(57)【要約】  制御放出肥料の製造方法であって、肥料を第１ポリマー膜上に沈着させてから第２ポリマー膜で覆って、第１ポリマー膜と第２ポリマー膜との間に肥料を被包する方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御放出肥料の製造方法であって、以下の工程：
複数の肥料液滴を第１ポリマー膜上に沈着させる工程；
前記肥料液滴上に第２ポリマー膜を適用して、前記第１ポリマー膜と第２ポリマー膜との間に前記肥料液滴を被包する工程；及び
前記被包された肥料液滴を分離する工程
を含む方法。
【請求項２】
前記肥料液滴がその液体状態で前記第１ポリマー膜上に沈着される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１ポリマー膜がポリマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２ポリマー膜がポリマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に積層される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に噴霧される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記肥料液滴が半球状である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１ポリマー膜が前記第２ポリマー膜と異なる組成物で作られる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第３ポリマー膜を前記肥料上に適用して、前記肥料をさらに被包する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第３ポリマー膜が前記肥料上に積層される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３ポリマーが前記肥料上に押し出される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第３ポリマーが前記肥料上に噴霧される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１ポリマー膜、第２ポリマー膜、及び第３ポリマー膜が全て異なる組成物で作られる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のプロセスで得られた製品。
【請求項１６】
制御放出肥料の製造方法であって、以下の工程：
複数の肥料液滴を第１ポリマー膜上に沈着させる工程；
前記肥料液滴を第１冷却ゾーンに通すことによって、前記肥料液滴を冷却及び硬化する工程；
前記肥料液滴を加熱ゾーンに通すことによって加熱して、前記第１ポリマー膜上に存在するいずれの水分をも除去するのを助ける工程；
前記肥料上に第２ポリマー膜を適用して、前記第１ポリマー膜と前記第２ポリマー膜との間に前記肥料を被包する工程；
前記第１及び第２ポリマー膜を静的に帯電させて、前記第１及び第２ポリマー膜が融合するのを助ける工程；
前記被包された肥料液滴を第２冷却ゾーンに通すことによって、前記被包された肥料液滴を冷却及び硬化する工程；及び
前記被包された肥料液滴を分離する工程
を含む方法。
【請求項１７】
前記肥料液滴がその液体状態で前記第１ポリマー膜上に沈着される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に積層される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に押し出される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に噴霧される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１６に記載のプロセスで得られた製品。
【請求項２２】
制御放出肥料の製造方法であって、以下の工程：
複数の肥料液滴を第１ポリマー膜上に沈着させる工程；
前記第１ポリマー膜をコンベアベルト上の製造プロセスに通して移動させる工程；
前記コンベアベルトの下側に冷却水を噴霧する第１冷却ゾーンに前記肥料液滴を通すことによって、前記肥料液滴を冷却する工程；
前記コンベアベルトの下側に熱水を噴霧する加熱ゾーンに前記肥料液滴を通すことによって、前記肥料液滴を加熱する工程；
前記肥料上に第２ポリマー膜を適用して、前記第１ポリマー膜と前記第２ポリマー膜との間に前記肥料を被包する工程；
前記コンベアベルトの下側に冷却水を噴霧する第２冷却ゾーンに前記被包された肥料液滴を通すことによって、前記被包された肥料液滴を冷却する工程；及び
前記被包された肥料液滴を分離する工程
を含む方法。
【請求項２３】
前記肥料液滴がその液体状態で前記第１ポリマー膜上に沈着される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に積層される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に押し出される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２ポリマー膜が前記肥料上に噴霧される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
請求項２２に記載のプロセスで得られた製品。
【請求項２８】
第１ポリマー膜と、
第２ポリマー膜と、
前記第１及び第２ポリマー膜によって被包された肥料液滴と
を含む制御放出肥料。
【請求項２９】
前記肥料液滴が半球形状を有する、請求項２８に記載の制御放出肥料。
【請求項３０】
前記第１ポリマー膜が前記第２ポリマー膜と異なる組成物で作られている、請求項２８に記載の制御放出肥料。
【請求項３１】
前記肥料をさらに被包するための第３ポリマー膜をさらに含む、請求項２８に記載の制御放出肥料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、2007年8月14日提出の米国仮出願第60/935,464号、2007年9月17日提出の米国仮出願第60/994,247号、及び2007年9月17日提出の米国仮出願第60/994,245号に対する優先権を主張する。この参照によってこれらの出願の全開示内容を明白にここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
尿素などのほとんどの市販の肥料は、急速に水に溶解する。芝生又は農作物に適用すると、大部分の肥料が土壌中の水分で急速に溶解する。多くの場合、このような肥料は、植物がその肥料を使用できる速度を超えた速度で溶解する。このことがいくつかの重大な問題を引き起こしうる。まず、過剰の肥料が地下水に染み込む恐れがあり、それが深刻な環境被害を引き起こす可能性がある。さらに、植物の近傍の過剰濃度の肥料は植物の根の「燃焼」をもたたすことがある。
これらの問題のため、１回の多量適用よりはむしろ、生育期間を通して数回の軽用量でこれらの肥料を適用する必要があることが多い。しかし、反復適用の必要性は労働コストを増やす。さらに悪いことに、反復適用は、肥料拡散機器が植物の上をどうしても数回通過してしまうので、生育植物に物理的損傷を生じさることがある。
反復適用の必要性を回避するため、種々の遅延又は制御放出肥料が開発されている。例えば、米国特許第4,042,366号、第5,147,443号、第5,435,821号、及び第6,231,633号を参照されたい。これらの肥料を生育期間の最初に適用し、肥料の初期多量放出後に、生育期間を通して、よりゆっくり徐々に放出することができる。遅延又は制御放出肥料は、家の芝生、公共の芝生、ゴルフコース、家の庭、植物の苗床、及び園芸作物で広く使われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ポリマー被覆肥料は、技術的に最も進歩した制御放出肥料である。ポリマー被覆肥料を製造するため、種々の製造方法が利用されている。例えば、米国特許第4,019,890号、第4,369,055号、第5,176,734号、第5,211,985号、第5,374,292号、第5,858,094号、及び第6,338,746号を参照されたい。ポリマー被覆制御放出肥料は、典型的に不水溶性の半透性ポリマー層を肥料顆粒上にコーティングすることによって製造される。この半透性コーディングからの拡散を通じて経時的に肥料が土壌中に放出される。現存する方法の欠点の１つは、均一なポリマーコーディング厚を達成するのが困難なことである。別の欠点は、肥料に適用するポリマーの厚さを制御し難いことである。さらに別の欠点は、これらの製造プロセスのほとんどが費用のかかるバッチ式プロセスであることである。現存するプロセスのさらに別の欠点は、肥料周囲のポリマーコーディングの厚さを増やすためポリマーを多数回適用する必要があることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
制御放出（controlled release）肥料の製造方法であって、肥料を第１ポリマー膜（polymer film）上に沈着（deposit）させてから第２ポリマー膜で覆って、第１ポリマー膜と第２ポリマー膜との間に肥料を被包（encapsulate）する方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】ポリマー膜の頂部層が肥料上に積層される、肥料コーディングプロセスの実施形態を示す。
【図２】ポリマー膜の頂部層が肥料上に押し出される、肥料コーディングプロセスの実施形態を示す。
【図３】肥料表面上にポリマー溶液を噴霧することによってポリマー膜が形成される、肥料コーディングプロセスの実施形態を示す。
【図４】ポリマー膜で被包された後の肥料液滴の側面図を示す。
【図５】第１ポリマー膜上に沈着された後であるが、第２ポリマー膜で覆われる前の肥料液滴の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
〔詳細な説明〕
本発明は、制御放出肥料１４の製造方法であって、肥料１４を第１ポリマー膜上に沈着させてから第２ポリマー膜で覆って、第１ポリマー膜と第2ポリマー膜との間に肥料１４を被包する方法を提供する。好ましいポリマー膜はいずれかの適切なポリマーである。肥料１４は、尿素などのいずれの適切な肥料でもよい。
図１は、第１ポリマー膜が、移動ポリマー膜１０上に肥料１４を沈着させる肥料沈着ステーション１６下に向けられるポリマー膜１０のロール１１である、実施形態を示す。図１〜３は、プロセス工程を中断することなく連続して行えるという点で、ポリマー膜１０のロール１１が制御放出肥料製造プロセスを連続的にできることを示している。いくつかの実施形態では、コンベアベルト２０又は同様の運搬装置を用いて、製造プロセスの間中、ポリマー膜１０を移動させるのを補助することができる。以下に論じるように、いくつかの実施形態では、運搬装置が相対的に高い熱伝導率を有する材料、例えばスチール製である。
肥料１４は、肥料沈着ステーション１６で膜１０上に沈着される。ステーション１６は、膜１０上に肥料１４を沈着させることができるいずれの適切な装置であってもよい。肥料沈着ステーション１６の例は、米国特許第6,398,989号及び第5,395,560号に記載されている。好ましい実施形態は、溶融（液体）肥料１４を膜１０上に沈着させるが、他の実施形態では、肥料の固体顆粒をポリマー膜１０上に沈着させうる。好ましい沈着ステーション１６は、ロトフォーマー(Rotoformer)（Sandvik Corporationによって開発された）である。この肥料沈着ステーション１６は、肥料１４の液滴を相互にほぼ等しい間隔で膜１０上に沈着させる。図５は、ポリマー膜１０上に沈着した溶融肥料１４のいくつかのの液滴を示す。
沈着した肥料１４がその溶融状態である実施形態では、肥料１４は、膜１０上に沈着した後は半球様の形状である。この半球形状は図４で最もよく分かる。半球形状のため、肥料１４は湾曲した頂部と一般的に平らな底部とを含むようになる。平らな部分の上に紙を積層することによって、平らな部分を他の化学薬品の担体として利用することができる。これを達成するため、ポリマー膜をまず紙ウェブに積層する。次にポリマー面上への肥料１４の沈着のため、肥料沈着ステーション１６の下に膜を供給する。
図１〜３に示すように、本発明のいくつかの実施形態では、肥料１４の液滴は、ポリマー１０上に沈着した後、冷却ゾーン７０に遭遇する。冷却ゾーン７０は、溶融肥料１４の液滴が膜１０上に沈着した後かつ第２ポリマー膜を適用する前に、肥料１４をより低い温度にさらして、溶融肥料１４の液滴の凝固及び冷却を助ける。図１〜３に示す他の実施形態では、コンベアベルト２０の下側にノズル１９を介して冷却水を噴霧することによって、冷却効果を得る。コンベアベルト２０に接触して冷却した後、水は流れて再利用のための貯蔵タンクに入る。肥料１４からの熱は、冷却したコンベアベルト２０に移動する。この実施形態では、コンベアベルト２０を、肥料１４からの熱を容易にベルト２０に移せる金属で作ると有利である。低温塔１８又は何らかの同様の手段を用いて水を冷却した後、水をコンベアベルト２０上に噴霧することができる。代替実施形態では、肥料１４の頂部の上方に冷気を吹くことによって、冷却ゾーン７０が構築されうる。
【０００７】
肥料１４の液滴が硬化した後、第２ポリマー膜を肥料１４の頂部上に沈着させる。図１に示す実施形態では、第２ポリマーがポリマー１２であり、熱積層プロセスで肥料１４上にポリマー１２を置いて、第２（頂部）ポリマー膜１２とポリマー膜１０の第１（底部）層との間に肥料１４を被包する。このポリマー膜１２を、底部ポリマー層１０を保管するために使われるロール１１と同様のロール１５上に保管することができる。積層ポリマー１２の頂部層を適用した後、熱気送風機のような加熱装置２６を用いて熱を加える。加熱装置２６からの熱が、ポリマー層１０、１２を軟化させ、それらを融合させて、ポリマー１０、１２の層間に肥料１４を被包するのを助ける。熱気送風機２６の代わりに輻射ヒーター等の他の加熱装置を使用してもよい。
図２に示す代替実施形態では、第２ポリマー膜がポリマー４０である。この実施形態では、肥料１４がポリマー膜１０上に沈着した後、肥料１４上に頂部ポリマー膜４０を押し出す。この実施形態では、沈着した肥料１４を含む下側ポリマー膜１０が押出機４３に向けられ、そこで、沈着した肥料１４の上に押出金型４２が溶融ポリマー４０の層を沈着させる。この結果、肥料１４が下側ポリマー膜１０と上側ポリマー膜４０との間に被包されることになる。いくつかの実施形態では、圧縮空気送風機２２を用いて、押し出されたポリマー４０を肥料１４上に広げるのを助ける。
図３に示す代替実施形態では、第２ポリマー膜がポリマー３０である。この実施形態では、肥料１４が膜１０上に沈着した後、下側ポリマー膜１０がポリマー噴霧ステーション３２に向けられ、そこで、沈着した肥料１４上にポリマー溶液３０がノズル２１を介して噴霧される。噴霧されたポリマー３０が結果としてポリマー膜３０になる。肥料１４は下側ポリマー層１０と上側ポリマー層３０との間に被包される。
図１〜３に示すように、本発明のいくつかの実施形態では、肥料１４の液滴は、第２ポリマー膜の適用前及び／又は適用中に加熱ゾーン７２に遭遇する。加熱ゾーン７２は、ポリマー膜１０上に存在するいずれの水分をも除去して、第２ポリマー膜が肥料１４にくっついてポリマー１０の底層と融合するのを助ける。一実施形態では、温水をコンベアベルト２０の下側にノズル１９を介して噴霧することによって、熱ゾーン７２を作り出す。
熱はコンベアベルト２０を介して肥料１４の液滴に移動し、同時に水は、再利用のための貯蔵タンクに流れる。熱交換器２８又は同様の手段を用いて水を加熱してよい。輻射ヒーター等の他の加熱装置を使用することができる。
【０００８】
図１〜３に示すように、いくつかの実施形態は、静電荷発生器５０を用いて、第２ポリマー膜と肥料１４の表面及び第１ポリマー膜が融合するのを助ける。一実施形態では、静電荷発生器５０は、ＤＣ高電圧発生器及び１又は数個の帯電電極から成る。発生器が電極内の高電圧点のため高電圧を発生する。高電圧点がイオンを生成して物質を帯電させると、静電的に相互に又は他の表面に付着する。
図１〜３に示すように、いくつかの実施形態では、第２ポリマー膜が沈着した後、肥料１４の液滴は第２冷却ゾーン７４に遭遇する。第２冷却ゾーン７４は、被包された肥料１４及びポリマー層を冷却して、被包された肥料１４をばらばらに切断しやすくするのを助ける。第２冷却ゾーン７４は、上記第１冷却ゾーン７０と同様に操作することができる。図１〜３に示すように、第２冷却ゾーン７４は、上記第１冷却ゾーン７０と同じ水タンク及び低温塔１８を使用することができる。第２冷却ゾーン７４に加えて、いくつかの実施形態では、第２ポリマー膜を適用した後、冷気ファン２９をも用いて、被包された肥料１４を冷却する。冷気ファン２９は、肥料１４及びポリマー層を冷却してそれらを室温に戻すのを助ける。肥料１４と第１及び第２ポリマー膜を冷却は、被包された肥料１４の液滴をばらばらに切断しやすくする。
このプロセスの最終工程は、個々のペレットを地下に広げられるように、個々に被包された肥料１４の液滴を分離することである。レーザー又はパンチングマシンなどのいずれの適切な切断装置によってもこの切断工程を達成することができる。一実施形態では、切断装置は、ラベル、紙、又は包装用段ボールを切断するためのプロセスで使用されるものもような標準的切断機である。
【０００９】
ポリマー膜の組成と厚さを変えることによって、制御放出肥料ペレット内の肥料１４の放出速度を制御することができる。本発明は、使用するポリマーのタイプと品質に関する高度の制御を可能にし、ひいては最終製品の放出速度を特別に誂えて、多くの異なった生育状況に合わせることができる。コーティング厚さについて厳格な制御下で広範なポリマーを使用する能力は、非常に正確かつ予測可能な肥料放出速度を与える。
本発明が高度な放出速度制御を可能にする１つの理由は、本発明では多くの異なったタイプのポリマー組成物を使用できるからである。このことは、異なるポリマーは異なる水分バリア特性を有することができ、結果として肥料１４の放出速度を変えることができるので、有利である。例えば、以下のポリマー膜を全て使用しうる：ビルギン／再生ポリエチレン、バイオポリマー、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリカルボナート、ポリ塩化ビニリデン、ポリ乳酸、デンプンベースポリマー、及びアミノプラスト酸樹脂。この発明で種々多様のポリマーを使用できる１つの理由は、肥料１４の表面上におけるポリマー膜形成は、肥料にポリマーが結合する必要がないからである。さらに、上述した全ての実施形態では、第１ポリマー膜（底部層のポリマー１０）は第２ポリマー膜（頂部層のポリマー１２、３０、４０）と異なる組成物で作られたものでよい。
【００１０】
本発明が高度の放出速度制御を可能にする別の理由は、ポリマーの頂部層を沈着させるための積層（図１）、押出し（図２）、及び噴霧法（図３）を混合しうるからである。例えば、一実施形態は、同じ運転サイクル内でポリマーの頂部層を沈着させる３つの全ての方法を利用することができる。他の実施形態は、ポリマーの頂部層を沈着させるための３つの方法のうちの２つを利用することができる。ポリマー沈着法を混合すると、異なるポリマー組成物を使用することができる。例えば、あるタイプのポリマー膜組成物を肥料の頂部上に積層してから、その頂部上に別のポリマー膜組成物を噴霧することができる。
本発明が高度な放出速度制御が可能なさらに別の理由は、頂部ポリマー膜１２、３０、４０及び底部ポリマー膜１０が、異なるポリマーの複数層で作られてもよく、これらの層が異なる厚さを有してもよいからである。例えば頂部層１２、３０、４０及び底部層１０は、それぞれ２つ以上のポリマー層を有していてよく、これらの層が異なる厚さを有していてもよい。
本発明が高度な放出速度制御が可能なさらに別の理由は、第１及び第２ポリマー膜を異なる厚さで作ることができるからである。キャスト膜／インフレーション膜押出しプロセス又は共押出しプロセスを利用して、第１及び第２ポリマー膜を予め製造することができる。これらのプロセスは商業的に周知であり、非常に正確な厚さのポリマー膜を製造するために一般的に使用されている。このプロセスの別の利点は、多層膜を作る能力である。例えばキャスト膜共押出しプロセスを用いて高速で異なる厚さの異なるポリマーの７以上の層を含む膜を作ることができる。
本発明が高度な肥料放出速度制御を与えるさらに別の理由は、膜特性をカスタマイズするため製造中にポリマー膜に種々の添加剤を加えてよいことである。例えば製造中に親水性添加剤をポリマーに添加して肥料放出を増やすことができ、或いは土壌内におけるポリマーの分解速度をカスタマイズするために生分解添加剤を加えてよい。
【００１１】
このように本発明をその好ましい実施形態との関連で述べたが、当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書で述べた好ましい実施形態に種々の修正を行えることが明白だろう。しかし、当業者に明白な全てのこのような修正及び変更は、以下の特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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