CN1850742A - 环保型包膜控释尿素及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型包膜控释尿素及其制备方法。解决了现有控释肥料成本高、膜难降解等问题。技术方案：由尿素核心和外层包膜构成，包膜由天然硅酸盐矿物粉末、天然油脂原料、控释添加剂组成；本品颗粒尿素占89.9％～94.9％，包膜材料占5.1％～10.1％。制备步骤：尿素过筛、干燥；包膜液、包膜粉配制；包膜、干燥、包装。本品成本低，售价明显低于国内外同类产品，包膜材料不含任何毒害化学成分。原料、生产过程、产品使用各环节绿色环保、无任何固液气体废物排放。长期使用可以改善土壤结构，使土壤疏松，增强土壤保水性；在营养释放完毕后一段时间内能够较好地吸附和储存水分、增加地滴；生产设备和工艺简单，易于大规模生产，氮素含量41.4％～43.7％。

Description

环保型包膜控释尿素及其制备方法

                        技术领域

本发明涉及一种控释尿素及其制备方法，特别涉及一种具有推广普及实用价值的绿色环保型控释尿素及其制备方法。

                        技术背景

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，采取纳米调控技术控制肥料养分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(MA；Zhongxin Ryan；Thomas；Donald R.；Ciaccio；Corinne G.。Controlled release fertilizers based on self-assembled molecule coatings[P].U.S.Pat.；6540808，2003-04-01)。缓/控释肥料在养分上可以按作物所需养分进行配方设计；在供肥上可以按照作物不同生育期要求养分进行控制释放；在施肥上可以一次基施，不用追施，在耕作上可以进行接触施肥和简化农业耕作；在效益上，可以提高肥料利用率，省工节肥，减少过多养分对环境的污染(Wertz；Stacey L.；Arthur；Lisa M.；Mirous；George E.；Gabrielson；KurtD.Controlled release urea-formaldehyde liquid fertilizer resins with highnitrogen levels[P].U.S.Pat.：6579338，2003-06-17)。随着人口的增加，未来30年中国粮食负荷十分沉重，中国粮食安全存在隐患。一方面全国粮食种植面积和产量不断减少，另一方面全国人口不断增加。据统计，20世纪全世界农作物产量增加的50％来自于化肥。因此，化学肥料的使用仍将是不可替代的农作物增产的重要措施和有效途径。

中国是世界第一化肥生产和消费大国，2004年氮肥产量占到世界总量的1/4。通过淋溶、挥发等途径，我国每年损失的化学氮素约900万吨，价值400亿元，直接造成了大量的尿素损失，也间接地造成煤炭、石油、天然气的严重浪费。同时，目前所施用的传统化肥，不能全部被植物吸收利用。各种作物对肥料的平均利用率只有：氮20～30％，磷：10～20％，钾：30～40％。过量的施肥致使大量的氮、磷等养料随水流入河湖，使水质恶化，从而造成鱼类等生物窒息死亡，某些盐类浓度超标，使人畜饮用后中毒，严重危害人类的健康。同时，造成土壤板结、酸化、有机质减少、肥力下降。显然这都与化肥养分释放“非可控性”有密切的关系。因此，需要迫切研究和开发利用率高、成本低、无公害的控释化肥，在提高粮食产量的同时减少环境污染。

目前，美国、日本、以色列、波兰及西欧均在大力发展缓/控释肥料。2000年，美国、西欧和日本控释肥料的消费量达61.5万吨。美国、西欧控释肥料的非农业市场占主导地位，大部分控释肥料使用到特种观赏园艺植物；而日本主要消费在蔬菜和水稻上。2004-2005年期间，美国和西欧的控释肥料分别达到3.6％和5.4％的增长。从全球缓/控释肥料生产现状看，已成功实现工业化生产的缓腔释肥料品种主要为尿甲醛(叶华，傅积平，徐群.一种适用于石灰性土壤的控释肥[P].中国专利：01113755，2004-10-13。)、硫衣包膜尿素及聚合物包膜肥料(Tijsma；Edze Jan；Terlingen；Johannes Gi jsbertus Antonius；van Kaathoven；HendrikusGijsbertus Adrianus.Controlled release fertilizer compositions andprocesses for the preparation thereof[P].U.S.Pat.：6139597，2000-10-31)。2000年以来，北京林业研究院、中国农业科学研究院等先后研究成功聚合物包膜尿素，虽然进行了试产，但至今很难进行全面推广。主要制约因素为：其一，现有缓/控释肥料成本高，不易于大规模生产和推广。目前，高分子聚合物包膜尿素使用的合成树脂等原料价格昂贵，生产中必须使用有机溶剂，不仅增加了生产材料成本，同时因溶剂的挥发等造成环境危害。其工艺使用沸腾炉或流化床，在较高温度或密闭条件下喷雾包膜，造成原材料浪费严重，对包膜设备功能和指标要求高，增加了设备投资成本。由于工艺本身的特点，控释肥无法进行大批量生产，日产量很难达到10吨以上。从现有试产以及小量投放市场的产品看，以山东省正大生态工程股份有限公司以及北京林业科学研究院生产的树脂包膜尿素为例，其生产成本相比普通颗粒尿素而言每吨增加500～700元，而普通尿素目前售价在1600～2000元/吨之间，显然，对国内农业生产来讲是无法接受的。其二，现有缓/控释肥料的控释材料功能单一，性能有待改善。以树脂包膜尿素为例，氮素释放速度是通过高分子膜孔径大小来控制。控释尿素颗粒一般出现包膜完整和不完整两种情况，对前者而言，由于聚合物膜比较致密，在植物营养需求期间内，氮素几乎不能较好的释放出来，导致这部分控释尿素颗粒释放周期太长；对后者而言，氮素很快得到释放，总体上，该类控释尿素在植物营养需求中期很难满足需求，由于完全释放时间太长也一定程度导致肥效不理想和一定的肥效损失。其三，合成树脂一类聚合物包膜尿素，膜材料很难降解，一定程度上存在环境问题，不能长期使用。目前，未见使用特殊的控释添加剂来调整控释尿素性能和降低成本的方法及其相关的报道。

                            发明内容

本发明的目的之一在于提供一种绿色环保、成本低廉、售价易于农民接受、便于普及推广的环保型包膜控释尿素。

本发明的目的之二在于提供一种绿色环保、无任何污染、设备成本低、工艺简单易行、投资小见效快，具有推广普及实用价值的包膜型控释尿素的制备方法。

为达本发明目的之一，其实现的技术方案为：一种环保型包膜控释尿素，其特征是该环保型包膜控释尿素由颗粒尿素核心和外层包膜构成，包膜材料是由天然硅酸盐矿物粉末、天然油脂原料、控释添加剂构成的；该环保型包膜控释尿素中颗粒尿素占89.9％～94.9％，包膜材料占5.1％～10.1％。

本发明所述的天然硅酸盐矿物粉末可以是滑石粉、高岭土、蒙脱石、沸石、长石粉；天然油脂原料可以是桐油、葵花油、亚麻仁油、红花油、核桃油；控释添加剂有液体控释添加剂，可以是液体石蜡、双亲活性剂、钴催化剂、锰催化剂，还有固体控释添加剂，可以是硬脂酸钙、硬脂酸镁。

本发明所述的天然油脂原料中的桐油/颗粒尿素为0.02～0.05；所述天然硅酸盐矿物粉末中的滑石粉/颗粒尿素为0.03～0.07。

本发明所述的控释添加剂与天然油脂的质量比为：液体石蜡/油脂＝0.005～0.033，双亲活性剂/油脂＝0～0.005，催化剂/油脂＝0.002～0.005；硬脂酸钙/油脂＝0.02～0.25，硬脂酸镁/油脂＝0.02～0.25。

为达本发明目的之二，其实现的技术方案为：环保型包膜控释尿素的制备方法，所用原料为颗粒尿素、天然硅酸盐矿物粉末，其特征在于加入了天然油脂原料、液体控释添加剂、固体控释添加剂，并在20～50摄氏度条件下制备，具体工艺流程及制备方法如下：

1)主料配备：将粒径为2mm-5mm的颗粒尿素过筛分级、干燥、称量备用；

2)制备包膜液：所用液体控释添加剂与天然油脂原料的质量比为：液体石蜡/油脂＝0.005～0.033，双亲活性剂/油脂＝0～0.005，催化剂/油脂＝0.002～0.005；将按质量比称量的天然油脂原料和液体控释添加剂，在搅拌机的高速搅拌条件下混合均匀，即配成包膜液；

3)制备包膜粉：固体控释添加剂与天然油脂原料的质量比为：硬脂酸钙/油脂＝0.02～0.25，硬脂酸镁/油脂＝0.02～0.25；天然硅酸盐矿物粉末中的滑石粉/颗粒尿素质量比为0.025～0.07；将按质量比称量的天然硅酸盐矿物粉末、固体控释添加剂，并放入混合机中混合均匀，形成天然硅酸盐矿物粉末混合物，即配制成包膜粉；

4)喷涂、滚涂：先将称量好的主料----颗粒尿素装入转鼓型包膜机或筒型包膜机，然后取第二步配制包膜液体的一半，将包膜液通过滚涂、喷涂均匀地包敷在颗粒尿素表面；

5)复合与分散：包膜机运转过程中，将第三步混合好的包膜粉原料的一半徐徐加入涂敷有包膜液的颗粒尿素中，通过滚动达到复合与分散；

6)重复4)、5)步骤；

7)出料→干燥→包装。

本发明所述的环保型包膜控释尿素的制备方法，其包膜机为转鼓型包膜机或筒型造粒机，其转速为：15～40转/分钟。

本发明所述的环保型包膜控释尿素的制备方法，其控释尿素生产是在室温通风或热风环境进行。

本发明的原理是：通过喷涂和滚涂方法，在颗粒尿素表面形成一层干性油脂(本发明所用油脂均为干性油脂)薄膜，在滚动过程中通过加入包膜粉使之与油膜形成均匀的无机/有机复合物薄膜，随着干性油脂的干燥聚合过程，从而在颗粒尿素表面形成一层坚硬的耐水性能优良的复合膜。复合膜中的无机颗粒和有机膜之间存在的界面和空隙构成了氮素养分在纳米尺度上的释放通道，营养成分通过溶解于吸附在孔道中的水分或在其中扩散得以向外界释放。通过在膜材料中加入催化剂使之能够迅速干燥，提高生产效率和工艺可操作性，以及通过加入有卓越疏水性能的控释添加剂很好地调变膜孔内壁与水分子之间的界面张力，来调节了水分子透过控释膜孔的速度，从而控制了氮素的释放速度，也显著降低了膜材料用量，降低了生产成本，提高了氮素含量。

本发明与现有技术相比显著的优点和积极效果：本发明的环保型包膜控释尿素所用原料为颗粒尿素、天然硅酸盐矿物粉末，由于加入了天然油脂原料、液体控释添加剂、固体控释添加剂，使控释尿素从性价比到产业化和大面积推广应用；从产品质量到生产工艺；从环保到施肥后期效应等等都发生了质的变化，具体特点如下：

1.通过添加微量有卓越疏水性能的控释添加剂，很好地改善了包膜孔道性质，从而提高了控释效果，显著地降低了包膜材料用量，降低了生产成本；

2.由于包膜材料均为天然原料、氮素释放完毕后能够迅速降解分化，生产过程不使用有机溶剂，无任何的固、液、气污染物排放；

3.包膜材料含量低于10.1％，氮素含量41.4％～43.7％，控释效果达到日本、美国控释肥标准；比普通尿素利用率提高30％以上，显著降低了农业生产成本；

3 控释尿素无结块现象，可以和多种化肥复混；

4.控释尿素的膜材料是一种多孔的结构，控释尿素是通过复合膜中无机粒子和天然油脂膜界面控制，解决了现有技术因膜的致密性而导致控释尿素长期不能释放的问题；长期使用可以改善土壤结构，使土壤疏松，增强土壤保水性；由于其吸附性能优于树脂膜，使其在营养释放完毕后一段时间内能够较好地吸附和储存水分、增加地滴；

5.该种控释尿素成本远远低于国内外现有控释尿素，和普通颗粒尿素相比每吨成本增加仅为150～250元，远远低于现有控释尿素，为产业化和大面积推广使用奠定了基础；

6.生产使用普通的转鼓造粒机或桶型造粒机即可，工艺简单，设备投资小，日产量大，可以达到20～50吨/日，易于大规模生产和推广。

                        附图说明

图1是本发明的环保包膜控释尿素的制备方法工艺流程图。

                      具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。包膜工艺在转鼓包膜机或筒型造粒机中进行(它是常用的一种造粒或包膜设备)，转速为：15～40转/分钟。在室温通风或热风环境进行，温度为20-50℃。包膜步骤为：颗粒尿素装入包膜机→开动包膜机→向颗粒尿素表面喷洒包膜液→滚匀→向尿素中加入包膜粉→滚匀→向颗粒尿素表面再喷洒包膜液→滚匀→再向尿素中加入包膜粉→出料(制成以颗粒尿素为核心的外层分别有两层包膜液、包膜粉包膜的环保型包膜控释尿素)、干燥、包装，如图1所示。

实施例1

第一步：主料配备：将颗粒尿素过筛分级、干燥，称取2-3mm颗粒尿素1000克备用；

第二步：制备包膜液：分别称取桐油35克、液体石蜡0.9克、钴催化剂0.15克；并将其放在电动搅拌机或磁力搅拌器上搅拌，充分混合均匀制成包膜液待用；

第三步：制备包膜粉：分别称取滑石粉70克、硬脂酸钙5克，将其放在混合机中混合均匀制成包膜粉待用；

第四步：将颗粒尿素1000克装入转鼓型或筒型包膜机，设定包膜机转速40转/分钟，开动包膜机让颗粒尿素在包膜机中具有良好的滚动；取第二步配制的包膜液体一半，并均匀地喷洒在尿素表面，以50℃热风吹之，使之表面发粘；

第五步：取第三步混合好的包膜粉原料的一半徐徐撒在颗粒尿素上，继续转动包膜机，并以热风吹拂尿素颗粒，使之表面***；

第六步：重复第四步、第五步操作，制成以颗粒尿素为核心的外层分别有两层包膜液、包膜粉包膜的环保型包膜控释尿素；

第七步：取出、干燥、包装、入库。

实施例2

第一步：将颗粒尿素过筛分级、干燥，称取3-4mm颗粒尿素1000克备用；

第二步：分别称取桐油50克、液体石蜡0.825克、钴催化剂0.15克、双亲活性剂0P 0.1克混合均匀制成包膜液。

第三步：将滑石粉30克、硬脂酸钙1克在混合机中混合均匀制成包膜粉。

第四步：设定包膜机转速15转/分钟，均匀地喷洒1/2包膜液，以40℃热风吹之；

第五步：将第三步配制的包膜粉徐徐撒在颗粒尿素上，继续转动包膜机，并辅之热风吹拂使之表面***；

第六步：重复第四步，然后称取30克滑石粉并均匀撒在颗粒尿素表面，待包敷均匀后，滴入液体石蜡0.825克，并使尿素颗粒滚动一定时间。其余同实施例1。

实施例3

第一步：分别称取4-5mm颗粒尿素1000克，桐油20克、滑石粉28克、液体石蜡0.45克、硬脂酸钙(或硬脂酸镁)5克、钴催化剂0.1克、双亲活性剂0P 0.1克；

第二步：将桐油、液体石蜡、钴催化剂充分混合均匀制成包膜液；

第三步：将1/2滑石粉、硬脂酸钙或硬脂酸镁在混合机中混合均匀制成包膜粉；

第四步：设定包膜机转速30转/分钟，取第二步配制的液体一半，并均匀地喷洒，以适当以热风吹之，使之表面发粘；

第五步：将其余1/2滑石粉，徐徐撒在颗粒尿素上，继续转动包膜机，并辅之热风吹拂使之表面***。其余同实施例1。

实施例4

第一步：分别称取3-4mm颗粒尿素1000克，桐油50克、滑石粉50克、液体石蜡0.35克、硬脂酸钙5克、钴催化剂0.15克；

第二步：将桐油、液体石蜡、钴催化剂充分混合均匀制成包膜液；

第三步：将滑石粉、硬脂酸钙在混合机中混合均匀制成包膜粉；

第四步：设定包膜机转速30转/分钟，以适当热风吹之，其余同实施例1。

实施例5

第一步：分别称取3-4mm颗粒尿素1000克，桐油25克、葵花油20克、滑石粉40克、高岭土10克、液体石蜡0.85克、硬脂酸镁5克、钴催化剂0.10克、锰催化剂0.10克；

第二步：在电动搅拌机或磁力搅拌器上将桐油、液体石蜡、葵花油、钴催化剂充分混合均匀制成包膜液；

第三步：将高岭土、滑石粉、硬脂酸镁在混合机中混合均匀制成包膜粉；

第四步：设定包膜机转速20转/分钟，以适当热风吹之，其余至第六步均同实施例1。

第七步：放入鼓风干燥箱于60度干燥。

实施例6

第一步：分别称取3-4mm颗粒尿素1000克，桐油25克、核桃油20克、滑石粉40克、高岭土5克、沸石5克、液体石蜡0.85克、硬脂酸镁5克、钴催化剂0.15克；

第二步：将桐油、液体石蜡、核桃油、钴催化剂充分混合均匀制成包膜液；

第三步：将高岭土、滑石粉、沸石、硬脂酸镁在混合机中混合均匀，其余均同实施例5。

实施例7

第一步：分别称取3-4mm颗粒尿素1000克，桐油40克、红花油10克(或亚麻仁油10克)、滑石粉40克、蒙脱石5克、长石粉5克、液体石蜡0.25克、硬脂酸镁5克、钴催化剂0.10克；

第二步：将桐油、液体石蜡、钴催化剂充分混合均匀制成包膜液；

第三步：将滑石粉、蒙脱石、长石粉、硬脂酸镁在混合机中混合均匀制成包膜粉；

第四步：设定包膜机转速40转/分钟，适当以热风吹之，其余均同实施例1。

Claims (7)

1.一种环保型包膜控释尿素，其特征是该环保型包膜控释尿素由颗粒尿素核心和外层包膜构成，包膜材料由天然硅酸盐矿物粉末、天然油脂原料、控释添加剂组成；该环保型包膜控释尿素中颗粒尿素占89.9％～94.9％，包膜材料占5.1％～10.1％。

2..根据权利要求1所述的环保型包膜控释尿素，其特征在于天然硅酸盐矿物粉末为滑石粉、高岭土、蒙脱石、沸石、长石粉；天然油脂原料为桐油、葵花油、亚麻仁油、红花油、核桃油；控释添加剂有液体控释添加剂为液体石蜡、双亲活性剂、钴催化剂、锰催化剂，有固体控释添加剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁。

3.根据权利要求2所述的环保型包膜控释尿素，其特征在于所述天然油脂原料中的桐油/颗粒尿素为0.02～0.05；所述天然硅酸盐矿物粉末中的滑石粉/颗粒尿素为0.025～0.07。

4.根据权利要求2所述的环保型包膜控释尿素，其特征在于控释添加剂与天然油脂原料的质量比为：液体石蜡/油脂＝0.005～0.033，双亲活性剂/油脂＝0～0.005，催化剂/油脂＝0.002～0.005；硬脂酸钙/油脂＝0.02～0.25，硬脂酸镁/油脂＝0.02～0.25。

5一种环保型包膜控释尿素的制备方法，所用原料为颗粒尿素、天然硅酸盐矿物粉末，其特征在于加入了天然油脂原料、液体控释添加剂、固体控释添加剂，并在20～50摄氏度条件下制备，具体工艺流程及制备方法如下：

1)原料配备：将粒径为2mm-5mm的颗粒尿素过筛分级、干燥、称量备用；

2)制备包膜液：所用液体控释添加剂与天然油脂原料的质量比为：液体石蜡/油脂＝0.005～0.033，双亲活性剂/油脂＝0～0.005，催化剂/油脂＝0.002～0.005；将按质量比称量的天然油脂原料和液体控释添加剂，在搅拌机高速搅拌条件下混合均匀，即配成包膜液；

3)制备包膜粉：固体控释添加剂与天然油脂原料的质量比为：硬脂酸钙/油脂＝0.02～0.25，硬脂酸镁/油脂＝0.02～0.25；天然硅酸盐矿物粉末中的滑石粉/颗粒尿素质量比为为0.025～0.07；将按质量比称量的天然硅酸盐矿物粉末、固体控释添加剂，并放入混合机中混合均匀，形成天然硅酸盐矿物粉末混合物，即配制成包膜粉；

4)喷涂、滚涂：先将称量好的主料-----颗粒尿素装入包膜机，然后取第二步配制包膜液体的一半，将包膜液通过滚涂、喷涂均匀地包敷在颗粒尿素表面；

5)复合与分散：包膜机运转过程中，将第三步混合好的包膜粉原料的一半徐徐加入涂敷有包膜液的颗粒尿素中，通过滚动达到复合与分散；

6)重复4)、5)步骤；

7)出料→干燥→包装。

6.根据权利要求5所述的环保型包膜控释尿素的制备方法，其特征在于包膜机为转鼓型包膜机或筒型造粒机，其转速为：15～40/分钟。

7.根据权利要求5所述的环保型包膜控释尿素的制备方法，其特征在于控释尿素生产在室温通风或热风环境进行。

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