[发明专利]造纸木浆副产品磺化木质素/脲醛肥及反应挤出造粒工艺

说明书

本发明涉及非金属化合物技术领域，特别涉及脲醛肥缓/控释化肥领域，尤其涉及一种造纸木浆副产品磺化木质素/脲醛肥及反应挤出造粒工艺，羟甲基化磺化木质素溶液与羟甲基脲溶液混合后打入到反应挤出一体机中，反应直至体系变粘稠，然后经双螺杆挤出机挤出，得到条状产物烘干后切粒，即得到造纸木浆副产品磺化木质素/脲醛肥柱状颗粒。本发明制备的造纸木浆副产品磺化木质素/脲醛肥柱状颗粒通过将磺化木质素分子引入到脲醛大分子主链上降低脲醛肥料的聚合度、结晶度，从而调节肥料的氮养分释放速率，解决了传统脲醛肥料作物生长后期养分释放缓慢的缺点，能够拓宽脲醛肥料适用的作物范围。

技术领域

本发明涉及非金属化合物技术领域，特别涉及脲醛肥缓/控释化肥领域，尤其涉及一种造纸木浆副产品磺化木质素/脲醛肥及反应挤出造粒工艺。

背景技术

当前，粮食产量的提高主要是通过施用化学肥料来实现的。其中，尿素是应用最广泛的氮肥。然而，由于尿素的高水溶性，约有40~70%的氮无法被植物吸收，而流失到环境中的这部分氮会引起一系列的生态和环境安全问题，如水体富营养化、土壤酸化等。研发缓/控释肥料是提高养分利用率的有效途径。这类肥料的养分释放速率慢，释放周期长，在整个作物生长期内均可满足其养分需求。脲醛缓释肥具有长久稳定、利用率高以及对环境污染少等优点而被广泛使用。然而，过长的缓释周期也限制了脲醛肥的应用范围，使其很难应用于蔬菜、粮食等大规模种植的短周期农作物。此外，大多数研究报道或产业化生产的脲醛肥的制备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；而且还使脲醛肥料的价格较高。此外，还存在生产工艺复杂、步骤繁琐、粉尘污染严重等问题。

木质素是一种复杂的天然有机高分子化合物，存在于大多数植物的木质组分中，是构成植物骨架的主要成分之一。据统计，全世界所有植物每年可以生长的木质素量多达1500亿吨。但是，由于木质素的分子结构复杂，至今仍未被完全弄清，此外，不同的提取分离手段得到的木质素的结构不同，所以使木质素的应用受到了很大的限制。木质素是土壤腐殖质的前体物质，可以抑制土壤脲酶活性，进而降低养分释放速度，是配制缓释肥料的理想材料。木质素可以通过不同的制浆工艺获得，但只有磺化木质素可以大量得到，因为目前，约有95%的磺化木质素作为造纸、纺织、制浆的废弃物被排出，在浪费资源的同时对环境造成了污染。造纸废液是磺化木质素的主要来源，如果能将其变废为宝，不仅可以使资源充分利用，而且还可以解决相关环境污染问题。

木质素中含有多种官能团，如羰基、羟基、芳香环、甲氧基、羧基等。甲氧基是木质素的特征官能团之一，其占据着木质素中大部分的活性单元（酚羟基的邻位和对位），严重空间位阻的存在极大降低了木质素的活性。在碱性条件下，木质素会发生羟甲基化反应，生成羟甲基化木质素。具体为：在碱性条件下，木质素首先去除酚羟基上的氢，使氧的电子离域到苯环上得到共振体系，导致酚羟基的邻位、对位得到活化。而活化后的木质素可以参与脲醛树脂的缩聚反应。

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料筒中，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。

发明内容

针对传统脲醛肥料作物生长后期养分释放缓慢的问题，本发明提供了一种造纸木浆副产品磺化木质素/脲醛肥及反应挤出造粒工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种造纸木浆副产品磺化木质素/脲醛肥化合物，具有如下所述的大分子结构：

和

；

式中：m=1-5。