一種液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑及製備方法與流程
2024-03-27 16:26:05 1
本發明屬於液體肥料工業領域，涉及一種液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑及製備方法。
背景技術：
隨著肥料業的飛速發展，高濃度、液體化、複合化和緩效化的肥料發展趨勢越來越明顯，噴、滴、灌等施用技術開始在全國推廣應用，與之配套的水溶肥逐漸被關注。但清液肥對原料要求高，阻礙了水溶肥的發展。因此發展含有不溶性肥的液體肥為水溶肥的快速發展帶來了新機遇。特別是一些農業發達國家，如美國、以色列、日本、加拿大等，幾乎一半以上是以發展高濃度液體複合肥料為主。據有關資料介紹，一般來說，肥料濃度每提高10%，就可降低肥料包裝、儲存、運輸和管理費用20%左右。液體肥料由於具有生產費用低、養分含量高、易於複合、能直接被農作物吸收、便於配方施肥和機械化施肥等諸多優點,越來越受關注，液體水溶肥料產品具備了新型肥料發展的特徵。液體肥料的優點主要體現在生產成本低、投資少、生產和運輸過程中無粉塵，無煙霧、施用方便、直接被農作物吸收、精準施肥、施用方便、可以節省用水量、減少人力支出和物力消耗等方面。
從現行的肥料管理政策層面來看，對液體肥料有一定的支持但也有制約。肥料登記標準對液體水溶肥的養分含量限制太多，對液體水溶肥產品的均勻性沒有提出詳細的標準。目前市場上的很多液體水溶肥都出現沉積、分層等問題，雖然高濃度的液體水溶肥產品出現沉積分層是正常的，但是必須要在一定的比例之內才不影響產品的使用。而現行的標準沒有規定沉積分層的比例，就容易使不合格產品進入市場。
在推廣應用方面，液體肥也面臨一些局限。液體肥料的儲存和運輸必須採用特定的容器和運輸車輛，費用較高，而且還需要配製專門的施用工具等。同時，在前條件下，只宜於就地生產、施用，採購成本普遍高於固體肥料，某些產品或混合物可能出現鹽析作用或生成沉澱，這些都是液體肥料發展的制約因子。
在解決液體肥料的分層問題方面，美國主要採用添加一部分的膠狀粘土礦物，如膨潤土、白土、矽鎂土、海泡石等，用量約1％～2％，並使懸浮液在28℃時粘度控制在300～700mpa•s的範圍，但是該方法應用在高濃度液體肥複合肥中放置時間短，肥料必須在短期內(15天)用完，放置時間長產生分層結塊；究其原因主要因為，液體肥中的不可避免的有效離子對粘土膠體性能存在嚴重幹擾，遇到鹽分含量高的肥料，粘土的膠體性能被破壞，粘土穩定性和懸浮效果差，因此很難生產出高濃度、穩定的懸浮肥料。在國內，主要是通過加入高粘度高分子量的纖維素類物質,如專利200910192150.6懸浮型液體複合肥料及其製備方法,添加4～12％的羥乙基纖維素,以提高懸浮液的粘度，該方法加入的纖維素類比例較大，成本太高，且沒有複合懸浮劑的效果好。
凹凸棒粘土是一種含水富鎂鋁矽酸鹽礦物,晶體結構有利於形成纖維網格，晶體表面的高電位有利於水化，al3+和mg2+之間的異價類質同象置換的廣泛存在有利於產生活性表面位置而增強水化性能。因此，它可在水溶液中形成非牛頓液體類型的觸變性凝膠。因此凹凸棒粘土具有良好的增稠懸浮性。用於液體肥料，由於增稠懸浮性，可以對液體肥料產生懸浮效果。然而在具體實踐中，受液體肥料中陰離子和陽離子的影響，凹凸棒粘土在液體肥中的分散性較差，嚴重時，因液體肥離子的幹擾膠體性能喪失。使得凹凸棒粘土在液體肥中的使用受到限制。因此，尋找一種防止離子對粘土膠體性能干擾的有效方法勢在必行。
技術實現要素：
鑑於上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑及製備方法。該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑具有較好的穩定性和懸浮性，能夠防止液體肥中的肥料顆粒下沉，長時間防止液體肥分層。該製備方法簡單易行，適合大規模生產。
為了達到前述目的，本發明提供一種液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑，其中，所述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑為核殼結構，所述核殼結構以凹凸棒粘土為核，所述凹凸棒粘土的表面接枝有增稠劑，所述增稠劑的接枝率為25%-40%。
在上述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑中，優選地，所述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的粒徑為500nm-50μm。
在上述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑中，優選地，所述凹凸棒粘土為經有機酸剝離後的凹凸棒粘土。
在上述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑中，優選地，所述有機酸包括肌醇六磷酸、磺酸、亞磺酸和硫羧酸中的一種或幾種的組合。
在上述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑中，優選地，所述增稠劑包括枝纖維素醚、澱粉醚、黃原膠、瓜爾膠、卡拉膠和刺槐樹膠中的一種或幾種的組合。
上述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑以凹凸棒粘土為核心，將增稠劑分子接枝到凹凸棒粘土的表層，使凹凸棒粘土形成容易溶水的三維構造，以降低液體肥中的離子對凹凸棒粘土膠體性能的幹擾，提高凹凸棒粘土在液體肥中的穩定性和懸浮性，同時防止液體肥中的肥料顆粒下沉，從而能夠長時間防止液體肥分層。
本發明還提供上述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的製備方法，其包括以下步驟：
步驟一：將凹凸棒粘土粉碎過濾，篩選出50μm以下的微米級凹凸棒粘土顆粒，然後分散在有機酸溶液中，製得懸浮液，將所述懸浮液置於60℃-80℃下反應5h-12h，然後冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，乾燥後得到活化的凹凸棒粘土；
步驟二：將所述活化的凹凸棒粘土按質量比為1:（10-50）分散在有機溶劑中，然後加入增稠劑，並在80℃-100℃下反應2h-6h，然後乾燥，結晶，得到所述液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑；
其中，所述活化的凹凸棒粘土與所述增稠劑的質量比為1:（0.3-1）。
在上述製備方法中，優選地，所述有機溶劑包括乙醇、甲醇、異丙醇、丙酮、苯、甲苯和二甲苯中的一種或幾種的組合。
在上述製備方法中，優選地，所述有機酸溶液的摩爾濃度為0.3-1mol/l。
上述製備方法在有機酸條件下剝離凹凸棒粘土的表面層結構，使凹凸棒土的層結構發生活化，並在層結構界面進一步接枝纖維素醚、澱粉醚、黃原膠、瓜爾膠、卡拉膠、刺槐樹膠等增稠劑，使凹凸棒土形成容易溶水的三維結構，進而提高了凹凸棒的分散速率並通過在層結構界面接枝增稠劑，有效地防止了液體肥中離子對凹凸棒粘土膠體性能的幹擾，從而提高了凹凸棒粘土的懸浮性和穩定性。該製備方法成本低，便於工業化生產。
本發明一種液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑及製備方法，與現有技術相比，其突出的特點和優異的效果在於：
（1）本發明提供的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑將增稠劑分子接枝到凹凸棒粘土的表層，使凹凸棒粘土形成容易溶水的三維構造，從而使凹凸棒粘土在水中快速分散，形成粘稠液體；
（2）本發明提供的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑通過在凹凸棒粘土的層結構界面接枝纖維素醚等增稠劑分子，有效地防止了液體肥中離子對凹凸棒粘土膠體性能的幹擾，提高了凹凸棒粘土在液體肥中的穩定性和懸浮性，同時防止液體肥中的肥料顆粒下沉，從而能夠長時間防止液體肥分層；
（3）本發明提供的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的製備方法成本低，便於工業化生產。
具體實施方式
以下通過具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發明的範圍僅限於以下的實例。在不脫離本發明上述方法思想的情況下,根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更,均應包含在本發明的範圍內。
實施例1
本實施例提供了一種液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的製備方法，其包括以下步驟：
將10克凹凸棒粘土超聲粉碎，然後篩選出20μm以下的凹凸棒粘土顆粒，隨後分散在0.5mol/l的磺酸溶液中，製得懸浮液，並置於80℃溫度下反應10h，然後冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，乾燥後得到活化的凹凸棒粘土；
將該活化的凹凸棒粘土分散到200克甲苯中，然後加入3克澱粉醚並在80℃下反應4h，然後乾燥，結晶，得到液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑。
對本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑進行測試，發現該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑為核殼結構，其以磺酸剝離後的凹凸棒為核，該磺酸剝離後的凹凸棒的層結構界面接枝澱粉醚分子，且澱粉醚的接枝率為25%，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的粒徑為500nm-25μm。
與10克常規凹凸棒粘土相比，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑在水中的溶解速度提高了3倍，且常溫下，其粘度為3025mpa·s，且添加該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑後的液體肥在45天後仍未出現分層現象。
實施例2
將10克凹凸棒粘土超聲粉碎，然後篩選出30μm以下的凹凸棒粘土顆粒，隨後分散在1mol/l的磺酸溶液中，製得懸浮液，並置於80℃溫度下反應10h，然後冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，乾燥後得到活化的凹凸棒粘土；
將該活化的凹凸棒粘土分散到200克甲苯中，然後加入5克黃原膠並在80℃下反應4h，然後乾燥，結晶，得到液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑。
對本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑進行測試，發現該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑為核殼結構，其以磺酸剝離後的凹凸棒為核，該磺酸剝離後的凹凸棒的層結構界面接枝黃原膠分子，且黃原膠的接枝率為27%，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的粒徑為500nm-33μm。
與10克常規凹凸棒粘土相比，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑在水中的溶解速度提高了3倍，且常溫下，其粘度為3075mpa·s，且添加該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑後的液體肥在45天後仍未出現分層現象。
實施例3
將10克凹凸棒粘土超聲粉碎，然後篩選出20μm以下的凹凸棒粘土顆粒，隨後分散在1mol/l的肌醇六磷酸溶液中，製得懸浮液，並置於80℃溫度下反應12h，然後冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，乾燥後得到活化的凹凸棒粘土；
將該活化的凹凸棒粘土分散到200克甲苯中，然後加入5克瓜爾膠並在80℃下反應4h，然後乾燥，結晶，得到液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑。
對本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑進行測試，發現該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑為核殼結構，其以肌醇六磷酸剝離後的凹凸棒為核，該肌醇六磷酸剝離後的凹凸棒的層結構界面接枝瓜爾膠分子，且瓜爾膠的接枝率為30%，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的粒徑為500nm-27μm。
與10克常規凹凸棒粘土相比，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑在水中的溶解速度提高了4倍，且常溫下，其粘度為3127mpa·s，且添加該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑後的液體肥在45天後仍未出現分層現象。
實施例4
將10克凹凸棒粘土超聲粉碎，然後篩選出30μm以下的凹凸棒粘土顆粒，隨後分散在1mol/l的肌醇六磷酸溶液中，製得懸浮液，並置於80℃溫度下反應10h，然後冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，乾燥後得到活化的凹凸棒粘土；
將該活化的凹凸棒粘土分散到200克甲苯中，然後加入8克卡拉膠並在80℃下反應4h，然後乾燥，結晶，得到液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑。
對本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑進行測試，發現該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑為核殼結構，其以肌醇六磷酸剝離後的凹凸棒為核，該肌醇六磷酸剝離後的凹凸棒的層結構界面接枝卡拉膠分子，且卡拉膠的接枝率為40%，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的粒徑為5μm-37μm。
與10克常規凹凸棒粘土相比，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑在水中的溶解速度提高了3倍，且常溫下，其粘度為3148mpa·s，且添加該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑後的液體肥在45天後仍未出現分層現象。
實施例5
將10克凹凸棒粘土超聲粉碎，然後篩選出20μm以下的凹凸棒粘土顆粒，隨後分散在0.5mol/l的磺酸溶液中，製得懸浮液，並置於80℃溫度下反應10h，然後冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，乾燥後得到活化的凹凸棒粘土；
將該活化的凹凸棒粘土分散到200克甲苯中，然後加入6克刺槐樹膠並在80℃下反應4h，然後乾燥，結晶，得到液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑。
對本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑進行測試，發現該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑為核殼結構，其以磺酸剝離後的凹凸棒為核，該磺酸剝離後的凹凸棒的層結構界面接枝刺槐樹膠分子，且刺槐樹膠的接枝率為30%，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的粒徑為5μm-30μm。
與10克常規凹凸棒粘土相比，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑在水中的溶解速度提高了3倍，且常溫下，其粘度為2975mpa·s，且添加該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑後的液體肥在45天後仍未出現分層現象。
實施例6
將10克凹凸棒粘土超聲粉碎，然後篩選出30μm以下的凹凸棒粘土顆粒，隨後分散在1mol/l的肌醇六磷酸溶液中，製得懸浮液，並置於80℃溫度下反應10h，然後冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，乾燥後得到活化的凹凸棒粘土；
將該活化的凹凸棒粘土分散到200克甲苯中，然後加入5克纖維素醚並在80℃下反應4h，然後乾燥，結晶，得到液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑。
對本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑進行測試，發現該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑為核殼結構，其以肌醇六磷酸剝離後的凹凸棒為核，該肌醇六磷酸剝離後的凹凸棒的層結構界面接枝纖維素醚分子，且纖維素醚的接枝率為30%，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的粒徑為5μm-45μm。
與10克常規凹凸棒粘土相比，本實施例製得的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑在水中的溶解速度提高了3倍，且常溫下，其粘度為3125mpa·s，且添加該液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑後的液體肥在45天後仍未出現分層現象。
由實施例1-6可知，本發明提供的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑將增稠劑分子接枝到了凹凸棒粘土的表層，使凹凸棒粘土形成容易溶水的三維構造，並使凹凸棒粘土在水中快速分散，形成粘稠液體；不同於單一凹凸棒土，也不同於凹凸棒土與增稠劑知己混合，本發明液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑通過在凹凸棒粘土的層結構界面接枝纖維素醚等增稠劑分子，有效地防止了液體肥中離子對凹凸棒粘土膠體性能的幹擾，提高了凹凸棒粘土在液體肥中的穩定性和懸浮性，同時防止液體肥中的肥料顆粒下沉，從而能夠長時間防止液體肥分層；且本發明提供的液體肥專用凹凸棒粘土懸浮劑的製備方法成本低，便於工業化生產。