一種環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料的製作方法
2023-05-18 19:43:06
一種環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料，所述緩控釋材料由以下質量份數的各組分製成：熱塑性葡甘聚糖30～80份、樹脂20～60份、接枝改性物5～7份、引發劑1～5份、發泡劑2～5份、潤滑劑2～5份。以本發明的緩控釋材料為基礎製備的緩控釋肥料，在25℃靜水中浸泡24小時初期養分釋放率小於13.2%，28天累積養分釋放率小於78.4%，養分釋放期內累積釋放率大於92.6%。肥料養分有效利用率提高35.6%以上，可大幅減少化肥的使用量及施肥次數，提高化肥有效利用率，可有效減輕化肥對生態環境的破壞。
【專利說明】一種環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料
【技術領域】
[0001]本發明屬於肥料【技術領域】，具體涉及一種環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料。
【背景技術】
[0002]化肥的施用，為世界糧食生產作出了巨大貢獻。20世紀以來，世界化肥生產量及消費量一直保持持續增長。據聯合國糧農組織(FAO)統計資料，20世紀60年代到90年代，提高農業產量的增 產因素中，增施化肥佔40%~60%，這無疑緩解了世界人口爆炸帶來的資源壓力。但化學肥料作為外源物質引入，使農業生態系統發生了相應變化，這些變化主要包括以下幾個方面:
首先，化肥的增產效率下降。由於氮素易通過揮發、淋溶、反硝化損失；磷肥很容易被土壤中的Al3+、Fe3+及Ca2+、Mg2+固定，形成穩定的沉澱或與鐵、鋁氧化物形成閉蓄態磷而逐步喪失有效性，造成化肥施用的當季利用率很低。利用不同的技術方法來提高肥料利用率是研究如何阻止或減少養分淋失問題中的核心，而緩控釋肥料又是解決這一核心問題的重要手段。緩控釋材料的選擇是控釋肥料研製的關鍵。目前，國內外已應用和正研究的緩控釋材料可分為緩釋材料，包囊材料和載體材料3類。
[0003](I)緩釋材料:多為高分子化合物，根據其在緩釋肥料中的作用可把它們分為3類:①阻滯劑，疏水性強的脂肪、蠟類高分子材料。肥料在這類熔融材料中混懸或混溶冷卻，被脂溶性材料包裹。②骨架材料，這種高分子材料具有較大的分子內空間，如海藻酸鈉，聚乳酸等，以這種高分子材料為載體，可製成載肥體系。③增粘劑，是一類水溶性高分子材料，如聚乙二醇等，通過減小養分擴散作用來控制養分的釋放。
[0004](2)包囊材料:按來源可分成3類:①天然高分子材料，具有囊材要求的多種基本特性，無毒、穩定、成膜性好、價廉易得，如阿拉伯膠、明膠、海藻酸鈉等。②半合成高分子材料，以纖維素的衍生物為主，粘度大、成膜性良好、易水解，如羥甲基纖維素鈉、乙基纖維素等。③合成高分子材料，化學穩定性高、成膜性能優良，特別是生物可降解材料作為囊材更受到關注。
[0005](3)載體材料，按來源可分為:①天然載體材料，如明膠、甲殼糖、澱粉等。②合成高分子載體材料，如聚醯胺、聚乳酸等。控釋肥料的研究在於提高肥料的效益，並減小化學肥料對環境的威脅。
[0006]但是目前已有的緩控釋材料的緩控釋效果不好，對環境有汙染，且價格較高。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術中存在的問題，本發明提供了一種環境友好型高效水溶性肥料緩控釋材料，該緩控釋材料集緩釋、包囊和載體等多功能為一體。
[0008]本發明提供一種環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料，所述緩控釋材料由以下質量份數的各組分製成:熱塑性葡甘聚糖30~80份、樹脂20~60份、接枝改性物5~7份、引發劑I~5份、發泡劑2~5份、潤滑劑2~5份。
[0009]優選地，所述熱塑性葡甘聚糖的製備方法為:將葡甘聚糖溶脹於PHlO的50%的乙醇水溶液中，控溫50°C進行脫乙醯基處理，過濾、洗滌至中性，乾燥後，再溶脹於水中，控溫50°C，加入過硫酸鉀、丙烯酸甲酯，進行接枝共聚反應，過濾清洗，乾燥，即得到熱塑性葡甘聚糖。
[0010]優選地，所述的樹脂選用乙烯/醋酸乙烯共聚物，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物，乙烯/丙烯酸共聚物中的一種或兩種以上任意組合。
[0011]優選地，所述的接枝改性物選用十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸、6-羥基己酸中的一種或兩種以上的任意組合。
[0012]優選地，所述的引發劑選用過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯、過氧化對氯苯甲醯、過氧化乙醯、叔丁基過氧苯甲酸酯中的一種或兩種以上的任意組合。
[0013]優選地，所述發泡劑選用物理髮泡劑和/或化學發泡劑中的一種或者兩種以上的
任意組合。
[0014]優選地，所述物理髮泡劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、C02，所述化學發泡劑為偶氮二甲醯
胺、偶氮二異丁腈。
[0015]優選地，所述潤滑劑選用石蠟、硬脂酸、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯中的一種或者兩種以上的任意組合。
[0016]本發明的第二個目的是提供上述緩控釋材料的製備方法，其步驟是:
第一步，製備熱塑性葡甘聚糖，是將葡甘聚糖溶脹於PHlO的50%的乙醇水溶液中，控溫50°C進行脫乙醯基處理，過濾、洗滌至中性，乾燥後，再溶脹於水中，控溫50°C，加入過硫酸鉀、丙烯酸甲酯，進行接枝共聚反應，過濾清洗，乾燥，即得到熱塑性葡甘聚糖；
第二步，配料，按重量份配比取熱塑性動物膠30~80份、樹脂20~60份、接枝改性物5~7份、引發劑I~5份、發泡劑2~5份、潤滑劑2~5份，在高速混合機中混合20~30 min ；
第三步，熔融共混，在熔融共混溫度110~130°c，口模溫度120~140°C，螺杆轉速為20~40轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；
第四步，成型，在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎，製備得到本發明的環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料。
[0017]本發明以可再生的天然高分子材料-葡甘聚糖為原料，配合樹脂、接枝改性物、弓丨發劑、發泡劑和潤滑劑等製成的葡甘聚糖基高效水肥緩控釋新材料，是一種具有緩釋、包囊和載體等優良的「綠色環保」高效水肥緩控釋新材料。葡甘聚糖接枝改性後分子之間呈複雜的三維網狀結構，並具有一定的交聯度。在其交聯的網狀結構上有許多羧基、羥基等親水基團，當它與水接觸時，其分子表面的親水性基團電離並與水分子結合成氫鍵，通過這種方式吸持大量的水分，在緩控釋肥料養分的基礎上，對水分也具有較好的緩控釋功能，同時提高水肥利用率。葡甘聚糖所具有的一系列優良屬性，如生物降解、接枝共聚、玻璃化成膜、吸水保水、吸附緩釋、土壤改良等，在葡甘聚糖基高效水肥緩控釋新材料中得以再現和疊加。葡甘聚糖基高效水肥緩控釋新材料具有不同類型緩控釋材料的優點，能夠滿足使用要求的機械強度、具有緩釋、包囊、載體材料的共同功能，在自然環境(光、熱、微生物等)條件下能夠完全降解。葡甘聚糖基高效緩控釋新材料所具有的優良緩控釋特性，在醫學、製藥、化肥、農藥、環境治理等方面具有廣闊的應用前景。
[0018]將葡甘聚糖基高效水肥緩控釋新材料，再與不同比例的肥料、水肥耦合劑、水藥耦合劑、肥藥耦合劑等複合共混或造粒，可得到系列新型內質分子包裹高效控緩釋化肥，其原理上不同於包膜型和分子穩定性控緩釋化肥，其生產成本低，工藝簡單。經試驗，系列新型內質分子包裹高效控緩釋化肥總養分高於32.2% (中濃度)和41.5% (高濃度)，三元或二兀緩釋肥料的單一養分含量不低於6.2%。在25°C靜水中浸泡24小時初期養分釋放率小於13.2%，28天累積養分釋放率小於78.4%，養分釋放期內累積釋放率大於92.6%。肥料養分有效利用率提高35.6%以上，可大幅減少化肥的使用量及施肥次數，提高化肥有效利用率，可有效減輕化肥對生態環境的破壞。由於葡甘聚糖基交聯的網狀結構上有許多羧基、羥基等親水基團的吸水保水，同時可提高水分利用率42.0%以上。技術經濟指標優於緩釋肥料國家標準 GB-T23348-2009。
【具體實施方式】
[0019]以下的實施例便於更好地理解本發明，但並不限定本發明。下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法。除特殊說明外，「％」均代表質量百分數。
[0020]實施例1:熱塑性葡甘聚糖製備
按重量份配比將100份葡甘聚糖溶脹於PHlO的50%的乙醇水溶液500份中，控溫50°C進行脫乙醯基處理10小時，過濾、洗滌至中性，在50°C乾燥12小時，再溶脹於500份水中，控溫50°C，加入過硫酸鉀5份、丙烯酸甲酯50份，接枝共聚反應4小時，過濾清洗，在50°C下乾燥12小時，即得到熱塑性葡甘聚糖。
[0021]實施例2
按重量份取實施例1製備的熱塑性葡甘聚糖30份、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA) 60份、十一烯基丁二酸酐7份、過氧化苯甲醯5份、碳酸鈉5份、石蠟5份在高速混合機中混合30 min,然後在熔融共混溫度110°C，口模溫度120°C，螺杆轉速為20轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；在自然空氣下進行冷卻，造粒、粗碎製備得到本發明的高效水肥緩控釋材料，其中，水肥是指水溶性化肥。
[0022]實施例3
按重量份取實施例1製備的熱塑性葡甘聚糖60份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 40份、十二烯基丁二酸酯6份、過氧化月桂醯3份、碳酸氫鈉3份、硬脂酸3份在高速混合機中混合25 min，在熔融共混溫度120°C，口模溫度130°C，螺杆轉速為30轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；在自然空氣下進行冷卻，造粒、粗碎製備得到本發明的高效水肥緩控釋材料。
[0023]實施例4
按重量份取實施例1 製備的熱塑性葡甘聚糖80份、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA) 20份、十八烯酸5份、過氧化對氯苯甲醯1份、CO2 1份、偶氮二甲醯胺1份、聚乙烯蠟2份在高速混合機中混合20min，在熔融共混溫度130°C，口模溫度140°C，螺杆轉速為40轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；在自然空氣下進行冷卻，造粒、粗碎製備得到本發明的高效水肥緩控釋材料。
[0024]實施例5按重量份取實施例1製備的熱塑性葡甘聚糖50份、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA) 20份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 40份、十一烯基丁二酸酐7份、過氧化苯甲醯2份、過氧化乙醯3份、碳酸鈉5份、石蠟3份、氧化聚乙烯2份在高速混合機中混合25 min，在熔融共混溫度115°C，口模溫度125°C，螺杆轉速為30轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；在自然空氣下進行冷卻，造粒、粗碎製備得到本發明的高效水肥緩控釋材料。
[0025]實施例6
按重量份取實施例1製備的熱塑性葡甘聚糖60份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 40份、十二烯基丁二酸酯3份、聚乳酸3份、過氧化月桂醯1份、叔丁基過氧苯甲酸酯2份、碳酸氫鈉3份、硬脂酸3份在高速混合機中混合25 min，在熔融共混溫度125°C，口模溫度135°C，螺杆轉速為30轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；在自然空氣下進行冷卻，造粒、粗碎製備得到本發明的高效水肥緩控釋材料。
[0026]實施例7
按重量份取實施例1製備的熱塑性葡甘聚糖70份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 20份、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA) 20份、十八烯酸2份、6-羥基己酸3份、過氧化對氯苯甲醯1份、C02 1份、偶氮二異丁腈1份、聚乙烯蠟1份、氧化聚乙烯1份在高速混合機中混合20min,在熔融共混溫度120°C，口模溫度140°C，螺杆轉速為35轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；在自然空氣下進 行冷卻，造粒、粗碎製備得到本發明的高效水肥緩控釋材料。
[0027]實施例8
按重量份取實施例1製備的熱塑性葡甘聚糖40份、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA) 20份、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物(EEA) 20份、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA) 20份、十八烯酸2份、
6-羥基己酸3份、過氧化對氯苯甲醯1份、過氧化乙醯1份、過氧化對氯苯甲醯1份、CO2 I份、偶氮二甲醯胺2份、硬脂酸1份、聚乙烯蠟1份、氧化聚乙烯1份在高速混合機中混合28min,在熔融共混溫度125°C，口模溫度135°C，螺杆轉速為30轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎製備得到本發明的高效水肥緩控釋材料。
[0028]實施例9
按重量份取實施例1製備的熱塑性葡甘聚糖65份、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA) 30份、乙烯/丙烯酸共聚物(EAA) 20份、十二烯基丁二酸酯4份、6-羥基己酸3份、過氧化對氯苯甲醯1份、過氧化苯甲醯2份、過氧化月桂醯1份、過氧化對氯苯甲醯1份、碳酸氫鈉I份、偶氮二甲醯胺2份、硬脂酸1份、聚乙烯蠟1份、石蠟2份在高速混合機中混合22min，在熔融共混溫度115°C，口模溫度125°C，螺杆轉速為35轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出；在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎製備得到本發明的高效水肥緩控釋材料。
[0029]最後應說明的是:以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料，其特徵在於:所述緩控釋材料由以下質量份數的各組分製成:熱塑性葡甘聚糖30~80份、樹脂20~60份、接枝改性物5~7份、引發劑I~5份、發泡劑2~5份、潤滑劑2~5份。
2.根據權利要求1所述的緩控釋材料，其特徵在於:所述熱塑性葡甘聚糖的製備方法為:將葡甘聚糖溶脹於PHlO的50%的乙醇水溶液中，控溫50°C進行脫乙醯基處理，過濾、洗滌至中性，乾燥後，再溶脹於水中，控溫50°C，加入過硫酸鉀、丙烯酸甲酯，進行接枝共聚反應，過濾清洗，乾燥，即得到熱塑性葡甘聚糖。
3.根據權利要求1所述的緩控釋材料，其特徵在於:所述的樹脂選用乙烯/醋酸乙烯共聚物，乙烯/丙烯酸乙酯共聚物，乙烯/丙烯酸共聚物中的一種或兩種以上任意組合。
4.根據權利要求1所述的緩控釋材料，其特徵在於:所述的接枝改性物選用十一烯基丁二酸酐、十二烯基丁二酸酯、十八烯酸、聚乳酸、6-羥基己酸中的一種或兩種以上的任意組合。
5.根據權利要求1所述的緩控釋材料，其特徵在於:所述的引發劑選用過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯、過氧化對氯苯甲醯、過氧化乙醯、叔丁基過氧苯甲酸酯中的一種或兩種以上的任意組合。
6.根據權利要求1所述的緩控釋材料，其特徵在於:所述發泡劑選用物理髮泡劑和/或化學發泡劑中的一種或者兩種以上的任意組合。
7.根據權利要求6所述的緩控釋材料，其特徵在於:所述物理髮泡劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、CO2，所述化學 發泡劑為偶氮二甲醯胺、偶氮二異丁腈。
8.根據權利要求1所述的緩控釋材料，其特徵在於:所述潤滑劑選用石蠟、硬脂酸、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯中的一種或者兩種以上的任意組合。
9.權利要求1-8任一所述的緩控釋材料的製備方法，其步驟是: 第一步，製備熱塑性葡甘聚糖，是將葡甘聚糖溶脹於PHlO的50%的乙醇水溶液中，控溫.50°C進行脫乙醯基處理，過濾、洗滌至中性，乾燥後，再溶脹於水中，控溫50°C，加入過硫酸鉀、丙烯酸甲酯，進行接枝共聚反應，過濾清洗，乾燥，即得到熱塑性葡甘聚糖； 第二步，配料，按重量份配比取熱塑性動物膠30~80份、樹脂20~60份、接枝改性物.5~7份、引發劑I~5份、發泡劑2~5份、潤滑劑2~5份，在高速混合機中混合20~.30 min ； 第三步，熔融共混，在熔融共混溫度110~130°c，口模溫度120~140°C，螺杆轉速為.20~40轉/分鐘的雙螺杆擠出機中熔融共混並擠出； 第四步，成型，在自然空氣下進行冷卻，切粒，粗碎，製備得到本發明的環境友好型葡甘聚糖高效水肥緩控釋材料。
【文檔編號】C05G3/00GK104003802SQ201410237171
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】李保強 申請人:新疆慧爾農業科技股份有限公司