一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料及其制备方法，是以包膜骨架物质总重量计，首先将1～10%致孔剂、1～18%成膜助剂石蜡、0.01～0.6%有机金属催化剂与植物油多元醇共混聚合制备成包膜材料A，然后将包膜材料A和聚异氰酸酯同时在底侧喷旋流流化床内均匀的喷涂在核芯肥料表面，进行原位聚合反应，在核芯肥料表面生成均匀的高分子包膜层。所述包膜骨架物质为重量比为1：0.5～1.5的植物油多元醇和聚异氰酸酯。本发明专利技术在包膜材料选择、包膜肥料养分释放性能调控、包膜材料共混聚合以及包膜工艺上有创新，制备的控释肥料质量稳定、包膜完整、养分释放率可控，包膜过程能耗少，工艺简单易操作。

【技术实现步骤摘要】
一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料及其制备方法
本专利技术属于肥料及其制造
更具体地，涉及一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料及其制备方法。
技术介绍
控释肥料是采用聚合物包膜，可定量控制肥料中养分释放数量和释放期，使养分供应与作物生长期各个主要营养阶段需肥规律吻合的包膜肥料，包括包膜尿素、包膜复合肥、包膜钾肥、包膜磷酸铵等。颗粒状水溶性肥料经过包膜后，能够减少养分流失而明显提高肥料的利用率。控释肥料是目前和今后解决我国用肥量大，却因肥料利用率低而造成大量养分浪费导致经济损失，并造成严重环境污染问题的根本出路。自19世纪60年代，美国TVA开发包硫尿素后，包膜肥料在欧美等发达国家得到迅速发展，技术水平不断提高。我国控释肥研究起步比较晚，始于20世纪60年代末，期间包膜技术经过了多个阶段的进步。我国的控释肥料研发以来，首先主要是引进和采用日本的溶剂型树脂包膜技术，即以脂溶性聚合物（以烯烃类物质为主）为包膜材料，以三氯甲烷、甲苯、松节油等易挥发型溶剂溶解聚烯烃物质制成烯烃类稀溶液，即烯烃类物质和溶剂的混合物。这类包膜材料的优点在于：第一，可供选择作为包膜材料的聚烯烃类种类多，且其中较多为再生烯烃；供选溶剂种类也多；第二，溶剂型树脂包膜控释肥料的制造工艺较为简单，只需喷涂、蒸发溶剂、冷凝回收溶剂等物理过程，包膜过程中不存在复杂的化学反应过程。但是该技术和工艺的最大缺点在于：第一，生产过程不环保，表现在所用溶剂均为挥发性物质（VOC），在包膜过程中虽有溶剂回收，但是截止目前，采用该工艺的控释肥料企业均不能完全回收包膜过程产生的挥发性物质，尤其是有些企业竟然采用无味的三氯甲烷，虽然无味，但是它已经是国际上工人的有海域人类健康的VOC，对于以甲苯、松节油等气味很重的溶剂而言，其对人类的危害更大；第二，要达到90%以上回收VOC物质，就要首先采用活性炭吸附包膜过程溶剂浓度很低的高压风（包膜过程高压风中溶剂的浓度不足0.1%（体积比），如此低浓度的溶剂在高速流动下是无法用列管冷凝器回收的），然后再把吸附在活性炭中的溶剂蒸发成过饱和溶剂蒸汽，再用列管冷凝器回收。如此包膜肥料的造价就会很大。第三，采用脂溶性包膜材料制造包膜控释肥料的企业，出个别大型企业外，大多借用医药的流化床，由于装备与物料（核芯肥料和溶剂）不匹配，导致包膜效率低、设备能耗高。由此可见，脂溶性包膜材料及其包膜工艺的问题在于溶剂的回收率相当低，既造成溶剂损失，又污染环境和危害人类健康；据烯烃类聚合物多为难降解的高分子材料，长期大量施用此类包膜肥料可能会对土壤和作物产生一定危害。为了解决脂溶性包膜材料和工艺的上述问题，随着科学技术的发展以及聚氨酯涂料工业的发展，肥料科技工作者已经尝试借用水性聚氨酯、无溶剂双组份聚氨酯涂料合成技术研发包膜材料，并将其应用到控释肥料制造领域（ZL200910037546.3，CN101323545A，CN101671425A）合成原理，根据肥料的性质和作物对肥料的吸收规律，以多元醇和异氰酸酯两类材料为骨架物质，通过异氰酸酯的-NCO与多元醇-OH交联固化成具有网络结构的膜层，经过反复涂布即为包膜控释肥料。然而，上述专利在包膜材料筛选、包膜工艺、和包膜肥料的养分释放调控上还有一定的问题。CN101323545A公开的专利虽然罗列了数十种，但是多为异氰酸酯单体，属于易挥发性物质，在包膜肥料制造过程中易产生异氰酸酯的挥发，并危害人体健康，而且每种异氰酸酯的氰酸根-NCO摩尔数不一，在包膜肥料的制造中很多是无用的，例如MDI和TDI实际上在包膜肥料制造中已经被淘汰；所罗列的十四种聚醚多元醇实际上是用来制造发泡聚氨酯的，如果在包膜肥料的生产中，发生聚氨酯发泡，那么就等于包膜失败；另外，在其陈述的包膜肥料制备方法中，将成膜助剂与异氰酸酯进行混合的工艺不科学，表现在该专利所述成膜助剂为石蜡类的物质，一般需要80度以上的温度才能熔融，而该专利中的TDI、HDI等异氰酸酯属于挥发性物质（VOC），在常温下就能挥发对人有害的物质，该专利还要将其与石蜡加温共融，加温中难免有大量的异氰酸酯挥发；还有该专利的工艺过程中，所述助成膜剂石蜡的添加方法是先将异氰酸酯与石蜡在50～100℃预热得到a，将多元醇、可降解功能单体、扩链剂和催化剂混合后在65～95℃预热得到b，a和b混合喷涂制备包膜肥料，这一包膜工艺较为复杂，包膜液组成成分过多、过于复杂，且a和b均需加热至熔融状态，包膜之前需要将a和b混合，在混合过程中异氰酸酯和多元醇即开始反应，因此混合时间和包膜材料喷涂时间需要严格控制在较短时间内，包膜液混匀程度和膜层的均匀度均难以控制，难以满足工业化大批量生产要求（大批量生产中a和b量均比较大）；该专利申请中催化剂多数为叔胺类催化剂，而叔胺类催化剂对促进异氰酸酯与水的反应特别明显，所以成膜过程中会产生气体，对包膜的控释质量产生不良影响；还有，该专利申请的可降解功能单体和异氰酸酯与多元醇反应生成的聚氨酯包膜层的相容性有待考究，也就是说该专利的可降解功能单体会改变膜层理化性质，虽然可以加速包膜材料的降解，但却会降低膜层的控释效果；最后，该专利也没有详细叙述包膜的工艺，而包膜的工艺恰恰是包膜控释肥料质量的关键。控释肥料生产运输及推广应用过程中，容易产生机械损伤，使肥料表面膜层破损，同时容易吸潮，影响控释性能，通过在膜材中加入添加剂，提高反应生成的聚氨酯的机械性能，是提高膜层抗机械损伤能力的重要途径。CN101671425A公开的专利申请了一种具有改进机械性能的聚氨酯包膜控释肥料，但是实际上是通过改性异氰酸酯的组分而提高聚氨酯的弹性和韧性而改善包膜肥料的抗机械性，即实际上和CN101323545A公开的专利相比没有实质性的突破。另外，CN101671425A专利也未对包膜材料涂布方法进行详细说明，且其使用的包膜设备为转鼓包膜设备，而转鼓包膜工艺存在难以控制包膜层的均匀性、膜材用量大等缺点。因此，以多元醇和异氰酸酯为主要骨架物质的聚氨酯类包膜肥料及其制备方法，无论是从包膜材料、包膜工艺还是设备等方面都存在很大的改进空间。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有包膜控释肥料的技术不足，提供一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料及其制备方法。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料，包含核芯肥料和包膜骨架物质；另外，以包膜骨架物质总重量计，还含有1%～18%的成膜助剂石蜡、0.01%～0.6%的有机金属催化剂和1%~10%致孔剂；所述包膜骨架物质为重量比为1：0.5～1.5的植物油多元醇和固化剂。所述固化剂为高度稳定性聚异氰酸酯。所述可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料是通过高压雾化，将纯植物油多元醇和高度稳定性的聚异氰酸酯包膜材料喷涂到核芯肥料的表面，发生原位聚合，生成均匀的聚氨酯包膜层制备得到。具体地，本专利技术主要是提供一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料的制备方法，包括以下步骤：S1.在植物油多元醇中加入成膜助剂石蜡，混合后，95～115℃加热溶解，得混合物A；S2.在混合物A中加入致孔剂，混合，在95～115℃下进行共混聚合，60min后得混合物B；S3.在混合物B中加入有机金属催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.在植物油多元醇中加入成膜助剂石蜡，混合后，95～115℃加热溶解，得混合物A；S2.在混合物A中加入致孔剂，在95～115℃下进行共混聚合，60min后得混合物B；S3.在混合物B中加入有机金属催化剂，充分混匀得包膜材料甲；S4.秤取聚异氰酸酯，70～95℃下加热，得包膜材料乙；S5.把核芯肥料装入双喷枪侧喷旋流流化床，预热至70～90℃，将包膜材料甲和包膜材料乙同时均匀地喷涂到核芯肥料的表面，进行原位聚合反应成膜，即制得可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料；其中，所述植物油多元醇：聚异氰酸酯的重量比为1：0.5～1.5；另外，以植物油多元醇和聚异氰酸酯的总量计，所述成膜助剂石蜡的用量为1～18%，所述致孔剂的用量为1～10%，所述有机金属催化剂的用量为0.01～0.6%。

【技术特征摘要】
1.一种可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.在植物油多元醇中加入成膜助剂石蜡，混合后，95～115℃加热溶解，得混合物A；S2.在混合物A中加入致孔剂，在95～115℃下进行共混聚合，60min后得混合物B；S3.在混合物B中加入有机金属催化剂，充分混匀得包膜材料甲；S4.秤取聚异氰酸酯，70～95℃下加热，得包膜材料乙；S5.把核芯肥料装入双喷枪侧喷旋流流化床，预热至70～90℃，将包膜材料甲和包膜材料乙同时均匀地喷涂到核芯肥料的表面至增重3～8%，进行原位聚合反应成膜，即制得可调控养分释放率的植物油包膜控释肥料；其中，所述植物油多元醇：聚异氰酸酯的重量比为1：0.8～1.25；另外，以植物油多元醇和聚异氰酸酯的总量计，所述成膜助剂石蜡的用量为4～18%，所述致孔剂的用量为1～8%，所述有机金属催化剂的用量为0.05～0.1%；所述植物油多元醇为蓖麻油、蓖麻油多元醇、大豆油多元醇或棕榈油多元醇中的一种或多种的混合物；所述聚异氰酸酯为聚合MDI200、聚合MDI400、聚合MDI600或聚合MDI700中的一种或多种的混合物；所述有机金属催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡、油酸亚锡、环烷酸锌、异辛酸锌、羧酸铋、异辛酸铋、羧酸锆、丙酸苯基汞或醋酸苯汞；所述致孔剂为无机盐类化合物：氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、硝酸钠、氯化钾、碳酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、硫酸钾、硝酸钾、氯化钙、硝酸钙、硝磷酸铵、硝酸镁、硫酸镁、氯化镁、硫酸锌、...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊小林，刘芳，张立丹，李玲，刘海林，奕林，解永军，邵明升，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44