一種保水型高分子緩釋氮鉀肥及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及保水型緩/控釋肥領域，具體是一種保水型高分子緩釋氮鉀肥及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 農業是國民經濟的基礎，我國是一個農業大國，肥料利用率低導致的資源浪費、環 境污染以及干旱缺水是制約我國農業發展眾多因素中的兩大主要因素。近年來，為促進水、 肥一體化，提高水肥生產效率，將保水劑的保水功能、緩釋技術與肥料一體化，研發保水型 緩/控釋肥是解決生產實際問題以及肥料革新的國內外研究熱點。
[0003] 然而，目前文獻報道的保水型緩釋肥主要為包膜型，其工藝研究較落后，成本高， 較難產業化生產和推廣，且養分含量和養分的釋放受到包膜材料的影響。
【發明內容】
[0004] 本發明為了解決目前國內外保水型緩釋肥工藝研究領域較落后的問題，提供了一 種保水型高分子緩釋氮鉀肥，其是一種具有網絡結構的大分子聚合物，該聚合物的大分子 鏈上含有大量的吸水基團-COOH和-NH 2，因此具有優異的吸水性能，并且該聚合物可以通過 分子鏈斷裂將肥料養分釋放出來，具有良好的養分緩控釋性能。
[0005] 本發明是通過以下技術方案實現的：一種保水型高分子緩釋氮鉀肥，其結構式 為：
[0007] 該保水型高分子緩釋氮鉀肥其中氮、鉀兩種營養元素以及-C00H、-NH2兩種吸水性 基團在同一高分子鏈上，并且相鄰高分子鏈之間形成三維網絡結構。其反應方程式為：
[0008]
[0009] 進一步，本發明提供了該保水型高分子緩釋氮鉀肥的制備方法，其步驟為：
[0010] (1)在反應容器中加入氫氧化鉀溶液和丙烯酸，冰浴中攪拌至混合均勻；隨后加 入尿素，攪拌至尿素完全溶解；再加入引發劑過硫酸鉀，攪拌至過硫酸鉀完全溶解；后加入 交聯劑N，N' -亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至交聯劑完全溶解，繼續攪拌30min，至溶液混合均 勻；
[0011] (2)混合均勻的溶液密封，于25~75°C下反應2~6. 5h后，造粒，干燥即可得保 水型高分子緩釋氮鉀肥。
[0012] 本發明所述的制備方法，采用的是溶液聚合的方法將小分子物質尿素與丙烯酸反 應生成具有網絡結構的大分子聚合物，簡化了生產工藝、降低了成本。
[0013] 上述制備方法中所述的冰浴溫度為0~5 °C。具體應用時，采用的氫氧化鉀溶液中 氫氧化鉀的質量分數為20%，所用物料的攪拌時間均為15~30min。
[0014] 另外，所述氫氧化鉀和丙烯酸的摩爾比為0.75~1.2:1，所述尿素與丙烯酸的摩 爾比為0. 4~1. 8:1，優化的氫氧化鉀、尿素和丙稀酸的摩爾比為0. 95:1:1。
[0015] 進一步，引發劑過硫酸鉀的質量為丙烯酸質量的0. 5~5%，優化的引發劑過硫酸 鉀的質量為丙稀酸質量的1. 5%。
[0016] 本發明中所述交聯劑N, N' -亞甲基雙丙烯酰胺的質量為丙烯酸質量的0. 005~ 0.08%。但參見圖1，由圖可知當交聯劑的用量為丙烯酸質量的0.01 %時，肥料的吸水倍率 最高；當交聯劑的用量大于丙烯酸質量的0.01%時，肥料的吸水倍率逐漸減小。這是由于 隨著交聯劑用量的增加，交聯密度增加，使高分子鏈段運動受到的阻力增大，交聯網絡擴張 受阻，宏觀表現為肥料顆粒的膨脹率較小。當交聯劑的用量小于丙烯酸質量的0. 01 %時，肥 料顆粒（樹脂）具有膨潤性，不具有吸水樹脂的特性，增加了肥料的可溶部分，吸水后失去 強度。因此，優化的交聯劑N，N' -亞甲基雙丙烯酰胺的質量為丙烯酸質量的0. 01%。
[0017] 還有本發明所述制備方法中，步驟（2)中優化的反應溫度為45°C，反應時間為4h。
[0018] 本發明所述的保水型高分子緩釋氮鉀肥與現有包膜型保水緩釋肥相比，具有如下 有益效果：
[0019] I .本發明所述的制備方法為溶液聚合法，工藝簡單易操作，所制保水型高分子 緩釋氮鉀肥是化學合成型保水緩釋肥，可以彌補包膜型保水緩釋肥的養分釋放受到包膜材 料限制且工藝復雜等缺陷；
[0020] II .本發明所述的保水型高分子緩釋氮鉀肥僅以氫氧化鉀、丙烯酸和尿素為原 料，原料廉價易得，避免了包膜材料復雜的預處理過程，生產成本低，且含氮、鉀量高；
[0021] III.本發明制備的聚合物分子鏈上含有大量的吸水基團-COOH和-NH2，具有良好 的吸水性能，在去離子水中的吸水倍率高達900g. g 1以上，在雨水中的吸水倍率達到600g. g1以上，具有良好的應用前景；
[0022] IV .本發明所述的保水型高分子緩釋氮鉀肥分子中的氮、鉀兩種營養元素通過化 學鍵牢固地連接在高分子網絡結構上，通過分子鏈斷裂將肥料養分釋放出來，具有優異的 養分緩控釋性能，可降低淋溶損失，大幅度提高化肥養分的利用率；
[0023] V .本發明所述的高分子緩釋氮鉀肥施入土壤后，在土壤微生物的作用下逐步水 解、降解為小分子營養物質，不斷被植物吸收，既不會產生燒苗現象，也不會給土壤留下不 能被吸收的有害物質，是一種符合綠色環保要求的新型化肥。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明所述保水型高分子緩釋氮鉀肥的吸水倍率與交聯劑用量的關系。
【具體實施方式】
[0025] 本發明中采用的評價指標以及測試方法如下：
[0026] 采用分光光度法測定化肥的全氮含量，采用火焰光度法測定化肥的全鉀含量。
[0027] 吸水倍率的測試：將0.1 Og保水型高分子緩釋氮鉀肥放入到裝有IOOmL蒸餾水的 培養瓶中，封口后于25°C的恒溫恒濕培養箱中培養。24h后，過濾，稱重，用公式Qfe.g 1)= (W2-W1)/化計算肥料的吸水倍率。
[0028] 實施例1
[0029] -種保水型高分子緩釋氮鉀肥的制備方法，其步驟為：
[0030] (1)在反應容器中加入氫氧化鉀溶液和丙烯酸（氫氧化鉀的質量分數為20%， 氫氧化鉀和丙烯酸的摩爾比為1:1)，冰浴中攪拌15min至混合均勻；隨后加入與丙烯酸的 摩爾比為1. 8:1的尿素，攪拌20min至尿素完全溶解；再加入為丙烯酸質量的0. 5 %的引 發劑過硫酸鉀，攪拌30min至過硫酸鉀完全溶解；后加入為丙烯酸質量的0. 02%的交聯劑 N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌20min至交聯劑完全溶解，繼續攪拌30min，至溶液混合均 勻；
[0031] (2)混合均勻的溶液密封，于75°C下反應2h后，造粒，干燥即可得保水型高分子 緩釋氮鉀肥，該氮鉀肥中氮含量為28. 32 %，鉀含量為11. 67 %，在去離子水中吸水倍率為 153. 68g. g \在雨水中吸水倍率為35. 31g. g、
[0032] 實施例2
[0033] -種保水型高分子緩釋氮鉀肥的制備方法，其步驟為：
[0034] (1)在反應容器中加入氫氧化鉀溶液和丙烯酸（氫氧化鉀的質量分數為20%，氫 氧化鉀和丙烯酸的摩爾比為0. 85:1)，冰浴中攪拌30min至混合均勻；隨后加入與丙烯酸 的摩爾比為0. 8:1的尿素，攪拌15min至尿素完全溶解；再加入為丙烯酸質量的2. 5%的引 發劑過硫酸鉀，攪拌15min至過硫酸鉀完全溶解；后加入為丙烯酸質量的0. 01 %的交聯劑 N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌20min至交聯劑完全溶解，繼續攪拌30min，至溶液混合均 勻；
[0035](2)混合均勻的溶液密封，于45°C下反應4h后，造粒，干燥即可得保水型高分