[发明专利]一种聚氨酯包膜肥料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯包膜肥料的制备方法。该方法可以连续地将反应物料分布到处于流化状态的颗粒表面，能够促进聚氨酯反应过程快速完成，使反应物料的混合、涂布、反应和固化过程均匀快速地进行，有效防止颗粒与颗粒之间的粘连，解决包膜过程中大颗粒肥料容易粘接破坏膜层控释性能等问题。使用该方法可以将蓖麻油等植物油类多元醇与异氰酸酯连续雾化到肥料颗粒表面上，制备具有控释性能的包膜肥料。该方法主要用于聚氨酯反应成膜的包覆操作，尤其适合于连续化生产包膜控释肥料。

背景技术

聚氨酯包膜控释肥料是将多元醇和异氰酸酯等反应物在肥料颗粒表面直接反应制备而成。除了聚氨酯反应原料配方，还受喷雾包覆成膜、颗粒流态化等过程的控制工艺影响。

目前主要采用蓖麻油类多元醇和异氰酸酯作为反应物，将反应物按照反应计量关系，直接添加到处于循环滚动的肥料颗粒表面反应成膜，制备控释肥料。早在1986年美国的William P.Moore等人就采用转鼓，在硫包衣尿素表面，将MDI与聚酯多元醇反应制备聚氨酯膜层。该发明采用一台直径为24英寸，长为10英寸的实验室转鼓涂布机内进行包覆操作，转鼓内设置15个抄板用于辅助颗粒的滚动，转鼓转速为30rpm，温度为110℃，一次放入4kg硫包衣尿素。包膜时，首先将1.0%的异氰酸酯喷涂到转鼓内，滚动2分钟，然后加入1.5%的多元醇，滚动2分钟，如此反复进行多次。反应时使用了三乙醇胺或三聚氰胺作催化剂，研究中还讨论了催化剂、反应温度、NCO/OH配比比例等因素对包膜效果的影响关系（US4711659）。该专利首先采用聚氨酯反应制备了控释肥料，但是研究并没有深入分析反应和包裹条件对聚合物包膜肥料养分施肥性能的影响。另外所选用原料反应活性速度较慢，反应温度偏高（100～150℃），聚酯耐水性较差等原因，其24小时100°F水中溶出率为7.1%，控释性能并不理想，也没有工业化生产的报道。William P.Moore于1987年申请的“耐磨树脂包膜控释肥料”采用类似的思路，以HO—和NH₂—为亲核试剂与NCO—反应，改变了反应物类型，但是没有对反应条件进行改进，所制备的控释肥料施肥性能没有变化（US4804403）。

1994年Alice P.Hudson在使用圆盘作为包膜设备，采用异氰酸酯（DOW PAPI94）与氢化蓖麻油（Union Camp Cenwax G）反应制备聚氨酯包膜控释肥料，使用占反应物总重量10～50%的石蜡（Gulftene C₃₀₊，alpha olefin）修饰尿素表面，反应温度在100℃左右，氢化蓖麻油间歇加入，异氰酸酯连续加入，反应物占包膜肥料总重量的1～10%（主要是1～3%），重点比较了NCO/HO配备、石蜡的用量等对释放性能的影响结果，能够得到7天释放20%左右的包膜控释肥料（US5538531）。1999年Yasuhiro Hirano等人采用直径为520mm的带电加热器和温控的圆盘，在转速为20～30rpm、温度为75℃时，将2kg肥料颗粒放置其中，首先将4.1g MDI（Sumidule44V10，Bayer）和5.3g蓖麻油（Sumifen TM，Bayer），及0.1g2,4,6-三（二甲氨基乙基）苯酚做催化剂，喷涂到肥料颗粒表面反应约3分钟，然后重复进行16次，总包膜率达8%；之后加入石蜡，冷却固化成膜，释放期可达6个月左右（US6231633）。在中国也有聚氨酯包膜肥料方面的专利，他们主要采用转鼓，分次间歇的将反应物料加入，使反应-固化过程重复多次。比如在转鼓中，通过喷嘴将A、B两种物料滴加到转鼓内肥料颗粒表面，形成涂层，反应固化以后，再重复涂布2～10次（CN101648837A）。另外，爱禾瑞有限公司申请的中国专利中，介绍了使用转鼓制备聚氨酯包膜肥料的方法，其具体操作是：将1kg尿素放入转鼓中，加热到75℃，然后加入含18%石蜡的蓖麻油，然后加入异氰酸酯，旋转6分钟，然后重复该操作3次；之后除去热源，冷却12分钟，直到30℃左右，取出实验样品。该发明还强调，在操作的不同阶段调整转鼓为不同的转速，对产品性能的影响很大。

现在普遍采用的方法是间隔单滴加的方法，即按照先后顺序、间隔加入方法将反应物料滴加和雾化到肥料颗粒表面，使首先添加的多元醇在颗粒流化中相互碰撞接触，形成均匀的包裹层，随后再添加异氰酸酯，与之反应制备聚氨酯膜层。

综上所述，目前用于聚氨酯包膜肥料生产的工艺方法中，反应物料间歇加入，操作比较复杂，难于自动连续进行，存在一些缺点：