комплексное стеклянное удобрение пролонгированного действия и способ его получения

Формула изобретения

1. Комплексное стеклянное удобрение пролонгированного действия, содержащее фосфорно-калийное удобрение, мочевино-формальдегидную смолу и микроэлементы, отличающееся тем, что в качестве фосфорно-калийного удобрения и микроэлементов используют фосфатное стеклообразное удобрение со следующим составом, мас.%:

Р₂О₅ - 49-55

СаО - 10-14

MgO - 5-8

Fe₂О₃ - 0,2-0,5

МnО - 0,1

CuO - 0,02

В₂О₃ - 0,2-1,5

СоО - 0,05

SiO₂ - 1-3

МоО₃ - 0,005

К₂О - 5-19

а в качестве мочевино-формальдегидной смолы используют полностью растворимую линейно-циклическую полиметиленмочевину при массовом соотношении компонентов:

Фосфатное стеклообразное удобрение - 75-90%

Линейно-циклическая полиметиленмочевина - 10-25%

2. Способ получения комплексного стеклянного удобрения пролонгированного действия, включающий синтез мочевино-формальдегидной смолы (МФС), и последующее смешивание МФС с фосфорно-калийными удобрениями и микроэлементами, отличающийся тем, что в качестве фосфорно-калийных удобрений и микроэлементов используют фосфатное стеклообразное удобрение со следующим составом, мас.%:

Р₂О₅ - 49-55

СаО - 10-14

MgO - 5-8

Fe₂О₃ - 0,2-0,5

MnO - 0,1

CuO - 0,02

B₂О₃ - 0,2-1,5

CoO - 0,05

SiO₂ - 1-3

MoO₃ - 0,005

K₂O - 15-19

синтез МФС производят при 45^oС в течение 2 ч в нейтральной или слабокислой среде с постоянным контролем уровня pH в диапазоне от 5 до 7, в полученный жидкий конденсат линейно-циклической полиметиленмочевины вводится фосфатное стеклообразное удобрение в виде порошка в массовом соотношении компонентов:

Фосфатное стеклообразное удобрение - 75-90%

Линейно-циклическая полиметиленмочевина - 10-25%,

затем полученный гетерогенный композит гранулируют путем нагревания до 50^oС и гранулируют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к удобрениям пролонгированного действия и может быть использовано в сельском хозяйстве для любых культур в течение 3-5 лет при однократном внесении в почву, исключающем необходимость внесения других компонентов.

Разрабатываемые в настоящее время стеклянные удобрения не выветриваются, не проникают в грунтовые воды и обеспечивают питание растений в течение 3-5 лет. Однако они не включают азотных соединений, без которых процесс фотосинтеза, а следовательно роста растений практически невозможен.

Таким образом, задача введения азотного удобрения в пролонгированные комплексные стеклянные удобрения весьма актуальна, поскольку делает эти удобрения универсальными.

Известно комплексное гранулированное удобрение, патент США 3954942, С 01 В, опубликованный в 1976 г., включающее все необходимые растению компоненты, заключенное в полимерную оболочку.

Недостатком известного удобрения является его короткий срок действия: не более 1 года. Это объясняется тем, что при первичном местном разрушении полимерной оболочки растворение ее содержимого идет лишь немногим медленнее, чем обычного удобрения без оболочки.

Известно удобрение по а. с. 1119999, МКИ С 05 В 13/06, опубликовано 23.10.84 г. в БИ 39, содержащее в остеклованном виде соединения фосфора, калия, микроэлементов. Это удобрение работает в течение 3-5 лет, однако его применение требует ежегодного внесения в почву азотных удобрений, что ведет к существенным эксплуатационным затратам.

Известен принимаемый за прототип "Способ получения таблетированного медленно действующего удобрения" по а. с. СССР 1527228, МКИ С 05 С 9/02, опубликованное 07.12.89 г. в БОИ 45. Согласно этому способу в азотно-фосфорно-калийном удобрении используется исходная смесь неорганических фосфатов и мочевино-формальдегидной смолы (МФС).

Ни в первом, ни во втором из известных авторских свидетельств не ставится и не решается вопрос о последовательном и сбалансированном выходе элементов питания растений в почвенные растворы, а также о влиянии процессов дезинтеграции и таблетирования на антагонизм исходных компонентов удобрения в то же время известно, что карбомид при нагревании в кислых рН<5 растворах или основных рН>8 растворах с одной стороны может гидролизоваться до аммиака и углекислого газа, а с другой стороны при полимеризации не только образовывать МФС, но и давать биурет, который крайне токсичен для растений даже при содержании 0.25 мас.%.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение универсальности известного стеклянного удобрения за счет обеспечения его пролонгированного действия, а также разработка способа его получения.

Задача настоящего изобретения решается таким образом, что в комплексном стеклянном удобрении пролонгированного действия, содержащем фосфорно-калийное удобрение, мочевино-формальдегидную смолу (МФС) и микроэлементы, в качестве фосфорно-калийного удобрения и микроэлементов используют фосфатное стеклообразное удобрение "Агровитаква-AVA" (далее "AVA") со следующим составом в мас.%:

P₂O₅ - 49-55

CaO - 10-14

MgO - 5-8

Fe₂O₃ - 0,2-0,5

MnO - 0,1

CuO - 0,02

В₂О₃ - 0,2-1,5

СоО - 0,05

SiO₂ - 1-3

МоО₃ - 0,005

К₂О - 15-19

а в качестве мочевино-формальдегидной смолы используют полностью растворимую линейно-циклическую полиметилен мочевину при массовом соотношении компонентов:

Фосфатное стеклообразное удобрение (AVA) - 75-90%

Линейно-циклическая полиметиленмочевина - 10-25%

Способ получения стеклянного удобрения пролонгированного действия включает синтез мочевино-формальдегидной смолы (МФС), отверждение и выделение твердой МФС, и последующее смешивание МФС с фосфорно-калийными удобрениями и микроэлементами, и отличается тем, что в качестве фосфорно-калийных удобрений и микроэлементов содержит фосфатное стеклообразное удобрение (AVA) со следующим составом в мас.%:

P₂O₅ - 49-55

CaO - 10-14

MgO - 5-8

Fе₂О₃ - 0,2-0,5

MnO - 0,1

CuO - 0,02

В₂О₃ - 0,2-1,5

СоО - 0,05

SiO₂ - 1-3

МоО₃ - 0,005

K₂O - 15-19

а синтез МФС производят при температуре 45^oС в течение 2 часов в нейтральной или слабокислой среде с постоянным контролем уровня рН (рН 5-7), в полученный жидкий конденсат линейно-циклической полиметиленмочевины вводится фосфатное стеклообразное удобрение (AVA) в виде порошка при массовом соотношении компонентов:

Фосфатное стеклообразное удобрение (AVA) - 75-90%

Линейно-циклическая полиметиленмочевина - 10-25%

затем полученный гетерогенный композит гранулируют путем нагревания до 50^oС.

На основе мочевино-формальдегидной смолы (МФС) производят карбамидоформальдегидное удобрение (КФУ) в соответствии с ТУ 113-03-03-0-85, которое представляет смесь продуктов поликонденсации типа полиметилол и полиметиленмочевины линейного, линейно-циклического и пространственного строения, содержание азота в котором удерживают на среднем уровне - 23-33 мас.%.

При обезвоживании МФС переходит из смолообразного в стекловидное состояние. Процесс обезвоживания можно проводить нагреванием смолы, например до 50^oС. Производство МФС осуществляется из мочевины, формалина, спирта и аммиака, причем рН можно менять в широких пределах от 4,5 до 8,5. От уровня рН зависит растворимость МФС после остеклования. Чем больше рН, тем медленнее растворение.

Таким образом можно уравнять скорость растворения стеклянного удобрения и стеклообразной МФС. Для составления универсального композитного удобрения, измельченные до порошка стеклообразные компоненты перемешивались со смолообразной МФС при массовом соотношении компонентов:

Фосфатное стеклообразное удобрение (AVA) - 75-90%

Линейно-циклическая полиметиленмочевина - 10-25%

а затем гранулировались при температуре 50^oС. В результате получались остеклованные гранулы, содержащие до 15% азота и годные к внесению в почву.

Кинетика растворения таких удобрений аналогична удобрениям по прототипу, но предлагаемые удобрения могут работать в течение 3-5 лет при температуре от 8 до 22^oС. При этом исключается отдельное внесение в почву азотных удобрений.

Положительный эффект при использовании изобретения достигается:

1. За счет большей скорости растворения МФС по сравнению с AVA почвенные растворы последовательно обогащаются компонентами питания растений с переменной концентрацией азота, калия, фосфора во времени. Это позволяет говорить о синергизме агрохимического действия удобрения, так как на начальной стадии выход азота в почвенные растворы в 2-3 раза превосходит выход калия, фосфора, бора и микроэлементов, а примерно через месяц, в расчете на температуру 20^oС, и постоянную влажность концентрации выходящих компонентов в единицу времени, выравниваются.

2. Общая скорость растворения чечевичнообразных гранул диаметром 5-10 мм оказывается существенно более низкой, чем чистой МФС, за счет высокой адгезии на поверхности AVA. Это обеспечивает пролонгированное действие композита при сбалансрованном питании растений.

3. Отсутствие химического взаимодействия между AVA и МФС позволяет говорить о гетерогенном композите, в отличие от дезинтегрированных смесей, противопоставляемых заявителям.

4. Выход в единицу времени минеральных компонентов в почвенные растворы возрастает с увеличением удельной поверхности S/м (S - общая поверхность частиц порошка стеклообразного удобрения, а м - его полная масса). Сбалансированный выход азота и элементов минерального питания растений достигается для конкретного стеклообразного удобрения - AVA при соотношении AVA - 75-90%, МФС - 10-25 мас.% (частицы порошка - AVA размером 60-180 мкм, размеры гранул композита 5-10 мм). В общем случае эти величины являются переменными.

Пример реализации изобретения.

Для примера был взят образец КФУ ТУ 113-03-33-0-85, представляющий собой гранулы диаметром 3-5 мм белого цвета. Проведенные приближенные оценки растворимости КФУ показали, что смола полидисперсный продукт. Кинетика растворения образцов имеет нелинейный характер. Анализ результатов показывает, что в начальной стадии растворения следует рассматривать 2 процесса: сначала набухание полимера, затем растворение полимера. Во второй стадии кинетическая кривая выходит на насыщение.

КФУ растворяется при 18^oС до 60% за 6 суток.

Из уровня техники известно, что изменяя условия реакции поликонденсации, можно добиться получения растворимой МФС.

В примере используется метод синтеза полностью растворимой МФС и одновременно (без промежуточного отверждения смолы) получения композита из МФС и стеклянного порошка AVA.

Протекание реакций поликонденсации мочевины с формальдегидом зависит от рН среды. В нейтральной и слабощелочной среде рН 6-8 на первой стадии реакции образуются моно- и диметилолмочевины.

При взаимодействии их молекул между собой получаются полиметиленмочевины линейного строения. Это растворимый продукт, неспособный самопроизвольно переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Диметилольные производные мочевины, вступая во взаимодействие между собой, образуют растворимую линейно-циклическую полиметиленмочевину. При нагревании мочевины с формальдегидом в нейтральной или слабокислой среде (рН 5-7) происходит образование смолообразных гидрофильных продуктов, после обезвоживания переходящих в плавкое стеклообразное состояние.

В сильнокислой среде (рН 3) мочевина реагирует с формальдегидом с образованием моно- и диметиленмочевины и дает трудно растворимые в воде, неплавкие и аморфные продукты.

Нами синтез МФС производился из мочевины, формалина с добавлением спирта и аммиака, чтобы рН составляло 7,6-7,8. Синтез смолы проводится при постоянном контроле рН. Смесь нагревалась в течение 2 часов на водяной бане, при этом рН изменялось до 5,0-4,6. Конденсат представлял собой жидкий сироп. Обычно далее проводится операция отверждения. После чего выделяется твердая смола. В наших экспериментах жидкий конденсат непосредственно использовался для получения композита.

В конденсат вводилось стекло AVA-7 в виде порошка. Получены 3 серии образцов, в которых содержание стекла относилось как 1:2:3.

Смеси конденсат+стекло подвергались отверждению при разных температурных режимах:

1 серия (меньшее количество стекла): 9,5 часов при 45^oС и 4 суток при 20^oС,

2 серия: 6,5 часов при 45^oС и 2 суток при 20^oС,

3 серия: 1,5 часов при 45^oС и 20 часов при 20^oС.

Дольше отверждались образцы с меньшим содержанием стекла.

Готовые образцы представляли собой таблетки диаметром 8-10 мм. При использовании описанной методики нам удалось получить образцы, в которых смола не теряла растворимость в процессе отверждения. Таблица (см. в конце текста описания).

Таким образом, получены композиты из МФС и стеклянного порошка AVA, которые могут использоваться в качестве удобрения пролонгированного действия.