一種高保水性高分子緩釋氮鉀肥及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及保水型緩/控釋肥領域，具體是一種高保水性高分子緩釋氮鉀肥及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，我國是一個農(nóng)業(yè)大國，肥料利用率低導致的資源浪費、環(huán) 境污染以及干旱缺水是制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展眾多因素中的兩大主要因素。近年來，為促進水、 肥一體化，提高水肥生產(chǎn)效率，將保水劑的保水功能、緩釋技術與肥料一體化，研發(fā)保水型 緩/控釋肥是解決生產(chǎn)實際問題以及肥料革新的國內(nèi)外研宄熱點。
[0003] 然而，目前文獻報道的保水型緩釋肥主要為包膜型，其工藝研宄較落后，成本高， 較難產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和推廣，且養(yǎng)分含量和養(yǎng)分的釋放受到包膜材料的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決目前國內(nèi)外保水型緩釋肥工藝研宄領域較落后的問題，提供了一 種高保水性高分子緩釋氮鉀肥，其是一種具有網(wǎng)絡結構的大分子聚合物，該聚合物的大分 子鏈上含有大量的吸水基團-COOH和-NH2，因此具有優(yōu)異的吸水性能，并且該聚合物可以通 過分子鏈斷裂將肥料養(yǎng)分釋放出來，具有良好的養(yǎng)分緩/控釋性能。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種高保水性高分子緩釋氮鉀肥，其結構式 為：
[0006]
[0007] 該高保水性高分子緩釋氮鉀肥中的氮、鉀兩種營養(yǎng)元素以及_〇)0!1、-順2兩種吸水 性基團在同一高分子鏈上，并且相鄰高分子鏈之間形成三維網(wǎng)絡結構。其反應方程式為：
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[0009] 進一步，本發(fā)明提供了該高保水性高分子緩釋氮鉀肥的制備方法，其步驟為：（1) 在反應容器中加入氫氧化鉀溶液和丙烯酸，冰浴中攪拌至混合均勻；隨后加入尿素，攪拌至 尿素完全溶解；然后加入丙烯酰胺，攪拌至丙烯酰胺完全溶解，再加入引發(fā)劑過硫酸銨，攪 拌至引發(fā)劑完全溶解；最后加入交聯(lián)劑Ν，Ν' -亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至交聯(lián)劑完全溶解， 繼續(xù)攪拌30min，至溶液混合均勾；
[0010] (2)使混合均勻的溶液于30~65°C下反應3~7. 5h后，造粒，干燥，即可得高保 水性高分子緩釋氮鉀肥。
[0011] 本發(fā)明所述的制備方法，采用的是溶液聚合的方法將小分子物質丙烯酸、尿素與 丙烯酰胺反應生成具有網(wǎng)絡結構的大分子聚合物，簡化了生產(chǎn)工藝、降低了成本。
[0012] 上述制備方法中所述的冰浴溫度為0~5°C。具體應用時，采用的氫氧化鉀溶液中 氫氧化鉀的質量分數(shù)為20%，所用物料的攪拌時間均為15~30min。
[0013] 另外，所述氫氧化鉀和丙烯酸的摩爾比為0.65~1. 1:1，所述丙烯酰胺、尿素與丙 烯酸的摩爾比為〇. 1~0.9:0. 1~1:1。優(yōu)化的氫氧化鉀、丙烯酰胺、尿素和丙烯酸的摩爾 比為 0.8:0. 7:0. 3:1。
[0014] 本發(fā)明中所述引發(fā)劑過硫酸銨，其質量為丙烯酸質量的0. 5~5%，但參見圖2,由 圖可知當引發(fā)劑的用量為丙烯酸質量的3%時，肥料的吸水倍率最高；當引發(fā)劑含量低于 3%時，隨著引發(fā)劑含量的增加，聚合反應速率逐漸增加，且聚合物的網(wǎng)狀結構更廣泛，因此 吸水倍率逐漸增大。當引發(fā)劑含量高于3%時，反應速率和交聯(lián)密度更高，反而導致吸水倍 率減小。因此，優(yōu)化的引發(fā)劑過硫酸鉀的質量為丙烯酸質量的3%。
[0015] 進一步，所述交聯(lián)劑N, Ν'-亞甲基雙丙烯酰胺的質量為丙烯酸質量的0. 001~ 0. 06%，優(yōu)化的交聯(lián)劑N, Ν' -亞甲基雙丙烯酰胺的質量為丙烯酸質量的0. 01%。
[0016] 本發(fā)明所述的高保水性高分子緩釋氮鉀肥與現(xiàn)有包膜型保水緩釋肥相比，具有如 下有益效果：
[0017] I .本發(fā)明所述的制備方法為溶液聚合法，工藝簡單易操作，所制高保水性高分 子緩釋氮鉀肥是化學合成型保水緩釋肥，可以彌補包膜型保水緩釋肥的養(yǎng)分釋放受到包膜 材料限制且工藝復雜等缺陷；
[0018] II .本發(fā)明所述的高保水性高分子緩釋氮鉀肥僅以氫氧化鉀、丙烯酸、丙烯酰胺 和尿素為原料，原料廉價易得，避免了包膜材料復雜的預處理過程，生產(chǎn)成本低，且氮、鉀含 量高；
[0019] III.本發(fā)明制備的聚合物分子鏈上含有大量的吸水基團-COOH和-NH2，具有良 好的吸水性能，在去離子水中的吸水倍率高達1400g. 以上，在雨水中的吸水倍率達到 1000 g. g4以上，具有良好的應用前景；
[0020] IV .本發(fā)明所述的高保水性高分子緩釋氮鉀肥分子中的氮、鉀兩種營養(yǎng)元素通過 化學鍵牢固地連接在高分子網(wǎng)絡結構上，通過分子鏈斷裂將肥料養(yǎng)分釋放出來，具有優(yōu)異 的養(yǎng)分緩控釋性能，可降低淋溶損失，大幅度提高化肥養(yǎng)分的利用率；
[0021] V .本發(fā)明所述的高分子緩釋氮鉀肥施入土壤后，在土壤微生物的作用下逐步水 解、降解為小分子營養(yǎng)物質，不斷被植物吸收，既不會產(chǎn)生燒苗現(xiàn)象，也不會給土壤留下不 能被吸收的有害物質，是一種符合綠色環(huán)保要求的新型化肥。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例1所制備的高保水性高分子緩釋氮鉀肥的FT-IR譜圖，圖 中2941CHT1處為飽和亞甲基反對稱伸縮振動吸收峰，表明C = C斷裂；1614CHT1處為ftH3 鹽橋，表明相鄰或者同一分子鏈上的-COOH與_順2反應形成-CONH- 5131801^-11680^1處 為-C-O-C-的伸縮振動吸收峰，3338〇1^-3191〇1^處為-NH2的彎曲振動吸收峰，1659CHT 1處 為-CONH2的彎曲振動吸收峰，1447cm η處為-COOH的反對稱伸縮振動吸收峰；FT-IR譜圖表 明產(chǎn)物具有所述結構。
[0023] 圖2為本發(fā)明所述高保水性高分子緩釋氮鉀肥的吸水倍率與引發(fā)劑用量的關系。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明中采用的評價指標以及測試方法如下：
[0025] 采用分光光度法測定化肥的全氮含量，采用火焰光度法測定化肥的全鉀含量。
[0026] 吸水倍率的測試：將0.1 Og高保水性高分子緩釋氮鉀肥放入到裝有IOOmL水的培 養(yǎng)瓶中，封口后于25°C的恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。24h后，過濾，稱重，利用公式Q(g. g4)= (W2-W1) /^計算肥料的吸水倍率。
[0027] 實施例1
[0028] 一種高保水性高分子緩釋氮鉀肥的制備方法，其步驟為：
[0029] (1)在反應容器中加入氫氧化鉀溶液和丙烯酸（氫氧化鉀的質量分數(shù)為20%，氫 氧化鉀和丙烯酸的摩爾比為0. 8:1)，冰浴中攪拌15min至混合均勻；隨后加入與丙烯酸的 摩爾比為0. 3:1的尿素，攪拌20min至尿素完全溶解；然后加入與丙烯酸的摩爾比為0. 7:1 的丙烯酰胺，攪拌25min至丙烯酰胺完全溶解；再加入丙烯酸質量3. 0%的引發(fā)劑過硫酸 銨，攪拌30min至過硫酸銨完全溶解；然后加入丙烯酸質量0. 01 %的交聯(lián)劑Ν，Ν' -亞甲基 雙丙稀酰胺，攪拌20min至交聯(lián)劑完全溶解，繼續(xù)攪拌30min，至溶液混合均勾；
[0030] (2)使混合均勻的溶液于45°C下反應5. 5h后，造粒，干燥，即可得高保水性高分子 緩釋氮鉀肥。該氮鉀肥中的氮含量為13 %，鉀含量為8. 29%，在去離子水中的吸水倍率為 1415. 93g. g-1，在雨水中的吸水倍率為1051. 28g. g-1。
[0031] 實施例2
[0032] 一種高保水性高分子緩釋氮鉀肥的制備方法，其步驟為：
[0033] (1)在反應容器中加入氫氧化鉀溶液和丙烯酸（氫氧化鉀的質量分數(shù)為20%，氫 氧化鉀和丙烯酸的摩爾比為1:1)，冰浴中攪拌30min至混合均勻；隨后加入與丙烯酸的摩 爾比為0. 9:1的尿素，攪拌15min至尿素完全溶解；然后加入與丙烯酸的摩爾比為0. 1:1的 丙烯酰胺，攪拌20min至丙烯酰胺完全溶解；再加入丙烯酸質量2. 5%的引發(fā)劑過硫酸銨， 攪拌15min至過硫酸銨完全溶解；然后加入丙烯酸質量0