專利名稱：用于氮肥的包膜材料制備方法及包膜方法
技術領域：
本發明涉及緩釋氮肥的制備方法及制備這種緩釋氮肥所使用的包膜材料的 制備方法。本發明所涉及的緩釋氮肥是一種在氮肥外包敷有包衣的包膜氮肥， 其所用的包膜材料為凹凸棒土。
技術背景肥料是農業生產中不可缺少的，而化肥的使用已經較為普遍，并有使用量 逐年上升的態勢。但由于使用不當，使化肥利用降率低，給農業帶來巨大的經 濟損失，同時還帶來一些環境問題?，F代肥料應該承擔起肥料科學所賦予的保 護生態環境重要任務，體現緩釋、控釋和環境友好是現代肥料科學的發展方向， 生產制造復合高效肥料是現代肥料產業發展的趨勢。因此，降低化肥養分釋放 速率，開發可控緩釋肥料、提高化肥的利用率，具有十分重要的意義。在現有 技術中，制備緩釋氮肥，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點，值得推廣。 '凹凸棒土材料具有層、鏈、纖維狀晶體結構，納米級孔穴通道微觀構造， 有比表面積大、孔道發育的介孔材料特征，是一種理想的結構材料。由于凹凸 棒土具有吸附性、緩釋性、流變性、離子強交換性、酸堿度可調性、可作多功能載體等優良性質，是性能優越的功能材料；加之凹凸棒材中富含多種微量元 素，具有生物工程材料特性。有文獻披露，凹凸棒材料能夠改良土壤，可起到 保水作用，對土壤不造成污染，凹凸棒石材料還有固氮、固鉀和固定有機物的 作用，它可以減少肥料在土壤中的損失，控制肥料中養分的釋放，提高肥料的 利用率，達到促進農作物增產的效果，是一種農業生產中可貴的綠色材料。中國專利中公開了多種以凹凸棒土為包膜材料，制備成包膜復合肥料的技 術。但現有技術中以凹凸棒土為包膜材料包裹化肥時，存在著凹凸棒土黏合性 不強，所形成的包膜強度不好，在貯藏或使用中易早期崩解的不足。中國專利申請200510127830.1公開一種用凹凸棒土類的PAL生物工程材料 制作新型緩釋氮肥的方法，其具體的制作方法是將所謂的PAL材料處理以后直 接加入到尿素中混合造粒。由于凹凸棒土與尿素之間并不粘合，造粒時幾乎無法形成較為牢固的顆粒，即使形成顆粒也極容易崩解粉碎。因此用這種制作方 法所得到的效果并不好。中國專利申請91108163.1根據作物種子發芽、生長需肥規律，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)及其生產方 法。該方法是將化肥與粘結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 到植物有效吸取肥料養分的目的。由該專利申請公開的內容可知，這種由凹凸 棒材料與化肥形成的包膜層結合強度比較低，造成這種種子肥在運輸和貯藏的困難；另外，在肥料施用后它會迅速崩解，造成種子周圍肥料濃度過高，可能 會對種子發育生長不利，而且也容易造成肥料的流失，產生浪費。中國發明專利200410075014.6公開了一種飛播用種子大?；聞?。其包 衣劑主要由淀粉、凹凸棒土、植物纖維素、高吸水性樹脂以及細沙土組成。包 衣劑中還含有肥料、植物激素以及微量元素。該專利的優點是有效地解決了目 前飛播種子包衣與破損和包衣與發芽的矛盾，在10mm降雨條件下，種子發芽 率高，后期生長效果好。飛播后種子能在風蝕作用下埋入沙土，解決了沙丘迎 風坡面上種子隨風漂移的問題，為困難立地條件下的大面積飛播提供了技術支 撐。由于該專利的包衣劑中使用了一定量的淀粉和高分子吸水性樹脂，估計會 使凹凸棒土與種子間的結合強度有一定程度的改善。但這一技術只適用于飛機 播種草籽等，卻并不適宜用于肥料包衣。中國發明專利申請200610042899.9公開的一種具有緩釋肥料功能的納米復 合保水劑及其制備方法。該專利申請是采用有機化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸 作為納米復合保水劑的主要原料，添加引發劑和交聯劑，在水溶液中經接枝共 聚、交聯、洗滌、干燥、粉碎制成。保水劑吸蒸餾水的倍數為300-600g/g。這一 技術中在凹凸棒石結構上要接有高分子材料聚丙烯酸，工藝復雜，難度較大。 發明內容本發明提供可克服現有技術不足的氮肥包膜材料，這種材料的處理方法和 用這種材料進行氮肥包膜處理的方法。本發明的氮肥包膜材料是一種經改性處理的凹凸棒土。本發明用于氮肥包膜的凹凸棒土的改性方法是將凹凸棒土加入碳酸鈉與水的質量比為2% 5%的碳酸鈉水溶液進行充分浸泡改性處理后，再充分進行機 械攪拌，然后過濾分離出凹凸棒土，用清水充分洗滌后進行干燥處理，然后再 進行粉碎研磨。本發明的凹凸棒土改性方法中，浸泡改性處理時所用的碳酸鈉水溶液的最佳質量比為2 3%。本發明用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法還可以是將凹凸棒土加入磷酸 與水的質量比為4%~10%磷酸水溶液中進行浸泡改性處理，然后過濾分離出凹 凸棒土，用清水充分洗滌后進行干燥處理，然后再進行粉碎研磨。，在用磷酸水溶液進行浸泡改性處理時，所用的磷酸水溶液最佳質量比為6~腦。用前述的方法處理所得到的改性凹凸棒土可用于氮肥包膜處理。用本發明的改性凹凸棒土進行氮肥包膜的方法是先在氮肥顆粒的表面噴 灑上粘合劑，使肥料顆粒表面上形成一粘合劑層；使表面上形成溶劑層的肥料顆粒運動，同時向肥料顆粒內分散加入經前述處理的改性凹凸棒土，使肥料顆 粒表面黏上凹凸棒土，形成凹凸棒土包膜，所用的粘合劑是淀粉或木質素磺酸鈉水溶液，粘合劑使用量二^^~"x^%，式中W—包膜肥的質量；a%—凹凸棒土包膜率；b。/t粘合劑水溶液的質量百分含量，且20《a《35， 2《b《7。本發明推薦采用的粘合劑為質量比3~4%的木質素磺酸鈉水溶液。采用木質 素磺酸鈉水溶液為粘合劑，既不污染土壤，又能較好的將尿素和凹凸棒土粘結 在一起，形成強度較高的包膜。相關的試驗表明，采用本發明的凹凸棒土改性處理后，凹凸棒土的黏度增 強了 11~20%，用于包膜處理后，膜的強度大大提高。本發明的改性處理方法簡 單、效果可靠，成本低廉，而且整個的處理過程中不產生任何的環境問題。經 本發明的處理所得的包膜氮肥有非常好的緩釋性。


附圖1為包膜肥料樣品測試曲線。
具體實施方式
以下給出本發明的實施例。本發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行 充分浸泡改性處理后，充分浸泡處理后再充分進行機械攪拌，然后過濾分離出 凹凸棒土，用清水充分洗滌后進行干燥處理， 一般情況下，這時所得到的凹凸 棒土有一定程度的聚集，應當再進行粉碎研磨。在本發明的試驗中所用的凹凸 棒土粒粒度為100 300目的，如果粒度大于這一范圍，其效果將會變差，而粒 度小于這一范圍時必要性不大，而且會使成本有較大的增加。在進行浸泡改性 處理時，如所用的是碳酸鈉水溶液，所加入的是碳酸鈉水溶液的質量比為2%~5%;如所用的是磷酸水溶液，所加入的磷酸水溶液質量比為4% 10%。試 驗表明，當改性處理時所用的碳酸鈉或磷酸水溶液濃度太小對凹凸棒土的黏度 增加效果不明顯。特別是采用碳酸鈉進行改性處理時，如碳酸鈉水溶液的濃度 太低，經處理后得到的凹凸棒土的黏度改變不大；而當溶液濃度大于前述范圍時會使處理后的凹凸棒土有較大的堿性。以下是本發明改性處理的兩個具體實例，而且這兩個實例給出了凹凸棒土改處理的最佳處理溶液濃度；在其后將給出用經本發明的改性處理后的凹凸棒 土進行氮肥包膜處理的方法及制品的相關參數測試情況。 例1取經過自然分化的200目左右的凹凸棒土 1000克，加入碳酸鈉水溶液浸泡 陳化48小時左右，所用的碳酸鈉水溶液中碳酸鈉與水的質量比為2 3%，然后 用機械攪拌器進行攪拌1~2小時，過濾分離出凹凸棒土，并用清水洗滌2 3遍， 然后對其進行千燥和磨細處理。經測定，處理后的凹凸棒土的黏度比不改性處 理的增強了 15 20%以上。例2取經過自然分化的200目左右的凹凸棒土 1000克，加入磷酸水溶液浸泡2~4 小時，所用的磷酸水溶液濃度為磷酸與水的質量比為6~10%，然后過濾出凹凸 棒土，用清水洗滌2 3遍，再對其進行干燥和磨細處理。經處理的凹凸棒石材 料因其結構特征而具緩釋性。經測定，改性后的凹凸棒土的黏度比不改性處理*的增強了 11 18%。氮肥的包膜(以尿素為例)將尿素倒入轉鼓包衣機中，調整包衣機傾斜的角度使尿素以料簾的形式在 轉鼓中均勻地轉動；用淀粉水溶液，玉米淀粉或馬鈴薯淀粉均可，或木質素磺 酸鈉水溶液均勻噴灑在尿素顆粒的表面，使在肥料顆粒上形成作為粘合劑的溶 劑層；在尿素轉動同時，不斷地撒入凹凸棒粉末，使之粘結于尿素表面，當膜 的厚度達到設計要求的厚度后，取出進行干燥處理。在整個包膜過程中所噴入 的粘合劑應能使尿素顆粒表面濕潤，而且相互不粘結，在包膜過程中應使尿素 顆粒充分運動直到粘結完全，干燥，并防止結塊。粘合劑使用量按下式確定粘合劑用量=^^~一4%，式中W—包膜肥的質量；a。/。一凹凸棒土包膜率；1)°/。_粘合劑水溶液的質量百分含量， 一般情況下20《a《35， 2《b《7。實驗表明，當b取值小于2時， 其包膜的效果差，包膜質量不能保證，而當b取值大于7時，會造成包膜材料 粘集，而無法進行包膜。其最佳的方案是使用木質素磺酸鈉水溶液，取值為3 《b《4，所得產物效果最佳。 包膜緩釋氮肥的測定1) 包膜肥尿素中氮含量的測定稱取0.5g左右磨碎為粉末的包膜尿素(精確至土0.01g)，用凱氏定氮法測 定樣品中氮的含量。2) 肥效釋放曲線的繪制 將兩支層析柱洗凈,垂直安裝在鐵架臺上。將沙子先用自來水沖洗,再用蒸餾水沖洗,涼干,稱取50g裝入柱內,然后裝入 5.0g肥料樣品(其中一支裝包膜肥，另一支裝研細的包膜肥)，在上面再裝入50g 沙子。先用50mL水潤濕沙子,然后每次用100mL蒸餾水淋洗,上述實驗重復15次。將接取的洗出液編號,分別測定每次洗出液中氮的含量。 以每次淋溶出的氮的量為縱坐標，淋溶次數為橫坐標做圖即得肥效釋放曲線。以5.0g包膜率為30%的尿素包膜肥料樣品測試的結果參見附圖1。 圖l中令曲線為磨碎的包膜肥尿素；A曲線為包膜尿素從圖1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。3)包膜緩釋肥的抗壓強度的測定隨機取20粒最接近球形的樣品，用顆粒強度測定儀分別測定其抗壓強度， 取其平均值作為該種樣品顆粒的抗壓強度，N/粒。采用此法測得包膜緩釋尿素肥的抗壓強度如下表。下表是包膜率為30%的尿素的抗壓強度肥料未改性凹凸棒土包 膜肥的抗壓強度 CN/粒)用磷酸改性凹凸棒土 包膜肥的抗壓強度 CN/粒)用碳酸鈉改性凹凸棒 土包膜肥的抗壓強度 (N/粒)尿素15.3622.5322.85從表中看出改性凹凸棒土包膜肥料抗壓強度都好于未改性凹凸棒土包膜肥 的抗壓強度，而用碳酸鈉改性凹凸棒土包膜肥的抗壓強度更好一些。本發明的緩釋氮肥具有如下優點(1) 改性后的凹凸棒土黏度增強了，提高了所包膜的強度。解決了在運輸 過程中易掉粉、易碎和提前崩解等問題。(2) 改性后的凹凸棒土保水性能增強了，更適合于比較干旱的地區使用。 此方法的成本要比另外加入保水劑成本低的多。(3) 本發明用無機材料對凹凸棒土改性的生產工藝、原料成本比在凹凸棒 土上接枝高分子材料簡單和低廉的多；在制備過程中本發明不使用任何有毒有 害的有機溶劑，所得制品不污染土壤；其中以磷酸溶液改性凹凸棒土時，可使 經其改性的凹凸棒土本身含有農作物所需的養分一磷。(4) 本方法更適合于工業化生產。(5) 增強了緩釋性能(6) 使用凹凸棒土材料肥料可提高農作物中的碘、硒、錳、鐵、鋅、銅和 鈣等微量元素的含量，降低大多數作物中有害元素砷鉛、汞的含量。
權利要求
1. 用于氮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量比為2％～5％的碳酸鈉水溶液進行充分浸泡改性處理后，再充分進行機械攪拌，然后過濾分離出凹凸棒土，用清水充分洗滌后進行干燥處理，然后再進行粉碎研磨。
2、 權利要求l所述的用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是浸泡改 性處理時所用的碳酸鈉水溶液質量比為2~3%。
3、 用于氮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 的質量比為4%~10%磷酸水溶液中進行浸泡改性處理，然后過濾分離出凹凸棒 土，用清水充分洗滌后進行干燥處理，然后再進行粉碎研磨。
4、 權利要求3所述的用于氮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質量比為6 10%。
5、 權利要求1至4所述的用于氮肥包膜的凹凸棒土改性方法所得的產物進行氮肥包膜的方法，其特征在于在氮肥顆粒的表面噴灑上粘合劑，使肥料顆粒 表面上形成一粘合劑層；使表面上形成溶劑層的肥料顆粒運動，同時向肥料顆 粒內分散加入經前述處理的改性凹凸棒土，使肥料顆粒表面黏上凹凸棒土，形 成凹凸棒土包膜，所用的粘合劑是淀粉或木質素磺酸鈉水溶液，粘合劑使用量=~~^^x6/o，式中W—包膜肥的質量；a°/。一凹凸棒土包膜率；b。/。一粘合劑水溶液的質量百分含量，且20《a《35， 2《b《7。
6、 根據權利要求5所述的氮肥包膜的方法，其特征在于所用的粘合劑為質 量比為3 4%的木質素磺酸鈉水溶液。
全文摘要
本發明公開一種緩釋氮肥的制備方法及制備這種緩釋氮肥所使用的包膜材料的制備方法。本發明所涉及的緩釋氮肥是一種在氮肥外包敷有包衣的包膜氮肥，其所用的包膜材料為經改性的凹凸棒土。本發明對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行浸泡改性處理，然后分離出經改性處理的凹棒土進行干燥和分散磨。
文檔編號C05G3/08GK101270013SQ20081009940
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月8日 優先權日2008年5月8日
發明者劉偉生, 穎 宋, 張國林, 曹發魁, 藺海明 申請人:蘭州大學