Способ приготовления пленкообразующего биополимерного модификатора для минеральных удобрений Российский патент 2024 года по МПК C05G3/40 C05G5/12 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам биополимерной модификации минеральных удобрений, для повышения эффективности традиционной системы минерального питания растений.

Минеральные удобрения являются одним из важнейших факторов интенсификации сельскохозяйственного производства. Около половины прироста урожайности получают от применения минеральных удобрений.

Источниками азота, фосфора и калия, которые необходимы сельскохозяйственным культурам служат NPK комплексных удобрений. Эффективность минеральных удобрений может быть повышена за счет средств, проявляющих синергетический эффект. К таким микроэлементам относится медь, которая выступает катализаторам биохимических реакций как в почве, так и в растениях. Микроэлемент образует модифицированный комплекс с биополимером в виде кукурузного или картофельного крахмала.

Известны способы модификации минеральных удобрений:

Способ получения капсулированных медленнодействующих удобрений путем нанесения на поверхность гранул, нагретых до 120^оС, нескольких слоев эпоксидной смолы через равные промежутки времени (10-20 мин) [Патент США №3264082, кл. 71-64, 1966 г.]

Недостатками данного способа является большая трудоемкость процесса изготовления и необходимость использования дорогостоящего сырья (эпоксидная смола). Вторым недостатком является повышенная токсичность эпоксидной смолы по сравнению с природными веществами – крахмалом.

Известен способ получения капсулированных минеральных удобрений с пролонгированным действием, по которому к частицам удобрений порциями добавляют водный раствор конденсата мочевины с формальдегидом. После каждого добавления шихту перемешивают, гранулируют и сушат при 80^оС в течение 30 мин. [Патент Японии № 16770/72, кл. 4А2 13/17.4.]

Недостатком данного способа является внесение в почву чужеродных элементов, которые используются в качестве связующего звена для осуществления процесса гранулирования.

Известен также способ модификации минеральных удобрений посредством включения ингибиторов нитрификации на основе 3(5)- метилпиразола [Авторское свидетельство SU 1661180 СССР, кл. МПК С 05G 3/08, опубликовано 23.06.1989 г.)].

В отличие от способа биополимеризации в сочетании с микроэлементом процесс ингибирования не подразумевает проявление синергетического эффекта.

Известен способ биополимерной модификации минеральных удобрений, по которому на гранулы минеральных удобрений наносили биополимер (поливиниловый спирт) способом опудривания с предварительным увлажнением гранул водой или лимонной кислотой с последующим закреплением в микроволновой печи. [Баматов И.М., Первертин К.А., Абасов Ш.М., Хамурзаев С.М.// Влияние биополимерной модификации минеральных удобрений на продуктивность зерна озимой пшеницы и основные элементы плодородия почвы]

Недостатком данного способа является крайне трудное получение однородный по составу продукта, а также, что при промышленном осуществлении данного способа возникают серьезные затруднения в аппаратурном оформлении процесса опудривания.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ изготовления крахмальных пленок, пластифицированных мочевиной с почвоудобрительными свойствами. [Piotr Rychter, Marta Kot, Krzysztof Bajer, Diana Rogacz, Alena Šišková, Janusz Kapuśniak.//Utilization of starch films plasticized with urea as fertilizer for improvement of plant growth.//Carbohydrate Polymers, Volume 137,2016,Pages 127-138,ISSN 0144-8617,https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.10.051.].

В указанном прототипе полимерную пленку на основе картофельного крахмала модифицируют 10-50%-ным раствором мочевины, пластифицируют и готовят мульчирующую пленку.

Однако способ – прототип, который обеспечивает медленное высвобождение мочевины, имеет ряд недостатков. Во-первых, экструдирование крахмальной смолы представляет собой сложный и энергозатратный технологический процесс. Во- вторых, покровный материал с почвоудобрительными свойствами не способен выступать в качестве предпосевного, а тем более основного удобрения, а удобрение представлено не комплексом элементов, а исключительно азотным удобрением.

Задачей настоящего изобретения является биополимерная модификация комплексного гранулированного удобрения с биоразлагаемой биополимерной оболочкой, которая является экологически благополучной и обладает способностью восстанавливать почву по содержанию микроэлементов и способно повышать усвоение минеральных элементов используемого удобрения и повышать урожайность сельскохозяйственных культур и его качество.

Использование модифицированных минеральных удобрений позволяет снизить расходы на дополнительные операции по внесению микроэлементов в процессе производства культурных растений.

Задача достигается за счет включения биополимерного модификатора для нанесения на гранулы минеральных удобрений, в том числе комплексных (нитроаммофоска, азофоска, аммофос, аммиачная селитра карбамид и др.), медьсодержащей соли CuSO₄*5H₂O в концентрации 10% от доли сухого вещества биополимерной композиции.

Состав биополимерного модификатора для нанесения на гранулы традиционных минеральных удобрений представлен следующими компонентами:

Вода дистиллированная 60 мл

Крахмал кукурузный или картофельный 6 г

Глицерин 5 мл

Уксусная кислота 5 мл

0,1 М раствор NaOH 5 мл

CuSO₄*5H₂O 10%

Состав биополимерного модификатора содержит в качестве основного пленко- и структурообразующего компонента кукурузный крахмал.

Крахмал стабилизирует эксплуатационные характеристики готового покрытия.

Глицерин в составе плёнкообразующего раствора используется в качестве инертного пластификатора, который значительно увеличивает эластичность биополимерной пленки.

В качестве дополнительного агента, который армирует биополимерную структуру, используется уксусная кислота 70%. В предлагаемом составе наличие данного компонента обуславливает повышение механических и защитных свойств покрытия.

Соли меди в составе плёнкообразующего раствора используется в качестве добавки. Медь входит в состав ферментов, отвечающих за окислительно- восстановительные процессы, которые происходят в органах растений. Участвует в азотном и углеводном обменах, которые повышают сопротивляемость растений негативному воздействию грибково- бактериальных инфекций. Также медь нужна растениям для образования хлорофилла, участвует в метаболизме протеинов и углеводов.

Пределы представленных значений ингредиентов модификатора являются необходимыми, так как при значениях ниже указанных - состав покрытия не даст заявляемого эффекта и снижается качество покрытия и появляются неоднородные структуры.

Изобретение предполагаемого состава биополимерного модификатора реализуется посредством приготовления пленкообразующих растворов для дальнейшего получения конечного пленочного покрытия. Нижеперечисленный пример описывает приготовления 100 г пленкообразующего раствора с известной концентрацией.

Пример 1. Приготавливается пленкообразующий биополимерный модификатор на основе крахмала общей массой биополимера 6 г на 60 мл дистиллированной воды с добавлением 5 мл уксусной кислоты, 5 мл глицерина, 0,25 г CuSO₄* 5H₂O, 5 мл 0,1 М раствора NaOH. Для этого навеску кукурузного крахмала с добавлением 10% го CuSO₄*5H₂O массой 6 г растворяют в 60 мл дистиллированной воды. Затем в смесь были прилиты 5 мл глицерина и 5 мл уксусной кислоты (70%). Пленку готовили механическим перемешиванием при температуре 75-80^оС в трехгорлой круглодонной колбе, снабженной термометром на водяной бане. Раствор перемешивали 10 мин до превращения в густую суспензию. После для обеспечения однородности раствора был добавлен 5 мл 0,1 М раствора NaOH. Готовый пленкообразующий раствор наносится на поверхность гранул минеральных удобрений, используя методы окунания перемешивания с последующим высушиванием.

Эффект биополимер модифицированных удобрений проявлялся в повышении интенсивности биохимических реакций в растениях, оцениваемых концентрацией хлорофилла в листьях сельскохозяйственных культур.

Таблица 1. Влияние биополимер-микроэлементного модификатора минеральных удобрений на содержание хлорофилла в листьях сои, %

Контроль 0,287 Эталон (минеральные удобрения) 0,389 Минеральные удобрения + БММ – 10% 0,641

Таблица 2. Влияние биополимер-микроэлементного модификатора минеральных удобрений на содержание хлорофилла в листьях кукурузы, %

Контроль 0,197 Эталон (минеральные удобрения) 0,247 Минеральные удобрения + БММ – 10% 0,388

Таблица 3. Влияние биополимер-микроэлементного модификатора минеральных удобрений на содержание хлорофилла в листьях озимой пшеницы, %

Контроль 0,097 Эталон (минеральные удобрения) 0,121 Минеральные удобрения + БММ – 10% 0,237

Технический результат - способ биополимерной модификации минеральных удобрений, который является экологически благополучным и обладает способностью восстанавливать почву по содержанию микроэлементов и способен повышать усвоение минеральных элементов используемого удобрения и повышать урожайность сельскохозяйственных культур и его качество.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ приготовления пленкообразующего биополимерного модификатора для минеральных удобрений характеризуется тем, что навеску кукурузного крахмала массой 6 г с добавлением 10%-ного CuSO₄⋅5H₂O растворяют в 60 мл дистиллированной воды, затем в смесь приливают 5 мл глицерина и 5 мл 70%-ной уксусной кислоты, раствор механически перемешивают при температуре 75-80°С в трехгорлой круглодонной колбе, снабженной термометром, на водяной бане 10 мин до превращения в густую суспензию, затем для обеспечения однородности раствора добавляют 5 мл 0,1 М раствора NaOH, готовый пленкообразующий раствор наносят на поверхность гранул минеральных удобрений с последующим высушиванием. Изобретение позволяет восстанавливать почву по содержанию микроэлементов, повышать усвоение минеральных элементов используемого удобрения, повышать урожайность сельскохозяйственных культур, а также качество удобрения. 3 табл., 1 пр.

Способ приготовления пленкообразующего биополимерного модификатора для минеральных удобрений, характеризующийся тем, что навеску кукурузного крахмала массой 6 г с добавлением 10%-ного CuSO₄⋅5H₂O растворяют в 60 мл дистиллированной воды, затем в смесь приливают 5 мл глицерина и 5 мл 70%-ной уксусной кислоты, раствор механически перемешивают при температуре 75-80°С в трехгорлой круглодонной колбе, снабженной термометром, на водяной бане 10 мин до превращения в густую суспензию, затем для обеспечения однородности раствора добавляют 5 мл 0,1 М раствора NaOH, готовый пленкообразующий раствор наносят на поверхность гранул минеральных удобрений с последующим высушиванием.