专利名称：用于含磷肥料的包膜材料制备及包膜方法
技术领域：
本发明涉及缓释含磷肥料的制备方法及制备这种缓释磷肥所使用的包膜材 料的制备方法。本发明所涉及的缓释磷肥是一种在磷肥外包敷有包衣的包膜磷 肥，其所用的包膜材料为凹凸棒土。
技术背景肥料是农业生产中不可缺少的，而化肥的使用已经较为普遍，并有使用量 逐年上升的态势。但由于使用不当，使化肥利用降率低，给农业带来巨大的经 济损失，同时还带来一些环境问题。现代肥料应该承担起肥料科学所赋予的保 护生态环境重要任务，体现缓释、控释和环境友好是现代肥料科学的发展方向， 生产制造复合高效肥料是现代肥料产业发展的趋势。因此，降低化肥养分释放 速率，开发可控缓释肥料、提高化肥的利用率，具有十分重要的意义。在现有 技术中，制备缓释磷肥，特别是采用凹凸棒土为包膜材料，制得的凹凸棒石包 膜缓释肥料有许多的优点，值得推广。凹凸棒土材料具有层、链、纤维状晶体结构，纳米级孔穴通道微观构造， 有比表面积大、孔道发育的介孔材料特征，是一种理想的结构材料。由于凹凸 棒土具有吸附性、缓释性、流变性、离子强交换性、酸碱度可调性、可作多功能载体等优良性质，是性能优越的功能材料；加之凹凸棒材料富含多种微量元 素，具有生物工程材料特性。有文献披露，凹凸棒材料能够改良土壤，可起到 保水作用，对土壤不造成污染，凹凸棒石材料还有固氮、固钾和固定有机物的 作用，它可以减少肥料在土壤中的损失，控制肥料中养分的释放，提高肥料的 利用率，达到促进农作物增产的效果，是一种农业生产中可贵的绿色材料。中国专利中公开了多种以凹凸棒土为包膜材料，制备成包膜复合肥料的技 术。但现有技术中以凹凸棒土为包膜材料包裹化肥时，存在着凹凸棒土黏合性 不强，所形成的包膜强度不好，在贮藏或使用中易早期崩解的不足。中国发明专利申请200510127831.6公开了一种利用一种用凹凸棒土类的 PAL生物工程材料制作新型缓释磷肥的方法，其具体的制作方法是将所谓的PAL材料处理以后直接加入到磷肥中混合造粒，但这种制作方法所得到的产品效果并不好。中国专利申请91108163.1根据作物种子发芽、生长需肥规律，提出了一种 以种子为核心，以化肥为外裹层的种子肥(如磷肥包裹油菜种子)及其生产方 法。该方法是将化肥与粘结剂凹凸棒土掺合后粉磨，按比例加入种子混合造粒 而成。这种种子肥播种后，外层化肥迅速崩解，出苗后化肥就在秧苗根部，达 到植物有效吸取肥料养分的目的。由该专利申请公开的内容可知，这种由凹凸 棒材料与化肥形成的包膜层结合强度比较低，造成这种种子肥在运输和贮藏的 困难；另外，在肥料施用后它会迅速崩解，造成种子周围肥料浓度过高，可能 会对种子发育生长不利，而且也容易造成肥料的流失，产生浪费。中国发明专利200410075014.6公开了一种飞播用种子大粒化包衣剂。其包 衣剂主要由淀粉、凹凸棒土、植物纤维素、高吸水性树脂以及细沙土组成。包 衣剂中还含有肥料、植物激素以及微量元素。该专利的优点是有效地解决了目 前飞播种子包衣与破损和包衣与发芽的矛盾，在10mm降雨条件下，种子发芽 率高，后期生长效果好。飞播后种子能在风蚀作用下埋入沙土，解决了沙丘迎 风坡面上种子随风漂移的问题，为困难立地条件下的大面积飞播提供了技术支 撑。由于该专利的包衣剂中使用了一定量的淀粉和高分子吸水性树脂，估计会 使凹凸棒土与种子间的结合强度有一定程度的改善。但这一技术只适用于l机 播种草籽等，却并不适宜用于肥料包衣。中国发明专利申请200610042899.9公开的一种具有缓释肥料功能的纳米复 合保水剂及其制备方法。该专利申请是采用有机化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸 作为纳米复合保水剂的主要原料，添加引发剂和交联剂，在水溶液中经接枝共 聚、交联、洗涤、干燥、粉碎制成。保水剂吸蒸馏水的倍数为300-600g/g。这一 技术中在凹凸棒石结构上要接冇高分子材料聚丙烯酸，工艺复杂，难度较大。 发明内容本发明提供可克服现有技术不足的化肥包膜材料，这种材料的处理方法和用这种材料进行含磷肥料包膜处理的方法。本发明的含磷肥料包膜材料是一种经改性处理的凹凸棒土。 本发明用于含磷肥料包膜的凹凸棒土的改性方法是将的凹凸棒土加入碳酸钠与水的质量比为2% 5%的碳酸钠水溶液进行充分浸泡改性处理后，再充分进行机械搅拌，然后过滤分离出凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理， 然后再进行粉碎研磨。本发明的凹凸棒土改性方法中，浸泡改性处理时所用碳酸钠水溶液中碳酸 钠与水的最佳质量比为2 3%。本发明用于含磷肥料包膜的凹凸棒土改性方法还可以是将凹凸棒土加入 磷酸与水的质量比为4%~10。/。磷酸水溶液中进行浸泡改性处理，然后过滤分离 出凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理，然后再进行粉碎研磨。在用磷酸水溶液进行浸泡改性处理时，所用磷酸水溶液中磷酸与水的最佳质量比为6 10%。用前述的方法处理所得到的改性凹凸棒土可用于含磷肥料的包膜处理。用前述方法所得的凹凸棒土进行含磷肥料包膜的方法是先将含磷肥料， 如磷酸二铵，或者磷酸二氢铵，或者过磷酸钙、重过磷酸钙等，用网筛筛分得 到均匀颗粒，将颗粒倒入转鼓包衣机中，调整包衣机倾斜的角度使颗粒肥料以 料帘的形式在转鼓中均匀地转动；调整气流式雾化器的角度使喷嘴的轴线垂直 于转鼓平面，根据涂层量设计称取经改性的凹凸棒土待用；用被包裹含磷肥料 制成水溶液或饱和水溶液，水溶液所用水量为所用凹凸棒土质量的1/8，将水溶 液雾化后，喷涂到滚动着的含磷肥料颗粒表面，同时，不断地撒入包膜材料凹 凸棒土，使之在喷入的水溶液或饱和水溶液的粘结作用下，均匀粘附在磷酸二 铵颗粒的表面上，包涂完毕后，取出包膜磷酸二铵颗粒待其自然晾干后。相关的试验表明，采用本发明的凹凸棒土改性处理后，凹凸棒土的黏度增 强了 11 20%，用于包膜处理后，膜的强度大大提高。本发明使用磷酸水溶液进 行改性处理后再进行包膜处理，其含磷量还有一定程度的增加。本发明的改性 处理方法简单、效果可靠，成本低廉，而且整个的处理过程中不产生任何的环 境问题。经本发明的处理所得的包膜磷肥有非常好的缓释性。本发明所用的粘 结剂为被包裹磷肥料的水溶液或饱和水溶液，并不需再用其他任何粘结剂。
附图1为采用本发明的方法包膜处理后产品，附图2为包膜肥料样品测试 曲线。
具体实施方式
以下给出本发明的实施例。本发明的凹凸棒土改性方法是先将凹凸棒土加入碳酸钠或磷酸水溶液进行 充分浸泡改性处理后，充分浸泡处理后再充分进行机械搅拌，然后过滤分离出 凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理， 一般情况下，这时所得到的凹凸 棒土有一定程度的聚集，应当再进行粉碎研磨。在本发明的试验中所用的凹凸 棒土粒粒度为100 300目的，如果粒度大于这一范围，其效果将会变差，而粒 度小于这一范围时必要性不大，而且会使成本有较大的增加。在进行浸泡改性 处理时，如所用的是碳酸钠水溶液，所加入的是碳酸钠水溶液的质量比为2%~5%;如所用的是磷酸水溶液，所加入的磷酸水溶液质量比为4% 10%。试验表明，当改性处理时所用的碳酸钠或磷酸水溶液浓度太小对凹凸棒土的黏度 增加效果不明显。特别是采用碳酸钠进行改性处理时，如碳酸钠水溶液的浓度太低，经处理后得到的凹凸棒土的黏度改变不大；而当溶液浓度大于前述范围 时会使处理后的凹凸棒土有较大的碱性。以下是本发明改性处理的两个具体实例，而且这两个实例给出了凹凸棒土 改处理进最佳的处理溶液浓度；在其后给出用经本发明的改性处理后的凹凸棒土进行磷肥包膜处理的方法及制品的相关参数测试情况。 例1取经过自然分化的200目左右的凹凸棒土 1000克，加入足量的质量比为 2~3%碳酸钠水溶液浸泡陈化48小时左右，然后用机械搅拌器进行搅拌1 2小时， 过滤分离出凹凸棒土，并用清水洗涤2 3遍，然后对其进行干燥和磨细处理。 经测定，处理后的凹凸棒土的黏度比不改性处理的增强了 15 20%以上。例2取经过自然分化的200目左右的凹凸棒土 1000克，加入足量的质量比为 6~10%磷酸水溶液浸泡2-4小时后过滤、在用清水洗涤2~3遍，然后对其进行 千燥和磨细处理。经处理的凹凸棒石材料因其结构特征而具缓释性。经测定， 改性后的凹凸棒土的黏度比不改性处理的增强了 11~18%。缓释磷肥的制备将磷酸二铵分别用8目和孔径为3.50mm的金属丝网筛分，去除过粗或过细的颗粒，取粒度为2.50 3.50mm的磷酸二铵IOOO克，倒入转鼓包衣机中，调整 包衣机倾斜的角度使磷酸二铵以料帘的形式在转鼓中均匀地转动；调整气流式 雾化器的角度使喷嘴的轴线垂直于转鼓平面。根据涂层量称取一定质量经过表 面改性的凹凸棒粉末作为包膜材料待用，在本发明的实施例中包膜的涂层量为 20~35%wt;用磷酸二铵制成饱和水溶液，水溶液所用水量为所用凹凸棒土质量 的1/8，将水溶液高位槽中。磷酸二铵饱和溶液在重力的作用下沿塑料管流入气 流式雾化器，被压縮空气雾化后，喷涂到滚动着的磷酸二铵颗粒表面，使磷酸 二铵颗粒表面湿润。与此同时，不断地撒入凹凸棒粉末，使之在磷酸二铵饱和 溶液的粘结作用下，粘附在磷酸二铵颗粒的表面上。包涂完毕后，取出包膜磷 酸二铵颗粒待其自然晾干后，即得产品，参见附图l。如果所包的含磷肥料为过磷酸钙、重过磷酸钙等水溶性相对较差的磷肥， 只需用其制成水溶液喷在被包肥料外即可。包膜所得缓释磷肥中P20s含量的测定称取0.5g左右磨碎的包膜磷酸二铵(精确至土0.01g)，加入100mL的蒸馏 水，充分搅拌使其中的磷酸二铵完全溶解，用干燥的滤纸过滤，洗涤数次，将 滤液用250mL的容量瓶定容后，用移液管取滤液25.00mL，测定这25.00mL滤液 中p205的含量，其值乘以10即为该包膜磷酸二铵中p205的含量。包膜所得缓释磷肥肥效释放曲线的测定与绘制肥效释放曲线的测定与绘制方法参见李际东所著"磷酸二铵中有效五氧化 二磷的快速测定"《磷肥与复肥》，2007， 22(1) :62。① 将两支层析柱洗净，垂直安装在铁架台上。② 将沙子先用自来水冲洗,再用蒸馏水冲洗，凉干，称取50g装入柱内,然后装 入5.0g肥料样品(其中一支装包膜肥，另一支装研细的包膜肥)，在上面再装入 50g沙子。③ 先用50mL水润湿沙子,然后每次用100mL蒸馏水淋洗，上述实验重复15次。④ 将接取的洗出液编号，分别测定每次洗出液中p2o5的含量。⑤ 以每次淋溶出的P20s的量为纵坐标，淋溶次数为横坐标做图即得肥效释 放曲线，以5.0g包膜率为30%的磷酸二铵包膜肥料样品测试的结果见附图2。在图2中各曲线是令为磨碎的包膜磷酸二铵， 为未改性凹凸棒土包膜的磷酸二铵，A为经本发明改性的凹凸棒土包膜的磷酸二铵。从图2给出的淋溶曲线看出包膜肥料释放速度较慢多，其效果较好，而且 释放速度都很均匀。包膜缓释肥的抗压强度的测定随机取20粒最接近球形的样品，用颗粒强度测定仪分别测定其抗压强度，取其平均值作为该种样品颗粒的抗压强度，N/粒。采用此法测得包膜缓释磷酸二铵肥的抗压强度如下表。肥料未改性凹凸棒土包 膜肥的抗压强度 (N/粒)用磷酸改性凹凸榨土 包膜肥的抗压强度 (N/粒)用碳酸钠改性凹凸棒 土包膜肥的抗压强度 (N/粒)磷酸二铵15.6222.8723.26从表中看出改性凹凸棒土包膜肥料抗压强度都好于未改性凹凸棒土包膜肥 的抗压强度，用碳酸钠改性凹凸棒土包膜肥的抗压强度更好一些。经检测和实际应用还发现本发明(1) 改性后的凹凸棒土黏度增强了，提高了所包膜的强度。解决了在运输 过程中易掉粉、易碎和提前崩解等问题。(2) 改性后的凹凸棒土保水性能增强了，更适合于比较干旱的地区使用。 此方法的成本要比另外加入保水剂成本低的多。(3) 改善了缓释性能。(4) 使用凹凸棒土材料肥料可提高农作物中的碘、硒、锰、铁、锌、铜和钙等微量元素的含量，并可降低大多数作物中有害元素砷铅、汞的含量。
权利要求
1. 用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是将凹凸棒土加入碳酸钠与水的质量比为2％～5％的碳酸钠水溶液进行充分浸泡改性处理后，再充分进行机械搅拌，然后过滤分离出凹凸棒土，用清水充分洗涤后进行干燥处理，然后再进行粉碎研磨。
2、 权利要求l所述的用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是浸泡改 性处理时所用的碳酸钠水溶液中碳酸钠与水的质量比为2~3%。
3、 用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是将凹凸棒土加入磷酸与水 的质量比为4%~10%磷酸水溶液中进行浸泡改性处理，然后过滤分离出凹凸棒 土，用清水充分洗涤后进行干燥处理，然后再进行粉碎研磨。
4、 权利要求3所述的用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法，其特征是所述的 浸泡改性处理所用的磷酸水溶液中磷酸与水的质量比为6~10%。
5、 权利要求1至4所述的用于磷肥包膜的凹凸棒土改性方法所得的产物进 行含磷肥包膜的方法，其特征在于将含磷肥料用网筛筛分得到均匀颗粒，将颗 粒倒入转鼓包衣机中，调整包衣机倾斜的角度使颗粒肥料以料帘的形式在转鼓 中均匀地转动；调整气流式雾化器的角度使喷嘴的轴线垂直于转鼓平面，根据 涂层量设计称取经改性的凹凸棒土待用；用被包裹含磷肥料制成水溶液或饱和 水溶液，水溶液所用水量为所用凹凸棒土质量的1/8,将水溶液雾化后，喷涂到 滚动着的含磷肥料颗粒表面，同时，不断地撒入包膜材料凹凸棒土，使之在喷 入的水溶液或饱和水溶液的粘结作用下，均匀粘附在磷酸二铵颗粒的表面上， 包涂完毕后，取出包膜磷酸二铵颗粒待其自然晾干。
全文摘要
本发明公开一种可缓释的含磷肥料的制备方法及制备这种缓释含磷肥所使用的包膜材料的制备方法。本发明所涉及的缓释磷肥是一种在磷肥外包敷有包衣的包膜磷肥，其所用的包膜材料为经改性的凹凸棒土。本发明对凹凸棒土的改性方法是将凹凸棒土用碳酸钠水溶液或者磷酸水溶液进行浸泡改性处理，然后分离出经改性处理的凹凸棒土进行干燥和分散磨。
文档编号C05G3/00GK101270011SQ20081009940
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者刘伟生, 颖 宋, 张国林, 曹发魁, 蔺海明 申请人:兰州大学