专利名称：环境降解包膜型缓释化肥的制作方法
技术领域：
本发明涉及缓释化肥，特别涉及一种环境降解包膜型缓释化肥，属于化肥工业领 域。
背景技术：
目前，农业领域所使用的化肥基本都是速溶化肥，有效利用率仅30% -40%，化肥 浪费非常惊人。采用包膜物对化肥进行包膜制成包膜型化肥，利用包膜使化肥缓慢释放，是 目前提高化肥利用率所采用的最主要和最有效方法，包膜型化肥目前是世界各国农业化肥 的研究开发重点。采用环境可降解材料包膜的包膜型缓释化肥符合环境保护和社会可持续发展的 要求，是缓释化肥的重要方向。但是，完全采用环境降解聚合物包膜的包膜型化肥，比如氨 基树脂、聚乙烯醇及其共聚物的缩醛树脂和天然聚合物及其衍生物等包膜的包膜型化肥， 往往释放期短，缓释性能差。
发明内容
本发明目的在于提供一种释放期较长、缓释性能较好、包膜可部分环境降解的包 膜型缓释化肥。实现本发明目的的技术解决方案为一种环境降解包膜型缓释化肥，由化肥芯和 化肥芯外包膜构成，包膜是由A膜层和B膜层组成的复合膜层，A膜层为极性天然聚合物 及其衍生物质量分数> 20%的聚合物膜层，B膜层为极性天然聚合物及其衍生物质量分数 <20%的高阻透性有机膜层。本发明环境降解包膜型缓释化肥中，A膜层是由含有极性天然聚合物及其衍生物 和以下聚合物的混合物所形成的膜层聚氯乙烯及其共聚物、聚偏二氯乙烯及其共聚物、聚 醋酸乙烯酯及其共聚物、聚丙烯酸酯及其共聚物、ABS、丁腈橡胶、聚氨酯、环氧树脂、不饱和 聚酯、酚醛树脂、醇酸树脂、其他极性聚合物以及非极性聚合物等中的一种或一种以上。非 极性聚合物可以是聚烯烃、聚苯乙烯、顺丁橡胶、天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶、丁 基橡胶、乙丙橡胶及三元乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-异戊二 烯_苯乙烯嵌段共聚物及其他非极性聚合物等中的一种或一种以上。本发明环境降解包膜型缓释化肥的B膜层可以是极性有机物和/或非极性有机物 形成的膜层。极性有机物可以是聚氯乙烯及其共聚物、聚偏二氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙 烯酯及其共聚物、聚丙烯酸酯及其共聚物、ABS、丁腈橡胶、聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯、 酚醛树脂、醇酸树脂、古马隆_茚树脂、浙青、松香及其酯及其他极性有机物等中的一种或 一种以上。非极性有机物可以是聚烯烃、聚苯乙烯、顺丁橡胶、天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、 丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶及三元乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙 烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、芳香树脂、石油树脂和石蜡及其他非极性有机物等中的 一种或一种以上。
本发明环境降解包膜型缓释化肥的A膜层中，极性天然聚合物及其衍生物的质量 分数最好为25% -50%。本发明环境降解包膜型缓释化肥的B膜层中，极性天然聚合物及 其衍生物的质量分数最好为零，即B膜层中最好不含极性天然聚合物及其衍生物。本发明环境降解包膜型缓释化肥包膜中采用的极性天然聚合物及其衍生物最好 是淀粉及其衍生物中的一种或一种以上。本发明环境降解包膜型缓释化肥，最好采用A膜层为主要膜层，A膜层总厚度最好 是B膜层总厚度的3倍或以上。本发明环境降解包膜型缓释化肥的包膜总厚度最好为22 200 μ m，A膜层总厚度最好为20 180 μ m, B膜层总厚度最好为2 30 μ m。与现有技术相比，本发明具有显著优点。本发明环境降解包膜型缓释化肥采用极 性天然聚合物及其衍生物质量分数> 20%的聚合物膜层(A膜层，即降解型膜层)进行包 膜，由于极性天然聚合物及其衍生物环境可降解，因此本发明包膜型缓释化肥的包膜可以 部分环境降解。本发明同时采用高阻透性有机膜层(B膜层)进行复合包膜，所制得包膜型 缓释化肥的释放期较长，缓释性能较好。
具体实施例方式本发明环境降解包膜型缓释化肥，由化肥芯和化肥芯外包膜构成，包膜是由A膜 层和B膜层组成的复合膜层，A膜层为极性天然聚合物及其衍生物质量分数> 20%的聚合 物膜层，B膜层为极性天然聚合物及其衍生物质量分数< 20%的高阻透性有机膜层。本发明环境降解包膜型缓释化肥的包膜中所采用的极性天然聚合物及其衍生物 是室温下不溶于水的聚合物。极性天然聚合物及其衍生物可以是纤维素(比如木材、稻壳、 稻草、麦杆及其他植物茎等)、紫胶、甲壳素、木质素及其他等天然聚合物(或粉)及其衍生 物中的一种或一种以上，但是最好是淀粉或者淀粉衍生物中的一种或一种以上。本发明环境降解包膜型缓释化肥中，A膜层为聚合物膜层，作用是发挥承担化肥芯 吸水膨胀所产生的撑胀力、保证整个包膜不致被撑破所需的包膜力学强度和刚度的作用， 因此膜层中除极性天然聚合物及其衍生物外的主体聚合物最好是力学强度较高(比如拉 伸强度IOMPa以上)的聚合物。A膜层可以是由含有极性天然聚合物及其衍生物和以下聚 合物的混合物所形成的膜层聚氯乙烯及其共聚物、聚偏二氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯 酯及其共聚物、聚丙烯酸酯及其共聚物、ABS、丁腈橡胶、聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯、酚 醛树脂、醇酸树脂(以及其他极性聚合物)和非极性聚合物等中的一种或一种以上。非极 性聚合物可以是聚烯烃、聚苯乙烯、顺丁橡胶、天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶、丁基 橡胶、乙丙橡胶及三元乙丙橡胶、苯乙烯_ 丁二烯_苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯_异戊二 烯-苯乙烯嵌段共聚物以及其他非极性聚合物等中的一种或一种以上。本发明环境降解包膜型缓释化肥的B膜层可以是极性有机物和/或非极性有机物 形成的膜层。极性有机物可以是聚氯乙烯及其共聚物、聚偏二氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙 烯酯及其共聚物、聚丙烯酸酯及其共聚物、ABS、丁腈橡胶、聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯、 酚醛树脂、醇酸树脂、古马隆_茚树脂、浙青、松香及其酯及其他极性有机物等中的一种或 一种以上。非极性有机物可以是聚烯烃、聚苯乙烯、顺丁橡胶、天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、 丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶及三元乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙 烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、芳香树脂、石油树脂和石蜡及其他非极性有机物等中的
4一种或一种以上。非极性有机物可以是其他非极性有机物，比如其他的蜡(合成蜡等)。本发明中，将凡是分子结构中含有氯乙烯链节的共聚物均归为聚氯乙烯共聚物。 本发明中，将凡是分子结构中含有偏二氯乙烯链节但不含氯乙烯链节的共聚物均归为聚偏 二氯乙烯共聚物。本发明中，将凡是分子结构中含有醋酸乙烯酯链节但是不含有氯乙烯链 节和偏二氯乙烯链节的共聚物均归为聚醋酸乙烯酯共聚物。本发明中，将凡是分子结构中 含有丙烯酸(和/或酯)链节但是不含有醋酸乙烯酯链节、氯乙烯链节和偏二氯乙烯链节 的共聚物均归为聚丙烯酸酯共聚物。由于非极性有机物对化肥的透过性很低，因此B膜层 材料最好采用非极性有机物。本发明环境降解包膜型缓释化肥包膜中的A膜层和B膜层在 室温下均呈固态。但是，A膜层可以含有不是聚合物的有机物(室温下呈固态或液态)，B 膜层可以含有室温下呈液态的有机物，比如液态增塑剂(比如B膜层为聚氯乙烯膜层，其中 含有邻苯二甲酸二辛酯等液态增塑剂)。本发明环境降解包膜型缓释化肥的A膜层中，极性天然聚合物及其衍生物的质量 分数最好为25% -50%。本发明环境降解包膜型缓释化肥的B膜层中，可以含有质量分数 <20%的极性天然聚合物及其衍生物，但是极性天然聚合物及其衍生物的质量分数最好为 零，即B膜层中最好不含极性天然聚合物及其衍生物。B膜层是高阻透性有机膜层，即是对 化肥的透过性低于包膜中所采用A膜层的膜层。B膜层采用的膜层材料对化肥的透过性低 于包膜中A膜层所采用的膜层材料对化肥的透过性，两者对化肥的透过性之间的差距愈大 愈好。A膜层和B膜层采用的包膜材料中除极性天然聚合物及其衍生物外的其他材料，可以 相同，比如，A膜层为淀粉含量30衬％的聚乙烯-淀粉混合物膜层，B膜层为聚乙烯膜层；也 可以不同，比如A膜层为淀粉含量30衬％的聚乙烯-淀粉混合物膜层，B膜层为邻苯二甲酸 二辛酯含量15wt%的聚氯乙烯膜层。本发明环境降解包膜型缓释化肥的包膜中，可以有一层或一层以上的A膜层，各 层A膜层之间的包膜材料可以相同，也可以不同。也可以有一层或一层以上的B膜层，各层 B膜层之间的包膜材料可以相同，也可以不同。所述“不同”可以是指组成成分不同的情况， 也可以是指组成成分相同但配比不同的情况。本发明环境降解包膜型缓释化肥，最好采用A膜层为主要膜层，即承担化肥芯吸 水膨胀所产生的撑胀力、保证整个包膜不致被撑破所需的包膜力学强度和刚度主要由A膜 层提供，而B膜层主要发挥对化肥起阻透作用，A膜层总厚度最好是B膜层总厚度的3倍或 以上。本发明环境降解包膜型缓释化肥的包膜总厚度最好为22 200 μ m，其中A膜层总厚 度最好为20 180 μ m，B膜层总厚度最好为2 30 μ m。本发明环境降解包膜型缓释化肥包膜的A膜层和B膜层的包膜材料中，均可以含 有除上述所述物质之外的其它物质。比如，可以复合固体填料(比如碳酸钙、粘土、硫磺 等)；也可以混合有表面活性剂、增塑剂等各种调节膜体性能和包膜特性的助剂；以及其 他；等。本发明环境降解包膜型缓释化肥的化肥芯可以是氮肥、磷肥、钾肥或复混肥等。化 肥芯的形状可以是粒状、片状等，但以粒状为佳，最好是球状。下面以尿素作为化肥芯的本发明环境降解包膜型缓释尿素为例，说明本发明环境 降解包膜型缓释化肥的一些具体实施方法和发明效果。采用水中溶出法评价缓释性能，水 中溶出法是测定本发明环境降解包膜型缓释尿素在水中的尿素溶出速率，具体做法是将10克本发明环境降解包膜型缓释尿素浸泡于200毫升的水中，25°C恒温浸泡，测定初期溶 出率和平均微分溶出率。初期溶出率V1是指最初开始浸泡的24h内溶出的尿素质量占所 取10克本发明环境降解包膜型缓释尿素中尿素总质量的百分数，而平均微分溶出率VnJU 是从浸泡第2天到第7天每天平均溶出的尿素质量占所取10克本发明环境降解包膜型缓 释尿素中尿素总质量的百分数。根据初期溶出率V1和平均微分溶出率Ψω，计算本发明环 境降解包膜型缓释尿素在水中的释放期t(天)t = ^ +1
Wm实施例1将粒径为2. 0 4. Omm的球状工业尿素加入控温95 °C的转鼓包膜设备中，转动转 鼓(转速70r/min)使球状尿素在转鼓内流动。将含邻苯二甲酸二辛酯的聚苯乙烯(兰州石 化公司B-1)甲苯溶液(邻苯二甲酸二辛酯聚苯乙烯质量比为1 9)慢慢喷涂于球状尿 素表面，喷涂直到形成的邻苯二甲酸二辛酯增塑聚苯乙烯膜层质量达到最终成品环境降解 包膜型缓释尿素总质量的3%。然后，继续喷涂含玉米淀粉的低密度聚乙烯(扬子石化-巴 斯夫有限责任公司BYC-01)甲苯溶液(玉米淀粉低密度聚乙烯质量比为1 4)，喷涂直 到形成的含玉米淀粉低密度聚乙烯膜层质量达到最终成品环境降解包膜型缓释尿素总质 量的17%。所制得的本发明环境降解包膜型缓释尿素的释放期为79天。实施例2将粒径为2. 0 4. Omm的球状工业尿素加入控温95 °C的转鼓包膜设备中，转动转 鼓(转速70r/min)使球状尿素在转鼓内流动。将低密度聚乙烯(扬子石化-巴斯夫有限 责任公司BYC-01)甲苯溶液慢慢喷涂于球状尿素表面，喷涂直到形成的低密度聚乙烯膜层 质量达到最终成品环境降解包膜型缓释尿素总质量的2%。然后，继续喷涂含玉米交联淀 粉(将玉米淀粉用乙二醛进行交联改性制得，乙二醛与催化剂氯化镁的用量分别为玉米淀 粉质量的12%与5%，在水中115°C下反应30min)和邻苯二甲酸二辛酯的聚氯乙烯(青岛 海晶化工集团有限公司HS-1300)环己酮溶液(玉米交联淀粉邻苯二甲酸二辛酯聚氯 乙烯质量比为7 1 9)，喷涂直到形成的含玉米交联淀粉邻苯二甲酸二辛酯增塑聚氯乙 烯膜层质量达到最终成品环境降解包膜型缓释尿素总质量的20%。所制得的本发明环境降 解包膜型缓释尿素的释放期为67天。
权利要求
一种环境降解包膜型缓释化肥，由化肥芯和化肥芯外包膜构成，其特征在于包膜是由A膜层和B膜层组成的复合膜层，A膜层为极性天然聚合物及其衍生物质量分数≥20％的聚合物膜层，B膜层为极性天然聚合物及其衍生物质量分数＜20％的高阻透性有机膜层。
2.根据权利要求1所述的环境降解包膜型缓释化肥，其特征在于A膜层是由含有极性 天然聚合物及其衍生物和以下聚合物的混合物所形成的膜层聚氯乙烯及其共聚物、聚偏 二氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯酯及其共聚物、聚丙烯酸酯及其共聚物、ABS、丁腈橡胶、 聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、醇酸树脂和非极性聚合物中的一种或一种以上。
3.根据权利要求2所述的环境降解包膜型缓释化肥，其特征在于非极性聚合物为聚 烯烃、聚苯乙烯、顺丁橡胶、天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶及三 元乙丙橡胶、苯乙烯_ 丁二烯_苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯_异戊二烯_苯乙烯嵌段共聚 物中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1所述的环境降解包膜型缓释化肥，其特征在于B膜层是极性有机物 和/或非极性有机物所形成的膜层。
5.根据权利要求4所述的环境降解包膜型缓释化肥，其特征在于极性有机物为聚氯 乙烯及其共聚物、聚偏二氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯酯及其共聚物、聚丙烯酸酯及其共 聚物、ABS、丁腈橡胶、聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、醇酸树脂、古马隆-茚树 月旨、浙青和松香及其酯中的一种或一种以上；非极性有机物为聚烯烃、聚苯乙烯、顺丁橡胶、 天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶及三元乙丙橡胶、苯乙烯-丁二 烯_苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯_异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、芳香树脂、石油树脂和石 蜡中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的环境降解包膜型缓释化肥，其特征在于A膜层中极 性天然聚合物及其衍生物的质量分数为25% -50%。
7.根据权利要求1-6任一项所述的环境降解包膜型缓释化肥，其特征在于B膜层中极 性天然聚合物及其衍生物的质量分数为零。
8.根据权利要求1-7任一项所述的环境降解包膜型缓释化肥，其特征在于极性天然 聚合物及其衍生物为淀粉及其衍生物中的一种或一种以上。
9.根据权利要求1-8任一项所述的环境降解包膜型缓释化肥，其特征在于包膜总厚 度为22 200 μ m，其中A膜层总厚度为20 180 μ m, B膜层总厚度为2 30 μ m。
全文摘要
本发明公开一种环境降解包膜型缓释化肥。本发明环境降解包膜型缓释化肥由化肥芯和化肥芯外包膜构成，包膜是由A膜层和B膜层组成的复合膜层，A膜层为极性天然聚合物及其衍生物质量分数≥20％的聚合物膜层，B膜层为极性天然聚合物及其衍生物质量分数＜20％的高阻透性有机膜层。A膜层中极性天然聚合物及其衍生物的质量分数最好为25％-50％，B膜层中极性天然聚合物及其衍生物的质量分数最好为零。本发明环境降解包膜型缓释化肥包膜中，A膜层总厚度最好是B膜层总厚度的3倍或以上。包膜总厚度最好为22～200μm，A膜层总厚度最好为20～180μm，B膜层总厚度最好为2～30μm。本发明缓释化肥的包膜部分环境降解，释放期较长。
文档编号C05G3/08GK101880195SQ20091002750
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月9日 优先权日2009年5月9日
发明者应宗荣, 王娟, 齐孝勇 申请人:南京理工大学