本发明属于农用缓控释肥料技术领域，具体涉及一种双层包膜保水缓控释肥料及其制备方法。
背景技术：
中国是农业大国，化肥在农业生产中占有重要地位，约占全部生产性支出的50％。目前我国化肥当季利用率普遍较低，氮为30%～35%，磷为10%～25%，钾为35%～50%，远低于世界发达国家水平。这不仅导致巨大的经济损失和资源浪费，同时也造成严重的环境污染。开发适合于作物生长需求的新型肥料，提高肥料利用率具有重要意义。
缓控释肥料可以缓慢释放养分来满足作物的营养需求，有效避免了传统速溶肥料易流失的缺点，施用缓控释肥料可以使肥料平均利用率提高30％，成为化肥行业新的发展方向。
包膜肥料是缓控释肥料的主要类别，包膜材料通常使用无机（矿）物材料和有机高分子聚合物两类。常用的无机（矿）物主要有硫磺、沸石、硅藻土、膨润土、磷酸盐等。有机高分子聚合物主要包括合成高分子、天然高分子和半合成高分子三大类。研制和开发新型聚合物包膜材料是目前研究的重要方向。
高吸水性树脂是近30年发展起来的一种新型功能高分子材料，具有低交联度网状结构，带有大量羧基、羟基等亲水基团，能吸收并保持自身质量数百倍甚至上千倍的纯水或数十倍的生理盐水。高吸水树脂已被广泛用于农林等领域，用以降低灌溉频率、改善土壤物性等，用于缓释肥料的包膜也越来越受到关注。
农作物秸秆主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，通过接枝共聚反应，采用水溶液聚合法将丙烯酸等单体接枝共聚到秸秆纤维素骨架中，制备具有保水、保肥功效的高吸水性树脂，用于农田水分及养分的调控，不仅可减少秸秆焚烧造成的污染，还可提高树脂的生物降解性能，大大降低树脂生产成本。
技术实现要素：
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种双层包膜保水缓控释肥及其制备方法，通过改变内、外层包膜材料含量可调整肥料释放速率和缓释期，在作物整个生长期内提供所需的养分，外层包膜吸水后可以溶胀，能够保持土壤水分，延长灌溉周期，对提高肥料对水分的利用率具有双重作用。
为达到以上目的，本发明采用了以下技术方案：一种双层包膜保水缓控释肥料，它是由肥料内核、内层包膜、粘结剂和外层包膜组成，所述肥料内核由膨润土和尿素、过磷酸钙、氯化钾组成，内层包膜由海藻酸钠组成，粘结剂由聚乙烯醇溶液组成，外层包膜由水稻秸秆基高吸水树脂组成，其重量比为：
膨润土3~5份；
尿素颗粒24~28份；
过磷酸钙12~16份；
氯化钾12~16份；
海藻酸钠6~8份；
聚乙烯醇溶液6~8份；
水稻秸秆基高吸水树脂25~35份。
本发明合适的重量比为：
膨润土4份；
尿素颗粒26份；
过磷酸钙14份；
氯化钾14份；
海藻酸钠7份；
聚乙烯醇溶液7份；
水稻秸秆基高吸水树脂30份。
本发明一种双层包膜保水缓控释肥料的制备方法，其具有如下步骤：
1）、肥料内核制备：在圆盘造粒机中加入尿素颗粒，喷入雾化水将尿素颗粒表面淋湿，转动圆盘，加入膨润土，待膨润土均匀包裹在尿素颗粒表面后，再加入过磷酸钙与氯化钾混合而成的粉末，继续转动圆盘直至包裹完全，重复以上操作，喷入雾化水，加入膨润土、过磷酸钙与氯化钾的混合物，转动圆盘直至包裹完全，将制得的颗粒取出，烘干，制得肥料内核；
2）、双层包膜保水缓控释肥料颗粒制备：将制得的肥料内核颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入海藻酸钠溶液，取出，烘干，将烘干后的肥料颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，包膜，再次喷入聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，继续包膜，如此反复，直至树脂均匀包裹到肥料颗粒表面，将包膜后的颗粒干燥，得水稻秸秆基高吸水树脂为外层包膜、海藻酸钠为内层包膜的双层包膜保水缓控释肥料颗粒；
3）、水稻秸秆基高吸水树脂的制备：
水稻秸秆洗净、剪段、粉碎后过筛，将得到的秸秆粉末加入到反应釜中，加入naoh溶液，水浴搅拌，蒸馏水洗至中性，烘干，将预处理后的秸秆粉末置于反应釜中，加入蒸馏水，水浴恒温搅拌糊化，加入naoh部分中和的丙烯酸溶液、引发剂过硫酸钾和交联剂n~羟甲基丙烯酰胺，通入氮气，搅拌直至体系成凝胶状，将凝胶样品水浴恒温放置，用乙醇清洗数次后取出，烘干，粉碎，过筛，得水稻秸秆基高吸水树脂。
本发明具体步骤如下：
1）、肥料内核制备：在圆盘造粒机中加入24~28重量份平均粒径为2mm的尿素颗粒，喷入雾化水将尿素颗粒表面淋湿，转动圆盘，加入1.5~2.5份膨润土，待膨润土均匀包裹在尿素颗粒表面后，再加入6~8份过磷酸钙与6~8份氯化钾混合而成的粉末，继续转动圆盘直至包裹完全，重复以上操作，喷入雾化水，加入1.5~2.5份膨润土、6~8份过磷酸钙与6~8份氯化钾的混合物，转动圆盘直至包裹完全，将制得的颗粒取出，70℃烘干，制得肥料内核。
2）、双层包膜保水缓控释肥料颗粒制备：将制得的肥料内核颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入1%海藻酸钠溶液6~8份，取出，70℃烘干，将烘干后的肥料颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入5%聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，包膜，再次喷入5%聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，继续包膜，如此反复，直至树脂均匀包裹到肥料颗粒表面，其中水稻秸秆基高吸水树脂的总用量为25~35份，粘结剂5%聚乙烯醇溶液的总用量为6~8份，将包膜后的颗粒70℃干燥，得水稻秸秆基高吸水树脂为外层包膜、海藻酸钠为内层包膜的双层包膜保水缓控释肥料颗粒，颗粒的平均粒径在3.8~4.2mm；
3）、水稻秸秆基高吸水树脂的制备：
将水稻秸秆洗净、剪段、粉碎后过100目筛，将得到的秸秆粉末加入到反应釜中，按重量比1:12加入10%naoh溶液，95℃水浴搅拌2h，蒸馏水洗至中性，烘干，将预处理后的秸秆粉末置于反应釜中，加入蒸馏水，80℃水浴恒温搅拌糊化30min，加入naoh部分中和的丙烯酸溶液、引发剂过硫酸钾和交联剂n~羟甲基丙烯酰胺，通入氮气，搅拌直至体系成凝胶状，将凝胶样品80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇清洗数次后取出，100℃烘干，粉碎，过100~200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂。
本发明所述双层包膜保水缓控释肥料颗粒制备时采用的粘结剂为5%的聚乙烯醇溶液；所述水稻秸秆基高吸水树脂的合成以n~羟甲基丙烯酰胺作为交联剂，加入量为丙烯酸溶液质量的0.05%~0.15%。
以上步骤中，水稻秸秆与丙烯酸溶液的质量比为1：6~8，丙烯酸溶液的中和度为65%~75%，引发剂过硫酸钾的加入量为丙烯酸溶液质量的0.2%~0.8%。
采用以上技术方案后，本发明具有如下优点：
1、该肥料颗粒采用海藻酸钠为内层包膜、水稻秸秆基树脂为外层包膜，双层包膜保证了肥料内核n、p、k成分的缓释性能，且可通过改变内、外层包膜材料的比例、包膜厚度从而调节肥料的缓释期。
2、肥料外层包膜为水稻秸秆基高吸水性树脂，具有较高的吸水、保水性能，吸水倍率约为360g/g。本产品加入土壤后，不但可以进一步调节肥料的缓释性，而且能够保持土壤水份，减缓水分蒸发，使其被作物充分吸收。
3、以农业废弃物水稻秸秆为原料，n-羟甲基丙烯酰胺作为交联剂，通过醚键实现秸秆纤维素和丙烯酸的交联，合成的水稻秸秆基高吸水树脂具有较强的可生物降解性，可防止秸秆焚烧造成的环境污染，还可大大降低树脂生产成本。
4、该双层包膜的保水缓控释肥料可用于花卉等经济作物，也可用于干旱缺水地区的大田作物，在干旱、缺水或日蒸发量大的地区有较好的应用前景。
具体实施方式
本发明一种双层包膜保水缓控释肥料，它是由肥料内核、内层包膜、粘结剂和外层包膜组成，所述肥料内核由膨润土和尿素、过磷酸钙、氯化钾组成，内层包膜由海藻酸钠组成，粘结剂由聚乙烯醇溶液组成，外层包膜由水稻秸秆基高吸水树脂组成，其重量比为：
膨润土3~5份；
尿素颗粒24~28份；
过磷酸钙12~16份；
氯化钾12~16份；
海藻酸钠6~8份；
聚乙烯醇溶液6~8份；
水稻秸秆基高吸水树脂25~35份。
本发明合适的重量比为：
膨润土4份；
尿素颗粒26份；
过磷酸钙14份；
氯化钾14份；
海藻酸钠7份；
聚乙烯醇溶液7份；
水稻秸秆基高吸水树脂30份。
本发明一种双层包膜保水缓控释肥料的制备方法，其具有如下步骤：
1）、肥料内核制备：在圆盘造粒机中加入尿素颗粒，喷入雾化水将尿素颗粒表面淋湿，转动圆盘，加入膨润土，待膨润土均匀包裹在尿素颗粒表面后，再加入过磷酸钙与氯化钾混合而成的粉末，继续转动圆盘直至包裹完全，重复以上操作，喷入雾化水，加入膨润土、过磷酸钙与氯化钾的混合物，转动圆盘直至包裹完全，将制得的颗粒取出，烘干，制得肥料内核；
2）、双层包膜保水缓控释肥料颗粒制备：将制得的肥料内核颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入海藻酸钠溶液，取出，烘干，将烘干后的肥料颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，包膜，再次喷入聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，继续包膜，如此反复，直至树脂均匀包裹到肥料颗粒表面，将包膜后的颗粒干燥，得水稻秸秆基高吸水树脂为外层包膜、海藻酸钠为内层包膜的双层包膜保水缓控释肥料颗粒；
3）、水稻秸秆基高吸水树脂的制备：
将水稻秸秆洗净、剪段、粉碎后过筛，将得到的秸秆粉末加入到反应釜中，加入naoh溶液，水浴搅拌，蒸馏水洗至中性，烘干，将预处理后的秸秆粉末置于反应釜中，加入蒸馏水，水浴恒温搅拌糊化，加入naoh部分中和的丙烯酸溶液、引发剂过硫酸钾和交联剂n~羟甲基丙烯酰胺，通入氮气，搅拌直至体系成凝胶状，将凝胶样品水浴恒温放置，用乙醇清洗数次后取出，烘干，粉碎，过筛，得水稻秸秆基高吸水树脂。
本发明具体步骤如下：
1）、肥料内核制备：在圆盘造粒机中加入24~28重量份平均粒径为2mm的尿素颗粒，喷入雾化水将尿素颗粒表面淋湿，转动圆盘，加入1.5~2.5份膨润土，待膨润土均匀包裹在尿素颗粒表面后，再加入6~8份过磷酸钙与6~8份氯化钾混合而成的粉末，继续转动圆盘直至包裹完全，重复以上操作，喷入雾化水，加入1.5~2.5份膨润土、6~8份过磷酸钙与6~8份氯化钾的混合物，转动圆盘直至包裹完全，将制得的颗粒取出，70℃烘干，制得肥料内核。
2）、双层包膜保水缓控释肥料颗粒制备：将制得的肥料内核颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入1%海藻酸钠溶液6~8份，取出，70℃烘干，将烘干后的肥料颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入5%聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，包膜，再次喷入5%聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，继续包膜，如此反复，直至树脂均匀包裹到肥料颗粒表面，其中水稻秸秆基高吸水树脂的总用量为25~35份，粘结剂5%聚乙烯醇溶液的总用量为6~8份，将包膜后的颗粒70℃干燥，得水稻秸秆基高吸水树脂为外层包膜、海藻酸钠为内层包膜的双层包膜保水缓控释肥料颗粒，颗粒的平均粒径在3.8~4.2mm；
3）、水稻秸秆基高吸水树脂的制备：
将水稻秸秆洗净、剪段、粉碎后过100目筛，将得到的秸秆粉末加入到反应釜中，按重量比1:12加入10%naoh溶液，95℃水浴搅拌2h，蒸馏水洗至中性，烘干，将预处理后的秸秆粉末置于反应釜中，加入蒸馏水，80℃水浴恒温搅拌糊化30min，加入naoh部分中和的丙烯酸溶液、引发剂过硫酸钾和交联剂n~羟甲基丙烯酰胺，通入氮气，搅拌直至体系成凝胶状，将凝胶样品80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇清洗数次后取出，100℃烘干，粉碎，过100~200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂。
本发明所述双层包膜保水缓控释肥料颗粒制备时采用的粘结剂为5%的聚乙烯醇溶液；所述水稻秸秆基高吸水树脂的合成以n~羟甲基丙烯酰胺作为交联剂，加入量为丙烯酸溶液质量的0.05%~0.15%。
以上步骤中，水稻秸秆与丙烯酸溶液的质量比为1：6~8，丙烯酸溶液的中和度为65%~75%，引发剂过硫酸钾的加入量为丙烯酸溶液质量的0.2%~0.8%。
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
（1）水稻秸秆基高吸水树脂的制备
称取10%naoh溶液预处理的秸秆粉末12g于1000ml烧杯中，加入400ml蒸馏水，80℃水浴搅拌糊化30min，依次加入过硫酸钾0.168g、中和度为65%丙烯酸溶液80ml，n-羟甲基丙烯酰胺0.042g，通入氮气，搅拌直至体系成凝胶状，80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇80ml清洗三次后取出，100℃烘干，粉碎，过100-200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂。
（2）肥料内核制备
在圆盘造粒机中加入26g平均粒径为2mm的尿素颗粒，喷入雾化水将尿素颗粒表面淋湿，转动圆盘，加入2g膨润土，待膨润土均匀包裹在尿素颗粒表面后，再加入7g过磷酸钙与7g氯化钾混合而成的粉末，继续转动圆盘直至包裹完全。重复以上操作，喷入雾化水，加入2g膨润土及7g过磷酸钙与7g氯化钾的混合物，转动圆盘直至包裹完全。将制得的颗粒取出，70℃烘干，制得肥料内核。
（3）双层包膜保水缓控释肥料颗粒制备
将制得的肥料内核颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入1%海藻酸钠溶液7g，取出，70℃烘干。将烘干后的肥料颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入5%聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，包膜，再次喷入5%聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，继续包膜，如此反复，直至树脂均匀包裹到肥料颗粒表面，其中水稻秸秆基高吸水树脂的总用量为30g，粘结剂5%聚乙烯醇溶液的总用量为7g。将包膜后的颗粒70℃干燥，得水稻秸秆基高吸水树脂为外层包膜、海藻酸钠为内层包膜的双层包膜保水缓控释肥料颗粒，颗粒的平均粒径在4mm左右。
实施例2
（1）水稻秸秆基高吸水树脂的制备
称取10%naoh溶液预处理的秸秆粉末12g于1000ml烧杯中，加入400ml蒸馏水，80℃水浴搅拌糊化30min，依次加入过硫酸钾0.252g、中和度为70%丙烯酸溶液80ml，n-羟甲基丙烯酰胺0.084g，通入氮气，搅拌直至体系成凝胶状，80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇80ml清洗三次后取出，100℃烘干，粉碎，过100-200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂。
（2）肥料内核制备
在圆盘造粒机中加入24g的平均粒径为2mm的尿素颗粒，喷入雾化水将尿素颗粒表面淋湿，转动圆盘，加入2.5g膨润土，待膨润土均匀包裹在尿素颗粒表面后，再加入6g过磷酸钙与6g氯化钾混合而成的粉末，继续转动圆盘直至包裹完全。重复以上操作，喷入雾化水，加入2.5g膨润土及6g过磷酸钙与6g氯化钾的混合物，转动圆盘直至包裹完全。将制得的颗粒取出，70℃烘干，制得肥料内核。
（3）双层包膜保水缓控释肥料颗粒制备
将制得的肥料内核放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入1%海藻酸钠溶液8g，取出，70℃烘干。将烘干后的肥料颗粒放入圆盘造粒机中，转动圆盘，喷入5%聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，包膜，再次喷入5%聚乙烯醇溶液，加入水稻秸秆基高吸水树脂，继续包膜，如此反复，直至树脂均匀包裹到肥料颗粒表面，其中水稻秸秆基高吸水树脂的总用量为25g，粘结剂5%聚乙烯醇溶液的总用量为6g。将包膜后的颗粒70℃干燥，得水稻秸秆基高吸水树脂为外层包膜、海藻酸钠为内层包膜的双层包膜保水缓控释肥料颗粒，颗粒的平均粒径在3.8mm左右。