新型土壤生态平衡营养肥的制作方法
【专利摘要】本发明涉及新型土壤生态平衡营养肥，所述新型土壤生态平衡营养肥为固体颗粒或粉末，新型土壤生态平衡营养肥包括至少一种有机或无机肥料，所述固体颗粒或粉末表面包覆有聚硅氧烷，所述聚硅氧烷侧链为非极性基团，不含任何极性基团。表面包覆有聚硅氧烷的肥料颗粒或粉末具有更好的防结块能力，同时还能更好地应用于滴灌、喷灌。
【专利说明】新型土壤生态平衡营养肥
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新型土壤生态平衡营养肥。
【背景技术】
[0002] 水溶性肥料（Water Soluble Fertilizer,简称WSF)是一种植物用的营养肥，可 以完全溶于水的多元素复合肥料，能迅速地溶解于水中，易被作物吸收，养分吸收利用率相 对较高，尤其是它可以应用于喷灌、滴灌等设施农业，实现水肥一体化，达到节水、省肥、省 工和增产的效能。水溶性肥料水溶性好，杂质少，电导率低，使用浓度可方便调节，具有肥效 快、作物吸收率高、施肥简单、不易烧苗和适用性强等优点，是未来肥料发展的重要方向之 〇
[0003] 然而WSF由于存在多种无机或有机物，在储存、装卸、运输过程中或在特定的外界 条件下，结块会变得更加容易，因此结块成为困扰着广大化肥厂家和农民用户的一个最显 著的问题。产品的结块问题不仅会给生产厂家、销售部门及使用者运输、贮存和施用造成不 便，结块的肥料必须进行破碎和再筛分处理，这必然增加了额外的费用，同时也导致了肥料 的损失和粉尘的产生必将对操作者的健康带来危害，对于微利的化肥生产企业的生存和发 展造成的危害是非常巨大的。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型土壤生态平衡营养肥，所述新型土 壤生态平衡营养肥为固体颗粒或粉末，新型土壤生态平衡营养肥包括至少一种有机或无机 肥料，其特征在于，所述固体颗粒或粉末表面包覆有聚硅氧烷，所述聚硅氧烷侧链为非极性 基团，不含任何极性基团。
[0005] 所述的非极性基团为甲基、乙基、卤素烷基。
[0006] 所述聚硅氧烷的相对分子量为2000-5000。
[0007] 所述的固体颗粒或粉末表面还包覆有含氨基基团的聚硅氧烷。
[0008] 所述含氨基基团的聚硅氧烷的相对分子量为30000-50000。
[0009] 所述含氨基基团的聚硅氧烷的氨基含量为1. 1-1. 5mmol/g。
[0010] 所述侧链为非极性基团，不含任何极性基团的聚氧烷与含氨基基团的聚硅氧烷的 质量比为1:0. 8-1.5。
[0011] 所述的含氨基基团的聚硅氧烷为端氨基聚硅氧烷。
[0012] 所述的含氨基基团的聚硅氧烷端氨基与侧氨基兼有的聚硅氧烷。
[0013] 所述端氨基与侧氨基兼有的聚硅氧烷中的端氨基与侧氨基的个数比为小于1:5。
[0014] 表面包覆有聚硅氧烷的肥料颗粒或粉末具有更好的防结块能力，同时还能更好地 应用于滴灌、喷灌。
[0015]
【具体实施方式】
[0016] 下面，结合具体的实施方法，来说明本发明： 新型土壤生态平衡营养肥，所述新型土壤生态平衡营养肥为固体颗粒或粉末，新型土 壤生态平衡营养肥包括至少一种有机或无机肥料，其特征在于，所述固体颗粒或粉末表面 包覆有聚硅氧烷，所述聚硅氧烷侧链为非极性基团，不含任何极性基团。
[0017] 所述的肥料是指氮、磷、钾肥等，也指生物肥料、有机肥料等。
[0018] 肥料组成是影响肥料结块的内在因素。原料不同，其溶解性、吸湿性不同，溶解度 大、吸湿性强的盐类促成结块的机会就大；反之，则小。含尿素、硝铵成分多的复合肥其结 块就严重。
[0019] 防结块剂的添加方法有内添加和外喷涂。
[0020] 内添加是在造粒前的恰当位置把添加剂加入到熔融复合肥溶液中，防结块剂经泵 输送到加热槽，再由计量泵输送到熔融肥料管道内进行充分混合，由于内添加是一个全混 合过程，要达到与外加相同防结块效果，防结块剂的添加比例相对外加要高，同时还有防结 块剂的分解和损耗，成本较高。另外，内添加防结块剂对流量压力温度等复合肥生产操作参 数也有一定的影响。
[0021] 外喷涂是在造粒塔内或者在包装前皮带输送过程中的恰当位置喷涂防结块剂，两 种常见的外喷涂工艺，一种是在复合肥输送过程中，利用压缩空气将添加剂通过喷射器喷 洒到包膜机内与肥料颗粒混合。另一种是通过喷头将防结块剂喷涂到造粒塔内与下落的尿 素颗粒混合。外喷涂的优点是几乎不影响尿素生产工艺参数，添加剂用量相对内添加少。但 是外喷涂的均匀程度不但与防结块剂自身性能有关，而且与喷嘴的喷淋方式、喷涂后的混 合情况、皮带输送速度和尿素降落情况等紧密相关。
[0022] 本发明采用了更为简单的方法来使得聚硅氧烷包覆固体颗粒或粉末，由于大部分 肥料出厂或多或少都会含有防结块剂，这使得聚硅氧烷的包覆更不容易，采用更高的制备 温度，使得肥料颗粒在高温下与聚硅氧烷混合，具体地，提高制备温度能够使得包覆效率更 商。
[0023] 为了提高固体颗粒和粉末的疏水性，使得颗粒或粉末更加均匀地包覆有聚硅氧 烷，所述的非极性基团为甲基、乙基、卤素烷基。如含氟的聚硅氧烷，在本发明的制备温度 下，具有更好的包覆效果，包覆更加均匀。
[0024] 通常，为了提高疏水性，聚硅氧烷的分子量应该在10000以上，本发明采用所述聚 硅氧烷的相对分子量为2000-5000,具有更低的粘度，与固体颗粒和粉末更易混合均匀，得 到的疏水效果不低于大分子的聚硅氧烷，同时具有更好喷灌效果(长期使用不会堵塞喷头） 和降解性，本发明的发明人在试验中，出人意料的发现了该结果。聚硅氧烷的使用量优选 0. 1-3%的质量含量，优选1-2%质量含量，低于0. 1%质量比,则因为聚娃氧烧太少，无法形成 包覆；而高于3%质量比，则因为聚硅氧烷太多，疏水性太强，溶解性降低，不溶解的聚硅氧 烷易堵塞喷头。此外，在尿素质量含量30-50%，硫酸锌含量在3-5%的新型土壤生态平衡营 养肥体系中，低分子的聚硅氧烷具有更好的疏水效果，可能是因为尿素与硫酸锌的特殊结 晶形式，使得低分子的聚硅氧烷在其表面有更好的吸附能力，也能更加均匀在分布在固体 颗粒和粉末之上，在该体系中，可以降低约30-80%的结块率。
[0025] 为了获得更好的喷灌或滴灌效果，所述的固体颗粒或粉末表面还包覆有含氨基基 团的聚硅氧烷。氨基能够使得聚硅氧烷能够更有效地在固体表面包覆，同时，氨基基团使 得聚硅氧烷获得了更好的水溶性，同时也具有很好的疏水性，选择氨基，是因为其能够吸附 在大部分肥料的表面，同时亲水性不太强。所述含氨基基团的聚硅氧烷的相对分子量为 30000-50000。低于30000,则亲水性太强，不利于防结块。分子量高于50000,则粘度过高， 不利于喷灌滴灌和包覆。该分子量基于氨基聚硅氧烷，经过本发明发明人的大量实验得到。 选择所述含氨基基团的聚硅氧烷的氨基含量为1. l-20mmol/g，氨基基团的含量与分子量的 选择原理基本一致，优选1. 3 mmol/g。
[0026] 所述侧链为非极性基团，不含任何极性基团的聚硅氧烷与含氨基基团的聚硅氧烷 的质量比为1:0. 8-1. 5。含氨基基团的聚硅氧烷能够在固体颗粒或粉末表面上形成数个强 吸附点，但是易于水中的羟基形成氢键。而侧链为非极性基团，不含任何极性基团的聚硅氧 烷则在固体颗粒或粉末表面上虽然形成较弱的吸附，但是疏水性强，通过强的疏水性，隔绝 水，二者在包覆时长链短链互相残绕，相互配合，具有一定的互补效应，其配比对抗结块性 能影响很大，本发明的发明人经过大量的实验发现，当侧链为非极性基团，不含任何极性基 团的聚硅氧烷与含氨基基团的聚硅氧烷的质量比为1:0. 8-1. 5具有很好的抗结块性能，质 量比在1:0. 8-1. 5之外，则结块率达到6%，甚至更高，无法达到应用的要求。为了获得更好 的抗结块性能，优选地，所述不含任何极性基团的聚氧烷与含氨基基团的聚硅氧烷的质量 比为1:1-1. 3。在此范围内，结块率能够控制在2%以内。
[0027] 通过实验发现，所述的含氨基基团的聚硅氧烷为端氨基聚硅氧烷，强吸附点由端 氨基产生时，抗结块性更好，本发明的发明人研究了其机理，可能的机理为：侧链为非极性 基团，不含任何极性基团的聚硅氧烷与含氨基基团的聚硅氧烷在包覆时互相缠绕，一个或2 个端氨基具有更好的缠绕效果。依据其机理，本发明的发明人进一步实验发现，当所述的含 氨基基团的聚硅氧烷端氨基与侧氨基兼有的聚硅氧烷时，其缠绕效果应该会更好，实验发 现，其抗结块性能也更好。进一步的实验发现，通过对端氨基与侧氨基的控制，制备出具有 端氨基与侧氨基的聚硅氧烷，提高侧氨基的数量，发现，随着侧氨基的数量的提高，抗结块 性能先升高后降低，所以，作为一种优选的技术方案，所述端氨基与侧氨基兼有的聚硅氧烷 中的端氨基与侧氨基的个数比为小于1:5时，抗结块性能更加优异。在此范围内，可以控制 结块率在1%以内。超过此范围，则因为聚硅氧烷亲水性太强而使得结块率迅速升高。
[0028] 下面，通过进一步的实施例，来说明本发明。
[0029] 侧氨基聚硅氧烷的制备方法： 在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计和氮气导管的250ml四口烧瓶中，加入八甲基环四 硅氧烷和氢氧化钾，在130摄氏度，减压和氮气保护下反应2-3小时，得到碱胶。
[0030] 在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计和氮气导管的250ml四口烧瓶中，加入八甲基 环四硅氧烷、六甲基而硅氧烷、碱胶、二甲基亚砜混合均匀，升温至80-85摄氏度，搅拌并保 持2-3小时，加入N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，升温至100摄氏度，搅拌并保 持一定时间。反应完成后，快速升温至140摄氏度，加压脱除低沸点化合物，得到侧氨基聚 硅氧烷。通过控制N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的含量，控制氨基含量，通过 控制反应的时间来控制侧氨基聚硅氧烷的分子量。
[0031] 端氨基聚硅氧烷的制备方法： 在容器中加入适量的水、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷或侧氨基 聚硅氧烷的混合液，室温反应2小时，升温至80摄氏度，减压搅拌反应4小时，得到无色透 明水解产物； 在容器中依次加入水解产物、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷以及催化剂氢氧化钾，85摄 氏度反应一定时间，减压蒸馏得到端氨基聚硅氧烷。
[0032] 通过控制加入的二甲基二甲氧基硅烷或侧氨基聚硅氧烷的分子量来控制端氨基 聚硅氧烷的分子量，控制3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的含量，以控制氨基含量。
[0033] 原料来源： 八甲基环四硅氧烷浙江新安化工集团股份有限公司 六甲基而硅氧烷 浙江新安化工集团股份有限公司 3_氨丙基甲基二乙氧基硅烷南京裕德恒精细化工有限公司 N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷南京裕德恒精细化工有限公司 二甲基二甲氧基硅烷宁彩化工 二甲基亚砜济南大合 尿素湖北宜化 磷酸二氢钾什邡市海星化工 硫酸锌衡阳市力泓化工 硅油A1大约分子量2000江西海越有机硅 硅油A2大约分子量3000江西海越有机硅 硅油A3大约分子量5000江西海越有机硅 硅油A4大约分子量20000江西海越有机硅 氨基聚硅氧烷A5分子量55000,氨基含量0. 4mmol/g上海四里工贸有限公司 侧氨基聚硅氧烷A6 采用前述制备方法制备，分子量大约30000,氨基含量1. 2_〇1/ g ; 侧氨基聚硅氧烷A7采用前述制备方法制备，分子量大约40000,氨基含量8mmol/g ; 侧氨基聚硅氧烷A8采用前述制备方法制备，分子量大约50000,氨基含量3mmol/g ; 侧氨基聚硅氧烷A9采用前述制备方法制备，分子量大约70000,氨基含量10mm〇l/g ; 端氨基聚硅氧烷A10采用前述制备方法制备，分子量大约30000 ; 氨基聚硅氧烷All含有端氨基，采用前述制备方法制备，分子量大约5000,氨基含量 12mmol/g ; 氨基聚硅氧烷A12 含有端氨基，采用前述制备方法制备，分子量大约15000,氨基含 量 10mmol/g ； 氨基聚硅氧烷A13 含有端氨基，采用前述制备方法制备，分子量大约35000,氨基含 量 12mmol/g ; 氨基聚硅氧烷A14信越化学KF-8002含有侧链氨基，分子量大约15000,氨基含量约 10mmol/g ； 氨基聚硅氧烷A15 信越化学KF-864含有侧链氨基，分子量大约20000,氨基含量约 15mmol/g ； 氨基聚硅氧烷A16信越化学KF-8010,含有双端氨基，分子量大约15000,氨基含量约 10mmol/g ； 氨基聚硅氧烷A17 信越化学KF-8001，含有双端氨基和侧链氨基基团，分子量大约 15000,氨基含量约10mmol/g ; 全氟硅油A18大约分子量2000江西海越有机硅 水溶肥B1尿素50%磷酸二氢钾50% ; 水溶肥B2 尿素50%磷酸二氢钾45%硫酸锌5% ; 水溶肥B3尿素40%磷酸二氢氨35%氯化钾25%硫酸锌3%微量元素2%。
[0034] 新型土壤生态平衡营养肥制备方法： ?将至少一种肥料研磨至1-2微米的粒径，并充分混合均匀，得到新型土壤生态平衡营 养肥粉末； ?在一容器中加入新型土壤生态平衡营养肥粉末，保持120摄氏度，并以滴定的方式加 入新型土壤生态平衡营养肥〇. 1-4%质量的防结块剂； ?按一个方向充分搅拌至新型土壤生态平衡营养肥完全干燥。
[0035] 结块率评价： ?分别称取相同重量的同一批新型土壤生态平衡营养肥实验样品，加入防结块剂； ?将相同重量的加有防结块剂的新型土壤生态平衡营养肥样品马上装入快速结块装置 并用加工好的标准重力法码压紧，放入己经调节好温度35摄氏度和湿度78%的调节箱中； ?每隔4-5小时调节一次温度，温差在10-60度之间变化； ?一个星期后取出样品，采用粒子平均粒径的3倍的筛子，称量通过的粒子和未通过的 粒子。获得结块率。
【权利要求】
1. 新型土壤生态平衡营养肥，所述新型土壤生态平衡营养肥为固体颗粒或粉末，新型 土壤生态平衡营养肥包括至少一种有机或无机肥料，其特征在于，所述固体颗粒或粉末表 面包覆有聚硅氧烷，所述聚硅氧烷侧链为非极性基团，不含任何极性基团。
2. 根据权利要求1所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述的非极性基团 为甲基、乙基、齒素烧基。
3. 根据权利要求1所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述聚硅氧烷的相 对分子量为2000-5000。
4. 根据权利要求1所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述的固体颗粒或 粉末表面还包覆有含氣基基团的聚娃氧烧。
5. 根据权利要求4所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述含氨基基团的 聚硅氧烷的相对分子量为30000-50000。
6. 根据权利要求4所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述含氨基基团的 聚硅氧烷的氨基含量为1. 1-1. 5mmol/g。
7. 根据权利要求4所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述侧链为非极性 基团，不含任何极性基团的聚氧烷与含氨基基团的聚硅氧烷的质量比为1:0. 8-1. 5。
8. 根据权利要求4所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述的含氨基基团 的聚硅氧烷为端氨基聚硅氧烷。
9. 根据权利要求4所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述的含氨基基团 的聚硅氧烷端氨基与侧氨基兼有的聚硅氧烷。
10. 根据权利要求4所述的新型土壤生态平衡营养肥，其特征在于，所述端氨基与侧氨 基兼有的聚硅氧烷中的端氨基与侧氨基的个数比为小于1:5。
【文档编号】C05G3/00GK104151090SQ201410451025
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】黄爱书, 刘志英 申请人:邯郸市亚星生物技术有限公司