树脂型包膜尿素试验研究

张 星，娄方亮

(云南云天化股份公司研发中心，云南 昆明 650228；云南云天化股份公司，云南 昆明 650228)

化肥在农业生产中占有重要地位，是农业生产中最大的物质投资，约占其全部生产性支出的50%。据联合国粮农组织估计，发展中国家粮食的增产中，其55%来自化肥的作用。我国化肥的投入和粮食的关系也基本符合这一规律。随着高产、高效优质农业的发展，化肥在我国农业中的地位将更为重要。农业生产实践表明，由于肥料性质与土壤环境条件的综合影响，肥料利用率低是化肥使用上普遍存在的问题。

目前我国化肥的当季利用率较低：氮为30%～35%，磷为10%～20%，钾为30%～35%。而在美国和日本等发达国家肥料的利用率一般可达50%～60%，西欧的肥料利用率更可达到70%～80%[1]。其中氮的损失特别严重，不仅造成了直接的经济损失，而且部分地区因施肥不当已引起环境污染，出现地表富营养化、地下水和蔬菜中硝态氮含量超标，氧化亚氮排放量增加等问题。因此，提高化肥利用率，减少因施肥而造成的污染发展可持续高效农业已成为世界共同关注的问题。由此可见，发展缓释肥料迫在眉睫，肥料包膜材料主要包括无机类、有机类的和树脂类。高分子聚合物包膜缓释肥料缓释性能良好，入土后影响肥料养分释放的因素较少，可实现作物生育期的一次性施肥、明显减少农业劳动量．提高生产率．是缓释肥料发展的主流方向[2]。

本文以改性淀粉为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、大豆油多元醇、松香甘油酯和聚丙烯酸钾为主要原料制成的树脂型缓释包膜材料，喷涂在大颗粒尿素表面，包膜材料易降解，对土壤和水源无污染，是一种很有开发前景的缓释包膜材料[3]。

1 试验部分

1.1 试验原料和设备

1.1.1 试验原料

大豆油多元醇(表1)、 多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)(表2)、 二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)(表3)、松香甘油酯和聚丙烯酸钾、丙三醇(工业级)、松香甘油酯、大颗粒尿素、二苯甲烷二异氰酸酯(PMDI)。

表1 试验原料组成

表2 PAPI组成

表3 MDI组成

1.1.2 试验设备

烧杯，电加热套，温度计，笔式喷枪。

1.2 试验方法

将大豆多元醇、聚丙烯酸钾、丙三醇(工业级)和松香甘油酯一种或者多种加入三口烧瓶中，在100～200 ℃，0.05 MPa 负压下，减压脱水1～2 h，冷却至 60 ℃；加入称量好的MDI、PAPI、PMDI的一种或者多种，在(80±2)℃反应 1.5 h，然后保温 70 ℃ 0.5 h；在 70 ℃ 温度下，把尿素放入滚动的转鼓中，用喷枪把液体膜材料喷到尿素颗粒表面，冷却硬化，获得包膜好的尿素颗粒。

2 结果与讨论

2.1 包膜溶液配方

为了选取包膜材料配方，对二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、大豆油多元醇、松香甘油酯和聚丙烯酸钾、丙三醇(工业级)、二苯甲烷二异氰酸酯(PMDI)等原料进行了筛选，通过不同原料的配比进行筛选，获得了最优的配方组合。采用大豆多元醇和MDI两种物料制备的包膜材料，具有流动性好，成膜性好，且容易在肥料表面固化，是一种良好的膜材料。结果见表4。

表4 包膜材料制备试验结果

通过表3看出，采用大豆多元醇和MDI进行混合反应，获得的包膜材料流动性好，喷涂在尿素颗粒表面，成膜均匀。

图1、图2是包膜材料，不同的包膜厚度所呈现的包膜颜色不相同；图3、图4是包膜材料喷涂在颗粒尿素表面的成品。图3包膜厚度为 0.4 mm，图4的包膜厚度为 0.25 mm，包膜厚度的不同影响尿素养分的释放。

图1 包膜材料 图2 包膜材料

图3 包膜尿素 图4 包膜尿素

2.2 包膜比例

为了保证将来包膜尿素产品的w(氮)≥44%，且要求包膜具有半透膜性，其厚度要控制在0.2～0.4 mm。我们确定了尿素与包膜剂的质量比为 18∶1～ 32∶1。

2.3 包膜尿素水中溶解速度

取100颗包膜尿素放入 250 mL 锥形瓶，加入 200 mL 纯净水。随着时间推移，观察尿素在水中溶解的情况，记录尿素完全溶解的颗数，定性的了解膜的特性和常温下包膜尿素在水中的溶解速度。结果见图5。

图5 包膜尿素水中溶解数据

从图5中三组平行试验结果来看，包膜尿素在15 d的时候溶解率约在5%;到20 d的时候，尿素溶解率约20%;到30 d的时候，尿素溶解了50%;到35 d的时候，尿素已经溶解了近70%。包膜尿素在前15 d，是水分渗透膜材料过程;随着水分的深入，后15 d，尿素迅速溶解。该膜材料包裹在尿素表面，具有一定的缓释作用。

2.4 包膜尿素的结块性能和抗压性能

通过仪器检测可知，包膜尿素在3个月中无结块现象，而且抗压性能数据一致在 8 N 以上，各项指标均优于普通尿素(表5)。普通尿素由于表面是吸水性物质，故在毛细吸附的作用下，使其极易吸水而发生结块现象，而包膜尿素则在尿素的表面包裹了一层疏水性的聚氨酯树脂，不仅使尿素颗粒间彼此隔离开，又能使尿素颗粒与周围的水蒸汽隔离，因此大大提高了尿素的抗结块性。同样，由于外包一层聚氨酯膜，使其抗压性能也明显地优于普通尿素[3]。

表5 抗压强度结果

3 结论

本文以改性淀粉为二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、大豆油多元醇、松香甘油酯和聚丙烯酸钾为主要原料制成的树脂型缓释包膜材料，选用尿素作为包膜肥料进行包膜，获得了树脂材料的包膜尿素。使用大豆多元醇和MDI进行混合反应，获得的包膜材料流动性好，成膜均匀。

包膜尿素在前15 d尿素释放较少，到30 d的时候，尿素释放率为70%，该包膜材料具有一定的缓释作用，且包膜材料对尿素的物理性能和机械性能有一定的改善，提高了氮的利用率。目前，该包膜工艺存在包膜不够均匀，且尿素释放速率过快的问题。今后，在包膜工艺和释放速率方面进一步进行研究，改进包膜材料的性能和包膜工艺。