專利名稱：以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹脂包膜控釋肥料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在復(fù)合(混)肥顆粒外表噴涂尿素熔融液為底涂層，以改性環(huán)氧樹脂為控釋涂層的包膜控釋肥料及其制法。
背景技術(shù)：
目前使用的化學(xué)肥料存在很多問題，如因大量施用化肥和養(yǎng)分利用率低所造成的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染等。如何大幅度提高肥料利用率和充分發(fā)揮化肥的作用，是目前持續(xù)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展中最突出的問題之一，控釋肥料的發(fā)明和生產(chǎn)以及在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用為解決這個問題開辟了新的思路和更有效的途徑。
目前國內(nèi)外包膜控釋肥料的類型主要有無機物包膜肥料和有機聚合物包膜肥料兩大類。例如由T.V.A company，USA開發(fā)的硫包尿素(SCU)(US3295950)，雖然價格不高，但難以嚴格控制其養(yǎng)分的釋放速率，因為硫殼較脆，在養(yǎng)分釋放的過程中會發(fā)生膜殼破裂。導(dǎo)致膜內(nèi)養(yǎng)分突然全部釋放，又稱“毀滅性釋放”。因此，此種肥料往往會對作物根系造成危害。此外，大量硫殼在土壤中被微生物分解后，易造成土壤酸化。在聚合物包膜的控釋肥中，又有熱塑性和熱固樹脂兩種類型的包膜控釋肥料。例如以熱塑性樹脂包膜的控釋肥料以日本的“Meister”為代表，以熱固性樹脂包膜的控釋肥料主要以美國的“Osmocote”為代表。這些包膜控釋肥料大多數(shù)是應(yīng)用溶劑先將包膜樹脂溶解，然后在硫化床包膜塔中逐漸噴涂而成。此工藝雖然能將膜材料均勻的噴涂到肥料顆粒表面，但其能耗高，溶劑難以全部回收，易造成生產(chǎn)車間及周圍環(huán)境的污染，而且使用流化床工藝難以大批量生產(chǎn)。因此，用此工藝生產(chǎn)出的控釋肥產(chǎn)品價格往往較高，難以在農(nóng)業(yè)上大面積推廣應(yīng)用。另外，1996年9月11日公開的由美國萊斯科公司艾麗絲.P.赫德森德發(fā)明的專利“采用環(huán)氧聚合物底涂層的受控釋放肥料及其制法”，其發(fā)明中有其缺點，如環(huán)氧聚合物大多數(shù)是用胺類固化劑來固化成膜，在加工生產(chǎn)過程中，很容易與復(fù)合(混)肥料中鉀離子及其它鹽分發(fā)生反應(yīng)，放出大量氨氣，一方面使環(huán)氧聚合物難以在肥料顆粒表面固化，另一方面，氨氣的揮發(fā)又會造成氮素損失和對工作環(huán)境的污染。因此，這個專利主要用于尿素的包膜，而不適于復(fù)合(混)肥料的包膜。另外，以環(huán)氧聚合物作控釋涂層時，其韌性差，易產(chǎn)生脆裂，對養(yǎng)分的控釋效果較差。所以開發(fā)出工藝簡單、質(zhì)量好、成本低、適于快速大批量生產(chǎn)，并可同時應(yīng)用于尿素和復(fù)合(混)肥料的控釋包膜新配方、新工藝，將對我國控釋肥料的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、適于快速大批量生產(chǎn)的熱固性樹脂包膜控釋肥料的新配方和生產(chǎn)工藝，具體方法是先將尿素加熱熔融，利用熱噴法將其均勻的噴涂到復(fù)合或復(fù)混肥顆粒表面，然后再利用改性環(huán)氧樹脂均勻涂布到肥料顆粒表面上。經(jīng)加熱、固化后，即可得到包膜控釋肥料產(chǎn)品。
本發(fā)明的要點是要點之一是將普通尿素計量后，投入到尿素融熔器中，快速熔融成脲液，經(jīng)泵或承壓的作用下，將脲液送至雙流體噴頭(噴頭組)，以霧化的形式將脲液均勻的噴涂到已被預(yù)熱到30-50℃的復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒上。其中能夠提供復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒作連續(xù)的低剪切、低沖擊運動狀態(tài)的方法有硫化床、轉(zhuǎn)鼓、盤式造粒機和其他能提供連續(xù)的低剪切運動的方法。經(jīng)噴頭霧化噴出的脲液，將快速地在肥料顆粒表面冷卻固化，當有連續(xù)的脲液噴至肥料顆粒上時，就會在肥料顆粒表面形成一層光滑致密堅硬的尿素涂層，此過程為下一步噴涂改性熱固性環(huán)氧樹脂打下了良好的基礎(chǔ)。
要點之二是將熱固性環(huán)氧樹脂改性，使其不僅抗沖強度提高，而且抗拉強度不降低或略有提高，這是一般增韌技術(shù)難以做到的。常用的環(huán)氧樹脂有E-42，E-638，E-390，E-44，當把環(huán)氧樹脂(EP)和聚氨酯(PUR)，以質(zhì)量比90∶10進行組合時，其剪切強度、拉伸強度出現(xiàn)極大值，耐沖擊強度在質(zhì)量比為95∶5時最高，其中雙酚A環(huán)氧樹脂在經(jīng)過此法改性后，性能最佳，其熱穩(wěn)定性高，改性后的環(huán)氧樹脂的固化劑有T-31，T-593，二乙烯三胺，多乙烯四胺，多乙烯多胺，甲基六氫鄰苯二甲酸酐，甲基四氫苯酐，(MTHPA)，丁二酸酐(M-04)胺類增韌固化劑，順丁烯二酸酐(MA)等固化劑，其用量可為環(huán)氧樹脂重量的5％-20％。環(huán)氧樹脂中所用的稀釋劑可為下列幾種芐基縮水甘油醚921，環(huán)氧丙烷丁基醚501，活性稀釋劑ASE，鄰苯二甲酸二辛酯，鄰苯二甲酸二丁脂，以及鄰苯二甲酸二異丁酯等，磷酸三丁酯等，用量可為環(huán)氧樹脂重量的10％-35％，其中優(yōu)選稀釋劑為鄰苯二甲酸二丁酯。本發(fā)明在實施時，可將上述改性的環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑和粘土礦物(如膨潤土、滑石粉等)，以及染料(任選)，按一定比例混合，以噴涂形式或以少量多次逐漸傾倒的形式包涂到肥料顆粒表面上。
要點之三是將要點之一的肥料顆粒預(yù)熱至60℃-90℃后，加入到可提供低剪切和連續(xù)運動的裝置(如轉(zhuǎn)鼓)內(nèi)，然后經(jīng)要點之二中的改性環(huán)氧樹脂與固化劑、稀釋劑按一定量和一定比例混合攪拌均勻后，加入到不斷運動的肥料顆粒表面，保持肥料溫度在65℃-95℃之間，約3-8分鐘，環(huán)氧樹脂體系即可在肥料顆粒表面固化成為一層致密、光亮的膜。每次加入環(huán)氧樹脂包膜體系的重量約占肥料總重量的1％-3％，可根據(jù)對養(yǎng)分控釋時間的不同，反復(fù)多次地向肥料顆粒表面加入環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑和礦物添加劑不同比例的包膜體系。總加入環(huán)氧樹脂體系的重量約為肥料重量的3％-15％，所得產(chǎn)品養(yǎng)分控釋時間可為30天至400天不等。
由于本發(fā)明中采用在復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面上先噴涂一層熔融脲液，不僅改善了復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面的性質(zhì)(如不光滑、有凹孔等)，而且還可以避開由于環(huán)氧樹脂組份直接與復(fù)合肥料顆粒相接觸時，鉀離子和其它鹽分離子與固化劑中的成份發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂不能固化成膜，以及氨氣放出而產(chǎn)生的氮素損失。本發(fā)明中采用的改性環(huán)氧樹脂作為控釋涂層，大大提高了控釋肥料膜殼的硬度、韌度以及較高的抗沖擊和耐磨性能，為生產(chǎn)、運輸及貯存帶來了極大的方便。另一方面，由于我國生產(chǎn)復(fù)合肥或復(fù)混肥料的工藝和技術(shù)條件的限制，大多數(shù)肥料產(chǎn)品中氮素含量偏低，本發(fā)明采用在復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面先噴涂一層熔融尿素的做法，可根據(jù)用戶的要求來適當提高肥料中氮素含量，并可改變肥料中氮、磷、鉀的比例，使其養(yǎng)分比例按作物或用戶的需要來調(diào)整，使之更為合理。本發(fā)明的另一個積極效果是在生產(chǎn)過程中，所用改性環(huán)氧樹脂體系可以直接在肥料顆粒表面固化成膜，不需要加入溶劑，因此，不會產(chǎn)生有機溶劑的蒸氣危害，對工作環(huán)境的安全十分有利。本發(fā)明生產(chǎn)出的控釋肥料產(chǎn)品，可大幅度提高肥料利用率，經(jīng)試驗證明，與未包膜普通肥料對比，在節(jié)省1/3-1/2的肥料用量條件下，仍有顯著的增產(chǎn)效果。同時還具有使用方便、省工省時、減少揮發(fā)、淋失損失，降低施肥對大氣和地下水污染等優(yōu)點。


圖1.以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹脂包膜控釋肥料工藝流程中1是將尿素加入熔融器中，使其快速熔融變?yōu)殡逡?，溫度?20℃-130℃；2是將復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒加入轉(zhuǎn)鼓或流化床中，預(yù)熱到30℃-50℃，3是熔融脲液用泵或承壓形式送至雙流體噴嘴(或噴頭組)，將其霧化后噴涂到轉(zhuǎn)鼓或流化床中的肥料顆粒上，然后將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的肥料加熱到65℃-95℃之間，4是將改性環(huán)氧樹脂各組分按比例計量放入容器中，混合均勻， 逐漸加入到轉(zhuǎn)鼓或流化床中連續(xù)滾動的肥料顆粒上，約3-5分鐘后，液態(tài)的環(huán)氧樹脂組分就在肥料顆粒表面固化成膜，此過程可以重復(fù)多次，一般3-10次為宜，表面固化的肥料顆粒，可轉(zhuǎn)移到冷卻器中，5是將包膜的肥料顆粒冷卻后包裝、貯存。
具體實施方式
實施例1將5kg尿素加入快速熔融器中(1)，溫度控制為120-130℃，在其完全融化為脲液后(2)，用雙流體壓力噴嘴將其均勻的噴涂在已預(yù)熱到50℃的90kg復(fù)合肥料顆粒上(直徑約為2-3mm)(3)；然后，將此肥料逐漸加熱至約90℃，將改性環(huán)氧樹脂(E44/PUR＝95/5)，約1.5kg，固化劑T-593約0.15kg，稀釋劑芐基縮水甘油醚921約0.05kg，膨潤土0.05kg混合均勻后，逐漸加入到轉(zhuǎn)鼓中的肥料顆粒上面(4)。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速約為40轉(zhuǎn)/分，約8分鐘后，環(huán)氧樹脂組分即可在肥料顆粒表面固化成膜，此過程重復(fù)3次，最后，肥料經(jīng)冷卻器冷卻至室溫，即可包裝、貯存(5)。所得控釋肥料產(chǎn)品在25℃條件下可控養(yǎng)分釋放約為90天。
實施例2將5kg尿素加入快速熔融器中，轉(zhuǎn)化為脲液后(2)，均勻的噴涂到在硫化床中已預(yù)熱到50℃的88kg復(fù)合肥料顆粒上(3)，然后將其轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)鼓中，按實施1步驟加入改性環(huán)氧樹脂約2.0kg，固化劑T31約0.3kg，稀釋劑AEG約0.1kg，膨潤土0.02kg，固化所需溫度為86℃±2℃約5分鐘，加入過程重復(fù)3次(4)。所得產(chǎn)品冷卻后包裝、貯存(5)。所得控釋肥料產(chǎn)品在25℃條件下可控制養(yǎng)分釋放時間約為180天。
實施例3將5kg尿素加入快速熔融器中，轉(zhuǎn)化為脲液后(1)，均勻的噴涂到在硫化床中已預(yù)熱到50℃的85kg復(fù)合肥料顆粒上(2)，加入改性環(huán)氧樹脂(E44/PUR＝95/5)約1.8kg，固化劑二乙烯三胺約0.2kg，稀釋劑磷酸三丁脂約0.02kg，硅藻土0.02kg混合均勻后，逐漸加入到轉(zhuǎn)鼓中的肥料顆粒表面上(3)、(4)，約7分鐘后，即可在肥料表面固化成膜。此過程重復(fù)5次。最后經(jīng)冷卻至室溫。即可包裝、貯存(5)。所得控釋肥料產(chǎn)品，在25℃條件下可控養(yǎng)分釋放約270天。
權(quán)利要求
1.一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹脂包膜控釋肥料，其特征在于將尿素快速熔融轉(zhuǎn)變?yōu)殡逡汉?，噴涂到?fù)合或復(fù)混肥顆粒表面上，然后再在該顆粒上涂布熱固性改性環(huán)氧樹脂包膜。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹脂包膜控釋肥料，其特征在于尿素快速熔融溫度為120-130℃，復(fù)合或復(fù)混肥顆粒預(yù)熱溫度為30-50℃。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹脂包膜控釋肥料，其特征在于噴涂尿素后的顆粒肥料與所用包膜改性環(huán)氧樹脂體系的重量比約為9.6-9.4∶0.4-0.6而改性環(huán)氧樹脂體系中的改性環(huán)氧樹脂、固化劑T593、稀釋劑芐基縮水甘油醚921、膨潤土可分別占改性環(huán)氧樹脂體系總重的70-75％、5-20％、5-8％、1-2％，包膜過程重復(fù)3次，控釋約90天。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹脂包膜控釋肥料，其特征在于噴涂尿素后的顆粒肥料與所用包膜改性環(huán)氧樹脂體系的重量比約為9.3-9.2∶0.7-0.8而改性環(huán)氧樹脂體系中的改性環(huán)氧樹脂、固化劑T31、稀釋劑AEG和膨潤土可分別占改性環(huán)氧樹脂體系總重量的70-75％、10-20％、5-6％、1-2％，包膜過程重復(fù)3次，控釋約180天。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種以噴涂尿素為底涂層的改性環(huán)氧樹脂包膜控釋肥料，其特征在于噴涂尿素后的顆粒肥料與所用包膜改性環(huán)氧樹脂體系的重量比為8.5-9∶1.5-1而改性環(huán)氧樹脂體系中的改性環(huán)氧樹脂、固化劑二乙烯三胺、稀釋劑磷酸三丁脂、硅藻土可分別占改性環(huán)氧樹脂體系總重量的70-75％、8-9％、5-6％、1-2％，包膜過程重復(fù)5次，控釋約270天。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以在復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面上噴涂一層尿素為底涂層，以改性環(huán)氧樹脂為控釋層的包膜控釋肥料及其制備方法。首先在普通復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面噴涂一層尿素層，此過程不但可以提高肥料中氮素含量，還可以填補或修復(fù)不規(guī)則復(fù)合肥或復(fù)混肥顆粒表面的凹凸處，使其表面光滑、圓潤，增加改性環(huán)氧樹脂對肥料顆粒的包涂效果，更為關(guān)鍵的是這種尿素底涂層可以把復(fù)合肥中的其他鹽離子如鉀離子等與環(huán)氧樹脂及其固化劑隔開，這樣在加工過程中，鹽分離子就不會與固化劑起反應(yīng)，防止了氨氣的放出，固化成膜速度快。另外本發(fā)明中的改性環(huán)氧樹脂成分在肥料表面就地固化成膜后，還具有優(yōu)良的阻水、抗沖擊及耐磨性。
文檔編號C05G3/00GK1569773SQ200410024049
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者楊越超, 張民 申請人:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)