專利名稱：：一種中量元素鈣鎂硫保水劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種中量元素鈣鎂硫保水劑及其制備方法，主要應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：中量元素鈣鎂硫具有營(yíng)養(yǎng)和改良土壤的作用。鈣是構(gòu)成作物體細(xì)胞的成分，對(duì)作物體內(nèi)代謝過(guò)程有一定影響，與根系發(fā)育有關(guān)，還能消除作物體內(nèi)某些有害物質(zhì)的毒害作用，增強(qiáng)植物抗病蟲(chóng)害的能力。鎂是作物葉綠素的主要成分，能促進(jìn)作物體內(nèi)新陳代謝，加速作物生長(zhǎng)，增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量。硫參與新陳代謝，是作物體內(nèi)氨基酸、蛋白質(zhì)和原生質(zhì)等的成分。緩釋肥料是一種對(duì)養(yǎng)分釋放速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的、技術(shù)含量高的新型肥料，其養(yǎng)分釋放速度可以通過(guò)物理、化學(xué)以及生物技術(shù)手段來(lái)調(diào)控，使肥料中營(yíng)養(yǎng)元素的供應(yīng)與作物對(duì)養(yǎng)分的需求基本同步，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡"—2]。此類新型肥料的使用，可減少養(yǎng)分的流失，提高肥料利用率。從世界上生產(chǎn)控緩釋肥料的現(xiàn)狀來(lái)看，己實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的控緩釋肥品種主要是聚合物包膜型氮磷鉀肥料，其主要原料為己有形態(tài)的化肥。其包膜材料、包膜技術(shù)及肥料來(lái)源的現(xiàn)狀主要為中國(guó)專利ZL200510051250.9，發(fā)明名稱為雙控復(fù)合型緩釋肥料及其制備方法；中國(guó)專利ZL200510104226.7，發(fā)明名稱為一種包裹型緩釋肥料及其制備方法；中國(guó)專利申請(qǐng)200410024201.1，發(fā)明名稱為一種緩釋肥及其制備方法，公開(kāi)了用膠結(jié)鍵合材料、包膜材料將氮、磷、鉀化肥原料、風(fēng)化煤腐殖酸類進(jìn)行包膜，制備包膜型緩釋肥，提高肥料利用率1015%;中國(guó)專利申請(qǐng)200410078164.2，發(fā)明名稱為有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混緩釋肥料生產(chǎn)方法，公開(kāi)了采用廢棄塑料一淀粉混聚物膠結(jié)包膜劑、粘土一聚酯混聚物膠結(jié)包膜劑、磺化木質(zhì)素膠結(jié)包膜劑、腐殖酸類混聚物膠結(jié)包膜劑包膜，生產(chǎn)有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)混緩釋肥料，該發(fā)明申請(qǐng)?jiān)诰忈尫实陌げ牧仙线M(jìn)行了改進(jìn)，引入了粘土礦物；中國(guó)專利ZL03153942.4，發(fā)明名稱為一種保水緩釋肥料，其制備農(nóng)用保水緩釋肥料，即將保水劑與緩釋肥料機(jī)械混合。保水劑是一種高分子聚合物,具有保水保肥的功能，在農(nóng)林業(yè)應(yīng)用已有多年。但是,保水劑單獨(dú)使用會(huì)增加農(nóng)田作業(yè)成本[3]，而將肥料與保水劑復(fù)合一體化不但可以強(qiáng)化保水劑的功能，且可以提高肥料的利用率。中國(guó)專利ZL9810125.7公開(kāi)了一種園林全元復(fù)合肥料配方，含有大量元素、中量元素和微量元素，其特征在于該復(fù)合肥料還含有絡(luò)合物、氮肥增效劑和保水劑，其中保水劑與肥料之間是一種物理混合關(guān)系，而不是保水劑將肥料進(jìn)行包埋；中國(guó)專利ZL200410078165.7，發(fā)明名稱為一種保水型包膜尿素肥料的生產(chǎn)方法，其公開(kāi)了以顆粒尿素為內(nèi)核肥料，以丙烯酸、氫氧化鉀、交聯(lián)劑及引發(fā)劑為聚合原料，利用化學(xué)聚合反應(yīng)在尿素顆粒表面直接成膜制造交聯(lián)聚丙烯酸鉀保水劑包膜(裹)尿素顆粒肥料的工藝技術(shù)及產(chǎn)品，將保水材料引入緩釋肥。總之，未見(jiàn)國(guó)內(nèi)有將中量元素鈣鎂硫包埋于保水劑內(nèi)，使鈣鎂鉀元素在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中變成緩釋鈣鎂硫的中量元素中量元素鈣鎂硫保水劑的技術(shù)方案。參考文獻(xiàn)何緒生，李素霞，李旭輝等.控效肥料的研究進(jìn)展[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1998，4(2):97106，HallW丄Newmethologyforslow-releasefertilizers[J].Bookofabstracts,218th，ACSNationalmeeting[C].NewOrleans,1999.]何緒生，廖宗文,等.保水劑與肥料互作及保水緩/控釋肥料研究展望[J].土壤通報(bào)，2006.08，37(4):799-802.
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)而提供一種中量元素鈣鎂硫保水劑及其制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，所制成的產(chǎn)品具有肥料和保水雙重功能。本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用解決方案為中量元素鈣鎂硫保水劑，其特征在于包含原料碳酸鈣粉體、硫酸鎂粉體、水溶性聚合單體、水、自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑，經(jīng)混合、加熱聚合、干燥、粉碎而制得；其中，碳酸鈣粉體的添加重量為水溶性聚合單體的5100%，硫酸鎂粉體的添加重量為水溶性聚合單體的5100%，自由基聚合引發(fā)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.01%1.0%，交聯(lián)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.012.0%，水溶性聚合單體溶于水中形成水溶性聚合單體溶液。按上述方案，所述的碳酸鈣粉體的添加重量為水溶性聚合單體的1080%。按上述方案，所述的硫酸鎂粉體的添加重量為水溶性聚合單體的10%50%。按上述方案，所述的水溶性聚合單體為含羧基、酰胺基或磺酸基的聚合單體。按上述方案，所述的自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)硫酸鹽；自由基聚合引發(fā)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.050.3%。按上述方案，所述的交聯(lián)劑為每分子至少含二個(gè)可聚合的不飽和基團(tuán)；交聯(lián)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.051%。上述中量元素鈣鎂硫保水劑的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)將碳酸鈣和硫酸鎂粉碎，得碳酸鈣粉體和硫酸鎂粉體；2)按碳酸鈣粉體的添加重量為水溶性聚合單體的5100%，硫酸鎂粉體的添加重量為水溶性聚合單體的5100%，自由基聚合引發(fā)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.01%%;選取碳酸鈣粉體、硫酸鎂粉體、水溶性聚合單體、自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑，備用；3)將水溶性聚合單體溶于水中形成水溶性聚合單體溶液，將自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑加入到水溶性聚合單體溶液中，得到溶有自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑的水溶性聚合單體溶液;將碳酸鈣粉、硫酸鎂粉加入到溶有自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑的水溶性聚合單體溶液中，混合分散，得混合物料；4)將分散后的混合物料在反應(yīng)器中于409(TC加熱15小時(shí)后，再升高溫度1030°C反應(yīng)15小時(shí)，得聚合產(chǎn)物；5)聚合產(chǎn)物于10012(TC干燥至含水量小于20X，粉碎到0.15.Omm，得中量元素鈣鎂硫保水劑。按上述方案，所述的碳酸轉(zhuǎn)粉體和硫酸鎂粉體的平均粒徑《45um。按上述方案，所述的水溶性聚合單體溶液的重量濃度為1035wt%。下面詳細(xì)介紹本發(fā)明。1、碳酸鈣碳酸鈣又名石灰石，難溶于水，在土壤中能緩慢溶于含二氧化碳的水中，生成能為作物吸收利用的碳酸氫鈣，并與土壤膠體上的氫離子起交換作用，從而中和土壤的酸性。碳酸鈣粉體的平均粒徑《45um，添加量為水溶性聚合單體重量的5100%，優(yōu)選10%80%(重量)。凡符合以上特征的碳酸鈣都可用于本發(fā)明。2、硫酸鎂自然界中的硫酸鎂是硫酸鎂石(一水硫酸鎂)，一般工業(yè)硫酸鎂指七水硫酸鎂。硫酸鎂是水溶性速效鎂硫肥，對(duì)鎂需要量多的果樹(shù)、油料作物和吸收營(yíng)養(yǎng)期短的麥類、水稻等作物效果明顯。硫酸鎂粉體的添加量為水溶性聚合單體重量的5100%，優(yōu)選1050%(重量)。3、水溶性聚合單體所述的水溶性聚合單體為含羧基、氨基、酰胺基或磺酸基的聚合單體。典型的水溶f生離子型聚合單體是丙烯酸或甲基丙烯酸及其堿金屬鹽或銨鹽，也可以是淀粉接枝上述聚合單體。水溶性聚合單體在含水溶液中的重量濃度為10wtW至40wt%(重量)，優(yōu)選2030wt%(重量)，水溶性聚合單體可以部分地或全部地用堿金屬或銨化合物中和的形式使用。4、自由基聚合引發(fā)劑適合此類聚合的自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)硫酸鹽，如過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉或過(guò)硫酸銨，這些水溶性引發(fā)劑可以混合使用，混合使用時(shí)，為任意配比。過(guò)硫酸鹽也可以和還原性物質(zhì)如亞鐵離子、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉等配合成氧化還原體系使用。配合使用時(shí)各成份配比由化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)量關(guān)系確定。自由基聚合引發(fā)劑的用量為水溶性聚合單體重量的0.01%1.0%，優(yōu)選0.050.3%(重量)。5、交聯(lián)劑本發(fā)明中使用的交聯(lián)劑為每分子至少含二個(gè)可聚合的不飽和基團(tuán)。典型的交聯(lián)劑有雙丙烯酰胺如N，N'—亞甲基雙丙烯酰胺。交聯(lián)劑的用量為水溶性聚合單體重量的0.012.0%，優(yōu)選0.051%(重量)。水凝膠作保水劑，吸水量大、保水能力強(qiáng)，自從問(wèn)世以來(lái)就在農(nóng)、林、園藝等的節(jié)水、抗旱、保溫、土壤改良等方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于水凝膠高分子網(wǎng)絡(luò)及其內(nèi)部化學(xué)環(huán)境的原因，其對(duì)其它的物質(zhì)，包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，均具有有效的包埋作用。將碳酸鈣硫酸鎂化合物與保水劑進(jìn)行復(fù)合，開(kāi)發(fā)水凝膠對(duì)無(wú)機(jī)鹽的包埋及超強(qiáng)促釋緩釋功能，可以高效、低成本利用有限的水資源，實(shí)現(xiàn)保水劑多功能化、肥水一體化。本發(fā)明制得的中量元素鈣鎂硫保水劑，原材料成本比聚丙烯酸鈉下降20~50%。實(shí)驗(yàn)測(cè)得本系列產(chǎn)品的吸液倍率的范圍為吸蒸餾水的倍率為100500g/g，吸自來(lái)水的倍率為60350g/g，吸生理鹽水的倍率為2062g/g。本發(fā)明的中量元素鈣鎂硫保水劑既是既是肥料，又是保水劑，可在農(nóng)林業(yè)中發(fā)揮保持土壤水分、節(jié)約水資源、平穩(wěn)持久供肥作用。本發(fā)明主要生產(chǎn)原料儲(chǔ)量極為豐富，并具有工藝流程短，投資省，便于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1:于重量濃度為10%、用氫氧化鈉使其中和度為100%的300克丙烯酸溶液中，攪拌下加入N，N，一亞甲基雙丙烯酰胺0.003克、過(guò)硫酸鉀0.003克，溶解，再將機(jī)械粉碎過(guò)的碳酸鈣24克和硫酸鎂15克(平均粒徑《45um)加入其中，攪拌或超聲分散10分鐘。將分散后的混合物料在反應(yīng)器中于4(TC下攪拌加熱5小時(shí)后，再升高溫度30'C反應(yīng)5小時(shí)，得聚合產(chǎn)物；聚合產(chǎn)物于120。C干燥至含水量小于20%，用機(jī)械的方法使其粉碎到0.12.0mm，最終得到鈣鎂硫保水劑(粒狀產(chǎn)品)。實(shí)施例2:于重量濃度為30%、中和度為80%的300克丙烯酸溶液中，攪拌下加入N，N，一亞甲基雙丙烯酰胺0.09克、過(guò)硫酸鉀0.09克，溶解，再將機(jī)械粉碎過(guò)的碳酸鈣72克和硫酸鎂9克(平均粒徑《45um)加入其中，攪拌或超聲分散10分鐘。將分散后的混合物料在反應(yīng)器中于9(TC加熱1小時(shí)后，再升高溫度l(TC反應(yīng)1小時(shí)，得聚合產(chǎn)物；聚合產(chǎn)物于IO(TC干燥至含水量小于20%，用機(jī)械的方法使其粉碎到0.12.0mra，最終得到鈣鎂硫保水劑(粒狀產(chǎn)品)。實(shí)施例3:于重量濃度為25%、中和度為70%的300克丙烯酸溶液中，攪拌下加入N，N'—亞甲基雙丙烯酰胺1.5克、過(guò)硫酸鉀0.75克，溶解，再將機(jī)械粉碎過(guò)碳酸鈣37.5克和硫酸鎂9克(平均粒徑《45um)加入其中，攪拌溶解。將混合物料在反應(yīng)器中于7(TC加熱3小時(shí)后，再升高溫度2(TC反應(yīng)2小時(shí)，得聚合產(chǎn)物；聚合產(chǎn)物于11(TC干燥至含水量小于20X，用機(jī)械的方法使其粉碎到0.12.0mm，最終得到鈣鎂硫保水劑(粒狀產(chǎn)品)。實(shí)施例4:于重量濃度為20%、中和度為70%的300克丙烯酸溶液中，攪拌下加入N,N'—亞甲基雙丙烯酰胺0.06克、過(guò)硫酸鉀0.2克，溶解，再將機(jī)械粉碎過(guò)的碳酸鈣60克和硫酸鎂6克(平均粒徑《45um)加入其中，攪拌或超聲分散10分鐘。將分散后的混合物料在反應(yīng)器中于9(TC加熱1小時(shí)后，再升高溫度IO'C反應(yīng)1小時(shí)，得聚合產(chǎn)物；聚合產(chǎn)物于13(TC干燥至含水量小于20%，用機(jī)械的方法使其粉碎到O.12.0mm，最終得到鈣鎂硫保水劑(粒狀產(chǎn)品)。本發(fā)明的測(cè)定方法1、吸液倍率測(cè)定方法在本發(fā)明中，采用如下方法測(cè)定和計(jì)算吸蒸餾水、自來(lái)水及生理鹽水的吸液倍率稱取0.51.0g經(jīng)干燥和粉碎處理后的粒狀產(chǎn)品置于500—1000ml燒杯中，加入1000ml蒸餾水或500ml自來(lái)水或稱取0.51.0g經(jīng)干燥和粉碎處理后的粒狀產(chǎn)品置于150ml燒杯中加入100ml0.9。/。NaCl溶液，靜置24小時(shí)后，用30目網(wǎng)篩將多余的水濾去，稱出凝膠質(zhì)量，按下式計(jì)算吸水倍率吸液倍率=(凝膠質(zhì)量一干膠質(zhì)量)/干膠質(zhì)量。2、釋鈣量測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明采用柱淋洗法收集含鈣溶液，lml/min,連續(xù)收集2h，收集液用原子吸收光譜法檢測(cè)鈣緩釋性能。3、釋鎂量的測(cè)定方法在本發(fā)明中，采用柱淋洗法收集含鎂溶液，lml/min，連續(xù)收集2h，用原子吸收光譜法檢測(cè)鈣緩釋性能。4、釋硫量的測(cè)定方法在本發(fā)明中，采用柱淋洗法收集含硫溶液，lml/min，連續(xù)收集2h，用氯化鋇沉淀法檢測(cè)硫酸根的緩釋性能。按以上方法測(cè)定樣品實(shí)施例1-4各項(xiàng)數(shù)據(jù)范圍如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明所列舉的各原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，各原料的上下限取值以及其區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例；本發(fā)明工藝參數(shù)(如溫度、時(shí)間等)的上下限取值以及其區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。權(quán)利要求1、中量元素鈣鎂硫保水劑，其特征在于包含原料碳酸鈣粉體、硫酸鎂粉體、水溶性聚合單體、水、自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑，經(jīng)混合、加熱聚合、干燥、粉碎而制得；其中，碳酸鈣粉體的添加重量為水溶性聚合單體的5～100％，硫酸鎂粉體的添加重量為水溶性聚合單體的5～100％，自由基聚合引發(fā)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.01％～1.0％，交聯(lián)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.01～2.0％，水溶性聚合單體溶于水中形成水溶性聚合單體溶液。2、按權(quán)利要求1所述的中量元素鈣鎂硫保水劑，其特征在于所述的碳酸鈣粉體的添加重量為水溶性聚合單體的1080%。3、按權(quán)利要求1或2所述的中量元素鈣鎂硫保水劑，其特征在于所述的硫酸鎂粉體的添加重量為水溶性聚合單體的10%50%。4、按權(quán)利要求1或2所述的中量元素鈣鎂硫保水劑，其特征在于所述的水溶性聚合單體為含羧基、酰胺基或磺酸基的聚合單體。5、按權(quán)利要求1或2所述的中量元素鈣鎂硫保水劑，其特征在于所述的自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)硫酸鹽；自由基聚合引發(fā)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.050.3%。6、按權(quán)利要求1或2所述的中量元素鈣鎂硫保水劑，其特征在于所述的交聯(lián)劑為每分子至少含二個(gè)可聚合的不飽和基團(tuán)；交聯(lián)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.051%。7、權(quán)利要求l所述的中量元素鈣鎂硫保水劑的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)將碳酸鈣和硫酸鎂粉碎，得碳酸鈣粉體和硫酸鎂粉體；2)按碳酸鈣粉體的添加重量為水溶性聚合單體的5100%，硫酸鎂粉體的添加重量為水溶性聚合單體的5100%,自由基聚合引發(fā)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.01%1.0%，交聯(lián)劑的添加重量為水溶性聚合單體的0.012.0%;選取碳酸鈣粉體、硫酸鎂粉體、水溶性聚合單體、自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑，備用；3)將水溶性聚合單體溶于水中形成水溶性聚合單體溶液，將自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑加入到水溶性聚合單體溶液中，得到溶有自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑的水溶性聚合單體溶液；將碳酸鈣粉、硫酸鎂粉加入到溶有自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑的水溶性聚合單體溶液中，混合分散，得混合物料；4)將分散后的混合物料在反應(yīng)器中于4090"C加熱15小時(shí)后，再升高溫度1030°C反應(yīng)15小時(shí)，得聚合產(chǎn)物；5)聚合產(chǎn)物于100120'C干燥至含水量小于20%，粉碎到0.15.Omm,得中量元素鈣鎂硫保水劑。8、按權(quán)利要求7所述的中量元素鈣鎂硫保水劑的制備方法，其特征在于所述的碳酸鈣粉體和硫酸鎂粉體的平均粒徑《45um。9、按權(quán)利要求7或8所述的中量元素鈣鎂硫保水劑的制備方法，其特征在于所述的水溶性聚合單體溶液的重量濃度為1035wt%。全文摘要本發(fā)明涉及一種中量元素鈣鎂硫保水劑及其制備方法包含原料碳酸鈣粉體、硫酸鎂粉體、水溶性聚合單體、水、自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑，經(jīng)混合、加熱聚合、干燥、粉碎而制得；本發(fā)明制得的中量元素鈣鎂硫保水劑，原材料成本比聚丙烯酸鈉下降20～50％。實(shí)驗(yàn)測(cè)得本系列產(chǎn)品的吸液倍率的范圍為吸蒸餾水的倍率為100～500g/g，吸自來(lái)水的倍率為60～350g/g，吸生理鹽水的倍率為20～62g/g。本發(fā)明的中量元素鈣鎂硫保水劑既是肥料，又是保水劑，可在農(nóng)林業(yè)中發(fā)揮保持土壤水分、節(jié)約水資源、平穩(wěn)持久供肥作用。本發(fā)明主要生產(chǎn)原料儲(chǔ)量極為豐富，并具有工藝流程短，投資省，便于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)C09K17/48GK101638581SQ20091006366公開(kāi)日2010年2月3日申請(qǐng)日期2009年8月20日優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日發(fā)明者霞劉,劉仲康,栗海峰,熊靜巒,王中元,王海波,胡茂華,范力仁申請(qǐng)人:珠海國(guó)佳高分子新材料有限公司