CN107652134A - 一种缓控释肥料包膜剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业生物技术领域，具体而言，涉及一种缓控释肥料包膜剂及其制备方法。所述缓控释肥料包膜剂，主要由以下原料制得：以重量份数计，普鲁兰多糖17－22份、聚天门冬氨酸14－19份、木质素12－17份、甲基纤维素7－12份、玉米油11－14份、水29－35份、硫酸0.5－0.8份。本发明的缓控释肥料包膜剂，适用于各类颗粒肥料的薄膜，逐渐分解释放肥料的氮、钾元素等，大幅度提高肥料利用率无毒，无二次污染，不损害植物和土壤环境；与肥料农药结合后，不影响肥﹑药质量和基本性能；也不会由于浓度过高对作物造成危害，可以作基肥一次施用，简化了农业种植和耕作方式，降低成本，农业劳动生产效率得到更大的提高。

Description

一种缓控释肥料包膜剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及农业生物技术领域，具体而言，涉及一种缓控释肥料包膜剂及其制备方法。

背景技术

近年来，我国化肥施用回报率呈明显下降趋势，化肥的报酬率严重的递减，并且，每年因盲目过量施肥造成的直接经济损失平均每公顷达650元。由于连年大量施肥，特别是不平衡与不合理施肥，一些负面效应也逐渐显现出来，如水体富营养化、土壤板结、蔬菜和水果口感变差、疾病发生率增高、能源严重浪费等现象。据统计，我国化肥平均利用率只有35％，与发达国家相比，化肥利用率要低20％左右。化肥利用率低因素很多，除农业上，过量施肥、平衡施肥等因素外，很大程度上是肥料生产技术落后。我国每年因肥料利用率低，造成的浪费直接经济损失约300亿元，相当于2000多万吨化肥，等于标准煤6000万吨。

我国农田化学氮肥的利用率只有30％至35％，而大部分氮素以各种形式进入到大气和水环境，由于氮肥过量使用，未被植物吸收的部分，通过地表径流、淋洗和蒸发等导致了一系列环境问题。中国科学院南京土壤研究所的研究显示，每年我国有123.5万吨氮通过地表水径流到江河湖泊，49.4万吨进入地下水，299万吨进入大气。长江、黄河和珠江每年输出的溶解态无机氮达到97.5万吨，其中90％来自农业，而氮肥占了50％。土壤中肥料流失进入水源在环境污染中称为“农业面源污染”。

随着化肥的大量使用，其利用率不断降低已是众所周知的事实。这说明，仅靠大量增施化肥来提高作物产量是有限的，并且还有污染环境等一系列的问题。农艺措施对提高氮肥的利用率有一定作用，但解决不了根本问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种缓控释肥料包膜剂，所述的缓控释肥料包膜剂适用于各类颗粒肥料的包膜，经过所述包膜剂包膜的颗粒肥料可根据作物的需肥特点逐渐分解，氮、钾元素缓慢的释放出来，满足作物整个生育期对氮素的需求，减少了氮素的淋失、挥发及反硝化作用所引起的损失，可减少肥料施用量，降低成本，增加农民收益，农业劳动生产效率得到更大的提高。

本发明的第二目的在于提供一种所述的缓控释肥料包膜剂的制备方法，该方法简单，易于操作，操作条件温和，生产成本低，可大量生产提高农业劳动生产效率。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种缓控释肥料包膜剂，主要由以下原料制得：以重量份数计，普鲁兰多糖17－22份、聚天门冬氨酸14－19份、木质素12－17份、甲基纤维素7－12份、玉米油11－14份、水29－35份、硫酸0.5－0.8份。

本发明的缓控释肥料包膜剂，适用于各类颗粒肥料的薄膜，经过所述包膜剂包膜的颗粒肥料可根据作物的需肥特点逐渐分解，氮、钾元素缓慢的释放出来，满足作物整个生育期对氮素的需求，减少了氮素的淋失、挥发及反硝化作用所引起的损失，无毒，无二次污染，不损害植物和土壤环境；集吸收和缓慢释放水﹑肥﹑药为一体；兼有松土保墒、通气透水、促生长等诸多功能；与肥料农药结合后，不影响肥﹑药质量和基本性能；也不会由于浓度过高对作物造成危害，同时可以作基肥一次施用，节省了劳力，并且解决了密植情况下后期追肥的困难，简化了农业种植和耕作方式，大幅度提高肥料利用率，在同种作物同等产量水平上可节约资源，减少肥料施用量，降低成本，增加农民收益，农业劳动生产效率得到更大的提高。

普鲁兰多糖是一种由出芽短梗霉发酵所产生的类似葡聚糖、黄原胶的胞外水溶性粘质多糖，该多糖在结构上富有弹性，成膜性、阻气性、可塑性、粘性均较强，并且易溶于水，无毒无害、无色无味。在本发明中作为被膜剂，形成连续的保护层，可防止微生物入侵，抑制水分蒸发，吸收和调节呼吸作用，实现缓控释作用。

聚天门冬氨酸是一种水溶性仿生聚合物，在本发明的缓控释肥料包膜剂中，能够促进植物对肥料中营养元素的吸收，提高肥药利用率，减少肥药流失导致的地表水及地下水体污染；并且，能够有效提高农作物的产量和品质。此外，聚天门冬氨酸还可以促进植物根系的生长，增强植物的抗逆性。

木质素是一种可再生、可降解且无毒的物质，是具有三维空间结构的复杂无定型高聚物，肥料在木质素内，木质素的立体分子结构的存在延缓了木质素的降解过程，从而使肥料随着木质素的降解而缓慢释放，实现缓控释。由于结构中存在很多极性基团，尤其是较多的羟基，分子内和分子间氢键较强。木质素中含有许多负电基团，且具有多环高分子结构，对土壤中的高价金属离子有较强的亲和力，因而本发明的包膜剂中加入木质素，能够吸附或包裹肥料，实现肥料的缓释。并且，木质素是天然高分子化合物，无毒，能降解，在土壤中可以通过微生物降解生成腐殖酸，可以改善土壤理化性质，提高土壤通透性防止板结。

木质素在与硫酸混合后，木质素会发生一定程度的断裂反应以及缩合反应，反应中生成的酚羟基和羧基具有一定的螯合能力，能与金属离子作用，生成多种螯合物和络合物，实现缓控释。并且，木质素中含有的游离氨经硫酸中和后变成硫酸铵被木质素吸附，成为缓控释肥料的一部分，增加肥效。

木质素具有较大的立体空间分子结构，溶解性及分散性相对较差。甲基纤维素可以作为分散剂和稳定剂，使本发明的缓控释肥料包膜剂分散均匀且稳定。

玉米油能够溶解和乳化包膜有机物质，为成本低，且其与其他几种成分配合，溶解和乳化效果最佳。

优选的，所述缓控释肥料包膜剂，主要由以下原料制得：以重量份数计，普鲁兰多糖19－22份、聚天门冬氨酸14－16份、木质素14－17份、甲基纤维素7－8份、玉米油11－12份、水29－33份、硫酸0.5－0.6份。

优选的，所述硫酸为质量分数为98％的硫酸。

需要说明的在于，本发明的原料配比均是通过大量的创造性实验优化出的较优用量，只有在添加这些原料以及该原料配比前提下才能保证制备出的缓控释肥料包膜剂的缓控释效果好，现有技术中的包膜剂缓控释效果不好，且成分复杂、成本高，不能适用各类肥料。本发明为了提高其缓控释效果及适用广泛性，对原料种类的筛选做了大量的实验，是以提高肥料利用率、增强缓释效果及降低成本为出发点，严格挑选每一种原料，并通过原料之间的相辅相成作用赋予缓控释肥料包膜剂更强的缓控释作用。另外每一个原料的加量相对多与少也是有一定考究的，每个原料合适的用量是非常必要的。通过大量的实践，最终实践出最优添加量使其更加合理。

按照这个配比添加的各原料制得的缓控释肥料包膜剂的效果最佳，肥料营养释放期限可以延长60-80天，可减少每亩地肥料用量，成本低。

优选的，所述水为自来水。本发明的包膜剂制备过程采用的水可选自普通的自来水，制备条件温和，降低严苛度。

本发明还提供了一种缓控释肥料包膜剂的制备方法，包括如下步骤：

将木质素、玉米油、水和硫酸混合搅拌，加热处理；然后加入甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖，混合搅拌后冷却细化，得到缓控释肥料包膜剂。

本发明的缓控释肥料包膜剂的制备方法，先将木质素、玉米油、水和硫酸混合搅拌，将木质素软化降解，生成具有酚羟基和羧基等具有螯合能力的产物；并且，木质素中游离的铵与硫酸中和后生成硫酸铵，被木质素吸附，本身就成为缓控释肥料的一部分，增加肥效。先将木质素软化降解处理后，提高木质素的可分散性能，与后续加入的其他物质也能混合均匀，提高制备得到的包膜剂的均匀稳定性，从而保证缓控释效果。

优选的，将木质素、玉米油、水和硫酸混合搅拌，加热至112-124℃进行反应。

木质素具有三维立体空间分子结构，加热至这一温度范围，使加水的木质素达到玻璃化转变温度，木质素链段及分子链的运动，有助于木质素的软化和降解。

优选的，所述木质素、玉米油、水和硫酸混合搅拌及加热处理的方法包括：将玉米油、1/2-2/3量的水、硫酸加入木质素中，加热至112-124℃，搅拌待木质素充分软化降解后，加入剩余量的水降温，继续混合搅拌。更优选的，依次按照玉米油、1/2-2/3量的水、硫酸的顺序加入木质素中混合搅拌。

优选的，加入剩余量的水降温至45-56℃之间。

优选的，加热至112-124℃，于25-35rpm/min搅拌至木质素充分软化降解；加入剩余量的水降温后，于22-31rpm/min转速搅拌20-25min。更优选的，加热至112-124℃，于30rpm/min搅拌至木质素充分软化降解；加入剩余量的水降温后，于26rpm/min转速搅拌20-25min。

优选的，加入甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖后，于38-46℃混合搅拌。更优选的，加入甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖后，混合搅拌的速率为18-25rpm/min，混合搅拌的时间为40-52min。进一步优选的，加入甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖后，混合搅拌的速率为22rpm/min。

优选的，所述冷却的方法包括：将混合搅拌的物料继续搅拌使温度不高于30℃后，停止搅拌。

优选的，所述细化的细度达到180目。更优选的，所述细化的细度为180-220目。细化的细度控制在前述范围之间，可以使得到的包膜剂分散均匀，以保证包覆于肥料表面后，形成的膜厚度均匀。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的缓控释肥料包膜剂适用于各类颗粒肥料的包膜，经过所述包膜剂包膜的颗粒肥料可根据作物的需肥特点逐渐分解，氮、钾元素缓慢的释放出来，满足作物整个生育期对氮素的需求，减少了氮素的淋失、挥发及反硝化作用所引起的损失；

(2)本发明的缓控释肥料包膜剂无毒，无二次污染，不损害植物和土壤环境；集吸收和缓慢释放水﹑肥﹑药为一体，兼有松土保墒、通气透水、促生长等诸多功能；

(3)本发明的缓控释肥料包膜剂与肥料农药结合后，不影响肥﹑药质量和基本性能；也不会由于浓度过高对作物造成危害，同时可以作基肥一次施用，节省了劳力，并且解决了密植情况下后期追肥的困难，简化了农业种植和耕作方式，大幅度提高肥料利用率，在同种作物同等产量水平上可节约资源，减少肥料施用量，降低成本，增加农民收益，农业劳动生产效率得到更大的提高；

(4)本发明的缓控释肥料包膜剂的制备方法具有方法简单，易于操作，操作条件温和。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例的缓控释肥料包膜剂的原料组成为：

本实施例的缓控释肥料包膜剂的制备方法如下：

1)按上述用量称取木质素，加入体积为1.5立方米的搪瓷反应釜中；

2)按上述用量称取玉米油，加入至步骤1)中的反应釜中；

3)按上述用量称取自来水，加入1/2量的自来水至步骤2)的反应釜中；

4)按上述用量称取硫酸，加入至步骤3)的反应釜中；

5)对上述加入各原料的反应釜加热，使反应釜内反应温度为112℃，同时螺旋搅拌桨对各原料混合搅拌，转速为30rpm/min；

6)待木质素充分软化降解后，加入剩余量的自来水，使反应釜内温度降低至45℃，继续搅拌，螺旋搅拌桨转速为26rpm/min，搅拌时间为25min，得到混合物料；

7)向步骤6)中的混合物料中依次加入上述用量的甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖，继续搅拌，螺旋搅拌桨的转速为22rpm/min，搅拌时间为40min，温度为46℃；

8)将步骤7)得到的混合物料进行冷却，采用在反应釜中边搅拌变冷却的方式，待混合物料温度冷却至30℃左右时停止搅拌；

9)将步骤8)中冷却好的物料通过液体泵输入胶体磨中进行细化，使其细度达到180-220目；

10)取样检验合格后定量包装。

实施例2

本实施例的缓控释肥料包膜剂的原料组成为：

本实施例的缓控释肥料包膜剂的制备方法如下：

1)按上述用量称取木质素，加入体积为1.5立方米的搪瓷反应釜中；

2)按上述用量称取玉米油，加入至步骤1)中的反应釜中；

3)按上述用量称取自来水，加入1/2量的自来水至步骤2)的反应釜中；

4)按上述用量称取硫酸，加入至步骤3)的反应釜中；

5)对上述加入各原料的反应釜加热，使反应釜内反应温度为118℃，同时螺旋搅拌桨对各原料混合搅拌，转速为30rpm/min；

6)待木质素充分软化降解后，加入剩余量的自来水，使反应釜内温度降低至51℃，继续搅拌，螺旋搅拌桨转速为26rpm/min，搅拌时间为23min，得到混合物料；

7)向步骤6)中的混合物料中依次加入上述用量的甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖，继续搅拌，螺旋搅拌桨的转速为22rpm/min，搅拌时间为46min，温度为42℃；

8)将步骤7)得到的混合物料进行冷却，采用在反应釜中边搅拌变冷却的方式，待混合物料温度冷却至30℃左右时停止搅拌；

9)将步骤8)中冷却好的物料通过液体泵输入胶体磨中进行细化，使其细度达到180-220目；

10)取样检验合格后定量包装。

实施例3

本实施例的缓控释肥料包膜剂的原料组成为：

本实施例的缓控释肥料包膜剂的制备方法如下：

1)按上述用量称取木质素，加入体积为1.5立方米的搪瓷反应釜中；

2)按上述用量称取玉米油，加入至步骤1)中的反应釜中；

3)按上述用量称取自来水，加入1/2量的自来水至步骤2)的反应釜中；

4)按上述用量称取硫酸，加入至步骤3)的反应釜中；

5)对上述加入各原料的反应釜加热，使反应釜内反应温度为124℃，同时螺旋搅拌桨对各原料混合搅拌，转速为30rpm/min；

6)待木质素充分软化降解后，加入剩余量的自来水，使反应釜内温度降低至56℃，继续搅拌，螺旋搅拌桨转速为26rpm/min，搅拌时间为20min，得到混合物料；

7)向步骤6)中的混合物料中依次加入上述用量的甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖，继续搅拌，螺旋搅拌桨的转速为22rpm/min，搅拌时间为52min，温度为38℃；

8)将步骤7)得到的混合物料进行冷却，采用在反应釜中边搅拌变冷却的方式，待混合物料温度冷却至30℃左右时停止搅拌；

9)将步骤8)中冷却好的物料通过液体泵输入胶体磨中进行细化，使其细度达到180-220目；

10)取样检验合格后定量包装。

实验例1

为了验证本发明的缓控释肥料包膜剂对肥料的缓控释效果，将本发明的实施例1-3制备出的缓控释肥料包膜剂对复混肥料颗粒进行包覆，具体的，将颗粒肥料放入转鼓包衣机中，在500kg滚动的肥料颗粒表面喷洒包膜剂5kg，同时通热风干燥，至颗粒外形成一层均匀的膜后，得到包膜肥料。分别制备本发明的实施例1-3的包膜剂包覆的包膜肥料，测试包膜肥料的缓控释效果，其具体测试结果如下表1。

其中，所述缓控释特性的具体检验方法为：取10g上述包膜肥料放入100目的尼龙纱网做成的小袋中，封口后，将小袋放入250mL玻璃瓶中，加入200mL水，加密封盖，置于25℃的生化恒温培养箱中，取样时间为24h、3d、7d、14d、28d、42d、56d、84d、112d、140d、168d及以后取样的时间间隔为28d，直至累积养分溶出率达到80％。取样时，将玻璃瓶上下颠倒三次，使瓶内的液体浓度一致，移入250mL容量瓶中，冷却至室温后定容至刻度，测定养分。然后，向装有包膜肥料小袋的玻璃瓶中再加入200mL水，加盖密封后放入生化恒温培养箱继续培养。

根据养分释放期t＝28+(80％-ν₂₈)/△ν_14-28计算养分释放期，其中，ν₂₈为28d累计养分释放率，单位为％；△ν_14-28为14d至28d的平均释放速率，单位为％/d，△ν_14-28＝(ν₁₄-ν₂₈)/(14-28)，其中，ν₁₄为14d累计养分释放率。

表1不同包膜剂处理的缓控释效果及肥效测试结果

从表1中可知，本发明的包膜剂包覆肥料后，能够有效提高肥料的缓控释效果，肥料的养分释放期得到了大大延长，提高肥料的利用率，减少肥料施用量，降低成本。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种缓控释肥料包膜剂，其特征在于，主要由以下原料制得：以重量份数计，普鲁兰多糖17－22份、聚天门冬氨酸14－19份、木质素12－17份、甲基纤维素7－12份、玉米油11－14份、水29－35份、硫酸0.5－0.8份。

2.根据权利要求1所述的包膜剂，其特征在于，所述缓控释肥料包膜剂，主要由以下原料制得：以重量份数计，普鲁兰多糖19－22份、聚天门冬氨酸14－16份、木质素14－17份、甲基纤维素7－8份、玉米油11－12份、水29－33份、硫酸0.5－0.6份。

3.权利要求1或2所述的包膜剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将木质素、玉米油、水和硫酸混合搅拌，加热处理；然后加入甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖，混合搅拌后冷却细化，得到缓控释肥料包膜剂。

4.根据权利要求3所述的包膜剂的制备方法，其特征在于，将木质素、玉米油、水和硫酸混合搅拌，加热至112-124℃进行反应。

5.根据权利要求4所述的包膜剂的制备方法，其特征在于，所述木质素、玉米油、水和硫酸混合搅拌及加热处理的方法包括：将玉米油、1/2-2/3量的水、硫酸加入木质素中，加热至112-124℃，搅拌待木质素充分软化降解后，加入剩余量的水降温，继续混合搅拌；

优选的，依次按照玉米油、1/2-2/3量的水、硫酸的顺序加入木质素中混合搅拌。

6.根据权利要求5所述的包膜剂的制备方法，其特征在于，加入剩余量的水降温至45-56℃之间。

7.根据权利要求3所述的包膜剂的制备方法，其特征在于，加入甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖后，于38-46℃混合搅拌；

优选的，加入甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖后，混合搅拌的速率为18-25rpm/min，混合搅拌的时间为40-52min；

更优选的，加入甲基纤维素、聚天门冬氨酸、普鲁兰多糖后，混合搅拌的速率为22rpm/min。

8.根据权利要求3所述的包膜剂的制备方法，其特征在于，所述冷却的方法包括：将混合搅拌的物料继续搅拌使温度不高于30℃后，停止搅拌。

9.根据权利要求3所述的包膜剂的制备方法，其特征在于，所述细化的细度达到180目。

10.根据权利要求5所述的包膜剂的制备方法，其特征在于，加热至112-124℃，于25-35rpm/min搅拌至木质素充分软化降解；加入剩余量的水降温后，于22-31rpm/min转速搅拌20-25min；

优选的，加热至112-124℃，于30rpm/min搅拌至木质素充分软化降解；加入剩余量的水降温后，于26rpm/min转速搅拌20-25min。