專利名稱：載體型緩釋肥料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于與植物營養(yǎng)有關(guān)的肥料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種緩釋肥料及其制備方法，特別涉及一種載體型緩釋肥料及其制備方法。
導(dǎo)致肥料利用率低的一個(gè)很重要原因是肥料的淋溶損失，尤其是氮肥和鉀肥。肥料的大量淋失不但造成了直接的巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且對(duì)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展帶來了越來越大的影響，并由此對(duì)人類的健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。從而引起了世界各國的高度重視。
利用不同的技術(shù)方法來提高肥料利用率是研究如何阻止或減少養(yǎng)分淋失問題中的核心，而緩控釋肥料就是解決這一核心問題的重要手段。理想中的緩控釋肥料是指能夠根據(jù)作物生長的需要而將養(yǎng)分逐漸釋放出來的新型肥料。
總體上來說，養(yǎng)分的控釋有3種方法一是用有機(jī)氮化合物，二是包囊法，三是載體法。每一種方法中都有很多種實(shí)現(xiàn)機(jī)制。
目前開展以無機(jī)物沸石為載體的控釋肥料，特別是沸石-尿素控釋肥不少人在研制，看起來似乎有較大的應(yīng)用前景，實(shí)際上，沸石絕對(duì)的肥料負(fù)載量不大以及沸石大量的施用對(duì)土壤質(zhì)地造成的影響使得這種肥料應(yīng)用前景并不樂觀。近些年來，利用高分子有機(jī)物載體開展了相應(yīng)的控釋肥料的研究，并取得了較好的進(jìn)展，膠粘肥料(Gel Fertilizer)就是其中的一種，具體方法如下(1)配制聚合物系統(tǒng)，該聚合物系統(tǒng)應(yīng)與肥料配方相配伍，聚合物必須是可溶的并能產(chǎn)生粘性，一般為多糖化合物，制成粉末。(2)配制氮磷鉀液體肥料，液體肥料的濃度及性質(zhì)因地而定。(3)將聚合物粉末倒入盛有液體肥料的大槽內(nèi)，攪拌5～10min，直至達(dá)粘性蜂窩狀，聚合物粉末用量占混合物總體積的1％。以上是一個(gè)非常粗糙的制作步驟，實(shí)際上可能要復(fù)雜一些，但最關(guān)鍵的問題是如何選擇或合成這種聚合物系統(tǒng)。首先這些聚合物必須有粘性，其次是必須有相當(dāng)?shù)木W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并能通過一定的物理的或化學(xué)的機(jī)制控制養(yǎng)分的釋放。理想中的聚合物應(yīng)具有較好的吸濕性，親水性以及滯留養(yǎng)分的能力?？紤]到該肥料的適用性，該材料還必須廉價(jià)易得。除膠粘肥料外，還可設(shè)想將養(yǎng)分分子放入某些難溶于水且具有很大分子內(nèi)空間的網(wǎng)絡(luò)型高分子化合物(如某些共混改性或化學(xué)改性的橡膠)，利用載體疏水性，空間位阻或化學(xué)降解的速度來控制養(yǎng)分的釋放，這也是載體肥料發(fā)展的一個(gè)方向。其關(guān)鍵問題是如何讓養(yǎng)分分子進(jìn)入到這些高分子的網(wǎng)絡(luò)空間。當(dāng)然這種高分子聚合物必須是能降解的，也就是說必須是對(duì)環(huán)境友好的。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種載體型緩釋肥料的制備方法，力圖利用載體法達(dá)到緩釋目的。載體法是指利用適宜的高分子材料為載體包裹或吸收肥料養(yǎng)分而形成的供肥體系，這實(shí)際上是利用分子骨架包膜的控釋肥料。
本發(fā)明的第一目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的一種載體型緩釋肥料，具有普通化學(xué)肥料的基本組成，其關(guān)鍵是它還包含有載體物質(zhì)。
所述載體物質(zhì)可以包括人工合成載體物質(zhì)或天然載體物質(zhì)，當(dāng)所述載體物質(zhì)為人工合成載體物質(zhì)時(shí)，可以選用甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇等；而當(dāng)所述載體物質(zhì)為天然載體物質(zhì)時(shí)，可以選用天然殼聚糖及其衍生物、果膠、淀粉及其衍生物、纖維素及其衍生物等。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，上述載體物質(zhì)既可以只選用一種，也可以將一種以上的載體材料經(jīng)適當(dāng)混合后使用，甚至還可以將人工合成載體物質(zhì)或天然載體物質(zhì)混合后使用。
為了便于人們更為直觀地了解相應(yīng)的載體物質(zhì)，在本說明書中將其按照一定的類別排列于表1之中。表1、各種載體物質(zhì)

為了達(dá)到更好的緩釋效果，當(dāng)載體物質(zhì)與肥料充分反應(yīng)后，最好再加入交聯(lián)劑，所述交聯(lián)劑可以選用甲醛、乙二胺、戊二醛、硼砂、或氧化鋅等。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，上述交聯(lián)劑既可以只選用一種，也可以將一種以上的交聯(lián)劑經(jīng)適當(dāng)混合后使用。
載體物質(zhì)的用量不能太少，否則會(huì)影響其肥效，但是載體物質(zhì)的用量也不能太多，否則會(huì)增加成本，一般情況下，其載體物質(zhì)與普通化學(xué)肥料的比例(重量比)可以控制在0.5％-20％的范圍，優(yōu)選范圍為2％-15％，較佳范圍為3％-10％。
交聯(lián)劑與載體物質(zhì)的比例(重量比)可以控制在0.05-0.5％的范圍。
上述普通化學(xué)肥料可以選用目前應(yīng)用最廣泛的氮肥(包括碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨、硝酸銨、硫硝酸銨、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸銨鈣、尿素、脲甲醛、異丁叉環(huán)二脲)，磷肥(包括過磷酸鈣、重過磷酸鈣、鈣鎂磷肥)，鉀肥(包括硫酸鉀、氯化鉀、)，多元肥料(包括氨化過磷酸鈣、硝酸磷肥、硫磷銨、磷酸銨、偏磷酸銨、磷酸二氫鉀、磷鉀復(fù)合肥、硝酸鉀、氮鉀復(fù)合肥和氮磷鉀復(fù)合肥)，微肥等。
本發(fā)明的另一目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的一種載體型緩釋肥料的制備方法，首先稱取一定量的載體物質(zhì)將其溶于水中，然后按所定比例將普通化學(xué)肥料與其混合并將其攪拌均勻，充分反應(yīng)后加入交聯(lián)劑，再充分反應(yīng)，接著除去其中的水分，最后將干物質(zhì)粉碎后制成粒狀。
為了有利于載體物質(zhì)溶于水中，可以事先將水燒開，使其變?yōu)榉兴?，然后再將載體物質(zhì)溶于該沸水中。
所述混合過程通?？梢圆捎秒妱?dòng)攪器進(jìn)行攪拌，而除去其中的水分的工藝過程最好采用真空烘干的方式進(jìn)行。
實(shí)施例一稱取0.2g天然果膠于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，再加入1ml25％的戊二醛溶液，80℃反應(yīng)30min，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒。
實(shí)施例二稱取2.0g天然果膠于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，再加入1ml25％的戊二醛溶液，80℃反應(yīng)30min，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒。
實(shí)施例三稱取1.0g天然果膠于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，再加入1ml25％的戊二醛溶液，80℃反應(yīng)30min，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒。
實(shí)施例四稱取0.2g聚乙烯醇于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，再加入0.1ml12.5％的硼砂溶液，室溫下充分?jǐn)嚢?，然后置烘箱?0℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒實(shí)施例五稱取2g聚乙烯醇于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，再加入0.1ml12.5％的硼砂溶液，室溫下充分?jǐn)嚢瑁缓笾煤嫦渲?0℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒實(shí)施例六稱取1g聚乙烯醇于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，再加入0.1ml12.5％的硼砂溶液，室溫下充分?jǐn)嚢瑁缓笾煤嫦渲?0℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒實(shí)施例七稱取1g殼聚糖和0.2g檸檬酸于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，另稱取1g果膠溶于50ml水中，充分?jǐn)嚢?，再加?ml25％的戊二醛溶液，80℃下充分?jǐn)嚢?，然后置烘箱?0℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒。
實(shí)施例八稱取0.5g殼聚糖和0.1g檸檬酸于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，另稱取0.5g果膠溶于50ml水中，充分?jǐn)嚢?，再加?.5ml 25％的戊二醛溶液，80℃下充分?jǐn)嚢?，然后置烘箱?0℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒.
實(shí)施例九稱取1g殼聚糖和0.2g檸檬酸于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，另稱取0.5g果膠溶于50ml水中，充分?jǐn)嚢?，再加?ml 25％的戊二醛溶液，80℃下充分?jǐn)嚢?，然后置烘箱?0℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒.
實(shí)施例十稱取0.5g殼聚糖和0.1g檸檬酸于250ml燒杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于電動(dòng)攪器下攪拌30min，另稱取1g果膠溶于50ml水中，充分?jǐn)嚢瑁偌尤?ml25％的戊二醛溶液，80℃下充分?jǐn)嚢?，然后置烘箱?0℃烘干至恒重，將烘干樣品用研缽磨成粉狀，稱取0.0560g用沖壓機(jī)壓成柱狀顆粒本發(fā)明提供的載體型緩釋肥料的施用方式和與其復(fù)合的普通化學(xué)肥料的施用方式相同，例如載體物質(zhì)與尿素復(fù)合而成的肥料施用與尿素的使用方式是一樣的，可以作為基肥、追肥使用。
下面通過淋溶試驗(yàn)結(jié)果來說明本發(fā)明的有益效果一、試驗(yàn)方法將肥料樣品放入一內(nèi)徑為20mm的層析柱內(nèi)，并與石英砂混勻，蒸餾水通過恒流泵后對(duì)肥料進(jìn)行連繼淋洗，淋洗液每隔一定時(shí)間用自動(dòng)部分收集器收集，測(cè)定收集液中的氮的濃度即可得知尿素的釋放速度。
二、結(jié)果分析種用上述試驗(yàn)方法，可以得到養(yǎng)分釋放的淋洗曲線，如


圖1所示。該圖表明，尿素很快就淋溶下來，第1管淋洗液中氮素度高達(dá)近2500mgkg-1，隨后很快降至0，而肥料樣品的第1管濃度約為600mgkg-1，相對(duì)尿素的淋洗而言，隨后濃度的下降明顯緩慢得多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。
圖2為累積溶出率，由圖可知，尿素很快達(dá)到100％溶出，而緩釋肥料樣品則是緩慢溶出，經(jīng)過較長一段時(shí)間后才達(dá)到100％溶出，且這種累積溶出曲線呈較好的線性關(guān)系。
圖3是對(duì)緩釋肥料樣品溶出曲線的線性模擬，得出R2＝0.977，表現(xiàn)出了極顯著的線性相關(guān)，這為尿素的控制釋放打下了良好的基礎(chǔ)。
本肥料的研制在機(jī)理上完全不同于傳統(tǒng)的包膜肥料，它是利用分子骨架做載體。
本肥料所利用的載體果膠是一種天然多糖，從水果的下腳料中提取，它是長鏈高分子，且?guī)ж?fù)電荷，適合于做載體，效果較好，而且成本可降至傳統(tǒng)肥料價(jià)格的3倍以下，肥料利用率可望提高10個(gè)百分點(diǎn)以上。
由此可見，利用載體型緩釋肥料，其能夠根據(jù)作物生長的需要而將養(yǎng)分逐漸釋放出來，同時(shí)由于在保證獲得相同產(chǎn)量的前提下，可以減少氮的施用量，從而減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染作用。因此此種肥料的開發(fā)應(yīng)用無疑將會(huì)產(chǎn)生非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種載體型緩釋肥料，具有普通化學(xué)肥料的基本組成，其特征是它還包含有載體物質(zhì)，所述載體物質(zhì)選用甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、或聚乙二醇；或者選用天然殼聚糖及其衍生物、果膠、淀粉及其衍生物、纖維素及其衍生物；或者將一種以上的載體材料經(jīng)適當(dāng)混合后使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載體型緩釋肥料，其特征是它還包含有交聯(lián)劑，所述交聯(lián)劑選用甲醛、乙二胺、戊二醛、硼砂、或氧化鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的載體型緩釋肥料，其特征是載體物質(zhì)與普通化學(xué)肥料的比例(重量比)控制在0.5％-20％的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的載體型緩釋肥料，其特征是載體物質(zhì)與普通化學(xué)肥料的比例(重量比)控制在2％-15％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的載體型緩釋肥料，其特征是載體物質(zhì)與普通化學(xué)肥料的比例(重量比)控制在3％-10％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的載體型緩釋肥料，其特征是交聯(lián)劑與載體物質(zhì)的比例(重量比)控制在0.05-0.5％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的載體型緩釋肥料，其特征是所述普通化學(xué)肥料為下列肥料中的任意一種或任意組合氮肥，其包括碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨、硝酸銨、硫硝酸銨、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸銨鈣、尿素、脲甲醛、異丁叉環(huán)二脲等；磷肥，其包括過磷酸鈣、重過磷酸鈣、鈣鎂磷肥、脫氟磷肥、偏磷酸鈣等；鉀肥，其包括硫酸鉀、氯化鉀等；多元肥料，其包括氨化過磷酸鈣、硝酸磷肥、磷酸銨、偏磷酸銨、磷酸二氫鉀、磷鉀復(fù)合肥、硝酸鉀、氮鉀復(fù)合肥和氮磷鉀復(fù)合肥等；微量元素肥料。
8.一種載體型緩釋肥料的制備方法，其特征是包括如下工藝步驟首先稱取一定量的載體物質(zhì)將其溶于水中，然后按所定比例將普通化學(xué)肥料與其混合并將其攪拌均勻，充分反應(yīng)，再加入交聯(lián)劑，充分反應(yīng)，接著除去其中的水分，最后將干物質(zhì)粉碎后制成粒狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的載體型緩釋肥料的制備方法，其特征是所述混合是采用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的載體型緩釋肥料的制備方法，其特征是所述除去其中的水分的工藝過程采用真空烘干的方式進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種載體型緩釋肥料及其制備方法，該載體型緩釋肥料具有普通化學(xué)肥料的基本組成，其關(guān)鍵是它還包含有載體物質(zhì)。而該載體型緩釋肥料的制備方法，包括如下工藝步驟首先稱取一定量的載體物質(zhì)將其溶于水中，然后按所定比例將普通化學(xué)肥料與其混合并將其攪拌均勻，充分反應(yīng)，再加入交聯(lián)劑，再充分反應(yīng)，接著除去其中的水分，最后將干物質(zhì)粉碎后制成粒狀。
文檔編號(hào)C05G3/00GK1470485SQ0213799
公開日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2002年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月23日
發(fā)明者杜昌文, 周健民 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院南京土壤研究所