專(zhuān)利名稱(chēng)：用于含磷肥料的包膜材料制備及包膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及緩釋含磷肥料的制備方法及制備這種緩釋磷肥所使用的包膜材 料的制備方法。本發(fā)明所涉及的緩釋磷肥是一種在磷肥外包敷有包衣的包膜磷 肥，其所用的包膜材料為凹凸棒土。
技術(shù)背景肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的，而化肥的使用已經(jīng)較為普遍，并有使用量 逐年上升的態(tài)勢(shì)。但由于使用不當(dāng)，使化肥利用降率低，給農(nóng)業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng) 濟(jì)損失，同時(shí)還帶來(lái)一些環(huán)境問(wèn)題?，F(xiàn)代肥料應(yīng)該承擔(dān)起肥料科學(xué)所賦予的保 護(hù)生態(tài)環(huán)境重要任務(wù)，體現(xiàn)緩釋、控釋和環(huán)境友好是現(xiàn)代肥料科學(xué)的發(fā)展方向， 生產(chǎn)制造復(fù)合高效肥料是現(xiàn)代肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。因此，降低化肥養(yǎng)分釋放 速率，開(kāi)發(fā)可控緩釋肥料、提高化肥的利用率，具有十分重要的意義。在現(xiàn)有 技術(shù)中，制備緩釋磷肥，特別是采用凹凸棒土為包膜材料，制得的凹凸棒石包 膜緩釋肥料有許多的優(yōu)點(diǎn)，值得推廣。凹凸棒土材料具有層、鏈、纖維狀晶體結(jié)構(gòu)，納米級(jí)孔穴通道微觀構(gòu)造， 有比表面積大、孔道發(fā)育的介孔材料特征，是一種理想的結(jié)構(gòu)材料。由于凹凸 棒土具有吸附性、緩釋性、流變性、離子強(qiáng)交換性、酸堿度可調(diào)性、可作多功能載體等優(yōu)良性質(zhì)，是性能優(yōu)越的功能材料；加之凹凸棒材料富含多種微量元 素，具有生物工程材料特性。有文獻(xiàn)披露，凹凸棒材料能夠改良土壤，可起到 保水作用，對(duì)土壤不造成污染，凹凸棒石材料還有固氮、固鉀和固定有機(jī)物的 作用，它可以減少肥料在土壤中的損失，控制肥料中養(yǎng)分的釋放，提高肥料的 利用率，達(dá)到促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)的效果，是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可貴的綠色材料。中國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了多種以凹凸棒土為包膜材料，制備成包膜復(fù)合肥料的技 術(shù)。但現(xiàn)有技術(shù)中以凹凸棒土為包膜材料包裹化肥時(shí)，存在著凹凸棒土黏合性 不強(qiáng)，所形成的包膜強(qiáng)度不好，在貯藏或使用中易早期崩解的不足。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)200510127831.6公開(kāi)了一種利用一種用凹凸棒土類(lèi)的 PAL生物工程材料制作新型緩釋磷肥的方法，其具體的制作方法是將所謂的PAL材料處理以后直接加入到磷肥中混合造粒，但這種制作方法所得到的產(chǎn)品效果并不好。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)91108163.1根據(jù)作物種子發(fā)芽、生長(zhǎng)需肥規(guī)律，提出了一種 以種子為核心，以化肥為外裹層的種子肥(如磷肥包裹油菜種子)及其生產(chǎn)方 法。該方法是將化肥與粘結(jié)劑凹凸棒土摻合后粉磨，按比例加入種子混合造粒 而成。這種種子肥播種后，外層化肥迅速崩解，出苗后化肥就在秧苗根部，達(dá) 到植物有效吸取肥料養(yǎng)分的目的。由該專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)的內(nèi)容可知，這種由凹凸 棒材料與化肥形成的包膜層結(jié)合強(qiáng)度比較低，造成這種種子肥在運(yùn)輸和貯藏的 困難；另外，在肥料施用后它會(huì)迅速崩解，造成種子周?chē)柿蠞舛冗^(guò)高，可能 會(huì)對(duì)種子發(fā)育生長(zhǎng)不利，而且也容易造成肥料的流失，產(chǎn)生浪費(fèi)。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利200410075014.6公開(kāi)了一種飛播用種子大粒化包衣劑。其包 衣劑主要由淀粉、凹凸棒土、植物纖維素、高吸水性樹(shù)脂以及細(xì)沙土組成。包 衣劑中還含有肥料、植物激素以及微量元素。該專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了目 前飛播種子包衣與破損和包衣與發(fā)芽的矛盾，在10mm降雨條件下，種子發(fā)芽 率高，后期生長(zhǎng)效果好。飛播后種子能在風(fēng)蝕作用下埋入沙土，解決了沙丘迎 風(fēng)坡面上種子隨風(fēng)漂移的問(wèn)題，為困難立地條件下的大面積飛播提供了技術(shù)支 撐。由于該專(zhuān)利的包衣劑中使用了一定量的淀粉和高分子吸水性樹(shù)脂，估計(jì)會(huì) 使凹凸棒土與種子間的結(jié)合強(qiáng)度有一定程度的改善。但這一技術(shù)只適用于l機(jī) 播種草籽等，卻并不適宜用于肥料包衣。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)200610042899.9公開(kāi)的一種具有緩釋肥料功能的納米復(fù) 合保水劑及其制備方法。該專(zhuān)利申請(qǐng)是采用有機(jī)化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸 作為納米復(fù)合保水劑的主要原料，添加引發(fā)劑和交聯(lián)劑，在水溶液中經(jīng)接枝共 聚、交聯(lián)、洗滌、干燥、粉碎制成。保水劑吸蒸餾水的倍數(shù)為300-600g/g。這一 技術(shù)中在凹凸棒石結(jié)構(gòu)上要接冇高分子材料聚丙烯酸，工藝復(fù)雜，難度較大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供可克服現(xiàn)有技術(shù)不足的化肥包膜材料，這種材料的處理方法和用這種材料進(jìn)行含磷肥料包膜處理的方法。本發(fā)明的含磷肥料包膜材料是一種經(jīng)改性處理的凹凸棒土。 本發(fā)明用于含磷肥料包膜的凹凸棒土的改性方法是將的凹凸棒土加入碳酸鈉與水的質(zhì)量比為2% 5%的碳酸鈉水溶液進(jìn)行充分浸泡改性處理后，再充分進(jìn)行機(jī)械攪拌，然后過(guò)濾分離出凹凸棒土，用清水充分洗滌后進(jìn)行干燥處理， 然后再進(jìn)行粉碎研磨。本發(fā)明的凹凸棒土改性方法中，浸泡改性處理時(shí)所用碳酸鈉水溶液中碳酸 鈉與水的最佳質(zhì)量比為2 3%。本發(fā)明用于含磷肥料包膜的凹凸棒土改性方法還可以是將凹凸棒土加入 磷酸與水的質(zhì)量比為4%~10。/。磷酸水溶液中進(jìn)行浸泡改性處理，然后過(guò)濾分離 出凹凸棒土，用清水充分洗滌后進(jìn)行干燥處理，然后再進(jìn)行粉碎研磨。在用磷酸水溶液進(jìn)行浸泡改性處理時(shí)，所用磷酸水溶液中磷酸與水的最佳質(zhì)量比為6 10%。用前述的方法處理所得到的改性凹凸棒土可用于含磷肥料的包膜處理。用前述方法所得的凹凸棒土進(jìn)行含磷肥料包膜的方法是先將含磷肥料， 如磷酸二銨，或者磷酸二氫銨，或者過(guò)磷酸鈣、重過(guò)磷酸鈣等，用網(wǎng)篩篩分得 到均勻顆粒，將顆粒倒入轉(zhuǎn)鼓包衣機(jī)中，調(diào)整包衣機(jī)傾斜的角度使顆粒肥料以 料簾的形式在轉(zhuǎn)鼓中均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)整氣流式霧化器的角度使噴嘴的軸線垂直 于轉(zhuǎn)鼓平面，根據(jù)涂層量設(shè)計(jì)稱(chēng)取經(jīng)改性的凹凸棒土待用；用被包裹含磷肥料 制成水溶液或飽和水溶液，水溶液所用水量為所用凹凸棒土質(zhì)量的1/8，將水溶 液霧化后，噴涂到滾動(dòng)著的含磷肥料顆粒表面，同時(shí)，不斷地撒入包膜材料凹 凸棒土，使之在噴入的水溶液或飽和水溶液的粘結(jié)作用下，均勻粘附在磷酸二 銨顆粒的表面上，包涂完畢后，取出包膜磷酸二銨顆粒待其自然晾干后。相關(guān)的試驗(yàn)表明，采用本發(fā)明的凹凸棒土改性處理后，凹凸棒土的黏度增 強(qiáng)了 11 20%，用于包膜處理后，膜的強(qiáng)度大大提高。本發(fā)明使用磷酸水溶液進(jìn) 行改性處理后再進(jìn)行包膜處理，其含磷量還有一定程度的增加。本發(fā)明的改性 處理方法簡(jiǎn)單、效果可靠，成本低廉，而且整個(gè)的處理過(guò)程中不產(chǎn)生任何的環(huán) 境問(wèn)題。經(jīng)本發(fā)明的處理所得的包膜磷肥有非常好的緩釋性。本發(fā)明所用的粘 結(jié)劑為被包裹磷肥料的水溶液或飽和水溶液，并不需再用其他任何粘結(jié)劑。


附圖1為采用本發(fā)明的方法包膜處理后產(chǎn)品，附圖2為包膜肥料樣品測(cè)試 曲線。
具體實(shí)施方式
以下給出本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的凹凸棒土改性方法是先將凹凸棒土加入碳酸鈉或磷酸水溶液進(jìn)行 充分浸泡改性處理后，充分浸泡處理后再充分進(jìn)行機(jī)械攪拌，然后過(guò)濾分離出 凹凸棒土，用清水充分洗滌后進(jìn)行干燥處理， 一般情況下，這時(shí)所得到的凹凸 棒土有一定程度的聚集，應(yīng)當(dāng)再進(jìn)行粉碎研磨。在本發(fā)明的試驗(yàn)中所用的凹凸 棒土粒粒度為100 300目的，如果粒度大于這一范圍，其效果將會(huì)變差，而粒 度小于這一范圍時(shí)必要性不大，而且會(huì)使成本有較大的增加。在進(jìn)行浸泡改性 處理時(shí)，如所用的是碳酸鈉水溶液，所加入的是碳酸鈉水溶液的質(zhì)量比為2%~5%;如所用的是磷酸水溶液，所加入的磷酸水溶液質(zhì)量比為4% 10%。試驗(yàn)表明，當(dāng)改性處理時(shí)所用的碳酸鈉或磷酸水溶液濃度太小對(duì)凹凸棒土的黏度 增加效果不明顯。特別是采用碳酸鈉進(jìn)行改性處理時(shí)，如碳酸鈉水溶液的濃度太低，經(jīng)處理后得到的凹凸棒土的黏度改變不大；而當(dāng)溶液濃度大于前述范圍 時(shí)會(huì)使處理后的凹凸棒土有較大的堿性。以下是本發(fā)明改性處理的兩個(gè)具體實(shí)例，而且這兩個(gè)實(shí)例給出了凹凸棒土 改處理進(jìn)最佳的處理溶液濃度；在其后給出用經(jīng)本發(fā)明的改性處理后的凹凸棒土進(jìn)行磷肥包膜處理的方法及制品的相關(guān)參數(shù)測(cè)試情況。 例1取經(jīng)過(guò)自然分化的200目左右的凹凸棒土 1000克，加入足量的質(zhì)量比為 2~3%碳酸鈉水溶液浸泡陳化48小時(shí)左右，然后用機(jī)械攪拌器進(jìn)行攪拌1 2小時(shí)， 過(guò)濾分離出凹凸棒土，并用清水洗滌2 3遍，然后對(duì)其進(jìn)行干燥和磨細(xì)處理。 經(jīng)測(cè)定，處理后的凹凸棒土的黏度比不改性處理的增強(qiáng)了 15 20%以上。例2取經(jīng)過(guò)自然分化的200目左右的凹凸棒土 1000克，加入足量的質(zhì)量比為 6~10%磷酸水溶液浸泡2-4小時(shí)后過(guò)濾、在用清水洗滌2~3遍，然后對(duì)其進(jìn)行 千燥和磨細(xì)處理。經(jīng)處理的凹凸棒石材料因其結(jié)構(gòu)特征而具緩釋性。經(jīng)測(cè)定， 改性后的凹凸棒土的黏度比不改性處理的增強(qiáng)了 11~18%。緩釋磷肥的制備將磷酸二銨分別用8目和孔徑為3.50mm的金屬絲網(wǎng)篩分，去除過(guò)粗或過(guò)細(xì)的顆粒，取粒度為2.50 3.50mm的磷酸二銨IOOO克，倒入轉(zhuǎn)鼓包衣機(jī)中，調(diào)整 包衣機(jī)傾斜的角度使磷酸二銨以料簾的形式在轉(zhuǎn)鼓中均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)整氣流式 霧化器的角度使噴嘴的軸線垂直于轉(zhuǎn)鼓平面。根據(jù)涂層量稱(chēng)取一定質(zhì)量經(jīng)過(guò)表 面改性的凹凸棒粉末作為包膜材料待用，在本發(fā)明的實(shí)施例中包膜的涂層量為 20~35%wt;用磷酸二銨制成飽和水溶液，水溶液所用水量為所用凹凸棒土質(zhì)量 的1/8，將水溶液高位槽中。磷酸二銨飽和溶液在重力的作用下沿塑料管流入氣 流式霧化器，被壓縮空氣霧化后，噴涂到滾動(dòng)著的磷酸二銨顆粒表面，使磷酸 二銨顆粒表面濕潤(rùn)。與此同時(shí)，不斷地撒入凹凸棒粉末，使之在磷酸二銨飽和 溶液的粘結(jié)作用下，粘附在磷酸二銨顆粒的表面上。包涂完畢后，取出包膜磷 酸二銨顆粒待其自然晾干后，即得產(chǎn)品，參見(jiàn)附圖l。如果所包的含磷肥料為過(guò)磷酸鈣、重過(guò)磷酸鈣等水溶性相對(duì)較差的磷肥， 只需用其制成水溶液噴在被包肥料外即可。包膜所得緩釋磷肥中P20s含量的測(cè)定稱(chēng)取0.5g左右磨碎的包膜磷酸二銨(精確至土0.01g)，加入100mL的蒸餾 水，充分?jǐn)嚢枋蛊渲械牧姿岫@完全溶解，用干燥的濾紙過(guò)濾，洗滌數(shù)次，將 濾液用250mL的容量瓶定容后，用移液管取濾液25.00mL，測(cè)定這25.00mL濾液 中p205的含量，其值乘以10即為該包膜磷酸二銨中p205的含量。包膜所得緩釋磷肥肥效釋放曲線的測(cè)定與繪制肥效釋放曲線的測(cè)定與繪制方法參見(jiàn)李際東所著"磷酸二銨中有效五氧化 二磷的快速測(cè)定"《磷肥與復(fù)肥》，2007， 22(1) :62。① 將兩支層析柱洗凈，垂直安裝在鐵架臺(tái)上。② 將沙子先用自來(lái)水沖洗,再用蒸餾水沖洗，涼干，稱(chēng)取50g裝入柱內(nèi),然后裝 入5.0g肥料樣品(其中一支裝包膜肥，另一支裝研細(xì)的包膜肥)，在上面再裝入 50g沙子。③ 先用50mL水潤(rùn)濕沙子,然后每次用100mL蒸餾水淋洗，上述實(shí)驗(yàn)重復(fù)15次。④ 將接取的洗出液編號(hào)，分別測(cè)定每次洗出液中p2o5的含量。⑤ 以每次淋溶出的P20s的量為縱坐標(biāo)，淋溶次數(shù)為橫坐標(biāo)做圖即得肥效釋 放曲線，以5.0g包膜率為30%的磷酸二銨包膜肥料樣品測(cè)試的結(jié)果見(jiàn)附圖2。在圖2中各曲線是令為磨碎的包膜磷酸二銨， 為未改性凹凸棒土包膜的磷酸二銨，A為經(jīng)本發(fā)明改性的凹凸棒土包膜的磷酸二銨。從圖2給出的淋溶曲線看出包膜肥料釋放速度較慢多，其效果較好，而且 釋放速度都很均勻。包膜緩釋肥的抗壓強(qiáng)度的測(cè)定隨機(jī)取20粒最接近球形的樣品，用顆粒強(qiáng)度測(cè)定儀分別測(cè)定其抗壓強(qiáng)度，取其平均值作為該種樣品顆粒的抗壓強(qiáng)度，N/粒。采用此法測(cè)得包膜緩釋磷酸二銨肥的抗壓強(qiáng)度如下表。肥料未改性凹凸棒土包 膜肥的抗壓強(qiáng)度 (N/粒)用磷酸改性凹凸榨土 包膜肥的抗壓強(qiáng)度 (N/粒)用碳酸鈉改性凹凸棒 土包膜肥的抗壓強(qiáng)度 (N/粒)磷酸二銨15.6222.8723.26從表中看出改性凹凸棒土包膜肥料抗壓強(qiáng)度都好于未改性凹凸棒土包膜肥 的抗壓強(qiáng)度，用碳酸鈉改性凹凸棒土包膜肥的抗壓強(qiáng)度更好一些。經(jīng)檢測(cè)和實(shí)際應(yīng)用還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明(1) 改性后的凹凸棒土黏度增強(qiáng)了，提高了所包膜的強(qiáng)度。解決了在運(yùn)輸 過(guò)程中易掉粉、易碎和提前崩解等問(wèn)題。(2) 改性后的凹凸棒土保水性能增強(qiáng)了，更適合于比較干旱的地區(qū)使用。 此方法的成本要比另外加入保水劑成本低的多。(3) 改善了緩釋性能。(4) 使用凹凸棒土材料肥料可提高農(nóng)作物中的碘、硒、錳、鐵、鋅、銅和鈣等微量元素的含量，并可降低大多數(shù)作物中有害元素砷鉛、汞的含量。
權(quán)利要求
1. 用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是將凹凸棒土加入碳酸鈉與水的質(zhì)量比為2％～5％的碳酸鈉水溶液進(jìn)行充分浸泡改性處理后，再充分進(jìn)行機(jī)械攪拌，然后過(guò)濾分離出凹凸棒土，用清水充分洗滌后進(jìn)行干燥處理，然后再進(jìn)行粉碎研磨。
2、 權(quán)利要求l所述的用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是浸泡改 性處理時(shí)所用的碳酸鈉水溶液中碳酸鈉與水的質(zhì)量比為2~3%。
3、 用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是將凹凸棒土加入磷酸與水 的質(zhì)量比為4%~10%磷酸水溶液中進(jìn)行浸泡改性處理，然后過(guò)濾分離出凹凸棒 土，用清水充分洗滌后進(jìn)行干燥處理，然后再進(jìn)行粉碎研磨。
4、 權(quán)利要求3所述的用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是所述的 浸泡改性處理所用的磷酸水溶液中磷酸與水的質(zhì)量比為6~10%。
5、 權(quán)利要求1至4所述的用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法所得的產(chǎn)物進(jìn) 行含磷肥包膜的方法，其特征在于將含磷肥料用網(wǎng)篩篩分得到均勻顆粒，將顆 粒倒入轉(zhuǎn)鼓包衣機(jī)中，調(diào)整包衣機(jī)傾斜的角度使顆粒肥料以料簾的形式在轉(zhuǎn)鼓 中均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)整氣流式霧化器的角度使噴嘴的軸線垂直于轉(zhuǎn)鼓平面，根據(jù) 涂層量設(shè)計(jì)稱(chēng)取經(jīng)改性的凹凸棒土待用；用被包裹含磷肥料制成水溶液或飽和 水溶液，水溶液所用水量為所用凹凸棒土質(zhì)量的1/8,將水溶液霧化后，噴涂到 滾動(dòng)著的含磷肥料顆粒表面，同時(shí)，不斷地撒入包膜材料凹凸棒土，使之在噴 入的水溶液或飽和水溶液的粘結(jié)作用下，均勻粘附在磷酸二銨顆粒的表面上， 包涂完畢后，取出包膜磷酸二銨顆粒待其自然晾干。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種可緩釋的含磷肥料的制備方法及制備這種緩釋含磷肥所使用的包膜材料的制備方法。本發(fā)明所涉及的緩釋磷肥是一種在磷肥外包敷有包衣的包膜磷肥，其所用的包膜材料為經(jīng)改性的凹凸棒土。本發(fā)明對(duì)凹凸棒土的改性方法是將凹凸棒土用碳酸鈉水溶液或者磷酸水溶液進(jìn)行浸泡改性處理，然后分離出經(jīng)改性處理的凹凸棒土進(jìn)行干燥和分散磨。
文檔編號(hào)C05G3/00GK101270011SQ20081009940
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者劉偉生, 穎 宋, 張國(guó)林, 曹發(fā)魁, 藺海明 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)