一种包膜控释肥及其制备方法
阅读说明：本技术 一种包膜控释肥及其制备方法 (Coated controlled release fertilizer and preparation method thereof ) 是由 王孟 廖云 夏良树 伍贤东 刘力 钱嘉帆 孙芳 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本申请提供一种包膜控释肥,包括肥料颗粒和包裹在所述肥料颗粒表面的复合包膜,复合包膜包括聚氨酯基体和分散在聚氨酯基体中的云母氧化铁。另外,本申请还提供一种制备上述包膜控释肥的方法,包括以下步骤：预热：将肥料颗粒加入反应器中,开启搅拌和加热,使肥料颗粒的表面达到预设温度；投料：将组分A加入反应器中,使其在肥料颗粒表面充分分散；聚合：将组分B加入反应器中,发生原位聚合反应,在肥料颗粒表面固化形成复合包膜。本发明提供的包膜控释肥强度高、无毒环保、具有优良的控释性能及力学性能。本发明通过原位聚合反应制备包膜控释肥,具有成本低廉、工艺简单、生产快速且能耗低等特点。(The application provides a coated controlled-release fertilizer, which comprises fertilizer particles and a composite coating coated on the surfaces of the fertilizer particles, wherein the composite coating comprises a polyurethane matrix and mica iron oxide dispersed in the polyurethane matrix. In addition, the application also provides a method for preparing the coated controlled release fertilizer, which comprises the following steps: preheating: adding fertilizer particles into a reactor, starting stirring and heating to enable the surface of the fertilizer particles to reach a preset temperature; feeding: adding the component A into a reactor, and fully dispersing the component A on the surface of fertilizer particles; polymerization: and adding the component B into a reactor, carrying out in-situ polymerization reaction, and curing the surface of the fertilizer granules to form the composite coating. The coated controlled release fertilizer provided by the invention has the advantages of high strength, no toxicity, environmental protection, excellent controlled release performance and mechanical property. The coated controlled-release fertilizer is prepared by in-situ polymerization reaction, and has the characteristics of low cost, simple process, quick production, low energy consumption and the like.)
技术领域
本发明属于控释肥料领域，更具体涉及一种包膜控释肥及其制备方法。
背景技术
高分子包膜控释肥可以提高肥料利用率，降低损失，减少环境污染，被誉为“21世纪的肥料”。目前控释肥的包膜材料主要有两种，一种是通过有机溶剂挥发制备的聚烯烃包膜，另一种是通过原位聚合反应制备的聚氨酯包膜。聚氨酯包膜控释肥因工艺简单、易实现连续化、无毒环保、易降解的特点，已成为近年来的研究热点。
然而，在实际应用中，为提高聚氨酯包膜控释肥的控释效果，包膜材料一般要求有一点的厚度，工艺过程中需要进行多次重复包膜，这不但增加了包膜材料的用量，并由此带来包膜过程中能耗高、工艺复杂等缺点。
因此，如何提供一种工艺简单、成本低、具有优良控释性能的包膜控释肥及其制备方法，成为本领域技术人员亟待解决的关键问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种包膜控释肥及其制备方法，该包膜控释肥强度高、无毒环保、具有优良的控释性能及力学性能。本发明通过原位聚合反应制备包膜控释肥，具有成本低廉、工艺简单、生产快速且能耗低等特点。
本发明提供一种包膜控释肥，包括肥料颗粒和包裹在所述肥料颗粒表面的复合包膜，所述复合包膜包括聚氨酯基体和分散在所述聚氨酯基体中的云母氧化铁。
优选的，所述云母氧化铁的质量为所述复合包膜质量的1％-8％，在这个含量范围内，云母氧化铁薄片粒子能相互重叠而形成鱼鳞一般的塔接结构，使水汽扩散通道受阻，从而提高包膜肥料的控释性能。
优选的，所述复合包膜由组分A和组分B经原位聚合反应制得；所述组分A包括多元醇和所述云母氧化铁，所述云母氧化铁分散在所述多元醇中；所述组分B包括多异氰酸酯。
优选的，将云母氧化铁通过超声分散于多元醇中，超声时间大于15分钟。
优选的，所述多元醇为聚醚多元醇、植物油多元醇中的一种或几种，且所述多元醇的平均羟基基团数大于2个。
优选的，所述多异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或几种。
优选的，所述多元醇的羟基基团摩尔总量与所述多异氰酸酯的异氰酸酯基团摩尔总量的摩尔比为1:1至1:2.5，在这个比例范围内，制备的聚氨酯包膜具有较好的强度和韧性。
优选的，所述原位聚合反应的反应温度为60-80℃。
优选的，所述原位聚合反应的反应时间大于6分钟。
优选的，所述原位聚合反应还含有助成膜剂，所述助成膜剂为石蜡，其质量为所述复合包膜质量的3％-5％。
除此之外，本发明还提供一种制备上述包膜控释肥的方法，包括以下步骤：
预热：将所述肥料颗粒加入反应器中，开启搅拌和加热，使所述肥料颗粒的表面达到预设温度；
投料：将所述组分A加入所述反应器中，使其在所述肥料颗粒表面充分分散；
聚合：将所述组分B加入所述反应器中，发生所述原位聚合反应，在所述肥料颗粒表面固化形成所述复合包膜。
聚合过程中，将组分B加入反应器后，组分B与组分A以及肥料颗粒充分混合，反应液均匀包覆在肥料颗粒表面固化成膜。
优选的，反应器为包衣机。
本发明根据现有包膜控释肥包膜厚度薄、控释效果差的特点，将云母氧化铁与聚氨酯复合形成控释肥复合包膜。云母氧化铁是由云母赤铁矿石经粉碎、水漂、干燥、过筛分级而制成的一种鳞片状结晶粉末，无毒，具有优良的屏蔽性能。本发明将云母氧化铁分散在聚氨酯基体中，由于云母氧化铁薄片粒子的相互重叠，形成鱼鳞一般的塔接结构，使水汽扩散通道延伸而受阻，从而提高肥料包膜的控释性能。本发明提供的包膜控释肥无毒环保、强度高、成本低、具有优良的控释性能和力学性能。
除此之外，本发明通过原位聚合反应制备包膜控释肥，具有成本低廉、工艺简单、生产快速且能耗低等特点。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合具体实施例对本申请进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
(1)预热：将粒径为3-4mm的尿素颗粒1.5kg倒入荸荠式包衣机(山东精诚医药装备制造有限公司，型号WKY-300)中，启动旋转与加热，使肥料表面预热至60℃；
(2)投料：将3.0g组分A加入上述反应器中，使其在所述肥料颗粒表面充分分散；
其中，组分A为含云母氧化铁的聚醚多元醇分散液，其制备方法：将质量含量为复合包膜质量1％的云母氧化铁(工业品，325目)通过超声分散于聚醚多元醇(江苏钟山化工，牌号N635S)中，超声时间为15分钟，接着加入质量含量为复合包膜质量3％成膜剂石蜡。
(3)聚合：将2.0g组分B加入上述反应器中，使反应液均匀包覆在肥料颗粒表面，发生原位聚合反应，在肥料颗粒表面固化形成复合包膜。其中，组分B为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(烟台万华,牌号PM200)，固化反应时间为15分钟。
(4)重复上述(2)-(3)步骤，加料3次，包3层膜，最后将包膜尿素倒出，装袋，冷却，密封保存。
参照中华人民共和国国家标准GB/T 23348-2009，采用分光光度法测试复合包膜尿素的控释性能，氮元素的初期溶出率为1.4％，该复合包膜控释肥的控释期为50天。
实施例2
(1)预热：将粒径为3-4mm的尿素颗粒1.5kg倒入荸荠式包衣机中，启动旋转与加热，使肥料表面预热至65℃；
(2)投料：将2.9g组分A加入上述反应器中，使其在所述肥料颗粒表面充分分散；
其中，组分A为含云母氧化铁的蓖麻油多元醇分散液，其制备方法：将质量含量为复合包膜质量3％的云母氧化铁(工业品，325目)通过超声分散于蓖麻油(工业品)多元醇中，超声时间为60分钟，接着加入质量含量为复合包膜质量3％成膜剂石蜡。
(3)聚合：将2.1g组分B加入上述反应器中，使反应液均匀包覆在肥料颗粒表面，发生原位聚合反应，在肥料颗粒表面固化形成复合包膜。其中，组分B为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(烟台万华,牌号PM200)和甲苯二异氰酸酯(TDI-80，工业品)的混合物，质量比为4：1，固化反应时间为12分钟。
(4)重复上述(2)-(3)步骤，加料3次，包3层膜，最后将包膜尿素倒出，装袋，冷却，密封保存。
参照中华人民共和国国家标准GB/T 23348-2009，采用分光光度法测试复合包膜尿素的控释性能，氮元素的初期溶出率为1.2％，该复合包膜控释肥的控释期为62天。
实施例3
(1)预热：将粒径为3-4mm的尿素颗粒1.5kg倒入荸荠式包衣机中，启动旋转与加热，使肥料表面预热至70℃；
(2)投料：将2.8g组分A加入上述反应器中，使其在所述肥料颗粒表面充分分散；
其中，组分A为含云母氧化铁的混合多元醇分散液，其制备方法：将质量含量为复合包膜质量5％的云母氧化铁(工业品，325目)通过超声分散于聚醚多元醇(江苏钟山化工，牌号N635S)和蓖麻油的混合(质量比为2：1)多元醇中，超声时间为90分钟，接着加入质量含量为复合包膜质量4％成膜剂石蜡。
(3)聚合：将2.2g组分B加入上述反应器中，使反应液均匀包覆在肥料颗粒表面，发生原位聚合反应，在肥料颗粒表面固化形成复合包膜。其中，组分B为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(烟台万华,牌号PM200)和甲苯二异氰酸酯(TDI-65，工业品)的混合物，质量比为4：1，固化反应时间为10分钟。
(4)重复上述(2)-(3)步骤，加料3次，包3层膜，最后将包膜尿素倒出，装袋，冷却，密封保存。
参照中华人民共和国国家标准GB/T 23348-2009，采用分光光度法测试复合包膜尿素的控释性能，氮元素的初期溶出率为0.9％，该复合包膜控释肥的控释期为75天。
实施例4
(1)预热：将粒径为3-4mm的尿素颗粒1.5kg倒入荸荠式包衣机中，启动旋转与加热，使肥料表面预热至80℃；
(2)投料：将2.7g组分A加入上述反应器中，使其在所述肥料颗粒表面充分分散；
其中，组分A为含云母氧化铁的混合多元醇分散液，其制备方法：将质量含量为复合包膜质量8％的云母氧化铁(工业品，325目)通过超声分散于聚醚多元醇(江苏钟山化工，牌号N635S)和蓖麻油的混合(质量比为1：2)多元醇中，超声时间为120分钟，接着加入质量含量为复合包膜质量5％成膜剂石蜡。
(3)聚合：将2.3g组分B加入上述反应器中，使反应液均匀包覆在肥料颗粒表面，发生原位聚合反应，在肥料颗粒表面固化形成复合包膜。其中，组分B为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(烟台万华,牌号PM200)和甲苯二异氰酸酯(TDI-65，工业品)的混合物，质量比为3：2，固化反应时间为6分钟。
(4)重复上述(2)-(3)步骤，加料3次，包3层膜，最后将包膜尿素倒出，装袋，冷却，密封保存。
参照中华人民共和国国家标准GB/T 23348-2009，采用分光光度法测试复合包膜尿素的控释性能，氮元素的初期溶出率为1.0％，该复合包膜控释肥的控释期为70天。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。