技术领域
[0001] 本
发明属于农用肥料及其制备技术领域，特别涉及一种保水型缓控释肥料及其制备方法。
背景技术
[0002] 我国是一个农业大国，化学肥料在农业生产投资中的比例约占50％，但是我国肥料的利用率却只有30％，由此造成经济
能源上的巨大浪费以及引发了各种环境问题。因此缓控释肥料成为未来农业肥料的发展方向，而高分子包膜肥料则被相关专家称为真正的缓控释肥料。它是利用高分子材料在肥料表面形成一层
薄膜，控制肥料在
土壤中的溶出速率，使其溶出速率与
植物的生长需求相一致，从而达到节省肥料、提高肥料利用率和增加农业经济效益的目的。
[0003] 干旱缺水是制约我国农业发展和
加速土地荒漠化的另一重要因素，提高农田水分利用率成为我国农业的中心任务之一。农用保水剂具有抗旱保水、保温、缓释增效、改善土壤结构等作用，可以抑制土壤水分
蒸发、提高土壤饱和
含水量、减少可淋溶性养分的淋溶损失、提高肥料利用率，同时可以降低土壤容重、改善土壤结构和水热状况。保水剂虽然具有超强的吸水保水作用，但不具有肥料养分，而养分则是
农作物生产和植被生长必须的营养条件，同时，保水剂和肥料分别施用费工费时，也不利于水肥交互作用和水肥效应的发挥。
[0004] 因此，将其与缓控释肥料相结合，来制备既能缓控释养分又能吸水保水、抗旱的功能多元化肥料的研究必将成为肥料研究生产领域中的新热点。保水型缓控释肥料兼有保水剂和缓控释肥料的作用，具有吸水保水和养分缓控释双重功能。保水型缓控释肥料可以调节土壤水分余缺，改善水肥相互作用，提高水、肥利用效率，降低肥料养分淋移、固定或挥发损失，减轻环境污染。因此，将肥料和保水剂复合一体化，优势互补，制造具有保水功能和养分缓控释功能的保水型缓控释肥料成为肥料研究前沿和方向，符合节水和旱地农业生产实际需要。
[0005] 保水缓控释肥料是指以肥料为核心，以高吸水性
聚合物为膜材进行包膜，或者是在肥料核心中含有吸水性物质，然后再用非吸水性材料包膜。何佺等人(中国发明
专利，1583684 A 20050223)用亲水性的乙丙三元胶磺酸型高聚物为包膜材料，研究了其对尿素的缓释作用，考察了高聚物的合成条件以及环境
温度对尿素释放速率的影响。Mazazumi等人(日本专利，09309785A，1997)以
丙烯酸聚合物、异丁烯聚合物、
淀粉衍
生物与肥料混合物为核心，以
氨基
甲酸乙酯聚合物为膜材，制备出了一种可用于水田的缓释肥料。柳明珠等人(Liu M.Z.，Polym.Adv.Technol.，17，430，2006)在实验室用丙烯酸钠和尿素反应制得了吸水倍率为680的吸水保水缓释氮肥。Wang等人(中国发明专利，1781982 A 20060607)研制出有机-无机复合型保水缓释
复合肥料。何绪生(保水型包膜尿素肥料的研制及评价.北京：中国农业科学院研究生院，2004)研制出一项利用化学聚合反应在尿素颗粒表面直接成膜制备保水剂包膜尿素肥料的工艺技术，这种保水剂包膜具有较高的吸水倍率，包膜耐磨损、不易脱落的优点，有一定养分缓释作用。
[0006] 目前，现有的文章和公开的专利报道的保水型缓释控释肥料存在以下问题：部分保水型缓释/控释肥料的制备采用了将缓释控释肥料在反应器中，引发聚合包裹一层保水剂，局限于实验室规模，工艺上无法实现放大生产，从而大大限制了其大规模工业生产。作为保水型缓释/控释肥料的“肥芯”多采用的是价格高昂的脲甲
醛类等缓释肥料，但是这类产品的释放期一般较短，养分的释放性能并不理想。保水型缓释/控释肥料在储运和使用过程中，膜材容易受潮或在搬运过程中脱落，影响其使用效果。
[0007] 针对上述存在的问题，本发明公开了一种农用保水功能的缓控释肥料。以控释性能优良的高分子包膜缓控释肥料为“肥芯”，从而解决了养分释放期短，控释性能不佳的问题。保水包膜液采用源头聚合，使用反相悬浮聚合的方法合成保水悬浮液，使后续成膜工艺能连续不断进行，使工业化生产成为可能。提高保水型肥料的吸水倍率以及重复吸水性，改善保水型肥料的吸水保水性能。本发明所涉及的新型保水型缓控释肥料及其制备工艺过程在国内外未见报道，在国内未见使用。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种保水型缓控释肥料及其制备方法。
[0009] 一种保水型缓控释肥料，其特征在于，所述保水型缓控释肥料集控制养分释放和保水功能于一体，是一种具有养分缓控释、抗旱、节水和改良土壤结构的肥料，所述保水型缓控释肥料以高分子包膜肥为
内核，保水层为外层，形成了一种双层膜结构的保水控释肥料，所述高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料；所述双层膜结构的保水控释肥料内层膜为高分子保护层膜材，具有养分控释性能，外层膜为保水层，具有良好的保水性能。
[0010] 所述高分子保护层膜材为聚烯
烃、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚酯、聚脲或聚
碳酸酯中的一种或几种，保护层膜材
质量占高分子包膜肥质量的2～15％。
[0011] 所述颗粒肥料为
水溶性的颗粒肥料，粒径为2～5mm，为
单质肥料、复合肥或者含有微量元素
铁、锰、
硼、锌、
铜或钼的单质肥料或复合肥，包括尿素、碳酸铵、
硝酸铵、
硫酸铵，
硫酸钾、
氯化钾、硝酸钾、
磷酸氢二铵或磷酸二氢铵中的一种或几种。
[0012] 一种保水型缓控释肥料的制备方法，其特征在于，该方法步骤如下，[0013] (1)称取
单体，所述单体为丙烯酸单体和丙烯酰胺，丙烯酸单体质量占单体总质量的20～70％，丙烯酰胺质量占单体总质量的30～80％；将丙烯酸单体放入烧杯中，在
冰水浴中，缓慢向其中加入氢
氧化钠溶液，使丙烯酸的中和度达到65～70％，向上述溶液中加入丙烯酰胺、交联剂、引发剂，并加水，使水相中单体所占质量分数为20～70％，充分溶解混合后将混合溶液加入到滴液漏斗中；
[0014] (2)向反应釜中加入乳化剂Span-80和连续相环己烷，乳化剂Span-80的质量与单体总质量的比值为0.03～0.10，环己烷的加入量为按质量比使油水比环己烷∶水＝(1∶2)～(9∶1)，将步骤(1)的滴液漏斗、搅拌装置、回流冷凝管安装到反应釜上，搅拌，使乳化剂充分溶解；
[0015] (3)在氮气保护下，将滴液漏斗中的溶液滴加至反应釜中，搅拌，乳化，升温至40～60℃，向反应釜中滴加亚硫酸氢钠溶液，其中，亚硫酸氢钠的质量与单体总质量的比值为0.08～0.15％，反应2～5h，得到反相悬浮液，即为保水包膜悬浮液；
[0016] (4)向包膜设备中加入高分子包膜肥，所述高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料，60～90℃鼓热
风，使肥料均匀流化，然后按照保水包膜悬浮液质量与高分子包膜肥质量之比为0.05～0.20，加入保水包膜悬浮液，用压强0.1～0.3MPa的
喷嘴将保水包膜悬浮液均匀喷洒到肥料颗粒表面，继续鼓热风，干燥，得到保水型缓控释肥料。
[0017] 所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺，交联剂质量与单体总质量之比为0.06～0.09％。
[0018] 所述引发剂为过硫酸铵，引发剂质量与单体总质量之比的0.15～0.225％。
[0019] 所述亚硫酸氢钠溶液为浓度为0.1～5g/L。
[0020] 本发明的有益效果为：本发明将现代农业抗旱节水技术、高分子材料学与环境生态科学等领域互相结合而发明的一种高科技产品，可以广泛应用于
园艺、农林业、防护林建设、草坪植建、
土壤改良等方面。有益效果如下：
[0021] 1、本发明利用了反相悬浮聚合的方法制备保水包膜悬浮液，此法为保水包膜悬浮液合成工艺的优化提供了极大的便利，并为连续化包膜生产提供了
基础。
[0022] 2、采用源头聚合工艺，将合成后的悬浮液
喷涂到肥料表面成膜，形成的膜层厚度均匀，致密。
[0023] 3、采用该工艺制造的保水包膜肥料，是一种具有双层膜结构的新型肥料，内层材料具有养分控释性，外层的材料具有良好的保水型能。
[0024] 4、在保水材料和外层膜材的协同作用下，延长了该保水型控释肥的养分的释放期。
[0025] 5、该肥料是一种包膜缓控释肥料，施入土壤能够使肥料养分按照一定规律释放，提高尿肥料的利用率，降低肥料淋失损失。
[0026] 6、该肥料具有保水功能，施入土壤后能够吸水保水，在植物需要时，其吸纳的水分可被植物吸收利用，提高土壤中的水分利用率。
[0027] 7、该肥料可以反复吸水释水，且吸水后，形成了一个个“微型水库”和“养分库”，改善肥料颗粒周围的水分状况，利于水肥交互促进作用，提高作物水分的吸收利用率，为农业生产和抗旱节水提供有
力支持。
具体实施方式
[0029] 一种保水型缓控释肥料，所述保水型缓控释肥料集控制养分释放和保水功能于一体，是一种具有养分缓控释、抗旱、节水和改良土壤结构的肥料，所述保水型缓控释肥料以高分子包膜肥为内核，保水层为外层，形成了一种双层膜结构的保水控释肥料，所述高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料(所述高分子保护层膜材为聚烯烃，颗粒肥料为尿素，即聚烯烃包膜尿素，尿素粒径为2～5mm，保护层膜材聚烯烃质量占聚烯烃包膜尿素质量的0.08％)所述双层膜结构的保水控释肥料内层膜为高分子保护层膜材，具有养分控释性能，外层膜为保水层，具有良好的保水性能。
[0030] 一种保水型缓控释肥料的制备方法，该方法步骤如下，
[0031] (1)称取单体，所述单体为丙烯酸单体和丙烯酰胺，丙烯酸单体质量占单体总质量的50％，丙烯酰胺质量占单体总质量的50％，称取丙烯酸单体21g，丙烯酰胺21g；将丙烯酸单体放入烧杯中，在冰水浴中，缓慢向其中加入质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，使丙烯酸的中和度达到65％，向上述溶液中加入丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.033g(交联剂质量与单体总质量之比为0.0785％)、引发剂过硫酸铵0.08g(引发剂质量与单体总质量之比为0.19％)，并加19g水，使水相中单体所占质量分数为66％，充分溶解混合后将混合溶液加入到滴液漏斗中；
[0032] (2)向反应釜中加入乳化剂Span-80和连续相环己烷，按照乳化剂Span-80的质量与单体总质量的比值为0.069，加入2.9g乳化剂Span-80，按质量比使油水比环己烷∶水＝7.8，加入环己烷190ml，将步骤(1)的滴液漏斗、搅拌装置、回流冷凝管安装到反应釜上，搅拌，使乳化剂充分溶解；
[0033] (3)在氮气保护下，将滴液漏斗中的溶液滴加至反应釜中，搅拌，乳化，升温至45℃，向反应釜中滴加亚硫酸氢钠溶液，其中，亚硫酸氢钠的质量与单体总质量的比值为
0.095％(0.04g亚硫酸氢钠加入到10ml水中形成的溶液，亚硫酸氢钠溶液浓度为4g/L)，反应2h，得到反相悬浮液，即为保水包膜悬浮液；
[0034] (4)向包膜设备中加入高分子包膜肥聚烯烃包膜尿素200g(高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料)，80℃鼓热风，使肥料均匀流化，然后按照保水包膜悬浮液质量与聚烯烃包膜尿素质量之比为0.15，加入保水包膜悬浮液30g，用压强0.1MPa的喷嘴将保水包膜悬浮液均匀喷洒到肥料颗粒表面，继续鼓热风，干燥，得到保水型缓控释肥料。
[0035] 采用水浸泡法测定本实施例制备的保水型缓控释肥料的控释性能，初期溶出率为0.4％，控释期为92天。25℃下测得其吸蒸馏水的倍率为其保水层的535倍。
[0036] 实施例2
[0037] 一种保水型缓控释肥料，所述保水型缓控释肥料集控制养分释放和保水功能于一体，是一种具有养分缓控释、抗旱、节水和改良土壤结构的肥料，所述保水型缓控释肥料以高分子包膜肥为内核，保水层为外层，形成了一种双层膜结构的保水控释肥料，所述高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料(保护层膜材为聚丙烯酸酯，颗粒肥料为15-15-15复合肥，即聚丙烯酸酯包膜15-15-15复合肥，15-15-15复合肥粒径为2～5mm，保护层膜材聚丙烯酸酯质量占聚丙烯酸酯包膜15-15-15复合肥质量的4％)；所述双层膜结构的保水控释肥料内层膜为高分子保护层膜材，具有养分控释性能，外层膜为保水层，具有良好的保水性能。
[0038] 一种保水型缓控释肥料的制备方法，该方法步骤如下，
[0039] (1)称取单体，所述单体为丙烯酸单体和丙烯酰胺，丙烯酸单体质量占单体总质量的50％，丙烯酰胺质量占单体总质量的50％，称取丙烯酸单体20g，丙烯酰胺20g；将丙烯酸单体放入烧杯中，在冰水浴中，缓慢向其中加入质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，使丙烯酸的中和度达到68％，向上述溶液中加入丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.035g(交联剂质量与单体总质量之比为0.0875％)、引发剂过硫酸铵0.09g(引发剂质量与单体总质量之比为0.225％)，并加18g水，使水相中单体所占质量分数为69％，充分溶解混合后将混合溶液加入到滴液漏斗中；
[0040] (2)向反应釜中加入乳化剂Span-80和连续相环己烷，按照乳化剂Span-80的质量与单体总质量的比值为0.07，加入2.8g乳化剂Span-80，按质量比使油水比环己烷∶水＝7.8，加入环己烷180ml，将步骤(1)的滴液漏斗、搅拌装置、回流冷凝管安装到反应釜上，搅拌，使乳化剂充分溶解；
[0041] (3)在氮气保护下，将滴液漏斗中的溶液滴加至反应釜中，搅拌，乳化，升温至50℃，向反应釜中滴加亚硫酸氢钠溶液，其中，亚硫酸氢钠的质量与单体总质量的比值为
0.1％(0.04g亚硫酸氢钠加入到10ml水中形成的溶液，亚硫酸氢钠溶液浓度为4g/L)，反应
3h，得到反相悬浮液，即为保水包膜悬浮液；
[0042] (4)向包膜设备中加入高分子包膜肥聚丙烯酸酯包膜15-15-15复合肥200g(高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料)，80℃鼓热风，使肥料均匀流化，然后按照保水包膜悬浮液质量与高分子包膜肥质量之比为0.16，加入保水包膜悬浮液32g，用压强0.2MPa的喷嘴将保水包膜悬浮液均匀喷洒到肥料颗粒表面，继续鼓热风，干燥，得到保水型缓控释肥料。
[0043] 采用水浸泡法测定本实施例制备的保水型缓控释肥料的控释性能，初期溶出率为0.2％，控释期为78天。25℃下测得其吸蒸馏水的倍率为其保水层的675倍。
[0044] 实施例3
[0045] 一种保水型缓控释肥料，所述保水型缓控释肥料集控制养分释放和保水功能于一体，是一种具有养分缓控释、抗旱、节水和改良土壤结构的肥料，所述保水型缓控释肥料以高分子包膜肥为内核，保水层为外层，形成了一种双层膜结构的保水控释肥料，所述高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料(保护层膜材为聚烯烃，颗粒肥料为16-16-16复合肥，16-16-16复合肥粒径为2～5mm，保护层膜材聚烯烃质量占聚烯烃包膜16-16-16复合肥质量的7％)；所述双层膜结构的保水控释肥料内层膜为高分子保护层膜材，具有养分控释性能，外层膜为保水层，具有良好的保水性能。
[0046] 一种保水型缓控释肥料的制备方法，该方法步骤如下，
[0047] (1)称取单体，所述单体为丙烯酸单体和丙烯酰胺，丙烯酸单体质量占单体总质量的54.5％，丙烯酰胺质量占单体总质量的45.5％，称取丙烯酸单体24g，丙烯酰胺20g；将丙烯酸单体放入烧杯中，在冰水浴中，缓慢向其中加入质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，使丙烯酸的中和度达到69％，向上述溶液中加入丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.035g(交联剂质量与单体总质量之比为0.0795％)、引发剂过硫酸铵0.08g(引发剂质量与单体总质量之比为0.182％)，并加20g水，使水相中单体所占质量分数为68.75％，充分溶解混合后将混合溶液加入到滴液漏斗中；
[0048] (2)向反应釜中加入乳化剂Span-80和连续相环己烷，按照乳化剂Span-80的质量与单体总质量的比值为0.064，加入2.8g乳化剂Span-80，按质量比使油水比环己烷∶水＝7.8，加入环己烷200ml，将步骤(1)的滴液漏斗、搅拌装置、回流冷凝管安装到反应釜上，搅拌，使乳化剂充分溶解；
[0049] (3)在氮气保护下，将滴液漏斗中的溶液滴加至反应釜中，搅拌，乳化，升温至52℃，向反应釜中滴加亚硫酸氢钠溶液，其中，亚硫酸氢钠的质量与单体总质量的比值为
0.09％(0.04g亚硫酸氢钠加入到10ml水中形成的溶液，亚硫酸氢钠溶液浓度为4g/L)，反应3h，得到反相悬浮液，即为保水包膜悬浮液；
[0050] (4)向包膜设备中加入高分子包膜肥聚烯烃包膜16-16-16复合肥250g(高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料)，75℃鼓热风，使肥料均匀流化，然后按照保水包膜悬浮液质量与高分子包膜肥质量之比为0.19，加入保水包膜悬浮液47.5g，用压强0.25MPa的喷嘴将保水包膜悬浮液均匀喷洒到肥料颗粒表面，继续鼓热风，干燥，得到保水型缓控释肥料。
[0051] 采用水浸泡法测定本实施例制备的保水型缓控释肥料的控释性能，初期溶出率为1.2％，控释期为56天。25℃下测得其吸蒸馏水的倍率为其保水层的452倍。
[0052] 实施例4
[0053] 一种保水型缓控释肥料，所述保水型缓控释肥料集控制养分释放和保水功能于一体，是一种具有养分缓控释、抗旱、节水和改良土壤结构的肥料，所述保水型缓控释肥料以高分子包膜肥为内核，保水层为外层，形成了一种双层膜结构的保水控释肥料，所述高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料(保护层膜材为聚烯烃，颗粒肥料为16-16-16复合肥，16-16-16复合肥粒径为2～5mm，保护层膜材聚烯烃质量占聚烯烃包膜16-16-16复合肥质量的4％)；所述双层膜结构的保水控释肥料内层膜为高分子保护层膜材，具有养分控释性能，外层膜为保水层，具有良好的保水性能。
[0054] 一种保水型缓控释肥料的制备方法，该方法步骤如下，
[0055] (1)称取单体，所述单体为丙烯酸单体和丙烯酰胺，丙烯酸单体质量占单体总质量的42.9％，丙烯酰胺质量占单体总质量的57.1％，称取丙烯酸单体18g，丙烯酰胺24g；将丙烯酸单体放入烧杯中，在冰水浴中，缓慢向其中加入质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，使丙烯酸的中和度达到65％，向上述溶液中加入丙烯酰胺、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.036g(交联剂质量与单体总质量之比为0.086％)、引发剂过硫酸铵0.078g(引发剂质量与单体总质量之比为0.186％)，并加18g水，使水相中单体所占质量分数为70％，充分溶解混合后将混合溶液加入到滴液漏斗中；
[0056] (2)向反应釜中加入乳化剂Span-80和连续相环己烷，按照乳化剂Span-80的质量与单体总质量的比值为0.076，加入3.2g乳化剂Span-80，按质量比使油水比环己烷∶水＝8.23，加入环己烷190ml，将步骤(1)的滴液漏斗、搅拌装置、回流冷凝管安装到反应釜上，搅拌，使乳化剂充分溶解；
[0057] (3)在氮气保护下，将滴液漏斗中的溶液滴加至反应釜中，搅拌，乳化，升温至55℃，向反应釜中滴加亚硫酸氢钠溶液，其中，亚硫酸氢钠的质量与单体总质量的比值为
0.095％(0.04g亚硫酸氢钠加入到10ml水中形成的溶液，亚硫酸氢钠溶液浓度为4g/L)，反应3.5h，得到反相悬浮液，即为保水包膜悬浮液；
[0058] (4)向包膜设备中加入高分子包膜肥聚烯烃包膜16-16-16复合肥150g(高分子包膜肥为高分子保护层膜材包覆颗粒肥料)，85℃鼓热风，使肥料均匀流化，然后按照保水包膜悬浮液质量与高分子包膜肥质量之比为0.20，加入保水包膜悬浮液30g，用压强0.1MPa的喷嘴将保水包膜悬浮液均匀喷洒到肥料颗粒表面，继续鼓热风，干燥，得到保水型缓控释肥料。
[0059] 采用水浸泡法测定本实施例制备的保水型缓控释肥料的控释性能，初期溶出率为0.8％，控释期为145天。25℃下测得其吸蒸馏水的倍率为其保水层的470倍。
[0060] 实施例5
[0061] 一种保水型缓控释肥料，所述保水型缓控释肥料集控制养分释放和保水功能于一体，是一种具有养分缓控释、抗旱、节水和改良土壤结构的肥料，所述保水型缓控释肥料以高分子包膜肥为内核，保水层为外层，形成了一种双层膜结构的保水控释肥料，所述高分子
