一種淀粉與荷葉粉共混包膜材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料與肥料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種淀粉與荷葉粉共混包膜材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的生產(chǎn)資料之一，是農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)，由于肥料的流失和低效利用，已經(jīng)造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，更重要的是對(duì)人體、大氣、土壤和糧食造成了嚴(yán)重的污染。因此，如何提高肥料的利用率，把肥料的應(yīng)用與農(nóng)作物的產(chǎn)量、質(zhì)量以及環(huán)境保護(hù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，已經(jīng)成為肥料研究領(lǐng)域中特別關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0003]上世紀(jì)80年代以前，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家都是將科學(xué)的施肥技術(shù)作為研究重點(diǎn)，但是隨著時(shí)間的進(jìn)展，此項(xiàng)研究已經(jīng)不能更大化地提高肥料的利用率，因此轉(zhuǎn)向了新型緩控釋肥料的研制，力求從改變化肥自身的特性來(lái)大幅度提高肥料的利用率。緩控釋肥料實(shí)現(xiàn)了肥料養(yǎng)分釋放、土壤養(yǎng)分供應(yīng)和植物養(yǎng)分吸收的平衡和協(xié)調(diào)，提高了肥料的利用率，并減輕了不合理施肥對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)可以一次性施肥，減少了勞力成本，更便于在我國(guó)農(nóng)業(yè)分散經(jīng)營(yíng)的條件下推廣。目前，包膜包衣類緩控釋肥料代表了緩控釋肥料的發(fā)展方向。制造包膜肥料的過(guò)程中包膜材料通常不與肥料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)調(diào)整包膜材料的組成和結(jié)構(gòu)，還能靈活地調(diào)節(jié)其釋放特性，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上有較大的優(yōu)勢(shì)。包膜型緩控釋肥料養(yǎng)分釋放幾乎不受土壤微生物、溫度等環(huán)境因素的影響，肥效較為穩(wěn)定。但是，由于成本較高，如一股的硫包衣和有機(jī)聚合物包膜尿素的成本為尿素的3?8倍，限制了其在大田作物上的廣泛應(yīng)用，多用于非農(nóng)業(yè)市場(chǎng)(高爾夫球場(chǎng)、苗圃、專業(yè)草坪、景觀園藝)，僅有10%用于農(nóng)業(yè)，且主要是用在經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的蔬菜、草莓、柑橘等，用在大田糧食作物上的比例就更少。
[0004]我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，化肥用量巨大。所以要將緩控釋肥料在國(guó)內(nèi)大面積推廣，必須能研發(fā)出能用于大田作物，且價(jià)格低廉的緩控釋肥料，而此項(xiàng)研究的關(guān)鍵又集中在性能優(yōu)良、廉價(jià)的包膜材料研發(fā)中。
[0005]選用價(jià)格便宜、對(duì)土壤和水源沒有污染、可生物降解的高分子材料越來(lái)越受到人們的關(guān)注。目前研究較多的是采用淀粉、殼聚糖等天然高分子材料與可生物降解的聚合物材料(如聚乙烯醇、聚乳酸等)共混。吳春華等人(吳春華，安鑫南，劉應(yīng)隆，南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，5，21?23)以芭蕉芋淀粉與聚乙烯醇為原料，在交聯(lián)劑的作用下，制得包膜料液，用此料液給尿素涂膜，制得包膜尿素。將包膜尿素與未包膜尿素的性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，此包膜尿素緩釋性能良好，且有保水性，抗結(jié)塊性。此包膜材料具有可生物降解、無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)。但是，所制備的包膜尿素肥料中尿素的含量低于10%。
[0006]本發(fā)明以廉價(jià)、環(huán)境友好的淀粉、荷葉粉、腐殖酸等天然高分子及其衍生物為主要原料，通過(guò)共混并對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)改性，制備出緩控釋包膜材料。由于荷葉粉表面是一種超疏水結(jié)構(gòu)，共混所得到的包膜材料是一種防水型包膜材料，能夠有效地延長(zhǎng)肥料釋放的時(shí)間。再將這種包膜材料包覆在農(nóng)用化肥上，從而制備出性能優(yōu)良的緩控釋肥料。而且這種緩控釋肥料價(jià)格便宜，包膜材料易降解，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是一種很有開發(fā)前景的緩控釋肥料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種淀粉與荷葉粉共混包膜材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明包膜材料原料易得，制備方法簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)安全，無(wú)環(huán)境污染，便于推廣應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明具體通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]—種淀粉與荷葉粉共混包膜材料，由淀粉、荷葉粉、腐殖酸和交聯(lián)劑組成，其中所述的淀粉占包膜材料總質(zhì)量的75% _85%，所述的荷葉粉占包膜材料總質(zhì)量的10% -20%,所述的腐殖酸占包膜材料總質(zhì)量的0% -10 %，且不等于0，所述的交聯(lián)劑占包膜材料總質(zhì)量的 0.2% -5.0%。
[0010]本發(fā)明所述的淀粉選自小麥淀粉和/或玉米淀粉。
[0011]本發(fā)明所述的交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺或丙三醇。
[0012]本發(fā)明還提供了所述的淀粉與荷葉粉共混包膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0013]1)將處方量的淀粉、荷葉粉、腐殖酸置于反應(yīng)釜中，加水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，加熱?0?90°C，糊化；
[0014]2)再加入處方量的交聯(lián)劑，，在90?100°C下回流，使其發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)；之后，攪拌、冷卻出料，制得淀粉/荷葉粉包膜材料水分散液。
[0015]進(jìn)一步，步驟(1)中加入反應(yīng)釜水的質(zhì)量是包膜材料質(zhì)量的3.5-9.0倍。
[0016]本發(fā)明的另一目的在于提供所述包膜材料作為緩控釋肥料包膜的應(yīng)用，所述包膜材料是具有良好緩控釋性和可降解性的淀粉高分子材料。包膜質(zhì)量是所述的包膜緩控釋肥料質(zhì)量的2%?30%。
[0017]本發(fā)明所述的緩控釋肥料，包括肥料核芯和所述包膜材料，所述的肥料核芯為任何水溶性顆粒肥料，包括單一肥料和任意氮磷鉀比例的復(fù)合肥料、復(fù)混肥料。所述的單一肥料為尿素、磷酸銨或硫酸鉀。具體通過(guò)以下方法制備:
[0018]1)將處方量的淀粉、荷葉粉、腐殖酸置于反應(yīng)釜中，加水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，加熱?0?90°C，糊化，再加入處方量的交聯(lián)劑，，在90?100°C下回流，使其發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)；之后，攪拌、冷卻出料，制得淀粉/荷葉粉包膜材料水分散液；
[0019]2)將顆粒肥料置于沸騰式或轉(zhuǎn)鼓式流化床中進(jìn)行預(yù)熱，溫度為50?95°C;將制備的淀粉/荷葉粉包膜材料水分散液通過(guò)噴涂的方式包覆到肥料顆粒表面，制成包膜緩控釋肥料。
[0020]進(jìn)一步，所述的肥料顆粒的平均粒徑為2?5mm。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
[0022]本發(fā)明以廉價(jià)、環(huán)境友好的荷葉粉、淀粉、腐殖酸等天然高分子及其衍生物為主要原料，通過(guò)共混并對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)改性，制備出緩控釋包膜材料，解決了原料成本昂貴的問題。由于交聯(lián)劑的引入，使得包膜材料在包覆到肥料顆粒表面上成膜后可形成交聯(lián)高分子膜。通過(guò)交聯(lián)劑的作用，減少了淀粉、荷葉粉等天然高分子中親水基團(tuán)的含量，達(dá)到包膜材料難溶于水的目的；通過(guò)調(diào)整原料組分組成、交聯(lián)劑用量，控制交聯(lián)高分子膜的交聯(lián)密度，進(jìn)一步達(dá)到調(diào)控緩控釋肥料養(yǎng)分釋放的目的。由于荷葉粉表面是一種超疏水結(jié)構(gòu)，共混所得到的包膜材料是一種防水型包膜材料，能夠有效地延長(zhǎng)肥料釋放的時(shí)間。再將這種包膜材料包覆在農(nóng)用化肥上，從而制備出性能優(yōu)良的緩控釋肥料，具有具有原料易得、方法簡(jiǎn)單、操作方便、生產(chǎn)安全、無(wú)環(huán)境污染，便于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，以下所述，僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更為同等變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以下實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改或等同變化，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0024]本發(fā)明提供了淀粉/荷葉粉包膜材料及其制備方法:包膜材料以小麥淀粉或者玉米淀粉、荷葉粉、腐殖酸和交聯(lián)劑為原料，交聯(lián)劑包括N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺或丙三醇。制備方法就是在反應(yīng)釜中分別加入水、淀粉、荷葉粉、腐殖酸，攪拌、混合均勻，反應(yīng)釜內(nèi)溫度設(shè)置到60-90°C，加熱糊化；再加入交聯(lián)劑，在90-100°C下回流，使其發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)；之后攪拌、冷卻出料，制得淀粉/荷葉粉包膜材料水分散液。淀粉的質(zhì)量為包膜材料的75% -85%，荷葉粉的質(zhì)量為包膜材料的10% -20%，腐殖酸的質(zhì)量為包膜材料的0% -10%，且# 0，交聯(lián)劑的質(zhì)量為包膜材料的0.2% -5.0%。加入反應(yīng)釜水的質(zhì)量是包膜材料質(zhì)量的3.5-9.0倍。
[0025]本發(fā)明還提供了包膜緩控釋肥料及其制備方法:本發(fā)明中所述的肥料核芯可以是任何水溶性顆粒肥料，包括單一肥料(氮肥如尿素、磷肥如磷酸銨、鉀肥如硫酸鉀)和任意氮磷鉀比例的復(fù)合肥料、復(fù)混肥料。制備本發(fā)明的包膜緩控釋肥料的方法包括在沸騰式或轉(zhuǎn)鼓式流化床中，將本發(fā)明中所述的包膜材料包覆到肥料顆粒(平均粒徑為2-5mm)表面而形成交聯(lián)高分子膜的包膜過(guò)程，流化床內(nèi)溫度優(yōu)選50?95°C。包膜過(guò)程是采用本領(lǐng)域中常用包膜工藝進(jìn)行，優(yōu)選在沸騰式或轉(zhuǎn)鼓式流化床中以噴涂的方式將本發(fā)明的包膜材料包覆到肥料顆粒表面。包膜質(zhì)量是包膜緩控釋肥料質(zhì)量的2% -30%。
[0026]實(shí)施例1
[0027]一種包膜緩控釋肥料，具體通過(guò)以下過(guò)程制備:
[0028](1)淀粉/荷葉粉包膜材料分散液的制備
[0029]將蒸餾水80ml、小麥淀粉8.0g、荷葉粉1.0g、腐殖酸0.2g加入帶有攪拌器、溫度計(jì)、冷凝器和加熱裝置的反應(yīng)釜中，室溫?cái)嚢?小時(shí)后，加熱至