一种包膜缓释肥料及其生产工艺的制作方法

本发明涉及肥料领域，具体涉及一种包膜缓释肥料及其生产工艺。

背景技术：

1、肥料为农作物的生长提供外营养源，增加农产品中的维生素、可溶糖以及其他营养成分的含量，从而提高农产品的产量和品质。

2、缓释肥是一种降低肥料养分释放速率的肥料，其中包膜缓释肥料是缓释肥料领域发展最快和研究最广泛的一类新型肥料，逐渐成为控释肥料的主要组成部分。包膜缓释肥料利用肥料颗粒为营养内核，并在其表面均匀包覆一层膜层，阻隔土壤中的水分进入营养内核，以降低营养成分的释放速率，提高肥料的利用率。同时还能减少作物生长过程中追肥频率和用量，降低成本的投入。

3、聚氨酯包膜缓释肥因其为原位反应成膜，且无溶剂、无副产物已成为缓释肥料开发的热点。目前市面上主要采用蓖麻油多元醇和异氰酸酯作为包膜材料，但该体系制备的聚氨酯包膜的耐水性不足，尤其使在潮湿的环境下易分解而无法达到良好的缓释性，导致营养内核中的养分流失，使肥料的利用率低，并且该体系的聚氨酯包膜的力学强度不足，存在如膜层韧性差，易脆，包膜后容易出现裂缝或孔洞，也会对缓释性能造成不利影响，同时二者的反应速度偏慢会导致包膜肥料颗粒的粘连性问题较为凸显。

技术实现思路

1、针对上述提到的技术问题，本发明提供了一种包膜缓释肥料及其生产工艺，通过特定的聚氨酯包膜材料结合对工艺步骤和条件的控制，使所制备的包膜缓释肥颗粒外观光滑，无粘连，在潮湿环境下不易分解，具有优异的耐水性和缓释性，同时提高了包膜的强度和韧性，在包膜缓释肥在运输和使用过程中不易破裂，稳定性优异。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种包膜缓释肥料的生产工艺，包括以下步骤：

4、s1、将需要包膜的肥料进行筛分；

5、s2、将筛分好的肥料进行预热抛光处理，接着加入到转鼓包衣机中，并加入防粘剂搅拌；

6、s3、将聚氨酯包膜材料加热后分批加入到所述转鼓包衣机中以对肥料进行包膜，控制每批所述聚氨酯包膜材料的加入量为所述肥料的0.5-1wt％，待反应完全肥料干燥后继续重复该操作，直至所述聚氨酯包膜材料的加入量为所述肥料的3-5wt％；

7、所述聚氨酯包膜材料包括a料和b料，其中a料包括以下重量份的原料：聚醚多元醇20-30份、环氧大豆油多元醇30-45份、蓖麻油22-28份、扩链剂6-9份；b料包括异氰酸酯；

8、s4、将完成包膜的肥料冷却后出料，即得到所述包膜缓释肥料。

9、在一些实施方式中，所述聚氨酯包膜材料中a料和b料的重量比为(1.5-2.5)：1。

10、在一些实施方式中，所述聚醚多元醇的羟值为100-120mg koh/g，平均摩尔质量为800-1200g/mol，酸值≤0.05mg koh/g。

11、优选地，所述聚醚多元醇的羟值为107-117mg koh/g，平均摩尔质量为1000g/mol，酸值≤0.05mg koh/g。

12、本发明对所述聚醚多元醇的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于所述聚醚多元醇购自广州应泓化工有限公司，型号为n210。

13、在一些实施方式中，所述环氧大豆油多元醇由以下步骤制备得到：将环氧大豆油在搅拌下加入水和醇类化合物，然后加入氟硼酸，升温至70-85℃反应25-40min，反应结束后调节ph至中性，在真空条件下蒸去剩余的有机溶剂，干燥后即得到所述环氧大豆油多元醇。

14、在一些实施方式中，所述环氧大豆油与醇类化合物的重量比为1：(2-4)，所述水和醇类化合物的重量比为(0.2-0.5)：1。

15、优选地，所述环氧大豆油与醇类化合物的重量比为1：3，所述水和醇类化合物的重量比为0.3：1。

16、在一些实施方式中，所述环氧大豆油的环氧值为≥6％，本发明对所述环氧大豆油的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于所述环氧大豆油购自济南鑫正化工有限公司。

17、在一些实施方式中，所述醇类化合物为异丙醇和甲醇的混合物，二者的重量比为1：(0.8-1.2)，优选为1：1。

18、在一些实施方式中，所述氟硼酸的加入量为反应物总量的0.5-1wt％，优选为0.8wt％。

19、在一些实施方式中，所述环氧大豆油多元醇的羟值为250-270mgkoh/g。

20、在一些实施方式中，所述蓖麻油的分子量为900-1000，羟值≥150mgkoh/g，酸值≤1.5mgkoh/g，水分≤0.1％。

21、优选地，所述蓖麻油的分子量为932，羟值≥155mgkoh/g，酸值≤1.2mgkoh/g，水分≤0.08％。

22、本发明对所述蓖麻油的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于所述蓖麻油购自上海众燊新材料科技有限公司。

23、在一些实施方式中，所述扩链剂为二乙基甲苯二胺。

24、在一些实施方式中，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种。

25、目前现有技术中为了得到可降解的聚氨酯包膜，通常采用蓖麻油作为多元醇与异氰酸酯反应体系，但申请人在研究中发现该体系得到的聚氨酯包膜的力学强度不足，存在如膜层韧性差，易脆，包膜后容易出现裂缝或孔洞，导致缓释性能变差，同时二者的反应速度偏慢会导致包膜肥料的粘连性问题较为凸显，本技术通过采用特定的聚醚多元醇、环氧大豆油多元醇、蓖麻油及其扩链剂与异氰酸酯分别经过一定温度加热后在肥料颗粒表面进行分批控制包膜反应，可以使制备的聚氨酯包膜具有较好的韧性，并且几乎不存在粘连性问题，主要的原因在于一方面本技术采用的环氧大豆油多元醇所具有的高羟值、低酸值可以提高与异氰酸酯的反应速度，有利于包膜的固化，减少粘连现象，另一方面聚醚多元醇的加入赋予聚氨酯的分子链含有多官聚醚，提高了包膜的强度和韧性，在包膜缓释肥在运输和使用过程中不易破裂，稳定性高，同时环氧大豆油多元醇、聚醚多元醇与蓖麻油的相容性好，可操作性佳，有利于在肥料颗粒上形成均一的包膜，使包膜肥料的缓释性优异；通过不同类型的低酸值多元醇相互配合与异氰酸酯形成的聚氨酯结构中软链段在水或潮湿的空气中的敏感度降低，提高了包膜肥料的耐水性，从而有利于延长肥料的缓释期。

26、在一些实施方式中，所述肥料为尿素、硫酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、过磷酸钙、磷酸铵、硝酸磷、磷酸二氢钾、硝酸钾中的任意一种。

27、在一些实施方式中，所述肥料的颗粒为2-4mm。

28、在一些实施方式中，所述s2步骤中预热抛光处理的温度为50-70℃。

29、申请人在研究中发现肥料经过筛分后粒度虽然满足要求，但肥料颗粒表面粘附有其在冷却过程中析出的盐类晶体，这些盐类晶体会在肥料颗粒表面产生微小棱角，若不进行预处理而直接用于缓释肥料包膜生产，这些微小棱角将会破坏包膜的完整性，严重影响包膜肥料的缓释效果，造成养分流失，本技术通过对筛分后的肥料进行50-70℃的预热抛光处理可以使肥料变光滑，降低表面粗糙度，有利于包膜的完整性和包膜厚度的均匀性，进一步提升缓释效果。

30、在一些实施方式中，所述预热抛光处理中所用的抛光液为85％磷酸。

31、本发明对所述抛光液的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于所述抛光液购自青州顺源化工有限公司。

32、在一些实施方式中，所述s2步骤中防粘剂为植物油，包括蓖麻油、大豆油、棕榈油、棉籽油中的至少一种。

33、优选地，所述s2步骤中防粘剂为蓖麻油。

34、在一些实施方式中，所述s2步骤中防粘剂的加入量为所述转鼓包衣机内肥料重量的0.1-1％。

35、本发明若无特殊说明，所述蓖麻油均为同一种。

36、在一些实施方式中，所述s3步骤中聚氨酯包膜材料的a料加热的温度为70-85℃，b料的加热温度为75-90℃。

37、申请人发现通过对a料和b料分别加热至特定温度，并结合控制每批加入到肥料中的比例，可以使包膜在肥料颗粒表面逐步形成并固化充分，减少包膜肥料之间的粘连和厚度不均匀的现象，保证了包膜的完整性和均一性。

38、本发明的另一方面提供了一种按照上述生产工艺得到的包膜缓释肥料。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

40、(1)本发明采用的环氧大豆油多元醇所具有的高羟值、低酸值可以提高与异氰酸酯的反应速度，有利于包膜的固化，减少粘连现象，另一方面聚醚多元醇的加入赋予聚氨酯的分子链含有多官聚醚，提高了包膜的强度和韧性，在包膜缓释肥在运输和使用过程中不易破裂，稳定性高，同时环氧大豆油多元醇、聚醚多元醇与蓖麻油的相容性好，可操作性佳，有利于在肥料颗粒上形成均一的包膜，使包膜肥料的缓释性优异；通过不同类型的低酸值多元醇相互配合与异氰酸酯形成的聚氨酯结构中软链段在水或潮湿的空气中的敏感度降低，提高了包膜肥料的耐水性，从而有利于延长肥料的缓释期；

41、(2)本发明通过对筛分后的肥料进行50-70℃的预热抛光处理可以使肥料变光滑，降低表面粗糙度，有利于包膜的完整性和包膜厚度的均匀性，进一步提升缓释效果；

42、(3)本发明通过对a料和b料分别加热至特定温度，并结合控制每批加入到肥料中的比例，可以使包膜在肥料颗粒表面逐步形成并固化充分，减少包膜肥料之间的粘连和厚度不均匀的现象，保证了包膜的完整性和均一性。