一种包膜缓释尿素肥料及制备方法，属于肥料制备技术领域。
背景技术：
我国农田土壤普遍缺氮，施用氮肥是保障高产、稳定、优质、高效农业的关键性措施之一。目前，世界和我国氮肥的主要品种仍是尿素。尿素以其有效养分浓度高，性能良好，容易贮运，使用方便等优点已被广大消费者所认同。但是，尿素在施用后在土壤脲酶的作用下最终水解为co2和nh3，在一定的环境条件下，如降雨、灌溉，则易造成淋失和挥发损失，因此氮的利用率比较低，全国平均只有36%。在施用方法上以底肥和追肥的传统方式施用普通尿素为主，每年造成了大量的氮肥损失，加之劳动力的投入，导致投入产出比增大，使农民的经济收入降低，种粮的积极性减弱。
氮的低效利用，不仅造成了能源和资源的巨大浪费，而且对生存环境产生了不良后果，如对地下水、农产品造成污染，产生水体富营养化及温室效应等问题。因此，提高氮肥的利用率，减轻或免除肥料污染，发展可持续高效农业已成为各国共同关注和急待解决的课题。
缓释尿素具有氮素释放缓慢，肥效持续时间长，氮肥利用率高，可以全部做底肥施用等特点，所以施用缓释尿素是解决氮肥利用率低，减少氮素损失以及追肥难等问题的良好措施。目前，世界各国均在大力发展氮肥的缓释技术，包膜尿素就是其中的一种，其制法是在尿素颗粒表面包涂一层难溶性的膜，通过膜的渗透性来控制氮素的释放，达到一次施用满足作物整个生育期的需氮要求，并可大大减轻由于分解、挥发、淋溶等造成的氮损失，提高氮的利用率。
目前国外包膜型尿素主要为涂硫尿素和聚合物包膜尿素。但国外包膜尿素有两个最大的弱点：一是昂贵的价格，由于其生产工艺相当复杂，要求精细，其每吨商品肥料价格均超过上千美元，高达普通肥料的3~9倍，即使在经济发达国家也难以接受；二是受环境胁迫，其选用的高分子材料要30年才能降解，而且包膜材料组分占包膜肥料总量的10~20%，耗用的比例偏高，若长期使用，包膜残留物必然会给土壤带来严重的环境后果。现仅能用于公园、草地、高尔夫球场和经济价值较高的果树、蔬菜和花卉等园艺作物。
国内目前形成的几种主要包膜尿素有涂层尿素、磷石膏包膜尿素和钙镁磷肥包膜尿素，这些产品均具有缓效控制作用，可提高氮肥利用率，与国外相比尽管包膜量少，成本较低，但其缓释性多数过快，不能和农作物的吸氮高峰期相吻合，生产技术上与欧、美、日等国仍存在较大差距，至今尚未较大规模地用于农业生产。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种价格低、缓释效果好的包膜缓释尿素肥料及制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该包膜缓释尿素肥料，其特征在于：包括颗粒尿素，颗粒尿素外由内到外包覆有色浆膜、异腈酸脂膜和固化剂膜，所述的颗粒尿素与异腈酸脂膜中异腈酸脂的质量比为100：1.3~3.8。
本发明通过多层包膜来调节氮素的释放速率和释放量，控制其释放时间，以便同农作物的吸氮高峰期相吻合，且具有包膜用料省，造价成本低，易于普及用于大田农作物，降低氮肥对环境及农产品污染，制作工艺简单，适合批量化生产的缓释尿素及其制作方法，以克服已有缓释尿素存在的缺陷。
所述的颗粒尿素与异腈酸脂膜中异腈酸脂的质量比为100：1.5~2.7。优选的颗粒尿素与异腈酸脂膜的质量比能够得到更加合适的氮素的释放速率和释放时间。
所述的色浆膜的原料重量份组成为水性颜料制剂3~8份，异腈酸脂1~2.3份，所述的颗粒尿素与色浆膜的质量比为100：1.3~2.9。常规的肥料造粒染色助剂的功能除了染色以外，还具有使肥料颗粒更光滑、提高造粒成球率、减少粉尘的功能，使用化肥染色剂基本上是为了满足生产企业生产和实现商品性的需求。而化肥的本质是为作物提供营养物质，满足农作物生长需要，外观的改进对农业生产并无益处。本发明优选的色浆膜的原料重量份组成能够使本肥料外观更加圆润的同时增强异腈酸脂膜与颗粒尿素的结合强度，防止包膜脱落。
所述的固化剂膜的组成为双氰胺，所述的颗粒尿素与双氰胺的质量比为100：2.1~3.9。双氰胺又称二氰二胺，固化机理较复杂，除双氰胺上的4个氢可参加反应外，氰基也具有一定的反应活性。作为本肥料的固化剂膜在控制氮素的释放速率和释放时间的同时，能加一步加强包膜的强度，适应现代农业大型机械作业的搅拌强度，延长储存的期限，避免储存和使用过程中脱膜出现。
一种上述包膜缓释尿素肥料的制备方法，其特征在于：将颗粒尿素筛分成由2.00～3.00mm的粒度，将色浆膜、异腈酸脂膜和固化剂膜的原料先后与颗粒尿素一次混合进行包膜，包膜温度为60℃～70℃经筛分和包装后制成。制备方法简单，仅需要按照配比顺序包膜即能实现良好的包膜功能。
所述的色浆膜和固化剂膜的原料用乙醇溶剂溶为溶液，色浆膜的原料与乙醇的质量比为1：2~3，固化剂膜的原料与乙醇的质量比为1：1.5~2.1。利用乙醇作为溶剂能够增强包膜强度，同时因为本身无毒也更加安全。
本发明还涉及一种制备包膜缓释尿素肥料所用的设备，包括包膜辊筒，包膜辊筒为俯仰角在-10°~10°放置的直径50cm~120cm、长5m~10m的圆筒，包膜辊筒上设有动力组件，包膜辊筒的内壁上沿同一方向螺旋盘绕有多条外凸推动条纹，包膜辊筒的前端为投料口、包膜辊筒的后端为出料口。包膜辊筒为接近水平放置的一段进料一端出料的圆筒，能够直接设置在较低的位置，投料时无需将物料过多的太高，投料非常的方便。投入的尿素和包膜原料在螺旋盘绕推动条纹和重力的作用下不断的向出料口滚动，移动的过程中完成包膜，能够连续不断的投料和包膜，生产效率大大的提高、质量也更加稳定统一。
所述的动力组件包括固定在包膜辊筒外壁中部上的一圈从动齿条和输出轴上装有齿轮的动力电机，从动齿条和齿轮啮合。优选的动力组件为啮合的从动齿条和齿轮，传动效率高，也便于维护；当然动力组件也可以通过传动带、传动链条等传动方式。
所述的包膜辊筒的前部和后部的各一条轨道条，包膜辊筒的底部设有制成轨道条的托辊。前后设置的轨道条和托辊能够降低转动的阻力，保证包膜辊筒转动平稳。
与现有技术相比，本发明的所具有的有益效果是：颗粒尿素co(nh2)经高分子聚合物异腈酸脂包膜后旋入土壤中，高分子聚合物包膜起到了养分扩散的屏障作用，水分通过包膜的微孔隙进入而使尿素缓慢溶解，从而达到养分缓慢释放的目的。作为缓释尿素的包膜材料异腈酸脂，有非常好的成膜性，而尿素与异腈酸脂不起化学反应，且二者互不相溶。针对不同的农作物，通过选择适当的包膜厚度来调节氮素的释放速率和释放量，控制其释放时间，以便同农作物的吸氮高峰期相吻合。本发明所得控释肥能延长控释时间至90~120天，比常规的多30天以上，这样达到不追肥又起到追肥作用的目的。
附图说明
图1为本发明使用的一种缓释尿素肥料包膜装置的示意图。
图2为本发明使用的一种缓释尿素肥料包膜装置的包膜辊筒的截面示意图。
图3为本发明使用的一种设有投料台的缓释尿素肥料包膜装置的示意图。
其中，1、包膜辊筒2、轨道条3、从动齿条4、外凸推动条纹5、齿轮6、动力电机7、支架8、传送带9、漏斗10、装袋架11、投料台12、护栏13、投料带14、梯子15、加热筒。
具体实施方式
参照附图1、2：本发明使用的一种缓释尿素肥料包膜装置，包括三个串联（图中未画出）的包膜辊筒1、传送带8、漏斗9和装袋架10，包膜辊筒1的下部固定有支架7，包膜辊筒1为直径50cm~120cm、长5m~10m的圆筒，包膜辊筒1与水平面的倾斜角为-10°~10°，包膜辊筒1上设有动力组件，动力组件包括固定在包膜辊筒1外壁中部上的一圈从动齿条3和输出轴上装有齿轮5的动力电机6，从动齿条3和齿轮5啮合，通过转速和俯仰角调整出料速率；包膜辊筒1的内壁上沿同一方向螺旋盘绕有多条外凸推动条纹4，在转动的情况下结合外凸推动条纹4和重力，尿素和包膜物料会不断的滚动向出料口移动；包膜辊筒1的前端为投料口、包膜辊筒1的后端为出料口；参照附图3：包膜辊筒1的前方设有投料台11和投料带13，投料带13的输出端设在包膜辊筒1的投料口内，投料台11设在投料带13的一侧，投料台11顶面高度高于投料带13的输入端，高位投料更加省力，投料台11的顶面上四周设有护栏，所述的投料台11上设有连接地面和投料台11的顶面的梯子14；投料台11与投料带13间设有加热筒15，加热筒15的投料口设在投料台11一侧，加热筒15的出料口在投料带13上方，加热筒15内设有电加热管；传送带8的输入端设在包膜辊筒1的出料口下方，漏斗9的投料口设在传送带8的输出端的下方，将包膜好的尿素上传，漏斗9固定在装袋架10的上方；包膜辊筒1的前部和后部的各一条轨道条2，包膜辊筒1的底部设有制成轨道条2的托辊，使得包膜辊筒1转动平稳。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施。
实施例1
将颗粒尿素筛分成中2.00～3.00mm的粒度，计量后留取100kg。取分析纯异腈酸脂2.5kg，色浆膜的原料2.5kg，色浆膜的原料重量份组成为水性颜料制剂6份，异腈酸脂1.8份；双氰胺2.5kg，色浆膜和固化剂膜的原料用乙醇溶剂溶为溶液，色浆膜的原料与乙醇的质量比为1：2.5，双氰胺与乙醇的质量比为1：1.8，溶解温度均为90℃，全部溶解后计量，对挥发的乙醇补足至挥发前的数量获得包膜溶液。
将上述颗粒尿素置于包膜辊筒1，包膜辊筒70转/分钟，包膜温度设为60℃；同时将上述色浆膜溶液与颗粒尿素一次混合，物料进入串联的下一个包膜辊筒1一次投入异腈酸脂，然后物料进入串联的下一个包膜辊筒1再一次投入双氰胺溶液；即完成包膜干，将包膜颗粒尿素筛分成中2.00~3.00mm的粒度，每积累25kg后用编织袋包装备用。
实施例2
将颗粒尿素筛分成中2.00～3.00mm的粒度，计量后留取100kg。取分析纯异腈酸脂1.9kg，色浆膜的原料2.7kg，色浆膜的原料重量份组成为水性颜料制剂4份，异腈酸脂2份；双氰胺2.4kg，色浆膜和固化剂膜的原料用乙醇溶剂溶为溶液，色浆膜的原料与乙醇的质量比为1：2.8，双氰胺与乙醇的质量比为1：1.7，溶解温度均为90℃，全部溶解后计量，对挥发的乙醇补足至挥发前的数量获得包膜溶液。
将上述颗粒尿素置于包膜辊筒1，包膜辊筒70转/分钟，包膜温度设为65℃；同时将上述色浆膜溶液与颗粒尿素一次混合，物料进入串联的下一个包膜辊筒1一次投入异腈酸脂，然后物料进入串联的下一个包膜辊筒1再一次投入双氰胺溶液；即完成包膜干，将包膜颗粒尿素筛分成中2.00~3.00mm的粒度，每积累25kg后用编织袋包装备用。
实施例3
将颗粒尿素筛分成中2.00～3.00mm的粒度，计量后留取100kg。取分析纯异腈酸脂3.2kg，色浆膜的原料1.7kg，色浆膜的原料重量份组成为水性颜料制剂7份，异腈酸脂1.3份；双氰胺3.4kg，色浆膜和固化剂膜的原料用乙醇溶剂溶为溶液，色浆膜的原料与乙醇的质量比为1：2.3，双氰胺与乙醇的质量比为1：1.9，溶解温度均为90℃，全部溶解后计量，对挥发的乙醇补足至挥发前的数量获得包膜溶液。
将上述颗粒尿素置于包膜辊筒1，包膜辊筒70转/分钟，包膜温度设为70℃；同时将上述色浆膜溶液与颗粒尿素一次混合，物料进入串联的下一个包膜辊筒1一次投入异腈酸脂，然后物料进入串联的下一个包膜辊筒1再一次投入双氰胺溶液；即完成包膜干，将包膜颗粒尿素筛分成中2.00~3.00mm的粒度，每积累25kg后用编织袋包装备用。
实施例4
将颗粒尿素筛分成中2.00～3.00mm的粒度，计量后留取100kg。取分析纯异腈酸脂1.3kg，色浆膜的原料2.9kg，色浆膜的原料重量份组成为水性颜料制剂3份，异腈酸脂2.3份；双氰胺2.1kg，色浆膜和固化剂膜的原料用乙醇溶剂溶为溶液，色浆膜的原料与乙醇的质量比为1：3，双氰胺与乙醇的质量比为1：1.5，溶解温度均为90℃，全部溶解后计量，对挥发的乙醇补足至挥发前的数量获得包膜溶液。
将上述颗粒尿素置于包膜辊筒1，包膜辊筒70转/分钟，包膜温度设为70℃；同时将上述色浆膜溶液与颗粒尿素一次混合，物料进入串联的下一个包膜辊筒1一次投入异腈酸脂，然后物料进入串联的下一个包膜辊筒1再一次投入双氰胺溶液；即完成包膜干，将包膜颗粒尿素筛分成中2.00~3.00mm的粒度，每积累25kg后用编织袋包装备用。
实施例5
将颗粒尿素筛分成中2.00～3.00mm的粒度，计量后留取100kg。取分析纯异腈酸脂3.80kg，色浆膜的原料1.3kg，色浆膜的原料重量份组成为水性颜料制剂8份，异腈酸脂1份；双氰胺3.9kg，色浆膜和固化剂膜的原料用乙醇溶剂溶为溶液，色浆膜的原料与乙醇的质量比为1：2，双氰胺与乙醇的质量比为1：2.1，溶解温度均为90℃，全部溶解后计量，对挥发的乙醇补足至挥发前的数量获得包膜溶液。
将上述颗粒尿素置于包膜辊筒1，包膜辊筒70转/分钟，包膜温度设为60℃；同时将上述色浆膜溶液与颗粒尿素一次混合，物料进入串联的下一个包膜辊筒1一次投入异腈酸脂，然后物料进入串联的下一个包膜辊筒1再一次投入双氰胺溶液；即完成包膜干，将包膜颗粒尿素筛分成中2.00~3.00mm的粒度，每积累25kg后用编织袋包装备用。
实施例6
将颗粒尿素筛分成中2.00～3.00mm的粒度，计量后留取100kg。取分析纯异腈酸脂4.3kg，色浆膜的原料1.0kg，色浆膜的原料重量份组成为水性颜料制剂2份，异腈酸脂4份；双氰胺1kg，色浆膜和固化剂膜的原料用乙醇溶剂溶为溶液，色浆膜的原料与乙醇的质量比为1：1，双氰胺与乙醇的质量比为1：4，溶解温度均为90℃，全部溶解后计量，对挥发的乙醇补足至挥发前的数量获得包膜溶液。
将上述颗粒尿素置于包膜辊筒1，包膜辊筒70转/分钟，包膜温度设为60~70℃；同时将上述色浆膜溶液与颗粒尿素一次混合，物料进入串联的下一个包膜辊筒1一次投入异腈酸脂，然后物料进入串联的下一个包膜辊筒1再一次投入双氰胺溶液；即完成包膜干，将包膜颗粒尿素筛分成中2.00~3.00mm的粒度，每积累25kg后用编织袋包装备用。
实施例制得缓释尿素的技术指标见表1
总氮含量的测定：按照gb/t2441的规定进行。
缩二脲含量的测定：按照gb/t2443的规定进行。
水分的测定：按照gb/t2444的规定进行。
粒度的测定：按照gb/t2448的规定进行。
包膜脱落率的测定：
操作步骤：取250ml烧杯，加水150ml左右，然后随机取20～30粒(t)缓释尿素，放入盛水的烧杯中，缓释尿素全部溶解后，在水面直接查得空壳数量(t)。试验重复三次，取其算术平均值。
计算方法：包膜脱落率(%)=(t-t)x100/t
水不溶物含量的测定：按照gb/t2447的规定进行。
其它按颗粒尿素国家标准(gb2440-2001)执行。
室内试验部分的研究结果与分析不同包膜量对缓释尿素中氮的释放动态的影响选用i（异氰酸酯）为包膜材料的缓释尿素做培养试验。
(1)试验方案
培养试验共设(1)空白试验（空白）；(2)对照试验（对照）；(3)i1；(4)i2；(5)i3共五个处理，三次重复。
空白试验（空白）为不施用任何肥料，相同条件培养、取样。对照试验（对照）是在土壤中施用普通尿素，相同条件培养取样。i1，i2和i3分别代表施用实施例1、实施例3和实施例6的缓释尿素。
(2)试验方法
称取150mg样品，施于高25cm、半径7.5cm的玻璃容器内，土重500克，湿度约为30%，各肥料均匀施于土壤深l0cm的土层中，密封，土柱部分遮光。每个处理各设10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120天(d)的不同培养时间，三次重复，置于自然温度下。定期测定相同培养天数后，各处理的土壤中nh4+和n03—的含量，同时设空白和对照试验。
(3)试验结果
不同包膜量对缓释尿素中氮的释放动态的影响其结果见表2。
表2不同包膜量对缓释尿素氮在土壤中释放动态的影响
注：表中7d为第7天，余依此类推。释放量为累积释放量，所有数据是减去空白试验后的数据。
从上表中可以看出，i1~i3的释放速度明显缓于对照。各处理中氮的释放情况基本是“前期少，中期多，后期趋缓”的状态。
i1、i2的氮释放高峰大约在70~90天；i3的氮释放高峰大约在60~90天；对照处理的氮释放高峰大约在15~27天。而作物的吸氮高峰长春地区大约出现在80~100天。从以上情况我们可以看出，氮的释放高峰期i1、i2比对照延后40天左右，i3延后25天左右。i1与i2都与玉米吸氮高峰期接近，i3稍稍提前，三者都可用，但是i1、i2与作物生长期对应的井喷式的释放对于米的生长更加有利，氮利用率更高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。