對緩控釋氮肥的分類目前根據出發點的不同有多種分類方法。這里介紹一種較為簡便的分類方法,就是將緩控釋氮肥按照肥料的加工過程的不同分為物理型、化學型和物理化學型。
1、物理型
物理型緩控釋氮肥就是通過簡單的物理過程處理,使肥料具緩控性。此類肥料大多為包膜肥料,一般通過一些手段如加熱、噴涂、干燥等在肥料顆粒表面噴涂一層或幾層惰性物質,形成致密的低滲透性膜,從而能控制水進入肥料核心以及養分溶液從膜內向外部擴散的速度,進而延緩控制肥料中養分的釋放速度。膜的阻水性決定了肥料養分的釋放速度。其養分釋放過程首先是水分透過膜,水蒸氣凝結在固體肥料芯上并溶解部分肥料芯,引起內部壓力的累積,如果內部壓力超過膜的承受力,包膜破裂,顆粒養分快速釋放出來,這種釋放過程被稱為“損壞機制”。如果膜能承受住內部壓力,肥料中的養分就通過擴散而釋放,其動力是膜內外的濃度梯度。這種釋放過程被稱為“擴散機制”。發生這兩個過程與否,關鍵取決于膜的機械狀況、厚度、質量及包膜顆粒的半徑和粒形等因素,肥料養分的擴散釋放可通過調控包膜物的性質加以改變。常見的包涂材料主要分為有機和無機兩種,無機化合物作為包裹膜材料的有硫磺、金屬氧化物和金屬鹽、無機化學肥料等。而有機物作為包膜材料的有石臘、烯烴聚合物或共聚物、不飽和油、天然橡膠等。就目前緩控釋氮肥的研究來看,包膜型緩釋控釋氮肥的制造過程一般不涉及化學反應,通過包膜材料的成分和厚度的調整來控制肥料養分釋放速度,此類肥料受外界環境因素影響較小,能靈活地調節其釋放特性,制造工藝方法簡單易行,在技術和經濟上具有較大優勢。
下面,簡要介紹幾種物理型緩控釋氮肥的制造及其緩控釋機理。
1.1無機包膜肥料無機包膜緩控釋氨肥主要是硫包膜肥料,該類肥料是目前市場上較為常見的緩控釋氮肥。這種肥料是用熔化的硫磺包裹被預先加熱的肥料顆粒(通常為尿素)而制成。其過程是將硫磺在120℃時熔化,噴涂于被空氣預熱的肥料顆粒表面作為包膜,隨后用密封劑(微晶石蠟、煤焦油、聚乙烯、重油等)噴涂封住包膜上的裂縫及微孔,然后是第三個涂層,通常是硅藻土作為調節劑以防止肥料顆粒相互粘結。硫包膜肥料中養分的釋放主要取決干膜的包裹質量及密封劑的密閉效果。硫包膜肥料對土壤水份含量、生物活動、運輸及施用過程中對膜的磨損都是非常敏感的。
1.2有機包膜肥料主要包括熱固性樹脂包膜肥料、熱塑性樹脂包膜肥料、蠟包膜肥料、不飽和油包膜肥料、改性橡膠包膜肥料等。
(1)熱固性樹脂包膜肥料是在制備過程中使熱固性樹脂作用在肥料顆粒上。交聯形成疏水聚合物膜。常用的熱固性樹脂有醇酸類樹脂和聚氨酯類樹脂。醇酸樹脂是雙環戊二烯和甘油酯的共聚物,養分的釋放可以通過改變膜的主要成分或膜的厚度來控制。聚氯脂類包膜是在肥料顆粒表面上直接以聚氰基與多元醇反應生成,養份從這種肥料中的釋放主要依賴于溫度變化.土壤水份含量、pH、干濕交替以及土壤生物活性對釋放影響較小。熱固性樹脂類包膜材料的品種很多,主要包括環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂和類似的樹酯等。
(2)熱塑性樹脂包膜肥料其工藝技術是在制備過程中,將樹脂溶液或熔體包覆在肥料顆粒表面,形成一層疏水聚合物膜,從而實現肥料養分的緩慢釋放。生產過程一股是將熱塑性包膜材料溶解于特定溶劑中,并加入一種或多種礦物粉,在流化床反應器中噴涂在肥料顆粒上,從而形成一層聚合物膜。改變包膜材料的比例或添加礦物質的量,可以得到不同養份釋放率和釋放曲線的肥料。通常使用的熱塑性樹脂包膜材料有一烯烴的均聚物或共聚物、乙馕一丙烯的共聚物、乙烯一丁烯共聚物、乙烯一醋酸乙烯共聚物、乙烯一一氧化碳共聚物等,也可以用聚氯乙烯,聚偏二氯乙烯樹脂聚乙烯醇、聚酰胺和聚乳酸等熱塑性樹脂。
(3)蠟包膜肥料,蠟作為包膜材料廣泛用于各種水溶性肥料。美國專利中介紹了一種改進的方法,先用熔融石蠟包裹肥料顆粒,隨后使蠟固化制得包膜肥料。
(4)不飽和油包膜肥料,一般此類肥料要在肥料顆粒上噴涂兩個涂層。層是具高粘性不飽和油。第二層是低粘性不飽和油,主要起密封和防粘連作用。
(5)改性橡膠包膜肥料。此類肥料是先將橡膠經過硫化,添加一些改性物質后作為包膜材料對肥料進行包衣所得的緩控釋肥料。
2、化學型
化學型緩控氮肥其養分釋放機理比較復雜,一般分為兩類。一類是化學添加物不與目標肥料結合。另一類是化學添加物與肥料結合形成新物質。在化學添加物不與目標肥料結合的情況中又包括兩種形式,一種形式是在目標肥料中添加阻溶性物質。以緩釋尿素為例,向尿素熔液中添加含銅、鋅、錳化合物及植物所需的其他微量元素的無機鹽、有機物等,這些物質可使尿素的溶解速度減慢,從而減緩養分的釋放速度,另一種形式是在目標肥料中添加養分釋放抑制物質,如在尿素中混加脲酶活性抑制劑,硝化抑制劑。加入脲酶抑制劑能降低脲酶的活性,從而使尿素的分解速度變慢,即減慢氨化過程閉。加入硝化抑制劑能選擇性的抑制亞硝酸菌,硝酸菌,脫氮菌的活性,從而減少氮肥的硝化和脫氮作用。主要硝化抑制劑有鹵代苯酚,硝基苯銨、鹵化苯銨,硫脲、甲硫銨酸、吡啶、嘧啶、硫脲、雙氰胺等。另一類是化學添加物與目標肥料結合形成新物質,如甲醛與尿素在特定條件下縮聚生成脲甲醛;乙酸醛與尿素在酸性環境下生成環狀結構物質;異丁醛和尿素反應生成的亞異丁基雙脲等,這類緩控釋氨肥的養分釋放機理較為復雜,一般是該化合物在外界環境條件的影響下分解,特定化合物與尿素之間的化學鍵斷開,重新生成尿素和特定化合物,然后尿素再釋放出植物生長所需的氮素。其釋放速度除了受到環境條件的影響外還取決于組合物鍵的性質、立體化學結構、疏水性、降解難易度、肥料形狀、表面積與體積之間的比事及微生物等因素。
3、物理化學型
物理化學型緩控肥就是綜合了物理和化學方法對目標肥料進行處理,其養分釋放機理較為復雜,不僅包括化學過程同時也包括物理過程。此類緩控釋氮肥由于需要經過物理和化學處理,一般肥料緩控釋性能較為穩定,但一般價格較高。