缓释复合材料及其制备方法和应用与流程

文档序号:15931546发布日期:2018-11-14 01:42阅读:167来源:国知局
本发明涉及一种复合材料,尤其涉及一种由无机物复合而成的材料,具有缓释作用,以其作为囊材包覆活性物质,能显著延缓活性物质的释放,适用于提高化肥的肥效。
背景技术
缓释是指通过技术手段延长物质溶出(或挥发)的速度,常见于制剂领域,通过将化合物包裹于可降解材料中,随着材料水解/酶解而使其中的化合物逐渐溶出释放,从而延缓药物的释药速率,降低药物进入机体的吸收速率,延长给药时间提高病患的顺应性,于治疗窗中维持适合血药浓度,降低药物毒副作用,从而起到更佳的治疗效果的制剂。适用于实现缓释目的材料通常为有机高分子,如:脂质体、plga和壳聚糖等。目前农业生产对化肥的依赖度较高,其中氮肥的总体利用率仅为30%~35%,其它约30%以上由淋失、挥发和地表径流等途径而损失,约30%左右被微生物分解消耗。例如:尿素施入土壤后在土壤中的脲酶作用下很快转化为铵态氮,铵态氮在高ph土壤中转变为氨气挥发。土壤中的某些细菌可使铵态氮发生硝化/反硝化作用转化为硝态氮或亚硝态氮,硝态氮在土壤中极易淋失,而亚硝态氮会以氮的氧化物的形式呈气态损失,造成氮肥的大量损失,降低了肥料氮的利用率,造成资源的巨大浪费,同时也导致了地下水和土壤面源的污染,引起温室气体效应和水体的富营养化。cn101434502b公开了一种增效缓释氮素肥料及其制备方法,记载了将生化抑制剂(脲酶抑制剂和硝化抑制剂)和增效剂(聚天门冬氨酸)加入尿素氮肥中得到复合氮肥的技术。具体是通过机械或人工混拌方法,将上述添加剂混合物与熔融状态下的尿素氮肥直接混合得到所描述的增效氮肥。其中生化抑制剂含量从0.5-10%不等。该工艺流程复杂,需精确控制混合流程,同时生化添加剂因高温极易挥发损失,而且缺乏对生化添加剂的缓释保护机制,因而其有效成分极易在存储过程中损失。cn101891543a公开了一种颗粒状复合肥的制备方法,记载了将凹凸棒石黏土、尿素和磷酸二氢钾作为肥料内核,交联海藻酸钠(交联剂为cacl2)作为肥料内核薄膜,吸水性树脂作为肥料外层包膜。该工艺虽然在一定程度上起到了肥料缓释的目的,但是并不能有效地缓解铵态氮的挥发以及铵态氮在土壤中的硝化-反硝化淋溶损失,从而使得氮素的利用率没能得到提高。同时,由于使用了高成本的海藻酸钠等材料使产品的价格高昂。cn101434504b公开了一种增效缓释氮素肥料及其制备方法,记载了将两种生化抑制剂(脲酶抑制剂和硝化抑制剂),增效剂(聚天门冬氨酸)和添加剂(腐殖酸、硅藻土等)加入尿素氮肥中的技术。其一是通过流化床工艺,将上述各类添加剂及有机溶剂配成悬浮液,喷涂到尿素肥料颗粒表面;其二是通过机械或人工混拌方法,将上述各类添加剂混合物与熔融状态下的尿素氮肥混合得到增效氮肥。其中生化抑制剂含量从0.1-10%不等。两种工艺流程复杂,生化添加剂等在工艺过程因高温加工中易发生损失,而且缺乏合适的缓释保护机制,其有效成分极易在存储过程中发生损失。cn102557814和cn102557838a均公开了一种多功能缓释尿素肥料及其制备方法,记载了将增效剂(聚天门冬氨酸),缓释剂(脲酶抑制剂和硝化抑制剂)以及一些作物生长微量元素通过机械搅拌混合成悬浮液,直接加入现有大颗粒尿素高塔造粒工艺流程中,与熔融尿素尿浆混合造粒得到。其中生化抑制剂含量从0.1-10%不等。该工艺流程复杂,生化添加剂等在工艺过程因高温易发生损失,而且缺乏合适的缓释保护机制,其有效成分极易在存储过程中发生损失。cn102584480b和cn102617254a公开了一种制备含2-氯-6-三氯甲基吡啶(硝化抑制剂)的用于氮肥增效的胶乳悬浮剂的具体配方和工艺。该胶乳悬浮剂可以被喷涂在氮肥颗粒表面得到含硝化抑制剂的固体尿素/氨基氮肥的复合肥。同样,这种颗粒表面喷涂法制备的产品对硝化抑制剂缺乏合适的缓释保护机制,其有效成分极易在存储过程中发生损失。cn103772074a公开了一种利用流化床涂膜工艺,将双氰胺和2-氯-6-三氯甲基吡啶中的一种或两种硝化抑制剂,在70-100℃下利用聚乙烯蜡为主的包膜材料喷涂在氮磷钾复合肥料内核表面,最后以滚动黏附的方式包上聚丙烯酸钠保水剂,从而获得三层核壳结构的长效甘薯专用肥。该专利技术中硝化抑制剂在高温生产过程中易发生损失,其保水剂涂层极易引起储存稳定性等问题。cn103524272a公开了一种利用喷动床包膜机,将2-氯-6-三氯甲基吡啶(硝化抑制剂)固体和包膜剂在80℃下包裹在氮磷钾复合颗粒肥表面,并添加滑石粉作为防粘剂,从而获得含2-氯-6-三氯甲基吡啶0.2%~0.4%的复合肥料的技术,但滑石粉并不能形成致密的缓释膜,不能阻止氯啶的挥发。技术实现要素:本发明的一个目的在于提供一种缓释复合材料,由两层无机材料复合而成,使得包覆于材料中的物质实现缓释。本发明的另一个目的在于提供一种缓释复合材料作为包材用于包覆化肥,可有效提高化肥的肥效。本发明的再一个目的在于提供一种缓释复合材料作为包材用于包覆调节剂,提高调节剂的储存稳定性。本发明的又一个目的在于提供一种缓释复合材料作为包材用于包覆氮肥,综合降低氨挥发、提高水稻产量及地上部氮肥的效果。本发明的又一个目的在于提供一种缓释复合材料的制备方法。本发明提供的一种缓释复合材料,由有机物将第一无机层和第二无机层复合而成。有机物作为粘结剂,如:但不限于蔗糖、琼脂、尿素、壳聚糖、改性纤维素醚、淀粉、瓜尔胶、聚乙烯醇(pva)、丙烯酸乳液(固含量如:40%~50%)和水性聚氨酯之一种或几种,对第一无机层和第二无机层实施粘合。出于应用不同有机物,或者无机层表面的状态,有机物与第一无机层之间,以及有机物和第二无机层之间并不一定具有明显的边界使得有机物与第一无机层,以及有机物和第二无机层容易进行区分。第一无机层所用的物料如:但不限于二氧化硅、高岭土、滑石粉、凹凸棒土、硅藻土、粘土、硫磺粉和钙镁磷肥之一种或两种。第二无机层所用的物料如:但不限于二氧化硅、高岭土、滑石粉、凹凸棒土、硅藻土、粘土、硫磺粉和钙镁磷肥之一种或两种。第一无机层与第二无机层所用的物料相同。将本发明提供的缓释复合材料作为包材在制造缓释肥料中的应用。缓释复合材料将化肥和调节剂等包裹其中,实现物质的缓释,提高化肥的肥效,以及调节剂的储存稳定性。一种将本发明提供的缓释复合材料作为包材而制造缓释肥料的具体实施方式,该缓释肥料包括缓释复合材料、化肥和调节剂,缓释复合材料制成囊状,包括囊腔,化肥和调节剂置于囊腔内,化肥为直径0.1mm~10mm的颗粒,调节剂覆于化肥外。化肥颗粒由氮肥(如:但不限于尿素、硝酸铵和硫酸铵)、磷肥(如:但不限于磷酸铵、重过磷酸钙、磷酸一铵和磷酸二铵)、钾肥(硫酸钾和氯化钾)和农用添加剂之一种或几种制成。农用添加剂,如:但不限于碳酸钙、粘土和复合微肥(如:硫酸锌、硫酸锰和硫酸亚铁)。这些添加剂单独或组合应用于本发明。将本发明的提供的缓释复合材料作为包材而将氮肥包裹其中,有效延长尿素(酰胺)态氮肥的肥效期,使肥效期从30天延长到60天,肥料总有效期达到120天左右。脲酶抑制剂是一类可以抑制土壤中脲酶活性的物质,可以在一定时期内阻止或抑制尿素中酰胺态氮转化为氢氧化铵和氨,它通过减缓土壤中尿素的水解速度来减少了氨气的挥发损失和进一步的硝化。n-丁基硫代磷酰三胺(n-(n-butyl)thiophosphrictriamide,nbpt)是目前最有效的土壤脲酶抑制剂之一。研究发现,在通气性良好的非酸性土壤中,nbpt能够有效地降低气态氨的挥发,同时也削弱了硝态氮的形成,从而提高氮素的利用率。硝化抑制剂可以有效抑制土壤中硝化/反硝化细菌的活性,减少铵态氮转化为亚硝态氮和硝态氮,延长铵态氮在土壤中的存留时间,从而增加氮肥的有效期。在所有的硝化抑制剂中,2-氯-6-三氯甲基吡啶(nitrapyrin,氯啶)经过严格的实验室毒理试验、大田连续试验和半衰期检验发现它在具有高效硝化/反硝化抑制效果的同时,对土壤环境没有不良影响,是一种安全可靠的美国epa批准的硝化抑制剂,在北美广泛应用于玉米大田生产。但氯啶的蒸汽压较高,在70℃以上易升华。将本发明提供的缓释复合材料作为包材而将脲酶抑制剂和硝化抑制剂等调节剂等包裹其中,经热储加速试验2周,所含的调节剂仍保持80%以上,硝化抑制剂的储藏稳定性可达到两年,有效提高调节剂的存储稳定性。脲酶抑制剂如:但不限于正丁基硫代磷酰三胺(nbpt)、苯基磷酰二胺、氢醌、醌氢醌和尿素类似物(如:硫脲、苯基脲等)等。这些物质单独或组合应用于本发明。硝化抑制剂如:但不限于2-氯-6-(三氯甲苯)吡啶、脒基硫脲、双氰胺、2-甲基-4,6-双(三氯甲苯)均三嗪、2-磺胺噻唑、3,4-二甲基吡唑磷酸盐、3,5-二甲基吡唑、3,5-二甲基吡唑磷酸盐、1-甲胺酰基-3-甲基吡唑、1-甲基吡唑-1羧酰胺、3-甲基吡唑、2-氯-6-(三氯甲基)-吡啶和4-氯-3-甲基吡唑等。这些物质单独或组合应用于本发明。一种制备本发明缓释复合材料的方法,包括如下步骤:将第一种无机材料施于载体上,并干燥,形成第一无机层;之后,于0℃~80℃,在第一无机层表面施以有机物,随后再施以第二种无机材料,并干燥,使得第一无机层和第二无机层复合,形成缓释复合材料。另一种制备本发明缓释复合材料的方法,包括如下步骤:将第一种无机材料施于颗粒状载体上,滚动,并干燥,形成第一无机层;之后,于0℃~80℃,10rpm~800rpm条件下,在第一无机层表面施以有机物,随后再施以第二种无机材料,滚动,并干燥,使得第一无机层和第二无机层复合,形成颗粒状缓释复合材料。本发明技术方案实现的有益效果:本发明提供的缓释复合材料采用的原料均为绿色环保材料,在土壤中无明显残留,实现了环境的友好。本发明提供的缓释复合材料,其生产成本低,制备工艺操作简单,设备投入低,占地面积少,可进行工业化生产,适用于制造目前大部分的颗粒肥,提高肥效。本发明提供的缓释复合材料作为包材,将抑制剂包覆于复合材料内,抑制了挥发性高的有效成分(如:氯啶)的损失,提高了储藏稳定性。本发明提供的缓释复合材料作为包材,将化肥包覆于复合材料内,显著延长肥料的肥效期。本发明提供的缓释复合材料作为包材,将氮肥包覆于复合材料内,有效延长尿素(酰胺)态氮肥的肥效期,与尿素颗粒肥混合制成基肥,一次基施氮肥可满足作物整个生长季对氮素的需要。附图说明图1为本发明缓释复合材料作为包材用于制造的缓释肥料一实施例构造示意图。具体实施方式以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。实施例1氯啶硝化抑制剂的缓释尿素颗粒肥的制取(1)尿素肥料为内核,称取颗粒直径为3mm的尿素2公斤,加入直径为40cm~50cm的盘鼓式包衣机内,以30rpm~500rpm匀速转动。将浓度为35wt%的氯啶乙酸乙酯溶液200g均匀施于在颗粒表面,持续转动,防止结块。(2)将90g预先在120℃下干燥的50目硅藻土均匀加入步骤(1)的盘鼓中,以300rpm转速充分搅拌5分钟,完成内层包覆(即使化肥和抑制剂等包覆于第一无机层内);(3)将有机物施于在步骤(2)的盘鼓内,充分混合5分钟,然后加入100g预先干燥的50目硅藻土,持续转动5分钟,而得缓释肥料。将步骤(3)中的缓释肥料经70℃~100℃干燥1小时,即得到干燥的缓释肥料。图1为本发明缓释复合材料作为包材用于制造的缓释肥料一实施例构造示意图。如图1所示,缓释化肥包括缓释包材、肥料1和调节剂2。缓释包材由有机物4将第一无机层3和第二无机层5复合而成,呈囊状,肥料和调节剂置于囊腔内,肥料为直径0.1mm~10mm的颗粒,调节剂覆于肥料外。采用上述方法制取各种肥料,详见表1~表9。其中,表1和表2所示肥料未使用由第一无机层和第二无机层复合的缓释包材,缓释肥料详见表3~表9。分析测试表明其中2-氯-6-(三氯甲基)-吡啶作为硝化抑制剂含量为其设计含量的95%以上,工艺流程损失小。经54℃热储加速试验2周,其硝化抑制剂保持了80%以上。表1项目内核第一无机层有机物第二无机层硝化抑制剂成分尿素n/a尿素硅藻土氯啶理论含量92.50%n/a1.00%5.00%1.50%实际含量80.10%n/an/an/a1.20%热储后含量64.00%n/an/an/a0.70%注:表中n/a表示未提供。表2注:表中n/a表示未提供。表3注:表中n/a表示未提供。表4项目内核第一无机层有机物第二无机层硝化抑制剂成分尿素钙镁磷肥瓜尔胶硅藻土氯啶理论含量90.00%3.50%1.00%3.00%1.50%实际含量88.04%n/an/an/a1.41%热储后含量85.31%n/an/an/a1.28%注:表中n/a表示未提供。表5项目内核第一无机层有机物第二无机层硝化抑制剂成分尿素硫磺粉丙烯酸硅藻土西啶理论含量90.00%3.50%1.00%3.00%1.50%实际含量89.24%n/an/an/a1.46%热储后含量86.21%n/an/an/a1.31%注:表中n/a表示未提供。表6注:表中n/a表示未提供。表7项目内核第一无机层有机物第二无机层硝化抑制剂成分尿素硅藻土pva硅藻土氯啶理论含量90.00%3.50%1.00%3.00%1.50%实际含量88.90%n/an/an/a1.42%热储后含量86.47%n/an/an/a1.33%注:表中n/a表示未提供。表8注:表中n/a表示未提供。表9注:表中n/a表示未提供。实际使用时,仅需取该缓释肥料1kg,与15kg~20kg纯尿素颗粒肥混合,简单搅拌,即可采用传统施用基肥的方式进行操作。实施例2含有硝化抑制剂和脲酶抑制剂的缓释尿素颗粒肥的制取(1)称取颗粒直径为3mm的尿素2kg和4gnbpt加入直径为40cm~50cm的盘鼓式包衣机内,以30rpm~70rpm匀速转动。将浓度为30wt%的氯啶丙酮溶液200g施于颗粒表面,持续转动,防止结块;(2)将90g预先在120℃下干燥的50目硅藻土均匀加入步骤(1)的盘鼓中,以70rpm转速充分搅拌5分钟,完成内层包覆(即使化肥和抑制剂等包覆于第一无机层内);(3)将有机物施于步骤(2)的盘鼓内,充分混合5分钟,然后加入100g预先干燥的50目硅藻土,持续转动5分钟,而得缓释肥料。将步骤(3)中的缓释肥料经70℃~100℃干燥1小时,即得到干燥的缓释肥料。采用上述方法制取各种肥料,详见表1~表9。其中,表1和表2所示肥料未使用由第一无机层和第二无机层复合的缓释包材,缓释肥料详见表3~表9。分析测试表明其中2-氯-6-(三氯甲基)-吡啶作为硝化抑制剂含量为其设计含量的95%以上,工艺流程损失小。经54℃热储加速试验2周,其硝化抑制剂保持了80%以上。表10注:表中n/a表示未提供。表11注:表中n/a表示未提供。表12注:表中n/a表示未提供。表13项目内核第一无机层有机物第二无机层抑制剂成分尿素硅藻土丙烯酸硅藻土氯啶/nbpt理论含量90.00%3.50%1.00%3.00%1.50%/2‰实际含量88.67%n/an/an/a1.42%/1.89‰热储后含量86.57%n/an/an/a1.31%/1.82‰注:表中n/a表示未提供。表14注:表中n/a表示未提供。表15项目内核第一无机层有机物第二无机层硝化抑制剂成分尿素硅藻土pva硅藻土氯啶/nbpt理论含量90.00%3.50%1.00%3.00%1.50%/2‰实际含量87.62%n/an/an/a1.41%/1.75‰热储后含量84.37%n/an/an/a1.36%/1.68‰注:表中n/a表示未提供。实际使用时,仅需取该缓释肥料1kg,与10kg~20kg纯含氮(如:尿素)颗粒肥混合,简单搅拌,即可采用传统施用基肥的方式进行操作。当前第1页12
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