[发明专利]可降解型聚合物包膜控释肥料及其制备方法与专用包膜材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型可降解型聚合物包膜控释肥料及其制备方法与专用包膜材料。

背景技术

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。

聚合物包膜材料可分为有机溶剂型、水基聚合物及小分子单体原位聚合在肥料表面上成膜等三种主要形式。国内研究较多的是有机溶剂型聚合物材料，多以聚烯烃或回收的旧塑料为膜材，溶解在有机溶剂中喷涂在肥料表面成膜。但是其存在生产成本较高，生产过程中有机溶剂的回收不完全造成的环境污染严重，包膜材料不易被微生物降解，容易造成所谓的“白色污染”等问题，长期使用会给土壤带来严重后果，从而限制了它的大规模推广应用。

采用水基聚合物材料作为包膜剂具有显著的优点，它以水作溶剂，没有环境污染的问题，没有昂贵的溶剂回收装置，包膜肥价格也较溶剂型包膜肥有明显的降低。目前，国内水基聚合物包膜控释肥料研究重点在于寻找现有的商品聚合物材料应用于包膜控释肥料上，而专门针对控释肥料的材料研究却是十分的稀少，因此在使用水基聚合物包膜材料的过程中普遍存在由于包膜的高湿环境造成的肥料的融化，从而达不到理想的控释效果的问题，严重制约了水基聚合物包膜材料的发展。

近年来，国外越来越多的研究单位将重点放在原位聚合上：即将小分子单体直接在肥料表面反应成膜制备包膜控释肥，这样可以进一步降低包膜肥的成本，使包膜控释肥在大田作物上大规模推广应用成为可能。反应成膜型包膜控释肥所采用的主体材料为聚氨酯和醇酸树脂等材料，包括美国、日本、以色列和加拿大等国家在内的科研人员，申请了许多相关的美国专利。例如：William P.Moore(US4711659，US4804403，US4969947等)的一系列专利中，描述了先采用与肥料进行化学键结合形成第一层包膜，然后采用聚氨酯类材料进行第二层包膜的控释肥料。Alice P.Hudson(US5538531)专利中明确的描述了采用异氰酸酯以及多元醇，它采用了购于Dow Chemical的商标名称为Monder TD，TDS，以及TD-80等的甲苯二异氰酸酯、以及包括蓖麻油及氢化蓖麻油在内的多种多元醇为原料的聚氨酯包膜控释肥料的制作方法。Bayer Corporation在其美国专利(US5851261，US6358296B1，US6503288B1)中通过保持在包膜材料施用过程中肥料颗粒的缓慢混合过程，来提高聚氨酯类包膜材料在肥料颗粒上包膜的均一完整性。Nobuaki Tabei在其系列的专利中(US7018440B2，US7018441B2，US2003/003843A1，US2003/0051523A1)描述了利用聚氨酯材料进行控释肥料的制造，其特点是采用多层包膜的方式，达到膜材料的均一化，从而提高了控释效果。Nick P.Wynnyk等2004年后发表了系列关于优化聚氨酯包膜控释肥料方法的专利(US2007/0137274A1，US2007/0169527A1，US2006/0032282A1，US2004/0020254A1，US2004/0016276A1)同时，其团队将其优化的聚氨酯类包膜过程在中国申请了相关的专利(CN101006032A)：生产涂覆制品的方法和装置，以及在旋转辊筒中包覆控释产品的方法和装置，在这些相关专利中，公布了关于提高聚氨酯类材料的包膜完整率的方式方法与相关的设备。

虽然对聚氨酯类热固性树脂包膜材料进行了大量的研究，但是在使用过程中还存在一些一直没有完全解决的问题：异氰酸酯组分和多元醇组分在肥料颗粒上的混合程度较低，包膜原料的利用率低；由于单体原料从液态向固态的转变过程中粘度的增大，同时由于没有溶剂的防粘作用，导致单体原料在均匀涂布于颗粒肥料后，在固化过程中会出现撕裂，针孔，均一程度较差等宏观的缺陷，从而严重的影响了控释性能。Nick P.Wynnyk等申请的中国专利中提到的采取分阶段固化，使肥料固化阶段接触最小化的各种措施，在很大程度上提高了包膜工艺的完整性，但是其存在工艺较为复杂的缺陷，并且其没有提倡聚氨酯原料到达肥料之前的充分混合，从而降低了包膜材料的化学成分的均一性，因此，在肥料颗粒之上依靠肥料之间的接触使得聚氨酯的两大类原料进行混合，其混合程度有限，势必影响最终成膜的膜性能。