一种双包膜缓释保水尿素肥料及其制备方法
技术领域
本发明属于农业肥料
技术领域
，具体涉及一种双包膜缓释保水尿素肥料及其制备方法。背景技术
农业是国民经济的基础，在这种现状的压力下，必须加快发展以低投入高输出、高效率和可持续发展为特征的现代化农业。其中化肥工业和水资源利用是现代农业生产和发展的中药物质基础。
我国水资源相对贫乏，且分布不均，同时用水浪费很大，以农业为例，灌溉水的利用率只有40％左右，而我国又是一个农业大国，农业用水量占到总用水量的近80％。随着城市和工农业的迅速发展，水的供需矛盾愈来愈突出，工农业争水的矛盾更加尖锐，水资源短缺已成为限制我国工农业生产可持续发展的重要因素。实施高效节水农业是我国农业可持续发展的必由之路。
众所周知，化肥的施用在农业生产中起着不可忽视的作用。化肥主要分为氮肥、磷肥、钾肥。这些常规化肥因成分单纯、养分含量高、肥效快，可以极大提高农作物的品质、增加产量。每年我国的化肥施用量非常惊人。在达到增产效果的同时，还出现一些问题需要解决。其中最突出的问题就是我国水资源缺乏，农业需水量大，旱季缺水是阻碍我国农业发展的一个重要因素之一。如此，解决肥料利用率、土壤污染和节约农业用水问题成了研究肥料的重要对象，而新型肥料是解决这三大问题的重要手段之一。
缓释肥料可以减少养分流失，降低施肥次数，避免因过量施肥而引起对种子或幼苗的伤害，减少对环境的污染，有利于提高农产品质量和食品安全；保水性缓释控释肥是解决这一问题的重要手段。根据植物对肥料在不同时期的需求，通过在预定时间内控制肥料的释放速率和释放量，可提高肥料的利用率，减少肥料的流失，保持土壤中水分，促进作物生长，省时省力。
包膜肥料是缓释肥料的主要类别，包膜材料通常使用无机(矿)物材料和有机高分子聚合物两类。常用的无机(矿)物主要有硫磺、沸石、硅藻土、膨润土、磷酸盐等。有机高分子聚合物主要包括合成高分子、天然高分子和半合成高分子三大类。研制和开发新型聚合物包膜材料是目前研究的重要方向。
但是现有保水性缓释控释肥存在保水性能不稳定，缓释效果差，质量稳定性差等缺点，不利于推广。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种双包膜缓释保水尿素肥料及其制备方法，采用特定组成的肥料内核、特定重量比海藻酸钠、壳聚糖为内层包膜、经处理的白芨胶、聚乙二醇脂为粘结剂、特定重量比的淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯盐共聚交联物为外包膜；协同作用，保证了肥料内核尿素的缓释性能和保水性能。
为达到以上目的，本发明采用了以下技术方案：一种双包膜缓释保水尿素肥料，由肥料内核、内层包膜、粘结剂和外层包膜组成，所述肥料内核由滑石粉、尿素、柑橘皮、茶叶、缓释助剂组成，内层包膜由海藻酸钠和壳聚糖组成，粘结剂由经处理的白芨胶、聚乙二醇组成，外层包膜由保水剂组成。
进一步的，所述的肥料内核包括如下重量份数的组分：尿素：50-58份、柑橘皮：12-20份、茶叶：5-10份、滑石粉：10-20份、缓释助剂：4-7份，所述的缓释助剂为羟乙基纤维素。
所述的内包膜为海藻酸钠与壳聚糖的混合物，优选重量比为1.2-1.6:1的组合物。
所述经处理的白芨胶，其处理方法如下：将白芨胶粉碎过20目筛；95％的乙醇、氢氧化钠和上述过筛粉碎物按重量比10：0.8：1搅拌3小时，得反应液；用732型强酸离子交换树脂中和上述反应液至pH＝7.5；抽滤除去树脂，将滤液冷冻干燥即得到经处理的白芨胶。
所述的外包膜为保水剂，所述的保水剂为淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物的混合物，重量比为2.5-3.2:1。优选2.6-3.0:1。
所述的聚乙二醇为聚乙二醇400。
所述的经处理的白芨胶、聚乙二醇400的重量比为0.6-0.7:0.3-0.4，优选0.65:0.35。
本发明一种双包膜缓释保水尿素肥料的制备方法，如下步骤：
1)缓释保水尿素肥料内核制备：在造粒机中加入尿素颗粒，喷入雾化水将尿素颗粒表面淋湿，加5-10份滑石粉，待滑石粉均匀包裹在尿素颗粒表面后，再加入柑橘皮、茶叶混合而成的粉末，继续转动圆盘直至包裹完全，重复以上操作，喷入雾化水，加入剩余的滑石粉、保水剂，转动圆盘直至包裹完全，将制得的颗粒取出，烘干，制得保水缓释肥料内核；
2)内包膜缓释保水尿素肥料制备：将制得的肥料内核颗粒放入造粒机中，转动圆盘，喷入海藻酸钠、壳聚糖溶液，取出，烘干，得到内包膜保水缓释肥料。
3)双包膜缓释保水尿素肥料的制备：将烘干后的肥料颗粒放入造粒机中，喷入经处理的白芨胶、聚乙二醇溶液，加入淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物的混合物，包膜，直至均匀包裹到肥料颗粒表面，将包膜后的颗粒干燥双包膜保水缓释肥料颗粒。
上述制备方法中，所述的步骤1)中，滑石粉、保水剂的粒径为50-100μm。
上述制备方法中，所述的步骤1)中，柑橘皮、茶叶的平均粒径为100-150μm。
上述制备方法中，所述的步骤2)中，所述海藻酸钠、壳聚糖溶液为将海藻酸钠、壳聚糖溶于70％-80％乙醇溶液中，得到海藻酸钠、壳聚糖溶液，优选75％的乙醇溶液。
上述制备方法中，所述的步骤2)中，海藻酸钠：壳聚糖：乙醇溶液的重量比为(1.2-1.6):1:(47-52)，优选(1.2-1.6):1:50。
上述制备方法中，所述的步骤3)中，所述的白芨胶、聚乙二醇溶液为为将白芨胶、聚乙二醇溶于70％-80％乙醇溶液中，得到白芨胶、聚乙二醇溶液，优选75％的乙醇溶液。
上述制备方法中，所述的步骤3)中，白芨胶：聚乙二醇：乙醇溶液的重量比为(0.6-0.7:)(0.3-0.4):(29-31)，优选0.65:0.35:30。
本发明具有如下优点：
1.采用特定组成的肥料内核、特定重量比海藻酸钠、壳聚糖为内层包膜、经处理的白芨胶、聚乙二醇脂为粘结剂，协同作用保证了肥料内核尿素的缓释性能，90天释放率不高于70％，优选不高于65％；180天释放率为80％-90％。
2.采用特定重量比的淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物为外包膜，具有较高的保水性能，不仅可以进一步调节肥料的缓释性，而且能够保持土壤水份，减缓水分蒸发，使其被作物充分吸收，30天的土壤持水量不低于30％，优选不低于40％，更优选不低于50％。
3.本发明制备的双包膜缓释保水尿素肥料质量稳定，常温下放置12个月，缓释性能、保水性能保持不变。
具体实施方式
本发明公开了一种双包膜缓释保水尿素肥料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本发明的内容，结合农业肥料技术的相关原理，适当改进工艺参数来实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明范围内。本发明的应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
以下通过实施例来进一步阐述本发明，但实施例不对本发明做任何限定。
在以下实施例中，滑石粉、保水剂的粒径为50-100μm、柑橘皮、茶叶的平均粒径为100-150μm。
实施例1：双包膜缓释保水尿素肥料
制备方法：
1)缓释保水尿素肥料内核制备：在造粒机中加入尿素颗粒，喷入雾化水将尿素颗粒表面淋湿，加8份滑石粉，待滑石粉均匀包裹在尿素颗粒表面后，再加入柑橘皮、茶叶混合而成的粉末，继续转动圆盘直至包裹完全，重复以上操作，喷入雾化水，加入剩余的滑石粉、保水剂羟乙基纤维素，转动圆盘直至包裹完全，将制得的颗粒取出，烘干，制得保水缓释肥料内核；
2)内包膜缓释保水尿素肥料制备：将制得的肥料内核颗粒放入造粒机中，转动圆盘，喷入海藻酸钠、壳聚糖溶液，取出，烘干，得到内包膜缓释保水肥料。
3)双包膜缓释保水尿素肥料的制备：将烘干后的肥料颗粒放入造粒机中，喷入经处理的白芨胶、聚乙二醇溶液，加入淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物的混合物，包膜，直至均匀包裹到肥料颗粒表面，将包膜后的颗粒干燥双包膜缓释保水肥料颗粒。
实施例2：双包膜缓释保水尿素肥料
制备方法：同实施例1。
实施例3：双包膜缓释保水尿素肥料
肥料组成：
制备方法：同实施例1。
实施例4：双包膜缓释保水尿素肥料
制备方法：同实施例1。
实施例5：双包膜缓释保水尿素肥料
制备方法：同实施例1。
实施例6：双包膜缓释保水尿素肥料
制备方法：同实施例1。
实施例7：双包膜缓释保水尿素肥料
制备方法：同实施例1。
对比例1：双包膜缓释保水尿素肥料
肥料组成：使用未经处理的白芨胶代替经处理的白芨胶，其余同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比例2：双包膜缓释保水尿素肥料
肥料组成：肥料内核组成如下；内包膜、粘结剂、外包膜同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比例3：双包膜缓释保水尿素肥料
肥料内核组成如下；内包膜、粘结剂、外包膜同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比例4：双包膜缓释保水尿素肥料
肥料内核组成如下；内包膜、粘结剂、外包膜同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比例5：双包膜缓释保水尿素肥料
内包膜组成如下；肥料内核、粘结剂、外包膜同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比例6：双包膜缓释保水尿素肥料
内包膜组成如下；肥料内核、粘结剂、外包膜同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比例7：双包膜缓释保水尿素肥料
外包膜组成如下；肥料内核、内包膜、粘结剂同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比例8：双包膜缓释保水尿素肥料
外包膜组成如下；肥料内核、内包膜、粘结剂同实施例1。
制备方法：同实施例1。
对比例9：双包膜缓释保水尿素肥料
粘结剂组成如下；肥料内核、内包膜、外包膜同实施例1。
制备方法：同实施例1。
实施例8：缓释性能测试
将实施例1-实施例7、对比例1-对比例9制备的双包膜缓释保水尿素肥料、进行24h、14d、56d、90d、180d释放率测定，测定方法参照GB/T 23348-2009，实验结果如表1所示。测定温度为25℃。
表1双包膜缓释保水尿素肥料的释放率结果
从表1可以看出：本发明提供的双包膜缓释保水尿素肥料，特定组成的肥料内核、特定重量比海藻酸钠、壳聚糖为内层包膜、经处理的白芨胶、聚乙二醇脂为粘结剂，协同作用保证了双包膜缓释保水尿素肥料的缓释性能与保水性能。
对比分析实施例1-7与对比例2-3，可以看出：肥料内核的组成影响着双包膜缓释保水尿素肥料的缓释性能，当使用尿素为肥料内核(对比例2)、或使用尿素、滑石粉、羟乙基纤维素为肥料内核(对比例3)时，制备得到的双包膜缓释保水尿素肥料90天释放不低于80％，释放速度快，无法满足缓释肥料的要求。
对比分析实施例1-7与对比例5-6，内包膜的组成影响着双包膜缓释保水尿素肥料的缓释性能，当使用组成不同的内包膜(对比例5的海藻酸钠0.8份、壳聚糖1.7份)、或仅仅使用壳聚糖为内包膜(对比例6)时，制备得到的双包膜缓释保水尿素肥料90天释放不低于80％，释放速度快，无法满足缓释肥料的要求。
对比分析实施例1-7与对比例9，粘结剂的组成影响着双包膜缓释保水尿素肥料的缓释性能，当仅仅使用经处理的白芨胶为粘结剂(对比例9)时，制备得到的双包膜缓释保水尿素肥料90天释放不低于80％，释放速度快，无法满足缓释肥料的要求。
实施例9：保水性能的测试
测试方法：将2.0g的肥料颗粒和400g干土壤(过20目筛)充分混合均匀后装于500mL烧杯中，称重记为A，室温下放置。随后将一定量的自来水加入各烧杯中使土壤样品达到饱和，每隔2天称重一次，记为B。其它条件相同。用B与A的比值来评价肥料对土壤的保水性能。实验结果如表2所示。
表2双包膜缓释保水尿素肥料保水结果
从表2可以看出：本发明提供的双包膜缓释保水尿素肥料，采用特定组成的肥料内核、采用特定重量比的淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物为外包膜，协同作用保证了双包膜缓释保水尿素肥料的保水性能。
对比分析实施例1-7与对比例4，可以看出：肥料内核的组成影响着双包膜缓释保水尿素肥料的保水性能，当肥料内核中不添加羟乙基纤维素(对比例4)时，制备得到的双包膜缓释保水尿素肥料30天土壤持水量低于50％，保水性能差，无法满足缓释肥料的要求。
对比分析实施例1-7与对比例7，外包膜的组成影响着双包膜缓释保水尿素肥料的保水性能，当仅仅使用淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物为外包膜(对比例7)时，制备得到的双包膜缓释保水尿素肥料30天土壤持水量低于50％，保水性能差，无法满足缓释肥料的要求。
实施例10：放置12个月后双包膜缓释保水尿素肥料缓释性能测试
将放置12个月后的实施例1、对比例1、对比例8制备的双包膜缓释保水尿素肥料、进行24h、14d、56d、90d、180d释放率测定，测定方法参照GB/T 23348-2009，实验结果如表1所示。测定温度为25℃。
表3：放置12月后双包膜缓释保水尿素肥料的释放率结果
对比分析实施例1与对比例1，粘结剂的组成影响着双包膜缓释保水尿素肥料的缓释性能，当使用未经处理的白芨胶代替经处理的白芨胶(对比例1)时，制备得到的双包膜缓释保水尿素肥料放置12月后，90天释放不低于80％，释放速度快，无法满足缓释肥料的要求。
实施例11：保水性能的测试
将放置12个月后的实施例1、对比例8制备的双包膜缓释保水尿素肥料进行土壤持水量的测试。
测试方法：将2.0g的肥料颗粒和400g干土壤(过20目筛)充分混合均匀后装于500mL烧杯中，称重记为A，室温下放置。随后将一定量的自来水加入各烧杯中使土壤样品达到饱和，每隔2天称重一次，记为B。其它条件相同。用B与A的比值来评价肥料对土壤的保水性能。实验结果如表4所示。
表4：放置12月后双包膜缓释保水尿素肥料保水结果
对比分析实施例1与对比例8，外包膜的组成影响着双包膜缓释保水尿素肥料的保水性能，当使用组成不同的淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物为外包膜(对比例8)时，制备得到的双包膜缓释保水尿素肥料放置12月后，30天土壤持水量低于50％，保水性能差，无法满足缓释肥料的要求。。
