鐵離子和多酚螯合物改性的水基聚丙烯酸酯包膜控釋肥料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬肥料制造技術領域，具體涉及一種鐵離子和多酚(單寧酸)螯合物改性的水基聚丙烯酸酯包膜控釋肥料，以及這種改性水基聚丙烯酸酯包膜控釋肥料的制備方法。
【背景技術】
[0002]聚合物包膜肥料是利用高分子有機聚合物在傳統(tǒng)的速溶肥料顆粒表面進行涂層，形成具有一定厚度的膜，并通過膜的滲透作用來實現(xiàn)減緩或控制養(yǎng)分釋放目的的一類控釋肥料[1]。聚合物包膜肥料的養(yǎng)分釋放能更好地和植物連續(xù)的養(yǎng)分需求相匹配，因此施用聚合物包膜肥料不但可以提高肥料利用率，而且一次性施肥可滿足作物整個生長季節(jié)的養(yǎng)分需求。除此之外聚合物包膜還可減少養(yǎng)分脅迫和毒害，提高發(fā)芽率和作物品質(zhì)，減少葉片灼傷等[2]。
[0003]有機高分子聚合物因彈性好，控釋效果穩(wěn)定，是現(xiàn)有工業(yè)化的主要包膜材料[3]，如美國的Osmocote,其包膜材料就是醇酸樹脂，以色列的Multicote也是以聚氨酯為包衣的材料。聚合物包膜材料又可分為溶劑基聚合物和水基聚合物，其中水基聚合物以水為溶劑，合成過程不需有機溶劑，成品無味，且易降解，被視為理想的環(huán)境友好型包膜控釋材料[4’5]。在眾多的水基聚合物中，水基聚丙烯酸酯乳液因具有來源廣、價格相對低廉、易合成、成膜性好、粘度適合、制造儲存運輸無火災危險等優(yōu)點而廣泛用于包膜肥料領域[6 8]o
[0004]水基聚丙稀酸酯乳液用于肥料包衣時由于水的高蒸發(fā)熱(40.6 kJ*mol-l)使包衣過程中水分蒸發(fā)慢，造成包膜內(nèi)水分殘留。包膜內(nèi)殘留的水分使包衣的耐水性和附著力都大大降低，最終導致包膜肥料初期溶出率高，養(yǎng)分釋放期短。加之聚丙烯酸酯結構中的羧基和羥基使包膜材料親水性過大，都使用其制作的包膜肥料控釋期過短，無法滿足一次性施肥下生長周期較長的植物需求。為了減緩水基聚合物包膜肥料的養(yǎng)分釋放速率，對包膜材料進行各種方式的物理化學改性是目前的一個普遍做法。
[0005]墨爾本大學的Frank Caruso領導的研究小組開發(fā)了一個簡單的方法制備由Fe(III)和單寧酸構成的自組裝涂層[9]。該涂層由不同濃度的鐵離子和單寧酸配制而成，在數(shù)秒內(nèi)可以自組裝成一種厚度約1nm的涂層。該涂層可以覆蓋在各種各樣的納米和微觀物體上，包括金納米粒子，碳酸鈣和二氧化硅粒子和細菌，而不管要被涂敷的對象帶正電，帶負電荷或中性M。
[0006][I]趙聰.水基聚合物包膜肥料生產(chǎn)工藝及優(yōu)化[D].北京:中國科學院研究生院，2011.[2]Shavivj A.2001.Advances in controlIed~reIease fertilizers.Adv.Agron.71: 1- 49.[3]埃澤?揚?圖斯馬.受控釋放的肥料組合物和它們的制備方法[P].US:CN98806930.Xj 2000.08.02.[4]胡樹文.一種水基聚合物包膜及其包膜控釋肥料的制備方法[P].CN:CN200710178608.3，2008.05.21.[5]林海濤.一種生物可降解型多功能自控緩釋肥料及其制備方法[P].CN:CN200810015602.9，2008.08.20.[6]Donida, M.ff., Rocha, S.C.2002.Coating of urea with an aqueouspolymeric suspens1n 1n a two-dimens1nal spouted bed [J].Dry.Technol.20(3): 685 - 704.[7]da Rosa, G.S., and dos Santos Rocha, S.C.2012.Use of vinasse toproduce slow - release coated urea in spouted bed [J].Can.J.Chem.Eng.91:589 - 597.[8]杜昌文，申亞珍，周健民.基于水基反應成膜技術的聚合物包膜控釋肥料及其制備方法[P].ZL201010157430.6, 2010.04.27.[9]Ejima, H., Richardson, J.J., Liang, K., Best, J.P., van Koeverden,M.P., Such, G.K., Cui, J., Caruso, F.2013.0ne-step assembly of coordinat1ncomplexes for versatile film and particle engineering [J].Science 341:154-157。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種鐵離子和多酚螯合物改性的水基聚丙烯酸酯包膜控釋肥料，以及這種改性聚合物包膜控釋肥料的制備方法。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有技術水基聚合物包膜控釋肥料控釋期短的問題，通過本發(fā)明生產(chǎn)出的水基聚合物包膜控釋肥料7天累積釋放率為3.6%，控釋期可達到228天，控釋效果良好、環(huán)境友好。
[0008]完成上述發(fā)明任務的技術方案為:一種鐵離子和多酚螯合物改性的水基聚丙烯酸酯包膜控釋肥料，由肥料(肥芯顆粒)與其外部的高分子包膜構成，其特征在于，所述的高分子包膜由Fe (III)和單寧酸自組裝的螯合懸浮液和水基聚丙烯酸酯傳統(tǒng)乳液或水基聚丙烯酸酯細乳液組成；所述的高分子包膜中材料干物質(zhì)的質(zhì)量占肥芯顆粒質(zhì)量的5~15 %。
[0009]所述的肥料(肥芯顆粒)可以采用現(xiàn)有技術中常用的各種農(nóng)業(yè)肥料，包括各種化學肥料、復合肥料或其他功能性肥料。以上肥料通過現(xiàn)有技術的造粒技術制成顆粒。
[0010]所述的Fe (III)和多酚(單寧酸)螯合懸浮液的原料質(zhì)量比是:六水合氯化鐵
0.05-0.15 份，單寧酸 0.3-0.5 份，水 1000 份。
[0011]Fe (III)和多酚(單寧酸)螯合懸浮液需要現(xiàn)配現(xiàn)用，因為其不穩(wěn)定容易凝結成更大的顆粒。
[0012]所述的水基聚丙烯酸酯乳液可分為水基聚丙烯酸酯傳統(tǒng)乳液和水基聚丙烯酸酯細乳液兩種。其中，水基聚丙烯酸酯傳統(tǒng)乳液的原料質(zhì)量比為:丙烯酸丁酯80-120g、甲基丙烯酸甲酯80-120 g、甲基丙烯酸3-7 g，過硫酸鉀0.52-0.78 g十二烷基苯磺酸鈉3.09-5.15 g、0P-10 6.18-10.30 g，通過半連續(xù)法聚合而成。水基聚丙烯酸酯細乳液的原料質(zhì)量比為:丙烯酸丁酯80-120g、甲基丙烯酸甲酯80-120 g、甲基丙烯酸3_7 g，過硫酸鉀
0.68 g十二烷基苯磺酸鈉3.09-5.15 g、正十六烷6.18-10.30 g，通過半連續(xù)細乳液聚合
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[0013]本發(fā)明螯合懸浮液推薦的最佳比例是: 六水合氯化鐵0.1份，單寧酸0.4份，水1000份。
[0014]本發(fā)明水基聚丙烯酸酯乳液推薦的最佳比例是:
丙稀酸單體丙稀酸丁酯110g、甲基丙稀酸甲酯90 g、甲基丙稀酸5 g，
乳化劑十二烷基苯磺酸鈉4.12 g、0P-10 8.24 g、正十六烷8.24 g，
引發(fā)劑過硫酸鉀0.68 g，
水250 go
[0015]完成本申請第二項發(fā)明任務的技術方案是:一種鐵離子和多酚螯合物改性的水基聚丙烯酸酯包膜控釋肥料的制備方法，其特征在于，其制備工藝過程包括包衣母液的制備，F(xiàn)e (III)和單寧酸螯合懸浮液的配制，包衣液的制備以及包膜肥料的制備四部分。
[0016]其中，包衣母液的制備:包衣母液可以選取水基聚丙烯酸酯傳統(tǒng)乳液或水基聚丙烯酸酯細乳液其中的一種，或者兩種以不同比例的混合乳液。
[0017]A-1.水基聚丙烯酸酯傳統(tǒng)乳液母液的制備:
(I)、將乳化劑十二烷基苯磺酸鈉和0P-10溶解于去離子水中，攪拌形成均勻水相；
⑵、將所述的丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯以及甲基丙烯酸三種丙烯酸單體混合形成油相；
⑶、將步驟⑵得到的油相加入步驟⑴的水相中，連續(xù)攪拌30min制得預乳液；
⑷、從三口瓶中倒出75%步驟⑶得到的預乳液，打開電熱套，等反應溫度上升到85°C后，將引發(fā)劑溶液(50ml 0.