44、0.87g马来酸酐和0.27g一甲基咪唑混合均匀后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。约5分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T 4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为85天。

实施例2：

将140g二聚酸、170g环氧氯丙烷和3g二月桂酸二丁基锡分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在120℃下反应2小时后，冷却至60℃，加入15g氢氧化钠和20g氧化钙反应3小时，抽滤，旋转蒸发后即得二聚酸衍生物。接着将4.63g二聚酸衍生物、3.67g E44、0.85g马来酸酐和0.22g一甲基咪唑混合均匀后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。约5分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T 4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为65天。

实施例3：

将120g二聚酸、150g环氧丙烷和1g苄基三乙基氯化铵分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在120℃下反应2小时后，冷却至60℃，加入15g氢氧化钠和15g氧化钙反应3小时，抽滤，旋转蒸发后即得二聚酸衍生物。接着将4.83g二聚酸衍生物、3.55g双酚A二缩水甘油醚、0.88g六氢苯酐和0.25g一甲基咪唑混合均匀后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。约5分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T 4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为90天。

实施例4：

将100g二聚酸、200g环氧氯丙烷和3g苄基三乙基氯化铵分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在120℃下反应2小时后，冷却至60℃，加入15g氢氧化钠和15g氧化钙反应3小时，抽滤，旋转蒸发后即得二聚酸衍生物。接着将4.78g二聚酸衍生物、3.44g双酚A二缩水甘油醚、1.02g马来酸酐和0.24g一甲基咪唑混合均匀后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。约5分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复4次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的7％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T 4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为152天。

实施例5：

将150g二聚酸、150g环氧氯丙烷和3g苄基三乙基氯化铵分别加入反应釜中搅拌使其混合均匀，然后在120℃下反应2小时后，冷却至60℃，加入20g氢氧化钠和20g氧化钙反应3小时，抽滤，旋转蒸发后即得二聚酸衍生物。接着将4.33g二聚酸衍生物、3.27g E44、0.81g丁二酸酐和0.20g二甲基吡啶混合均匀后迅速喷涂到转鼓中已预热到60-90℃的500g大颗粒尿素颗粒表面。约5分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复6次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的9％左右。根据《缓释肥料》(GB/T 23348-2009)国家标准和《控释肥料》(HG/T 4215-2011)行业标准进行测试，此肥料在25℃水或土壤中，养分控制释放时间约为210天。

Claims (10)

1.一种二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，包括包膜材料和肥料颗粒，其特征在于，所述的包膜材料包括如下质量份的原料组成：

二聚酸衍生物40-60份、改性剂30-50份、酸酐类化合物9-15份和催化剂1-3份。

2.根据权利要求1所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的二聚酸衍生物包括如下质量份的原料反应制得：

二聚酸100-200份、环氧化试剂100-200份和催化剂1-3份。

3.根据权利要求2所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的环氧化试剂是环氧氯丙烷、环氧丙烷或/和环氧乙烷。

4.根据权利要求1或2所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的催化剂为苄基三乙基氯化铵、二月桂酸二丁基锡、一甲基咪唑或二甲基吡啶。

5.根据权利要求1所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的二聚酸衍生物按如下方法制备得到：

将100-200份二聚酸、100-200份环氧化试剂和1-3份催化剂混合均匀后，在110-130℃下反应1-3小时后，冷却至50-70℃，加入氢氧化钠和氧化钙反应2-4小时，抽滤，滤液旋转蒸发后即得二聚酸衍生物。

6.根据权利要求5所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的氢氧化钠或氧化钙的添加量是二聚酸质量的10-20％。

7.根据权利要求1所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的改性剂是双酚A二缩水甘油醚、环氧树脂E44或/和环氧树脂E51；

优选的，所述的酸酐类化合物是马来酸酐、六氢苯酐或/和丁二酸酐。

8.根据权利要求1所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的肥料颗粒粒径为2-5mm；

优选的，所述的肥料颗粒为尿素、硫酸铵、磷酸氢二铵、氯化钾、硝酸铵、磷酸二氢铵、NPK复合肥、硝酸磷肥、碳酸氢铵、硫酸钾或硝酸钾。

9.根据权利要求1所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥，其特征在于，所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥中，包膜材料重量占二聚酸基环氧树脂包膜控释肥总重量的5.0-10.0％。

10.权利要求1所述的二聚酸基环氧树脂包膜控释肥的制备方法，包括步骤如下：

将二聚酸衍生物、改性剂、酸酐类化合物和催化剂混合均匀后制得包膜液，然后将包膜液喷涂到肥料颗粒表面，在60-90℃下固化，即得二聚酸基环氧树脂包膜控释肥。