[发明专利]原位反应挤出造粒的脲醛/淀粉缓释氮肥及制备与应用

说明书

本发明涉及非金属化合物技术领域，具体涉及缓/控释氮肥化合物领域，尤其涉及一种原位反应挤出造粒的脲醛/淀粉缓释氮肥及制备与应用，在挤出过程中，羟甲基脲通过反应挤出发生缩聚反应生成脲醛生物降解聚合物，而双螺杆挤出机的高温高剪切力作用也导致淀粉通过机械活化反应具有更多的羟基，同时生成的脲醛的活性官能团‑CHsubgt;2/subgt;OH与淀粉表面的活性基团‑OH或‑CHsubgt;2/subgt;OH在酸性和高温条件下发生脱水缩合反应，生成具有所述结构的脲醛/淀粉缩聚物。相较于传统的脲醛肥料，本发明引入淀粉后，制备的脲醛肥料颗粒的机械性能有很大提升，颗粒强度高，便于后续保存、运输和施用。

技术领域

本发明涉及非金属化合物技术领域，具体涉及缓/控释氮肥化合物领域，尤其涉及一种原位反应挤出造粒的脲醛/淀粉缓释氮肥及制备与应用。

背景技术

目前，国内外广泛使用的氮肥产品的当季利用率平均只有30%左右，所含的超过60%的氮会通过挥发、淋洗和径流等途径损失掉，造成大气和水体的严重污染。

作为解决上述问题的有效途径，缓/控释肥料逐渐被应用于农业生产中，脲醛（UF）是最早被研发成功且最先实现商业化生产的生物降解高分子缓/控释化肥。UF可在微生物的作用下，缓慢降解并逐步释放氮养分。与传统肥料相比，UF缓释氮肥不会增加综合施用成本，氮素利用率高，一次施用不需追肥，能够实现节肥增效；此外，UF肥还具有促进土壤团粒结构形成、改善土壤通透性、提高作物根系穿透力等方面作用，已成为最具潜力的缓/控释肥料品种。然而目前，一方面，大多数研究报道或产业化生产的UF的合成都是在液相中进行的，而这不仅使这一过程难以控制，通常导致过快的聚合速度，可加工性差；而且还使UF肥料的价格较高。此外，还存在生产工艺复杂、步骤繁琐、粉尘污染严重等方面问题。另一方面，UF肥料中低分子量氮的释放速率高于作物生长初期的需氮量，而高分子量组分的氮素释放速率慢于作物生长后期的需要量。因此，对实际应用来说，UF养分释放的时间往往太长，这意味着养分的可获得时间比植物生长所要求的时间长。这些是目前UF聚合物作为缓/控释肥料不受欢迎的主要原因，尽管UF的氮含量比其它商业氮肥产品都高。

反应挤出技术已经成为近年来兴起的一种新型高分子材料成型技术，它将聚合过程和加工过程合二为一，在加工机械中同时进行化学反应以及连续生产。反应挤出将挤出机作为反应容器，以螺杆和料筒组成的塑化挤压系统作为连续化反应器，将预反应的各种原料组分，如单体、引发剂、聚合物、助剂等一次或分次由相同或不同的加料口加入到螺杆中，在螺杆转动下实现各原料之间的混合、输送、塑化、反应和从模头挤出的过程。具有可连续化大规模生产、投资少且成本低、不使用或很少使用对人体和环境有害的溶剂、对制品和原料的选择余地大、可简化聚合物脱除挥发物和造粒以及成型加工过程、反应效率高、产品性能均一等方面优点，具有良好的发展前景。

机械活化这一概念可以定义为：固体物质在摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下，晶体结构和物化性能发生改变，使部分机械能转变成物质的内能，从而导致其的化学活性增加，属于机械化学的范畴。

发明内容

针对目前脲醛缓释氮肥制备和使用过程中存在的问题，本发明提供了一种原位反应挤出造粒的脲醛/淀粉缓释氮肥及制备与应用。本发明使羟甲基脲和淀粉在双螺杆反应挤出机中实现原位反应，淀粉的加入不仅能够提高制备的脲醛缓释氮肥的颗粒强度，而且可以实现氮养分缓释周期的有效控制。

本发明是通过以下技术方案实现的：原位反应挤出造粒的脲醛/淀粉缓释氮肥化合物组合物，包括如下所示的大分子化合物：

、、和；式中：m=1~50，n=100~5000。

本发明进一步提供了原位反应挤出造粒的脲醛/淀粉缓释氮肥化合物组合物的制备方法，包括如下步骤：

（1）往反应器中加入计算量的甲醛和计算量的尿素，调节pH，一定温度下反应一定时间，得到羟甲基脲溶液；然后加入一定量的淀粉并混合均匀；