專利名稱：有機硅水溶長效復合肥及制備方法
技術領域：
本發明屬于包膜型緩控釋長效復合肥料技術領域，涉及采用有機硅包覆復合肥顆粒，構成環保型緩控釋復合肥料及其制備方法。
背景技術：
在現代農業生產中，施用化肥是獲得作物增產高產的重要手段之一。但是，化肥大都是無機鹽類，具有可溶易溶于水的特性，這種“速溶”速效的特點，與農作物生育過程中對養分的需求并不協調，造成化肥的多施、流失、浪費與污染環境。特別是用量最大，通常實際利用率僅有30% 40%的氮肥，它大約僅利用了 1/3，而2/3損失了。這種肥料的高耗低效，不僅導致資源、能源的巨大浪費，而且惡化了生態環境，危及人類的生存與健康。

發明內容
為了克服現有技術的缺點，本發明提供一種有機硅水溶長效復合肥及制備方法， 具有包覆材料新穎首創，工藝合理，制造、使用全程無三廢、無毒副作用及無環境污染，屬環保廣品。有機硅水溶長效復合肥由水溶性顆粒狀內核與疏水性聚合物外包膜層構成。所述的顆粒狀內核是由含有氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫及必要的微量元素的化合物，粒徑為2_4mm。所述的疏水性聚合物外包膜層為疏水透氣的改性有機硅甲基硅樹脂。所述疏水性聚合物外包膜層的厚度為15-50 μ m。所述的改性有機硅甲基硅樹脂為一甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)、二甲基二氯硅烷 [(CH3)2SiCl2]和長碳鏈烷基(甲基)二甲氧基硅烷[CnH2n+1 (CH3) Si (OCH3)2]的共水解、縮合聚合物，mol 比為 CH3SiCl3 (CH3)2SiCl2 CnH2n+1 (CH3) Si (OCH3) 2 = 75—85 10-20 3-5。有機硅水溶長效復合肥制備方法，包括下列步驟①制備水溶性顆粒狀內核 以尿素或/和碳銨、重過磷酸鈣或/和鈣鎂磷肥、氯化鉀或/和硫酸鉀為主要營養元素 (N. P. K)，并根據作物品種類別與測土數據，科學合理設計(N. P. K)配比，適量添加鐵、鋅、 銅、錳的硫酸鹽及硼砂等微量元素，并添加尿氮抑制穩定劑和聚乙烯醇(PVA)粘合劑，經粉碎、混合、造粒、干燥得顆粒狀復合肥，作為包膜肥料內核；②制備包膜劑以一甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)為主體原料，添加少量改性劑二甲基二氯硅烷[(CH3)2SiCl2]和長碳鏈烷基 (甲基)二甲氧基硅烷(CnH2lri(CH3)Si(OCH3)2)共水解、縮合，水洗除酸后，制得改性有機硅甲基硅樹脂聚合物；改性有機硅甲基硅樹脂聚合物加KOH水溶液在70°C 90°C堿解處理 2 4h，制得低聚甲基硅醇鉀水溶液即包膜劑，固含量在30% 40% ;③包膜將水溶性顆粒狀內核投入包膜機中，預熱至110 120°C，間歇噴入包膜劑，加熱保溫，包膜劑加完后， 升溫至145 155°C，低聚甲基硅醇在酸催化作用下，脫水縮聚交聯固化，在肥料顆粒表面形成疏水性的甲基硅樹脂包膜。調節包膜劑用量，制得包膜厚度在15-50 μ m，控釋時間分別為30天、60天、90天、120天等不同規格的控釋復合肥包膜顆粒。本發明有下列有點(I)、有機硅材料應用于農業已有幾十年歷史，但用作固態復合肥包膜材料為本發明首創和亮點所在。(2)、采用水溶性改性甲基硅樹脂低聚物作包膜材料，避免了有毒有害溶劑的使用，既有利于包膜操作，又避免了對環境的危害。(3)、采用硫酸作離子交換劑，同時也是甲基硅醇樹脂縮合交聯固化的催化劑，而且離子交換生成的硫酸鉀(K2SO4)也是復合肥的有效成分，一劑多用。(4)、有機硅聚合物膜具有很好的疏水透氣性，包復于復合肥表面就形成了疏水透氣膜，當肥料顆粒浸泡于水中時，疏水膜阻止大量水直接進入肥料顆粒內部，防止養分的速溶釋放；同時膜又具良好的透氣性，施入土壤后，土壤中的水汽可以緩慢地透過膜層進入顆粒內部，使肥料緩慢溶脹溶解，在溶脹溶解過程中， 膜內壓力逐步升高，導致膜的破裂，直至崩潰，養分從逐步釋放到全部釋放會是一個緩慢的過程。包膜厚度控制釋放速度，以此，完成肥料的長效緩釋過程。(5)、肥料養分釋放后，殘留的有機硅樹脂包膜及粘合劑PVA，在土壤中酸、堿、微生物作用下逐漸降解，PVA降解較快約在6 8月內降解成水和CO2 ;有機硅聚合物降解過程相對要慢一些，但在降解過程中形成的低聚硅氧烷中小分子，含有較多的硅羥基(Si-OH)可以同土壤中固有的硅羥基和鋁羥基活性基團相結合，有利于改善土壤的團粒結構，提高土壤保溫保水與透氣性，優化土質。 降解中有機成分可以增加土壤的有機質，為土壤中微生物提供碳源和能量，激活土壤中微生物的活性，促進作物生長。￠)、有機硅樹脂降解的最終產物是水(H2O)、二氧化碳(CO2) 和硅酸(H2SiO3)15硅酸是可以被作物吸收利用的硅肥，硅肥是農作物生長的重要營養元素之一，特別是水稻、小麥、玉米、高粱等作物生長的必要營養元素，硅在作物生長過程中具有極其重要的作用，可以增強作物耐旱、抗病、抗伏能力，促進作物對氮、磷的吸收利用，有利于作物籽粒的形成與增重。硅酸是不可忽缺的肥料元素之一，也可以說有機硅本身也是一種肥料。(7)、有機硅材料本身生理惰性，生物相容性好，無毒副作用。本發明包膜復合肥生產過程無三廢，施用過程乃至殘留物對生物環境均無害，是綠色的環保型產品。(8)、以不同 (NPK)配比的顆粒為內核，配合不同包膜厚度(即不同控釋時間)，制得各種規格的粒料， 再以適當比例復配，可制得適合不同作物要求及相應控釋特性的有機硅材料水溶長效復合肥，從而大大延長肥料的有效期，做到一次施肥，作物整個生育期有肥效，均衡供給作物養分，將肥料的利用率提高到70% -80%。
具體實施例方式以適用于夏玉米的控釋復合肥為例。夏玉米對氮(N)、磷⑵、鉀⑷營養元素總的需求比例大致為(21-8-11)，一般在 6月初播種，9月底或10月初收獲，生長期在110天左右。玉米在不同的生育階段，吸收養分的數量和比例差異很大，苗期植株小，生長慢， 吸收營養少；進入拔節、孕穗到抽穗揚花期是玉米營養生長與生殖生長并進的最旺盛階段， 生長速度快，需要大量養分供給；后期即成熟期對養分的需求又有所減少。在各個生育階段對N. P. K養分的吸收比例也是不同的，如苗期吸氮量僅占總需氮量的9. 6%，中期(拔節至抽穗揚花)，吸氮量占到78.5%，后期吸氮也只占11.9%，而對磷的吸收各生育階段比較平穩，累積吸磷量逐步上升；對鉀的吸收則是苗期相對較大，以后則逐漸減少，花期以后則明顯減少。
為此，本發明設計了三種不同N. P. K組成比例的配方，并分別通過包膜控制釋放時間，最后按一定比例復配，制得與玉米不同生育期對養分需求相適應的控釋長效復合肥。 具體操作為實施例I :配制N-P-K為15-6-15包膜復合肥，控釋時間為30天。①制備水溶性顆粒狀內核將尿素28kg，碳銨12. 5kg，重過磷酸鈣8kg，鈣鎂磷肥 15kg，氯化鉀23. 5kg，微量元素(包括硫酸亞鐵、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸錳和硼砂等)4kg，尿氮抑制穩定劑(HQ、D⑶)0. 03kg，計量后加入破碎混合器中，高速粉碎混合15 30分鐘，再加入10 %的PVA水溶液5kg (粘合劑)，攪拌5 10分鐘，混合均勻后，送入轉鼓式造粒機， 制得粒徑2-3_的圓形復合(混)肥顆粒，經干燥后過篩，碎末返回混合造粒。②制備包膜劑取16. 4kgCH3SiCl3、3kg(CH3)2SiCl2、0. 6kgC8H17 (CH3) Si (OCH3)2，混合均勻后加入高位槽內。在100立升水解反應釜中加入60升水，在攪拌下，將高位槽中的混合單體緩慢滴入水解釜，釜的夾套內通入冷卻水，控制水解、縮合反應溫度在20-40°C，約在O. 5-lh內滴完，滴完后繼續攪拌反應lh，得改性甲基硅樹脂縮聚物，停止攪拌，靜置15分鐘，放掉下部酸水，加水洗滌3-4次，洗至PH = 5-6，可得產物(折干基)約9. 5kg，含水率在10 20%。取改性甲基硅樹脂縮聚物11. 3kg (折干基約9. 5kg，含水約I. 8kg)加入堿解反應釜中，加30% KOH水溶液70kg，并補加2. 6升水，攪拌下加熱至70°C 90°C，堿解處理2h 左右，得固含量為36%左右的改性低聚甲基硅醇鉀水溶液。低聚甲基硅醇鉀溶液在投入包膜使用前，每5份(體積份)低聚甲基硅醇鉀溶液加入I份(體積份)96%的濃硫酸，配成固含量45%的酸性包膜劑。所述的共水解反應式為 m CH3SiCl3+3mH20 — HiCH3Si (OH) 3+3mHCln (CH3) 2SiCl2+2nH20 — n (CH3) 2Si (OH) 2+2nHClj CnH2n+1 (CH3) Si (OCH3) 2+2jH20 — jCnH2n+1 (CH3) Si (OH) 2+2JCH3OH所述的縮合反應式為m CH3Si (OH) 3+n (CH3)2Si (OH) 2+jCnH2n+1 (CH3) Si (OH)2 — (CH3SiO372) m[ (CH3) 2SiO] n[CfflH2n+1 (CH3) Si0]j+XH20③包膜取水溶性顆粒狀內核94kg，投入轉鼓式包膜機內，預熱至110°C，間歇噴入包膜劑約8kg，期間維持溫度在110°C，蒸發的水份由抽風機排出，噴完后升溫至145°C左右，附著于肥料顆粒表面的低聚甲基硅醇在酸催化和高溫下，迅速原位脫水縮聚交聯固化， 在肥料顆料表面形成改性甲基硅樹脂包膜。最后加入I. 5kg隔離劑如滑石粉，混合均勻降溫出料。實施例2 :配制N-P-K為24-10-11包膜復合肥，控釋時間60天。①制備水溶性顆粒狀內核將尿素52. 5kg，重過磷酸鈣23. 5kg，氯化鉀15kg，尿氮抑制穩定劑O. 01kg，計量后加入破碎混合器中，高速粉碎混合15-30分鐘，再加入10% PVA 水溶液5kg，攪拌5-10分鐘，混均勻后，送入轉鼓式造粒機，得到粒徑2-3mm的圓形復合肥顆粒，經干燥后過篩，碎粉返回混合造粒。②制備包膜劑同實施例I第②步。③包膜將水溶性顆粒狀內核92. 5kg加入轉鼓式包膜機內，預熱至120°C，間歇噴入包膜劑約12kg，噴漿過程中維持溫度在120°C，蒸發的水汽由抽風機排出，噴完后升溫至 150°C，縮聚交聯固化反應，在肥料顆粒表面形成改性甲基硅樹脂包膜。最后加入I. 5kg隔離劑如滑石粉，混均勻降溫出料。實施例3 :配制N-P-K為19-7-9包膜復合肥，控釋時間90天。①制備水溶性顆粒狀內核將尿素42. 5kg，重過磷酸鈣8kg，鈣鎂磷肥24kg，氯化鉀12. 5kg，計量后加入破碎混合器內，高速粉碎混合15-30分鐘，再加10% PVA水溶液5kg， 攪拌5-10分鐘，混勻后送入轉鼓式造粒機，得到粒徑2-3mm的圓形復合肥顆粒，經干燥后過篩，碎粉返回混合造粒。②制備包膜劑同實施例I第②步。③包膜將水溶性顆粒狀內核90. 5kg加入轉鼓式包膜機內，預熱至120°C，間歇噴入包膜劑約16kg，噴漿過程中維持在120°C，蒸發出的水汽由抽風機排出。噴完后，升溫至 150°C，縮合交聯固化反應，在復肥顆粒表面形成改性甲基硅樹脂包膜。最后加入I. 5kg隔離劑如滑石粉，混均勻降溫出料。將N-P-K含量分別為15-6-15、24-10-11、19-7-9的三種不同組分比例與不同控釋時間的包膜復合肥按20%、50%、30%的質量比例進行復配，獲得綜合養分含量為21-8-11 的水溶長效復合肥料。主要質量指標I、總養分(Ν+Ρ205+Κ20)含量彡 40 %。2、初期養分釋放率< 15%。3、90天內養分總釋放率彡80%。4、粒度(2_4mm顆粒含量)彡90%。 5、水分含量< 2 3%。
權利要求
1.一種有機硅水溶長效復合肥，其特征在于由水溶性顆粒狀內核與疏水性聚合物外包膜層構成。
2.根據權利要求I所述的有機硅水溶長效復合肥，其特征在于所述的顆粒狀內核是由含有氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫及必要的微量元素的化合物，粒徑為2-4_。
3.根據權利要求I所述的有機硅水溶長效復合肥，其特征在于所述的疏水性聚合物外包膜層為疏水透氣的改性有機娃甲基娃樹脂。
4.根據權利要求I或3所述的有機硅水溶長效復合肥，其特征在于所述疏水性聚合物外包膜層的厚度為15-50 μ m。
5.根據權利要求3所述的有機硅水溶長效復合肥，其特征在于所述的改性有機硅甲基硅樹脂為一甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)、二甲基二氯硅烷[(CH3)2SiCl2]和長碳鏈烷基(甲基)二甲氧基硅烷[CnH2n+1 (CH3) Si (OCH3)2]的共水解、縮合聚合物，mo I比為CH3SiCl3 (CH3 )2SiCl2 CnH2lrt(CH3)Si(OCH3)2 = 75-85 10—20 3—5。
6.一種有機硅水溶長效復合肥的制備方法，包括下列步驟①制備水溶性顆粒狀內核以尿素或/和碳銨、重過磷酸鈣或/和鈣鎂磷肥、氯化鉀或/和硫酸鉀為主要營養元素，并根據作物品種類別與測土數據，科學合理設計N、P、K配比，適量添加鐵、鋅、銅、錳的硫酸鹽及硼砂等微量元素，并添加尿氮抑制穩定劑和聚乙烯醇(PVA)粘合劑，經粉碎、 混合、造粒、干燥得顆粒狀復合肥，作為包膜肥料內核；②制備包膜劑以一甲基三氯硅烷 (CH3SiCl3)為主體原料，添加改性劑二甲基二氯硅烷[(CH3)2SiCl2]和長碳鏈烷基(甲基) 二甲氧基硅烷(CnH2lri(CH3)Si(OCH3)2)共水解、縮合，水洗除酸后，制得改性有機硅甲基硅樹脂聚合物；改性有機硅甲基硅樹脂聚合物加KOH水溶液在70°C 90°C堿解處理2-4h，制得低聚甲基硅醇鉀水溶液即包膜劑，固含量在30-40% ;③包膜將水溶性顆粒狀內核投入包膜機中，預熱至110-120°C，間歇噴入包膜劑，加熱保溫，包膜劑加完后，升溫至145-155°C， 脫水縮聚交聯固化，在肥料顆粒表面形成所述厚度的疏水性甲基硅樹脂包膜，得有機硅水溶長效復合肥顆粒。
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述步驟①的尿素、碳銨、重過磷酸鈣、鈣鎂磷肥、氯化鉀、微量元素的質量比為28 22. 5 8 15 23. 5 4 ;所述步驟① 的尿素、重過磷酸I丐、氯化鉀的質量比為15kg 52.5kg 23. 5kg ;所述步驟①的尿素、重過磷酸鈣、鈣鎂磷肥、氯化鉀的質量比為42. 5 8 24 12.5。
8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于進行第③步前，在第②步所得的包膜劑中加入硫酸，混合配成酸性包膜劑，固含量為45%。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述硫酸的加入量為每5體積份的低聚甲基硅醇鉀溶液加入I體積份96%的濃硫酸。
10.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述第③步包膜后，添加所得有機硅水溶長效復合肥顆粒1-2%重量份的滑石粉，在轉鼓中混合均勻。
全文摘要
本發明屬于包膜型緩控釋長效復合肥料技術領域，涉及采用有機硅包覆復合肥顆粒，構成環保型緩控釋復合肥料及其制備方法。有機硅水溶長效復合肥由水溶性顆粒狀內核與疏水性聚合物外包膜層構成。制備方法①制備水溶性顆粒狀內核以尿素、重過磷酸鈣、氯化鉀為主要營養元素，經粉碎、混合、造粒、干燥得顆粒狀復合肥，作為包膜肥料內核；②制備包膜劑以一甲基三氯硅烷為主體原料，共水解、縮合，水洗除酸后，制得改性有機硅甲基硅樹脂聚合物；③包膜將水溶性顆粒狀內核投入包膜機中，預熱，間歇噴入包膜劑，加熱保溫，脫水縮聚交聯固化，在肥料顆粒表面形成疏水性的甲基硅樹脂包膜。制造、使用全程無三廢、無毒副作用及環境污染，屬環保產品。
文檔編號C05G3/08GK102584471SQ201210066959
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者宋福如 申請人:河北硅谷化工有限公司