一种核壳结构缓控释肥及其制备方法技术

提供了一种核壳结构缓控释肥及其制备方法，涉及缓控释肥料生产领域。一种核壳结构缓控释肥，其包括肥料颗粒核心以及包覆于肥料颗粒核心表面的聚脲甲醛包膜层，聚脲甲醛的原料中尿素和甲醛摩尔比为1‑2.5:1，聚脲甲醛至少包括含碳原子数为2‑5的聚脲甲醛。可以通过调节反应条件改变聚脲甲醛分子量大小从而形成不同碳链长度的膜结构，该核壳结构缓控释肥不但控制氮、磷、钾大量营养元素的缓释，还可以控制钙、镁、铁、锌等中微量元素的缓释，适应不同作物对养分的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构缓控释肥及其制备方法
本公开涉及缓控释肥料生产领域，且特别涉及一种核壳结构缓控释肥及其制备方法。
技术介绍
化学肥料作为农业发展的重要生产资料，随着人类粮食需求的不断增加，化肥用量也在日益增加。目前我国化肥利用率较低，资源浪费以及环境污染等问题严重，经研究和大量试验基地示范证明，包膜的缓控释肥料可以大幅度提高肥料养分的利用率，有利于节约肥料资源和保护生态环境，确保农作物的生长发育。目前市场上开发的包膜材料有水不溶、微溶或难溶的有机及无机材料，虽然不同程度地提高了肥料的缓控释性能，但仍有需要改善的缺点。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种核壳结构缓控释肥。本公开的另一目的在于提供一种缓控释肥料的制备方法，其工艺简单、易操作。本公开解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。一方面，提供了一种核壳结构缓控释肥，其包括肥料颗粒核心以及包覆于肥料颗粒核心表面的聚脲甲醛包膜层，聚脲甲醛的原料中尿素和甲醛摩尔比为1-2.5:1，聚脲甲醛包膜层至少包括含碳原子数为2-5的聚脲甲醛。另一方面，提供了一种制备核壳结构缓控释肥的方法，包括：尿素和甲醛在碱性条件下生成羟甲基脲，然后调节至酸性喷涂到肥料颗粒核心表面，在蒸发去除水分的同时原位聚合生成聚脲甲醛以包覆肥料颗粒核心，得到核壳结构缓控释肥。包膜层中含有的聚合水不溶性成分通过土壤中微生物的作用缓慢分解，供作物吸收。随着包膜层的分解，核心颗粒肥料的养分被缓慢释放，直到最后包膜层完全分解，所有的养分也被完全释放出来。因包膜中聚脲甲醛的碳链长度不同，分解的快慢也不同，控制核心颗粒肥料养分的释放强度也随之不同。制备不同碳链长度和厚度的包膜层，从而满足不同作物的生长需要。包膜层本身为缓释氮肥，分解后无任何残留，不存在膜壳降解问题，绿色环保。附图说明图1为根据本专利技术一些实施方式的核壳结构缓控释肥截面图。图标：100-核壳结构缓控释肥；110-肥料颗粒核心；120-包膜层。具体实施方式为使本公开实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施方式的一种核壳结构缓控释肥100及其制备方法进行具体说明。目前市场上开发的包膜材料有水不溶、微溶或难溶的有机及无机材料，虽然不同程度地提高了肥料的缓控释性能，但仍有需要改善的缺点。比如水不溶的石蜡、沥青、塑料材料等难以降解的包膜材料会对土壤造成二次污染；可降解的有机聚合物价格昂贵，无法大面积推广；硫磺包膜虽然能够控制肥料释放，但在土壤中氧化分解快，养分释放快，且容易造成土壤酸化，破坏土壤结构；改性淀粉包膜材料在土壤中分解很快，缓控释效果也不理想。基于此，提出一种核壳结构缓控释肥100，其包括肥料颗粒核心110以及包覆于肥料颗粒核心110表面的聚脲甲醛包膜层120，聚脲甲醛的原料中尿素和甲醛摩尔比为1-2.5:1，聚脲甲醛至少包括含碳原子数为2-5的聚脲甲醛。通常，聚脲甲醛是脲甲醛中含有四种形式氮的缓释性氮肥，包含部分没有反应的过量尿素，能溶于冷水的一羟甲基脲、二羟甲基脲、一甲叉二脲，不溶于冷水而能溶于热水的二甲叉三脲、三甲叉四脲和热水也不能溶解的碳链长度超过四个碳原子数的脲。聚脲甲醛的主要成分是二甲叉三脲、三甲叉四脲等一系列长链的尿素与甲醛的缩合物，该缩合物不溶于冷水，能控制氮元素的释放速度，防止氮素流失，能在土壤中被微生物缓慢分解。用聚脲甲醛做包膜，能够控制包膜内颗粒肥料缓慢释放，使其被植物充分的吸收利用，有效提高化学肥料利用率，减轻化肥对土壤和水系造成的面源污染。核壳结构缓控释肥100的包膜层120为聚脲甲醛。在一些实施方式中，包膜层120中含有尿素以及水溶性羟甲基脲。包膜层120中含有的过量尿素以及没有发生聚合的水溶性羟甲基脲在土壤中溶解，逐渐形成微孔，使肥料颗粒核心110中部分水溶性养分首先被缓慢释放出来供作物吸收。包膜层120中含有的聚合水不溶性成分通过土壤中微生物的作用缓慢分解，供作物吸收。随着包膜层120的分解，核心中的颗粒肥料的养分被缓慢释放，直到最后包膜层120完全分解，所有的养分也被完全释放出来。因包膜层120中聚脲甲醛的碳链长度的不同，分解的快慢也不同，控制肥料颗粒核心110养分的释放强度也随之不同。制备不同碳链长度和厚度的包膜层120，从而满足不同作物的生长需要。包膜层120本身为缓释氮肥，分解后无任何残留，不存在膜壳降解问题，绿色环保。在本文中通过控制反应温度、pH值、原料配比等操作条件生产出具有不同分子量分布的不同碳链长度的聚脲甲醛。包膜层120本身为缓释氮肥，分解后供作物吸收，无任何残留，不存在膜壳降解问题，绿色环保。此核壳结构缓控释肥100的特点是用肥料包裹肥料，不添加其它任何材料，不会对土壤造成污染。另外，制备包膜材料的原料尿素和甲醛是市场上易得、常用的原料，价格低廉，合成的包膜层120成本价格仅2000元/吨左右，约是市场上其它包膜材料价格的十分之一左右，可以应用于大农业生产。而市场上价格高昂的可降解有机聚合物包膜的复合肥料只能应用于高价值的经济作物或者花卉等；或者只用这样的材料包裹水溶性氮肥，然后和含磷、钾及中、微量元素的颗粒肥料掺混生产成掺混肥料，这样的肥料磷、钾及中、微量元素都不能缓释。在本专利技术的实施方式中，聚脲甲醛是通过羟甲基脲在酸性条件下在肥料颗粒核心110表面蒸发去除水分的同时原位聚合得到。具体地，聚脲甲醛主要由以下步骤制备得到：将尿素和甲醛按照1-2.5:1的摩尔比混合，调节反应体系的pH值为7.5-11.5、温度为50℃-75℃，然后调节pH值至2.5～5.5。与传统的聚脲甲醛制备方法相比，传统的聚脲甲醛制备是将颗粒尿素先溶解于水中，然后加入甲醛溶液，将混合溶液加热到一定温度，调节pH值，使其发生羟甲基化反应。反应完成后，再调节pH值和温度，使其发生聚合反应。传统方法制备得到的聚脲甲醛为悬浊液，在水中即完全发生聚合反应。这种制备方法在聚合反应完成后含水量高达70％以上，需要放料、冷却、离心或板框压滤出部分水分，但这时滤饼中还含有35％～45％的水分，这部分水必须经过烘干机高温加热脱除，最后得到粉状或块状混合的聚脲甲醛缓释氮肥。由于传统方法制备的聚脲甲醛含水量较高，且在水溶液中已经发生聚合反应，无法喷涂成膜。即使与其它粘结剂混合包裹成膜，各分子之间也不会再发生交联和纠缠作用，膜的结构不够致密，在土壤中很容易分散崩解，其颗粒肥料核心无法缓慢释放。而本专利技术实施方式的包膜层120制备方法中，尿素不需要先溶解于水，而是在甲醛溶液中溶解、反应，制得的羟甲基脲、尿素混合溶液含水量较低，例如35％-45％，在调节至酸性后，聚合反应不在水相中发生，而是喷涂至肥料颗粒核心110表面，在水分蒸发的同时聚合固化成膜，各分子之间发生交联和纠缠作用，膜的结构致密，在土壤中不崩解，从而达到控制肥料颗粒核心110中各种营养元素缓慢释放的目的。在本专利技术的一些实施方式中，尿素与甲醛的摩尔比为1.2-2.2:1或1.5-2:1或1.6-1.8:1。在一些实施方式中，作为核心的肥料颗粒中含有N、P、K任何一种或几种元素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳结构缓控释肥，包括：肥料颗粒核心；以及包覆于所述肥料颗粒核心表面的聚脲甲醛包膜层，所述聚脲甲醛的原料中尿素和甲醛摩尔比为1‑2.5:1，所述聚脲甲醛至少包含碳原子数2‑5的聚脲甲醛。

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构缓控释肥，包括：肥料颗粒核心；以及包覆于所述肥料颗粒核心表面的聚脲甲醛包膜层，所述聚脲甲醛的原料中尿素和甲醛摩尔比为1-2.5:1，所述聚脲甲醛至少包含碳原子数2-5的聚脲甲醛。2.根据权利要求1所述的核壳结构缓控释肥，其特征在于，所述聚脲甲醛具有不同碳原子数，且分子相互交联或纠缠在一起。3.根据权利要求1所述的核壳结构缓控释肥，其特征在于，所述聚脲甲醛是通过羟甲基脲在酸性条件下在所述肥料颗粒核心表面蒸发去除水分的同时原位聚合得到。4.一种如权利要求1-3任一项所述的核壳结构缓控释肥的制备方法，其特征在于，包括：尿素和甲醛在碱性条件下生成羟甲基脲，然后调节至酸性，生成包膜原料液；将所述包膜原料液喷涂到所述肥料颗粒核心表面，在蒸发去除水分的同时原位聚合固化生成聚脲甲醛以包覆所述肥料颗粒核心，得到核壳结构缓控释肥。5.根据权利要求4所述的核壳结构缓控释肥的制备方法，其特征在于，所述包膜原料液的含水量按重量计为35％～45％。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建民，刘小勇，胡锦哲，万培坤，白云涛，胡书民，
申请(专利权)人：郑州高富肥料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41