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包膜肥料生产工艺包膜肥料是一种以普通肥料颗粒为核心，通过包覆材料形成薄膜包裹的肥料制品。
包膜肥料具有缓释、控释的特性，能够有效地提高肥料利用率，减少肥料的流失损失，对于农作物的生长发育和产量提高具有重要意义。
下面就包膜肥料的生产工艺进行详细介绍。
包膜肥料的生产过程主要包括颗粒制备、包膜液制备、包膜和干燥四个环节。
首先是颗粒制备。
颗粒制备是包膜肥料生产的基础环节，主要是将普通肥料颗粒作为核心，通过粉碎、筛分等方法制备成一定粒径的颗粒，以保证产品的均一性和稳定性。
接下来是包膜液制备。
包膜液的配方会根据不同的作物和需求进行调配。
一般来说，包膜液是由胶体物质、保湿剂、膜形成剂、溶剂等组成。
其中胶体物质主要起粘结作用，保湿剂能够增加颗粒内部的水分，溶剂能够调节包膜液的粘度和溶解性。
通过精确的配比和调控，可以得到适合不同需求的包膜液。
然后是包膜环节。
在包膜环节中，颗粒制备好的普通肥料颗粒会通过特殊的机器进入包膜液中进行包膜处理。
包膜液会在颗粒表面形成一层薄膜，将颗粒包裹起来。
包膜的厚度可以根据需要进行调整，一般在几微米到几十微米之间。
最后是干燥环节。
包膜完毕的肥料颗粒会被送入干燥设备进行干燥处理，以去除包膜液中的水分，使得肥料颗粒能够达到一定的硬度和稳定性。
干燥的过程中需要注意控制温度和时间，以避免肥料颗粒的热变形或过度干燥。
整个包膜肥料生产工艺需要严格控制每个环节的工艺参数，以确保产品的质量和稳定性。
例如，在颗粒制备环节中，需要保证颗粒的均匀分布和一定的粒径范围；在包膜环节中，需要控制包膜液的粘度和包膜厚度；在干燥环节中，需要控制干燥的温度和时间。
同时，在生产过程中还需要注意卫生和安全，避免潜在的风险和危害。
包膜肥料的生产工艺对于提高肥料利用率和农作物产量具有重要意义。
通过合理的工艺流程和技术手段，可以提高包膜肥料的质量和稳定性，满足不同作物和不同土壤条件下的需求，为农业生产提供更好的支持。
包膜型缓控释肥料的国内外研究概况包膜型缓控释肥料是一种能够控制植物肥料释放速率的新型肥料。
它采用特殊的包膜技术，使肥料包裹在较厚的膜层中，并通过缓慢溶解或渗透，使肥料成分逐渐释放，从而实现对植物的持续供应。
包膜型缓控释肥料在国内外得到了广泛关注和研究，以下是对其国内外研究概况的介绍。
在国内，包膜型缓控释肥料的研究起步较晚，但近年来得到了越来越多的关注和应用。
研究人员主要集中在包膜材料的选择与改进、包膜工艺的优化以及肥料释放规律的研究等方面。
包膜材料的选择与改进是该领域研究的重点之一、研究人员通过改变包膜材料的成分、结构和厚度，探索不同材料对肥料释放速率的影响。
如聚乙烯醇、聚乳酸等生物降解材料被广泛应用于包膜肥料中，有效降低了对环境的污染。
在包膜工艺的优化方面，研究人员通过改变包膜工艺的参数，如溶液浓度、浸渍时间和干燥温度等，来控制包膜的厚度和均匀性。
通过优化工艺，可提高包膜的质量和耐久性，从而延长肥料的释放时间。
肥料释放规律的研究是包膜型缓控释肥料研究的核心内容之一、研究人员通过实验、模型推导和数学模拟等方法，分析了包膜肥料的释放机理，并建立了肥料释放模型。
这些模型能够预测包膜肥料在不同温度、湿度和土壤pH值下的释放速率，为包膜肥料的设计和应用提供了理论依据。
在国际上，包膜型缓控释肥料的研究相对较早，并已经取得了一些重要的进展。
许多国家和地区的研究人员已经开展了包膜肥料的生产和应用，并取得了良好的效果。
在应用方面，包膜型缓控释肥料在农业生产中得到了广泛应用。
通过合理设计和使用包膜肥料，可以达到减少肥料浪费、提高肥料利用率、减少对环境的污染以及增加农作物产量的目的。
总的来说，包膜型缓控释肥料的研究在国内外都取得了一定的进展，但仍然存在一些问题和挑战。
未来的研究应更加注重包膜材料的选择与改进、包膜工艺的优化以及肥料释放规律的研究，进一步提高包膜肥料的质量和应用效果，以满足农业生产的需要。
包膜控释肥据权威人士估计, 发展中国家粮食的增产中, 其55% 归功于化肥的作用。
但是，化肥的利用率普遍偏低，氮肥利用率仅为30%～35%，磷肥仅为10%～25%，钾肥为35%～50%，如此低的利用率不仅造成资源的巨大浪费，还造成了严重的环境污染，有些地区出现地表富营养化、地下水和蔬菜中氮的含量严重超标等问题。
缓释和控释肥( slow and controlled release fertilizers, 简称SRFs和CRFs)为解决这个问题开辟了新的思路和更有效的途径，这已成为化学肥料革新和研究的热点。
一、控释肥、缓释肥的概念区分一般认为，所谓“释放”是指养份由化学物质转变成植物可直接吸收利用的有效形态的过程(如溶解、水解、降解等)；“缓释”是指化学物质养份释放速率远小于速溶性肥料施入土壤后转变为植物有效态养份的释放速率；“控释”是指以各种调控机制使养份释放按照设定的释放模式(释放率和释放时间)与作物吸收养份的规律相一致。
因此，在生物或化学作用下可分解的有机氮化合物肥料(如脲甲醛)通常被称为缓释肥(SRFs)，而对生物和化学作用等因素不敏感的包膜肥料通常被称为控释肥(CRFs)。
其中控释肥，根据不同的控释方法又可分为包膜肥料（CoatedFertilizers）和非包膜肥料（Uncoated Fertilizers，如胶粘肥料、载体肥料等）两大类。
由于包膜型控释肥其包膜材料众多、配方多变，能适应不同作物的养分需求，因此在国内外研究，占缓/控释肥料的50%以上；且技术上更为成熟、商品化应用更广。
二、包膜控施肥的国内外研究应用情况美国是世界包膜肥料的发源地，2O世纪6O年代中期，美国首先研制成功硫包膜尿素(SCU)，其包膜层由包硫层、密封层(石蜡一煤焦油)、扑粉层组成。
在当前的包膜肥料中，硫包膜尿素是一类很重要的包膜肥料，尤其适用于缺硫土壤；1964年美国ADM公司用二聚环戊二烯和丙三醇共聚生产出聚合物包膜控释肥料，商品名为Osmocot；目前，SCU、Osmocote仍为世界上最有影响的包膜肥料。
缓控释肥的几大类型1.树脂包衣型树脂包衣型控释肥就是在肥料外围均匀地包覆一层树脂膜，包膜将膜内养分与膜外养分分离，对养分起到物理保护作用。
优点：养分从这种产品中的释放主要依赖于温度变化，土壤水分含量，PH值，干湿交替以及土壤生物活性对释放几乎没有影响。
当温度升高时，植物生长加快，养分需求量加大，肥料释放率也随之加快;当温度较低时则相反。
缺点：成本高；脂溶性树脂的包膜是聚合物，本身难以降解，长期使用必然造成土壤污染。
前景：昂贵的价格将制约其走向大田，新的包膜材料及工艺开发尚有难度，未来几年市场占有率难以大幅上升。
2.硫包衣型硫包衣技术有较长的生产历史，最早产品是硫包衣尿素，其技术关键是将硫磺熔融后，在高压下喷涂在预热处理的肥料表面，然后，在其表面喷涂蜡烛或聚合物，密封硫磺包裹产生的空隙或裂隙，从而延缓养分的释放。
优点：由于硫磺包衣价格比较便宜，而且加工工艺也相对简单，因此生产成本较树脂包衣要便宜。
市场售价也大大低于树脂包衣控释肥；同时，硫也是作物生长必需的元素，因此使用硫包衣型产品可一举两得。
缺点：硫磺本身可以作为杀菌剂使用，较大量的单质硫施用于土壤中，会对土壤中已有菌群产生影响，可能会产生二氧化硫，加速土壤酸化。
前景：价格较便宜，还能给作物提供硫元素，易被农民接受。
3.肥包肥型该技术是利用有机或无机的粘结剂等将具有巨大表面积、内表面积无机矿物（如钙镁磷肥，膨润土）或者炭粉（如竹炭粉）包裹在肥料表面，并吸附溶出的养分，延缓养分释放。
优点：由于采用的磷酸铵盐包裹尿素，养分释放后的壳是养分磷和氮，因此会被作物完全吸收，不存在二次污染，而且价格适中。
缺点：此产品的包裹物多为无机材料并经有机或粘结剂而成。
由于影响因素太多，难以达到满意的控释效果。
前景：价格虽然也不算太贵，但控释效果难掌握，真正能生产出此类优质产品的企业不多。
4.脲酶抑制剂型此类产品制造技术是在尿素或复合肥生产过程中，在不同部位及时段定量添加脲酶抑制剂或硝化抑制剂，施入土壤后能通过脲酶抑制剂抑制尿素的水解，或通过硝化抑制剂抑制铵态氮的硝化，使肥效延长。
安徽农学通报2024年03期资源·环境·植保基金项目河北省重点研发计划项目“蓖麻油基聚氨酯包膜微生物缓释肥制备及土壤修复性能研究”（22327502D ）；中央引导地方科技发展资金项目“仿生微纳超疏水包膜缓释肥料制备及其缓释机制研究”（236Z7607G ）。
作者简介常馨彤（2000—），女，河北邯郸人，从事肥料控施性能与植物营养研究。
通信作者李永进（1978—），男，河北邯郸人，副教授，从事肥料控施性能与植物营养研究。
收稿日期2023-10-28蓖麻油基聚氨酯包膜缓释肥的制备及控释性能研究常馨彤1刘艳芬1白玉莹1陈敬辉1王紫方2赵雪超2李永进1（1河北工程大学，河北邯郸056000；2河北渤观工程设计有限公司，河北邯郸056000）摘要以天然植物油多元醇蓖麻油为基础，合成的聚氨酯制备肥料包膜材料，可以在一定程度上缓解使用石油基产品造成的环境污染和能源匮乏问题。
本研究探讨了异氰酸酯种类以及蓖麻油羟基与异氰酸酯基团摩尔比对聚氨酯包膜材料力学性能、交联密度和水接触角的影响；采用转鼓式包衣机构建植物油基聚氨酯缓控释肥料，分析其缓控性能和耐受性能，揭示其水分触发式缓控释对应规律及调控机理。
结果表明，以多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PMDI ）为原料，且蓖麻油羟基与异氰酸酯基团摩尔比为1.0∶1.2时，所得聚氨酯交联密度、刚性、疏水性和抵抗水渗透能力较强，养分初期释放率不足1.5%，养分释放期长达140d ，缓释效果较好。
关键词蓖麻油；聚氨酯包膜；缓释肥；控释性能中图分类号S14-33；TQ449.1文献标识码A文章编号1007-7731（2024）03-0061-06粮食产量与肥料施用息息相关，通常情况下，肥料进入土壤后，仅有30%～50%的养分能被作物吸收利用，其余部分则通过淋溶、挥发和硝化-反硝化等因素流失。
生产上多采用增施肥料的方式来满足作物整个生长周期的养分需求，但肥料的过量施用可能会导致土壤板结、水体富营养化和环境污染等问题。
包膜控释肥据权威人士估计, 发展中国家粮食的增产中, 其55% 归功于化肥的作用。
但是，化肥的利用率普遍偏低，氮肥利用率仅为30%～35%，磷肥仅为10%～25%，钾肥为35%～50%，如此低的利用率不仅造成资源的巨大浪费，还造成了严重的环境污染，有些地区出现地表富营养化、地下水和蔬菜中氮的含量严重超标等问题。
缓释和控释肥( slow and controlled release fertilizers, 简称SRFs和CRFs)为解决这个问题开辟了新的思路和更有效的途径，这已成为化学肥料革新和研究的热点。
一、控释肥、缓释肥的概念区分一般认为，所谓“释放”是指养份由化学物质转变成植物可直接吸收利用的有效形态的过程(如溶解、水解、降解等)；“缓释”是指化学物质养份释放速率远小于速溶性肥料施入土壤后转变为植物有效态养份的释放速率；“控释”是指以各种调控机制使养份释放按照设定的释放模式(释放率和释放时间)与作物吸收养份的规律相一致。
因此，在生物或化学作用下可分解的有机氮化合物肥料(如脲甲醛)通常被称为缓释肥(SRFs)，而对生物和化学作用等因素不敏感的包膜肥料通常被称为控释肥(CRFs)。
其中控释肥，根据不同的控释方法又可分为包膜肥料（CoatedFertilizers）和非包膜肥料（Uncoated Fertilizers，如胶粘肥料、载体肥料等）两大类。
由于包膜型控释肥其包膜材料众多、配方多变，能适应不同作物的养分需求，因此在国外研究，占缓/控释肥料的50%以上；且技术上更为成熟、商品化应用更广。
二、包膜控施肥的国外研究应用情况美国是世界包膜肥料的发源地，2O世纪6O年代中期，美国首先研制成功硫包膜尿素(SCU)，其包膜层由包硫层、密封层(石蜡一煤焦油)、扑粉层组成。
在当前的包膜肥料中，硫包膜尿素是一类很重要的包膜肥料，尤其适用于缺硫土壤；1964年美国ADM公司用二聚环戊二烯和丙三醇共聚生产出聚合物包膜控释肥料，商品名为Osmocot；目前，SCU、Osmocote仍为世界上最有影响的包膜肥料。
日本最初学习美国硫包膜尿素技术开发包膜肥料。
1970年以后日本开发了热固型树脂包膜肥料，这些树脂包膜材料的基础都是以聚烯烃为主体，再加入一些高分子聚合物进行共聚，如聚烯烃(PE)，乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物(EVA)及无机填料滑石粉所组成，以这一材料生产包膜肥料工艺简称为POCF工艺。
利用PE薄膜渗透性很低，而用EVA薄膜则渗透性很高的特点，为此按照作物的需肥规律调整二者比例。
通过土壤水分作用，使肥料养分有节制地释放出来而进入土壤从而达到缓释养分的目的。
在PE和EVA配制而成的包膜剂中添加滑石粉调节包膜肥料养分释放速率。
日本Chisso—Asahi肥料公司运用POCF工艺生产的包膜缓释肥料商品名称为MEISTER，该肥料主要用于草坪、花卉、温室栽培，是亚洲园艺市场主导品牌；日本三菱化学公司用低密度聚乙烯、聚环氧乙烷、壬基苯基醚以及滑石粉的悬浮液在流化床中喷雾生产包膜缓释肥料；多木化学公司用生物易降解的热固型醇酸聚氨酯为包膜剂生产包膜缓释肥料。
我国于20世纪70年代初开始研究包膜型缓/控释肥料，目前研究主要以无机物包裹型和聚合物包膜型为主。
作为包裹型的无机物主要有钙镁磷肥、硫磺、石膏、沸石。
包裹型缓/控释肥料的研制以工业大学磷肥与复肥研究所为代表，自1983年以来，磷肥与复肥研究所许秀成等系统地研究以无机肥料包裹其他肥料的缓释肥料，该类肥料既能达到缓释的目的又能起到复料的作用。
我国从20世纪80年代中期开展了有机聚合物包膜肥料。
1985年市园林科学研究所与化学工业研究所联合开发了酚醛树脂包膜复。
1990年农业大学何念祖开发聚合物包膜肥料，在水稻上应用效果较好。
90年代中期化工学大学开发出了将废旧泡沫树脂溶解在高分子溶液中同时加入无机物制成肥料包膜材料。
1993年周家龙发明一种以骨胶等蛋白质物质为活性组分作为肥料的包膜材料，能在很长的时间控制养分释放．而且能针对作物生长的需求释放养分。
大化集团研制成功“可控缓释尿素颗粒肥料及其制备方法”肥料包膜材料由氮肥增效剂、氮素稳定剂、有机酸、被膜剂、表面活性物质、调节剂等组成。
三、包膜材料综合国外相关文献资料，包膜型缓/控释肥的包膜材料主要分为无机物和有机聚合物两大类。
无机物包膜材料主要通过粘结剂附着于肥料颗粒上，通过物理阻隔作用减少肥料与水分的接触，从而达到缓释的效果，这类材料主要有硫磺、粘土、钙镁磷肥、氧化镁、石膏、磷酸盐、硅酸盐、腐殖酸、高岭土、膨润土、滑石粉等，其中，对硫包膜材料的研究最多。
还有一些矿物质，如沸石、海泡石等由于具有较高的阳离子交换量，对于养分的保持具有特殊作用，成为一种具有潜力的缓控释材料。
无机包膜材料来源广泛，且对土壤不构成危害，但无机包膜对肥料的封闭性不好，容易形成较大尺度的孔隙，使缓释效果不佳。
且无机材料韧性较差，在包装及运输过程中包膜易破碎脱落，大大降低缓释效果。
有机聚合物包膜缓控释肥由于缓释性能优良，符合作物生长规律，是目前发展较快的一类缓控释肥料。
其膜材料可分为天然聚合物、半合成和合成聚合物三大类。
其中，天然聚合物主要有淀粉、纤维素、木质素，天然橡胶、植物胶、动物胶等。
天然聚合物包膜材料来源广泛，无毒害且价格低廉，但容易被土壤中的微生物所分解，因而缓释性能较差。
半合成聚合物是天然聚合物经改性后形成的，如改性淀粉（羧甲基淀粉、醋酸淀粉等）、改性纤维素（羟甲基纤维素、羧甲基纤维素等）等。
对于此类材料的研究报道虽然较少，但由于其材料来源广泛，成膜性较好，具有一定的生物降解性能，从而具有广阔的发展前景。
合成聚合物主要有三类，一类是溶剂型热塑性包膜材料（聚烯烃类，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等），这类材料在包膜过程中需要用到大量有毒的有机溶剂，溶剂损失较大、回收困难。
第二类是水乳液包膜材料，如丙烯酸酯类聚合物。
该类材料以水为载体，采用乳液包膜技术，解决了溶剂型包膜的溶剂回收问题，生产过程较为环保。
需要解决的是基体肥料在乳液中的溶解问题及乳液中水的快速除去。
第三类是热固性树脂包膜，典型的有醇酸树脂和聚氨酯类。
采用热固性树脂进行包膜，没有溶剂回收过程，可连续生产，缓释性能优于聚烯烃类热塑性树脂，但价格一般高于后者。
合成聚合物包膜在土壤中分解周期很长，长期施用会对土壤结构造成破坏。
四、包膜肥料的生产工艺肥料包膜的一般方法有造粒塔喷雾法、流化床涂布法、转鼓或圆盘包覆法、浸润离心法等。
大多数聚合物包膜肥料常采用造粒塔喷雾法，其工艺流程为：将包膜涂层溶液加压，经喷射雾化后进入造粒塔，雾化物与从造粒塔顶部淋洒下来的肥料颗粒逆向接触，雾化后的涂层溶液即均匀地涂于肥料表面，并借助肥料自身的热量干固成膜。
硫包尿素（SCU）的生产过程为：尿素在包裹之前先预热，硫磺在282℃的容器熔化，热空气将熔融的硫压入喷头，喷向尿素，硫磺在转动的尿素颗粒表面形成一层薄膜，转入石蜡鼓中上蜡，同时加入杀菌剂，如煤焦油等。
上蜡后肥粒转入冷却器中冷到82℃以下，加入调理剂，转动数分钟，过筛，即得最后产品。
五、包膜肥料养分释放机理释放机理是研究缓/控释肥料颗粒中养分的释放过程及其受控的机制，不同种类包膜材料其养分释放机制是不同的。
较早生产的脲甲醛肥料其主要机理是靠材料的低溶解度和低渗出率来达到缓释的目的。
后期的包膜型控释肥料其大多数是靠难溶或微溶性的材料对单质或复合型的肥料进行包裹，因此其养分释放基本上是通过渗透和扩散作用进行，很多学者对此进行了相关方面的研究，并取得一定的进展目前公认的养分释放机制有破裂机制和扩散机制。
破裂机制，包膜控释肥料养分的释放首先是水汽透过膜，然后是水汽凝结在固体肥料核上并溶解部分肥料，引起部压力的累积，这时如果部压力超过膜的承受力，包膜破裂，颗粒的全部养分迅速释放出来，这就是破裂机制。
破裂机制主要通过Raban等，用改进的聚合物硫包膜尿素颗粒进行试验而得到的。
一个包膜尿素颗粒没入水中，水将通过包膜渗入颗粒部。
水渗入的速率决定于驱动力的大小、膜厚度和包膜材料的特性。
驱动力起源于膜外不同的水汽压力，水汽进入肥料核，溶解固体肥料，引起膜部压力的累积和增加，最终引起部膨胀，进而使膜破裂。
膜的破裂导致肥料养分的迅速释放，破裂的时间取决于膜的机械强度、厚度、包膜颗粒的半径等。
破裂机制适合于脆而无弹性的包膜肥料，如硫包膜尿素典型的养分释放机制。
扩散机制，如果膜能抵抗部的压力，肥料就通过扩散而释放，其动力主要是膜外的浓度梯度和压力梯度，这就是扩散机制。
扩散机制是通过对聚合物包膜尿素在水中进行释放试验而得到的。
结果表明，整个释放过程包含3个阶段：迟滞期(几乎观察不到尿素的释放)；恒释期(释放速率持续不变期)；滞后期(释放速率逐渐下降期)。
在迟滞期，水汽进入颗粒，并溶解部分膜的固体肥料。
这个过程的驱动力是膜外的汽压梯度，颗粒的质量、体积、部压力均随之增大。
迟滞期的长短由颗粒部孔隙充满水所需要的时间所决定。
当颗粒部的饱和溶液达到临界体积时，养分开始释放，释放速率保持不变直到颗粒部饱和溶液与固体肥料化学势达到平衡(延滞期)。
膜部持续不变的浓度是使肥料向膜外的渗出保持不变的动力。
当肥料核全部消失时，随着部溶液的浓度减小，释放的动力随之降低，释放速率减弱，这就是释放过程的第3个阶段(滞后期)。
扩散机制适合于聚合物包膜肥料，如聚氨酯膜，醇酸包膜和聚乙烯包膜肥料等。
六．影响包膜控施肥性能的因素1、包膜外水蒸气压差在迟滞期，水分充满肥料颗粒部孔隙所需的时间决定了迟滞期的长短；而在恒速期和滞后期，包膜外的水蒸气压差是控制肥料释放率的关键因素。
在恒速期，由于包膜一直是饱和肥料溶液，饱和蒸气压不变，膜外水的饱和蒸气压也不变，包膜外的饱和蒸汽压差的恒定使得养分释放速率恒定。
当固体肥料溶解完后，包膜养分溶液浓度开始下降，包膜外水蒸气压差逐渐变小，释放速率逐渐下降。
省土壤肥料研究所的圣先等人为了研究水蒸气压对包膜型控释肥料养分释放的影响，在相同条件下（温度为30℃，外界环境相同），分别采用去离子水、KH2PO4饱和溶液和KCl 饱和溶液（30℃时，纯水蒸气压为4242 Pa、KH2PO4饱和溶液为3946 Pa、KCl 饱和溶液为3566 Pa）作为包膜肥料外的溶液进行试验，得到养分释放速率表现为KCl 饱和溶液<KH2PO4饱和溶液<纯水，表明随着水蒸气压差变大，养分释放速率增大。
2、土壤温度Sharon Gambash 等人的研究表明，包膜型控释肥料的养分释放速率与温度有关。
包膜肥料的缓释性能随温度的升高而变差。
温度对肥料缓释性能的影响体现在以下三个方面：（1）根据阿伦尼乌斯方程，温度会影响聚合物包膜的渗水性，温度升高，渗水性增大，并且改变量按指数关系变化。
