異丁叉二脲保水緩釋肥料的製備方法與流程

2023-05-28 20:44:01

本發明屬於保水緩釋肥料技術領域，具體涉及 「一鍋法」製備異丁叉二脲保水緩釋肥料。

背景技術：

化肥是農業生產中最大的物質投資，是農業增產的重要保證。據統計，20 世紀肥料對世界糧食增產的貢獻佔 40%～60%。施肥過程中，如何提高肥料的利用率、減少環境汙染是人們研究的一個重要課題，也是農業可持續發展的關鍵問題。由於緩控釋肥料可以顯著提高肥料的利用率、減輕施肥對環境的汙染，提高作物的產量和品質，因而受到廣泛的關注。生產和施用緩控釋肥料已經成為目前化肥工業發展的主要趨勢之一，也是發展現代農業、實施可持續發展戰略的必然要求。

另一方面，水是制約農業發展的重要因素。水分不但直接影響作物生產，而且肥料效應的發揮離不開適宜的土壤水分。水分和肥料是作物生長的必要條件。我國相當一部分耕地澆灌困難，而雨水在一年中分布又不均勻，自然降雨與作物生長水分需求不相適應，因此，如何促使土壤儲存更多的水分，提高水的利用率對旱耕地的糧食高產具有重要意義。保水劑是一種親水的聚合物網絡，能夠吸收自身質量數倍乃至成百上千倍的高分子聚合物，具有較強的吸水性與保水性。保水劑能夠改善土壤的物理性能、提高肥料養分的利用率、降低灌溉次數。基於此，科學工作者對保水緩控釋肥料進行了許多研究。

異丁叉二脲不僅是一種安全可靠、無毒無副作用、性能優良的非蛋白氮飼料添加劑，而且是農、林、園藝的緩效肥料（鄭學根. 異丁叉二脲的合成及應用, 湖北化工, 1999, 2: 25-26）。異丁叉二脲的肥效優於脲醛肥料，其釋放氮的速度與土壤溼度和顆粒大小密切相關，而溫度對其釋放氮的速度影響很小。異丁叉二脲與其它肥料複合特別適合於冬季作物及賽場草皮的施肥。可以做到既不燒傷葉子, 又能使作物生長旺盛。作為緩釋肥料，異丁叉二脲在日本、德國有較廣的應用。而我國在這方面的研究和應用起步較晚，其推廣應用還需一段時間 (張智, 張迎, 王文民, 等. 異丁叉二脲的合成研究，山東化工, 2005, 34: 7-8; 鄒菁, 綠色環保型緩釋/控釋肥料的研究現狀及展望, 武漢化工學院學報，2003, 25(1): 13-17）。因此，開發含有異丁叉二脲的保水緩釋肥料具有重要意義。

技術實現要素：

本發明目的在於提供一種製備異丁叉二脲緩釋肥料的新方法，以提高水資源和肥料的利用率，為農作物的豐產增收做出貢獻。

為達到上述目的，本發明在合成異丁叉二脲的過程中加入水溶性單體、交聯劑和引發劑，升高溫度後發生自由基聚合，通過「一鍋法」製備了異丁叉二脲保水緩釋肥料。

具體技術方案通過如下步驟實現：

（1）在水中加入尿素，加熱溶解。尿素的加入量可以在一定範圍內調節，從而調控肥料中尿素及異丁叉二脲的含量。

(2) 降溫30-40℃，加入水溶性單體，攪拌溶解。加入的水溶性單體可以是甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、馬來酸、丙烯醯胺或N-羥甲基丙烯醯胺中的一種或幾種。

（3）用酸調節溶液的pH值為3-4。所述酸可以是鹽酸、硫酸等強酸，也可以是磷酸、丙烯酸等弱酸。

（4）加入水溶性交聯劑和引發劑。水溶性交聯劑選N, N-亞甲基雙丙烯醯胺或聚乙二醇二（甲基）丙烯酸酯等。引發劑可以採用單一的體系，比如過硫酸鉀或過硫酸銨，也可採用氧化-還原體系，比如過硫酸銨-維生素C體系。單體與交聯劑摩爾比為30-150:1。

（5）攪拌條件下緩慢滴加異丁醛，滴加異丁醛的溫度不能過高，應低於引發劑的引發溫度；異丁醛的量根據需要進行調節，一般低於尿素的量，尿素與異丁醛的摩爾比為1.5-3.0：1。

（6）升高溫度，引發聚合。根據引發劑的不同，控制不同的溫度，用過硫酸銨引發時溫度一般控制在60-80℃；用過硫酸銨-維生素C引發體系時溫度控制在30-50℃；反應時間控制在0.5-2小時。

（7）乾燥、粉碎、造粒，得到保水緩釋肥料。乾燥產品可以採用真空乾燥，亦可是常壓乾燥。粉碎後可直接施用，也可與其他組分混合造粒後使用。

本發明有益效果：在合成異丁叉二脲的過程中加入水溶性單體、交聯劑和引發劑，通過「一鍋法」製備了異丁叉二脲保水緩控釋肥料。通過改變單體種類，調節聚合物的性能，進而調控肥料的吸水保水性及釋放特徵。

所得保水緩控釋肥料為水溶性化合物，能很好地利用親水性高分子網絡的吸水保水作用，使水資源得到充分利用，另一方面有利於調節異丁叉二脲的釋放速度。水肥調控特點提高了氮素及水分的利用率，製備過程簡單，有望獲得廣泛的應用，特別適合於乾旱少雨地區的使用。

具體實施方式

為對本發明進行更好地說明，舉實施例如下：

實施例1

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到30℃後加入7.50 g丙烯醯胺，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引發劑過硫酸銨0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛4.3 g，滴完後於68℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例2

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到30℃後加入7.50 g馬來酸，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.79 g，引發劑過硫酸銨0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛4.3 g，滴完後於75℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例3

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和30.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到40℃後加入7.50 g丙烯醯胺，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑N, N-亞甲基雙丙烯醯胺2.60 g，引發劑過硫酸鉀0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3 g，滴完後60℃溫度下反應2小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例4

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到35℃後加入7.50 g甲基丙烯酸，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯醯胺0.54 g，引發劑過硫酸銨0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3 g，滴完後68℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例5

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到30℃後加入7.60 g丙烯酸，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引發劑過硫酸銨-維生素C體系0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3 g，滴完後35℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例6

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到30℃後加入3.80 g丙烯酸，N-羥甲基丙烯醯胺3.75 g，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引發劑過硫酸銨0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3 g，滴完後68℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例7

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到30℃後加入13.75 g衣康酸，用鹽酸調節溶液pH值約為4，接著加入交聯劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引發劑過硫酸銨0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3 g，滴完後68℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例8

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和10.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到30℃後加入13.75 g衣康酸，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯醯胺0.54 g，引發劑過硫酸銨0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3 g，滴完後68℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例9

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到35℃後加入3.75 gN-羥甲基丙烯醯胺，6.87g衣康酸，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑聚乙二醇二丙烯酸酯2.60 g，引發劑過硫酸銨0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3g，滴完後68℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例10

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到40℃後加入N-羥甲基丙烯醯胺10.67g，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引發劑過硫酸銨0.10 g，攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3 g，滴完後68℃溫度下反應0.5小時，乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

實施例11

在250 mL三口燒瓶中加入7.50 g尿素和20.00 g水，機械攪拌並加熱到50℃，使尿素溶解。降溫到30℃後加入丙烯醯胺7.50 g，用鹽酸調節溶液pH值約為3，接著加入交聯劑聚乙二醇二甲基丙烯酸酯2.60 g，引發劑過硫酸銨溶液2 mL（0.15 mol/L），攪拌溶解。緩慢升高溫度，同時滴加異丁醛 4.3 g，再加入還原劑維生素C溶液2 mL（0.15 mol/L），滴完後升高溫度到40℃得到塊狀凝膠，然後60℃溫度下反應0.5小時。乾燥、粉碎、造粒，得到異丁叉二脲保水緩釋肥料。

以上實施案例僅用於說明本發明的優選實施方式，但本發明並不限於上述實施方式，在所述領域普通技術人員所具備的知識範圍內，本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替代及改進等，均應視為本申請的保護範圍。