基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜控释肥料及其制备方法技术

基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料，包膜控释肥料由肥芯颗粒与其外部的高分子包膜构成，特征是高分子包膜为水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯乳液；所述的水分散纳米SiO2占水基聚丙烯酸酯干物质的0.1%~2.5%；所述的高分子包膜材料干物质的质量占肥芯颗粒质量的5%~15%。其制备工艺过程水基聚丙烯酸酯乳液的制备，包衣液的制备以及包膜肥料的制备三部分。通过本发明专利技术采用0.5%的水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯乳液，聚合物的机械强度以及聚合物包膜和肥料的附着力都提高，用该复合乳液制备的包膜尿素不但环境友好，且控释效果优良，初期溶出率为3.6%，7天累积释放率为11.3%。

Based on water dispersed nano SiO

Based on water dispersed nano SiO

【技术实现步骤摘要】
基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜控释肥料及其制备方法
本专利技术属肥料制造
，具体涉及一种基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料，以及这种基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料的制备方法。
技术介绍
20世纪粮食单产的1/2，总产的1/3来自化肥的贡献。中国占世界10%的耕地消费了世界1/3的肥料，单位面积施肥量是世界平均施肥量的3倍[1]。肥料利用率低，不但造成了巨大的经济和能源压力，更造成了一系列的环境问题[2]。世界各国都在研制能提高养分高效利用的缓/控释肥料，其中聚合物包膜肥料是近年来的研究热点[3]。聚合物包膜肥料是利用高分子有机聚合物在传统的速溶肥料颗粒表面进行涂层，形成具有一定厚度的膜，并通过膜的渗透作用实现减缓或控制养分释放目的的一类控释肥料[4]。有机高分子聚合物因弹性好，控释效果稳定，是现有工业化的主要包膜材料[3]，如日本窒素-旭化成肥料公司（ChissoAsahiFertilizerCo.,Ltd）专利技术的聚烯烃包膜控释氮肥Nutricote，美国Scotts公司开发的醇酸树脂包膜肥料Osmocote，以色列Haifa公司开发的以聚氨酯为包膜材料的Multicote，都是目前已经商品化的有机高分子聚合物包膜肥料。然而这些聚合物包膜肥料在加工过程中需要使用有机溶剂，容易导致二次污染和引发安全问题。近年来水基聚合物包膜控释肥料发展迅速，成为目前聚合物包膜控释肥料的一大研究热点[3]。水基聚合物以水为溶剂，合成过程不需有机溶剂，成品无味，且易降解，被视为理想的环境友好型包膜控释材料[5,6]。在众多的水基聚合物中，水基聚丙烯酸酯乳液因具有来源广、价格相对低廉、易合成、成膜性好、粘度适合、制造储存运输无火灾危险等优点被广泛用于包膜肥料领域[7-9]。然而水基聚丙烯酸酯强度不够，耐水性差，导致以此为包膜材料制备的水基聚合物包膜肥料养分释放快，包膜材料强度低，包膜肥料释放过程中发生明显溶胀，在释放后期包膜易受扰动而破裂，使在静水中控释期长的包膜肥料在实际田间控释期反而变短，没法满足生长季节较长的水稻整个生长季的养分需求。为了减缓水基聚合物包膜肥料的养分释放速率，提高包膜材料的机械强度，对包膜材料进行各种方式的物理化学改性是目前的一个普遍做法。固体纳米SiO2的高比表面积使其极易团聚，最终难以分散均匀。而水分散纳米SiO2和水基聚丙烯酸酯乳液都为水分散系统，所以两者可以更好的共混，形成均一的体系。有研究表明采用原位乳液聚合的办法，将纳米二氧化硅溶胶与丙烯酸酯单体反应，制备出纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合乳液，结果表明乳液的附着力提高，聚合物力学性能提高[10]。然而采用水分散SiO2改性的水基聚丙烯酸酯乳液的资料未见报道，用水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯制作包膜肥料的专利及文献资料也未有报道。参考文献[1]赵秉强,林治安,刘增并.中国肥料产业诶来发展道路—提高肥料利用率,减少肥料用量[J].磷肥与复肥,2008,23(6):1-4.[2]Shaviv,A.MikkelsenR.L.1993.Controlled-releasefertilizerstoincreaseefficiencyofnutrientuseandminimizeenvironmentaldegradation-Areview[J].Nutr.Cycl.Agroecos.35:1–12.[3]樊小林,刘芳,廖照源,郑祥洲,喻建刚.我国控释肥料研究的现状和展望[J].植物营养与肥料学报.2009,15(2):463-473.[4]赵聪.水基聚合物包膜肥料生产工艺及优化[D].北京:中国科学院研究生院,2011.[5]胡树文.一种水基聚合物包膜及其包膜控释肥料的制备方法[P].CN:CN200710178608.3,2008.05.21.[6]林海涛.一种生物可降解型多功能自控缓释肥料及其制备方法[P].CN:CN200810015602.9,2008.08.20.[7]Donida,M.W.,Rocha,S.C.2002.Coatingofureawithanaqueouspolymericsuspensionionatwo-dimensionalspoutedbed[J].Dry.Technol.20(3):685–704.[8]daRosa,G.S.,anddosSantosRocha,S.C.2012.Useofvinassetoproduceslow–releasecoatedureainspoutedbed[J].Can.J.Chem.Eng.91:589–597.[9]杜昌文,申亚珍,周健民.基于水基反应成膜技术的聚合物包膜控释肥料及其制备方法[P].ZL201010157430.6,2010.04.27.[10]叶雨佐.纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合乳液的制备与表征[D].广州:华南理工大学,2011。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料，以及这种基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料的制备方法。本专利技术能够克服现有技术中的水基聚合物包膜控释肥料养分释放快，包膜材料强度低的弊端，通过本专利技术生产出的水基聚合物包膜控释尿素控释效果良好，初期溶出率为3.6%，7天的累积释放率为11.3%。完成本申请第一个专利技术任务的技术方案是：一种基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料，由肥料（肥芯颗粒）与其外部的高分子包膜构成，其特征在于，所述的高分子包膜为水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯乳液；所述的高分子包膜材料中干物质的质量占肥芯颗粒质量的5%~15%；所述的水基聚丙烯酸酯乳液原料构成的质量比为：丙烯酸丁酯80~120g、甲基丙烯酸甲酯80~120g、甲基丙烯酸3~7g、过硫酸钾0.68g、十二烷基苯磺酸钠3.09~5.15g、OP-108.24g，通过半连续乳液聚合而成；所述的水分散纳米SiO2占水基聚丙烯酸酯干物质的0.1%~2.5%。所述的肥料（肥芯颗粒）可以采用现有技术中常用的各种农业肥料，包括各种化学肥料、复合肥料或其他功能性肥料。以上肥料通过现有技术的造粒技术制成颗粒。本专利技术的水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯乳液的最佳配方为：丙烯酸丁酯110g、甲基丙烯酸甲酯90g、甲基丙烯酸5g、十二烷基苯磺酸钠4.12g、OP-108.24g、过硫酸钾0.68g、水250g、水分散纳米SiO20.5wt%。完成本申请第二个专利技术任务的技术方案是：一种基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料的制备工艺，包括水基聚丙烯酸酯乳液的制备，包衣乳液的配制，以及包膜肥料的制备三部分：其中，水基聚丙烯酸酯乳液的制备：⑴、将乳化剂十二烷基苯磺酸钠和OP-10溶解于去离子水中，搅拌形成均匀水相；⑵、将所述的丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯以及甲基丙烯酸三种丙烯酸酯单体混合形成油相；⑶、将步骤⑵得到的油相加入步骤⑴的水相中，连续搅拌30min制得预乳液；⑷、从三口瓶中倒出75%步骤⑶得到的预乳液，打开电热套，等反应温度上升到85℃后，将引发剂溶液（50ml，0.013g/mLK2S2O8）和从三口瓶倒出的预乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于水分散纳米SiO

【技术特征摘要】
2017.01.23 CN 20171005017381.一种基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料，由肥芯颗粒与其外部的高分子包膜构成，其特征在于，所述的高分子包膜由水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯乳液组成；所述的高分子包膜材料干物质的质量占肥芯颗粒质量的5%~15%。2.根据权利要求1所述的基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料，其特征在于，所述水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯乳液原料构成的质量比为：丙烯酸丁酯80~120g、甲基丙烯酸甲酯80~120g、甲基丙烯酸3~7g、过硫酸钾0.68g、十二烷基苯磺酸钠3.09~5.15g、OP-106.18~10.30g，通过半连续乳液聚合而成；改性的水分散纳米SiO2占水基聚丙烯酸酯干物质的0.1%~2.5%。3.根据权利要求2所述的基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料，其特征在于，所述水分散纳米SiO2的水基聚丙烯酸酯乳液原料构成的质量比为：丙烯酸丁酯110g、甲基丙烯酸甲酯90g、甲基丙烯酸5g、十二烷基苯磺酸钠4.12g、OP-108.24g、过硫酸钾0.68g、水250g、水分散纳米SiO20.5wt%。4.权利要求1所述的基于水分散纳米SiO2改性的水基聚丙烯酸酯包膜肥料的制备方法，其特征在于，包括水基聚丙烯酸酯乳液...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜昌文，申亚珍，周健民，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32