一种利用可见光固化水产废弃物的包膜控释肥料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用可见光固化水产废弃物的包膜控释肥料及其制备方法，属于控释肥料技术领域。本发明专利技术采用的可见光固化工艺解决了传统固化方法的能耗高、效率低、设备昂贵、成品质量差等问题，本发明专利技术以多种类水产加工废弃物作为包膜材料的原料，通过养分通道预留、疏水化处理、交联度增强等方式改善最终成膜效果和控释性能，既避免了目前控释肥料养分初期难释放的缺陷，也保证后期膜壳不会发生形变破裂；作物生长后期能有效延缓包膜肥料的养分释放，使其养分释放曲线更加平稳养分。此外，本发明专利技术所述的包膜材料的原料来源广泛且可再生，成本低廉，实现了水产加工废弃物再利用的新途径，拥有广阔的市场应用前景。拥有广阔的市场应用前景。拥有广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种利用可见光固化水产废弃物的包膜控释肥料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及控释肥料
，具体涉及一种利用可见光固化水产废弃物的包膜控释肥料及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统化肥的利用率很低，平均只有30％左右，未被完全利用的肥料会挥发到空气中或者随着土壤水分径流到地表使土壤富营养化，既浪费资源又污染环境。近些年，沿海有害藻类爆发情况愈加严重，主要原因是富含氮磷等化学物质的排放，这其中就有来自化肥不合理施用导致的养分径流所致。此外，我国水产养殖业的迅速发展也带来了负面影响，在水产加工过程中会产生大量的副产物，如鱼皮、鱼鳞、鱼鳍、鱼骨、鱼尾、鱼内脏等鱼类废弃物，以及藤壶壳、虾壳、蟹壳等甲壳类废弃物，长期以来，这些水产加工副产物被当作废弃物丢弃。这不仅会产生额外的劳动力和成本，还会破坏环境(腐败的过程会产生恶臭和微生物等)。
[0003]包膜肥料指水溶性肥料颗粒表面包覆一层半透性或难溶性膜，具有缓慢释放养分特性的一类肥料。包膜目的是使肥料在施入土壤后里面的速效养分缓慢或可控地释放，从而与植物养分吸收协调配合，提高肥料的利用率，降低环境的污染以实现资源环境的可持续发展。
[0004]因此，若将水产废弃物的加工产物作为控释肥料的包膜材料原料，既实现了水产加工废弃物再利用，又减轻了环境负担。现有技术中已有一些利用特定水产废弃物制备包膜材料的报道：专利CN104788584A公开了一种甲壳类原料清洁生产壳聚糖及羧甲基壳聚糖新工艺，包括包膜缓控释肥的应用，需要对脱钙、脱蛋白后的甲壳素再进行脱乙基化和羧甲基化以得到羧甲基壳聚糖，但原料利用率低，如果后续包膜，则还需要与异氰酸酯等石化原料进行反应制备。专利CN111499453A公开了一种三效合一的海藻酸包膜控释肥及其制备方法，涉及利用发酵海藻酸作为成膜组分进行包膜肥料制备，该方法需要经过对海藻的浸泡、离子交换、软化、调节pH、发酵、碱提取、水溶得到所需海藻酸，制备步骤繁琐，工艺复杂。专利CN102206121A公开了一种海洋多聚糖有机无机复混控释肥及其生产工艺，使用海洋动植物提取的多聚糖作为包膜原料，但是原料的加工需要经过酸
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碱
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酸
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消化
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凝固
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脱水
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灭菌多道工序，步骤复杂，且包膜肥料的制备中未明确海洋多聚糖作为成膜组分的固化机理。
[0005]还需要注意的是，目前市面上的包膜控释肥料仍存在问题：包膜材料仍以基于石化产品的高分子聚合物为主，例如多元醇、甘油酯、聚乙烯和聚砜等，其设计通常缺乏复杂的孔隙通道，导致养分释放前期停滞，再加上交联度低，在释放后期强大的渗透压作用下膜壳又易破碎，养分瞬间释放；而新兴的生物基包膜材料亲水性高，养分全程释放速率快且不稳定。这些包膜肥料都无法实现养分平缓、可控释放的目的，严重限制了其高效应用。更重要的是，传统控释肥料的包膜生产工艺以热固化为主，在包膜前需要对肥料颗粒进行预热以加快固化速度，费时费力，能耗过高伴随着成本升高。此外，在转鼓运转过程中，由于固化
时间太长，肥料颗粒之间会频繁摩擦碰撞再分开，期间长时间半固化状态下的膜壳会重复黏连
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撕裂
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再黏连过程，严重损坏最终成膜质量，既浪费了膜材，又损坏了控释效果。
[0006]光固化工艺是一种制备固相聚合物的技术，相比较于热固化工艺，光固化往往具有固化速度快、能耗低、成膜效果好、无挥发溶剂的优势。专利CN109824444B公开了一种光固化的包膜控释肥料及其制备方法，该方法利用果树废枝经液化、脱色、改性后加入光固化引发剂作为包膜材料进行包膜，实际其生物基材料占比低，且液化反应的条件为250～350℃，持续搅拌反应80～100min，能耗成本过高，不符合光固化工艺低能耗生产的最初目的。专利CN110483165A公开了一种包膜缓控肥料及其制备方法，包膜层包括第一包膜层环氧丙烯酸酯乳液光固化产物层，及第二包膜层甲基丙烯酸羟乙酯封端的水性聚氨酯预聚体光固化产物层，涂层制备时两层包膜液先后喷涂于肥料颗粒表面，统一进行紫外光固化，在成膜过程中两种不同的成膜组分会相互掺杂，破坏膜壳的完整性，实际会影响涂层的最终固化和控释效果；此外，两层包膜涂层均厚度为2～5mm，用量过多，不利于控制成本。专利CN103342910A公开了一种可降解光固化包膜材料及其在包膜缓/控释肥料中的应用，以植物油和可降解的丙烯酸酯类为主要原材料制备涂层，虽然紫外光固化有望解决热固化工艺的弊端，但上述专利均存在类似的问题，即目前的专利报道均为借助紫外光固化技术制备包膜控释肥料，对光源的使用有更高的要求，工厂需要订购专用的紫外光大型设备，且紫外光线对工人身体危害大，安全系数低，热量散发多，不适合实际应用于包膜控释肥料，影响了商业化生产的推进。相比较而言，价格低、寿命长、散热少、安全性高、环境友好的可见光光源正日益受到光固化市场的青睐。目前还很少见有以可见光固化的水产加工废弃物作为包膜材料制备包膜控释肥的报道。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种利用可见光固化水产废弃物的包膜控释肥料及其制备方法。本专利技术以多种类水产加工废弃物作为包膜材料的原料，通过曲折孔隙养分通道预留、疏水化处理、交联密度增强等方式改善最终成膜和控释效果，并赋予其可见光固化的能力。本专利技术的包膜控释肥料的全周期养分释放曲线平稳，符合作物养分需求规律，利于促进作物生长，具有优良的绿色发展前景。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一方面，提供一种可见光固化的包膜材料，包括以下重量份的原料：
[0010]成膜混合体系10份、增塑剂1～3份、光引发剂0.01～0.1份；
[0011]所述成膜混合体系由成膜基质、交联剂和粘合剂按重量比10:5:(0.5～2)混合而成；
[0012]所述成膜基质是以鱼废弃物为原料，经液化反应制备得到；
[0013]所述交联剂是以甲壳类废弃物为原料，经纯化反应和改性制备得到；
[0014]所述粘合剂是以废弃海藻为原料，经液化反应制备得到。
[0015]优选的，所述增塑剂为聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、对硝基偶氮苯丙烯酸酯、奎诺二甲基丙烯酸酯中的一种或几种的混合物。
[0016]优选的，所述光引发剂为环戊酮衍生物，包括2
‑
苄基环戊酮、2
‑
(羟甲基)环戊酮、
对甲苯磺酰腙环戊酮与酰基氧化膦衍生物，包括二苯基
‑
(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰)氧磷、2
‑
萘甲酰基二苯基氧化膦、(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)
‑
(2,4
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二甲基苯基)苯基氧化膦中的一种或几种的混合物。
[0017]本专利技术的第二方面，提供上述包膜材料的制备方法，包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可见光固化的包膜材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：成膜混合体系10份、增塑剂1～3份、可见光引发剂0.01～0.1份；所述成膜混合体系由成膜基质、交联剂和粘合剂按重量比10:5:(0.5～2)混合而成；所述成膜基质是以鱼废弃物为原料，经液化反应制备得到；所述交联剂是以甲壳类废弃物为原料，经纯化反应和改性制备得到；所述粘合剂是以废弃海藻为原料，经液化反应制备得到。2.根据权利要求1所述的包膜材料，其特征在于，所述增塑剂为聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、对硝基偶氮苯丙烯酸酯、奎诺二甲基丙烯酸酯中的一种或几种的混合物。3.根据权利要求1所述的包膜材料，其特征在于，所述可见光引发剂为环戊酮衍生物；优选的，所述可见光引发剂为2
‑
苄基环戊酮、2
‑
(羟甲基)环戊酮、对甲苯磺酰腙环戊酮与酰基氧化膦衍生物，包括二苯基
‑
(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰)氧磷、2
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萘甲酰基二苯基氧化膦、(2,4,6
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三甲基苯甲酰基)
‑
(2,4
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二甲基苯基)苯基氧化膦中的一种或几种的混合物。4.权利要求1～3任一项所述的包膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将鱼废弃物与液化剂A按重量比1：(4～6)混匀，再加入酸类催化剂，混合后进行液化反应，制得液化鱼废弃物产物，作为成膜基质；(2)将甲壳类废弃物在酸中浸泡24～36h后过滤，将过滤后的沉淀与碱类催化剂混匀，进行纯化反应，制得液化甲壳废弃物；向液化甲壳废弃物中加入改性剂，改性后得到的产物作为交联剂；(3)将废弃海藻和液化剂B按重量比1：(1～3)混合后进行液化反应，将液化产物作为粘合剂；(4)将成膜基质、交联剂和粘合剂按重量比10:5:(0.5～2)混合均匀，得到成膜混合体系；(5)将成膜混合体系与增塑剂和光引发剂按重...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨越超，杨铭传，张淑刚，李珊，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：