虫胶包覆硝酸铵工艺研究

郝清伟 杨艳玲

（1.沈阳理工大学装备工程学院，辽宁 沈阳 110159；2.沈阳石蜡化工有限公司，辽宁 沈阳 110141）

虫胶包覆硝酸铵工艺研究

郝清伟 杨艳玲

（1.沈阳理工大学装备工程学院，辽宁 沈阳 110159；2.沈阳石蜡化工有限公司，辽宁 沈阳 110141）

利用物理化学包覆的相分离原理，以虫胶为包覆剂、正丁醇为溶剂、正己烷为沉淀剂包覆硝酸铵，降低其吸湿性，用硝酸铵的吸湿率表征包覆效果。对正丁醇与正己烷配比、混合溶剂用量、沉淀剂滴加速度、虫胶用量等影响吸湿性的因素进行了研究。结果表明，正丁醇与正己烷体积比为1∶3，混合溶剂与硝酸铵配比为5.0 mL/g，沉淀剂滴加速度为6 s/滴，虫胶用量与粒径成反比。在较佳包覆条件下，虫胶包覆硝酸铵可使吸湿率下降55%。

硝酸铵；虫胶；正丁醇；正己烷；吸湿性

硝酸铵（AN）是一种易溶于水的无机盐 ,由于分子中含有较高比例的氮元素，广泛用于农用肥料。由于硝酸铵（AN）具有强烈的吸湿性和结块性，给其贮存和使用带来了严重困难。张杰等[1]用聚乙烯醇缩丁醛包覆硝酸铵，郑俊杰等[2]用聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇作为包覆材料，岳金文等[3]用丙烯腈对硝酸铵包覆，殷永霞等[4]用硅烷偶联剂KH-550与聚乙烯醇缩丁醛复合包覆，柴涛等[5]用硝化棉包覆硝酸铵，殷鹏刚等[6]用十八胺和二甲苯复合表面活性剂改性硝酸铵，张建忠等7]用苯乙烯沉淀聚合包覆硝酸铵，都不同程度地使硝酸铵的吸湿性和结块性有所降低。但所用包覆材料均为合成材料，生物降解性差，不适合农用肥料包覆。

虫胶源于天然产物，对人体没有毒性和刺激性，可生物降解，可成膜，与其他天然或合成聚合物膜相比具有良好的水汽阻隔性[8]。本文用虫胶包覆硝酸铵，可使包覆硝酸铵的吸湿率降低55%。虫胶包覆硝酸铵化肥在贮存过程中可以降低吸湿结块性，方便贮存和使用，可使硝酸铵在土壤中缓慢释放，延长肥效，提高化肥利用率。

1 实验部分

1.1 主要试剂

硝酸铵（AN），分析纯，天津市红岩化学试剂厂；虫胶，化学纯,国药集团化学试剂有限公司；正丁醇，分析纯,天津市红岩化学试剂厂；正己烷，分析纯，天津北方天医化学试剂厂；氯化钾，分析纯，天津市致远化学试剂有限公司。

1.2 虫胶包覆硝酸铵原理

将虫胶溶解在溶剂中，缓慢加入沉淀剂，使虫胶缓慢析出并沉淀在硝酸铵颗粒表面，即对硝酸铵进行了包覆。

1.3 虫胶包覆硝酸铵实验操作

将一定量溶剂和虫胶加入三口瓶中，待虫胶溶解完全后，加入一定量130目的硝酸铵，于一定温度和搅拌速度下，以一定的滴加速度加入定量的沉淀剂，保温30 min，减压过滤，干燥得包覆产品。

1.4 吸湿性表征

称取2个相同型号的培养皿，分别将相同质量的130目未包覆硝酸铵和已包覆硝酸铵加入培养皿中，铺匀，放入装有氯化钾饱和溶液的干燥器中，密封，吸湿18 h，称量，分别计算未包覆硝酸铵和包覆硝酸铵的吸湿率，及已包覆硝酸铵的吸湿降低率。

2 结果与讨论

2.1 溶剂与沉淀剂的选择

虫胶溶剂和沉淀剂的正确选择是虫胶能否利用相分离原理包覆硝酸铵的关键。虫胶溶剂和沉淀剂都不溶解硝酸铵或溶解度很小。实验表明虫胶在无水乙醇、正丙醇、正丁醇和正戊醇中完全溶解的时间逐渐增长，溶解能力依次减弱。硝酸铵微溶于上述醇中，溶解度依次减小，综合考虑溶剂对虫胶和硝酸铵的溶解能力，选择正丁醇为溶剂。

虫胶不溶于甲苯、正己烷和环己烷，将正己烷滴加到虫胶的正丁醇溶液中，可看到虫胶逐渐析出，且硝酸铵不溶于正己烷，故选择正己烷为沉淀剂。

2.2 溶剂与沉淀剂配比确定

溶剂和沉淀剂配比决定虫胶的析出率，而析出率决定虫胶在包覆硝酸铵中的利用率，正丁醇与正己烷不同配比对虫胶析出率的影响见表1。

表1 溶剂与沉淀剂配比对虫胶析出率的影响Tab.1 Effect of volume ratio of solvent andprecipitant on precipitation rate

由表1可见，随着正己烷用量的增加，虫胶析出率随之升高。考虑实验的可操作性，由于硝酸铵加于正丁醇底液中，底液不应过少，否则搅拌阻力大，且硝酸铵容易挂壁；正己烷用量不宜过大，否则滴加时间过长，因此，V正丁醇：V正己烷=1：3.0为宜。

2.3 混合溶剂与硝酸铵配比对硝酸铵吸湿性的影响

混合溶剂与硝酸铵配比不仅对虫胶包覆硝酸铵包覆层的严密程度有影响，还对搅拌阻力、设备的生产效率和混合溶剂回收利用的数量等有影响。混合溶剂与硝酸铵不同配比对吸湿效果影响见表2。

由表2可见，溶剂用量增加，包覆硝酸铵吸湿降低率略有提高。这是由于溶剂用量大，在正己烷滴加过程中，虫胶过饱和度低，析出虫胶颗粒小，有利于硝酸铵的包覆。综合考虑吸湿性和生产效率，混合溶剂与硝酸铵配比为4.0 mL/1 g为宜。

2.4 虫胶与硝酸铵配比对吸湿性的影响

表2 混合溶剂与硝酸铵配比对吸湿效果的影响Tab.2 Effect of mass ratio of mixed solvent and ammonium nitrate on moisture absorption

虫胶与硝酸铵配比决定虫胶包覆层的厚度和致密程度，对包覆硝酸铵的吸水性有较大影响。虫胶与硝酸铵不同配比对吸湿性的影响见表3。

表3 虫胶与硝酸铵配比对吸湿效果的影响Tab.3 Effect of shellac amount on moisture absorption

由表3可见，随着虫胶用量增加，包覆硝酸铵吸湿降低率随之提高，但虫胶量达硝酸铵量的6%时，其吸湿降低率反而减小。这是由于溶液中虫胶浓度过大，析出的虫胶颗粒较大，使硝酸铵包覆层不够严密，使吸湿率提高。虫胶占硝酸铵量的5%为宜。

2.5 沉淀剂滴加速度对硝酸铵吸湿性的影响

沉淀剂滴加速度不仅影响生产效率，还影响混合溶剂的浓度均匀性和过饱和程度、虫胶的析出速度和析出颗粒大小等。不同沉淀剂滴加速度对硝酸铵吸湿性的影响见表4。

表4 沉淀剂滴加速度对吸湿效果的影响Tab.4 Effect of precipitant addition rateon moisture absorption

从表4可见，随沉淀剂滴加速度减慢，包覆硝酸铵吸湿降低率随之提高，这是由于沉淀剂滴加速度较慢时有利于混合溶剂浓度均匀，虫胶过饱和度低，利于将硝酸铵包覆严密，使其吸湿率降低。综合考虑，沉淀剂滴加速度以6 s /滴为宜。

2.6 硝酸铵粒径对虫胶用量的影响

硝酸铵粒径越小，表面积越大，达到相同包覆程度所需虫胶量越大。硝酸铵粒径对虫胶用量的影响见表5。

由表5可见，达到相同吸湿率，硝酸铵目数越大，所需虫胶量越大。相同质量硝酸铵，不同粒径的总表面积与其粒径成反比，虫胶用量也与粒径成反比。

3 结论

1）虫胶包覆硝酸铵以正丁醇为溶剂，正己烷为沉淀剂；

表5 硝酸铵粒径对虫胶用量的影响Tab.5 Effect of particle size of ammonium nitrate on shellac amount

2）正丁醇与正己烷体积比为1∶3，混合溶剂与硝酸铵配比为5.0 mL/1 g；

3）虫胶包覆硝酸铵可使吸湿率下降55%；

4）虫胶用量与粒径成反比。

1]张杰,杨荣杰,刘云飞,等.聚乙烯醇缩丁醛包覆硝酸铵的性能研究[J].火炸药学报,2001(1):41-43．

2]郑俊杰,蔡宝虎,卫延安.硝酸铵的表面改性研究[J].爆破器材,2011,9(12):19-22．

3]岳金文.硝酸铵表面改性工艺研究[D].湖南大学,2003:6-

13.

[4]殷永霞,杨荣杰,李建民.硝酸按氧化剂的表面改性及其吸湿性研究[J].火炸药学报,2001(4):24-27．

[5]柴涛,杨晓汾,范晓俊.用超临界流体反溶剂过程改性包覆硝酸铵[J].火炸药学报,2009,32(4):27-30．

[6]殷鹏刚,师维仓,李前树,等.单分子层自组装技术应用于硝酸铵防吸湿的探讨[J].应用化学,2000,17(2):186-188．

[7]张建忠,李香梅,林德海.苯乙烯沉淀聚合包覆硝酸铵粒子改善吸湿性能的研究[J].精细石油化工进展,2008,40(6):35-37．

[8]赵世民,祝艳,唐辉.虫胶的基本特性及应用[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

郝清伟（1963-），男，工程师，研究方向：节能与环保相关领域。E-mail：tiantai6595@126.com。