КОНДИЦИОНИРУЮЩИЙ АГЕНТ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО УДОБРЕНИЯ, СНИЖАЮЩИЙ ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ И ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЕ
CONDITIONING AGENT FOR GRANULATED FERTILIZER, REDUCING HYGROSCOPICITY AND DUST FORMATION

Изобретение относится к кондиционирующему агенту, включающему воск, минеральное масло, эластомер и смолу для изготовления покрытия, подходящего для применения на гранулированном удобрении, предпочтительно гигроскопичном гранулированном удобрении, предпочтительно азотсодержащем гигроскопичном гранулированном удобрении. Данное изобретение также относится к композиции гранулированного удобрения, содержащей гранулированный субстрат, предпочтительно гигроскопичное удобрение, предпочтительно азотсодержащее гигроскопичное удобрение, и на нем от 0,05 до 2 весовых % указанного покрытия для снижения поглощения влаги и пылеобразования указанным удобрением.
Давно известно, что, когда гигроскопичное гранулированное удобрение, такое как NP-удобрение и особенно нитрат кальция (CN) подвергается воздействию влаги, возникают проблемы. Абсорбированная влага приводит к спеканию гранул, а также усиливает пылеобразование при обращении. Следовательно, без решения указанных проблем обращение с продуктом россыпью невозможно. При нормальной влажности указанные проблемы можно решить благодаря использованию известных кондиционирующих агентов. Однако, при температуре и влажности, встречающихся в тропических и субтропических районах, проблемы по-прежнему остаются нерешенными. Известные кондиционирующие агенты не являются в достаточной мере водоотталкивающими или водонепроницаемыми для предотвращения абсорбции влаги, если только не наносить покрытие в большом количестве. Большое количество покрытия снижает пылеобразование, но, как правило, делает гранулы удобрения липкими, что также может вызвать ряд проблем.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
EP 0 320 987 B1 (Norsk Hydro, 1989) описывает кондиционирующий агент для снижения пылеобразования и поглощения влаги нитрат-содержащим удобрением, содержащий 10-60 весовых % воска, 30-90 весовых % масла и 0,3-10 весовых % высокомолекулярного вязкоэластичного эластомера, растворимого в масле и имеющего среднюю молекулярную массу 30000-5000000. Предпочтительный воск представляет собой смесь парафинового воска, полиэтиленового воска и микрокристаллического воска. Предпочтительный вязкоэластичный эластомер представляет собой полиизобутилен (PIB). Данный кондиционирующий агент обычно применяют в количестве 0,3 весовых % от массы удобрения, и при нормальной влажности он обеспечивает превосходные результаты, даже для таких гигроскопичных удобрений, как CN. Однако, при влажности, часто встречающейся в тропических и субтропических районах удобрение, покрытое данным агентом, будет абсорбировать влагу в недопустимом количестве. Использование более 0,5 весовых % агента значительно снижает абсорбцию влаги, но удобрение становится слишком липким для обычного способа обращения.
EP 0 768 993 B1 (Norsk Hydro, 1997) также стремится решить проблему пылеобразования и гигроскопичности гранулированного нитрат-содержащего удобрения в тропических условиях. Установили, что причина возникновения тенденции к слипанию в основном связана с эластомером, который является компонентом кондиционирующего агента. Исходя из этого, данный компонент заменили на смолу, обладающую несколько иными свойствами, являющуюся растворимой в масле и смешивающейся с воском и маслом. Таким образом, в патенте описан кондиционирующий агент для снижения пылеобразования и поглощения влаги нитрат-содержащим удобрением, содержащий 10-50 весовых % воска, 40-90 весовых % масла и 1-3 весовых % смолы, растворимой в масле и смешивающейся с воском и маслом. Применение вязкоэластичного эластомера, такого как полиизобутилен, не рекомендовалось. Данное покрытие выпускается компанией Yara International ASA под торговым наименованием Tropicote™. Применение эластомерного компонента вскользь рассматривалось в двух похожих патентных документах WO 01/38263 A1 (Norsk Hydro, 2001) и EP 1 390 322 B1 (Yara International ASA, 2004), оба из которых относятся к применению биодеградируемого кондиционирующего агента, содержащего растительное масло, которого избегают в данной заявке, так же, как и животного и рыбьего жира, поскольку указанные жиры часто являются причиной отвратительного запаха в тропических и субтропических условиях.
WO 01/38263 обращается к проблеме снижения гигроскопичности, спекания и пылеобразования гранулированными удобрениями, такими как NP, NPK, AN, CAN, карбамид и другие азотсодержащие удобрения. В патентном документе изложен кондиционирующий агент, содержащий 1-60 весовых % воска, 5-90 весовых % масла, представляющего собой растительное масло, животный жир или рыбий жир, в частности, жир сельди, и 5-90 весовых % смолы, растворимой в масле и смешивающейся с воском и маслом, которая представляет собой остаток перегонки рыбьего жира. Полиизобутилен, который представляет собой биодеградируемый эластомер, может добавляться в количестве от 0 до 5 весовых %. В Примере 5 показан кондиционирующий агент, содержащий 39,4 весовых % воска, 34,6 весовых % масла, 22,0 весовых % смолы и 4 весовых % полиизобутилена.
Аналогично, EP 1 390 322 стремится решить проблему снижения спекания и пылеобразования гранулированными удобрениями, такими как NP, NPK, AN, CAN, карбамид и другие азотсодержащие удобрения. В патентном документе изложен кондиционирующий агент, содержащий 5-50 весовых % воска, 5-75 весовых % масла, представляющего собой растительное масло, животный жир или рыбий жир, 0-60 весовых % смолы, растворимой в масле и смешивающейся с воском и маслом, которая представляет собой остаток перегонки рыбьего жира, и от 2 до 15 весовых % поверхностно-активного агента, такого как арилалкилсульфонат, фосфаты, глютинаты или другие анионные и/или катионные поверхностно-активные агенты. Полиизобутилен, который представляет собой биодеградируемый эластомер, может добавляться в количестве от 0 до 5 весовых %.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной целью данного изобретения является создание кондиционирующего агента, подходящего для применения на гранулированном удобрении, в частности, гигроскопичном гранулированном удобрении, в частности, азотсодержащем гигроскопичном удобрении, более конкретно, нитратсодержащем гигроскопичном удобрении, который снижает пылеобразование, в частности, образование мелкой пыли, в процессе обращения с гранулами удобрения, и, в то же время, снижает абсорбцию влаги по меньшей мере так же, как использование известных кондиционирующих агентов, не придавая гранулам удобрения липкости, и, таким образом, не снижая их сыпучесть, в условиях температуры и влажности, существующих в тропических и субтропических районах.
Следующей целью данного изобретения является создание кондиционирующего агента, являющегося водоотталкивающим или водонепроницаемым в условиях температуры и влажности, существующих в тропических и субтропических районах, удобного для применения в существующем диапазоне рабочих температур, легкого в нанесении, который можно наносить на гранулы удобрения с использованием стандартного оборудования для нанесения покрытия или кондиционирования, и не токсичного для почвы и растений. Последнее условие подразумевает, что различные компоненты должны быть экологичными, хотя и не обязательно биодеградируемыми. С экономической точки зрения кондиционирование гранул удобрения следует осуществлять в одну стадию, таким образом, обеспечивая гранулам необходимую защиту. Следующей целью является то, что агент должен быть полностью растворимым через несколько дней после внесения удобрения в почву и что агент должен быть деградируемым в почве.
Другой целью данного изобретения является получение сельскохозяйственной композиции, содержащей гигроскопичное гранулированное удобрение, в частности, азотсодержащее гигроскопичное удобрение, более конкретно, нитратсодержащее гигроскопичное удобрение с пониженной склонностью к абсорбции влаги, при этом минимизируя спекание и пылеобразование при обращении и хранении гранул удобрения, особенно при высокой влажности и температуре, условиях, которые возникают в тропических и субтропических районах.
Согласно изобретению, данная цель достигается благодаря кондиционирующему агенту, содержащему от 10 до 50 весовых % воска, от 40 до 90 весовых % минерального масла и от 1 до 15 весовых % смолы, которая является растворимой в минеральном масле и смешиваемой с воском, где агент дополнительно содержит от 0,1 до 1 весовых % вязкоэластичного эластомера, растворимого в минеральном масле и имеющего среднюю молекулярную массу от 30000 до 5000000.
Более конкретно, согласно изобретению, данная цель достигается благодаря кондиционирующему агенту, содержащему от 15 до 35 весовых % воска, от 50 до 70 весовых % минерального масла и от 2 до 8 весовых % смолы, которая является растворимой в минеральном масле и смешиваемой с воском и минеральным маслом, где агент дополнительно содержит от 0,1 до 0,5 весовых % вязкоэластичного эластомера, растворимого в минеральном масле и имеющего среднюю молекулярную массу от 30000 до 5000000.
Неожиданно и в противовес сведениям, изложенным в EP 0 768 993 B1, обнаружили, что небольшое количество (т.е. от 0,1 до 1 весовых %, более конкретно, от 0,1 до 0,5 весовых %) вязкоэластичного эластомера в композиции кондиционирующего агента, содержащей воск, минеральное масло и смолу, оказывает благоприятный эффект и обеспечивает кондиционирующий агент, который при нанесении на гранулированное удобрение имеет лучшие характеристики в том, что касается снижения пылеобразования и абсорбции воды, по сравнению с кондиционирующим агентом, изложенным в EP 0 768 993 B1.
В контексте данной заявки тропический климат определяют согласно классификации климатов Кеппена, как незасушливый климат, в котором среднемесячные температуры в течение всего года составляют по меньшей мере 18°С. Он включает, в частности, подклассы (влажного) климата тропических лесов, тропического муссонного климата и тропического дождливого климата саванн. Тропический климат имитируют путем воздействия на удобрение и/или покрытие температур в диапазоне от 25 до 30°C и относительной влажности (RH, от англ. relative humidity) от 70 до 85%. В ряде случаев термин субтропический используют, когда говорят об условиях испытаний при 25°C и относительной влажности (RH) 70%.
Компонент воск
Обнаружили, что компонент, представляющий собой воск, не имеет решающего значения, однако тщательный подбор данного компонента обеспечит оптимальный эффект. Видами воска, которые могут найти применение в кондиционирующем агенте согласно изобретению, являются нефтяные воски, такие как парафиновый воск, промежуточный воск и микрокристаллический воск; воск растительного происхождения, такой как карнаубский воск; воск животного происхождения, такой как пчелиный воск, и любая смесь двух или более из перечисленных восков.
Парафиновые воски определяют, как преимущественно насыщенные углеводороды с линейной цепью с небольшой долей соединений с разветвленной цепью и циклопарафинов.
Промежуточные воски представляют собой смеси соединений с линейной цепью, соединений с разветвленной цепью и циклопарафинов, имеющие промежуточные свойства по сравнению с парафином и микрокристаллическими восками.
Микрокристаллические воски представляют собой углеводороды с большей средней молекулярной массой по сравнению с парафиновыми восками, с более широким спектром компонентов, содержащих большую долю углеводородов с разветвленной цепью и циклопарафиновых углеводородов.
Воски растительного и животного происхождения синтезируются преимущественно растениями и животными. Те, которые имеют животное происхождение, обычно включают восковые эфиры, образованные различными карбоновыми кислотами и жирными спиртами. В восках растительного происхождения характерные смеси неэстерифицированных углеводородов могут преобладать над эфирами. Состав зависит не только от вида, но и от географической локализации организма. Будучи смесями, воски естественного происхождения являются более мягкими и плавятся при более низких температурах, по сравнению с чистыми компонентами.
Для достижения целевой температуры затвердевания система восков должна иметь соответствующую точку плавления. Обычно отбирают воска, имеющие температуру затвердевания между 37 и 43°C.
Предпочтительным промежуточным воском является парафиновый гач, который можно приобрести у различных производителей, таких как EmuTec AB (Кристинехамн, Швеция)) и Sasol Wax Gmbh (Гамбург, Германия). Парафиновый гач является продуктом минимальной очистки с высоким содержанием масла. Его получают из смазочных масел и зачастую применяют «как есть», с относительно высоким содержанием масла, или подвергают дальнейшей переработке для получения восков более высокой очистки. Парафиновый гач имеет точку плавления, варьирующую от 40°C до 65°C и содержание масел в нем варьирует от 5,0% до 35%.
Кондиционирующий агент согласно данному изобретению содержит от 10 до 50 весовых %, предпочтительно от 15 до 35 весовых %, более предпочтительно от 20 до 30 весовых %, наиболее предпочтительно примерно 27-28 весовых % воска.
Компонент смола
Смола, являющаяся компонентом нового кондиционирующего агента, должна быть растворима в компоненте минеральное масло и смешиваться с компонентами воск и минеральное масло в композиции согласно изобретению. Кроме того, она должна придавать получаемому покрытию необходимую эластичность, не делая гранулы липкими при нанесении, а также при обращении с ними и в процессе хранения. Получаемое покрытие должно быть твердым и стекловидным или быть способным пропитывать поверхность гранул. Также, данный компонент должен быть экологичным и деградируемым в почве, как указывалось выше. С учетом вышеуказанных условий компонент смола может быть выбран из группы синтетических смол и смол естественного происхождения.
Синтетические смолы включают такие смолы, как кумарон-инденовые смолы (синтетические смолы низкой молекулярной массы, получаемые полимеризацией смесей ненасыщенных соединений, преимущественно индена и кумарона, которые были выделены из побочных продуктов коксования угля (неочищенного бензола) и из ароматических продуктов пиролиза нефти с высокой температурой кипения), эстерифицированные смолы естественного происхождения, такие как канифоль, например, пентаэритритовый эфир канифоли, фенол-формальдегидные смолы, смолы на основе фурилового спирта, полиэфирные смолы и полиуретановые смолы.
Смолы естественного происхождения преимущественно образуются деревьями и кустарниками и содержат аморфные смеси карбоновых кислот, преимущественно масел и терпенов. Примерами смол естественного происхождения, которые могут найти применение, являются канифоль, копал, смола мастикового дерева, бальзам и дамар.
Предпочтительными смолами являются некристаллическая талловая канифоль, пентаэритритовые эфиры стабилизированных смоляных кислот и пентаэритритовые эфиры полимеризованной канифоли.
Наиболее предпочтительными смолами являются пентаэритритовые эфиры канифоли и кумарон-инденовые смолы, например, которые можно приобрести в компании Neville Chemical Company (Питтсбург, США).
Кондиционирующий агент согласно данному изобретению содержит от 1 до 15 весовых %, предпочтительно от 2 до 8 весовых %, более предпочтительно от 3 до 7 весовых %, наиболее предпочтительно примерно 4 весовых % смолы.
Компонент минеральное масло
Компонент минеральное масло по сути представляет собой носитель или растворитель для компонентов воск и смола, но также оказывает определенное влияние на снижение пылеобразования при обращении с удобрением.
Минеральные масла (иногда обозначаемые белыми маслами) представляют собой любые из разнообразных бесцветных, не имеющих запаха легких смесей высших алканов, обладающих умеренной вязкостью, низкой испаряемостью и высокой температурой возгорания, происходящие из нерастительного (минерального) источника, в частности, дистилляты нефти (технологические масла). Они могут быть выбраны из группы парафиновых масел (на основе н-алканов), нафтеновых масел (на основе циклоалканов) и ароматических масел (на основе ароматических углеводородов). Они могут быть гидроочищенными. Очищенные минеральные масла также могут применяться, но не рекомендуются с экологической точки зрения.
Растительные масла, такие как триглицериды, выделенные из растений или их семян, такие как кукурузное масло, каноловое масло, рапсовое масло, подсолнечное масло, соевое масло, масло семян льна, или их смеси, а также жиры животного происхождения и рыбий жир следует избегать, поскольку они быстро разлагаются в (суб)тропических условиях и/или производят отвратительный запах.
Наиболее предпочтительными минеральными маслами являются нафтеновые технологические масла, такие, которые можно приобрести в компании Nynas AB, Стокгольм, Швеция, и парафиновые технологические масла, такие, которые можно приобрести в компании Total Lubricants, Нантер, Франция.
Кондиционирующий агент согласно данному изобретению содержит от 40 до 90 весовых %, предпочтительно от 50 до 70 весовых %, наиболее предпочтительно примерно от 67 до 68 весовых % минерального масла.
Компонент эластомер
Компонент эластомер представляет собой вязкоэластичный эластомер с высокой молекулярной массой, растворимый в применяемом минеральном масле и имеющий среднюю относительную молекулярную массу (средняя вязкость, г/моль) от 30000 до 5000000.
Согласно предпочтительному воплощению изобретения эластомер, содержащийся в кондиционирующем агенте, представляет собой полиизобутилен, имеющий среднюю относительную молекулярную массу (средняя вязкость, г/моль) от 40000 до 1300000. В другом предпочтительном воплощении эластомер может также содержать блок-сополимер стирол-изопрен-стирол, блок-сополимер стирол-бутадиен-стирол, блок-сополимер стирол-этилен/бутилен и блок-сополимер стирол-бутадиен.
3
Наиболее предпочтительный эластомер представляет собой полиизобутилен с относительной молекулярной массой (средняя вязкость, г/моль) примерно 1000000, такой как Oppanol B100, который можно приобрести в компании BASF (Германия). Он имеет собственную вязкость (индекс Штаудингера) 241-294 см/г.
Кондиционирующий агент согласно данному изобретению содержит от 0,1 до 1 весовых %, предпочтительно от 0,1 до 0,5 весовых %, наиболее предпочтительно примерно 0,25 весовых % эластомера. Максимальное количество эластомера не должно превышать 1%.
Другие компоненты
Для улучшения срока годности покрытия в кондиционирующий агент можно добавить антиоксидант. Авторы изобретения также обнаружили, что добавление небольшого количества т-бутилгидрокситолуола (номер (CAS 128-37-0) может существенно пролонгировать срок годности. Таким образом, данный компонент может дополнительно включаться в кондиционирующий агент согласно изобретению.
Покрытие
Путем нанесения кондиционирующего агента согласно изобретению на гранулы удобрения в качестве покрытия, гранулы удобрения обеспечивают покрытием от 0,05 до 2,0 весовых %, более предпочтительно от 0,05 до 1,0 весовых %, более предпочтительно от 0,20 до 0,45 весовых %, относительно общей массы покрытых гранул удобрения.
Кондиционирующий агент согласно изобретению будет в определенной степени проникать в поверхность и, таким образом, пропитывать поверхность гранул удобрения, особенно когда указанные гранулы удобрения являются в какой-то мере пористыми. Указанный эффект также дает возможность наносить на гранулы значительно большее количество кондиционирующего агента.
В лабораторных условиях кондиционирующий агент наносят путем добавления желаемого количества кондиционирующего агента в виде расплава при температуре от 70 до 80°C к партии гранул удобрения и нагревают до температуры от 30 до 45°C в кухонной машине. Кондиционирующий агент и гранулы удобрения смешивают в течение 2-4 минут и затем покрытые гранулы удобрения переносят в закрытый полиэтиленовый контейнер для хранения и последующего испытания. В промышленных условиях кондиционирующий агент впрыскивают в барабан для нанесения покрытия с временем выдержки от 3 до 5 минут и в тех же условиях, что описаны для лабораторного масштаба.
Согласно имеющему практическую значимость воплощению способ включает стадию смешивания общего количества эластомера с количеством минерального масла или воска, являющихся компонентами кондиционирующего агента согласно изобретению, и смешивание указанной смеси эластомер/воск или эластомер/минеральное масло с другими компонентами согласно изобретению. Согласно другому имеющему практическую значимость воплощению компонент эластомер может также быть расплавлен в количестве парафинового воска и указанное количество парафинового воска впоследствии смешивают с другими компонентами кондиционирующего агента согласно изобретению. Обычно компонент эластомер можно добавлять в количестве, варьирующем от 10 до 50 весовых %, предпочтительно 25 весовых %, в парафиновый воск (количество относительно количества парафинового воска). Количество смеси эластомер/парафиновый воск может варьировать от 1 до 5 весовых % с учетом общей массы кондиционирующего агента, и, если, например, используют 25% эластомера в смеси парафин/воск, количество эластомера в готовом кондиционирующем агенте обычно составляет 0,25-1 весовых %. Благодаря указанной стадии эластомер может более гомогенно растворяться в композиции кондиционирующего агента. Парафиновый воск может быть любого вида и может быть легко выбран специалистом в области техники. Таким образом, изобретение также относится к кондиционирующему агенту согласно изобретению, где агент дополнительно содержит от 1 до 5 весовых % парафинового воска в качестве второго воскового компонента, помимо первого воскового компонента, который также может представлять собой парафиновый воск, как указано выше.
Композиция гранулированного удобрения
Данное изобретение также относится к композиции гранулированного удобрения, содержащей гранулированный субстрат, в частности, гигроскопичное гранулированное удобрение, более конкретно, азотсодержащее гранулированное удобрение, и от 0,05 до 2 весовых % указанного покрытия на нем для снижения поглощения влаги и пылеобразования указанным удобрением.
Согласно одному воплощению гранулированный субстрат представляет собой азотсодержащее удобрение, выбранное из группы NP, NK, NPK, AN, CAN, AN с серой, карбамида, карбамида с серой и карбамида-сульфата аммония. Более конкретно, гранулированный субстрат представляет собой нитратсодержащее удобрение, более конкретно, гигроскопичное нитратсодержащее удобрение, такое как нитрат кальция.
В частности, изобретение относится к гранулированному удобрению карбамид-сульфат аммония (UAS), содержащему от 0,05 до 2 весовых % покрытия, которое содержит кондиционирующий агент согласно изобретению, в частности, содержащий от 10 до 50 весовых % воска, от 40 до 90 весовых % минерального масла и от 1 до 15 весовых % смолы, которая является растворимой в минеральном масле и смешиваемой с воском и минеральным маслом, и от 0,1 до 1 весовых % вязкоэластичного эластомера, который является растворимым в минеральном масле и имеет среднюю молекулярную массу от 30000 до 5000000.
Покрытие снижает скорость абсорбции воды нитратом кальция более чем на 90%, в частности, до 98%, и пылеобразование более чем на 80%, в частности, до 95%, если покрытие применяют в концентрации от 0,20 до 0,45 весовых %, относительно общей массы покрытых гранул удобрения.
Объем изобретения и его особые признаки определяются прилагаемой формулой изобретения.
Экспериментальная часть
Изобретение более подробно объясняется на приведенных ниже Примерах.
Измерение пылеобразования
Количество пыли измеряют в мг на кг гранул, его можно измерять двумя различными способами.
Способ 1 оценивает пылеобразование по истечении 1 минуты псевдоожижения в псевдоожижающем аппарате при определенной влажности и температуре.
Способ 2 оценивает пылеобразование при истирании поверхности частиц после стандартного испытания на опрокидывание при определенной влажности и температуре. Образец удобрения помещают в емкость, которая соединена с другой емкостью посредством трубки длиной 60 см, и опрокидывают вперед и назад 40 раз. Испытание имитирует истирание в процессе транспортировки удобрения россыпью.
Измерение абсорбции воды
Снижение абсорбции воды измеряли через 1, 3, 5 и 24 ч при указанной температуре и относительной влажности и выражали как увеличение массы удобрения в процентах (за счет абсорбции воды). Количество воды измеряли следующим образом: приблизительно 20 граммов удобрения помещали в плоскую чашку для получения монослоя материала. Чашку с удобрением аккуратно взвешивали и оставляли в камере для климатических испытаний на протяжении 24 ч при указанной температуре и влажности. Измеряли увеличение массы через 1, 3, 5 и 24 ч. Увеличение веса чашки и содержимого принимали за абсорбированную воду. Способ применяют для материала без покрытия и с покрытием и рассчитывают % снижения абсорбции воды относительно массы удобрения без покрытия, например: если спустя 24 ч удобрение без покрытия абсорбирует 10% воды, а удобрение с покрытием - 1%, то снижение, выраженное в процентах, рассчитывают следующим образом: 100% -(1/10*100)=90% снижение. Относительную влажность (RH) в камере для климатических испытаний можно регулировать в диапазоне от 30 до 90%, а температуру - в диапазоне от 15 до 40°C. Удобрение, абсорбировавшее от 3 до 5% воды, обычно повреждается или имеет очень плохие физические характеристики (выраженная распадаемость, высокое число пылеобразования, выраженная склонность к спеканию и т.д.).
Измерение остаточной прочности гранул
Прочность гранул удобрения снижается под воздействием влажного воздуха из-за абсорбции влаги. Для измерения степени защиты покрытия материал с нанесенным покрытием и без покрытия помещали в виде монослоя в камеру для климатических испытаний на 5 часов при 80% RH и 30°C. Прочность гранул измеряли до и по истечении указанных 5 часов. Для этого вначале отсеивали гранулы размером 3,15 мм или более, помещая данные гранулы на шкалу, и прилагали давление до тех пор, пока частицы не начинали разрушаться. Сила, необходимая для разрушения гранул (в кг), является показателем прочности гранул.
Если прочность гранул снижается от 4-6 кг до менее чем 2-3 кг, физические характеристики удобрения существенно ухудшаются.
Испытание на спекаемость
2
Приблизительно 360 граммов удобрения помещали в открытый металлический цилиндр при относительной влажности примерно 50% и температуре примерно 25°C. Поверх удобрения размещали металлическую пластину и с помощью гидравлического пресса прилагали к пластине давление 2 кг/см.
Через 24 ч снимали давление и верхнюю пластину и измеряли силу, необходимую для разрушения/раздавливания спекшегося материала. Данную силу принимали за индекс спекаемости (CI, от англ. Caking Index). Индекс PQR представляет собой рейтинг качества продукта (от англ. product quality rating). Оптимальное значение составляет 100, что означает «очень хорошее».
Эксперимент 1: Нитрат кальция
Изучали влияние покрытия кондиционирующим агентом согласно изобретению на гранулы удобрения нитрата кальция, полученные в компании Yara International ASA, по сравнению с гранулами удобрения нитрата кальция без покрытия, а также с влиянием покрытия кондиционирующим агентом согласно известному из уровня техники документу EP 0 768 993 B1, последний содержит все компоненты кондиционирующего агента согласно изобретению, за исключением компонента эластомера. Нитрат кальция представляет собой очень гигроскопичный материал: его критическая относительная влажность составляет <40.
Композиция кондиционирующего агента была следующей:
Компонент
Описание
Предшествующий уровень техники
Данное изобретение
Воск
Смесь промежуточных восков
примерно 28%
примерно 28%
Минеральное масло
Нафтеновое масло
примерно 68%
примерно 68%
Смола
Пентаэритритовый эфир канифоли
примерно 4%
примерно 4%
Эластомер
Полиизобутилен (PIB)
нет
различное количество
Второй восковой компонент
Парафиновый воск
нет
примерно 1,3%
Кондиционирующий агент наносили на гранулированное удобрение нитрат кальция (полученное в компании Yara International ASA, Осло) в количестве 0,45 весовых % относительно общей массы удобрения при температуре приблизительно 80°C. Затем гранулы с нанесенным покрытием испытывали на пылеобразование (Способ 2) и абсорбцию воды при температуре 25°C и относительной влажности 70%, результаты данных испытаний обобщены в Таблице 1.
Таблица 1. Влияние PIB как компонента покрытия для нитрата кальция
% абсорбции воды через
Пыль (мг/кг)Способ 2
Образец
1 ч
3 ч
5 ч
24 ч
СN без покрытия
4,0
10,2
16,1
46,9
2735
Покрытие предыдущего уровня техники
0,1
0,21
0,31
1,4
757
0,45 весовых % покрытия с 0,30 весовых % PIB
0,08
0,18
0,27
1,2
387
0,45 весовых % покрытия с 0,45 весовых% PIB
0,09
0,17
0,29
1,3
315
Как следует из Таблицы 1, небольшое количество PIB в составе покрытия значительно улучшает эффект уменьшения пылеобразования. В то же время, небольшое количество PIB не ухудшает водоотталкивающие свойства покрытия; наоборот: небольшое количество PIB по-видимому также оказывает положительный эффект, если таковой существует.
Эксперимент 2: Карбамид и карбамид-сульфат аммония (UAS)
Влияние покрытия кондиционирующим агентом на гранулы удобрения согласно изобретению испытывали на гранулах удобрения карбамид и карбамид-сульфат аммония (UAS) (оба получены в компании Yara International ASA). Карбамид не является очень гигроскопичным материалом: его критическая относительная влажность (CRH, от англ. Critical Relative humidity) составляет 72,5. С другой стороны, смеси карбамида и сульфата аммония являются высоко гигроскопичными, критическая относительная влажность (CRH) составляет 56,4.
Испытания проводили на гранулированном материале в тропических и/или субтропических условиях (температуре 25-30°C и относительной влажности (RH) 70-80%). Материал нагревали до 35°C и покрывали различным количеством кондиционирующего агента согласно изобретению при температуре от 70 до 80°C.
Композиция кондиционирующего агента была следующей:
Компонент
Описание
Предшествующий уровень техники
Данное изобретение
Воск
Смесь промежуточных восков
примерно 28%
примерно 28%
Минеральное масло
Нафтеновое маслоПримерно 30% масла использовали для растворения PIB
примерно 68%
примерно 68%
Смола
Пентаэритритовый эфир канифоли
примерно 4%
примерно 4%
Эластомер
Полиизобутилен (PIB)
нет
примерно 0,30%
Затем проводили испытание гранул с покрытием на пылеобразование (Способ 1), абсорбцию влаги, остаточную прочность при раздавливании после увлажнения и спекания, результаты указанных испытаний обобщены в Таблицах 2-7.
Таблица 2. Влияние покрытия PIB на карбамид при температуре 25°C и относительной влажности 70%.
Абсорбция воды при 25°C и 70% RH через
Пыль (мг/кг)Способ 1
Образец
1 ч
3 ч
5 ч
24 ч
Карбамид без покрытия
0,25
0,29
0,33
0,59
798
Карбамид + 0,2 весовых % покрытия
0,09
0,13
0,17
0,41
74
Карбамид + 0,3 весовых % покрытия
0,07
0,11
0,15
0,35
74
Карбамид + 0,4 весовых % покрытия
0,04
0,08
0,11
0,27
74
Как следует из Таблицы 2, пылеобразование удобрением карбамид резко снижалось, тогда как абсорбция воды через 24 ч также снижалась приблизительно в 2 раза по сравнению с материалом без покрытия.
Таблица 3. Влияние покрытия PIB на UAS при температуре 25°C и относительной влажности 70%.
Абсорбция воды при 25°C и 70% RH через
Пыль (мг/кг)Способ 1
Образец
1 ч
3 ч
5 ч
24 ч
UAS (карбамид + AS) без покрытия
2,21
5,26
8,22
31,7
283
UAS + 0,2 весовых % покрытия
0,11
0,19
0,26
1,21
100
UAS + 0,3 весовых % покрытия
0,04
0,07
0,11
0,51
25
UAS + 0,4 весовых % покрытия
0,02
0,04
0,08
0,31
0
Как следует из Таблицы 3, пылеобразование удобрением UAS резко снижалось, тогда как абсорбция воды в субтропических условиях (25°C и 70% RH) через 24 ч снижалась приблизительно в 100 раз по сравнению с материалом без покрытия.
Таблица 4. Влияние покрытия PIB на UAS при температуре 30°C и относительной влажности 80%.
Абсорбция воды при 30°C и 80% RH через
Образец
1 ч
3 ч
5 ч
24 ч
UAS (карбамид+AS) без покрытия
5,06
13,5
21,1
66,8
UAS + 0,2 весовых % покрытия
1,02
2,25
3,08
5,32
UAS + 0,3 весовых % покрытия
0,22
0,49
0,69
2,58
UAS + 0,4 весовых % покрытия
0,51
1,02
1,38
2,27
Как следует из Таблицы 4, абсорбция воды в тропических условиях (30°C и 80% RH) через 24 ч снижалась приблизительно в 30 раз.
Таблица 5. Влияние покрытия PIB на карбамид при температуре 30°C и относительной влажности 80%.
Абсорбция воды при 30°C и 80% RH через
Образец
1 ч
3 ч
5 ч
24 ч
Карбамид без покрытия
2,02
5,12
7,93
28,5
Карбамид + 0,2 весовых % покрытия
0,76
1,91
2,68
4,74
Карбамид + 0,3 весовых % покрытия
0,38
1,11
1,77
4,13
Карбамид + 0,4 весовых % покрытия
0,41
0,97
1,43
3,64
Как следует из Таблицы 5, абсорбция воды в тропических условиях (30°C и 80% RH) через 24 ч снижалась приблизительно в 8 раз по сравнению с материалом без покрытия.
Таблица 6. Остаточная прочность при раздавливании после увлажнения (5 часов при 80% RH и 25°C)
Материал
Через 0 ч (кг)
Через 5 ч (кг)
Потеря прочности (%)
UAS (карбамид+AS) без покрытия
5,6
1,5
73
UAS + 0,2 весовых % покрытия
5,9
3,8
36
UAS + 0,3 весовых % покрытия
5,4
4,7
13
UAS + 0,4 весовых % покрытия
5,7
4,8
16
Карбамид без покрытия
4,5
3,4
24
Карбамид + 0,2 весовых % покрытия
4,9
4,4
10
Карбамид + 0,3 весовых % покрытия
4,7
4,3
8,6
Карбамид + 0,4 весовых % покрытия
4,7
4,5
4,2
Как следует из Таблицы 6, потеря прочности через 24 ч нахождения в тропических условиях (30°C и 80% RH) снижалась у UAS и карбамида приблизительно в 6 раз по сравнению с материалом без покрытия.
Таблица 7. Испытание на спекаемость
Образец
CI(кг)
Индекс PQR (%)
Качество
UAS (карбамид + AS) без покрытия
39
80
хорошее
UAS + 0,2 весовых % покрытия
13
90
превосходное
UAS + 0,3 весовых % покрытия
16
90
превосходное
UAS + 0,4 весовых % покрытия
18
90
превосходное
UAS + 0,5 весовых % покрытия
20
90
превосходное
Как следует из Таблицы 7, индекс спекаемости (CI) снижался приблизительно в 2 раза по сравнению с материалом UAS без покрытия. Наиболее высокий индекс качества получили при применении кондиционирующего агента согласно данному изобретению.
Авторам данного изобретения удалось получить азотсодержащее удобрение, которое при обращении с ним, хранении и использовании в тропических и субтропических районах не будет вызывать проблем, в том, что касается поглощения воды, спекания гранул и пылеобразования при обращении.
Разработанный новый покрывающий агент легко наносится на гранулы удобрения. Получаемое покрытие гранул делает их хорошо сыпучими и нелипкими, даже при высокой влажности и высокой температуре, существующих в тропических и субтропических районах.