一種尿素控釋包衣劑的製作方法

2023-06-09 07:38:01

一種尿素控釋包衣劑的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種尿素控釋包衣劑，由成膜劑、乳化劑、致孔劑、增塑劑和溶劑經溶解、混合、均質配製而成，適用於普通尿素包衣、使其成為包衣尿素。本發明生產簡單、使用方便，可在-5℃～42℃條件下對普通尿素進行包衣，包衣質量比1:5～8；包衣時能在普通尿素表面形成牢固的包衣膜，通過調節包衣質量比和致孔劑用量，可以調節包衣膜的厚度、膜孔密度及膜孔徑，從而獲得不同控釋期的包衣尿素。本發明包衣普通尿素應用於水稻、玉米、油菜、棉花，尿素的利用率提高27.6%～48.3%，水稻、玉米、油菜和棉花增產7.7%～16.2%；經濟效益及生態效益明顯。
【專利說明】一種尿素控釋包衣劑

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於尿素包衣處理、使其成為包衣控釋尿素的包衣劑，屬於新型 肥料製備技術和作物栽培【技術領域】。具體地說是一種尿素控釋包衣劑，由成膜劑、乳化劑、 致孔劑、增塑劑和溶劑經溶解、混合、均質配製而成，適用於普通尿素包衣、使其成為包衣控 釋尿素的尿素專用包衣處理劑。

【背景技術】
[0002] 肥料自1840年誕生以來，已成為全球農業發展的重要物質基礎。然而，經過一百 餘年的發展，肥料養分的釋放速度一直無法人為控制，釋放速度太快，作物來不及吸收就流 失了，導致肥料利用率低，一般只有30%?40%，資源浪費大；同時造成了嚴重的水體和大氣 汙染。
[0003] 20世紀60年代起，美國、日本以及西歐等國家相繼開始研究緩釋肥，以減緩肥料 養分的釋放速度，如硫包衣緩釋尿素等；80年代開始研究控釋肥，以控制肥料養分的釋放 速度、使其與作物需肥規律儘量一致，如樹脂包衣控釋肥等。緩/控釋肥可以減緩或者控制 養分的釋放速度，釋放出來的養分能較好地被作物吸收利用，大幅度降低養分的損失，從而 提高肥料利用率、節約資源、減少環境汙染。目前已有近50個國家大力研發、應用緩/控釋 月巴。緩/控釋肥料已成為全球肥料研究領域的主要目標。
[0004] 目前緩/控釋肥料可分為結構改性型緩/控釋肥和包衣(包膜)型緩/控釋肥兩大 類。結構改性型緩/控釋肥，需在肥料生產過程中添加各種緩/控釋材料、如脲酶抑制劑、 硝化抑制劑等等，或者加入能與肥料養分反應的物質，通過化學反應改性，以期達到緩/控 釋效果；其生產工藝複雜，設備投資大、難以利用現有普通肥料的生產設備，成本較高，而且 只能用於某一種肥料的生產，緩/控釋效果亦不明顯，正逐步被包衣型緩/控釋肥取代。
[0005] 尿素有效養分含量高、價格較便宜、長期施用對土壤無不良影響，是目前使用最多 的氮肥品種。然而，尿素是一種速溶性肥料，施入土壤後，在脲酶作用下4?5天就可以全 部轉化成NH 3和C02，其中一部分NH3被土壤吸附，供植物生長利用；另有相當一部分NH 3被 土壤微生物作用轉化成亞硝酸鹽、硝酸鹽及氮氧化物，隨雨水淋失和逸入大氣，導致水體與 大氣汙染，所以普通尿素的氮素利用率僅30%?35%。普通尿素進行包衣處理，已成為提高 氮肥利用率、減少因氮素淋失引起的環境汙染的主要方法之一。
[0006] 現有的包衣尿素主要有以硫包衣尿素為代表的無機物包衣尿素、以樹脂包衣尿素 為代表的有機物包衣尿素兩大類。據文獻報導，現有的這兩大類包衣尿素雖然在提高氮素 利用率方面效果比較好，但存在以下主要不足：（1)硫包衣尿素，設備投資大，包衣過程需 要長時間高溫（120?140°C )處理，能耗大、導致肥料生產成本較高，硫包衣尿素價格為普 通尿素的2?3倍；包衣比低(僅1:2?4)，導致包衣肥氮含量顯著降低；硫包衣尿素在土 壤中氮素釋放滯後，養分前期釋放不足，作物前期吸收不到足夠的氮素，後期釋放過剩，與 作物需氮規律不同步，仍然造成氮素損失；硫包衣尿素所含的硫在土壤中可轉化成硫酸，有 導致土壤酸化的潛在危險，同時硫在厭氧環境中可轉化成硫化氫等對作物有害的物質，因 此硫包衣尿素不宜在水田中使用。（2)現有樹脂包衣尿素，包衣材料昂貴、設備投資大，肥料 生產工藝較複雜、包衣過程能耗大、導致肥料生產成本高，現有樹脂包衣尿素價格為普通尿 素的5?10倍；目前所用的樹脂包衣材料，大多數在土壤中很難降解，隨施肥長期存在於土 壤中，會對土壤造成二次汙染。
[0007] 由於以上原因，現有包衣尿素的應用範圍很有限，主要用於花卉、草坪、水果以及 菸草等高價值經濟作物上，很少用於水稻、油菜、玉米、棉花等大田作物。
[0008] 因此，研發包衣材料價廉、生產工藝簡單、能耗低、環境友好的包衣尿素，以降低包 衣尿素的生產成本、減少環境汙染，是目前國內外緩/控釋尿素髮展的主要方向。


【發明內容】

[0009] 本發明的目的在於：針對現有技術的上述主要不足，運用高分子成膜材料與控釋 技術，提供一種具有生產簡便、包衣方便、成本較低、環境友好等特點的，適用於普通尿素包 衣、使其成為控釋尿素的尿素控釋包衣劑。
[0010] 本發明是這樣實現的：用可生物降解的高分子成膜材料作成膜劑，與乳化劑、致孔 齊?、增塑劑和溶劑經溶解、混合、均質，即得尿素控釋包衣劑。
[0011] (1)所述的成膜劑為聚三亞甲基碳酸酯、聚亞乙基碳酸酯中的一種或者二種配製 的成膜劑；用量為總質量的7%?20% ;當使用二種成膜材料作成膜劑時，只控制總用量，各 成膜材料之間的相對量任意； (2) 所述的乳化劑為乳化劑0Ρ-9、乳化劑0Ρ-10中的一種或者二種；用量為總質量的 0. 5%?2. 5% ;當使用二種乳化劑時，只控制總用量，各乳化劑之間的相對量任意； (3) 所述的致孔劑為環己烷；用量為總質量的1. 0%?3. 0% ; (4) 所述的增塑劑為檸檬酸三丁酯；用量為總質量的0. 5%?2. 0% ; (5) 所述的溶劑為氯仿；用量為總質量至100%的餘量。
[0012] 本發明的生產方法如下： 按照配方要求，將成膜劑投入帶攪拌、夾層加熱和冷凝裝置的反應釜中，用計量泵泵入 溶劑，在26?45°C下攪拌使成膜劑完全溶解；再依次將乳化劑、增塑劑泵入反應釜中，攪拌 混合，冷卻至24?26°C，然後泵入致孔劑，攪拌均勻，得混合液；將混合液泵入均質釜中，在 20?25°C下均質15分鐘，用液體定量灌裝機灌裝，即得尿素控釋包衣劑。
[0013] 本發明所述的包衣劑作為尿素包衣劑的應用，生產具有控釋功能的尿素。控釋尿 素可以減少尿素的流失與揮發，提高作物對尿素的吸收，提高養分氮的利用率，也可以減少 施用普通尿素對環境的負面影響。
[0014] 本發明的使用方法： 本發明適用於普通尿素包衣、使其成為包衣尿素，包括顆粒直徑2毫米以上的普通大 顆粒尿素、顆粒直徑2毫米以下的普通小顆粒尿素。本發明可在-5°C?42°C條件下對普 通尿素進行包衣，包衣質量比，即包衣劑質量：肥料質量為1:5?8 ;可以對市售普通尿素 進行包衣，也可以在現有普通尿素生產過程中的尿素造粒工藝進行包衣；包衣方式可以用 流化床包衣、轉鼓包衣或者圓盤包衣方式，邊噴淋包衣劑邊攪動尿素，直至尿素包衣均勻為 止。
[0015] 本發明包衣時能在普通尿素表面形成牢固的包衣膜，可以通過調節包衣質量比和 致孔劑的用量，來調節包衣膜的厚度、膜孔密度及膜孔孔徑，從而獲得不同控釋期的包衣尿 素，以便用於不同生長期的作物。
[0016] 本發明的作用機制： 本發明包衣普通尿素時，能在尿素表面形成具有膜孔道、難溶於水的、牢固的包衣膜； 可以通過調節包衣質量比和致孔劑的用量，來調節包衣膜的厚度、膜孔密度及膜孔孔徑，增 加致孔劑，可以增加膜孔密度及膜孔孔徑，獲得不同控釋期的包衣尿素。包衣尿素播施到作 物生長的田地，包衣尿素與土壤水份接觸，水份通過包衣尿素的膜孔道進入肥料內部，尿素 的養分氮在水分子的作用下緩慢溶解，再通過膜孔道控釋出來進入土壤，及時被作物吸收 利用；從而使包衣尿素養分氮的釋放特性與作物的需氮規律一致，達到尿素養分控制釋放 的效果。根據水稻、油菜、玉米、棉花等作物的需氮特性，將不同控釋期的包衣尿素按適當比 例混合，作為基肥一次性施入，即可實現水稻、油菜、玉米、棉花等作物一次性施用包衣尿素 滿足全生育期的需氮要求、不再追施氮肥。
[0017] 本發明是農業部公益性行業（農業）科研專項（201303103)和科技部科技支撐 計劃項目（2010BAD01B01)的重要內容之一。檢測表明，用本發明包衣普通尿素製得的包衣 尿素，其表面的包衣膜孔徑0. 16?0. 21um，膜孔密度410?560萬孔/cm2。經過4年多的 室內盆栽、田間育苗以及大田栽培試驗證明：本發明包衣普通尿素應用於水稻、玉米、油菜、 棉花，尿素的利用率提高27. 6%?48. 3%，節肥23. 2%?46. 5% ;在施用純氮等量的條件下， 水稻、玉米、油菜和棉花施用本發明包衣製得的包衣尿素、比施用未包衣的普通尿素增產 7. 7%?16. 3% ;經濟效益及生態效益明顯。
[0018] 與現有技術相比，本發明的主要優點： (1)生產簡單、成本較低。選用廉價的高分子材料作為成膜劑，生產過程無需特殊設備， 生產工藝簡單，成本低，普通尿素包衣後成本僅增加25%?38% ;克服了現有硫包衣尿素價 格為普通尿素的2?3倍、現有樹脂包衣尿素價格為普通尿素的5?10倍等主要缺點，因 而容易推廣應用於水稻、玉米、油菜、棉花等大田作物。
[0019] (2)包衣方便、能耗較低。本發明能對市售普通尿素進行包衣，也可以在現有普通 尿素生產過程中的造粒工藝進行包衣；包衣可在_5°C?42°C條件下進行，克服了現有技術 需要特殊設備、需在高溫120?140°C下長時間包衣等缺點。
[0020] (3)環境友好、無二次汙染。本發明選用可生物降解的高分子成膜材料作成膜劑， 可以克服現有樹脂包衣尿素使用難降解的高分子材料、易對土壤造成二次汙染等缺點，以 及上述硫包衣尿素對土壤及作物的負面影響，尤其是硫包衣尿素不宜在水田中使用等缺 點。

【具體實施方式】
[0021] 本發明非限定性實施例敘述如下： 以生產lOOKg尿素控釋包衣劑為例，5個非限定性實施例配方如表1所示，生產方法如 前所述。
[0022] 表1 本發明非限定性實施例配方(單位：Kg)_

【權利要求】
1. 一種尿素控釋包衣劑，由成膜劑、乳化劑、致孔劑、增塑劑和溶劑經溶解、混合、均質 配製而成，其特徵在於： (1) 所述的成膜劑為聚三亞甲基碳酸酯、聚亞乙基碳酸酯中的一種或者二種配製的成 膜劑；用量為總質量的7%?20% ; (2) 所述的乳化劑為乳化劑OP-9、乳化劑0P-10中的一種或者二種；用量為總質量的 0. 5% ?2. 5% ; (3) 所述的致孔劑為環己烷；用量為總質量的1. 0%?3. 0% ; (4) 所述的增塑劑為檸檬酸三丁酯；用量為總質量的0. 5%?2. 0% ; (5) 所述的溶劑為氯仿；用量為總質量至100%的餘量。
2. 根據權利要求1所述的尿素控釋包衣劑，其特徵在於：包衣時，包衣劑質量與普通尿 素質量比為1:5?8。
3. -種如權利要求1所述的控釋包衣劑，其特徵在於：控釋包衣劑在普通尿素包衣中 的應用。
【文檔編號】C05C9/00GK104230605SQ201410473641
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】熊遠福, 鄒應斌, 熊海蓉, 文卓瓊, 文祝友, 聶曉燕, 熊文洋 申請人:湖南農業大學