一種水溶性三元聚合物磷肥增效劑及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種水溶性三元聚合物磷肥增效劑及其制備方法和應(yīng)用。該聚合物由衣康酸、馬來酸酐、丙烯酸和引發(fā)劑在水溶液中聚合制得。其制備方法：先在四口燒瓶加入處理后的衣康酸，馬來酸酐和適量去離子水，通入氮氣7～15min，加熱至單體完全溶解并達到反應(yīng)溫度，然后將濃度為25％的引發(fā)劑和丙烯酸通過恒壓漏斗勻速滴加至反應(yīng)瓶中，滴加完畢,恒溫反應(yīng)一定時間，降溫出料，制得IA/MA/AA三元聚合物。該聚合物具有良好的水溶性、生物降解性和螯合力，可提高磷肥利用率并調(diào)節(jié)土壤pH，具有廣闊的應(yīng)用前景和經(jīng)濟價值。

Water soluble three yuan polymer phosphate fertilizer synergist and preparation method and application thereof

The invention discloses a water-soluble three yuan polymer phosphate fertilizer synergist, a preparation method and an application thereof. The polymer consists of itaconic acid, maleic anhydride, acrylic acid and initiator polymerization in aqueous solution. The preparation method: first in the four flasks with itaconic acid treatment, maleic anhydride and the amount of deionized water, nitrogen into 7 ~ 15min, heating to monomer is completely dissolved and reaches the reaction temperature, then 25% of the concentration of initiator and acrylic acid through the constant pressure funnel uniform dripping to the reaction flask, adding after a certain time of reaction temperature, cooling and discharging, prepared three yuan IA/MA/AA polymer. The polymer has good water solubility, biodegradability and chelating power, and can improve the utilization rate of phosphate fertilizer and regulate soil pH. It has broad application prospects and economic value.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種水溶性三元聚合物磷肥增效劑及其制備方法和應(yīng)用
本專利技術(shù)涉及到增效磷肥及三元聚合
，特別涉及到一種水溶性三元聚合物磷肥增效劑及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
磷是植物生長發(fā)育所必需的主要營養(yǎng)元素之一,它既是植物體內(nèi)許多重要有機化合物的組分,同時又以多種方式參與植物體內(nèi)各種代謝過程。因此，磷肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用。隨著工業(yè)的發(fā)展，磷肥在農(nóng)業(yè)中的用量不斷增加，由于土壤中特定的理化性狀及磷酸鹽的化學(xué)行為，作物對磷肥的利用率很低，當(dāng)季利用率一般只有8％～25％，沒有被植物利用的磷肥固定在土壤中可隨著土壤的侵蝕而流失，造成水體污染，如水體的富營養(yǎng)化等。近些年，肥料增效劑受到科研工作者的高度重視。肥料增效劑是通過有效促進植物對營養(yǎng)元素的吸收，來提高化肥利用率。增效因子主要包括4大類：腐殖酸類、激素類、多元素礦質(zhì)類和高分子聚合物類。其中激素類、多元素礦質(zhì)類通過調(diào)節(jié)植物生長代謝，調(diào)節(jié)植物對肥料的吸收來增加復(fù)合肥的肥效；腐殖酸類產(chǎn)品是泥炭等礦質(zhì)資源的提取物，具有不可再生、資源有限，施用量大等缺點；高分子聚合物，如聚丙烯酸等，以其添加量少、促進植物生物效果明顯等優(yōu)勢而越來越被重視。現(xiàn)有的高分子聚合物增效劑種類較少，生物降解性不佳，且伴隨磷肥施入土壤中造成土壤污染，不利于長期發(fā)展。衣康酸為無毒生物制品，是近年來開發(fā)的新型化工原料。衣康酸分子中不但含有碳-碳雙鍵官能團，還含有兩個非對稱結(jié)構(gòu)的羧基，后者賦予衣康酸共聚物優(yōu)良的負電分散性能。馬來酸酐是一種常用的重要基本有機化工原料。是世界上僅次于醋酐和苯酐的第三大酸酐原料。馬來酸酐和其他羧酸類單體相比價格較低。馬來酸酐水解成馬來酸，馬來酸特有的分子結(jié)構(gòu)增加聚合物分子鏈羧基密度。兩種酸分子結(jié)構(gòu)中取代烯烴存在位阻效應(yīng)導(dǎo)致反應(yīng)活性較低，與聚合活性較高的丙烯酸結(jié)合，在保證較高轉(zhuǎn)化率的前提下增加聚合物中羧基密度。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種水溶性聚合物磷肥增效劑及其制備方法和應(yīng)用，該三元共聚物具有良好的水溶性、生物降解性和螯合性，可提高磷肥利用率并調(diào)節(jié)土壤pH，該合成方法原理可靠，操作簡便，轉(zhuǎn)化率較高，成本較低，具有廣闊的市場前景。為了達到以上目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：本專利技術(shù)所涉及的磷肥增效劑IA/MA/AA主要從聚合物分子伸展能力、分子間相互作用等原理出發(fā)，以衣康酸、馬來酸酐、丙烯酸為單體，采用自由基共聚合制備而得。衣康酸(IA)為生物發(fā)酵制品，無毒，來源廣泛，其分子為：分子內(nèi)含有兩個羧基、一個碳碳雙鍵，具有活潑的化學(xué)性質(zhì)，可進行自身間的聚合，也能與其他單體聚合，溶于水，乙醇等其它溶劑。馬來酸酐(MA)是世界上僅次于醋酐和苯酐的第三大酸酐原料，其分子式為：相比其他羧酸類單體價格較低。易于和水產(chǎn)生氫鍵，具有耐溫性，水解的部分可以與鈣、鎂離子螯和，這樣可以充分利用酸酐，同時可以增加聚合物分子鏈羧基密度，提高聚合物的性能。丙烯酸(AA)，聚合活性較高，是一種能與IA、MA發(fā)生共聚的單體，在為共聚物盡可能多引入羧基的同時保證了較高的轉(zhuǎn)化率。-COOH-是一種強水化能力的基團，并且負電荷的排斥作用有助于聚合物分子的延展提高聚合物的增粘能力。共聚物IA/MA/AA是具有主鏈為柔性，側(cè)基為羧基的聚合物，其特征在于具有如下結(jié)構(gòu)：所述新型聚合物磷肥增效劑的合成方法如下：(a)稱取單體IA，MA，AA，及占單體總質(zhì)量2％～10％的引發(fā)劑過硫酸銨或過硫酸鉀，用堿性溶液氫氧化鈉或者氫氧化鉀對單體IA進行半中和處理，將引發(fā)劑配置成濃度為25％的溶液，備用；(b)將MA和處理后的IA加入反應(yīng)器，加入質(zhì)量為單體總質(zhì)量2.5～9倍的去離子水，通氮氣7～15min，攪拌并加熱,單體完全溶解且溫度達到65～95℃后，將引發(fā)劑和丙烯酸勻速的滴加至反應(yīng)器中，滴加時間控制在40～50min；(c)保溫反應(yīng)1～6h，停止加熱和攪拌，降溫出料。制得IA/MA/AA三元聚合物；(d)40℃真空干燥5h，再用紅外干燥箱干燥5h，粉碎得到聚合物粉末。或以溶液的形式進行保存。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點：(1)將生物發(fā)酵制品衣康酸IA作為單體，可以提高共聚物的生物降解性具有生物環(huán)保性，減少土壤污染；(2)馬來酸酐MA作為單體，價格較其他羧酸類單體較低降低了生產(chǎn)成本，且增加聚合物分子鏈羧基密度提高共聚物的性能；(3)聚合物制備方法簡單易于實現(xiàn)、合成產(chǎn)率較高、成本較低、經(jīng)濟高效；(4)較市場現(xiàn)有的腐殖酸類、激素類、多元素礦質(zhì)類增效劑，該聚合物具有添加量少、使用成本不高、經(jīng)濟環(huán)保、促進植物生物效果明顯等優(yōu)勢。附圖說明圖1是本實施例2的紅外譜圖。具體實施方案實施例1三元聚合物IA/MA/AA的制備如下聚合物的制備按照如下方法：(a)稱取摩爾比為IA：MA：AA＝1：1：1(各0.5mol)，及占單體總質(zhì)量2％～10％的引發(fā)劑過硫酸銨或過硫酸鉀，用堿性溶液氫氧化鈉或者氫氧化鉀對單體IA進行半中和處理，將引發(fā)劑配置成濃度為25％的溶液，備用；(b)將MA和處理后的IA加入反應(yīng)器，加入質(zhì)量為單體總質(zhì)量2.5～9倍的去離子水，通氮氣7～15min，攪拌并加熱,單體完全溶解且溫度達到65～95℃后，將引發(fā)劑和丙烯酸勻速的滴加至反應(yīng)器中，滴加時間控制在40～50min；(c)保溫反應(yīng)1～6h，停止加熱和攪拌，降溫出料。制得IA/MA/AA三元聚合物；(d)40℃真空干燥5h，再用紅外干燥箱干燥5h，粉碎得到聚合物粉末。或以溶液的形式進行保存。影響制備聚合物IA/MA/AA的主要因素有：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、引發(fā)劑加入量、單體總濃度。為確定較優(yōu)的合成條件，本實例采用如下方法：將不同條件制得的聚合物用去離子水配置成100mg/mL的聚合物溶液，然后用鈣標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液測定聚合物的螯合力，由此選定較優(yōu)配方。一、反應(yīng)溫度在單體摩爾比IA：MA：AA＝1：1：1(各0.5mol)、固定單體質(zhì)量濃度為15％、引發(fā)劑加入量為單體質(zhì)量的6％，反應(yīng)時間4h，改變反應(yīng)溫度為60～65℃、70～75℃、80～85℃、90～95℃，制備不同聚合物IA/MA/AA，所制得的聚合物溶液螯合力如表1所示。表1不同反應(yīng)溫度下制得聚合物溶液的螯合力反應(yīng)溫度60～65℃70～75℃80～85℃90～95℃螯合力/mg·g-1103.11120.86131.11122.09表1的結(jié)果表明：當(dāng)溫度為80～85℃，制得的聚合物溶液螯合力最大，高于或者低于80～85℃，螯合力均有所下降。綜合考慮，本專利技術(shù)的最佳聚合反應(yīng)溫度為80～85℃。二、反應(yīng)時間在單體摩爾比IA：MA：AA＝1：1：1(各0.5mol)、固定反應(yīng)溫度為80～85℃、單體質(zhì)量濃度為15％、引發(fā)劑加入量為單體質(zhì)量的6％，改變反應(yīng)時間為2h、4h、6h、8h，制備不同聚合物IA/MA/AA，所制得的聚合物溶液螯合力如表2所示。表2.不同反應(yīng)時間下制得聚合物溶液的螯合力反應(yīng)時間2h4h6h8h螯合力/mg·g-1101.23131.11143.09143.67表2的結(jié)果表明：最佳的反應(yīng)時間為6h。反應(yīng)時間過短，聚合不完全性能不佳，隨著反應(yīng)時間的延長，螯合力雖然有所增加但當(dāng)反應(yīng)時間超過6h，螯合力增加并不明顯。綜合考慮，本專利技術(shù)的最佳反應(yīng)時間為6h。三、引發(fā)劑加入量在單體摩爾比IA：MA：AA＝1：1：1(各0.5mol)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種水溶性三元聚合物磷肥增效劑，其特征在于：該三元聚合物磷肥增效劑由衣康酸IA，馬來酸酐MA，丙烯酸AA三種單體制備，其結(jié)構(gòu)如下：

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水溶性三元聚合物磷肥增效劑，其特征在于：該三元聚合物磷肥增效劑由衣康酸IA，馬來酸酐MA，丙烯酸AA三種單體制備，其結(jié)構(gòu)如下：2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水溶性三元聚合物磷肥增效劑的制備方法，其特征在于采用以下步驟：(a)稱取IA、MA、AA及引發(fā)劑，原料摩爾百分比為：衣康酸為25～60％，馬來酸酐為15～35％，丙烯酸為25～40％,用堿性溶液對單體IA進行半中和處理pH為4～6，引發(fā)劑用量占單體總重量的2％～10％，并將引發(fā)劑配置成濃度為25％的溶液，備用；(b)將MA和處理后的IA加入反應(yīng)器，加入去離子水通氮氣7～15min，攪拌并加熱,單體完全溶解且溫度達到65～95℃后，將引發(fā)劑和丙烯酸勻速滴加至反應(yīng)器，滴加時間控制在40～50min；(c)保溫反應(yīng)1～6h，停止加熱和攪拌，降溫出料，制得IA/MA/AA三元聚合物；(d)40℃真空干燥5h，再用紅外干燥箱干燥5h，粉碎得到聚合物粉末或以溶液的形式進行保存。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水溶性三元聚合物磷肥增效劑的制備方法，其特征在于：去離子水的加入量使單體質(zhì)量濃度為10～30％。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水溶性...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳鳴建，李雅琪，游霞，崔步云，沈國鵬，王好斌，侯翠紅，許秀成，
申請(專利權(quán))人：鄭州富誼聯(lián)科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：河南,41