蟲膠包覆硝酸銨工藝研究

郝清偉 楊艷玲

（1.沈陽(yáng)理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159；2.沈陽(yáng)石蠟化工有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

蟲膠包覆硝酸銨工藝研究

郝清偉 楊艷玲

（1.沈陽(yáng)理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159；2.沈陽(yáng)石蠟化工有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

利用物理化學(xué)包覆的相分離原理，以蟲膠為包覆劑、正丁醇為溶劑、正己烷為沉淀劑包覆硝酸銨，降低其吸濕性，用硝酸銨的吸濕率表征包覆效果。對(duì)正丁醇與正己烷配比、混合溶劑用量、沉淀劑滴加速度、蟲膠用量等影響吸濕性的因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，正丁醇與正己烷體積比為1∶3，混合溶劑與硝酸銨配比為5.0 mL/g，沉淀劑滴加速度為6 s/滴，蟲膠用量與粒徑成反比。在較佳包覆條件下，蟲膠包覆硝酸銨可使吸濕率下降55%。

硝酸銨；蟲膠；正丁醇；正己烷；吸濕性

硝酸銨（AN）是一種易溶于水的無(wú)機(jī)鹽 ,由于分子中含有較高比例的氮元素，廣泛用于農(nóng)用肥料。由于硝酸銨（AN）具有強(qiáng)烈的吸濕性和結(jié)塊性，給其貯存和使用帶來(lái)了嚴(yán)重困難。張杰等[1]用聚乙烯醇縮丁醛包覆硝酸銨，鄭俊杰等[2]用聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇作為包覆材料，岳金文等[3]用丙烯腈對(duì)硝酸銨包覆，殷永霞等[4]用硅烷偶聯(lián)劑KH-550與聚乙烯醇縮丁醛復(fù)合包覆，柴濤等[5]用硝化棉包覆硝酸銨，殷鵬剛等[6]用十八胺和二甲苯復(fù)合表面活性劑改性硝酸銨，張建忠等7]用苯乙烯沉淀聚合包覆硝酸銨，都不同程度地使硝酸銨的吸濕性和結(jié)塊性有所降低。但所用包覆材料均為合成材料，生物降解性差，不適合農(nóng)用肥料包覆。

蟲膠源于天然產(chǎn)物，對(duì)人體沒有毒性和刺激性，可生物降解，可成膜，與其他天然或合成聚合物膜相比具有良好的水汽阻隔性[8]。本文用蟲膠包覆硝酸銨，可使包覆硝酸銨的吸濕率降低55%。蟲膠包覆硝酸銨化肥在貯存過(guò)程中可以降低吸濕結(jié)塊性，方便貯存和使用，可使硝酸銨在土壤中緩慢釋放，延長(zhǎng)肥效，提高化肥利用率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

硝酸銨（AN），分析純，天津市紅巖化學(xué)試劑廠；蟲膠，化學(xué)純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；正丁醇，分析純,天津市紅巖化學(xué)試劑廠；正己烷，分析純，天津北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；氯化鉀，分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 蟲膠包覆硝酸銨原理

將蟲膠溶解在溶劑中，緩慢加入沉淀劑，使蟲膠緩慢析出并沉淀在硝酸銨顆粒表面，即對(duì)硝酸銨進(jìn)行了包覆。

1.3 蟲膠包覆硝酸銨實(shí)驗(yàn)操作

將一定量溶劑和蟲膠加入三口瓶中，待蟲膠溶解完全后，加入一定量130目的硝酸銨，于一定溫度和攪拌速度下，以一定的滴加速度加入定量的沉淀劑，保溫30 min，減壓過(guò)濾，干燥得包覆產(chǎn)品。

1.4 吸濕性表征

稱取2個(gè)相同型號(hào)的培養(yǎng)皿，分別將相同質(zhì)量的130目未包覆硝酸銨和已包覆硝酸銨加入培養(yǎng)皿中，鋪勻，放入裝有氯化鉀飽和溶液的干燥器中，密封，吸濕18 h，稱量，分別計(jì)算未包覆硝酸銨和包覆硝酸銨的吸濕率，及已包覆硝酸銨的吸濕降低率。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑與沉淀劑的選擇

蟲膠溶劑和沉淀劑的正確選擇是蟲膠能否利用相分離原理包覆硝酸銨的關(guān)鍵。蟲膠溶劑和沉淀劑都不溶解硝酸銨或溶解度很小。實(shí)驗(yàn)表明蟲膠在無(wú)水乙醇、正丙醇、正丁醇和正戊醇中完全溶解的時(shí)間逐漸增長(zhǎng)，溶解能力依次減弱。硝酸銨微溶于上述醇中，溶解度依次減小，綜合考慮溶劑對(duì)蟲膠和硝酸銨的溶解能力，選擇正丁醇為溶劑。

蟲膠不溶于甲苯、正己烷和環(huán)己烷，將正己烷滴加到蟲膠的正丁醇溶液中，可看到蟲膠逐漸析出，且硝酸銨不溶于正己烷，故選擇正己烷為沉淀劑。

2.2 溶劑與沉淀劑配比確定

溶劑和沉淀劑配比決定蟲膠的析出率，而析出率決定蟲膠在包覆硝酸銨中的利用率，正丁醇與正己烷不同配比對(duì)蟲膠析出率的影響見表1。

表1 溶劑與沉淀劑配比對(duì)蟲膠析出率的影響Tab.1 Effect of volume ratio of solvent andprecipitant on precipitation rate

由表1可見，隨著正己烷用量的增加，蟲膠析出率隨之升高。考慮實(shí)驗(yàn)的可操作性，由于硝酸銨加于正丁醇底液中，底液不應(yīng)過(guò)少，否則攪拌阻力大，且硝酸銨容易掛壁；正己烷用量不宜過(guò)大，否則滴加時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此，V正丁醇：V正己烷=1：3.0為宜。

2.3 混合溶劑與硝酸銨配比對(duì)硝酸銨吸濕性的影響

混合溶劑與硝酸銨配比不僅對(duì)蟲膠包覆硝酸銨包覆層的嚴(yán)密程度有影響，還對(duì)攪拌阻力、設(shè)備的生產(chǎn)效率和混合溶劑回收利用的數(shù)量等有影響。混合溶劑與硝酸銨不同配比對(duì)吸濕效果影響見表2。

由表2可見，溶劑用量增加，包覆硝酸銨吸濕降低率略有提高。這是由于溶劑用量大，在正己烷滴加過(guò)程中，蟲膠過(guò)飽和度低，析出蟲膠顆粒小，有利于硝酸銨的包覆。綜合考慮吸濕性和生產(chǎn)效率，混合溶劑與硝酸銨配比為4.0 mL/1 g為宜。

2.4 蟲膠與硝酸銨配比對(duì)吸濕性的影響

表2 混合溶劑與硝酸銨配比對(duì)吸濕效果的影響Tab.2 Effect of mass ratio of mixed solvent and ammonium nitrate on moisture absorption

蟲膠與硝酸銨配比決定蟲膠包覆層的厚度和致密程度，對(duì)包覆硝酸銨的吸水性有較大影響。蟲膠與硝酸銨不同配比對(duì)吸濕性的影響見表3。

表3 蟲膠與硝酸銨配比對(duì)吸濕效果的影響Tab.3 Effect of shellac amount on moisture absorption

由表3可見，隨著蟲膠用量增加，包覆硝酸銨吸濕降低率隨之提高，但蟲膠量達(dá)硝酸銨量的6%時(shí)，其吸濕降低率反而減小。這是由于溶液中蟲膠濃度過(guò)大，析出的蟲膠顆粒較大，使硝酸銨包覆層不夠嚴(yán)密，使吸濕率提高。蟲膠占硝酸銨量的5%為宜。

2.5 沉淀劑滴加速度對(duì)硝酸銨吸濕性的影響

沉淀劑滴加速度不僅影響生產(chǎn)效率，還影響混合溶劑的濃度均勻性和過(guò)飽和程度、蟲膠的析出速度和析出顆粒大小等。不同沉淀劑滴加速度對(duì)硝酸銨吸濕性的影響見表4。

表4 沉淀劑滴加速度對(duì)吸濕效果的影響Tab.4 Effect of precipitant addition rateon moisture absorption

從表4可見，隨沉淀劑滴加速度減慢，包覆硝酸銨吸濕降低率隨之提高，這是由于沉淀劑滴加速度較慢時(shí)有利于混合溶劑濃度均勻，蟲膠過(guò)飽和度低，利于將硝酸銨包覆嚴(yán)密，使其吸濕率降低。綜合考慮，沉淀劑滴加速度以6 s /滴為宜。

2.6 硝酸銨粒徑對(duì)蟲膠用量的影響

硝酸銨粒徑越小，表面積越大，達(dá)到相同包覆程度所需蟲膠量越大。硝酸銨粒徑對(duì)蟲膠用量的影響見表5。

由表5可見，達(dá)到相同吸濕率，硝酸銨目數(shù)越大，所需蟲膠量越大。相同質(zhì)量硝酸銨，不同粒徑的總表面積與其粒徑成反比，蟲膠用量也與粒徑成反比。

3 結(jié)論

1）蟲膠包覆硝酸銨以正丁醇為溶劑，正己烷為沉淀劑；

表5 硝酸銨粒徑對(duì)蟲膠用量的影響Tab.5 Effect of particle size of ammonium nitrate on shellac amount

2）正丁醇與正己烷體積比為1∶3，混合溶劑與硝酸銨配比為5.0 mL/1 g；

3）蟲膠包覆硝酸銨可使吸濕率下降55%；

4）蟲膠用量與粒徑成反比。

1]張杰,楊榮杰,劉云飛,等.聚乙烯醇縮丁醛包覆硝酸銨的性能研究[J].火炸藥學(xué)報(bào),2001(1):41-43．

2]鄭俊杰,蔡寶虎,衛(wèi)延安.硝酸銨的表面改性研究[J].爆破器材,2011,9(12):19-22．

3]岳金文.硝酸銨表面改性工藝研究[D].湖南大學(xué),2003:6-

13.

[4]殷永霞,楊榮杰,李建民.硝酸按氧化劑的表面改性及其吸濕性研究[J].火炸藥學(xué)報(bào),2001(4):24-27．

[5]柴濤,楊曉汾,范曉俊.用超臨界流體反溶劑過(guò)程改性包覆硝酸銨[J].火炸藥學(xué)報(bào),2009,32(4):27-30．

[6]殷鵬剛,師維倉(cāng),李前樹,等.單分子層自組裝技術(shù)應(yīng)用于硝酸銨防吸濕的探討[J].應(yīng)用化學(xué),2000,17(2):186-188．

[7]張建忠,李香梅,林德海.苯乙烯沉淀聚合包覆硝酸銨粒子改善吸濕性能的研究[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展,2008,40(6):35-37．

[8]趙世民,祝艷,唐輝.蟲膠的基本特性及應(yīng)用[J].云南化工,2005,32(3):50-56.

Study on processing of ammonium nitrate particle coated with shellac

HAO Qing-wei,YANG Yan-ling
(1.College of Equipment Engineering of Shenyang Ligong University,Shenyang,Liaoning 110159,China;2.Shenyang Paraffinwax Chemical Company Co.,Ltd.,Shenyang,Liaoning 110141,China)

The phase separation method for physical and chemical coating was used in ammonium nitrate particle coating with shellac to reduce its hygroscopicity using n-butyl alcohol as the solvent and n-hexane as the precipitant. The coating effect was characterized with the moisture absorption of ammonium nitrate. The effects of the volume ratio of n-butyl alcohol and nexane, the mass ratio of shellac and ammonium nitrate, the mass ratio of ammonium nitrate and mixed solvent and the recipitating agent addition rate on the ammonium nitrate particle covering situations with shellac were investigated. The results howed that the preferred process conditions of shellac-coated ammonium nitrate are 1:3.0 of the volume ratio of n-butyl lcohol and n-hexane , 5.0 mL/1 g of the mass ratio of mixed solvent and AN and 6 sec/drop of the precipitation agent addition ate. The shellac amount is inversely proportional to the particle size. The moisture absorption was reduced by 55% for shellacoated ammonium nitrate under the preferred coating conditions.

TQ431.9

A

1001-5922（2015）02-0066-03

2014-05-25

郝清偉（1963-），男，工程師，研究方向：節(jié)能與環(huán)保相關(guān)領(lǐng)域。E-mail：tiantai6595@126.com。