制備緩釋肥料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制備具有包衣表面的緩釋肥料的方法。此外，本發(fā)明涉及一種包衣層的制劑。
[0002]發(fā)明背景
[0003]對于制備緩釋或控釋肥料已進行許多嘗試。焦點領(lǐng)域是降低初始劑量并在延長的時間范圍內(nèi)保持肥料的恒定水平。機制包括控制材料的水溶性(通過半滲透性包衣，阻塞，或者通過聚合物、天然含氮有機物、蛋白質(zhì)材料、或其他化學(xué)形式的固有非水溶性)，通過水溶性化合物的緩慢水解，材料通過多孔結(jié)構(gòu)的擴散或者通過載體的生物可降解性。聚合物包衣的肥料已在許多國家商業(yè)銷售。
[0004]木質(zhì)素是世界上第二豐富的天然聚合物，是制漿碾磨的廢料。木質(zhì)素在水中不溶解，但是在一些諸如乙醇、甲醇、己烷等溶劑中部分或者完全溶解。在有機溶劑中溶解的木質(zhì)素溶液顯示優(yōu)良的成膜性。因此，其可以容易地涂覆到肥料顆粒的表面。
[0005]在中國專利公開CNl 164531中，首先通過加入5_10%十二烷基苯磺酸鈉將木質(zhì)素溶解在水中，然后通過將木質(zhì)素溶液與肥料混合或者將木質(zhì)素溶液噴涂到肥料上制備緩釋肥料。最終的干燥方法是熱風(fēng)干燥。
[0006]在中國專利公開CN1164531的權(quán)利要求1中明確指出，包衣材料是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的粉末類材料，例如木鋸肩、木材殘渣、樹枝、農(nóng)業(yè)廢物和胡桃殼。事實上，在這些粉末類材料中，木質(zhì)素不是主要元素。
[0007]中國專利公開CN1164531采用其他粘合劑將粉末粘合到肥料的表面上。
[0008]兩份專利申請WO 11055174和W011005175公開了兩種涉及木質(zhì)素的方法。一種方法是將木質(zhì)素與尿素直接混合。另一種方法是在水性體系中，高溫下使木質(zhì)素與尿素反應(yīng)。
[0009]發(fā)明概述
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種具有緩釋性質(zhì)的尿素肥料以及用于制備緩釋肥料的方法。養(yǎng)料釋放速率可以通過改變包衣層的配方或者包衣重量進行控制。這種肥料是非常廉價的，可用于農(nóng)作物、灌木、花丼和草坪的施肥。
[0011]本發(fā)明的第一方面是提供一種制備緩釋肥料的方法，所述方法包括以下步驟:
[0012]a)將木質(zhì)素、烯基琥珀酸酐、硬脂酸和PEG-2000溶解在加熱至50_100°C的溶劑中；
[0013]b)采用步驟a)獲得的溶液在尿素顆粒的表面上形成包衣并干燥；
[0014]c)將步驟b)獲得的包衣顆粒浸沒到烯基琥珀酸酐中；
[0015]d)使高嶺土吸附到包衣顆粒的表面上，
[0016]其中，所述包衣材料占包衣肥料總重量的20-80%。
[0017]在一個實施方式中，用于制備緩釋肥料的方法包括以下步驟:
[0018]a)將30-70重量份的木質(zhì)素、5_10重量份的烯基琥珀酸酐、5_15重量份的硬脂酸和5-15重量份的PEG-2000溶解在加熱至50_100°C的溶劑中；
[0019]b)采用步驟a)獲得的溶液在尿素顆粒的表面上形成包衣并干燥；
[0020]c)將步驟b)獲得的包衣顆粒浸沒到烯基琥珀酸酐中以吸收2-10重量份的烯基琥珀酸酐；
[0021]d)使2-10重量份的高嶺土吸附到包衣顆粒的表面上；
[0022]其中，所述包衣材料占包衣肥料總重量的20-80%。
[0023]在一個實施方式中，溶劑選自:1，4-二噁烷、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、乙醇、甲醇、己烷、二甲基亞砜、2-甲氧基乙醇或它們的混合物。
[0024]在一個實施方式中，木質(zhì)素中木質(zhì)素含量大于80%，重均分子量大于1500g/mol。
[0025]在一個實施方式中，溶劑與木質(zhì)素的重量比為3:1至7:1。
[0026]在一個實施方式中，干燥在40 °C至溶劑沸點的溫度范圍內(nèi)進行。
[0027]在一個實施方式中，干燥在40-60°C的溫度和1-1OlkPa的壓力下進行，或者干燥在40-60°C的熱風(fēng)和l-7bar的壓力下進行。
[0028]在一個實施方式中，烯基琥珀酸酐具有14-20個碳原子的線性烯基鏈。
[0029]在一個實施方式中，在尿素顆粒表面形成包衣是通過將尿素顆粒浸沒到步驟a)獲得的溶液中或者通過將步驟a)獲得的溶液噴涂到尿素顆粒的表面上來實現(xiàn)的。
[0030]本發(fā)明的第二方面是提供一種包衣材料的制劑，其包含30-70重量％的木質(zhì)素化合物，10-25重量％的烯基琥珀酸酐，5-20重量％的硬脂酸，5-15重量％的聚乙二醇(PEG) -2000以及2-15重量％的高嶺土，其中所有重量百分比以包衣材料總重量為基準(zhǔn)。
[0031]在一個實施方式中，烯基琥珀酸酐具有14-20個碳原子的線性烯基鏈。
[0032]本發(fā)明的第三方面是提供一種由本發(fā)明方法制備得到的肥料。
[0033]附圖簡要說明
[0034]圖1顯示了與純的尿素相比，實施例1的緩釋肥料的釋放分布。
[0035]圖2顯示了與純的尿素相比，實施例2的緩釋肥料的釋放分布。
[0036]圖3顯示了具有不同包衣重量的緩釋肥料的釋放分布。
[0037]本發(fā)明的實施方式
[0038]在本發(fā)明中，通過將木質(zhì)素部分或全部溶解在選擇性有機溶劑中并且控制粘度、流變學(xué)性質(zhì)以及尿素表面的成膜能力使得木質(zhì)素為液相，因而無需其他粘合劑。
[0039]本發(fā)明中使用的木質(zhì)素是天然木質(zhì)素，木質(zhì)素含量大于80%。本發(fā)明中使用的木質(zhì)素化合物可以是木質(zhì)素含量大于80%并且重均分子量大于1500g/mol的任何類型的木質(zhì)素。
[0040]木質(zhì)素可以從制漿工藝的黑液中提取或者從生物質(zhì)碳水化合物水解的殘渣中提取。市售堿木質(zhì)素在用作肥料之前需要進行純化。市售酶水解木質(zhì)素可直接用作原料。用諸如乙醇、甲酸、乙酸、1-丁醇等有機溶劑制漿得到的木質(zhì)素也可用作原料。
[0041]木質(zhì)素在不同方案中具有不同的性質(zhì)。溶解在有機溶劑中的木質(zhì)素顯示優(yōu)良的成膜性，無需加入其他粘合劑。真空干燥技術(shù)可降低能量消耗，同時循環(huán)利用有機溶劑。
[0042]在本發(fā)明中，使用溶劑溶解木質(zhì)素和包衣材料中的其他組分?？梢允褂脤δ举|(zhì)素具有優(yōu)良溶解性的所有溶劑，包括1，4-二噁烷、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇、甲醇、己烷、二甲基亞砜(DMSO)、2-甲氧基乙醇等。原則上，所有能夠溶解木質(zhì)素但尿素不能溶解的這些溶劑均適用于該應(yīng)用，例如二甲基亞砜(DMSO)、2_甲氧基乙醇、1，4-二噁烷、四氫呋喃、N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇、甲醇、己燒或它們的混合物。
[0043]通常，溶劑與木質(zhì)素的重量比為3:1至7:1。這就表示木質(zhì)素在溶劑中的濃度為25-70%。
[0044]本發(fā)明中，干燥方法在40-60 0C的溫度和1-1OlkPa的壓力下干燥，或者在40_60°C的熱風(fēng)和l_7bar、優(yōu)選2_3bar的壓力下干燥。
[0045]尿素顆粒是市售可得的常規(guī)尿素肥料。尿素顆粒的直徑為0.2mm至3.0_。
[0046]噴涂包衣:包衣溶液通過空氣或者加壓泵加壓，然后輸送到噴嘴。小顆粒噴涂到尿素顆粒的表面上。
[0047]浸沒包衣:尿素顆粒置于篩網(wǎng)中，然后與篩網(wǎng)一起放置到包衣溶液中。3-5秒后，取出篩網(wǎng)，然后將尿素顆粒轉(zhuǎn)移到搖板上。
[0048]本發(fā)明的發(fā)明人相信，浸沒包衣具有更多優(yōu)點，包括更好地控制光滑性的表面覆蓋率、厚度以及較少缺損。因此，控釋動力學(xué)(在具體時間點的尿素濃度)將顯著不同。
[0049]原則上，較高的包衣重量將導(dǎo)致較慢的尿素釋放。
[0050]由于尿素極易溶于水，尿素直接施肥起效快但效果短暫?？蒯尫柿峡梢栽谕寥乐芯徛尫拍蛩?，將養(yǎng)分含量在長時間內(nèi)保持在某一水平，因而降低了尿素浪費和環(huán)境污染。
[0051]溶解木質(zhì)素的溫度可以在20°C和用于溶解的溶劑的沸點之間。在許多實施方式中，溫度不重要，大約20°C的環(huán)境溫度也是合適的。然而，例如對于乙醇而言，高于環(huán)境的溫度更好，但是