農業有機廢棄物改性為可降解膜的控釋肥料及其制備方法
【專利說明】
(一)
技術領域
[0001]本發明涉及一種農業有機廢棄物改性為可降解膜的控釋肥料及其制備方法，屬于控釋肥料生產領域。
(二)
【背景技術】
[0002]包膜控釋肥料是一種可以精確控制養分釋放特性的智能肥料。它是通過在肥料表面形成一層聚合物的低滲透膜，因而能控制水進入肥料核心以及養分溶液從膜內向外部擴散的速度。因此，可以調節膜的厚度以及膜的性質來達到不同控釋效果，使之適應不同作物的養分需求特性，以達到提高肥效的目的。包膜肥料的發明應用不但大大提高了肥料利用率減少了肥料的浪費，還減少了肥料對地下水、河流等水體以及環境的污染，并且減少了勞動用工。
[0003]目前，包膜肥料有各種各樣的包膜配方以及多種包膜工藝。國內外研究較多的有機溶劑型的包膜材料，以日本“Meister”和美國的“Osmocote”為代表。這些肥料是將包膜材料先溶解于有機溶劑，然后通過流化床工藝包裹在肥料表面，最后將有機溶劑回收。這種生產工藝能將膜材料均勻的包裹在肥料表面，但是此工藝能耗高，流程復雜，有機溶劑大多有較高毒性且回收成本較高。因此，使用此工藝生產的包膜肥料往往價格高昂，僅限于有限的經濟作物和花卉使用，難以推廣。
[0004]還有一種是直接在肥料表面反應成膜的生產工藝。此工藝采用的材料主要有環氧樹脂，聚氨酯樹脂等。這種工藝通常是使用液態膜材料和固化劑直接在肥料表面反應成控釋膜。這種工藝操作簡單，固化成膜時間較短，因此，可以大范圍推廣使用。但是由于這種膜材料的主要原料來源于石油化工產品，石油化工產品成本也較高而且石油是不可再生資源，因此不利于控釋肥料行業的可持續發展。另外，中國專利“以農作物秸桿為可降解膜的包膜控釋肥料及其生產方法”(專利號201210261735.0，公布號CN102795924A)公開了一種利用農業秸桿液化為可降解膜材料的包膜肥料，但是其液化的有機廢棄物均為單一的秸桿或其他有機物，每種單一有機物的纖維含量都不相同，這導致液化結果不是很理想。另外，其液化的溫度普遍較高，能達到150°C甚至200°C，而且持續高溫的時間長，能達到1.5h甚至2h，導致能耗高，長時間的高溫反應容易造成炭化。而且，這種膜材料含有較多的吸水基團，雖能用于包膜肥料的生產，但是膜材控釋效果不理想，要達到較好的養分控釋特性，必須加大膜材料用量，而且，包膜過程的溫度也很高，導致生產成本較高，很難再大田作物上大面積推廣。
(三)
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種農業有機廢棄物改性為可降解膜的控釋肥料及其制備方法，是一種以有機硅改性農業有機廢棄物為可降解膜材料的包膜控釋肥料及其生產方法。本方法采用兩種或兩種以上的有機廢棄物能解決秸桿成分單一的問題。本方法液化反應選用新型的液化劑環己醇、正丁醇和對甲基苯酚，液化過程中，快速升至高溫150°C加熱lOmin，然后降至中溫110-120°c維持10-20min，最后降至低溫100°C持續1min直至反應結束，冷卻到室溫。這種液化過程，比其他方法的液化過程所需的溫度低，持續高溫僅為lOmin，高溫時間短，大大降低了能耗，且有效的阻止了有機物的炭化，反應的時間也比其他方法減少了 0.5-1.5h，進一步降低了能耗。另外，本方法在可降解膜材料的基礎上加入改性劑有機硅，與固化劑按不同的比例同時在肥料表面固化成膜，改性劑有機硅的加入，增加膜材料的疏水性能，大大延長了養分釋放期，提高了包膜肥料的控釋效果。另外，與直接利用秸桿液化物為包膜材料的方法相比，由于有機硅疏水基團的引入，大大降低了膜材料的用量，且控釋效果更好。由于有機硅改性劑加入量很少，且價格也便宜，因此，本發明及其產品制備方法具備成本低、資源再生、可降解、工藝簡單、能耗少等特點，有利于廣泛推廣應用。
[0006]—種農業有機廢棄物改性為可降解膜的控釋肥料，其制備方法為將20-30份粉碎的農業有機廢棄物，100份液化劑，3-5份催化劑混合均勻，迅速升溫至1500C下反應1min，降至110-120°C反應10-20min，再降溫至100°C反應1min結束反應，冷卻至室溫后即可得到液化產物;將包衣機中的肥料預熱到30-400C，然后將液化產物、改性劑和固化劑按比例混合均勻作為包膜材料噴涂或者直接加入到包衣機內，固化成膜得到包膜控釋肥料;所述肥料為直徑2-5mm的普通尿素、復合肥、磷酸一銨、磷酸二銨、硫酸鉀、氯化鉀或硝酸鉀。
[0007]所述的農業有機廢棄物是小麥秸桿、花生殼、木肩、玉米芯、棉花秸桿和/或棉鈴殼等中的兩種或兩種以上的混合物;優選的，所述農業有機廢棄物為小麥秸桿、花生殼、棉鈴殼按照重量比1:1:1的混合物。
[0008]所述的液化劑是環己醇與正丁醇、對甲基苯酚或環碳酸乙烯酯中的兩種或兩種以上的混合物;每個液化劑組合中必須加入環己醇；優選的，所述液化劑為環己醇、對甲基苯酚、環碳酸乙烯酯按照重量比為I: 1:1的混合物。
[0009]所述的催化劑為濃硫酸和鉑鎢合金催化劑兩者的混合物;優選的濃硫酸和鉑鎢合金混合催化劑按照重量比1:1-2的混合物。
[0010]所述的改性劑是六甲基環三硅氧烷、γ-環氧丙氧基丙基三甲基硅烷或二甲基硅氧烷的一種或兩種的混合物。優選的，所述的改性劑為六甲基環三硅氧烷、γ-環氧丙氧基丙基三甲基硅烷、二甲基硅氧烷按照重量比為I: 1:1的混合物。
[0011]所述的固化劑是異佛爾酮二異氰酸酯、亞己基二異氰酸酯、反式環己烷二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種的混合物。
[0012]所述液化產物、改性劑、固化劑分別占所述包膜材料重量比的20-60%、5-15%、30-65 %，所述液化產物、改性劑和固化劑占包膜材料的重量百分比之和為100 % ；噴涂在肥料顆粒表面的包膜材料占控釋肥料總重量的3-10 %。
[0013]本發明的要點是:
[0014]要點之一是:液化劑，農業有機廢棄物，催化劑按一定的順序一定的比例加入到反應釜內，即先將液化劑加入到反應釜內，并開啟加熱和攪拌，然后再加入有機廢棄物粉末，再加入催化劑，并且反應過程首先快速升溫到高溫150°C加熱10分鐘，然后維持中溫110-120°(:10-20分鐘，最后在低溫100°(:反應10分鐘。整個反應過程的時間比其他方法溫度低500C-1OO0C,時間短0.5-1.5h，降低了能耗。
[0015]要點之二是:本產品制備工藝簡單，直接在轉鼓內反應成膜，并且所需能耗小，反應時間短在30-40°C條件下一分鐘即可固化成膜比其他方法既減少了反應溫度，又減少了反應時間。
[0016]要點之三是:在計算出精確配比的基礎上，有機硅的加入，增加膜材料的疏水性能，達到提高包膜控釋肥料控釋效果的目的，利用本發明生產的包膜控釋肥料控釋期可達到1-12個月不等，而且同樣的控釋期，改性的包膜材料比未改性的包膜材料減少30-50%左右.相同重量的包膜材料本產品的控釋時間你其他產品控釋時間增加30-90%。
[0017]本發明的優點:
[0018]1.以典型的農業有廢棄物為原料，基本含蓋了各種生物有機質材料，充分利用了廢棄的可再生資源，不僅減少了資源浪費和對環境的污染，而且大大降低了成本，減少了對石油化工產品的依賴，實現了可持續發展。
[0019]2.選取的液化溫度比較低，液化反應的時間較低，大大降低了能耗，減少了成本。
[0020]3.采取的包膜工藝簡單，固化時間快，適宜大規模生產。
[0021]4.本發明生產的包膜控釋肥料殘膜可以降解并且含有一定的有機營養物質，分解后可以給作物提供營養。
[0022]5.包膜控釋肥料控釋效果良好，控釋期在1-12個月左右，可以按照需要滿足不同作物的需肥規律。
(四)
【附圖說明】
[0023]圖1有機硅改性農業有機廢棄物為降解膜的包膜控釋肥料生產工藝流程圖。
[0024]圖中:1、首先將尿素或其它肥料顆粒放入包衣機中預熱到30-40°C;2、將粉碎的農業有機廢棄物粉末與液化劑、催化劑按一定比例加入反應釜內按照上述方法反應得到液化產物;3、將固化劑異氰酸酯與液化產物同時噴涂或加入到包衣