СМЕСЬ, СОДЕРЖАЩАЯ 3,4-ДИМЕТИЛПИРАЗОЛ, И ЕЁ ПРИМЕНЕНИЕ
MIXTURE CONTAINING 3,4-DIMETHYLPYRAZOLE AND ITS USE

Изобретение относится к смеси, содержащей 3,4-диметилпиразол, ее получению и ее применению.
Чтобы предоставить растениям в сельском хозяйстве необходимый им азот, в качестве удобрений в основном используются соединения аммония.
Соединения аммония в почве за относительно короткое время под действием микроорганизмов превращаются в нитрат (нитрификация). Однако, в отличие от аммония, нитрат значительно легче может вымываться из почвы. При этом часть азота, вымывшаяся в виде нитрата, больше не доступна для питания растений, так что по этой причине быстрая нитрификация является нежелательной. Поэтому для лучшего использования удобрения к этому удобрению добавляются ингибиторы нитрификации. Известной группой ингибиторов нитрификации являются соединения пиразола.
Проблемой при использовании соединений пиразола в качестве ингибиторов нитрификации является их высокая летучесть. Таким образом, при хранении композиций удобрений, содержащих соединения пиразола, возникает постоянная потеря активного вещества в результате испарения. Следовательно, соединения пиразола с помощью подходящих операций должны составляться в композиции в нелетучей форме.
Европейская заявка ЕР-В-1120388 описывает применение соли присоединения фосфорной кислоты и 3,4-диметилпиразола в качестве ингибитора нитрификации. В результате переведения в соль присоединения с фосфорной кислотой летучесть соединения пиразола значительно снижается.
Как показано в таблице I европейской заявки EP-B-0917526, фосфат 3,4-диметилпиразола имеет значительно меньшие потери по сравнению с 3,4-диметилпиразолом. Кроме того, европейская заявка EP-B-0917526 показывает применение неорганических или органических поликислот для обработки минеральных удобрений в форме порошка или в форме гранул, которые содержат ингибитор нитрификации. За счет этого летучесть пиразольных соединений должна снижаться еще больше. Для получения минеральное удобрение смешивают с ингибитором нитрификации или раствор ингибитора нитрификации, при необходимости вместе с поликислотой, распыляют на минеральное удобрение и при необходимости после этого сушат.
Немецкая заявка DE-C-10164103 относится к способу получения твердых минеральных удобрений, причем на минеральное удобрение наносятся растворы или суспензии определенных соединений пиразола. Эти растворы или суспензии содержат не более чем 20 % масс. ингибитора нитрификации или его соли присоединения с кислотой, в пересчете на весь раствор или суспензию. Минеральное удобрение перед нанесением раствора или суспензии нагревают до температуры в диапазоне от 70°С до 130°С. При помощи нагревания обеспечивают, чтобы на минеральном удобрении присутствовало не слишком много воды. Указывают, что более равномерное распределение ингибитора на поверхности удобрения достигается путем того, что вместо концентрированных растворов ингибитора используют разбавленные растворы.
В эксперименте А холодное удобрение с сульфат-нитратом аммония (ASN) было снабжено 0,019 % 3,4-DMPP в форме раствора 3,4-DMPP зеленого цвета, содержащего фосфорную кислоту, с содержанием 3,4-DMPP примерно 34 %. По сравнению с более разбавленным раствором согласно изобретению получилось худшее распределение на минеральном удобрении.
Точный состав раствора не указан, в частности, не указаны ни содержание воды, ни фосфорной кислоты. Кроме того, не указано, какой растворитель применяли.
На практике 3,4-диметилпиразол часто только непосредственно перед нанесением на минеральное удобрение смешивают в водном растворе с фосфорной кислотой, причем образуется соль присоединения фосфорной кислоты и 3,4-диметилпиразола.
При этом, с одной стороны, два различных химических компонента должны быть дозированы и смешаны в правильном соотношении. С другой стороны, образование соли представляет собой экзотермическую химическую реакцию, так что должны приниматься соответствующие меры предосторожности. Это взаимодействие на месте использования также сталкивается с проблемами разрешения для работы.
Задачей настоящего изобретения является предоставление смеси для нанесения на удобрение, которая содержит 3,4-диметилпиразол в менее летучей форме, и при условиях окружающей среды может простым способом обрабатываться для нанесения на удобрение и наноситься при условиях окружающей среды.
Эта задача согласно изобретению решается с помощью смеси, содержащей от 20 до 35 % масс. воды и от 15 до 19 % масс., в пересчете на всю смесь, которая составляет 100 % масс., 3,4-диметилпиразола и фосфорной кислоты в молярном соотношении с 3,4-диметилпиразолом, составляющем по меньшей мере 1 : 1.
Кроме того, эта задача решается с помощью применения смеси такого типа для обработки или нанесения на удобрения, содержащие аммонийный азот.
Кроме того, эта задача решается с помощью способа получения стабилизированных порошков, гранул, дробленых частиц, таблеток или прессованных изделий из удобрений, содержащих аммонийный азот, при котором указанную выше смесь наносят на порошки, гранулы, дробленые частицы, таблетки или прессованные изделия из удобрений, содержащих аммонийный азот, и равномерно распределяют на поверхности удобрений.
Согласно изобретению было обнаружено, что нанесение 3,4-диметилпиразола в качестве ингибитора нитрификации на удобрения, содержащие аммонийный азот, таким способом, при котором летучесть 3,4-диметилпиразола снижается, удается предпочтительно, когда 3,4-диметилпиразол используется совместно с фосфорной кислотой, так что образуется соль присоединения фосфорной кислоты и 3,4-диметилпиразола, причем доля этой соли присоединения, количество воды и количество фосфорной кислоты в воде регулируется так, что, с одной стороны, получается стабильная при хранении, пригодная к распылению смесь. С другой стороны, объем смеси, распыляемой на удобрение, рассчитывается таким образом, что осуществляется равномерное поверхностное смачивание или покрытие удобрения, но в то же время внесение воды в удобрение остается настолько низким, что структурная целостность удобрения не подвергается опасности или ухудшению.
Дело в том, что при распылении или нанесении в барабане водных растворов на удобрения в форме частиц использование слишком больших количеств жидкости приводит к размягчению или растворению твердого удобрения, так что его трехмерная форма или структурная целостность больше не обеспечивается или, например, гранулы удобрения размягчаются или растворяются на поверхности, а затем спекаются с другими частицами гранул до агломератов. С другой стороны, если количество жидкости слишком мало, то равномерное распределение по всей поверхности гранул удобрения невозможно, и локально это приводит к недостаточному содержанию ингибитора нитрификации в гранулах удобрения. В результате возникают «открытые» места в гранулах удобрений, на которых при необходимости может быстро развиваться разложение микроорганизмами аммонийного азота до нитрата. Особенно предпочтительным является как можно более равномерное и охватывающее всю поверхность покрытие ингибитором нитрификации.
Количество воды и фосфорной кислоты подбираются друг к другу таким образом, чтобы при нанесении получалось хорошее и равномерное соединение или хорошее и равномерное прилипание (скрепление). С помощью подбора различных пропорций воды и фосфорной кислоты вязкость смеси можно регулировать до значения, благоприятного для нанесения.
Слишком высокие концентрации 3,4-диметилпиразола (DMP) или 3,4-диметилпиразолфосфата (DMPP) в водных композициях часто приводят к недостаточной устойчивости при хранении: происходит кристаллизация DMP или DMPP из водных смесей, особенно при низких температурах. Но тем самым дальнейшая обработка затрудняется, поскольку перед распылением смеси на удобрение твердые вещества должны быть повторно переведены в раствор или, по крайней мере, должны быть настолько мелко распределены, чтобы смесь стала гомогенной и пригодной к распылению. Растворение осадка часто невозможно или возможно лишь с большими затратами (разбавление, нагревание, перемещение, время). С другой стороны, из-за осадка снижается концентрация в растворе, что может приводить к неправильным дозировкам и к падению ниже предела установленных минимальных количеств. Слишком низкие концентрации приводят, помимо нежелательного внесения воды, к высоким затратам на хранение и транспортировку.
Ингибитор нитрификации должен защищать аммонийную составляющую в удобрении от преждевременной нитрификации. Поэтому количество, которое следует внести, определяется аммонийной составляющей удобрения, которая может сильно варьироваться в зависимости от удобрения. Для всех обычных азотсодержащих удобрений в идеальном случае должна быть применима одна и та же смесь ингибитора нитрификации без предварительного разбавления водой или концентрирования. При этом при низких наносимых количествах должно быть обеспечено однородное распределение и полное покрытие удобрения, при высоких количествах следует избегать слишком большого внесения воды с его неблагоприятными последствиями, а установленное минимальное количество должно быть пригодным для применения за одну рабочую операцию.
Согласно изобретению было обнаружено, что водные смеси согласно изобретению удовлетворяют как раз всем без исключения требованиям как в отношении способности к составлению композиций, устойчивости при хранении, так и в отношении характеристик применения и свойств при нанесении на удобрения, содержащий аммонийный азот, с различным содержанием аммония. В соответствии с нормативными актами об удобрениях, доля азота может представлять собой аммонийный азот, карбамидный азот и цианамидный азот.
Законодательное требование гласит, что следует наносить не менее 0,8 % масс. DMPP, в пересчете на аммонийный азот в удобрении. Однако в зависимости от типа удобрения доля аммонийного азота в удобрении может варьироваться в очень широких пределах. Для удобрения, богатого аммонием, количество DMPP, которое следует нанести, и, следовательно, количество жидкости, которую следует нанести, является очень высоким, что может привести к растворению на поверхности или разрушению или спеканию гранул удобрения.
И наоборот, в случае удобрений, содержащих лишь малое количество аммонийного азота, наносимое количество может быть слишком низким, чтобы достичь равномерного поверхностного смачивания или нанесения покрытия.
С другой стороны, мало предпочтительно, когда композицию DMPP в зависимости от типа удобрения нужно разбавлять перед нанесением на удобрение. С одной стороны, возникает еще одна чреватая ошибками стадия в применении, при которой нужно вести работу с химическим веществом, с другой стороны, должно быть достигнуто хорошее перемешивание, чтобы не получить никаких различий в концентрации в смеси. При этом количество воды не должно становиться ни слишком высоким, ни слишком низким, чтобы обеспечить нанесение без ошибок.
Согласно изобретению было обнаружено, что DMP именно в соединении с фосфорной кислотой, то есть, будучи представленным в виде продукта взаимодействия DMPP, может быть составлен в композицию в водной системе в концентрации, которая непосредственно может применяться для нанесения покрытия на большинство обычных содержащих аммонийный азот удобрений, без того, чтобы были необходимы другие стадии концентрирования или разбавления. Это становится возможным благодаря определенной концентрации DMPP и воды, причем, помимо фосфорной кислоты и при необходимости красителя, предпочтительно не присутствует никаких заметных количеств других ингредиентов. Благодаря этому также достигается оптимальное содержание фосфорной кислоты в смеси.
Кроме того, согласно изобретению было обнаружено, что может использоваться водная смесь, так что не нужно проводить работу и удалять при сушке никакой органический растворитель. Тем самым заметно упрощается обращение со смесью, содержащей DMPP.
К тому же, согласно изобретению было обнаружено, что добавленная фосфорная кислота может частично заменять воду, содержащуюся в смеси, и позволяет регулировать вязкость смеси желаемым образом, так что смесь остается пригодной к распылению, однако капли прилипают к гранулам удобрения и, например, при распределении в барабане приводят к равномерному покрытию поверхности.
Смеси согласно изобретению имеют идеальную вязкость для нанесения покрытия на удобрения. По вязкости они похожи на мед или рапсовое масло и поэтому после нанесения не слишком быстро впитываются в гранулы удобрения. В результате этого возможно равномерное нанесение покрытия, поскольку при механическом перемещении гранул удобрения смесь равномерно распределяется по всей поверхности - и это для удобрений с различным содержанием аммония.
К тому же, согласно изобретению было обнаружено, что нанесение смеси (налипание смеси) в результате совместного применения фосфорной кислоты, или соответственно применения DMPP вместо DMP, и определенного содержания воды еще больше улучшается.
С помощью добавления к смеси красителя возможен оптический контроль равномерного нанесения на удобрение: неравномерное покрытие удобрения простым способом можно распознать визуально.
Смесь согласно изобретению содержит от 20 до 35 % масс., предпочтительно, от 22,0 до 32,0 % масс., в частности, от 25,0 до 30,0 % масс. воды, от 15 до 19 % масс., предпочтительно, от 16,0 до 18,0 % масс., в частности, от 17,0 до 17,8 % масс. 3,4-диметилпиразола. Это не означает, что в готовой смеси 3,4-диметилпиразол должен присутствовать в форме основания, а только означает используемое количество в пересчете на соединение 3,4-диметилпиразола (молекулярная масса 96,13 г/моль). Остаток смеси (до 100 % масс.) может представлять собой фосфорную кислоту или смесь фосфорной кислоты и других ингредиентов.
Фосфорная кислота совместно используется в молярном соотношении с 3,4-диметилпиразолом в диапазоне по меньшей мере 1 : 1, предпочтительно, по меньшей мере 2 : 1, в частности, по меньшей мере 3 : 1. Подходящие диапазоны для этого молярного соотношения предпочтительно составляют от 1 : 1 до 4,25 : 1, особенно предпочтительно, от 2 : 1 до 4 : 1, более предпочтительно, от 2,5 : 1 до 3,75 : 1, в частности, от 3 : 1 до 3,5 : 1. Тем самым из фосфорной кислоты и 3,4-диметилпиразола образуется соль присоединения с фосфорной кислотой DMPP. Поэтому описанные в описании и формуле изобретения смеси благодаря присутствию 3,4-диметилпиразола и фосфорной кислоты содержат, по меньшей мере со значительным преобладанием, соответствующую соль присоединения кислоты DMPP, а также дополнительную фосфорную кислоту.
Предпочтительно, весь 3,4-диметилпиразол в смесях согласно изобретению присутствует в форме соли присоединения кислоты с фосфорной кислотой. Это означает, что предпочтительно, 3,4-диметилпиразол и фосфорная кислота используются по меньшей мере в эквимолярных количествах. Для того чтобы превратить весь 3,4-диметилпиразол, является предпочтительным применение небольшого избытка фосфорной кислоты для установления предпочтительного профиля характеристик с точки зрения объема, вязкости, пригодности к распылению, характеристик кристаллизации, характеристик прилипания (скрепления), способности к хранению. Помимо содержания воды и содержания DMPP, в этом также участвует избыток фосфорной кислоты. Он помогает, например, отрегулировать вязкость раствора до подходящего значения.
Смеси согласно изобретению, помимо 3,4-диметилпиразола и фосфорной кислоты, в качестве третьего компонента могут содержать только воду без дополнительных добавок. Таким образом, общее количество этих трех компонентов может составлять 100 % масс.
Если совместно применяются другие добавки, то их количество предпочтительно не должно быть больше 10 % масс., особенно предпочтительно, не больше 5 % масс., в частности, не больше 3 % масс. Нижний предел для дополнительных добавок не ограничен и может составлять, например, 0 % масс., 0,1 % масс. или 0,2 % масс. Таким образом, общее количество ингредиентов смеси в этом случае может составлять 100 % масс.
Согласно одному варианту исполнения изобретения никакие аминокислоты совместно не применяются.
Как указано выше, совместное применение красителя является предпочтительным. Предпочтительно, смеси согласно изобретению содержат от 0,1 до 2 % масс., особенно предпочтительно, от 0,3 до 1,5 % масс., в частности, от 0,5 до 1,3 % масс. по меньшей мере одного красителя. Тогда еще может присутствовать от 0 до 5 % масс., предпочтительно, от 0 до 3 % масс., в частности, от 0 до 2 % масс. дополнительных добавок. Общее количество ингредиентов смесей согласно изобретению составляет 100 % масс.
Краситель присутствует, например, в пересчете на DMP, в количестве от 1 до 10 % масс., предпочтительно, от 3 до 7 % масс., в частности, примерно 5 % масс. В этом случае сумма из 3,4-диметилпиразола, воды и фосфорной кислоты может составлять 100 % масс.
Другими добавками могут быть вещества, которые улучшают смачиваемость удобрения, которые упрощают диспергируемость в смеси образующихся при необходимости твердых частиц или которые затрудняют вымораживание отдельных компонентов или всей смеси при низких температурах окружающей среды. В данном случае рассматриваются, например, одноатомные или многоатомные спирты, такие как этанол или гликоль. Однако предпочтительно, работают без органических растворителей и разбавителей.
Предпочтительная смесь состоит из воды, 3,4-диметилпиразола, фосфорной кислоты и от 0 до 10 % масс. дополнительных добавок, в пересчете на всю смесь, которая составляет 100 % масс. Другая предпочтительная смесь состоит из количества от 25,0 до 30,0 % масс. воды, от 17,0 до 17,8 % масс. 3,4-диметилпиразола, фосфорной кислоты, а также от 0,1 до 2 % масс. красителя и 0 до 5 % масс. дополнительных добавок, в пересчете на всю смесь, которая составляет 100 % масс.
Смеси согласно изобретению могут быть приготовлены любым подходящим способом, например, путем введения 3,4-диметилпиразола и фосфорной кислоты и других ингредиентов в воду и перемешивания. Также можно непосредственно DMPP, при необходимости вместе с дополнительной фосфорной кислотой, примешивать к воде. При этом последовательность добавления и смешивания является выбираемой произвольно. Предпочтительно, загружают DMP, добавляют необходимое или желаемое количество фосфорной кислоты и затем, если это необходимо, разбавляют водой. DMP и фосфорную кислоту можно использовать растворенными в воде или соответственно смешанными с водой.
Смеси согласно изобретению при температуре окружающей среды (23°С) как правило присутствуют в виде раствора без содержания твердых веществ. Обычно этот раствор может храниться при температуре окружающей среды (23°С) в течение промежутка времени в несколько недель без того, чтобы происходила кристаллизация или осаждение отдельных компонентов.
Смесь согласно изобретению применяется для обработки или нанесения покрытия на удобрения, содержащие аммонийный азот. При этом речь может идти о жидких или твердых удобрениях, содержащих аммонийный азот, или соответственно о жидких или твердых композициях удобрений, содержащих аммонийный азот.
При этом предпочтительно смесь используют в таком количестве, чтобы в пересчете на содержание аммонийного азота в удобрении присутствовало по меньшей мере 0,4 % масс. 3,4-диметилпиразола. В пересчете на DMPP это минимальное количество составляет примерно вдвое больше, поскольку фосфорная кислота, имеющая молекулярную массу 98 г/моль, имеет примерно такую же молекулярную массу, как и DMP.
Особенно предпочтительные используемые количества приводят к содержанию 3,4-диметилпиразола от 0,4 до 1,4 % масс., предпочтительно, от 0,4 до 0,8 % масс., в пересчете на аммонийный азот в удобрении.
Предпочтительно, содержание аммонийного азота в удобрении составляет по меньшей мере 20 % масс.
Согласно одному варианту исполнения изобретения удобрение, подлежащее обработке, присутствует в твердой форме. Например, оно присутствует в форме порошка, гранул, дробленых частиц, таблеток или прессованных изделий. Особенно предпочтительно, оно присутствует в форме гранул. Другие подходящие формы твердых веществ также возможны согласно изобретению.
Для нанесения нагревание удобрения не является необходимым, однако оно может осуществляться при температуре окружающей среды (например, от 10 до 30°C), в любом случае ниже 50°C.
В качестве альтернативы, смесь согласно изобретению также может быть использована для стабилизации жидкого навоза или жидких композиций удобрений. В этом случае аммонийный азот также защищается от слишком быстрой нитрификации.
Для получения стабилизированных удобрений, содержащих аммонийный азот, смесь согласно изобретению наносят в удобрение или вводят в удобрение.
Например, смесь согласно изобретению наносят на удобрение, содержащее аммонийный азот, в форме порошка, гранул, дробленых частиц, таблеток или прессованных изделий и равномерно распределяют ее на поверхности удобрения.
Равномерное распределение означает, что по меньшей мере 75 %, предпочтительно, по меньшей мере 85 %, особенно предпочтительно, по меньшей мере 90 % поверхности, в частности, всей поверхности удобрения, являются смоченными или обработанными смесью согласно изобретению. При совместном применении красителя это можно проверить на основании окрашивания удобрения. Обработанное таким образом удобрение является стабилизированным по отношению к преждевременной нитрификации. В этом смысле согласно изобретению используется термин «стабилизированное удобрение, содержащее аммонийный азот».
Нанесение смеси согласно изобретению на твердое удобрение может быть осуществлено любым подходящим способом, например, путем разбрызгивания, нанесения в барабане или пропитки. При этом удобрение перемещается механически для гомогенизации нанесения, например, с помощью перемешивания или с помощью перемещения удобрения, например, в барабане. После нанесения смеси согласно изобретению удобрение сушат, чтобы удалить влагу, внесенную вместе со смесью. Сушку при этом предпочтительно проводят до такой степени сухости, которая надежно предотвращает спекание или растворение удобрения. На практике предпочтительно проводить вылеживание удобрения с покрытием в течение нескольких дней. В отличие от немецкой заявки DE-C-10164103, при нанесении не требуется нагревания удобрения.
Получение 3,4-диметилпиразола или соответственно 3,4-диметилпиразолфосфата можно проводить любым подходящим способом. Например, это получение описано в европейских заявках EP-B-0 917 526 или EP-B-1 120 388. В отношении других подходящих способов получения можно также сослаться на европейские заявки EP-B-0 974 585 и EP-B-2 748 148. Получение также может осуществляться аналогично европейским заявкам ЕР-А-0 529 473 или ЕР-В-0 516 982.
Изобретение далее поясняется более подробно с помощью нижеследующих примеров.
Примеры
Пример 1: Приготовление смеси
В воду помещают 3,4-диметилпиразол и фосфорную кислоту, а также краситель в количестве 5 % масс. относительно 3,4-диметилпиразола, и смешивают путем перемешивания. Смесь содержит 17,4 % масс. DMP, 27,3 % масс. воды и в качестве остатка (55,3 % масс.) фосфорной кислоты в количестве, превышающем эквимолярное (избыток). К этой смеси добавляется краситель в указанном количестве.
Пример 2: Нанесение покрытия на удобрения
На одну тонну содержащих различное количество аммонийного азота удобрений используются следующие количества композиции DMPP из примера 1 с содержанием DMPP 34,8 % масс., кроме того, при необходимости другой дополнительной фосфорной кислоты и красителя:
кг DMPP 34,8%
кг H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>
кг красителя
всего кг
5,26
0,00
0,06
5,32
5,67
0,00
0,06
5,73
2,97
1,76
0,07
4,80
В каждом случае получалось удобрение с содержанием 0,80 % масс. DMPP в пересчете на аммонийный азот.
Из-за различного содержания аммонийного азота в отдельных удобрениях доля DMPP на одну тонну удобрения в приведенных выше примерах сверху вниз составляет 0,148 % масс. или соответственно 0,168 % масс. или соответственно 0,088 % масс. В каждом случае получалось равномерное нанесение DMPP на всей поверхности удобрения.
В результате добавления фосфорной кислоты в случае третьего, содержащего мало азота удобрения получили общее количество, подходящее для равномерного нанесения без того, чтобы рисковать растворением удобрения на поверхности из-за добавления воды.
Пример 3
Приведенные ниже наносимые количества смеси из Примера 1, рассчитанные на основе DMP, были нанесены на различные удобрения:
Удобрение
кг/т DMP
Мочевина
1,8 - 9,5
15 + 15 + 15 S
0,4 - 3,0
AS
1,0 - 6,7
Во всех случаях осуществлялось равномерное нанесение DMPP на удобрение. Не происходило никакого растворения на поверхности, а также никакого спекания удобрения при нанесении покрытия, последующей сушке или хранении.
Пример для сравнения 4
Увеличение концентрации DMP в растворе до 20 % масс. приводило к осаждению DMPP через несколько дней. При нанесении на удобрение с низким содержанием аммония получались дефектные места (неравномерное нанесение).
Снижение концентрации DMP до 13 % масс., в частности, при нанесении на удобрение с высоким содержанием аммония, приводило к растворению гранул на поверхности.