用於含磷肥料的包膜材料製備及包膜方法

2023-04-23 03:45:26

專利名稱：用於含磷肥料的包膜材料製備及包膜方法
技術領域：
本發明涉及緩釋含磷肥料的製備方法及製備這種緩釋磷肥所使用的包膜材 料的製備方法。本發明所涉及的緩釋磷肥是一種在磷肥外包敷有包衣的包膜磷 肥，其所用的包膜材料為凹凸棒土。
技術背景肥料是農業生產中不可缺少的，而化肥的使用已經較為普遍，並有使用量 逐年上升的態勢。但由於使用不當，使化肥利用降率低，給農業帶來巨大的經 濟損失，同時還帶來一些環境問題。現代肥料應該承擔起肥料科學所賦予的保 護生態環境重要任務，體現緩釋、控釋和環境友好是現代肥料科學的發展方向， 生產製造複合高效肥料是現代肥料產業發展的趨勢。因此，降低化肥養分釋放 速率，開發可控緩釋肥料、提高化肥的利用率，具有十分重要的意義。在現有 技術中，製備緩釋磷肥，特別是採用凹凸棒土為包膜材料，製得的凹凸棒石包 膜緩釋肥料有許多的優點，值得推廣。凹凸棒土材料具有層、鏈、纖維狀晶體結構，納米級孔穴通道微觀構造， 有比表面積大、孔道發育的介孔材料特徵，是一種理想的結構材料。由於凹凸 棒土具有吸附性、緩釋性、流變性、離子強交換性、酸鹼度可調性、可作多功能載體等優良性質，是性能優越的功能材料；加之凹凸棒材料富含多種微量元 素，具有生物工程材料特性。有文獻披露，凹凸棒材料能夠改良土壤，可起到 保水作用，對土壤不造成汙染，凹凸棒石材料還有固氮、固鉀和固定有機物的 作用，它可以減少肥料在土壤中的損失，控制肥料中養分的釋放，提高肥料的 利用率，達到促進農作物增產的效果，是一種農業生產中可貴的綠色材料。中國專利中公開了多種以凹凸棒土為包膜材料，製備成包膜複合肥料的技 術。但現有技術中以凹凸棒土為包膜材料包裹化肥時，存在著凹凸棒土黏合性 不強，所形成的包膜強度不好，在貯藏或使用中易早期崩解的不足。中國發明專利申請200510127831.6公開了一種利用一種用凹凸棒土類的 PAL生物工程材料製作新型緩釋磷肥的方法，其具體的製作方法是將所謂的PAL材料處理以後直接加入到磷肥中混合造粒，但這種製作方法所得到的產品效果並不好。中國專利申請91108163.1根據作物種子發芽、生長需肥規律，提出了一種 以種子為核心，以化肥為外裹層的種子肥(如磷肥包裹油菜種子)及其生產方 法。該方法是將化肥與粘結劑凹凸棒土摻合後粉磨，按比例加入種子混合造粒 而成。這種種子肥播種後，外層化肥迅速崩解，出苗後化肥就在秧苗根部，達 到植物有效吸取肥料養分的目的。由該專利申請公開的內容可知，這種由凹凸 棒材料與化肥形成的包膜層結合強度比較低，造成這種種子肥在運輸和貯藏的 困難；另外，在肥料施用後它會迅速崩解，造成種子周圍肥料濃度過高，可能 會對種子發育生長不利，而且也容易造成肥料的流失，產生浪費。中國發明專利200410075014.6公開了一種飛播用種子大粒化包衣劑。其包 衣劑主要由澱粉、凹凸棒土、植物纖維素、高吸水性樹脂以及細沙土組成。包 衣劑中還含有肥料、植物激素以及微量元素。該專利的優點是有效地解決了目 前飛播種子包衣與破損和包衣與發芽的矛盾，在10mm降雨條件下，種子發芽 率高，後期生長效果好。飛播後種子能在風蝕作用下埋入沙土，解決了沙丘迎 風坡面上種子隨風漂移的問題，為困難立地條件下的大面積飛播提供了技術支 撐。由於該專利的包衣劑中使用了一定量的澱粉和高分子吸水性樹脂，估計會 使凹凸棒土與種子間的結合強度有一定程度的改善。但這一技術只適用於l機 播種草籽等，卻並不適宜用於肥料包衣。中國發明專利申請200610042899.9公開的一種具有緩釋肥料功能的納米復 合保水劑及其製備方法。該專利申請是採用有機化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸 作為納米複合保水劑的主要原料，添加引發劑和交聯劑，在水溶液中經接枝共 聚、交聯、洗滌、乾燥、粉碎製成。保水劑吸蒸餾水的倍數為300-600g/g。這一 技術中在凹凸棒石結構上要接冇高分子材料聚丙烯酸，工藝複雜，難度較大。 發明內容本發明提供可克服現有技術不足的化肥包膜材料，這種材料的處理方法和用這種材料進行含磷肥料包膜處理的方法。本發明的含磷肥料包膜材料是一種經改性處理的凹凸棒土。 本發明用於含磷肥料包膜的凹凸棒土的改性方法是將的凹凸棒土加入碳酸鈉與水的質量比為2% 5%的碳酸鈉水溶液進行充分浸泡改性處理後，再充分進行機械攪拌，然後過濾分離出凹凸棒土，用清水充分洗滌後進行乾燥處理， 然後再進行粉碎研磨。本發明的凹凸棒土改性方法中，浸泡改性處理時所用碳酸鈉水溶液中碳酸 鈉與水的最佳質量比為2 3%。本發明用於含磷肥料包膜的凹凸棒土改性方法還可以是將凹凸棒土加入 磷酸與水的質量比為4%~10。/。磷酸水溶液中進行浸泡改性處理，然後過濾分離 出凹凸棒土，用清水充分洗滌後進行乾燥處理，然後再進行粉碎研磨。在用磷酸水溶液進行浸泡改性處理時，所用磷酸水溶液中磷酸與水的最佳質量比為6 10%。用前述的方法處理所得到的改性凹凸棒土可用於含磷肥料的包膜處理。用前述方法所得的凹凸棒土進行含磷肥料包膜的方法是先將含磷肥料， 如磷酸二銨，或者磷酸二氫銨，或者過磷酸鈣、重過磷酸鈣等，用網篩篩分得 到均勻顆粒，將顆粒倒入轉鼓包衣機中，調整包衣機傾斜的角度使顆粒肥料以 料簾的形式在轉鼓中均勻地轉動；調整氣流式霧化器的角度使噴嘴的軸線垂直 於轉鼓平面，根據塗層量設計稱取經改性的凹凸棒土待用；用被包裹含磷肥料 製成水溶液或飽和水溶液，水溶液所用水量為所用凹凸棒土質量的1/8，將水溶 液霧化後，噴塗到滾動著的含磷肥料顆粒表面，同時，不斷地撒入包膜材料凹 凸棒土，使之在噴入的水溶液或飽和水溶液的粘結作用下，均勻粘附在磷酸二 銨顆粒的表面上，包塗完畢後，取出包膜磷酸二銨顆粒待其自然晾乾後。相關的試驗表明，採用本發明的凹凸棒土改性處理後，凹凸棒土的黏度增 強了 11 20%，用於包膜處理後，膜的強度大大提高。本發明使用磷酸水溶液進 行改性處理後再進行包膜處理，其含磷量還有一定程度的增加。本發明的改性 處理方法簡單、效果可靠，成本低廉，而且整個的處理過程中不產生任何的環 境問題。經本發明的處理所得的包膜磷肥有非常好的緩釋性。本發明所用的粘 結劑為被包裹磷肥料的水溶液或飽和水溶液，並不需再用其他任何粘結劑。


附圖1為採用本發明的方法包膜處理後產品，附圖2為包膜肥料樣品測試 曲線。
具體實施方式
以下給出本發明的實施例。本發明的凹凸棒土改性方法是先將凹凸棒土加入碳酸鈉或磷酸水溶液進行 充分浸泡改性處理後，充分浸泡處理後再充分進行機械攪拌，然後過濾分離出 凹凸棒土，用清水充分洗滌後進行乾燥處理， 一般情況下，這時所得到的凹凸 棒土有一定程度的聚集，應當再進行粉碎研磨。在本發明的試驗中所用的凹凸 棒土粒粒度為100 300目的，如果粒度大於這一範圍，其效果將會變差，而粒 度小於這一範圍時必要性不大，而且會使成本有較大的增加。在進行浸泡改性 處理時，如所用的是碳酸鈉水溶液，所加入的是碳酸鈉水溶液的質量比為2%~5%;如所用的是磷酸水溶液，所加入的磷酸水溶液質量比為4% 10%。試驗表明，當改性處理時所用的碳酸鈉或磷酸水溶液濃度太小對凹凸棒土的黏度 增加效果不明顯。特別是採用碳酸鈉進行改性處理時，如碳酸鈉水溶液的濃度太低，經處理後得到的凹凸棒土的黏度改變不大；而當溶液濃度大於前述範圍 時會使處理後的凹凸棒土有較大的鹼性。以下是本發明改性處理的兩個具體實例，而且這兩個實例給出了凹凸棒土 改處理進最佳的處理溶液濃度；在其後給出用經本發明的改性處理後的凹凸棒土進行磷肥包膜處理的方法及製品的相關參數測試情況。 例1取經過自然分化的200目左右的凹凸棒土 1000克，加入足量的質量比為 2~3%碳酸鈉水溶液浸泡陳化48小時左右，然後用機械攪拌器進行攪拌1 2小時， 過濾分離出凹凸棒土，並用清水洗滌2 3遍，然後對其進行乾燥和磨細處理。 經測定，處理後的凹凸棒土的黏度比不改性處理的增強了 15 20%以上。例2取經過自然分化的200目左右的凹凸棒土 1000克，加入足量的質量比為 6~10%磷酸水溶液浸泡2-4小時後過濾、在用清水洗滌2~3遍，然後對其進行 千燥和磨細處理。經處理的凹凸棒石材料因其結構特徵而具緩釋性。經測定， 改性後的凹凸棒土的黏度比不改性處理的增強了 11~18%。緩釋磷肥的製備將磷酸二銨分別用8目和孔徑為3.50mm的金屬絲網篩分，去除過粗或過細的顆粒，取粒度為2.50 3.50mm的磷酸二銨IOOO克，倒入轉鼓包衣機中，調整 包衣機傾斜的角度使磷酸二銨以料簾的形式在轉鼓中均勻地轉動；調整氣流式 霧化器的角度使噴嘴的軸線垂直於轉鼓平面。根據塗層量稱取一定質量經過表 面改性的凹凸棒粉末作為包膜材料待用，在本發明的實施例中包膜的塗層量為 20~35%wt;用磷酸二銨製成飽和水溶液，水溶液所用水量為所用凹凸棒土質量 的1/8，將水溶液高位槽中。磷酸二銨飽和溶液在重力的作用下沿塑料管流入氣 流式霧化器，被壓縮空氣霧化後，噴塗到滾動著的磷酸二銨顆粒表面，使磷酸 二銨顆粒表面溼潤。與此同時，不斷地撒入凹凸棒粉末，使之在磷酸二銨飽和 溶液的粘結作用下，粘附在磷酸二銨顆粒的表面上。包塗完畢後，取出包膜磷 酸二銨顆粒待其自然晾乾後，即得產品，參見附圖l。如果所包的含磷肥料為過磷酸鈣、重過磷酸鈣等水溶性相對較差的磷肥， 只需用其製成水溶液噴在被包肥料外即可。包膜所得緩釋磷肥中P20s含量的測定稱取0.5g左右磨碎的包膜磷酸二銨(精確至土0.01g)，加入100mL的蒸餾 水，充分攪拌使其中的磷酸二銨完全溶解，用乾燥的濾紙過濾，洗滌數次，將 濾液用250mL的容量瓶定容後，用移液管取濾液25.00mL，測定這25.00mL濾液 中p205的含量，其值乘以10即為該包膜磷酸二銨中p205的含量。包膜所得緩釋磷肥肥效釋放曲線的測定與繪製肥效釋放曲線的測定與繪製方法參見李際東所著"磷酸二銨中有效五氧化 二磷的快速測定"《磷肥與復肥》，2007， 22(1) :62。① 將兩支層析柱洗淨，垂直安裝在鐵架臺上。② 將沙子先用自來水衝洗,再用蒸餾水衝洗，涼幹，稱取50g裝入柱內,然後裝 入5.0g肥料樣品(其中一支裝包膜肥，另一支裝研細的包膜肥)，在上面再裝入 50g沙子。③ 先用50mL水潤溼沙子,然後每次用100mL蒸餾水淋洗，上述實驗重複15次。④ 將接取的洗出液編號，分別測定每次洗出液中p2o5的含量。⑤ 以每次淋溶出的P20s的量為縱坐標，淋溶次數為橫坐標做圖即得肥效釋 放曲線，以5.0g包膜率為30%的磷酸二銨包膜肥料樣品測試的結果見附圖2。在圖2中各曲線是令為磨碎的包膜磷酸二銨， 為未改性凹凸棒土包膜的磷酸二銨，A為經本發明改性的凹凸棒土包膜的磷酸二銨。從圖2給出的淋溶曲線看出包膜肥料釋放速度較慢多，其效果較好，而且 釋放速度都很均勻。包膜緩釋肥的抗壓強度的測定隨機取20粒最接近球形的樣品，用顆粒強度測定儀分別測定其抗壓強度，取其平均值作為該種樣品顆粒的抗壓強度，N/粒。採用此法測得包膜緩釋磷酸二銨肥的抗壓強度如下表。肥料未改性凹凸棒土包 膜肥的抗壓強度 (N/粒)用磷酸改性凹凸榨土 包膜肥的抗壓強度 (N/粒)用碳酸鈉改性凹凸棒 土包膜肥的抗壓強度 (N/粒)磷酸二銨15.6222.8723.26從表中看出改性凹凸棒土包膜肥料抗壓強度都好於未改性凹凸棒土包膜肥 的抗壓強度，用碳酸鈉改性凹凸棒土包膜肥的抗壓強度更好一些。經檢測和實際應用還發現本發明(1) 改性後的凹凸棒土黏度增強了，提高了所包膜的強度。解決了在運輸 過程中易掉粉、易碎和提前崩解等問題。(2) 改性後的凹凸棒土保水性能增強了，更適合於比較乾旱的地區使用。 此方法的成本要比另外加入保水劑成本低的多。(3) 改善了緩釋性能。(4) 使用凹凸棒土材料肥料可提高農作物中的碘、硒、錳、鐵、鋅、銅和鈣等微量元素的含量，並可降低大多數作物中有害元素砷鉛、汞的含量。
權利要求
1. 用於磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特徵是將凹凸棒土加入碳酸鈉與水的質量比為2％～5％的碳酸鈉水溶液進行充分浸泡改性處理後，再充分進行機械攪拌，然後過濾分離出凹凸棒土，用清水充分洗滌後進行乾燥處理，然後再進行粉碎研磨。
2、 權利要求l所述的用於磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特徵是浸泡改 性處理時所用的碳酸鈉水溶液中碳酸鈉與水的質量比為2~3%。
3、 用於磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特徵是將凹凸棒土加入磷酸與水 的質量比為4%~10%磷酸水溶液中進行浸泡改性處理，然後過濾分離出凹凸棒 土，用清水充分洗滌後進行乾燥處理，然後再進行粉碎研磨。
4、 權利要求3所述的用於磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特徵是所述的 浸泡改性處理所用的磷酸水溶液中磷酸與水的質量比為6~10%。
5、 權利要求1至4所述的用於磷肥包膜的凹凸棒土改性方法所得的產物進 行含磷肥包膜的方法，其特徵在於將含磷肥料用網篩篩分得到均勻顆粒，將顆 粒倒入轉鼓包衣機中，調整包衣機傾斜的角度使顆粒肥料以料簾的形式在轉鼓 中均勻地轉動；調整氣流式霧化器的角度使噴嘴的軸線垂直於轉鼓平面，根據 塗層量設計稱取經改性的凹凸棒土待用；用被包裹含磷肥料製成水溶液或飽和 水溶液，水溶液所用水量為所用凹凸棒土質量的1/8,將水溶液霧化後，噴塗到 滾動著的含磷肥料顆粒表面，同時，不斷地撒入包膜材料凹凸棒土，使之在噴 入的水溶液或飽和水溶液的粘結作用下，均勻粘附在磷酸二銨顆粒的表面上， 包塗完畢後，取出包膜磷酸二銨顆粒待其自然晾乾。
全文摘要
本發明公開一種可緩釋的含磷肥料的製備方法及製備這種緩釋含磷肥所使用的包膜材料的製備方法。本發明所涉及的緩釋磷肥是一種在磷肥外包敷有包衣的包膜磷肥，其所用的包膜材料為經改性的凹凸棒土。本發明對凹凸棒土的改性方法是將凹凸棒土用碳酸鈉水溶液或者磷酸水溶液進行浸泡改性處理，然後分離出經改性處理的凹凸棒土進行乾燥和分散磨。
文檔編號C05G3/00GK101270011SQ20081009940
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月8日 優先權日2008年5月8日
發明者劉偉生, 穎 宋, 張國林, 曹發魁, 藺海明 申請人:蘭州大學