一种天然乳胶包膜控释肥及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种天然乳胶包膜控释肥及其制备方法。本发明专利技术将高分子碳水化合物与含氧酸盐和蒸馏水在水热反应釜中进行反应，将得到的改性高分子碳水化合物与尿素、水性膨润土、水溶性钙盐搅拌混合均匀至混合物形成湿凝胶，将得到湿凝胶利用造粒机进行造粒，再将所得湿凝胶颗粒在天然乳胶溶液中浸渍，再在无机干粉中分散，最后干燥后得到包膜控释肥。本发明专利技术的天然乳胶包膜控释肥的颗粒大小、尿素含量和尿素释放速率可以调控，制备方法简单，原料绿色、可持续性强，有望实现规模化生产。有望实现规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种天然乳胶包膜控释肥及其制备方法


[0001]本专利技术属于肥料
，具体涉及一种天然乳胶包膜控释肥及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于肥料能够促进作物生长并提高产量，因而在农业领域得以广泛应用。随着世界人口的持续增长，人类社会对食物的需求量也不断增加，这导致世界肥料的使用量呈指数级增长。在作物必须的三种大量元素（N，P，K）中，氮是作物生长最重要的元素。由于尿素的含氮量高（46 wt.%）和成本低，因而被作为氮基肥料得以普遍使用。然而，尿素直接作为肥料的利用率较低，不能被作物充分吸收和利用，还会引起环境问题，比如：硝酸盐浸出，淡水富营养化，土壤酸化等。而对作物多次定期施肥不仅增加了劳动成本，还会引起土壤中肥料的浓度波动，这可能会影响某些作物的正常生长。
[0003]基于此，控释肥由于能够提供更加安全、经济和有效的营养供给方式，近年来受到了强烈的关注。控释肥一般是指含有水溶性营养物质，且其在土壤中的释放过程可以通过肥料包膜得以控制的产品。通过调控控释肥的组成和结构，控释肥可以以较为理想的释放速率和模式满足作物不同生长周期所需的营养供给，并且能够长时间保持土壤肥效。这不仅大大提高了肥料的使用效率，还降低了施肥频率和劳动成本。此外，控释肥还能降低由雨水冲刷和土壤灌溉引起的营养流失，从而减少对环境的危害。目前，已经发展的包膜控释肥通常采用热塑性树脂，比如：聚乙烯、聚氨酯、聚醚砜等作为包膜材料。然而，这类包膜材料不仅不易降解、成本高，而且需要采用具有毒性的单体或溶剂。因而，需要发展对环境友好和安全的材料来制取性能优越的控释肥。
[0004]目前，可生物降解，并且对环境友好的天然高分子在控释肥中的应用引起了强烈的关注和研究。天然高分子材料通常没有足够的机械完整性和其他控释肥需要的理想性能，因而需要与其他材料一起作用形成复合物。在天然高分子材料中填充无机矿物（比如：膨润土、凹凸棒石等）是改善其控释性能的一种重要方式。通过无机矿物与天然高分子和尿素之间的相互作用，可以达到减缓尿素释放速率的目的。此外，通过天然高分子的修饰和改性，可以调节其亲疏水性能，比如：采用过硫酸钾为引发剂，促进淀粉与天然橡胶的接枝共聚，从而提高淀粉的疏水性和改善包膜控释肥的缓释性能。尽管如此，大部分基于天然高分子的控释肥的控释效果不佳，不能达到控释肥的国际标准。因而，还需要发展更加经济、有效的方式来制取基于天然高分子的控释肥。
[0005]天然高分子碳水化合物（比如：淀粉）能够形成具有较高保水能力的水凝胶，因而在控释肥领域引起了关注。但是，这类水凝胶在吸水过程中容易快速膨胀，甚至糊化，不利于制取高性能的控释肥。因此，本专利技术采用一类含氧酸盐对其进行改性，从而增强其与金属离子（比如：Ca
2+
）的螯合能力，达到提高水凝胶稳定性的目的。同时，在水凝胶中引入水性膨润土，从而进一步增强耐水性，还能提高尿素与复合物的相互作用力。基于此，可以采用简单的浸渍法制取天然乳胶包膜控释肥，并在其表面处理一层无机粉体，减少包膜控释肥颗粒之间的黏粘，最终得到性能较好的基于天然高分子的控释肥。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种天然乳胶包膜控释肥及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种天然乳胶包膜控释肥的制备方法，具体包括以下步骤：1）将天然高分子碳水化合物与含氧酸盐和蒸馏水在聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，得到改性高分子碳水化合物；2）将步骤1）的改性高分子碳水化合物与尿素、水性膨润土、水溶性钙盐进行机械混合，直至混合物形成湿凝胶；3）将步骤2）的湿凝胶利用造粒机进行造粒，得到湿凝胶颗粒；4）将步骤3）的湿凝胶颗粒在天然乳胶溶液中浸渍，再分散在非吸湿性的无机干粉中混合均匀，过筛出去多余干粉后进行干燥，即得到所述天然乳胶包膜控释肥。
[0008]作为优选，上述的天然高分子碳水化合物为玉米淀粉。
[0009]作为优选，上述的含氧酸盐为硼砂、多聚磷酸钠或、聚偏磷酸钠中的任意一种。
[0010]作为优选，上述的水溶性钙盐为硝酸钙，所述的无机干粉为硫酸钙。
[0011]本专利技术中利用硼砂水热反应对玉米淀粉的改性效果受到玉米淀粉：硼砂：水的质量比例的影响，当硼砂的使用量偏低或偏高时，均会使得改性湿凝胶的耐水稳定性降低。因此，作为优选，上述制备方法中，玉米淀粉：硼砂：水的质量比为1.5
‑
3：1：2
‑
5。
[0012]本专利技术中利用硼砂改性玉米淀粉时，水热温度和时间对改性湿凝胶的形成和稳定性有直接影响。因此，作为优选，上述制备方法中，水热反应的温度为60
‑
200℃，时间为0.5
‑
4h。
[0013]进一步的，将玉米淀粉与硼砂和蒸馏水在聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应时，发生的相关反应如下：。
[0014]上述提及的机械混合所采用的装置不限，各物质进行机械混合的先后顺序不作特定的要求，只要是能将各物质均匀搅拌和混合的装置均可。机械混合的目的一是让尿素和膨润土在改性高分子碳水化合物中充分分散，二是促进水溶性钙盐与改性高分子碳水化合物的螯合交联。
[0015]进一步的，将玉米淀粉与硼砂和蒸馏水在聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应得到改性高分子碳水化合物，改性高分子碳水化合物与尿素、水性膨润土、水溶性钙盐硝酸钙进行机械混合，其中，水溶性钙盐与改性高分子碳水化合物的螯合交联反应如下：。
[0016]作为优选，上述改性高分子碳水化合物首先与尿素进行机械混合，得到第一复合物；然后，再与水性膨润土机械混合，得到第二复合物；之后，再与硝酸钙机械混合，得到第
三复合物（湿凝胶）。
[0017]上述湿凝胶经过造粒机挤出成条和切割造粒，作为优选，模口的大小为1
‑
10mm，切割的颗粒长度为1
‑
10mm，得到第一颗粒物；将第一颗粒物直接浸泡在天然乳胶溶液中，得到第二颗粒物。
[0018]所采用的天然乳胶溶液为天然乳胶与水的混合溶液，天然乳胶与水的比例对包膜的质量和膜的厚度有直接影响。天然乳胶的量增加，有利于形成较厚的包膜，但容易导致颗粒之间的快速黏粘。因此，作为优选，上述制备方法中，天然乳胶水溶液为天然乳胶与水体积比为1
‑
4：1混合配制而成。
[0019]作为优选，上述制备方法中，浸渍时间为5
‑
120秒。
[0020]作为优选，上述制备方法中，干燥温度为40
‑
70℃，干燥时间为1
‑
3天。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1）方法简单，原料来源广泛，生物可降解，绿色可持续性强；2）无需催化剂或引发剂，直接采用天然乳胶溶液进行包膜；3）无需有毒或危险的有机溶剂，采用水溶液浸渍法，经济环保；4）与常规喷涂包膜法对比，使用的浸渍法，包膜溶液利用率高，可进一步降低成本。
附图说明
[0022]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然乳胶包膜控释肥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将高分子碳水化合物与含氧酸盐和蒸馏水在聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，得到改性高分子碳水化合物；2）将步骤1）的改性高分子碳水化合物与尿素、水性膨润土、水溶性钙盐搅拌混合均匀至混合物形成湿凝胶；3）将步骤2）的湿凝胶利用造粒机进行造粒，得到湿凝胶颗粒；4）将步骤3）的湿凝胶颗粒在天然乳胶溶液中浸渍，再分散在无机干粉中，震动混合均匀，随后过筛除去多余干粉，最后干燥，即得到天然乳胶包膜控释肥。2.根据权利要求1所述的天然乳胶包膜控释肥的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述的高分子碳水化合物为玉米淀粉。3.根据权利要求1所述的天然乳胶包膜控释肥的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述的含氧酸盐为硼砂、多聚磷酸钠或、聚偏磷酸钠中的任意一种。4.根据权利要求1所述的天然乳胶包膜控释肥的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述的高分子碳水化合物：含氧酸盐：蒸馏水的质量比为1：0.1
‑
0.5：1
‑
5，所述的水热反应的条件为60
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世萍，詹瑛瑛，江莉龙，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：