专利名称：一种有机复混肥造粒粘结剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种粘结剂及其制备方法，特别是涉及一种用于有机复混肥造粒的粘结剂及其制备方法。
背景技术：
复混肥生产是化肥工业技术进步的重要标志，也是实现农业现代化的必要措施之一。生产有机复混肥的最大问题是造粒，只有颗粒状的肥料才利于机械化施肥，但若想造成圆粒状必需添加粘结剂。以往用于有机复混肥造粒的粘结剂主要是以无机粘土矿物或有机合成的高聚物为原料，前者作为造粒粘结剂，由于添加量大而无法生产出氧分含量高的颗粒型有机复混肥，且返料率高，最常用粘土类的粘结剂有粘土、白垩土、高岭土、煤泥、苦土、海泡石粉等，采用此类无机粘结剂的主要缺点是无用成分加得越多，肥料的有效成分越低，因此生产不出高浓度的复混肥，例如，生产氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)比例为15∶15∶15的三元复混肥，若采用上述粘土类粘结剂造粒，则返料率较高，一般为30％-50％，使能耗增加，提高了生产成本；后者成本较高且不易降解，易于在土壤环境中残留，对作物生长产生不利影响。因此，迫切需要一种新型的有机复混肥造粒粘结剂，以弥补上述粘结剂的不足。
聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性的多羟基高分子聚合物，其水溶液有一定的粘性，对纤维材料具有较高的亲和性、湿润性及粘结性；能在强碱溶液中与Fe3+离子发生配位交联反应，形成具有交联结构的树状化合物。
淀粉是多糖类的碳水化合物，其中直链淀粉约占20％，支链淀粉约占80％，在酸或酶的作用下，可以逐步裂解成小分子，最终产物是D-葡萄糖。淀粉原料的获取极为方便，而且其降解产物对环境亦是安全的，不会对作物生长和环境产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有延缓养分释放作用的有机复混肥造粒粘结剂。
本发明所提供的有机复混肥造粒粘结剂，它的原料包括下述重量份数比的物质淀粉8-15
PVA 0.5-1强碱 2-4双氧水(30％) 0.5-1铁盐 0.1-0.25硼砂 0.2-0.8尿素 1-4磷酸二氢钾 0.1-0.3硅酸钠 0.5-2丙三醇 0.02-0.04水 71.61-87.08。
优选的有机复混肥造粒粘结剂，它的原料包括下述重量份数比的物质淀粉 10-12PVA 0.6强碱 3双氧水(30％) 0.8铁盐 0.15硼砂 0.3尿素 1磷酸二氢钾 0.2硅酸钠 1丙三醇 0.03水 80.92-82.92。
所述强碱可为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠、氧化钾和氢氧化铵等强碱中的任意一种或几种；所述铁盐可为硫酸亚铁和硫酸铁中的一种或两种。所述双氧水的质量百分浓度为30％。
为了提高性能，所述有机复混肥造粒粘结剂还包括有重量份数比为0.005％-0.03％的改性剂，所述改性剂可为消泡剂，如磷酸三丁酯或硅油中的任意一种或两种。
本发明的第二个目的是提供一种上述有机复混肥造粒粘结剂的制备方法。
本发明所提供的有机复混肥造粒粘结剂的制备方法，包括以下步骤1)备料取重量份数比为8-15∶0.5-1∶0.5-1∶2-4∶0.1-0.25∶0.2-0.8∶1-4∶0.1-0.3∶0.5-2∶0.02-0.04∶71.61-87.08的淀粉、PVA、双氧水、强碱、铁盐、硼砂、尿素、磷酸二氢钾、硅酸钠、丙三醇和水。
2)将淀粉置于水中搅拌，制成匀浆，然后依次加入双氧水、1/4-2/3总量的强碱、1/4-2/3总量的铁盐，再在40-55℃下反应20-50分钟(在此过程中若有泡沫产生，可用磷酸三丁酯或硅油消泡)；3)将步骤2)获得的混合液的温度快速升至80-90℃，加入剩余添加量的强碱，保温10-50分钟，再加入尿素在相同温度下反应5-20分钟；4)将PVA用75-85℃热水溶解后加入步骤3)的混合液中，搅拌均匀后在搅拌的状态下加入剩余铁盐；5)将反应温度降至40-60℃，加入硼砂和磷酸二氢钾，保温10-30分钟后，再加入硅酸钠溶液和丙三醇，搅拌均匀后得到有机复混肥造粒粘结剂。
在上述制备方法中，较优选的淀粉、PVA、双氧水、强碱、铁盐、硼砂、尿素、磷酸二氢钾、硅酸钠、丙三醇和水的重量份数比为10-12∶0.6∶0.8∶3∶0.15∶0.3∶1∶0.2∶1∶0.03∶80.92-82.92。
所述强碱可为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠、氧化钾和氢氧化铵等强碱中的任意一种或几种；所述铁盐可为硫酸亚铁和硫酸铁中的一种或两种。所述双氧水的质量百分浓度为30％。
步骤2)中优选的反应温度为45-50℃，反应时间为30分钟；所加入的强碱优选为总量的1/3；所加入的铁盐优选为总量的1/2。
步骤3)中的保温时间优选为20-30分钟，再加入尿素后的反应时间优选为10-15分钟；为了消除反应过程中产生的泡沫，在加入尿素之前，可先加入消泡剂，如重量份数比为0.005-0.03的磷酸三丁酯或硅油中的任意一种或两种。
步骤4)中溶解PVA所需的水温优选为80℃。
步骤5)中的反应温度优选为50℃。
本发明的有机复混肥造粒粘结剂的理化性质为1)色泽及形态深褐色粘性液体；2)粘结剂粘度150-200mPa·s-1(旋转粘度计)；3)粘结剂固形物含量15％-25％；4)贮存期大于100天；5)有机复混肥颗粒平均抗压碎力大于10N(国家标准为大于6N)；6)有机复混肥造粒返料率低于8％；本发明利用天然的淀粉为主料，利用化工手段对其进行改性后获得的有机复混肥颗粒化生产的造粒粘结材料，可广泛应用于团粒法造粒和挤压法造粒中。本发明的有机复混肥造粒粘结剂具有无毒、无害、无污染、易降解和易溶于水等优点，适用于生产含N、P、K等养分的有机复混肥，也适用于高浓度无机复混肥(N、P、K有效养分≥45％)的造粒。该粘结剂还具有用量少，可生物降解，无环境污染风险，便于贮藏和运输，且能够简化制粒工艺，成球效果好、返料率低等优点，既可提高肥料的总养分含量，使肥料达到或超过复混肥的标准，同时将作物必需的营养元素经过转化后作为粘结剂的组分，这样既能增加营养元素的有效性，也可简化颗粒复混肥的生产工艺；此外，通过控制粘结剂的使用量和使用方法，可减缓其中化学养分的释放速率，提高作物对养分的利用率，减少其对环境的污染。该造粒粘结剂能溶于水，可以喷雾方式进行使用，因此适用于转鼓式造粒机和圆盘造粒机造粒，造粒方法简单，适用于工业化生产。
具体实施例方式
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
实施例1、1吨有机复混肥造粒粘结剂的制备本实施例的有机复混肥造粒粘结剂包含有重量份数比为12∶0.8∶0.6∶4∶0.1∶0.5∶1∶2∶0.03∶0.2∶78.77的淀粉、双氧水、PVA、氢氧化钠、硫酸亚铁、硼砂、尿素、硅酸钠、丙三醇、磷酸二氢钾和水。具体的制备过程包括如下步骤1、备料按上述重量份数比称取原料。将氢氧化钠配制成40％的水溶液；硼砂配制成5％的水溶液；尿素配制成10％的水溶液；磷酸二氢钾配制成5％的水溶液；硫酸亚铁配制成5％的水溶液；硅酸钠配制成20％的水溶液；将双氧水稀释1倍后备用；PVA用80℃热水溶解后备用。
2、调浆向反应器中加入足量的45℃的热水，将淀粉倒入反应器，搅拌成均匀的料浆，整个操作在5-7分钟内完成。
3、氧化处理边搅拌边缓慢加入双氧水，混匀后加入40％氢氧化钠溶液(占总使用量的2/3)，混匀后加入5％硫酸亚铁溶液(占总使用量的1/2)。整个操作在3-5分钟内完成。然后在45℃下保温30分钟。在此过程中有泡沫产生，故再加入重量份数比为0.03的磷酸三丁酯消泡。
4、快速将步骤3混合液的温度升至90℃，在搅拌的状态下加入40％氢氧化钠溶液(占总使用量的1/3)，再在搅拌状态下保温20-30分钟。
5、在搅拌条件下，将尿素溶液加入反应器中，反应10-15分钟，再将PVA溶液加入，搅拌均匀后在搅拌的状态下加入剩余的硫酸亚铁溶液(占总使用量的1/2，整个操作在5分钟内完成)；6、降温至45℃，加入5％硼砂溶液，最后加入5％磷酸二氢钾溶液，保温20-30分钟后，再加入20％硅酸钠水溶液和丙三醇，搅匀后得到有机复混肥造粒粘结剂。
经检测，该有机复混肥造粒粘结剂的理化性质为1)色泽及形态深褐色粘性液体；2)粘结剂粘度192mPa·s-1(旋转粘度计)；3)粘结剂固形物含量23.7％；4)贮存期大于100天；5)有机复混肥颗粒平均抗压碎力大于10N(国家标准为大于6N)；6)有机复混肥造粒返料率低于7％。
实施例2、1吨有机复混肥造粒粘结剂的制备本实施例的有机复混肥造粒粘结剂包含有重量份数比为10∶0.75∶0.7∶3.5∶0.1∶0.4∶2∶1.0∶0.02∶0.2∶0.01∶81.32的淀粉、双氧水、PVA、氢氧化钠、硫酸亚铁、硼砂、尿素、硅酸钠、丙三醇、磷酸二氢钾和磷酸三丁酯和水。具体的制备过程包括如下步骤1、备料按上述重量份数比称取原料。将氢氧化钠配制成40％的水溶液；硼砂配制成5％的水溶液；尿素配制成10％的水溶液；磷酸二氢钾配制成5％的水溶液；硫酸亚铁配制成5％的水溶液；硅酸钠配制成20％的水溶液；将双氧水稀释1倍后备用；PVA用80℃热水溶解后备用。
2、调浆向反应器中加入足量的50℃的热水，将淀粉倒入反应器中，搅拌成均匀的料浆，整个操作在5-7分钟内完成。
3、氧化处理边搅拌边缓慢加入双氧水，混匀后加入40％氢氧化钠溶液(占总使用量的1/2)，混匀后加入5％硫酸亚铁溶液(占总使用量的1/2)。整个操作在3-5分钟内完成。然后在45-50℃下保温30分钟。在此过程中若有泡沫产生，可加入重量份数比为0.01的磷酸三丁酯消除。
4、快速将步骤3混合液的温度升至80-90℃，在搅拌的状态下加入40％氢氧化钠溶液(占总使用量的1/2)，再在搅拌状态下保温30-40分钟。
5、在搅拌条件下，将尿素溶液加入反应器中，反应5-10分钟，再将PVA溶液加入，搅拌均匀后在搅拌的状态下加入硫酸亚铁溶液(占总使用量的1/2，整个操作在5分钟内完成)；6、降温至45℃，加入5％硼砂溶液，最后加入5％磷酸二氢钾溶液，保温20-30分钟后在室温下冷却，再加入20％硅酸钠水溶液和丙三醇，搅匀后得到有机复混肥造粒粘结剂。
经检测，该有机复混肥造粒粘结剂的理化性质为1)色泽及形态深褐色粘性液体；2)粘结剂粘度175.1mPa·s-1(旋转粘度计)；
3)粘结剂固形物含量21.7％；4)贮存期大于100天；5)有机复混肥颗粒平均抗压碎力大于10N(国家标准为大于6N)；6)有机复混肥造粒返料率6.7％。
实施例3、1吨有机复混肥造粒粘结剂的制备本实施例的有机复混肥造粒粘结剂包含有重量份数比为9∶0.55∶0.8∶2∶0.15∶0.6∶4∶0.8∶0.3∶0.04∶81.76的淀粉、双氧水、PVA、氢氧化钠、硫酸亚铁、硼砂、尿素、硅酸钠、磷酸二氢钾、丙三醇和水。具体的制备过程包括如下步骤1、备料按上述重量份数比称取原料。将氢氧化钠配制成40％的水溶液；硼砂配制成5％的水溶液；尿素配制成10％的水溶液；磷酸二氢钾配制成5％的水溶液；硫酸亚铁配制成5％的水溶液；硅酸钠配制成20％的水溶液；将双氧水稀释1倍后备用；PVA用80℃热水溶解后备用。
2、调浆向反应器中加入足量的45℃的热水，将淀粉倒入反应器，搅拌成均匀的料浆，整个操作在5-7分钟内完成。
3、氧化处理边搅拌边缓慢加入双氧水，混匀后加入40％氢氧化钠溶液(占总使用量的2/3)，混匀后加入5％硫酸亚铁溶液(占总使用量的1/2)。整个操作在3-5分钟内完成。然后在45℃下保温30分钟。在此过程中有泡沫产生，故再加入重量份数比为0.03的磷酸三丁酯消泡。
4、快速将步骤3混合液的温度升至90℃，在搅拌的状态下加入40％氢氧化钠溶液(占总使用量的1/3)，再在搅拌状态下保温20-30分钟。
5、在搅拌条件下，将尿素溶液加入反应器中，反应10-15分钟，再将PVA溶液加入，搅拌均匀后在搅拌的状态下加入硫酸亚铁溶液(占总使用量的1/2，整个操作在5分钟内完成)；6、降温至45℃，加入5％硼砂溶液，最后加入5％磷酸二氢钾溶液，保温20-30分钟后在室温下冷却，再加入20％硅酸钠水溶液和丙三醇，搅匀后得到有机复混肥造粒粘结剂。
经检测，该有机复混肥造粒粘结剂的理化性质为1)色泽及形态深褐色粘性液体；2)粘结剂粘度152.4mPa·s-1(旋转粘度计)；3)粘结剂固形物含量18.6％；4)贮存期大于100天；5)有机复混肥颗粒平均抗压碎力大于10N(国家标准为大于6N)；6)有机复混肥造粒返料率7.2％。
权利要求
1.一种有机复混肥造粒粘结剂，它的原料包括下述重量份数比的物质淀粉 8-15PVA 0.5-1强碱 2-4双氧水0.5-1铁盐 0.1-0.25硼砂 0.2-0.8尿素 1-4磷酸二氢钾0.1-0.3硅酸钠0.5-2丙三醇0.02-0.04水71.61-87.08。
2.根据权利要求1所述的有机复混肥造粒粘结剂，其特征在于所述有机复混肥造粒粘结剂的原料包括下述重量份数比的物质淀粉 10-12PVA 0.6强碱 3双氧水0.8铁盐 0.15硼砂 0.3尿素 1磷酸二氢钾0.2硅酸钠1丙三醇0.03水80.92-82.92。
3.根据权利要求1或2所述的有机复混肥造粒粘结剂，其特征在于所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠、氧化钾和氢氧化铵中的任意一种或几种；所述铁盐为硫酸亚铁和硫酸铁中的一种或两种。
4.根据权利要求1或2所述的有机复混肥造粒粘结剂，其特征在于所述双氧水的质量百分浓度为30％；所述有机复混肥造粒粘结剂还包括有重量份数比为0.005-0.03的改性剂，所述改性剂为磷酸三丁酯或硅油中的任意一种或两种。
5.一种权利要求1所述的有机复混肥造粒粘结剂的制备方法，包括以下步骤1)备料取重量份数比为8-15∶0.5-1∶0.5-1∶2-4∶0.1-0.25∶0.2-0.8∶1-4∶0.1-0.3∶0.5-2∶0.02-0.04∶71.61-87.08的淀粉、PVA、双氧水、强碱、铁盐、硼砂、尿素、磷酸二氢钾、硅酸钠、丙三醇和水。2)将淀粉置于水中搅拌，制成匀浆，然后依次加入双氧水、1/4-2/3总量的强碱、1/4-2/3总量的铁盐，再在40-55℃下反应20-50分钟；3)将步骤2)获得的混合液的温度升至80-90℃，加入剩余添加量的强碱，保温10-50分钟，再加入尿素在相同温度下反应5-20分钟；4)将PVA用75-85℃热水溶解后加入步骤3)的混合液中，搅拌均匀后在搅拌的状态下加入剩余铁盐；5)将反应温度降至40-60℃，加入硼砂和磷酸二氢钾，保温10-30分钟后，再加入硅酸钠溶液，搅拌均匀后得到有机复混肥造粒粘结剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述淀粉、PVA、双氧水、强碱、铁盐、硼砂、尿素、磷酸二氢钾、硅酸钠、丙三醇和水的重量份数比为10-12∶0.6∶0.8∶3∶0.15∶0.3∶1∶0.2∶1∶0.03∶80.92-82.92。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于所述双氧水的质量百分浓度为30％；强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钠、氧化钾和氢氧化铵中的任意一种或几种；所述铁盐为硫酸亚铁和硫酸铁中的一种或两种。
8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于所述步骤1)中的反应温度为45-50℃，反应时间为30分钟，强碱的添加量为其所需总量的1/3，铁盐的添加量为其所需总量1/2；步骤2)中的保温时间为20-30分钟，加入尿素后再反应10-15分钟；步骤3)中溶解PVA所需的水温为80℃；步骤4)中的反应温度为50℃。
9.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于所述步骤2)中在加入尿素前，加入重量份数比为0.005-0.03的改性剂，所述改性剂为磷酸三丁酯或硅油中的任意一种或两种。
全文摘要
本发明公开了一种有机复混肥造粒粘结剂及其制备方法。该粘结剂，它的原料包括下述重量份数比的物质淀粉，8－15；PVA，0.5－1；强碱，2－4；双氧水，0.5－1；铁盐，0.1－0.25；硼砂，0.2－0.8；尿素，1－4；磷酸二氢钾，0.1－0.3；硅酸钠，0.5－2；丙三醇，0.02－0.04；水，71.61－87.08。其制备方法，包括以下步骤1)备料；2)将淀粉置于水中搅拌，制成匀浆，然后依次加入双氧水、1/4－2/3总量的强碱、1/4－2/3总量的铁盐，再在40－55℃下反应20－50分钟；3)将步骤2)获得的混合液的温度升至80－90℃，加入剩余添加量的强碱，保温10－50分钟，再加入尿素在相同温度下反应5－20分钟；4)将PVA用75－85℃热水溶解后加入步骤3)的混合液中，搅拌均匀后在搅拌的状态下加入剩余铁盐；5)将反应温度降至40－60℃，加入硼砂和磷酸二氢钾，保温10－30分钟后，再加入硅酸钠溶液和丙三醇，搅拌均匀后得到有机复混肥造粒粘结剂。
文档编号C05G5/00GK1715258SQ20051008425
公开日2006年1月4日 申请日期2005年7月18日 优先权日2005年7月18日
发明者李彦明, 李国学, 王雪, 王丽莉, 秦莉 申请人:中国农业大学