удобрения с предварительным покрытием и контролируемым высвобождением и способ их получения

Формула изобретения

1. Удобрение с контролируемым высвобождением, которое включает гранулированное содержимое из питательного вещества, предварительное покрытие в виде органического масла, нанесенного на гранулированное содержимое, и полимерное капсулирующее покрытие, нанесенное на предварительное покрытие гранулированного содержимого, пока органическое масло является неотвержденным, причем предварительное покрытие отверждают после нанесения полимерного капсулирующего покрытия.

2. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 1, где органическое масло смешивают со связующим средством, выбранным из группы, состоящей из глин, тальков, диатомовых земель, абсорбентных оксидов кремния и их смесей.

3. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 1, где гранулированное содержимое имеет сферичность, равную 50% или менее.

4. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 3, где органическое масло представляет собой неочищенное льняное масло.

5. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 2, где связующее средство представляет собой мелкоизмельченную глину.

6. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 2, где предварительное покрытие дополнительно включает осушитель.

7. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 6, где осушитель выбирают из группы, состоящей из кобальт-марганца, марганца, кобальт-кальция, цирконий-кобальта и их смесей.

8. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 1, где содержимое выбирают из группы, состоящей из гранул NPK, гранул удобрения, гранул мочевины и их смесей.

9. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 8, в котором содержимое дополнительно содержит одно или несколько вторичных питательных веществ и микроэлементов, выбранных из группы, состоящей из кальция, серы, магния, железа, меди, цинка, марганца, бора и молибдена.

10. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 1, где содержимое имеет сферичность, равную 50% или менее, и удобрение с контролируемым высвобождением демонстрирует кумулятивное высвобождение в течение 2 ч согласно лабораторному тесту ART-80, равное 4% или менее, когда содержание капсулирующего покрытия составляет 8 или менее частей на 100 ч. содержимого по массе.

11. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 10, где максимум высвобождения в соответствии с инкрементным лабораторным тестом составляет 15 ч или менее.

12. Удобрение с контролируемым высвобождением, которое включает гранулированное содержимое из питательного вещества, покрытие гранулированного содержимого в виде смеси (а) масла, выбранного из группы, состоящей из льняного масла, соевого масла, тунгового масла, модифицированных дициклопентадиеном высыхающих масел и их смесей; (b) связующего средства, выбранного из группы, состоящей из мелкоизмельченных глин, тальков, диатомовых земель, абсорбентных оксидов кремния и их смесей, и полимерный капсулирующий слой, нанесенный на покрытие, причем масло в смеси для предварительного покрытия является неотвержденным, и предварительное покрытие отверждают после нанесения полимерного капсулирующего слоя на покрытое гранулированное содержимое.

13. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 12, где полимерное капсулирующее покрытие представляет собой сополимер дициклопентадиена и композиции, выбранной из группы, состоящей из льняного масла, алкидной смолы на основе соевого масла и их смесей.

14. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 12, где содержимое имеет сферичность, равную 50% или менее, и удобрение с контролируемым высвобождением демонстрирует кумулятивное высвобождение в течение 2 ч согласно лабораторному тесту ART-80, равное 4% или менее, когда содержание капсулирующего покрытия составляет 8 или менее частей на 100 ч. содержимого по массе.

15. Удобрение с контролируемым высвобождением, которое включает питательное содержимое, покрытие в виде органического масла и капсулирующий полимерный слой, которое получают по способу, включающему нанесение органического масла на питательное содержимое, пока органическое масло является неотвержденным, нанесение полимерного слоя поверх органического масла перед отверждением органического масла и одновременное отверждение органического масла и полимерного слоя.

16. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 15, где органическое масло наносят при температуре примерно 140^oF (60^oC) или ниже.

17. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 16, где одновременное отверждение происходит при температуре примерно 140^oF (60^oC) или выше.

18. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 15, где органическое масло смешивают со связующим средством, выбранным из группы, состоящей из мелкоизмельченной глины, талька, диатомовой земли, абсорбентных оксидов кремния и их смесей.

19. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 18, где органическое масло дополнительно смешивают с осушителем, выбранным из группы, состоящей из кобальт-марганца, марганца, кобальт-кальция, цирконий-кобальта и их смесей.

20. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 18, где масло представляет собой неочищенное льняное масло.

21. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 20, где связующее средство представляет собой мелкоизмельченную глину.

22. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 21, где полимерное капсулирующее покрытие выбирают из группы, состоящей из терпентиновых высыхающих масел, сложных полиэфиров, полиамидов, полиуретанов, термопластичных смол, модифицированного дициклопентадиеном льняного масла, модифицированных дициклопентадиеном алкидных смол, углеводородных термопластичных смол и их смесей.

23. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 22, в котором содержимое имеет сферичность, равную 50% или менее, и удобрение с контролируемым высвобождением демонстрирует кумулятивное высвобождение в течение 2 ч согласно лабораторному тесту ART-80, равное 4% или менее, когда содержание капсулирующего покрытия составляет 8 или менее частей на 100 ч. содержимого по массе.

24. Удобрение с контролируемым высвобождением, которое включает питательное содержимое, предварительное покрытие в виде льняного масла, связующее средство и осушитель, и полимерный капсулирующий слой, включающий дициклопентадиен, причем удобрение производят посредством следующих стадий: (a) покрытие содержимого предварительным покрытием при температуре 140^oF (60^oC) или ниже, пока льняное масло является неотвержденным; (b) капсулирование предварительного покрытия полимерным слоем; (c) одновременное, отверждение предварительного покрытия и капсулирующего полимерного слоя при температуре примерно 140^oF (60^oC) или выше.

25. Удобрение с контролируемым высвобождением по п. 24, в котором содержимое имеет сферичность, равную 50% или менее, и удобрение с контролируемым высвобождением демонстрирует кумулятивное высвобождение в течение 2 ч согласно лабораторному тесту ART-80, равное 4% или менее, когда содержание капсулирующего покрытия составляет 8 или менее частей на 100 ч. содержимого по массе.

26. Способ получения удобрения с контролируемым высвобождением, с использованием питательного содержимого, причем способ состоит из следующих стадий: (а) предварительное покрытие питательного содержимого маслом, причем масло выбирают из группы, состоящей из льняного масла, соевого масла, тунгового масла, модифицированных дициклопентадиеном высыхающих масел и их смесей; (b) нанесение капсулирующего слоя полимерного материала на предварительно покрытое питательное содержимое, причем полимерный слой наносят перед отверждением предварительного покрытия и пока масло является неотвержденным; (с) отверждение предварительного покрытия после нанесения капсулирующего слоя.

27. Способ по п. 26, где смесь для предварительного покрытия дополнительно включает связующее средство, выбранное из группы, состоящей из мелкоизмельченной глины, талька, диатомовой земли, абсорбентных оксидов кремния и их смесей и осушитель выбирают из группы, состоящей из кобальт-марганца, марганца, кобальт-кальция, цирконий-кобальта и их смесей.

28. Способ по п. 26, где предварительное покрытие и капсулирующее покрытие отверждают одновременно.

29. Способ по п. 26, где предварительное покрытие подвергают воздействию температуры 140^oF (60^oC) или ниже перед нанесением капсулирующего слоя.

30. Способ по п. 29, где отверждение осуществляют под воздействием температуры, равной примерно 140^oF (60^oС) или более.

31. Способ по п. 27, где предварительное покрытие наносят в диапазоне 0,5-3,0 ч. на 100 ч. массы питательного содержимого.

32. Способ по п. 26, где капсулирующий слой наносят в диапазоне 5-10 ч. на 100 ч. массы питательного содержимого.

33. Способ по п. 26, в котором содержимое имеет сферичность, равную 50% или менее, и удобрение с контролируемым высвобождением демонстрирует кумулятивное высвобождение в течение 2 ч согласно лабораторному тесту ART-80, равное 4% или менее, когда содержание капсулирующего покрытия составляет 8 или менее частей на 100 ч. содержимого по массе.

34. Способ получения удобрения с контролируемым высвобождением, с использованием питательного содержимого с нарушениями поверхностной непрерывности, причем способ состоит из следующих стадий: (a) предварительное покрытие питательного содержимого смесью неочищенного льняного масла, связующего агента и осушителя, предварительное покрытие наносят в соотношении приблизительно 0,5-3,0 ч. на 100 ч. массы содержимого и подвергают воздействию температур в интервале от 140^oF (60^oС) и ниже, пока льняное масло является неотвержденным; (b) нанесение капсулирующего слоя полимерного материала перед отверждением предварительного покрытия, причем капсулирующий слой наносят в соотношении приблизительно от 5 до 10 ч. на 100 ч. массы содержимого; (c) отверждение предварительного покрытия и капсулирующего слоя при 140^oF (60^oС) или выше.

35. Способ по п. 34, в котором содержимое имеет сферичность, равную 50% или менее, и удобрение с контролируемым высвобождением демонстрирует кумулятивное высвобождение в течение 2 ч согласно лабораторному тесту ART-80, равное 4% или менее, когда содержание капсулирующего покрытия составляет 8 или менее частей на 100 ч. содержимого по массе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к удобрениям с контролируемым высвобождением и способам их получения. Более конкретно, оно относится к отдельным композициям удобрений, образованным из питательных гранул (таких как NPK гранулы), которые имеют промежуточные слои или предварительные покрытия, и сверх того капсулирующие или внешние покрытия. Оно также относится к способам получения отдельных композиций удобрений, которые имеют желательные характеристики контролируемого высвобождения.

2. Описание уровня техники

Удобрения использовались в течение тысяч лет для дополнения питательных веществ в среде для выращивания. В то же время известно, что польза, получаемая от дополнительного питательного вещества, может зависеть от того, когда оно внесено в среду для выращивания, и, с другой стороны, когда оно становится доступным для растений, растущих на среде для выращивания. Внезапное получение слишком большого количества удобрений может быть изнуряющим или даже вредным для растений. Получение слишком маленького количества или замедленное получение адекватного количества, с другой стороны, может истощить растение. Желательно предоставить конкретные композиции удобрений, которые обеспечивают относительно постоянную скорость поступления питательного вещества в среду для выращивания в течение времени, или другую специфическую модель высвобождения.

Доставка нужного количества питательного вещества в течение продолжительного периода роста ранее требовала многочисленных нанесений относительно маленьких количеств композиций удобрений, что является очень трудоемким способом. Соответственно, были разработаны удобрения с контролируемым высвобождением. Обычно является желательным наносить удобрения один раз в несколько недель или несколько месяцев.

Обычно, для удобрений с контролируемым высвобождением используют покрытия вокруг питательных гранул, которые действуют как физический или химический барьер между питательным содержимым и окружающей средой для выращивания. Этот барьер задерживает контакт питательного содержимого с влагой и таким образом замедляет растворение влагой содержимого и высвобождение питательного вещества в среду для выращивания. Скорость высвобождения питательного вещества зависит от материала, который используется в качестве барьера, и, среди других факторов, от его толщины и целостности.

Один подход к применению барьера или методике капсулирования продемонстрирован в патенте США 3223518, выданном 14 декабря 1965 г. Louis I. Hansen с передачей прав Archer-Daniels-Midland. Патент Hansen предоставляет удобряющие продукты, имеющие один или несколько слоев первичного покрытия, нанесенного на питательное содержимое с одним или несколькими капсулирующими слоями. Как описано в патенте Hansen, первичный слой полностью отверждают перед нанесением капсулирующего покрытия. Полученное удобрение демонстрировало замедленное высвобождение питательного содержимого по сравнению с совершенно непокрытыми питательными гранулами. Однако оказалось, что повторные нанесения покрытий и их отверждение требуют больших затрат времени и являются коммерчески неосуществимыми. Кроме того, удобрения, полученные в соответствии с методиками Hansen, имеющие только одно первичное и одно капсулирующее покрытие, раскрыты Hansen как высвобождающие 30-40% питательного вещества в течение 6 часов контакта с влагой, и 50-60% в течение 24 часов. Такой продукт доставляет слишком много питательного вещества и слишком быстро, чтобы быть приемлемым для некоторых применений удобрений с контролируемым высвобождением.

Другой, более поздний подход к попытке придать капсулирующему слою желательные характеристики высвобождения описан в патенте США 4657576, выданном 14 апреля 1987 Johannes M.H. Lambie с передачей прав Sierra Chemical Company. Содержимое капсулируют с помощью нерастворимой в воде смолы на основе дициклопентадиена, такой как та, что поставляется на рынок The Scotts Company под торговой маркой OSMOCOTE. Хотя применение полимерного барьера является подобным применению капсулирующего покрытия, описанного в ссылке 518 у Hansen, добавляют ингредиенты, которые регулируют рН покрытия. В соответствии с этой ссылкой некоторые аспекты модели высвобождения улучшаются.

Выявленным недостатком нанесения полимерного барьера, такого как OSMOCOTE капсулирующий слой, на питательное содержимое, является то, что свойства высвобождения удобрения зависят от количества содержимого или субстрата, на который наносят полимер. Нарушения непрерывности поверхности субстрата, такие как дыры в образцах субстрата, деформированные гранулы или частицы, имеющие трещины, щели или неоднородности, приводят к неполному или неоднородному охвату покрытием. Обычно для более низкого массового содержания покрытия, такого как 5 частей на сто частей массы содержимого ("ЧНС"), не обеспечивается достаточно капсулирующего вещества для того, чтобы полностью покрыть дефекты поверхности содержимого, что приводит к низкому качеству гранул и неприемлемому количеству недостаточно покрытых частиц. Можно предсказать, что очень многие из полученных частиц в композиции удобрения, будут выделять слишком много питательного вещества в течение первых нескольких дней, что делает эти частицы непригодными для продуктов с контролируемым высвобождением (замедленным высвобождением).

Было обнаружено, что попытки компенсировать неполное или неоднородное покрытие для недорогих гранул низкого качества с неровными гранулами содержимого путем нанесения слоя загустителя в капсулирующем покрытии дают нежелательные результаты. Удвоение массовой доли покрытия до 10 частей на сто, например, приводит к более эффективному покрытию дефектов поверхности у большинства гранул. Однако это внешнее покрытие с загустителем настолько эффективно "запечатывает" питательное вещество у такого большого числа гранул, что это либо вызывает "эффект блокировки" или предотвращает высвобождение питательного вещества из содержимого в среду для выращивания в течение чрезмерно длинного периода времени, что ограничивает коммерческую применимость.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, первой целью изобретения является предоставление удобрения, в котором питательное содержимое несет на себе предварительное или промежуточное покрытие для усиления капсулирования посредством последовательного нанесения внешних покрытий.

Другой целью изобретения является предоставление удобрения с желательными характеристиками высвобождения, особенно для питательного содержимого с высокой степенью нарушений поверхности.

Дальнейшей и относительно важной целью изобретения является предоставление удобрения, в котором гранулы питательного содержимого имеют многослойные покрытия, отвержденные после нанесения на содержимое для обеспечения желательных моделей контролируемого высвобождения, которые не могут быть получены иначе с применением или без применения более высокой массовой доли покрытия.

Другой важной целью изобретения является предоставление удобрения, в котором изъяны поверхности питательных гранул покрываются или заполняются с использованием капсулирующего слоя с относительно более низкой массой покрытия, для того, чтобы избежать толстых слоев, которые являются дорогими и вызывают блокировку высвобождения питательных веществ или чрезмерное время индукции для достижения высвобождения.

Следующей значительной целью изобретения является предоставление способа получения удобрения, соответствующего одной или нескольким целям, описанным выше, или другим целям, очевидным с точки зрения безопасности и эффективной цены.

В предпочтительном воплощении данного изобретения обнаружено, что одна или несколько из вышеопределенных целей, и другие, могут сопровождаться применением неотвержденного неочищенного льняного масла или покрытия из другого неотвержденного подходящего масла между питательным содержимым и капсулирующим покрытием питательных гранул удобрения, таким как дициклопентандиенльняное масло. Перед нанесением на питательное содержимое неочищенное льняное масло может быть смешано со связующим агентом, таким как мелкоизмельченная глина, диатомовая земля, или подобное вещество. При желании время протекания производственного процесса получения композиции удобрения может быть уменьшено путем применения вместе со смесью масла и глины также осушающего агента, такого как марганец/кобальтовый осушитель.

Было обнаружено, что применение глины вместе с льняным маслом улучшает способ получения покрытых гранулированных удобрений. Например, без глины большое количество мелких частиц, т.е. маленьких, выбитых кусочков покрытия, получается в результате бросающего воздействия, которому подвергаются частицы в течение процесса. Кроме того, одно неочищенное льняное масло имеет тенденцию проникать через капсулирующее покрытие из дициклопентандиенльняного масла, просачиваясь или мигрируя через внешний, капсулирующий полимерный слой. Присутствие масла на внешней стороне этого слоя создает проблемы в процессе получения.

Попытка отвердить предварительное покрытие из льняного масла путем отверждения предварительного покрытия для создания отдельного отвержденного слоя, как предложено в патенте Hansen"518, предотвращает чрезмерную диффузию или миграцию льняного масла во внешний капсулирующий слой. В самом деле очевидно, что отверждение предварительного покрытия мешает физическому взаимодействию покрытия из необработанного льняного масла с капсулирующим покрытием. В настоящее время обнаружено, что присутствие предварительного покрытия из неочищенного и неотвержденного льняного масла вносит значительное улучшение в покрытие поверхностных дефектов гранулированного питательного вещества посредством последующего, капсулирующего, слоя и в характеристики высвобождения композиции удобрения.

Преимущество настоящего изобретения заключается в ранее неизвестном взаимодействии между неотвержденным, свободно движущимся льняным маслом, которое может быть смешано со связующим средством, таким как глина, диатомовая земля и т.п., и капсулирующим покрытием. Взаимодействие обеспечивает такие характеристики высвобождения для конечного продукта удобрения, которые иначе могли бы быть получены при значительно больших массовых долях покрытия, особенно, для субстратов, содержащих дыры или другие нарушения непрерывности поверхности, или дефекты. При отсутствии полного понимания, в настоящее время полагают, что взаимодействие льняного масла и полимерного слоя приводит к более эффективному заполнению и закрытию поверхностных дыр, трещин и щелей гранул содержимого. Это же взаимодействие уменьшает время индукции.

По сравнению с предшествующими способами обработки, в которых предварительное покрытие наносили, а затем отверждали перед нанесением внешнего полимерного покрытия, недавно открытое взаимодействие масляного предварительного покрытия и капсулирующего полимера может быть использовано в новом способе производства. Предварительное покрытие не подвергают отверждающим температурам до тех пор, пока не нанесут капсулирующего покрытия, обеспечивая возможность протекания, заполняющего и закрывающего взаимодействия. Если материалы для предварительного покрытия являются отверждаемыми при температурах, обычно используемых для отверждения капсулирующего покрытия, то можно ожидать, что предварительное покрытие будет отверждаться в то же время, если его будут подвергать воздействию температур, которые отверждают капсулирующий слой.

Применение изобретения позволяет использовать гранулы питательного вещества более низкого качества с значительно меньшим массовым содержанием капсулирующего покрытия для достижения общих более желательных характеристик контролируемого высвобождения. Настоящее изобретение представляет собой шаг вперед в попытке получить улучшенное покрытие содержимого, имеющего несовершенные поверхностные характеристики, без отрицательных эффектов и высоких затрат, связанных с использованием загустителей покрытия.

ПОДПИСИ К ЧЕРТЕЖАМ

Фиг. 1 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты 6 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг. 2 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты 8 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг. 3 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты 10 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг. 4 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты предварительным покрытием В (1,0 ЧНС предварительного покрытия на основе льняного масла) и 6 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг.5 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты предварительным покрытием В (1,0 ЧНС предварительного покрытия на основе льняного масла) и 8 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг.6 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты предварительным покрытием В (1,0 ЧНС предварительного покрытия на основе льняного масла) и 10 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг.7 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты предварительным покрытием С (0,5 ЧНС предварительного покрытия на основе льняного масла) и 6 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг.8 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты предварительным покрытием С (0,5 ЧНС предварительного покрытия на основе льняного масла) и 8 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг.9 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для гранул питательного содержимого, имеющих относительно низкую сферичность, которые были покрыты предварительным покрытием С (0,5 ЧНС предварительного покрытия на основе льняного масла) и 10 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг. 10 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для субстрата Norsk (степень экранирования +6, имеющего сферичность примерно 80%), покрытого 6 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

Фиг. 11 представляет график зависимости интегрального высвобождения питательного вещества (азота) в процентах от общего азота от времени (в часах) для субстрата Norsk (степень экранирования +6, имеющего сферичность примерно 80%) с предварительным покрытием С (0,5 ЧНС предварительного покрытия на основе льняного масла) и покрытого 5,5 ЧНС полимерного капсулирующего слоя.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение предоставляет новое удобрение и новый способ получения такого продукта. Обычно частицы удобрения состоят из питательного содержимого, предварительного покрытия и внешнего, или капсулирующего, покрытия. Содержимое может представлять собой стандартные гранулы NPK или удобрения, что является хорошо известным в данной области, и которые могут поставляться на коммерческой основе от Norsk Hydro, Kemira и других компаний. Альтернативно, содержимое из других общеизвестных питательных веществ (например, мочевины) также может быть использовано. Дополнительно содержимое может включать одно или несколько вторичных питательных веществ, таких как кальций, магний и сера или микроэлементы, такие как железо, медь, цинк, марганец, бор и молибден.

В то время как изобретение можно реализовать на относительно сферических гранулах, имеющих относительно гладкие поверхности, применение изобретения имеет особенно важное значение, когда удобрения с контролируемым высвобождением получают из гранул нерегулярной формы или таких гранул, поверхности которых имеют дыры, дефекты, трещины и щели. В качестве примера питательного содержимого с относительно гладкой поверхностью будут использованы комплексные NPK удобрения от фирмы Norsk. Питательные гранулы с относительно большим количеством дефектов с нарушениями непрерывности поверхности обычно являются менее дорогими, коммерчески доступными, и в общем случае имеют сферичность 50% или менее. Следовательно, в качестве предпочтительного воплощения данного изобретения в качестве питательного содержимого может быть использован относительно недорогой материал с низкой сферичностью.

Тест на сферичность, используемый в данном изобретении для определения сферичности продукта и необработанных питательных частиц является сходным с тестом, описанным Carpenter and Deitz (Research Paper 2238, 3. of Res. of the NBS 41(37), September 1951). В частности, в тесте на сферичность, используемом в данном изобретении для определения сферичности продукта и необработанных питательных частиц, используется устройство, состоящее из поворотного круга диаметром 18 дюймов (457,2 мм), установленного под углом 10 градусов к горизонтали. Поворотный круг вращается при 2 об/мин. Частицы поступают из вибрирующего питателя. Частицы поступают на нижнюю левую часть поворотного круга, приблизительно в 5 дюймах (127 мм) от центра, 45 градусах от перпендикуляра. Размер частицы составляет предпочтительно 1/4 дюйма (6,35 мм) или менее.

Приблизительно 100 г питательных частиц медленно поступает на вращающийся поворотный круг. Сферические частицы сбрасываются с поворотного круга в сборную емкость. Несферические частицы остаются на поворотном круге до точки, где они физически удаляются. Затем две фракции взвешивают для определения процента сферичности.

Слой предварительного покрытия предпочтительно является смесью неочищенного льняного масла и тонкоизмельченной глины. Предварительные покрытия должны быть способны обтекать поверхность субстрата и проникать во внешнее покрытие. Они должны иметь низкую поверхностную энергию и низкую вязкость. Приемлемыми альтернативами льняному маслу являются другие органические масла, такие как соевое масло, тунговое масло, высушенные масла, модифицированные дициклопентадиеном, и смазывающие масла. Другие масла с вязкостью менее 500 сПз (сантипуаз), которые совместимы с внешним покрытием, могут использоваться, если они имеют достаточно низкую поверхностную энергию, являются совместимыми с веществом, использующимся в качестве капсулирующего слоя и способны в достаточной степени проникать в капсулирующий слой, оказывая таким образом влияние на характеристики высвобождения. Кроме того, предварительное покрытие может являться смолой из неочищенного льняного масла и дициклопентадиена. Эта смола, обычно использующаяся в качестве капсулирующего покрытия с минеральными спиртами, с концентрацией твердого вещества более 50%, может применяться в качестве предварительного покрытия при дополнительном разведении минеральными спиртами до концентрации твердых смол приблизительно 40%. Предпочтительно связующий агент, смешиваемый с органическим маслом, является мелкоизмельченной глиной. Мелкоизмельченные глины являются коммерчески доступными в виде RM-4 от Industrials Minerals Company и Huber 90 и Polygloss 90, оба от JM Huber Corporation. Альтернативно, вместо мелкоизмельченной глины, или вместе с ней, могут использоваться тальки, диатомовые земли и абсорбентные оксиды кремния.

Предварительные покрытия, такие как неочищенное льняное масло, имеют тенденцию протекать через внешнее покрытие, делая его мягким и чувствительным к истиранию. Применение глины в смеси льняного масла и глины ограничивает движение льняного масла только до части внешнего покрытия, смежной с предварительным покрытием. Такие глины обычно имеют абсорбцию масла приблизительно 40% или выше, с размером частиц, имеющим минимум 60% при прохождении через сито с номером 200. Было обнаружено, что хорошие покрытия получаются с такими предварительными покрытиями, как неочищенное льняное масло, однако при использовании неочищенное льняного масла требуется дополнительное время обработки для высушивания внешнего покрытия. Эта проблема решается путем смешивания осушителя с масляно-глиняным предварительным покрытием. Примерами подходящих осушителей являются кобальт-марганец, марганец, кобальт-кальций, цирконий-кобальт и их смеси.

Предпочтительно, предварительное покрытие наносят в соотношении 0,5-1,0 ЧНС масла к массе содержимого. Альтернативно, предварительное покрытие может содержать до 3,0 ЧНС масла. Более высокое соотношение масла в предварительном покрытии является особенно полезным для получения желательных характеристик высвобождения для питательного содержимого, имеющего такую низкую сферичность, как 20%.

Внешнее покрытие должно быть совместимым с предварительным покрытием и обеспечивать необходимые покрывающие и барьерные характеристики. Внешним покрытием предпочтительно является дициклопентадиеновый ("ДЦПД") полимерный продукт (содержащий или льняное масло, или алкидную смолу на основе соевого масла), такой как смола OSMOCOTE, поставляемая на коммерческой основе The Scotts Company. Альтернативно, в качестве капсулирующего покрытия могут быть использованы другие запечатывающие вещества, такие как терпентиновые высушивающие масла, другие термореактивные полимеры и смолы, такие как полиэфиры, полиамиды или полиуретаны, и термопластические смолы. Более конкретными примерами являются модифицированные ДЦПД льняное масло или алкидные смолы, и углеводородные термопластические смолы.

Желательные улучшенные характеристики высвобождения композиций удобрения настоящего изобретения могут быть достигнуты путем неподвергания веществ предварительного покрытия воздействию слишком высоких температур для отверждения масла после нанесения его на питательное вещество, но перед нанесением капсулирующего слоя. В предпочтительном воплощении, в котором отверждающая температура для льняного масла подобна отверждающей температуре полимерного капсулирующего слоя, предварительный слой может быть отвержден одновременно с капсулирующим веществом, in situ, после нанесения капсулирующего слоя на питательные гранулы. Альтернативно, возможно отверждение предварительного покрытия после нанесения капсулирующего слоя, но перед отверждением капсулирующего слоя.

Предварительное покрытие из льняного масла предпочтительного воплощения может наноситься при такой высокой температуре, как 140^oF (60^oC), без значительного отверждения. Ожидается, что капсулирующее покрытие будет наноситься при приблизительно 140^oF (60^oC) или выше. Из-за того, что льняное масло требует больше времени для отверждения, чем капсулируюший полимер в предпочтительном воплощении, отверждение этого масла и капсулирующего слоя будет происходить в одно и то же время.

Пример 1

Загрузку массой 50 фунтов (22,68 кг) питательного гранулированного субстрата (содержимого) помещают в пилотную установку для нанесения покрытия и предварительно нагревают до 130-140^oF (54,4-60^oС) в течение 15 минут перед нанесением покрытия. Предварительные покрытия добавляют со скоростью приблизительно 0,1 фунт (45,3 г)/мин при 130-140^oF (54,4-60^oС). Сразу после добавления предварительного покрытия начинают нанесение капсулирующего покрытия, приблизительно при 0,1 фунт (45,3 г)/мин, и температуру в слое постепенно повышают. По случаю, две трехминутные остановки включены во время нанесения капсулирующего полимерного покрытия для того, чтобы гарантировать отверждение первоначальных слоев капсулирующего агента. Конечная температура в слое составляет 185-190^oF (85-87,8^oC). По завершении добавления жидкости доступ воздуха закрывают, добавляют 50 мл глины, вновь открывают доступ воздуха и температуре дают понизиться до 160^oF (71,7^oС). Продукт далее охлаждают до 130^oF (54,4^oС) в цементном смесителе.

Продукты, полученные с помощью вышеописанного способа, анализируют в соответствии с тестом DDR-40. Для осуществления теста DDR-40 образцы помещают в воду при 40^oС. Количество продукта, равное 15 г, в найлоновом мешочке суспендируют в 150 г Н₂O. Аликвоты для теста убирают и полную замену воды проводят через 1, 3, 7 и 10 дней и затем через 3- и 4-дневные интервалы до тех пор, пока вся масса питательных веществ не высвободится в воду. При каждом интервале тестирования аликвоту воды тестируют на содержание азота (иногда также на калий и фосфор и другие питательные компоненты), и полученные данные выражают в виде процента высвобождения азота от общего содержания азота в продукте.

Для некоторых продуктов с контролируемым высвобождением максимум инкрементного высвобождения по тесту DDR-40 наблюдают через 32 дня, как показано для композиций удобрения без предварительного покрытия, что является нежелательно длительным. Для таких продуктов 13% или менее неполностью покрытых частиц, которые высвобождают в течение первых трех дней, что отражено в результатах трехдневного процентного высвобождения по DDR-40, является приемлемым.

В таблице 1 результаты теста DDR-40 для композиции удобрения пилотного завода 1, без предварительного покрытия, можно сравнить с результатами для композиции пилотного завода 2, которая содержит предварительное покрытие. Обращает внимание улучшение в результате 3-дневного высвобождения по DDR-40 от 16% до 10% с предварительным покрытием в виде льняного масла. Также, композиция с предварительным покрытием показывает пик высвобождения через 14 дней, при сравнении с 32 днями для композиции без предварительного покрытия. Подобное улучшение показано при сравнениях результатов DDR-40 для заводской продукции в виде композиций без предварительного покрытия и композиций, имеющих предварительное покрытие в виде льняного масла-глины.

Пример 2

Характеристики композиций с тремя предварительными покрытиями, демонстрирующие варианты применения данного изобретения представлены ниже в таблице 2.

Смола предварительного покрытия А представляет собой раствор низкой вязкости модифицированного ДЦПД льняного масла после разбавления минеральными спиртами и смешанный с подходящими абсорбентом и осушителем. Предварительное покрытие разбавляют минеральными спиртами так, чтобы оно содержало примерно 40% твердой смолы. Предварительные покрытия В и С представляют собой 1,0 ЧНС и 0,5 ЧНС соответственно неочищенного льняного масла в смеси с подходящими абсорбентом и осушителем. Анализ степени растворения предварительно покрытых продуктов проводят по тесту ART-80 (выщелачивание водой 80^oС), сходным с тестом DDR-40 способа примера 1, за исключением того, что смену воды не проводят, как описано выше для теста DDR-40. Для некоторых продуктов с контролируемым высвобождением максимум высвобождения, равный по ART-80 15 часам или менее, обычно является приемлемым, а максимум высвобождения по ART-80, равный примерно 10 часам, является желательным. Используют грубый гранулярный субстрат (17-10-13), имеющий относительно большое количество дефектов поверхности (сферичность 50% или менее). Для каждого предварительного покрытия используют три массовые доли капсулирующего покрытия, а именно 6, 8 и 10 ЧНС. Желательная степень высвобождения по ART-80 представляет модель, по которой только 4% или менее питательного содержимого высвобождается через 2 часа (при использовании частиц с неполным покрытием).

Степени инкрементного высвобождения по тесту ART-80 для стандартного удобрения, в котором не использовали предварительного покрытия, показаны на фиг. 1-3. Кумулятивные степени двухчасового высвобождения являются суммой инкрементной степени за первый час и инкрементной степени за второй час. Высокая степень кумулятивного двухчасового высвобождения обычно указывает на слишком большое число неполностью покрытых частиц. Инкрементная степень высвобождения для образца с 6 ЧНС, несущего относительно тонкий слой материала OSMOCOTE показано на фиг.1. Эта композиция удобрения показывает 17% кумулятивное высвобождение за два часа, что является неприемлемо высоким результатом. На основании этого факта предполагают, что капсулирующее покрытие недостаточно закрывает дефекты поверхности на многих гранулах. В случае 8 ЧНС, показанном на фиг.2, также имеет место кумулятивное высвобождение выше 4% за два часа согласно описанию. Наконец, при 10 ЧНС, как показано на фиг. 3, продукт характеризуется высвобождением ниже 4% за два часа для неполностью покрытых частиц.

Фиг. 4-6 демонстрируют результаты высвобождения по тесту ART-80 при использовании предварительного покрытия В, которое составляет 1 ЧНС при соотношении льняного масла к глине и осушителю, равном 3:1. При использовании предварительного покрытия В и 6 ЧНС капсулирующего покрытия высвобождение за два часа по ART-80 уменьшается примерно до 5% (фиг.4). Высвобождение в случае массовой доли покрытия, равной 8 ЧНС, и предварительного покрытия В сходно с этой характеристикой при более высокой массовой доли покрытия (10 ЧНС) и отсутствии предварительного покрытия (фиг.3) и показывает улучшение показателя двухчасового высвобождения по ART-80 по сравнению с гранулами, в которых использовали 8 ЧНС материала OSMOCOTE без предварительного покрытия (фиг.2). По мере увеличения количества капсулирующего покрытия пик максимума сдвигается в сторону более продолжительных временных интервалов, что обеспечивает ряд продукта, характеризующегося долговечностью (фиг.4-6). Предварительное покрытие В при 6 ЧНС смолы позволяет достичь максимума высвобождения примерно за 10 часов, что является обычным для некоторых продуктов с контролируемым высвобождением.

Фиг. 7-9 демонстрирует результаты для композиций, в которых использовали 6, 8 и 10 ЧНС капсулирующих слоев, наносимых на предварительное покрытие С (0,5 ЧНС льняное масло/глина (соотношение 3:1 по массе) и осушитель). Предварительное покрытие С дает промежуточный результат между образцами с отсутствием предварительного покрытия и 1 ЧНС предварительного покрытия. При 8 ЧНС, как показано на фиг. 8, предварительное покрытие С очевидно уменьшает количество неполностью покрытых частиц при сравнении с 8 ЧНС без предварительного покрытия (фиг.2).

Подобные преимущества были получены с субстратами Norsk, имеющими относительно более гладкие поверхности. Вследствие гладкой поверхности образца Norsk количество льняного масла, используемого в покрытии, было снижено до 0,5 ЧНС (предварительное покрытие С). Для сравнительных целей использовали данные теста ART-80 (высвобождение в часах при 80^oС). Фиг.10 и 11 показывают степени инкрементного высвобождения для субстрата Norsk.

Применение фракции +6 меш (большая частица) приводит к относительно большому количеству образцов с нерегулярной формой и слишком большим количеством неполностью покрытых частиц, а также слишком долгому периоду индукции. Сферичность фракций +6 меш составляет приблизительно 80%. Следует отметить, что стандарт с 6 ЧНС (фиг.10) капсулирующего слоя на этом субстрате приводит к 9% кумулятивному высвобождению за два часа (наиболее желательным является примерно 4%) и характеризуется пиком высвобождения при примерно 20 часах. Данный факт предполагает очень большое количество остаточного материала с неприемлемыми количествами неполностью покрытых частиц. При использовании предварительного покрытия C с последующим капсулирующим слоем с массовой долей 5,5 ЧНС (фиг.11), процентное содержание неполностью покрытых частиц уменьшается до значения менее, чем примерно 5% за два часа, причем пик высвобождения наблюдают примерно после 13 часов.

Предварительное покрытие настоящего изобретения позволяет достичь нескольких преимуществ:

1) Продукты с более быстрым высвобождением могут быть получены без увеличения фракции неполностью покрытых частиц, даже в случае использования менее дорогого материала содержимого. Это позволяет производить более эффективные продукты с контролируемым высвобождением.

2) Сниженные уровни покрытия (менее дорогие продукты могут быть получены лишь с использованием 5 ЧНС смолы и предварительным покрытием В).

3) Уменьшение индукционного (неактивного) периода (минимальная степень высвобождения), что было продемонстрировано, например, при отсутствии льняного масла (см. таблицу 1 и фиг.10-11).

Хотя изобретение описано в его предпочтительных видах с определенной степенью конкретности, следует понимать, что настоящее описание создано только путем примеров. Многочисленные изменения в деталях композиций, операционных стадиях способа и материалах, использованных в данном документе, являются очевидными без нарушения смысла и объема изобретения, что определено в прилагаемой формуле изобретения.