(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプセル化粒子であって、
Ａ．コア粒子；
Ｂ．前記コア粒子の周りに配置され且つ
（ｉ）モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートと、
（ｉｉ）ポリオール成分であって、
ａ．芳香族アミン系開始剤から誘導された触媒ポリオール、及び
ｂ．前記触媒ポリオールとは異なるポリエーテルポリオール
を含む前記ポリオール成分と、の反応生成物を含む、ポリウレタン層；及び
Ｃ．前記ポリウレタン層の周りに配置されたワックス
を含み、
その際、前記触媒ポリオール対前記ポリオール成分中の前記ポリエーテルポリオールの質量比が約１：２〜約１０：１であり；
前記コア粒子が、３８℃での水中での前記カプセル化粒子の老化の７日後に６０質量％未満の溶解率を有し、；且つ
前記ワックスが、前記コア粒子の全質量を基準として０．５〜３．０質量％の量で存在する、前記カプセル化粒子。
【請求項２】
前記芳香族アミン系開始剤が以下の式
【化１】
0006257598.tif 000009
（式中、Ｒ１はアルキル基、アミン基、及び水素のうちの１つを含み；且つ
Ｒ２〜Ｒ６のそれぞれは、Ｒ１〜Ｒ６のうち少なくとも１つがアミン基である限り、独立してアミン基、及び水素のうちの１つを含む）
のものを含む、請求項１に記載のカプセル化粒子。
【請求項３】
前記触媒ポリオールが、２５℃で約４００〜約２５０００ｃＰの粘度；
約２．５〜約８の公称官能価；
約１００〜約７００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価；及び／又は
約２４０〜約２２５０ｇ／モルの数平均分子量を有する、請求項１又は２に記載のカプセル化粒子。
【請求項４】
前記ポリエーテルポリオールが、２５℃で約１００ｃＰ〜約１００００ｃＰの粘度及び／又は約４００〜約１５０００ｇ／モルの数平均分子量を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のカプセル化粒子。
【請求項５】
前記ワックスが石油ワックスを含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載のカプセル化粒子。
【請求項６】
前記コア粒子が尿素を含み、且つ前記コア粒子が３８℃での水中での前記カプセル化粒子の老化の７日後に２５質量％未満の溶解率を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載のカプセル化粒子。
【請求項７】
前記ポリウレタン層が、ポリオルガノシロキサンの存在下で反応した前記モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートと前記ポリオール成分との反応生成物として更に規定される、請求項１から６までのいずれか１項に記載のカプセル化粒子。
【請求項８】
コア粒子をカプセル化してカプセル化粒子を形成する方法であって、
Ａ．コア粒子を提供する工程；
Ｂ．モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートを提供する工程；
Ｃ．ポリオール成分であって、
ａ．芳香族アミン系開始剤から誘導された触媒ポリオール、及び
ｂ．前記触媒ポリオールとは異なるポリエーテルポリオール
を含む前記ポリオール成分を提供する工程；
Ｅ．ワックスを提供する工程；
Ｆ．前記モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートと前記ポリオール成分とを混合して反応させてポリウレタンを形成する工程；
Ｇ．前記コア粒子を前記ポリウレタンを含むポリウレタン層でカプセル化する工程；及び
Ｈ．前記ポリウレタン層を前記ワックスでカプセル化する工程
を含み、
その際、前記触媒ポリオール対前記ポリオール成分の前記ポリエーテルポリオールの質量比が約１：２〜約１０：１であり；
前記コア粒子が、３８℃での水中での前記カプセル化粒子の老化の７日後に６０質量％未満の溶解率を有し；且つ
前記ワックスが、前記コア粒子の全質量を基準として０．５〜３．０質量％の量で存在する、前記方法。
【請求項９】
前記モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートと前記ポリオール成分との混合及び反応工程が、ポリオルガノシロキサンの存在下で実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コア粒子、前記モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネート、及び前記ポリオール成分のうち少なくとも１つを、前記モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートと前記ポリオール成分との混合工程の前に又は該工程と同時に４０℃を上回る温度に加熱する工程を更に含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートと前記ポリオール成分との混合及び反応工程を、前記コア粒子を前記ポリウレタン層でカプセル化する工程と同時に実施する、請求項８から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートを前記コア粒子上に吹き付ける工程と前記ポリオール成分を前記コア粒子上に吹き付ける工程を更に含み、その際、前記モノマー及び/又はポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートを前記コア粒子上に吹き付ける工程が、前記ポリオール成分を前記コア粒子上に吹き付ける工程の前に実施される、請求項８から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年５月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／６４８，７０７号、２０１２年５月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／６４８，７６６号及び同第６１／６４８，８８４号の利益及び優先権を主張し、その全体が本願明細書に援用されている。
【０００２】
本出願は、同じ譲受人に譲渡され、それぞれ、その全体が本願明細書に援用される以下の米国非仮特許出願に関連するものである：２０１３年５月１７日に出願された”ENCAPSULATED PARTICLE”との標題の米国特許出願第＊＊＊号、代理人整理番号ＰＦ−７２１８８／０６５３２２．００１８５を有し、発明者としてAlice Hudson、Lillian Senior、Bernard Sencherey、及びVictor Granquistを有し、米国仮特許出願第６１／６４８，６９７号の優先権を主張する。
【０００３】
本開示の分野
本開示は、概してカプセル化粒子に関するものである。更に詳細には、本開示は、コア粒子、ポリウレタン層、及びワックスを含むカプセル化粒子に関するものである。
【０００４】
背景
層、例えば、硫黄層、及びコア粒子を含むカプセル化粒子は当該技術分野で公知である。硫黄層の厚さと外的完全性は、コア粒子が放出される、例えば、溶解する速度を制限する。従来技術のカプセル化粒子は、多量の硫黄、例えば、カプセル化粒子の全質量を基準として１５質量％を上回る硫黄を必要とする傾向があり、それによって、カプセル化粒子中に存在するコア粒子の全体量を減少させている。更に、硫黄からなる層は、脆性を示す傾向があり且つ取り扱い中に破壊を受ける。硫黄層が破壊するか又は亀裂が入る場合、コア粒子の一部が速やかに放出され、残りのコア粒子は、コア粒子を速やかに溶解し得る水及び他の液体に部分的に曝されたままになり、従って制御放出を防ぐ。コア粒子の速やかな溶解は、通常、コア粒子をカプセル化する少なくとも１つの目的が、経時的なコア粒子の制御放出を達成することであるため、望ましくない。
【０００５】
他の従来技術のカプセル化粒子は、硫黄層とは対照的にポリウレタン層を含む。しかしながら、これらのカプセル化粒子は、ポリウレタン層によるコア粒子の部分的なカプセル化などの一貫性のない外部完全性、ポリウレタン層の一貫性のない厚さ、及びポリウレタン層におけるピット及び窪みの表面欠陥及び問題を示す傾向がある。上記と同様に、表面欠陥のあるポリウレタン層がコア粒子の周りに配置されている場合、コア粒子の一部は、部分的に曝されたままになるか又は厚さに一貫性のないポリウレタン層の薄い部分とポリウレタン層の他の部分により水及び他の液体がポリウレタン層に速やかに浸透する。一般的に、上記のいずれかのシナリオにより、コア粒子は急速に溶解し、従って、通常、望ましくないコア粒子の制御放出を防止する。
【０００６】
更に、カプセル化プロセスの間のポリウレタン層の凝集物を含む幾つかのカプセル化粒子は、カプセル化粒子の収量の減少を引き起こす。凝塊形成は、通常、コア粒子のカプセル化の間に起こる。カプセル化プロセスの間のコア粒子の凝塊形成は、カプセル化効率を低減し、ポリウレタン層によるコア粒子の完全なカプセル化を妨げ、一貫性のある厚さを有するポリウレタン層の形成を制限し、コア粒子をカプセル化するのに必要なコア粒子の量に対して要求されるポリウレタン層の量を増加させ、カプセル化粒子の収量を減少させ、そしてカプセル化粒子の収量のポリウレタン層においてピットや窪みを生じさせる傾向がある。従って、改善されたカプセル化粒子とコア粒子のカプセル化方法を開発する必要が残っている。
【０００７】
開示の概要及び利点
カプセル化粒子が開示されている。カプセル化粒子は、コア粒子、コア粒子の周りに配置されたポリウレタン層、及びポリウレタン層の周りに配置されたワックスを含む。ポリウレタン層は、イソシアネートとポリオール成分との反応生成物を含む。ポリオール成分は、芳香族アミン系開始剤から誘導された触媒ポリオール及び該触媒ポリオールとは異なるポリエーテルポリオールを、約１：２〜約１０：１の質量比で含む。コア粒子は、コア粒子を提供する工程、イソシアネートを提供する工程、ポリオール成分を提供する工程、及びワックスを提供する工程を含む方法でカプセル化される。この方法はまた、イソシアネートとポリオール成分とを混合し且つ反応させてポリウレタンを形成する工程、該ポリウレタンを含むポリウレタン層でコア粒子をカプセル化する工程並びにポリウレタン層をワックスでカプセル化する工程も含む。更に、コア粒子をポリウレタン層でカプセル化するためのシステムが提供される。該システムは、イソシアネートとポリオール成分を含む。
【０００８】
触媒ポリオールは、ポリウレタン層に弾力性、耐摩耗性、及び制御放出特性を付与する。更に、コア粒子のカプセル化法は、コア粒子のより完全なカプセル化、ポリウレタン層の一貫性のある最小の厚さ、増加したカプセル化粒子の収量、及び最小化したポリウレタン層中の欠陥を促進させる。カプセル化粒子の収量の増加及び品質の改善は、カプセル化粒子を形成するのに必要な時間と費用を削減させる。更に、改善された特性のポリウレタン層は、カプセル化粒子が、水の急速な浸透に対して耐性があり且つ制御放出、例えば、コア粒子の溶解を提供する。
【０００９】
発明の詳細な説明
カプセル化粒子は、コア粒子、コア粒子の周りに配置されたポリウレタン層、及び該ポリウレタン層の周りに配置されたワックスを含む。コア粒子は、通常、カルシウム、マグネシウム、窒素、リン、カリウム、硫黄、及びそれらの組合せを含み得る肥料を含む。肥料は、窒素肥料、リン酸肥料、カリ肥料、硫酸肥料、及びそれらの組み合わせ、例えば、混合肥料の群から選択され得る。適切な肥料としては、限定されずに、無水アンモニア、尿素、硝酸アンモニウム、尿素硝酸アンモニウム、カルシウム硝酸アンモニウム、リン酸、リン酸モノアンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、リン酸硫酸アンモニウム、炭酸カリウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸、及びそれらの組み合わせが挙げられる。一実施態様では、肥料は、尿素などの窒素肥料である。一実施態様では、肥料は、硫酸アンモニウムである。
【００１０】
コア粒子が肥料を含む実施態様では、コア粒子はまた、肥料以外の成分を含み得る。かかる他の肥料としては、限定されずに、農業用途で使用するための、除草剤、殺虫剤、殺菌剤、及び他の成分が挙げられる。しかしながら、カプセル化粒子は、農業用途に限定されず、本開示のコア粒子は、すぐ上に記載された肥料又は他の成分に限定されない。
【００１１】
コア粒子の形状は重要ではないが、球形を有するコア粒子は典型的である。従って、コア粒子は、通常、球形又はほぼ球形である。コア粒子は任意のサイズであってよい。一実施態様では、コア粒子は、米国篩シリーズを使用して、標準的なサイジング技術に準拠して測定されるように、Ｎｏ．１７０〜５／１６インチの粒径、あるいはＮｏ．３５〜Ｎｏ．３１／２、あるいはＮｏ．１８〜Ｎｏ．５メッシュの粒径を有する。別の実施態様では、コア粒子は０．１〜１０ミリメートル、あるいは０．１〜７ミリメートル、あるいは０．５〜５ミリメートル、あるいは１〜４ミリメートル、あるいは１．５〜２．５ミリメートル（ｍｍ）の粒径を有する。球形又はほぼ球形であり且つ上記のような粒径を有するコア粒子は、通常、他の粒径を有するコア粒子と比較して、より薄く且つより均一なポリウレタン層を可能にする。
【００１２】
ポリウレタン層を振り返ると、ポリウレタン層は部分的に又は完全にコア粒子の周りに配置され得る。一実施態様では、ポリウレタン層は、コア粒子の少なくとも７５％、あるいは少なくとも９５％、あるいは少なくとも９９％に配置されている。更に、ポリウレタン層が、単一のポリウレタン層又は複数のポリウレタン層を含み得ることが理解されるべきである。一実施態様では、ポリウレタン層は、少なくとも２つのポリウレタン層、あるいは少なくとも３つのポリウレタン層、あるいは少なくとも４つのポリウレタン層、あるいは少なくとも５つのポリウレタン層、あるいは少なくとも６つのポリウレタン層を含む。コア粒子が少なくとも１つのポリウレタン層及びポリウレタン以外の材料を含む１つ以上の追加の層でカプセル化され得ることが考えられる。
【００１３】
通常、それぞれのポリウレタン層は、約５〜５０ミクロン、あるいは１０〜４０ミクロン、あるいは１５〜３５ミクロンの平均厚さを有する。ポリウレタン層は、カプセル化粒子の溶解速度などの１つ以上の所望の特性に応じて、様々な厚さで利用され得ることが理解されるべきである。
【００１４】
ポリウレタン層は、イソシアネートとポリオール成分との反応生成物を含む。イソシアネートは１種以上のイソシアネートを含み得る。通常、イソシアネートは芳香族イソシアネートである。一実施態様では、イソシアネートとしては、限定されずに、モノマー及びポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネート、モノマー及びポリマーのトルエンジイソシアネート、及びこれらの混合物が挙げられる。別の実施態様では、イソシアネートは、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されているＬＵＰＲＡＮＡＴＥ（登録商標）Ｍ２０である。
【００１５】
ポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネート、例えば、ＬＵＰＲＡＮＡＴＥ（登録商標）Ｍ２０は、高い架橋密度と適度な粘度を提供する。あるいは、モノマーのメチレンジフェニルジイソシアネート、例えば、ＬＵＰＲＡＮＡＴＥ（登録商標）Ｍイソシアネートは、低い公称官能価と共に低い粘度と高いＮＣＯ含有率を提供する。同様に、トルエンジイソシアネート、例えば、ＬＵＰＲＡＮＡＴＥ（登録商標）ＭＰ１０２も、低い公称官能価と共に低い粘度と高いＮＣＯ含有率を提供する。当業者であれば、そこから形成されるポリウレタン層の望ましい特性に基づいて適切なイソシアネートを選択する。
【００１６】
通常、イソシアネートは、２５℃で１〜３０００、あるいは２０〜１０００、あるいは５０〜３００、あるいは６００〜８００（ｃＰ）センチポアズの粘度を有する。低い〜中低度の粘度を有するイソシアネートは、イソシアネートのコア粒子上への吹き付けを容易にする。イソシアネートは、通常、１〜５、あるいは１．５〜４、あるいは２．０〜２．７の公称官能価を有し、このため、イソシアネートとポリオール成分との効果的な反応が可能であり、費用効果を改善させる。通常、イソシアネートは２０〜５０質量％、あるいは２５〜４０質量％、あるいは３０〜３３質量％、あるいは２０〜３０質量％、あるいは２１〜２５質量％のＮＣＯ含有率を有する。ＮＣＯ含有率は、ポリウレタン層の形成を補助する高分子架橋密度を提供する。ＮＣＯ含有率はまた、費用効果を改善するために単位質量当たりさらに多くの化学結合も提供する。イソシアネートの粘度、公称官能価、及びＮＣＯ含有率は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値及び小数値の両方である。一実施態様では、イソシアネートは、イソシアネートとポリオール成分の全質量を基準として、４０〜６０質量％、あるいは４５〜５５質量％、あるいは４８〜５２質量％の量で利用される。
【００１７】
ポリオール成分を振り返ると、ポリオール成分は、芳香族アミン系開始剤から誘導された触媒ポリオール及び該触媒ポリオールとは異なるポリエーテルポリオールを含む。一実施態様では、ポリオール成分は、触媒ポリオールとポリエーテルポリオールとは異なる１種以上の他のポリオールを含む。ポリオール成分は、通常、少なくとも２つのＯＨ官能性基を有するポリオールを含む。ＯＨ官能性基の他に、ポリオール成分は、１つ以上のＮＨ官能性基を有するポリオールを含み得る。
【００１８】
概して、ポリオール成分は、ポリオール成分に含まれる個々のポリオールの特性とは異なる、さらにはこれらの特性に応じて、様々な物理的特性と化学的特性を有する。通常、ポリオール成分は、２５℃で１００〜５０００ｃＰ、あるいは１５０〜３０００ｃＰ、あるいは２００〜２０００ｃＰの粘度を有する。ポリオール成分は通常、２を上回る、あるいは２〜６、あるいは２．５〜４、あるいは３〜３．５の公称官能価を有する。通常、ポリオール成分は、５０〜６００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは１００〜５００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは１５０〜３００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのＯＨ数を有する。ポリオール成分の粘度、公称官能価、及びＯＨ数は、上記の範囲外の任意の値であってよいが、通常、これらの範囲内の整数値及び小数値の両方である。一実施態様では、ポリオール成分は、イソシアネートとポリオール成分の全質量を基準として、４０〜６０質量％、あるいは４５〜５５質量％、あるいは４８〜５２質量％の量で利用される。
【００１９】
触媒ポリオールは、触媒ポリオールが、イソシアネートとポリオール成分との化学反応を促進させる触媒の代わりに使用され得るので、「触媒」ポリオールと呼ばれる。換言すれば、触媒ポリオールを含むポリオール成分は、通常、触媒ポリオールを含まないポリオール成分よりも少ない触媒の存在下（更には触媒なし）でより低い温度でイソシアネートと化学的に反応する。上記のように、触媒ポリオールは、アミン系開始剤から誘導される。しかしながら、触媒ポリオールは、２種以上の開始剤を用いて形成され得る。一実施態様では、触媒ポリオールは、アミン系開始剤とジプロピレングリコールを用いて共開始される。特定の理論に縛られる又は限定されることなく、触媒ポリオールのアミン含有率が、イソシアネートとポリオール成分との反応を促進させることが考えられる。
【００２０】
触媒ポリオールは、通常、アルキレンオキシド置換基を含む。好適なアルキレンオキシド置換基の例としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、アミレンオキシド、それらの混合物、アルキレンオキシドテトラヒドロフラン混合物、及びエピハロヒドリンが挙げられる。
【００２１】
上記のように、触媒ポリオールは、芳香族アミン系開始剤から形成される。一実施態様では、芳香族アミン系開始剤は、以下の式
【化１】
0006257598.tif 000002
（式中、Ｒ１はアルキル基、アミン基、及び水素のうちの１つを含み、Ｒ１〜Ｒ６のうちの１つがアミン基である限り、Ｒ２〜Ｒ６のそれぞれは独立してアミン基及び水素のうちの１つを含む）
のものである。従って、Ｒ１が、アルキル基、アミン基、又は水素のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを含む任意の化合物であってよいことが理解されるべきである。Ｒ２〜Ｒ６が同一である必要はなく且つそれぞれがアミン基又水素を含み得ることも理解されるべきである。「アミン基」との用語が、全体を通してＲ−Ｎ−Ｈ基又はＮＨ２基のいずれかを意味し得ることも理解されるべきである。
【００２２】
芳香族アミン系開始剤としては、限定されずに、トルエンジアミンが挙げられる。トルエンジアミンの好適な例としては、限定されずに、以下の式及びそれらの混合物が挙げられる：
【化２】
0006257598.tif 000003
【００２３】
特定の理論に縛られる又は限定されることなく、イソシアネートとポリオール成分との間の混和性は、カプセル化粒子のポリウレタン層における表面欠陥の形成を最小限にすることが考えられる。例えば、非芳香族ポリオールがイソシアネート、例えば、芳香族イソシアネートと組み合わされる場合、混和性は損なわれ得る。非芳香族ポリオールは、そこから形成されたポリウレタン層中の、ピットや窪みなどの、表面の欠陥をもたらす界面でのみ芳香族イソシアネートと部分的に反応し得る。上記のような芳香族アミン系開始剤は、イソシアネートと混和性、例えば、完全に混和性の触媒ポリオールを生じる傾向がある。イソシアネートと芳香族アミン系開始剤から誘導された触媒ポリオールとの混和性が、２つの主な効果に起因する傾向があると考えられる。第１に、混和性は、触媒ポリオール及びイソシアネートの類似の芳香族部分の間に一時的に誘起された双極子を作り出すロンドン力によって影響されると考えられる。一時的に誘起された双極子は、触媒ポリオールとイソシアネートを効果的に混合させる。第２に、混和性は、触媒ポリオールとイソシアネートの芳香族部分の平面形状によって影響され、これは触媒ポリオールとイソシアネートとの相補的なスタッキングを可能にする。従って、イソシアネートと触媒ポリオールは効果的に混合される。
【００２４】
通常、芳香族アミン系開始剤から形成される触媒ポリオールは、２５℃で４００〜２５０００ｃＰ、あるいは４５０〜２００００ｃＰの粘度を有する。一実施態様では、触媒ポリオールは、２５℃で５００〜２５００ｃＰ、あるいは１０００〜２０００ｃＰ、あるいは１５００〜２５００ｃＰ、あるいは１８００〜２０００ｃＰの粘度を有する。別の実施態様では、触媒ポリオールは、２５℃で１０００〜１００００ｃＰ、あるいは３０００〜８０００ｃＰ、あるいは４５００〜６０００ｃＰの粘度を有する。更に別の実施態様では、触媒ポリオールは、２５℃で１５０００〜２５０００ｃＰ、あるいは１６０００〜２００００ｃＰ、あるいは１７５００〜１９０００ｃＰの粘度を有する。通常、触媒ポリオールは、２．５を上回る、あるいは２．５〜８、あるいは２．５〜４．５、あるいは３．５〜４．５の公称官能価を有する。触媒ポリオールは、通常、１００〜７００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２００〜５００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２５０〜３５０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのＯＨ数を有する。別の実施態様では、触媒ポリオールは、３５０〜４５０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのＯＨ数を有する。更に別の実施態様では、触媒ポリオールは、４００〜５００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのＯＨ数を有する。通常、触媒ポリオールは、２４０〜２２５０ｇ／モル、あるいは３３０〜１１２０ｇ／モル、あるいは３７０〜９００ｇ／モルの数平均分子量を有する。この実施態様の触媒ポリオールの粘度、公称官能価、ＯＨ数、及び数平均分子量は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値及び小数値の両方である。好適な触媒ポリオールの例は、ＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）１１６８、ＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）７３５、及びＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）１５７８の商品名でニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されている。
【００２５】
触媒ポリオールの特性は、ポリウレタン層の特性に影響を及ぼす。触媒ポリオールの粘度は、コア粒子上へのポリオール成分の吹き付けに影響を及ぼす。触媒ポリオールの公称官能価は、ポリオール成分とイソシアネートとの反応に影響を及ぼす。触媒ポリオールのＯＨ数は、ポリウレタン層の架橋密度に影響を及ぼす。
【００２６】
触媒ポリオールは、通常、１００質量部のポリオール成分を基準として、１〜９５質量部、あるいは１０〜６５質量部、あるいは１０〜４５質量部、あるいは４５〜５５質量部、あるいは１５〜３５質量部、あるいは５〜２５質量部の量でポリオール成分中に存在する。触媒ポリオールの量は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値及び小数値の両方である。
【００２７】
上記のように、ポリオール成分はポリエーテルポリオールも含む。ポリエーテルポリオールは、通常、開始剤及び複数のアルキレンオキシド単位から形成される。一実施態様では、複数のアルキレンオキシド単位は、複数のアルキレンオキシド単位の全質量を基準として少なくとも５０質量％のプロピレンオキシド単位を含む。あるいは、複数のアルキレンオキシド単位は、複数のアルキレンオキシド単位の全質量を基準として少なくとも５０質量％、６０質量％、７０質量％、８０質量％、９０質量％、９５質量％又は９９質量％のプロピレンオキシド単位を含む。あるいは更に、複数のアルキレンオキシド単位は、複数のアルキレンオキシド単位の全質量を基準として１００質量％のプロピレンオキシド単位を含み得る。ポリエーテルポリオールは、通常、４００ｇ／モルを上回る数平均分子量を有する。なぜなら、かかる数平均分子量がポリウレタン層の性能特性を改善する傾向があるからである。更に詳細には、４００ｇ／モルを上回る数平均分子量を有するポリエーテルポリオールは、ポリウレタン層に、弾力性、耐摩耗性、及び制御放出特性を付与する傾向がある。一実施態様では、ポリエーテルポリオールは、４００〜１５０００ｇ／モル、あるいは５００〜７０００ｇ／モル、あるいは５００〜５０００ｇ／モルの数平均分子量を有する。通常、ポリエーテルポリオールは、２５℃で１００〜１００００ｃＰ、あるいは１００〜５０００ｃＰの粘度を有する。ポリエーテルポリオールは、通常、少なくとも２．５、あるいは２．５〜５、あるいは２．８〜３．２の公称官能価を有する。通常、ポリエーテルポリオールは、２０〜３００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２３〜２７５ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２５〜２５０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのＯＨ数を有する。ポリエーテルポリオールの数平均分子量、粘度、公称官能価、及びＯＨ数は、上記の範囲外の任意の値であってよいが、通常、これらの範囲内の整数値及び小数値の両方である。
【００２８】
一実施態様では、ポリエーテルポリオールは、中間の分子量の、第２級ヒドロキシル末端ポリオールである。この実施態様では、ポリエーテルポリオールは、通常、少なくとも１種の非アミン系の三官能性開始剤を用いて開始される。この実施態様のポリエーテルポリオールの開始に適した開始剤としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、イソプロピレングリコール、ソルビトール、ショ糖等が挙げられる。この実施態様では、ポリエーテルポリオールは、通常、４７０〜１４００ｇ／モル、あるいは５００〜１２００ｇ／モル、あるいは６００〜１０００ｇ／モル、あるいは６００〜８００ｇ／モルの数平均分子量を有する。通常、この実施態様のポリエーテルポリオールは、２５℃で１５０〜７００ｃＰ、あるいは１６０〜６００ｃＰ、あるいは１７０〜３７０ｃＰの粘度を有する。この実施態様のポリエーテルポリオールは、通常、２．５を上回る、あるいは２．７５〜５、あるいは２．８〜３．２の公称官能価を有する。通常、この実施態様のポリエーテルポリオールは、１００〜３００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは１８０〜２８０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２２０〜２４０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのＯＨ数を有する。この実施態様のポリエーテルポリオールの数平均分子量、粘度、公称官能価、及びＯＨ数は、上記の範囲外の任意の値であってよいが、通常、これらの範囲内の整数値及び小数値の両方である。この実施態様の好適なポリエーテルポリオールは、ＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）ＧＰ７３０の商品明でニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されている。
【００２９】
別の実施態様では、ポリエーテルポリオールはポリエーテルトリオールである。この実施態様では、ポリエーテルポリオールは、通常、少なくとも１種の非アミン系の、三官能性開始剤を用いて開始される。この実施態様のポリエーテルポリオールの開始に適した開始剤としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、イソプロピレングリコール、ソルビトール、ショ糖等が挙げられる。この実施態様では、ポリエーテルポリオールは、通常、５００〜５５００ｇ／モル、あるいは１０００〜５０００ｇ／モル、あるいは２０００〜４０００ｇ／モル、あるいは２５００〜３５００ｇ／モルの数平均分子量を有する。通常、この実施態様のポリエーテルポリオールは、２５℃で１００〜１０００ｃＰ、あるいは２５０〜７５０ｃＰ、あるいは４５０〜６５０ｃＰの粘度を有する。この実施態様では、ポリエーテルポリオールは、通常、少なくとも２．５、あるいは２．７５〜５、あるいは２．８〜３．２の公称官能価を有する。通常、この実施態様のポリエーテルポリオールは、１０〜１００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２５〜７５ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは４５〜６５ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは５０〜６０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのＯＨ数を有する。この実施態様のポリエーテルポリオールの数平均分子量、粘度、公称官能価、及びＯＨ数は、上記の範囲外の任意の値であってよいが、通常、これらの範囲内の整数値及び小数値の両方である。この実施態様に適したポリエーテルポリオールの１つは、ＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）４１５６の商品名でニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されている。
【００３０】
更に別の実施態様では、ポリエーテルポリオールは、第２級ヒドロキシル末端グラフトポリエーテルトリオールである。この実施態様では、ポリエーテルポリオールは、通常、少なくとも１種の非アミン系の三官能性開始剤を用いて開始される。この実施態様のポリエーテルポリオールの開始に適した開始剤としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、イソプロピレングリコール、ソルビトール、ショ糖等が挙げられる。この実施態様では、ポリエーテルポリオールは、通常、１０００〜１００００ｇ／モル、あるいは４０００〜７０００ｇ／モル、あるいは５０００〜６０００ｇ／モルの数平均分子量を有する。通常、この実施態様のポリエーテルポリオールは、２５℃で１０００〜１００００ｃＰ、あるいは３０００〜６０００ｃＰ、あるいは３０００〜５０００ｃＰ、あるいは４０００〜５０００ｃＰの粘度を有する。この実施態様では、ポリエーテルポリオールは、通常、少なくとも２．５、あるいは２．７５〜５、あるいは２．８〜３．２の公称官能価を有する。通常、この実施態様のポリエーテルポリオールは、１０〜１００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは１０〜７５ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは１０〜５０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２０〜５０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２０〜４０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、あるいは２５〜３５ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのＯＨ数を有する。この実施態様のポリエーテルポリオールの数平均分子量、粘度、公称官能価、及びＯＨ数は、上記の範囲外の任意の値であってよいが、通常、これらの範囲内の整数値と小数値の両方である。この実施態様に適したポリエーテルポリオールは、ＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）４６００の商品名で、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されている。
【００３１】
ポリエーテルポリオールは、通常、１００質量部のポリオール成分を基準として、１０〜１００質量部、あるいは４０〜９０質量部、あるいは４０〜６０質量部、あるいは６５〜８５質量部、あるいは７５〜９５質量部の量で存在する。ポリエーテルポリオールの量は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値と小数値の両方である。
【００３２】
ポリエーテルポリオールは、通常、触媒ポリオールの量を上回る量でポリオール成分中に存在する。ポリエーテルポリオール対ポリオール成分中の触媒ポリオールの質量比は、通常、１：２〜１０：１、あるいは２：１〜１０：１、あるいは２：１〜８：１、あるいは２．５：１〜６：１、あるいは５：１〜６：１、あるいは２：１〜４：１、あるいは２．５：１〜３．５：１、あるいは１：２〜２：１である。ポリエーテルポリオール対触媒ポリオールの質量比は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値と小数値の両方である。
【００３３】
特定の理論に縛られる又は限定されることなく、本願明細書に記載されたイソシアネートとポリオール成分の様々な特性、比、及び量が、カプセル化粒子のポリウレタン層における凝塊形成と表面欠陥の形成を最小限にすることが考えられる。更に詳細には、ポリエーテルポリオール対触媒ポリオールの部での比が、コア粒子をポリウレタン層でカプセル化する工程並びにポリウレタン層の性能特性に影響を及ぼすことが考えられる。カプセル化工程の間、この比は、最適なプロセス条件、例えば、粘度、反応速度、及び非凝塊形成に寄与する。更には、この比は、好適なポリウレタン層、即ち、優れた耐摩耗性と溶解速度を有するポリウレタン層を形成するのに必要な架橋密度と分子構造に寄与する。
【００３４】
一実施態様では、ポリオール成分又はイソシアネートは油を含む。一実施態様では、油は、芳香族アミン系開始剤から誘導された触媒ポリオール及び該触媒ポリオールとは異なるポリエーテルポリオールを含むポリオール成分に溶解性である。この実施態様では、油は更に、コーティング及び硬化プロセスの間のカプセル化粒子の凝塊形成を更に最小にし得る。油は、イソシアネート、ポリオール成分又はポリウレタンの硬化中に存在する他の液体と、実質的に化学的に反応しない。換言すれば、油は、ポリオール成分及び／又はイソシアネート、例えば、ヒドロキシル基及びアミン基と反応することで知られた置換基を実質的に含まない。特定の実施態様では、存在する油の全量の１０質量％未満、５質量％未満、１質量％未満、０．５質量％未満又は０．１質量％未満が、ポリオール成分、イソシアネート、及び／又は硬化中に存在する他の液体と反応する。あるいは更に、特別な実施態様では、油は、ポリオール成分、イソシアネート、及び／又は硬化中に存在する他の液体と全く反応しない。
【００３５】
油はイソシアネート、ポリオール成分に添加され得るか、又はイソシアネートとポリオール成分との混合物に添加され得る。特に限定されないが、油は、大豆油、キャノーラ油、ピーナッツ油、ヒマワリ種子油、綿実油、植物油から誘導されたメチルエステル、及びこれらの組み合わせを含み得る。特別な一実施態様では、油は、植物油から誘導されたメチルエステルを含む。
【００３６】
利用される場合、油は、典型的には、イソシアネートとポリオール成分の全質量を基準として、１〜３０質量％、あるいは５〜２５質量％、あるいは約１０〜２０質量％の量で存在する。しかしながら、当業者によって理解されるように、油の他の量も、カプセル化粒子の用途に応じて利用され得る。
【００３７】
別の実施態様では、ポリウレタン層は、１種以上の触媒の存在下で形成される。この実施態様では、ポリオール成分又はイソシアネートは、１種以上の触媒を含み得る。含まれる場合、触媒は、通常、ポリオール成分中に含まれる。触媒は、通常、ポリオール成分とイソシアネートとの間の反応を触媒するポリオール成分中に存在する。触媒は、通常、ポリオール成分とイソシアネートとの間の反応で消費されないことが理解されるべきである。好適な触媒の例としては、限定されずに、アミン触媒（例えば、ゲル化触媒、例えば、ジプロピレングリコール中のアミン触媒、発泡触媒、例えば、ジプロピレングリコール中のビス（ジメチルアミノエチル）エーテル）、金属触媒、例えば、スズ、ビスマス、鉛、カリウム等、及び有機金属触媒、例えば、限定されずに、亜鉛、ビスマス、スズ、鉄、鉛、水銀、ジルコニウム、カルシウム、マンガン、カリウム、及びナトリウムに基づくオクタン酸塩、ナフテン酸塩、ラウリン酸塩、酢酸塩等が挙げられる。好適な触媒の特別な非限定的例としては、ジプロピレングリコール中の３３％トリエチレンジアミン、ジブチルスズジラウレート、ジエチレングリコール中の７０％オクタン酸カリウム、ジエチレングリコール中の酢酸カリウム、酢酸カリウム、１，２−ジメチルイミダゾール、及びジメチル錫ジラウレートが挙げられる。
【００３８】
更に別の実施態様では、ポリウレタン層はシリコーン界面活性剤の存在下で形成される。通常、シリコーン界面活性剤は、ポリオルガノシロキサンを含む。好適なポリオルガノシロキサンの非限定的例は、ポリシロキサン主鎖及びポリエーテル側鎖を含むアルキルペンダント有機シリコン分子である。この例のアルキルペンダントオルガノシロキサン分子は、櫛構造又はデンドリマー構造であってよい。
【００３９】
特定の理論に縛られる又は限定されることなく、シリコーン界面活性剤は、コア粒子上のポリオール成分とイソシアネートの湿潤を改善する。従って、シリコーン界面活性剤も、湿潤剤として記載され得る。シリコーン界面活性剤が、ポリウレタン層のコア粒子への付着を更に改善することも考えられる。更に、シリコーン界面活性剤が、カプセル化プロセスの間又はその後のカプセル化粒子の凝集及び凝塊形成を更に低減することも考えられる。しかしながら、シリコーン界面活性剤が要求されないことも理解されるべきである。
【００４０】
一般的に、カプセル化粒子の収量は、４ｍｍメッシュの篩いを通過し且つその辺りに配置された一貫したポリウレタン層を有するカプセル化粒子の量の目安である。シリコーン界面活性剤は、コア粒子の凝塊形成を減少させ、それによってカプセル化粒子の収量を増加させる。カプセル化プロセスは、通常、個別に形成され且つ自由流動性であるカプセル化粒子の量を最大にし、凝塊形成したカプセル化粒子の量を最小にし、従って、より高い全収量のカプセル化粒子が得られる。
【００４１】
一実施態様では、シリコーン界面活性剤は、液体であり且つ２５℃で１００〜１５００ｃＰ、あるいは２００〜１０００ｃＰ、あるいは６５０〜８５０ｃＰの粘度を有する。シリコーン界面活性剤の粘度は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値と小数値の両方である。
【００４２】
好適なシリコーン界面活性剤の特別な例としては、限定されずに、独国、エッセンのゴールドシュミット（Goldschmidt AG）社から市販されている、ＴＥＧＯＳＴＡＢ（登録商標）ＢＦ２３７０、ペンシルベニア州、アレンタウンのエアプロダクツアンドケミカルズ（Air Products and Chemicals, Inc.）社から市販されているＤＡＢＣＯ（登録商標）ＤＣ５０４３、及び両方ともニューヨーク州、アルバニーのモメンティブパフォーマンスマテリアルズ（Momentive Performance Materials）社から市販されている、ＮＩＡＸ（登録商標）シリコーンＬ−５３４０及びＬ−６２０が挙げられる。特に適したシリコーン界面活性剤は、ＮＩＡＸ（登録商標）シリコーンＬ−６２０、ポリアルキレンオキシドメチルシロキサンコポリマーである。シリコーン界面活性剤は、１００質量部のポリウレタン層を基準として、０．０１〜１０質量部、あるいは０．０５〜５質量部、あるいは０．１〜３質量部の量でポリウレタン層中に存在し得る。シリコーン界面活性剤の質量部は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値と小数値の両方である。
【００４３】
ポリウレタン層は、任意に１種以上の添加剤を含み得る。本開示の目的に適した添加剤としては、限定されずに、鎖延長剤、架橋剤、連鎖停止剤、加工添加剤、接着促進剤、酸化防止剤、消泡剤、難燃剤、触媒、発泡防止剤、水捕捉剤、モレキュラーシーブ、フュームドシリカ、界面活性剤、紫外線安定剤、充填剤、チキソトロープ剤、シリコーン、着色剤、顔料、不活性希釈剤、及びそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、顔料はポリウレタン層中に含まれ得る。含まれる場合、添加剤は、様々な量でポリウレタン層中に含まれ得る。
【００４４】
一実施態様では、ポリウレタン層は、コア粒子の全質量を基準として、１．０〜３０．０質量％、あるいは１．０〜２０．０質量％、あるいは１．０〜１５．０質量％、あるいは１．０〜１０．０質量％、あるいは１．０〜５．０質量％、あるいは２．０〜５．０質量％の量でカプセル化粒子中に存在する。カプセル化粒子中に存在するポリウレタン層の量は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値と小数値の両方である。
【００４５】
カプセル化粒子中に存在するポリウレタン層の量は、通常、直ぐ上に記載された試験手順を用いて測定される。最初に、２０ｇのカプセル化粒子と５００ｇの水、例えば、脱イオン水を、標準的な家庭用ブレンダー中に注ぎ込む。ブレンダーを起動し、コア粒子、例えば、尿素が完全に溶解するまでブレンダーの内容物を混合する。次にブレンダーの内容物を、予め秤量した濾紙とブフナー漏斗を用いて固体について濾過する。濾取物を次いで約１００℃で乾燥させて濾取物中に存在する残留水を殆ど除去する。通常、濾取物を（オーブン中で）１００℃で約３０分間乾燥させる。乾燥後、濾取物を秤量する。カプセル化粒子中に存在するポリウレタン層の量（コア粒子の全質量を基準とした質量％）を、濾取物（Ｘ）の量（グラム）とコア粒子（Ｙ）の量（グラム）を用いて以下の式で計算する：
ポリウレタン層（質量％）＝１００×（Ｘ／Ｙ）
Ｘ＝乾燥後の濾取物の量（グラム）
Ｙ＝２０（カプセル化粒子の初期量）−Ｘ。
【００４６】
ポリウレタン層の他に、カプセル化粒子は、コア粒子の周りに配置されたワックスを含む。更に詳細には、ワックスは、ポリウレタン層の周りに配置され、該ポリウレタン層はコア粒子の周りに配置される。使用され得るワックスの好適な例としては、限定されずに、有機ワックス、熱可塑性ポリマー、鉱油、又はそれらの組み合わせが挙げられる。更に具体的には、ワックスは、パラフィン系オイル、パラフィン系ワックス、植物系ワックス、トリグリセリド、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム、オレフィン、ポリエチレン、石油ワックス、及びこれらの組み合わせを含み得る。一実施態様では、ワックスは石油ワックスを含む。別の実施態様では、ワックスは石油ワックス及び少なくとも１種の他のワックスを含む。一実施態様では、ワックスは、コア粒子の全質量を基準として０．１〜１０．０質量％、あるいは０．１〜５．０質量％、あるいは０．５〜３．０質量％の量でカプセル化粒子中に存在する。カプセル化粒子中に存在するワックスの量は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数値と小数値の両方である。好適なワックスの特別な非限定的例は、カナダのトロントのインターナショナルグループ（International Group, Inc.）社から市販されているＥＶＡＣＯＴＥ（登録商標）７０８９Ａである。
【００４７】
コア粒子、ポリウレタン層、及びワックスを含むカプセル化粒子は、通常、球形又はほぼ球形のいずれかである。複数のカプセル化粒子は、通常、Ｄ［４，３］、ｄ（０．１）、ｄ（０．５）、及び／又はｄ（０．９）として報告されているサイズ分布を有し、同様に当該技術分野で十分に定義され且つ理解されている。複数の実施態様では、カプセル化粒子は、０．５〜５ｍｍ、又は１〜４ｍｍ、又は１〜３ｍｍのサイズ分布Ｄ［４，３］を有し、その際、全粒径範囲は０．１〜１０ｍｍである。別の実施態様では、カプセル化粒子は、０．２〜２ｍｍ、０．４〜１．７ｍｍ、又は０．５〜１．５ｍｍのサイズ分布ｄ（０．１）を有し、その際、全粒径範囲は０．１〜１０ｍｍである。更に別の実施態様では、カプセル化粒子は、０．５〜５ｍｍ、又は１〜４ｍｍ、又は１〜３ｍｍのサイズ分布ｄ（０．５）を有し、その際、全粒径範囲は０．１〜１０ｍｍである。更に別の実施態様では、カプセル化粒子は、０．７〜７ｍｍ、又は０．８〜５ｍｍ、又は１〜４ｍｍのサイズ分布ｄ（０．９）を有し、その際、全粒径範囲は０．１〜１０ｍｍである。カプセル化粒子のＤ［４，３］、ｄ（０．１）、ｄ（０．５）、及びｄ（０．９）サイズ分布は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内で整数値と小数値の両方である。
【００４８】
カプセル化粒子のポリウレタン層とワックスの両方がコア粒子の溶解速度に影響を及ぼす。溶解速度は、コア粒子、例えば、尿素が水に溶解する速度である。溶解速度を計算するために、溶解率（％）を測定する。更に詳細には、溶解率（％）は、すぐ下に記載された試験手順を用いて測定する。最初に、５０ｇのカプセル化粒子と２３５ｇの水を２５０ｍｌの広口プラスチックボトル（ボトル）に注ぎ込む。ボトルをオーブン内に置き、３８℃に設定する。液体の試料を、３８℃での老化７日後にボトルから取り出す。試料の屈折率を、屈折計を用いて測定する。試料中に溶解したコア粒子の量（グラム）を、屈折率と温度補正標準曲線を用いて計算する。溶解率（％）（溶解したコア粒子のパーセンテージ）を、溶解したコア粒子の量を利用して以下の式を用いて計算する：
溶解率（％）＝Ｘ／（５０−（コーティング％／２））
Ｘ＝試料中に溶解したコア粒子の量（グラム）
コーティング％＝１００％×適用されたコーティングの質量／コーティングされたコア粒子の質量。
【００４９】
通常、コア粒子は、３８℃で水中でのカプセル化粒子の老化７日後に、６０質量％未満、あるいは５０質量％未満、あるいは４０質量％未満、あるいは３０質量％未満、あるいは２０質量％未満、あるいは１０質量％未満の溶解率を有する。
【００５０】
溶解率は、カプセル化粒子がその上に形成されたコーティングの耐久性を試験するために摩耗された後に測定することもできる。カプセル化粒子の試料を摩耗するために、カプセル化粒子を管に注ぐ。更に詳細には、カプセル化粒子の試料を７５グラム秤量して、長さ６インチ、直径６インチの管の上端部に注ぎ込み、垂直に配置する。試料を管の下端部で回収する。試料を管に５回注ぎ込む。摩耗後、コア粒子の溶解率を試験して、溶解率が上記のような摩耗後に変化したかどうかを測定する。摩耗後、コア粒子は、通常、３８℃で水中での老化７日後に７０質量％未満、あるいは５０質量％未満、あるいは２５質量％未満の溶解率を有する。
【００５１】
カプセル化粒子の他に、本開示は、カプセル化粒子を形成するためのシステム及びコア粒子をポリウレタン層及びワックスでカプセル化する方法に関するものである。コア粒子をポリウレタン層でカプセル化するためのシステムは、イソシアネートとポリオール成分を含む。この方法は、コア粒子、イソシアネート、ポリオール成分、及びワックスを提供する工程を含む。この方法は、イソシアネートとポリオール成分を混合し、反応させてポリウレタンを形成する工程と、コア粒子を、ポリウレタンを含むポリウレタン層でカプセル化する工程も含み、これは以下に更に詳細に記載されている。更に、この方法は、ポリウレタン層をワックスでカプセル化する工程を更に含み、これも以下に更に詳細に記載されている。
【００５２】
本方法は、イソシアネートとポリオール成分を混合して反応させる工程を含む。イソシアネートとポリオール成分は混合され、イソシアネートとポリオール成分は化学的に反応してポリウレタンを形成する。イソシアネートとポリオール成分の混合及び反応工程は、ポリウレタンを含むポリウレタン層でコア粒子をカプセル化する工程の前に実施され得る。あるいは、イソシアネートとポリオール成分の混合及び反応工程は、コア粒子をポリウレタンを含むポリウレタン層でカプセル化する工程と同時に実施され得る。
【００５３】
イソシアネートとポリオール成分は、１つ以上の技術、例えば、限定されずに、注入、パンコーティング、流動床コーティング、共押出、混合、噴霧及び回転ディスクカプセル化を用いて組み合わされ得る。一実施態様では、イソシアネートとポリオール成分は、バレル、ドラム、ミキサー等の反応容器の中で又はその上で噴霧することによって混合される。イソシアネートとポリオール成分は、単一のスプレーガン又は複数のスプレーガンを用いて反応容器の中で又はその上で混合されて噴霧され得る。一実施態様では、イソシアネートとポリオール成分は、スプレーノズル内で衝突混合される。イソシアネートとポリオール成分はまた、単一のスプレーガンを用いて反応容器内で又はその上で逐次的に噴霧され、反応容器内で混合され得る。あるいは、イソシアネートとポリオール成分は、異なるスプレーガンを用いて反応容器内で又はその上で同時に又は逐次的に噴霧され得る。イソシアネートとポリオール成分の噴霧は、コア粒子の凝塊形成を低減する傾向があり、その結果、改善された収量のカプセル化粒子が得られる。
【００５４】
本方法は、任意に、イソシアネートをコア粒子の上に吹き付ける工程及びポリオール成分をコア粒子の上に吹き付ける工程を含む。イソシアネートをコア粒子上に吹き付ける工程は、ポリオール成分をコア粒子の上に吹き付ける工程の前に実施され得る。あるいは、イソシアネートをコア粒子の上に吹き付ける工程は、ポリオール成分をコア粒子の上に吹き付ける工程の後に実施され得る。イソシアネートをコア粒子上に吹き付ける工程はまた、ポリオール成分をコア粒子の上に吹き付ける工程の前に実施され、且つポリオール成分のコア粒子上への吹き付け工程後に繰り返され得る。イソシアネートとポリオール成分は、コア粒子上に及び相互に様々な順序で同時に及び／又は連続的に多数回吹き付けられ得ることも考えられる。
【００５５】
単なる非限定的例として、イソシアネート及びポリオール成分は、次の順序でコア粒子上に吹き付けられ得る：（１）イソシアネートの一部がコア粒子上に吹き付けられる；（２）ポリオール成分の一部がコア粒子上に吹き付けられる；（３）イソシアネートの残りの部分がコア粒子上に吹き付けられる；及び（４）ポリオール成分の残りの部分がコア粒子上に吹き付けられる。別の例として、イソシアネートとポリオール成分は、次の順序でコア粒子上に吹き付けられ得る：（１）イソシアネートの一部がコア粒子上に吹き付けられる；（２）ポリオール成分の一部がコア粒子上に吹き付けられ、イソシアネートの残りの部分が同時にコア粒子上に吹き付けられる；及び（３）ポリオール成分の残りの部分がコア粒子上に吹き付けられる。
【００５６】
別の実施態様では、シリコーン界面活性剤は、イソシアネートを備え、ポリオール成分を備え、及び／又は別々に備える。別の実施態様では、シリコーン界面活性剤は、カプセル化工程の前にコア粒子の表面を前処理するために使用され得る。更に別の実施態様では、シリコーン界面活性剤は、ポリオール成分を備える、例えば、イソシアネートとポリオール成分を混合する工程の前にポリオール成分と混合される。換言すれば、シリコーン界面活性剤は、複数の方法で提供され得る。
【００５７】
本方法は、任意に、イソシアネート、ポリオール成分、シリコーン界面活性剤（存在する場合）、及び／又はコア粒子を、イソシアネートとポリオール成分を混合する工程の前に、又はそれと同時に、加熱する工程を含む。イソシアネート、ポリオール成分、シリコーン界面活性剤（存在する場合）、及び／又はコア粒子は、個別に加熱されるか又は１つ以上互いに組み合わせて加熱され得る。イソシアネート、ポリオール成分、及びコア粒子は、通常、コア粒子のカプセル化工程の前に又はそれと同時に加熱される。一実施態様では、イソシアネート、ポリオール成分、及びコア粒子は、２０℃未満、あるいは２０〜１００℃、あるいは４０〜９０℃、あるいは５０〜８０℃の温度に加熱される。
【００５８】
上記のように、イソシアネートとポリオール成分が混合される時に、イソシアネートとポリオール成分が、化学的に反応してポリウレタンを、更に詳細にはポリウレタンを含むポリウレタン層を形成する。一実施態様では、イソシアネートとポリオール成分は、８０を上回る、あるいは８０〜２００、あるいは１１０〜１９０、あるいは１２０〜１８０のイソシアネート指数で反応する。様々な実施態様では、イソシアネートとポリオール成分は、１２５〜１８０、あるいは１３０〜１８０、あるいは１３５〜１８０、あるいは１４０〜１８０、あるいは１４５〜１８０、あるいは１５０〜１８０、あるいは１５５〜１８０、あるいは１６０〜１８０、あるいは１６５〜１８０、あるいは１７０〜１８０のイソシアネート指数で反応する。イソシアネート指数は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、８０〜２００内の整数値と小数値の両方である。当該技術分野で公知の通り、イソシアネート指数は、等モル量のポリオールと反応するのに必要なイソシアネートの化学量論的モル量に対するポリオールと反応したイソシアネートの実際のモル量の比である。
【００５９】
カプセル化工程は一度だけ起こるか又は繰り返され得る。繰り返される場合、この工程は、それぞれの個々の時間と同じである必要はない。コア粒子は、単一のポリウレタン層で一回又は複数のポリウレタン層で複数回カプセル化され得る。コア粒子は、少なくとも１つのポリウレタン層とポリウレタン以外の材料を含む１つ以上の追加の層でカプセル化され得ることが考えられる。一実施態様では、ポリウレタン層は、コア粒子の少なくとも７５％、あるいは少なくとも９５％、あるいは少なくとも９９％に配置されている。換言すれば、コア粒子はポリウレタン層で部分的に又は完全にカプセル化され得る。
【００６０】
本方法は、任意に、ポリオール成分とイソシアネートを混合してコア粒子をカプセル化した後に、凝塊形成を低減させるためのカプセル化粒子の加熱及び／又は撹拌工程を含む。カプセル化粒子は、反応容器又は任意の容器内で加熱及び／又は撹拌され得る。一実施態様では、カプセル化粒子は、ジャケット付きシステム内で加熱されると、リボンブレンダー、プラウブレンダー、処理ミキサー、衝突ミキサー、回転ドラムミキサー、及びそれらの組み合わせなどの機械的ミキサーで撹拌される。この実施態様では、カプセル化粒子は、通常、２０〜２００℃、あるいは１５０〜２００℃、あるいは１７０〜１９０℃、あるいは４０〜９０℃、あるいは５０〜８０℃の温度で加熱される。好ましい実施態様では、カプセル化粒子は、通常、１７０〜１９０℃の温度で加熱される。更に、この実施態様のカプセル化粒子は、通常、０．５〜６０分、あるいは２〜３０分、あるいは４〜２０分の間加熱される。
【００６１】
カプセル化粒子の撹拌工程は、限定されずに、カプセル化粒子を撹拌すること、カプセル化粒子を混合すること、カプセル化された粒子を振盪すること、及びそれらの組み合わせを含み得る。一実施態様では、カプセル化粒子は、０．５〜６０分、あるいは２〜３０分、あるいは４〜２０分の間撹拌される。
【００６２】
本方法は、ポリウレタン層をワックスでカプセル化する工程を更に含む。一実施態様では、ワックスが提供されて溶融される。溶融したワックスは、次に、その上にポリウレタン層が配置されたコア粒子に添加され、カプセル化粒子を形成する。通常、溶融したワックスがその上にポリウレタン層が配置されたコア粒子に添加された後に、該コア粒子は、溶融したワックスが冷却して固化してカプセル化粒子を形成するまで撹拌される。
【００６３】
一実施態様では、コア粒子は窒素肥料、例えば、尿素を含む。この実施態様では、コア粒子は１５０°Ｆの温度に予備加熱され、次いで回転ドラムに装填される。触媒ポリオールとポリエーテルポリオールは、予備ブレンドされてポリオール成分を形成し、該ポリオール成分、添加剤（存在する）、及びシリコーン界面活性剤（存在する）は予備ブレンドされてポリオール成分を形成する。存在する場合、シリコーン界面活性剤は、１００質量部のポリオール成分を基準として１質量部の量でポリオール成分に添加される。イソシアネートとポリオール成分も１５０°Ｆの温度に予備加熱される。イソシアネートとポリオール成分は、１３０〜１５０のイソシアネート指数でコア粒子に順次吹き付けられ、ポリウレタン層の形成が、追加の加熱なしで、即ち、周囲温度で起こる。この実施態様では、イソシアネートの半分がコア粒子上に吹き付けられ、ドラムの内容物を１〜５分間攪拌する。その後、全てのポリオール成分を、コア粒子上に吹き付け、ドラムの内容物を１〜５分間撹拌する。イソシアネートの残りの部分をコア粒子上に吹き付け、ドラムの内容物を５〜１０分間撹拌する。最終的に、ドラムの内容物を除去し、容器に添加し、そして１８０°Ｆに予備加熱する。次に溶融したワックスを容器に添加する。容器の内容物を、周囲温度まで冷却するまで撹拌し、溶融したワックスが固化し、それによってカプセル化粒子を形成する。
【００６４】
以下の実施例は、本開示の性質を例示するものであり、本開示を限定するものとして解釈されるべきではない。特段記載されない限り、全ての部は質量部である。
【００６５】
実施例
本発明のカプセル化粒子１〜３０を本願明細書に記載する。本発明のカプセル化粒子１〜３０は、本開示に従って形成されたカプセル化粒子である。
【００６６】
本発明のカプセル化粒子１〜３０を形成するために、ポリウレタン層とワックスをコア粒子の周りに配置する。本発明のカプセル化粒子１〜３０を形成するために使用される組成物（グラム及び質量パーセント）を以下の表１に記載する。ポリオール成分を、以下の表１に記載されるように、芳香族アミン系開始剤から誘導された触媒ポリオールと、該触媒ポリオールとは異なるポリエーテルポリオールとを、第１の容器内で、混合することによって調製する。ポリオール成分を、第１の容器内で、１５０°Ｆの温度に予備加熱する。以下の表１に記載されるように、イソシアネートを、第２の容器内で１５０°Ｆの温度に予備加熱する。コア粒子を、以下の表１に記載されるように、第３の容器内で１５０°Ｆの温度に予備加熱する。一旦予備加熱すると、コア粒子を、２６ｒｐｍの回転速度を有する反応容器に添加する。反応容器を加熱しない。その後、予備加熱したイソシアネートの全質量の半分を、反応容器に加え、コア粒子と一緒に２分間撹拌する。次に、予備加熱したポリオール成分の全部を、反応容器に加え、イソシアネートと予め加えたコア粒子と一緒に１０分間撹拌する。残りのイソシアネート、即ち、イソシアネートの別の半分を反応容器に加え、ポリオール成分、イソシアネートの半分、及び予め加えたコア粒子と一緒に１０分間撹拌する。撹拌中に、ポリオール成分とイソシアネートが反応してコア粒子の周りに配置されたポリウレタン層を形成する。ポリウレタンで被覆されたコア粒子の一部を、ビーカー内に配置し、１８０°Ｆに予備加熱する。溶融したワックスをビーカーに加え、その内容物を、舌圧子を用いて手で撹拌する。混合物を周囲温度まで冷却すると、溶融したワックスが固化してワックスと本発明のカプセル化粒子１〜３０を形成する。
【００６７】
本発明のカプセル化粒子１〜３０を、凝塊形成（凝集）及び溶解率（％）を含む性能特性を決定するために評価する。更に、本発明のカプセル化粒子２５〜３０を、摩耗試験による耐久性を決定するために評価する。これらの評価の結果も以下の第１表に記載する。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【００６８】
※本発明のカプセル化粒子２５〜３０は、本発明のカプセル化粒子２５〜３０の試料を溶解前に管に注ぐことによって耐久性について評価される。更に詳細には、７５グラム秤量した本発明のカプセル化粒子の試料を、長さ６インチ及び直径６インチの管の上端部に注ぎ、垂直に配置する。試料を管の下端部から回収する。試料を５回管に注ぎ、「摩耗済み」と標識する。
【００６９】
触媒ポリオールＡは、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されているＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）１１６８、芳香族アミン開始ポリオールである。
【００７０】
触媒ポリオールＢは、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されているＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）７３５、芳香族アミン開始ポリオールである。
【００７１】
触媒ポリオールＣは、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されているＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）１５７８、芳香族アミン開始ポリオールである。
【００７２】
ポリエーテルポリオールＡは、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されているＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）ＧＰ７３０、ポリエーテルポリオールである。
【００７３】
ポリエーテルポリオールＢは、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されているＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）４１５６、ポリエーテルポリオールである。
【００７４】
ポリエーテルポリオールＣは、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されているＰＬＵＲＡＣＯＬ（登録商標）４６００、ポリエーテルポリオールである。
【００７５】
イソシアネートは、ニュージャージー州、フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されているＬＵＰＲＡＮＡＴＥ（登録商標）Ｍ２０、ポリマーのメチレンジフェニルジイソシアネートである。
【００７６】
コア粒子は、尿素球＋５／−１６メッシュ、サイズガイドナンバー２２５〜２５５、均一性指数４５〜５５である。
【００７７】
凝塊形成を、それらが４ｍｍメッシュの篩いを通過するので、カプセル化粒子の対象観察に基づいて測定する。カプセル化粒子が凝塊形成するか又は一緒に凝集し、篩いを通過しない場合、「凝集」の観察結果が記録される。あるいは、カプセル化粒子が篩いを自由に通過する場合、「良好」の観察結果が記録される。凝塊形成は、通常、カプセル化粒子の低下した収量及びコア粒子のより高い溶解速度を示す。
【００７８】
溶解率は、すぐ下に記載された試験手順を用いて決定される。最初に、５０ｇの被覆された尿素粒子と２３５ｇの水を２５０ｍｌの広口プラスチックボトル（ボトル）に注ぎ込む。ボトルをオーブン内に置き、３８℃に設定する。液体の試料を、３８℃での老化７日後にボトルから取り出す。試料の屈折率を、屈折計を用いて測定する。それぞれの試料に溶解した尿素の量（グラム）を、屈折率の読み取りと温度補正標準曲線を用いて計算する。溶解率（溶解した尿素のパーセンテージ）を、溶解した尿素の量を利用して以下の式で計算する：
溶解率（％）＝Ｘ／（５０−（コーティング％／２））
Ｘ＝試料中に溶解した尿素の量（グラム）
コーティング％＝１００％×適用されたコーティングの質量／コーティングされた尿素の質量。
【００７９】
ここで表１からのデータを参照すると、本発明のカプセル化粒子１〜３０は優れた性能特性を有する。更に詳細には、本発明のカプセル化粒子１〜３０は凝塊形成せず、遅い溶解速度、即ち、優れた制御放出特性を有する。更に、上記のように「摩耗済み」である本発明のカプセル化粒子２５〜３０の試料は、優れた耐久性を示す。
【００８０】
添付の特許請求の範囲は、詳細な説明に記載された表現及び特定の化合物、組成物、又は方法に限定されず、これらは添付の特許請求の範囲内に入る特定の実施態様の間で変化し得ることが理解されるべきである。種々の実施態様の特定の特徴又は態様を記載するための本願明細書に依存するマーカッシュ群に関しては、様々な、特別な、及び／又は予期しない結果が、全ての他のマーカッシュ要素から独立してそれぞれのマーカッシュ群の各要素から得られ得ることが理解されるべきである。マーカッシュ群のそれぞれの要素は、個々に及び／又は組み合わせて依存し、添付の特許請求の範囲内の特別な実施態様に適切な根拠を提供する。
【００８１】
本開示の様々な実施態様を記載する際に依存する任意の範囲及び部分範囲は、独立して及びまとめて添付の特許請求の範囲内に入り、かかる値が明確にそこに記載されていない場合でも、そこにある整数値及び／又は小数値を含む、全ての範囲を記載し且つ考慮することも理解されるべきである。当業者は、列挙された範囲及び部分範囲が本開示の様々な実施態様を十分に記載し且つ可能にすることを容易に理解し、かかる範囲及び部分範囲が、更に半分、３分の１、４分の１、５分の１等に線引きされ得ることを理解している。ほんの一例として、「０．１から０．９までの」範囲は、下３分の１、即ち、０．１〜０．３、中３分の１、即ち、０．４〜０．６、及び上３分の１、即ち、０．７〜０．９に更に線引きされてよく、これらは個々に且つまとめて添付の特許請求の範囲内であり、添付の特許請求の範囲内の特定の実施態様のための適切な根拠に個々に及び／又はまとめて依存し且つこれを提供し得る。更に、「少なくとも」、「それより高い」、「未満」、「わずか」などの範囲を規定するか又は変更する用語に関しては、かかる用語が部分範囲及び／又は上限又は下限を含むことが理解されるべきである。別の例として、「少なくとも１０」の範囲は、固有に少なくとも１０〜３５の部分範囲、少なくとも１０〜２５の部分範囲、２５〜３５の部分範囲などの部分範囲を含み、それぞれの部分範囲は、添付の特許請求の範囲内の特別な実施態様に個別に及び／又はまとめて依存し且つこれに適切な根拠を提供し得る。最終的に、開示された範囲内の個別の数は、添付の特許請求の範囲内の特別な実施態様のための適切な根拠に依存し且つこれを提供し得る。例えば、「１から９までの」範囲は、様々な個々の整数、例えば、３、並びに小数点（又は小数部）を含む個々の数、例えば、４．１を含み、これは添付の特許請求の範囲内の特別な実施態様のための適切な根拠に依存し且つこれを提供し得る。
【００８２】
本開示は例示的に記載されており、使用された用語は限定ではなく説明の用語の範疇に入ることが意図されていることが理解されるべきである。明らかに、本開示の多くの改変及び変更が、上記の教示に照らして可能である。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲内で、具体的に記載されたもの以外の方法でも実施され得ることが理解されるべきである。