一种脲甲醛保水缓释肥料的制备方法与流程

本发明属于保水缓释肥料技术领域，具体涉及“一锅法”制备脲甲醛保水缓释肥料。

背景技术：

脲甲醛肥料是最早商品化的缓释肥料，作为一种化学型缓释肥料，可由尿素和甲醛在一定的投料比、温度、ph下合成，它难溶于水，不吸湿，不挥发。使用过程中靠土壤微生物分解缓慢放出养分。其肥效时间长短取决于脲甲醛中亚甲基二脲、四亚甲基五脲等缩合物的组成，其组成可以通过控制反应条件进行人为地调节。目前，由于生产成本较高，脲甲醛缓释肥料多用于高尔夫球场、苗圃和景观园艺。如何降低脲甲醛缓释肥料的成本，减少其对环境的污染，开发出具有缓释、吸水保水、除虫等作为最具潜力的缓释肥料品种，是亟待解决的问题，这对促进氮肥产业升级、缓解能源和环境压力具有非常深远的现实意义。(吕云峰..磷肥与复肥,2009,24(6):8-10；秦博静,等.磷肥与复肥.2015,30(4):5-7；张文辉,等.化工进展，2011,30：437-441.)

另一方面，水是影响植物生长的重要因素。水分不但直接影响农作物生长，而且肥效的发挥离不开适宜的土壤水分。水分和肥料是农作物健康生长的必要条件。我国相当一部分耕地浇灌困难，而雨水在一年中分布又不均匀，自然降雨与植物生长水分需求不相适应，因此，如何促使土壤储存更多的水分对旱耕地的作物生长意义重大。保水剂具有较强的吸水性与保水性，能够改善土壤的物理性能、提高肥料养分的利用率、降低灌溉次数，广泛应用于农业、林业、园艺中。基于此，科学工作者将保水剂与缓释肥料技术相结合，制备了保水缓控释肥料。目前，保水缓控释肥料的研究与开发已成为国内外农业科学领域的重要方向，对实现农业可持续发展具有重要意义。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种制备脲甲醛保水缓释肥料的新方法，以提高水资源和肥料的利用率，为农作物的丰产增收做出贡献。

为达到上述目的，本发明在合成脲甲醛的过程中加入水溶性单体、交联剂和引发剂，升高温度后发生自由基聚合，通过“一锅法”制备了脲甲醛保水缓释肥料。

具体技术方案通过如下步骤实现：

(1)在甲醛溶液中加入尿素、碱性缓冲溶液，加热溶解。

(2)降温后加入水溶性单体、交联剂与引发剂，搅拌溶解。加入的水溶性单体可以是甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、马来酸、丙烯酰胺或n-羟甲基丙烯酰胺中的一种或几种。水溶性交联剂选n,n-亚甲基双丙烯酰胺或聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯等。引发剂可以采用单一的体系，比如过硫酸钾或过硫酸铵，也可采用氧化-还原体系，比如过硫酸铵-维生素c体系。

(3)用酸调节溶液的ph值为1-6。所用酸可以是盐酸、硫酸、磷酸等无机酸，也可以是甲基丙烯酸、丙烯酸等有机酸。

(4)升高温度，引发聚合。根据引发剂的不同，控制不同的温度，用过硫酸铵或过硫酸钾引发时温度一般控制在60-80℃；用过硫酸铵-维生素c等氧化还原引发体系时温度控制在30-50℃；反应时间控制在0.5-2小时。

(5)干燥、粉碎、造粒，得到脲甲醛保水缓释肥料。干燥产品可以采用真空干燥，亦可是常压干燥。粉碎后可直接施用，也可与其他组分混合造粒后使用。

本发明有益效果：在合成脲甲醛的过程中加入水溶性单体、交联剂和引发剂，通过“一锅法”制备了脲甲醛保水缓控释肥料。通过改变单体种类，调节聚合物的性能，进而调控肥料的保水性及释放特征。

所得保水缓控释肥料的载体是亲水性聚合物网络，这一方面可以很好地利用亲水性高分子网络的吸水保水作用，使水资源得到充分利用，另一方面有利于调节脲甲醛的释放速度。水肥调控特点提高了氮素及水分的利用率，制备过程简单，有望获得广泛的应用。

附图说明：

图1为实施例1制备的缓释肥料的红外光谱图

图2为实施例2制备的缓释肥料的红外光谱图。

具体实施方式

实施例1

在100ml三口烧瓶中加入甲醛水溶液6.1g，加热到50℃，加入缓冲溶液调节ph＝8，然后加入尿素6.0g，反应1.5小时，加入丙烯酰胺(3.6g)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(0.25g)与过硫酸铵(0.05g)的混合水溶液20ml，混合均匀后用磷酸调节ph＝5，升高温度到65℃，反应1.5小时，得保水缓释肥料，平衡溶胀度约为3.0g/g。其红外谱图如图1所示。

实施例2

在100ml三口烧瓶中加入甲醛水溶液3.9g，加热到50℃，加入缓冲溶液调节ph＝8，然后加入尿素6.0g，反应1.5小时，加入丙烯酰胺(3.6g)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(0.25g)与过硫酸铵(0.05g)的混合水溶液20ml，混合均匀后用磷酸调节ph＝5，升高温度到65℃，反应1.5小时，得保水缓释肥料，平衡溶胀度约为4.4g/g。其红外谱图如图2所示。

实施例3

在100ml三口烧瓶中加入甲醛水溶液5.3g，加热到50℃，加入缓冲溶液调节ph＝8，然后加入尿素6.0g，反应1.5小时，加入丙烯酰胺(1.2g)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(0.13g)与过硫酸铵(0.016g)的混合水溶液10ml，混合均匀后用磷酸调节ph＝5，升高温度到65℃，反应1.5小时，得保水缓释肥料，平衡溶胀度约为2.5g/g。

实施例4

在100ml三口烧瓶中加入甲醛水溶液5.3g，加热到50℃，加入缓冲溶液调节ph＝8，然后加入尿素6.0g，反应1.5小时，加入丙烯酰胺(1.2g)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(0.052g)与过硫酸铵(0.016g)的混合水溶液10ml，混合均匀后用磷酸调节ph＝5，升高温度到65℃，反应1.5小时，得保水缓释肥料，平衡溶胀度约为2.2g/g。

实施例5

在100ml三口烧瓶中加入甲醛水溶液5.3g，加热到50℃，加入缓冲溶液调节ph＝8，然后加入尿素6.0g，反应1.5小时，加入丙烯酰胺(3.6g)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(0.025g)与过硫酸铵(0.047g)的混合水溶液10ml，混合均匀后用磷酸调节ph＝5，升高温度到65℃，反应1.5小时，得保水缓释肥料，平衡溶胀度约为2.8g/g。

实施例6

在100ml三口烧瓶中加入甲醛水溶液5.3g，加热到50℃，加入缓冲溶液调节ph＝8，然后加入尿素6.0g，反应1.5小时，加入丙烯酰胺(3.6g)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(0.025g)与过硫酸铵(0.047g)的混合水溶液20ml，混合均匀后用磷酸调节ph＝5，升高温度到75℃，反应1.5小时，得保水缓释肥料，平衡溶胀度约为4.0g/g。

以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本技术的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明属保水缓控释肥料领域,具体公开了一种脲甲醛保水缓控释肥料的制备方法，其采用尿素与甲醛反应生成一种常用的长效缓释肥脲甲醛,以延缓氮肥的释放，提高肥料的利用率，减少施肥频率，降低环境污染。在合成脲甲醛的过程中，同时加入亲水单体、交联剂与引发剂，通过升温自由基聚合形成亲水的聚合物网络，“一锅法”制备脲甲醛保水缓控释肥料。该保水缓控释肥料不仅具有良好的氮肥缓释性能，而且具有一定的保水性，制备方法简单，应用前景广泛。

技术研发人员：魏宏亮;李维坤;李晶晶;刘翠萍
受保护的技术使用者：河南工业大学
技术研发日：2019.06.06
技术公布日：2019.08.16