本發(fā)明屬于肥料制造領(lǐng)域，具體涉及一種凹凸棒石改性木質(zhì)素/環(huán)氧樹脂基雙層緩控釋肥料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)化肥的需求日益增長，以支持不斷增長的全球人口對(duì)糧食的需求。然而，傳統(tǒng)化肥的施用方式存在利用率低、養(yǎng)分流失嚴(yán)重等問題，不僅導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，還引發(fā)了一系列環(huán)境問題，例如水體富營養(yǎng)化、土壤酸化、溫室氣體排放等。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，緩控釋肥料技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它通過控制養(yǎng)分的釋放速度，使植物能夠更好地吸收利用養(yǎng)分，從而提高肥料利用率，減少環(huán)境污染，并最終促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2、當(dāng)前，緩控釋肥料的包膜材料主要依賴于合成高分子材料，例如聚氨酯、聚乙烯和聚丙烯等。這些材料雖然在控釋性能方面表現(xiàn)出色，但其難以降解的特性導(dǎo)致了土壤殘留、塑料污染等環(huán)境問題，與可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的理念相悖。因此，尋找可生物降解、環(huán)境友好的包膜材料已成為緩控釋肥料研究領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

3、木質(zhì)素作為一種豐富的可再生資源，來源于植物細(xì)胞壁，是地球上最豐富的天然芳香族聚合物之一。它具有優(yōu)異的生物降解性、低成本、豐富的活性官能團(tuán)以及良好的成膜性等優(yōu)點(diǎn)，使其成為制備緩控釋肥料包膜材料的理想候選者。然而，單一木質(zhì)素材料的機(jī)械性能和阻水性能相對(duì)較差，難以滿足緩控釋肥料對(duì)包膜材料的性能要求。為了克服這些局限性，研究人員開始探索將木質(zhì)素與其他材料復(fù)合改性，以提升其包膜性能，期望開發(fā)出一種高效、環(huán)保、低成本的新型緩控釋肥料，為解決傳統(tǒng)化肥帶來的環(huán)境問題和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供一種可行的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高效、環(huán)保、低成本的新型緩控釋肥料。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種凹凸棒石改性木質(zhì)素/環(huán)氧樹脂基雙層緩控釋肥料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：將液化劑和多元醇混合溶解，得到混合溶液，然后在混合溶液中加入木質(zhì)素與酸催化劑進(jìn)行反應(yīng)，得到液化木質(zhì)素基多元醇；

5、s2：將凹凸棒石分散于s1所述液化木質(zhì)素基多元醇中，得到凹凸棒石改性木質(zhì)素基多元醇；

6、s3：依次將s2所述凹凸棒石改性木質(zhì)素基多元醇、異氰酸酯類化合物和催化劑噴灑到肥料表面進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，得到內(nèi)層包膜肥料；

7、s4：將環(huán)氧樹脂與蠟阻水劑混合溶解，得到外層包膜溶液；

8、s5：將s4所述外層包膜溶液噴涂至s3所述內(nèi)層包膜肥料的外表面，然后再噴涂胺類化合物，反應(yīng)完成后即得到所述凹凸棒石改性木質(zhì)素/環(huán)氧樹脂基雙層緩控釋肥料。

9、優(yōu)選地，s1中所述液化劑和多元醇的質(zhì)量比為12～14:1～2；

10、所述液化劑為聚乙二醇和聚己內(nèi)酯二醇的混合物，質(zhì)量比為8:4～6；

11、所述溶解的轉(zhuǎn)速為300～400轉(zhuǎn)/分，溫度為120～180℃，時(shí)間為40～80min。

12、優(yōu)選地，所述聚乙二醇為聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600和聚乙二醇800中的一種或多種；

13、所述聚己內(nèi)酯二醇為聚己內(nèi)酯二醇530、聚己內(nèi)酯二醇830和聚己內(nèi)酯二醇2000中的一種或多種；

14、所述多元醇為乙二醇或丙三醇的一種或兩種。

15、優(yōu)選地，s1中所述木質(zhì)素和酸催化劑的用量為每100g混合溶液加入50～200g木質(zhì)素和0.1～2g酸催化劑；

16、所述木質(zhì)素為堿木質(zhì)素、硫酸鹽木質(zhì)素和木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或多種，所述木質(zhì)素粒徑為60～120目；

17、所述酸催化劑為硫酸和鹽酸中的一種或多種；

18、所述反應(yīng)的溫度為120～180℃，時(shí)間為0.5～1.5h。

19、優(yōu)選地，s2中所述凹凸棒石占液化木質(zhì)素基多元醇體系總量的1～10wt％；

20、所述凹凸棒石選自高品質(zhì)凹凸棒石、蛋白石凹凸棒石、白云石凹凸棒石和蒙脫石凹凸棒石中的一種或多種；

21、所述s2中分散所述凹凸棒石時(shí)的溫度為120～180℃，時(shí)間為30～60min。

22、優(yōu)選地，s3中所述改性木質(zhì)素基多元醇和異氰酸酯類化合物的質(zhì)量比為1～2:1～1.25；

23、所述催化劑占改性木質(zhì)素基多元醇和異氰酸酯類化合物總質(zhì)量的0.1％。

24、優(yōu)選地，所述異氰酸酯類化合物選自甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、賴氨酸二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯或四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯中的一種或多種；

25、所述催化劑種類選自二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、環(huán)烷酸鋅、異辛酸鋅、羧酸鉍、異辛酸鉍、丙酸苯基汞或醋酸苯汞中的一種或多種；

26、所述的肥料選自尿素、硝酸銨、硫酸銨、磷酸一銨、磷酸二銨、氯化鉀中的一種或多種。

27、優(yōu)選地，s3中在所述內(nèi)層包膜肥料進(jìn)行包膜前需將肥料預(yù)熱至75～85℃。

28、優(yōu)選地，s4中所述環(huán)氧樹脂與蠟阻水劑的質(zhì)量比為(3～10):1；

29、所述外層包膜溶液與胺類化合物的質(zhì)量比為(1～4):1；

30、所述環(huán)氧樹脂選自中的雙酚a型環(huán)氧樹脂、雙酚f型環(huán)氧樹脂、雙酚s型環(huán)氧樹脂、e44型環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或溴化環(huán)氧樹脂中一種或多種；

31、所述蠟阻水劑選自石蠟、微晶蠟、磺化石蠟、氯化石蠟或聚乙烯蠟中的一種或多種；

32、所述胺類化合物選自三乙烯四胺、二亞乙基三胺、間苯二胺或聚酰胺中一種或多種。

33、本發(fā)明還提供了一種凹凸棒石改性木質(zhì)素/環(huán)氧樹脂基雙層緩控釋肥料。

34、有益效果

35、(1)本發(fā)明原材料木質(zhì)素具有低成本、可再生以及來源廣泛的特點(diǎn)，同時(shí)包膜材料在自然環(huán)境中易于降解且對(duì)環(huán)境友好；

36、(2)本發(fā)明分別以凹凸棒石改性木質(zhì)素和環(huán)氧樹脂基作為雙層包膜材料，可以更精細(xì)地控制養(yǎng)分的釋放速度，進(jìn)一步提高肥料的利用效率，并延長肥料的有效作用時(shí)間，可彌補(bǔ)單層包膜肥料緩釋時(shí)間短且不易控制的不足；

37、(3)本發(fā)明利用凹凸棒石增加膜材的粗糙度，提高表面能，提高了膜材的疏水性；凹凸棒石是一種天然的納米粘土礦物，具有獨(dú)特的棒狀結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、優(yōu)異的吸附性和離子交換性能，將凹凸棒石與木質(zhì)素復(fù)合，可以有效改善木質(zhì)素基包膜材料的機(jī)械強(qiáng)度、阻水性能和養(yǎng)分吸附能力，從而提高緩控釋肥料的性能。

38、(4)本發(fā)明制備工藝簡單，操作簡便，成本低廉，通過調(diào)控包膜厚度滿足不同作物生長期對(duì)養(yǎng)分需求的效果，且所制備的雙層緩控釋肥料具有良好的控釋效果，養(yǎng)分初期釋放率≤2％，累積釋放期≥28d。

39、本發(fā)明利用木質(zhì)素這一可再生資源，開發(fā)了一種新型環(huán)境友好型控釋肥料，突破了傳統(tǒng)肥料對(duì)不可降解石油基材料的依賴，不僅實(shí)現(xiàn)了膜材的易降解性，有效避免了二次污染，還顯著降低了生產(chǎn)成本，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。這種兼具優(yōu)異控釋性能、低廉成本和環(huán)境友好特性的肥料，順應(yīng)了可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，為未來農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力保障。

技術(shù)特征：

1.一種凹凸棒石改性木質(zhì)素/環(huán)氧樹脂基雙層緩控釋肥料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，s1中所述液化劑和多元醇的質(zhì)量比為12～14:1～2；

3.如權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述聚乙二醇為聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600和聚乙二醇800中的一種或多種；

4.如權(quán)利要求3所述制備方法，其特征在于，s1中所述木質(zhì)素和酸催化劑的用量為每100g混合溶液加入50～200g木質(zhì)素和0.1～2g酸催化劑；

5.如權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于，s2中所述凹凸棒石占液化木質(zhì)素基多元醇體系總量的1～10wt％；

6.如權(quán)利要求5所述制備方法，其特征在于，s3中所述改性木質(zhì)素基多元醇和異氰酸酯類化合物的質(zhì)量比為1～2:1～1.25；

7.如權(quán)利要求6所述制備方法，其特征在于，所述異氰酸酯類化合物選自甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、賴氨酸二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯或四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯中的一種或多種；

8.如權(quán)利要求7所述制備方法，其特征在于，s3中在所述內(nèi)層包膜肥料進(jìn)行包膜前需將肥料預(yù)熱至75～85℃。

9.如權(quán)利要求8所述制備方法，其特征在于，s4中所述環(huán)氧樹脂與蠟阻水劑的質(zhì)量比為(3～10):1；

10.一種由權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的凹凸棒石改性木質(zhì)素/環(huán)氧樹脂基雙層緩控釋肥料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種凹凸棒石改性木質(zhì)素/環(huán)氧樹脂基雙層緩控釋肥料及其制備方法，屬于肥料制造技術(shù)領(lǐng)域。所述制備方法包括以下步驟：將液化劑和多元醇混合溶解，加入木質(zhì)素與酸催化劑進(jìn)行反應(yīng)，然后加入凹凸棒石改性，得到凹凸棒石改性木質(zhì)素基多元醇，并將其與異氰酸酯類化合物和催化劑噴灑到肥料表面進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，得到內(nèi)層包膜肥料；將環(huán)氧樹脂與蠟阻水劑混合溶解，得到外層包膜溶液并噴涂至上述內(nèi)層包膜肥料的外表面，然后再噴涂胺類化合物，即得到所述雙層緩控釋肥料。本發(fā)明所述雙層緩控釋肥料突破了傳統(tǒng)肥料對(duì)不可降解石油基材料的依賴，不僅實(shí)現(xiàn)了膜材的易降解性，有效避免了二次污染，還顯著降低了生產(chǎn)成本，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：孫少龍,喬遠(yuǎn),張立丹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8