[發明專利]一種可生物降解的包膜材料及其包膜肥料

在審

• 申請號: 201710339791.4
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107118022A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 張愛平;程冬冬;張晴雯;楊正禮;杜章留;劉杏認;李貴春
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00;C05G3/08
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王文君

技術領域

本發明涉及一種可生物降解包膜材料的制備及其包膜肥料，屬于包膜肥料的技術領域。

背景技術

包膜肥料的包覆材料從其材料性狀主要可分為兩大類，分別是無機材料和有機材料。利用無機物材料包膜是通過粘結劑附著于肥料顆粒上，通過物理阻隔作用減少肥料與水分的接觸，從而達到緩釋的效果，這類材料主要有硫磺、粘土、鈣鎂磷肥、氧化鎂、石膏、磷酸鹽、硅酸鹽、腐殖酸、高嶺土、膨潤土、滑石粉等，其中，對硫包膜材料的研究最多。還有一些礦物質，如沸石、海泡石等由于具有較高的陽離子交換量，對于養分的保持具有特殊作用，成為一種具有潛力的緩控釋材料。無機包膜材料來源廣泛，且對土壤不構成危害，但無機包膜對肥料的封閉性不好，容易形成較大尺度的孔隙，使緩釋效果不佳。且無機材料韌性較差，在包裝及運輸過程中包膜易破碎脫落，大大降低緩釋效果。

有機聚合物包膜材料，這類材料又溶劑型熱塑性包膜材料，例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，這類材料在包膜過程中需要用到大量有毒的有機溶劑，溶劑損失量較大、回收困難。熱固性樹脂包膜，典型的有醇酸樹脂和聚氨酯類。采用熱固性樹脂進行包膜，沒有溶劑回收過程，可連續生產，緩釋性能優于聚烯烴類熱塑性樹脂，但價格一般高于后者。合成聚合物包膜在土壤中分解周期很長，長期施用會對土壤結構造成破壞。

發明內容

為解決包膜肥料制備中溶劑使用成本高、養分釋放完全后包膜材料短期內無法降解的問題，本發明提供了一種可生物降解包膜材料，它具有較高的韌性和緩釋性，其生產過程采用無溶劑包膜技術，而且生產效率高，同時避免了溶劑回收中的浪費，由于包膜材料加入了聚脲等具有生物降解性的材料，具有一定的生物降解能力，在農業生產中應用前景廣闊。

本發明所述的包膜材料，包括異氰酸酯和聚脲，其中異氰酸酯的質量分數為85～90％。

優選的，所述異氰酸酯為2,4-甲苯二異氰酸酯和2,6-甲苯二異氰酸酯的混合物；優選的，2,4-甲苯二異氰酸酯的質量分數為75～85％，最優的，2,4-甲苯二異氰酸酯的質量分數為80％。以上兩種異氰酸酯的相對用量會影響到包膜材料的緩釋性能，由于2,4-甲苯二異氰酸酯活性高于2,6-甲苯二異氰酸酯，成膜性能好，所以在膜材包覆時，2,4-甲苯二異氰酸酯含量較高時柔韌度較好，在2,4-甲苯二異氰酸酯的質量分數為75～85％內可形成兼備柔韌度和硬度均良好的膜材，有利于肥料運輸和養分緩釋。

優選的，所述聚脲由以下方法制備得到：

1)在高壓反應釜中加入的尿素和甲醇，在攪拌速度為15～25r/min，溫度60℃～80℃的條件下反應2～4h，得氨基脲中間產物；

2)向所述氨基脲中間產物中再加入碳酸鉀，起封端作用的尿素和三異氰酸酯，然后經過蒸餾得到聚脲。

上述制備方法引入了尿素，能夠顯著降低原料成本。

優選的，在制備聚脲的過程中，按重量份，所述尿素的添加量為90～110份，所述甲醇的添加量為550～650份，所述碳酸鉀的添加量為1～3份，所述起封端作用的尿素的添加量為6～10份，所述三異氰酸酯的添加量為0.8～1.2份。

進一步優選的，按重量份，所述尿素的添加量為100份，所述甲醇的添加量為554～625份，所述碳酸鉀的添加量為1～1.5份，所述起封端作用的尿素的添加量為6～8份，所述三異氰酸酯的添加量為0.8～1.2份。

本發明的另一目的是保護在表面包覆有本發明所述包膜材料的包膜肥料。

優選的，包膜材料的厚度20～150μm。

進一步優選的，在制備的過程中，根據肥料密度的不同，所述包膜材料占所述肥料核心的質量百分數為4～8.5％。

優選的，所述包膜肥料的核心為尿素顆?；驈秃戏暑w粒。所述復合肥料可為農業領域常用的任意復合肥料。

優選的，復合肥料的粒徑為2.5～5mm。

優選的，本發明所述包膜肥料的制備方法包括如下步驟：

1)將所述包膜肥料的核心顆粒在包衣機中加熱到60℃～80℃，然后將占肥料核心總質量0.5～2％的包膜材料加入到所述包衣機中，在不斷轉動的核心顆粒的表面固化10～15min；

2)重復上述包膜操作5～8次直至包膜材料占肥料核心總質量的4％～8.5％，然后加入為包膜肥料總質量的0.1％～0.5％的聚乙烯蠟，冷卻至25℃，制得包膜肥料。

本發明包膜肥料的制備方法，優選的，加熱溫度為70℃～80℃。

本發明包膜肥料的制備方法，優選的，所述包膜材料固化時間12min。由于包膜材料在常溫下呈液體狀態，因此需要在較高的溫度下進行固化。