CN103796974B - 多用途木质素-碳水化合物粘结体系 - Google Patents

多用途木质素-碳水化合物粘结体系 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型、双用途粘结剂配制物或体系。本发明还涉及一种将分散的粒子或微细物附聚成基本上球形且抗压碎的颗粒的方法。本发明还涉及一种用有益于种子发芽的材料混合物覆盖种子和粘结种子的方法。本发明还涉及通过双用途粘结剂配制物附聚的多合一种子。

Description

多用途木质素-碳水化合物粘结体系
背景技术
使用粘结剂的化肥和其它组分的造粒是为人熟知的。粘结剂用于将化肥和其它组分粘附在一起成为单个粒子(particle)。常规粘结剂对化肥配制物不贡献经济或实用价值。因此，其为低性价比的组分。在一些情况下，粘结剂在化肥组合物中的使用还产生不足够硬和/或圆的颗粒状化肥(granularfertilizer)。这些颗粒状化肥使得难以用聚合物或树脂包封，导致不一致缓释的化肥。
现有技术公开许多粘结剂体系。这些粘结剂仅有助于分散的化肥微细物(fine)和粒子的附聚。另外，这些粘结剂构成化肥组合物的主要部分，产生营养价值下降的化肥。由于这些缺点，使用常规粘结剂的化肥导致具有低商用可行性的产品。
因此，本领域需要提供一种粘结体系，其不仅起到将微细物和粒子附聚在一起的目的，而且提供一些其它实际用途。
发明内容
本发明目的为提供一种新的粘结配制物和一种制造克服这些缺陷的化肥粒子的加工方法。
本发明涉及一种新型、双用途的粘结剂配制物或体系。更具体地，本发明提供一种粘结配制物，其将分散的粒子或微细物附聚或粘结为具有理想性质的颗粒状组合物，所述性质例如是具有增加的颗粒(granule)硬度或抗压碎性、增加的圆度或球形度和增加的耐久性和均匀度。所述粘结配制物还起着用于微量营养素的原位螯合剂的作用，并且还可进行单级造粒处理。
在一个实施方案中，分散的粒子或微细物由活性剂，例如化肥构成，将其用包含木质素基粘结剂和碳水化合物基粘结剂的粘结剂配制物附聚或粘结在一起。粘结剂的这一组合产生具有增加的硬度或抗压碎性、增加的球形度或圆度和增加的耐久性的颗粒。这些增强性质部分是由于由木质素基材料和碳水化合物制成的粘结剂的结合的协同效应。因此，在一个实施方案中，木质素基材料为木质素磺酸盐，并且碳水化合物为多元醇混合物，例如单糖和二糖的共混物。在另一个实施方案中，多元醇混合物可以包含山梨糖醇、麦芽糖醇、氢化淀粉水解物(“HSH”)或它们的组合。
在另一个实施方案中，本发明提供一种将分散的粒子或微细物附聚成基本上球形且抗压碎的颗粒的方法。该附聚方法可以通过单级方法实现，其包括将特定比率的木质素基材料和碳水化合物粘结剂，例如多元醇混合物雾化和喷入含有粒子或微细物的搅拌床。该单级方法使得可将粒子或微细物与新型粘结剂密切混合以实现改进的颗粒。该方法可以另外包括再循环步骤，其中将尺寸偏小的颗粒再引入搅拌床直至实现理想的颗粒尺寸。木质素与碳水化合物，例如多元醇的比率可以取决于待附聚粒子的溶解度而变化。所得产物实现增加的硬度或抗压碎性、增加的球形度或圆度和增加的耐久性的理想性质。这些增强性质是由于组合新型粘结剂配制物和单级加工方法的协同效应。
在另一个实施方案中，本发明提供一种用有益于种子发芽的材料混合物覆盖种子和粘结种子的方法。这种方法可以用于产生在恰当水化和暴露于足够日光时能够发芽的“多合一的(all-in-one)”种子产品。该材料混合物包含使得足够空气可传送至种子的土壤调理剂、化肥和通用性土壤增强剂。使用本发明的粘结配制物将该种子和材料混合物粘结在一起，所述粘结配制物包含特定比率的木质素基材料和碳水化合物粘结剂。在一个实施方案中，碳水化合物粘结剂为多元醇混合物。木质素和多元醇的组合产生基本上球形且抗压碎的附聚粒子。另外，该附聚粒子为能够在适当水化和暴露于足够日光时发芽而不需额外的化肥或微量营养素的自给自足的颗粒。所得的颗粒可以另外包含微量营养素，例如但不限于钙、镁、硫、硼、铜、铁、氯化物、钼、锌或它们的组合。在一个实施方案中，该种子可以为草籽、蔬菜或花的种子。在一个特定实施方案中，自给自足的草籽或“多合一”的草籽能够在适当水化和暴露于足够日光时使草发芽而不需额外的覆盖或化肥。
在另一个实施方案中，颗粒中包含的活性剂可以为化肥如尿素。已意外发现本发明的新型粘结剂配制物在与尿素一起使用时产生抗结块效果。
在另一个实施方案中，本发明提供一种栽培种子的方法，其包括用有益于种子发芽的材料混合物分配覆盖的种子。
附图说明
图1描绘本发明的工艺流程图的示意图。
图2描绘显示使用本发明的双粘结剂体系制造的控释化肥颗粒与参比控释化肥颗粒之间可比较的释放速度的图。
图3显示微量营养素原位螯合的效果。
图4显示使用新型粘结剂和稻壳的多合一种子。
图5显示使用新型粘结剂和珍珠岩的多合一种子。
图6显示描绘对于重质松散密度材料(heavy bulk density material)的优选粒径分布的图。
图7显示描绘对于重质松散密度材料的优选粒径分布的图。
图8显示描绘对于重质松散密度材料的非优选粒径分布的图。
具体实施方式
本发明提供一种组合物、一种制备组合物的方法和一种使用组合物的方法，所述组合物包含使用新型双粘结剂配制物或体系的附聚粒子。该粘结剂配制物产生实现理想性质的颗粒，所述理想性质例如是增加的粒子硬度、增加的抗压碎性、增加的圆度(即球形度)和增加的耐久性和均匀度。利用单级造粒过程制备这些颗粒。由此方法产生的颗粒也可以为水溶性的。
本发明的粘结剂体系包括木质素或木质素衍生材料以及多元醇混合物，其各自按足以生成具有理想性质的颗粒的比率存在。该粘结剂体系中所用的木质素与多元醇的比率由待附聚的颗粒或微细物的溶解度支配。配制物中所用粒子或微细物的“溶解度”直接与形成附聚的粒子或颗粒的配方趋势相关。粒子或微细物越可溶，则木质素与多元醇的比率越低。粒子或微细物越不可溶，则木质素与多元醇的比率越高。
不同于常规粘结剂，该粘结配制物不使用危害性化学品，例如甲醛和其它石油系产品。本发明的双粘结剂配制物或体系使用天然和可再生的副产物。由此，该粘结剂配制物不包含危害性化学品，其例如但不限于甲醛、石油系化学品、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐增强剂、糊精、麦芽糖糊精、环糊精、果胶、大豆卵磷脂、琼脂、玉米淀粉、车前草淀粉、预胶质化淀粉或羟乙酸淀粉钠，也不包括其它聚合物基粘结剂，例如但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚乙二醇(PEG)。本发明的粘结剂配制物也不包括药学粘结剂，其例如但不限于羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙氧基化硬脂醇、latose、聚乙烯基吡咯烷酮、甲基纤维素、聚乙二醇、微晶纤维素、大豆油、棉籽油、明胶或蔗糖。
木质素(其为木材制浆过程的副产物)转变为木质素磺酸盐或磺化木质素。粘结剂配制物的木质素磺酸盐有助于颗粒硬度、圆度和均匀度。多元醇来源于传统玉米糖浆，并且作为有助于粒子或微细物造粒过程的速度和效率的增粘剂。这减少对多级方法的需求。
本发明的新型粘结剂配制物可使分散的粒子或微细物密切混合，所述分散的粒子或微细物例如是化肥、微量营养素、土壤调理剂、惰性载剂、杀虫剂、植物生长激素、植物生长调节剂、土壤水分增强剂、种子和润湿剂。通过利用显著较低量的新型粘结配方，制备的化肥颗粒具有增加的营养价值，同时增加硬度、圆度、球形度和抗压碎性。在一个实施方案中，本发明提供一种粘结配制物，其包括附聚颗粒总重量的小于约15%、3%-12%或约5-6%。
本发明还使得可将分散的粒子或微细物，例如化肥和微量营养素(例如铁)密切混合入附聚颗粒中。本发明的一个附加优点为当与新型粘结剂掺混时对微量营养素(例如硫酸铁和其它金属硫酸盐)的原位螯合。该优点使得可单步骤造粒，无需附加的螯合步骤。微量营养素的螯合阻止氧化，从而优化植物对微量营养素的吸收。
如本发明所考虑的，木质素或木质素衍生材料定义为由木材制浆过程回收的材料。木质素或木质素衍生材料可以包括木质素磺酸盐及其盐。木质素的来源为本领域熟知的，并且包括任何常规的纤维素材料，例如硬木和软木。木质素磺酸盐从木浆的亚硫酸盐制备中回收。木质素磺酸盐可以包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸铵、木质素磺酸镁、木质素磺酸铝、木质素磺酸钾或木质素磺酸锌。粘结剂体系中木质素或木质素磺酸盐含量基于粒子或微细物的溶解度。在另一个实施方案，木质素或木质素磺酸盐将为粘结配制物总重量的约5-6%。
粘结配制物的碳水化合物部分增强球形度，并产生更少的工艺损失。颗粒的球形性质通过“球形度”来度量，其定义为给定粒子形状逼近完美球形的程度。分数越接近于1.00，粒子形状越为球形。该值使用光学粒径表征仪器，例如(Horiba Instruments在美国销售)来测量。难以造粒的配制物易于粘附到设备，而非与其它粒子或微细物附聚。这一性质可降低总体的颗粒圆度和硬度，同时增加需要再循环入造粒机中的尺寸偏小的颗粒或微粒的比例。将碳水化合物，例如多元醇或“糖醇”添加入粘结剂溶液混合物中显著解决这些造粒问题。
“多元醇”或“多元醇混合物”包括经过催化氢化工艺或其它相关工艺的传统玉米糖浆。多元醇可以包括单糖、二糖、长链聚合物多元醇(其也称为聚多羟糖醇糖浆(polyglycitol syrup))或HSH或它们的组合的混合物。单糖可以包括甘露糖醇、卫矛醇、艾杜糖醇或山梨糖醇。二糖可以包括异麦芽酮糖醇(isomalt)、乳糖醇、聚多羟糖醇或麦芽糖醇。对于具有20℃下溶解度大于10g/100的配制物，多元醇应在粘结剂溶液中按主粘结剂溶液固体重量的5%-75%或10%-20%或6%-20%的比率配制。多元醇组合物应含有小于或等于15%，或可以含有小于或等于10%的单糖，小于或等于20%、优选小于或等于15%的二糖、以及大于50%、优选大于65%的HSH。在本发明的一个实施方案中，多元醇含有至少15%的单糖、20%的二糖和65%的HSH。在另一个实施方案中，所述多元醇可以包含15%山梨糖醇、20%麦芽糖醇和65%的HSH。
木质素或木质素磺酸盐与多元醇的比率可以调整为适应宽范围粒子附聚的溶解度。一般来讲，具有较高溶解度(即，具有较大的形成颗粒的趋势)的粒子在造粒过程中需要较少的多元醇。然而，具有较低溶解度(即，具有较低的形成颗粒的趋势)的粒子需要使用较高含量的多元醇来保持有效造粒。因此，在一个实施方案中，20℃下溶解度小于约0.3g/100ml水的粒子可以具有约1.5:1-约4:1范围的木质素衍生材料与多元醇混合物的比率。在另一个实施方案中，20℃下溶解度大于约10g/100ml水的粒子可以具有约5:1-约16:1范围的比率。
下表1显示对于给定配制物溶解度所需的多元醇的相对比率。
表1
在一个实施方案中，木质素磺酸盐与多元醇的比率为至少1.5:1。在另一个实施方案中，木质素磺酸盐与多元醇的比率在约1.5-10:1的范围。在另一个实施方案中，木质素磺酸盐与多元醇的比率可以包括2:1、3:1、4:1、5:1、10:1或16:1。
由于包含特定比率的木质素和多元醇的粘结配制物，附聚粒子具有基本上球形且保持显著的抗压碎性的物理特性。这些物理特性是附聚粒子的方法结合施加至粒径为小且微小的粒子的特定比率的木质素和多元醇的直接结果。该方法使得尺寸偏小的小粒子以2-3倍于新加入粒子速率的速率被再循环入造粒设备中。该再循环方法通过使尺寸偏小粒子逐渐累积粒径而不牺牲颗粒性质来辅助该造粒过程。优选的粘结剂配方、应用技术和工序，例如循环速率比率的组合赋予本发明颗粒上述理想性质。
附聚方法中所用的初始粒径可变化。在一个实施方案中，微小或粉末尺寸的粒子为初始材料。这些粒子可以在约20-40粒度指数(Size GuideNumber;“SGN”)的尺寸范围。在另一个实施方案中，如果需要更平滑的粒子表面，SGN可以为约4-10SGN。已附聚为颗粒的粒子可能具有大于至少85%、更优选为87%、88%、89%、90%、91%或93%的球形度百分比。纵横比大于0.78，更优选为0.8、0.83、0.87。该附聚粒子还将具有能够超过约2.0磅.力的抗压碎性。
因为本发明产生的颗粒具有较大的球形度、硬度和纵横比，所产生的颗粒对于聚合物或树脂涂布物更有效。这使得可制备控释一致的水溶性颗粒。
这些性质使得本发明制备的颗粒可用作用于包封的基材。包封颗粒的涂布物可以为硫基涂布物、溶剂基聚合物涂布物或水基胶乳涂布物。在一个实施方案中，中间涂布物为水基胶乳涂布物。胶乳涂布物可以选自聚合的不溶性胶乳材料，其中所述材料包含聚偏二氯乙烯或烯键式不饱和共聚单体，例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈和丙烯酸甲酯及它们的混合物的共聚物共混物。胶乳层能够基于聚合涂布物的重量和厚度来控制内芯释放的速率。该颗粒还可以用熔化的亚甲脲树脂、熔化的硫、熔化的蜡、聚氨酯树脂、醇酸树脂以及其它聚合物体系包封。本发明中可用的溶剂基聚合物描述于例如美国专利No.4,019,890和3,223,518，将其援引加入本文。美国专利No.4,549,897和5,186,732提供在缺乏溶剂的情况下涂布的各种水基聚合物的实例，并且提供安全和高性价比的替代物，将两者援引加入本文。
本发明的粒子、微粒(particulate)或微粒物可以包括理想地附聚为丸料、饼、小球、类球体片、锭剂或薄片的任何材料。粒子一般是指活性剂与其它组分粘结在一起形成颗粒状组合物。这些粒子可以包括农学活性物质，例如化肥、杀虫剂、土壤调理剂或试剂、种子、稻壳、杀螨剂、杀鸟剂、杀菌剂(bactericide)、杀生物剂、杀菌剂(germicide)、杀鼠剂、杀狐剂、营养物质、杀虫剂、除草剂、杀真菌剂、生长调节剂、杀昆虫剂、驱动物和昆虫剂、抗生素、脱叶剂、pH调节剂、土壤调理剂、杀螺剂及它们的混合物或组合。另外，粒子、微粒或微粒物可以指药学组合物，例如药物、维生素或其它补充剂中所用的材料。此外，粒子、微粒或微粒物可以是指食品，例如但不限于颗粒状的谷物、糖果、香料、坚果和肉类的生产中所用的材料。术语粒子、微粒或微粒物将一般不包括颗粒状组合物的其它组分，例如木质素衍生材料和多元醇混合物。
在另一个实施方案中，粒子可以包括化肥、营养物质、杀虫剂、除草剂、杀真菌剂、生长调节剂、杀昆虫剂、驱动物和昆虫剂、抗生素或它们的组合。在另一个实施方案中，农学产品为化肥。在一个特定的实施方案中，与本发明的新型粘结剂组合的尿素粒子具有独特的抗结块效果。粘结剂体系的多元醇组分通过降低化肥中形成的结晶的纵横比提供抑制含尿素的化肥中的结块或团聚的意外有益效果，使得所述含量有效地消除经处理化肥中的结块。该有益效果的细节概述于美国专利7,776,125，将其援引加入本文。
在本发明的另一个实施方案中，所述粒子还可以包括各种种子，例如草类、蔬菜、花卉或谷物。附聚产品还可以设想为“多合一”的种子产品，其包含化肥、土壤调理剂、微量营养素、种子、珍珠岩(或在其物理组成中具有类似开孔式空间的材料，例如合成性膨胀材料、椰壳纤维和硅藻土)和任选存在的松散密度材料(如石灰岩、碳酸钙、硫酸钙、白云石、大理石、花岗石粉或它们的组合物)，并且其可以随后通过保护性涂布物包封。这种多合一种子产品仅需要增添水和足够的日光来引发生长。
因此，在一个实施方案中，所述多合一种子产品为一种颗粒状产品，其包含：(i)粒子，其由活种子、土壤调理剂、化肥、微量营养素、土壤水分增强剂、增氧剂、生长增强剂、激素和杀真菌剂及它们的混合物构成；和(ii)粘结剂，其包含比率足以将粒子附聚为球形且抗压碎的颗粒状产品的木质素和多元醇混合物。粘结剂中木质素和多元醇的比率将由各种粒子的溶解度决定。在一个实施方案中，当20℃下溶解度小于约0.3g/100ml水时，粘结剂中木质素和多元醇的比率为约1.5:1-约4:1。出人意料地是，当与使用稻壳的其它多合一草籽产品相比时，化肥、微量营养素、草籽、珍珠岩(或在其物理组成中具有类似开孔式空间的材料，例如合成性膨胀材料、椰壳纤维和硅藻土)的聚集或附聚成的多合一颗粒状产品产生大于预期的效果。在另一个实施方案中，向多合一颗粒添加松散密度材料提供出人意料地更大的颗粒硬度、球形度和发芽速率。以约1:1-4:1范围的珍珠岩与重质松散密度材料的体积比添加松散密度材料。在一个实施方案中，该比率是珍珠岩与松散密度材料为3:1。
当用于在较大面积上分配材料的旋转撒布机或其它撒播装置中时，“松散密度材料”的添加提供具有改进硬度和铺展性的最终颗粒。通过提供可能在其上发生附聚过程的助剂(aide)或基材，该松散密度材料还改进造粒产品的总体效率。通过利用其重量，通过帮助将种子和粘结剂滚卷成颗粒，松散密度材料使得附聚速率更快，从而增强球形的形成。当按适当粒径分布以5-20重量%的比率添加时，实现提高附聚效率、硬度和球形度的能力。
松散密度材料可以为约55-约75磅/立方英尺(Lbs/cu Ft)(如60-70磅/立方英尺)范围的任何重材料。在一个实施方案中，松散密度材料选自石灰岩、碳酸钙、硫酸钙、白云石、大理石、花岗石粉或它们的任何组合。
附聚速率和配方的总体粘结剂利用效率与重质松散密度材料的粒径分布直接相关。如果松散密度材料的粒径分布过大，需要显著更多的粘结剂溶液来滚卷球形颗粒。这可能增加配方的成本，同时潜在地降低产品性能。因此，在一个实施方案中，粒径分布应该具有至少99%材料重量的粒径小于44微米，30-70%材料重量的粒径小于5微米且大于1微米。使用具有较大粒径分布的材料减缓造粒过程，并且需要使用较大量的粘结剂溶液。同样，过量粘结剂的使用增加生产成本。本发明还考虑一种制造附聚粒子以生成具有增加的抗压碎性和球形度的颗粒的方法。该方法涉及雾化特定比率的木质素与多元醇，使得粘结剂溶液与粒子密切混合。25℃下粘结剂溶液的粘度在10-20cp的范围。雾化提供组分的密切混合与使施用于粒子的粘结剂量最小化的额外益处。通过利用粘结剂，例如木质素磺酸钙，并配制含微量营养素，例如硫酸铁或其它金属硫酸盐(如锌、锰、铜和镁)的化肥，密切混合可使木质素磺酸盐螯合。当粘结剂溶液中所用木质素磺酸盐的重量百分比超出铁或金属总体的重量百分比大约70%时，发生最有效的螯合。如果木质素磺酸盐的重量百分比超出铁或其它金属的重量百分比大约25%，则导致氧化的较低效率的螯合可能开始。由于雾化，粘结剂溶液大约为最终颗粒状产物的总重量的5-6%。
因此，在一个实施方案中，本发明提供一种制造本发明的颗粒状产品组合物的方法，其包括：(i)提供由活性剂构成的粒子；(ii)提供以粒子的溶解度所支配的比率包含木质素或木质素衍生材料和多元醇混合物的粘结剂；(iii)搅拌或混合粒子足够时间以生成均匀共混物；和(iv)通过经历搅拌或混合粒子时间的至少一部分来将雾化形式的粘结剂引入通过喷雾器(anatomized spray)。粘结剂中木质素和多元醇的比率将取决于粒子的溶解度。因此，在一个实施方案中，当粒子的溶解度在20℃下大于约10g/100ml时，粘结剂中木质素与多元醇的比率为约5:1-16:1。在另一个实施方案中，当粒子的溶解度在20℃下小于约0.3g/100ml时，粘结剂中木质素与多元醇的比率为约1.5:1-4:1。
在另一个实施方案中，制造方法可能还包括干燥步骤。干燥所需的时间和温度受制造方法中所用的具体粒子的支配。所用粒子的溶解度也在干燥时间和温度的确定中起作用。在一个实施方案中，20℃下溶解度范围为11-80g/100ml的粒子的干燥时间将从约10分钟-约20分钟变化。在另一个实施方案中，干燥温度还可以受制造方法中所用具体粒子的支配。120°F-约185°F的干燥温度对于在20℃下溶解度范围为11-80g/100ml的粒子会是理想的。20℃下溶解度小于1.0g/100ml的粒子可以具有约5分钟-约10分钟的干燥时间。95℃-约115℃的干燥温度对于20℃下溶解度小于1.0g/100ml的粒子会是理想的。
在颗粒状产品的制造中，各种粒子的混合或搅拌也对高度球形和硬的颗粒状产品的形成起重要作用。为了保持高度球形的粒子，例如但不限于鼓、流化床或盘之类的混合装置必须以一致的速度移动，以使粒子以连续滚动的运动移动。该连续运动使得粒子可在混合装置的粘结剂喷嘴段之前通过，提供粘结剂配制物均匀的涂覆。与维持总体一致的移动相比，颗粒滚动的速度不那么重要。如果材料经过间歇运动，则颗粒的相对球形度将受损。
本发明的另一个实施方案涉及一种对蔬菜施肥的方法，其包括添加通过本发明制造的颗粒。该方法可以包括向植物涂覆基本上球形且抗压碎的化肥组合物，其包括按足以生成至少约70%-95%球形的化肥颗粒的比率附聚营养物质、微量营养素、木质素磺酸盐和多元醇。在一个实施方案中，化肥颗粒为约80%-90%球形或约87%球形。当木质素和多元醇比率为约1.5:1至约16:1时，球形颗粒也能够承受2磅/力。在另一个实施方案中，木质素与多元醇的比率取决于颗粒制造中所用的粒子的溶解度而变化。
本发明的另一个实施方案是一种栽培草类的方法，其包括向草类施加包含附聚粒子的组合物，所述附聚粒子包含草籽、珍珠岩、营养物质和微量营养素，其中所述粒子按足以形成至少87%球形且抗2.0磅/力的粒子比率包含木质素磺酸盐和多元醇。木质素磺酸盐和多元醇为约1.5:1至约16:1的比率，但取决于颗粒制造中所用粒子的溶解度而变化。木质素磺酸盐可以包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸铵、木质素磺酸镁、木质素磺酸铝或它们的组合。多元醇可以包括单糖、二糖和HSH，其可以包含大约15%的单糖、20%的二糖和65%的HSH。
将进一步描述根据本发明的一个或多个实施方案的组合物，并且其优点将参照以下实施例变得清楚，提供这些实例来说明本发明的实施，并且不限制本发明的范围，其如同随附的权利要求书所定义的。
实施例
(A)用于制备附聚粒子的通用方法。
造粒工艺在环境温度下进行，并因此可以用于化肥和杀虫剂组合物，以及生物材料，例如种子。
本发明颗粒初始需要配制物中所有材料的尺寸为具有20-40SGN的近似尺寸的粉末形式。所有粒子组分例如化肥、微量营养素、种子和珍珠岩混合在一起以形成相对均匀的粒子共混物。该共混方法确保混合物彻底混合。粒子共混物随后在环境温度和正常湿度下进料至造粒机设备。
当混合的粉末共混物进入造粒机(通常为水平旋转鼓)时，粘结剂溶液(即木质素磺酸盐和多元醇)在110-130°F的温度范围和10-20cp的溶液粘度下涂覆。粘结剂溶液的粘度可使粘结剂雾化，从而使得可与粉末共混物密切混合。通过使用每GPH的粘结剂溶液可递送10-25SCFH空气的空气辅助喷嘴实现雾化。
当造粒机中的滚动作用产生圆形粒子时，随后将湿颗粒传送至预干燥器，所述预干燥机也可以是旋转鼓。预干燥器移除在造粒机中从粘结剂溶液中加入的约30-50%的水分，并且在环境温度至135°F的温度范围下操作。预干燥器移除足够水分以使颗粒强度增加用于筛分。尺寸偏小的颗粒(即微细物)以2-3倍于新鲜粉末共混物的速率被再循环入造粒机设备。造粒机设备中的水分含量足以使得可有效粘附下一层粘结剂溶液和粉末共混物。
适当粒径的颗粒随后在环境温度至180°F的温度范围下，在流化床干燥器中干燥，直至实现0.5-1.0%的最终水分浓度。(参见图1)。完成的颗粒可以原位加热，并转移到用于树脂涂布的其它机械装置以在希望时添加控释涂布物。
(B)涉及不同比率和粒子量的各种试验
表2-7显示以50磅/小时在连续的基础上加载入造粒机作为粉末混合物的材料比率。各试验随后以先前部分中所述的相同方式完成。
(C)对各种所制备颗粒的比较
该实施例显示从使用本文所述的创新方法制备的材料的所得物理数据。SGN是平均粒径(毫米)乘以100，UI为均匀度指数，B/L为纵横比，SPH为球形度除以100，以及断裂荷载是以磅.力计的抗压碎强度。结果表明目标性质可以全部满足。然而，某些原材料的较大浓度可能降低颗粒硬度以及球形度。
试验编号 SGN UI B/L SPH 断裂荷载
MC09-084-A 353 52.3 0.872 0.933 5.666
MC09-147-A 298.9 43.1 0.829 0.917 3.139
MC09-176-A 192.5 48.8 0.806 0.896 2.042
MC09-196-A 238 52.1 0.784 0.871 2.313
MC09-168-A 162.8 48.1 0.771 0.865 0.576
MC09-155-A 216.9 42.9 0.765 0.846 0.401
下表显示配方中包含的优选粒径范围中的重质松散密度材料(例如碳酸钙)，其与不含重质松散密度材料的类似配方相比。结果表明合格产率(on-size yield)(其指示附聚效率)随着粒子球形度和颗粒抗压强度的增大而增大。
(D)与参比颗粒相比的颗粒的控释
在该实施例中，使用本文所述方法制备的材料由用于控释的聚合物树脂涂布，并将它们的营养物质释放曲线与使用市售基材的类似涂布物比较。注释为“本发明”的样品为使用本文所述方法制备的基材。(参见图2)。注释为“参比”的样品是对比性市售化肥基材。
该实施例中显示两种聚合物树脂体系(即醇酸树脂或聚氨酯树脂)。使用醇酸树脂涂布物制备注释为“树脂涂布物”的样品。使用聚氨酯树脂涂布物制备注释为“聚合物涂布物”的样品。通过将经涂布材料放入容器(在室温下水或沙中)，并测量在特定时间间隔释放的氮量来进行测试。结果显示“本发明”样品可以用于制造与“参比”粘结体系类似性能的控释涂布物。
(E)微量营养素的原位氧化。
该实施例显示使用本文所述方法制备的含FeSO4化肥的不污染效应。的硫酸亚铁(FeSO4)(称为MicroMax的产品，含有微量元素硫酸盐(如铁、锰、锌和铜))和全化肥颗粒“Kemira17-10-13”(其还含有螯合EDTA铁)的小样品被放置于混凝土块上并被灌溉。将这些样品与使用本文所述创新方法制备的称为“MC09-084-A”的试验产品比较。MC09-084-A与硫酸铁(FeSO4)一起配制并且按相同方式灌溉。结果表明该样品不使螯合铁氧化，并且不污染混凝土块。样品MC09-084-A和Kemira17-10-13不污染混凝土。
(F)松散密度材料的添加
为确定颗粒是否可能在硬度、球形度和/或附聚方面有所改进，将松散密度材料加入该造粒过程。
图6、图7和图8显示重质松散密度材料的粒径分布。X-轴表示各样品中测量的ASTM目径，而Y-轴表示在各ASTM目径分数中发现的重量%。各定测粒径重复测试4次，如在各尺寸分数中的四个‘条’显示。
图6和图7提供在99%材料小于44微米且30-70%还小于5微米的优选尺寸范围中的重质松散密度材料的示例性粒径分布。图8提供仅40重量%粒子的尺寸小于44微米且约9%小于5微米的粒径分布的重质松散密度材料。与使用重质松散密度材料的优选粒径相比，该粒子导致造粒过程需要两倍的粘结剂量。
下表显示5微米重量%对于粘结剂溶液利用的效果。该表显示当重质松散密度材料的粒径分布类似于图8中所显示的时，粘结剂需求增加几乎2倍。
(G)使用新型粘结体系的多合一种子。
如本发明所考虑的，包含种子、化肥、土壤调理剂、微量营养素、生长增强剂、激素类、杀真菌剂和珍珠岩的单个颗粒可以用于形成包括一切的种子粒子或多合一的种子粒子。
为测试新型粘结体系增强种子生长的能力，使用包含本发明的新型粘结体系的多合一体系。该多合一体系测试新型粘结剂在稻壳或珍珠岩中使草生长的效果。除珍珠岩或稻壳之外，多合一种子体系中的其它组分保持相同。
出人意料地是，当与包含粘结体系和稻壳的多合一种子相比时，包含新型粘结体系和珍珠岩的多合一种子显示出发芽性提高(参见图4和5)。珍珠岩和新型粘结剂的组合可使足够得空气流透过以使草籽发芽。稻壳和新型粘结剂的组合不能使足够空气透过至种子，并且不能实现发芽。图4和5描绘当尝试在受控温室或生长室评估方法中使颗粒状种子粒子发芽时的该差别。
(H)具有松散密度材料的多合一种子
多合一种子中所用的珍珠岩为较轻材料，通常具有5-10ls./立方英尺的堆密度。其为可使空气透过至所述种子的多孔且开放结构。然而，该结构也帮助材料实现在其自重的约200-约300%范围的相对高的液体保持容量。保持高水平液体的能力帮助粒子在它们生长并变得定植时为新幼苗提供更多水。
在造粒过程期间，由于其高液体保持容量，珍珠岩可以吸附大量本文所述的粘结剂溶液，潜在地使得造粒过程缩短。更多粘结剂的添加可以封闭珍珠岩的开孔，因此减小其空气透过率，造成使种子发芽率降低的产品。
为了阻止最终产品中发芽率降低的发生，将松散密度材料如石灰岩、碳酸钙、硫酸钙、白云石、大理石、花岗石粉或它们的组合加入多合一种子的生产中。
向多合一种子的组分，按约1:1-4:1的珍珠岩与重质松散密度材料的体积比添加松散密度材料。通过使用该比率，该配方在颗粒完整性、空气透过至种子和种子附聚或‘滚卷’成颗粒之间实现平衡。实现该平衡，同时还维持有效的种子发芽率。
本文出现的所有文件(如专利、专利申请、非专利文献文件)均全文援引加入本文。

Claims (73)

1.一种颗粒，其包含：(i)包含活性剂的粒子；和(ii)包含木质素磺酸盐和多元醇混合物的粘结剂，其中所述木质素磺酸盐与所述多元醇混合物的比率是1.5:1-16:1；其中所述多元醇混合物包括单糖、二糖、氢化淀粉水解物(HSH)或它们的组合；并且其中活性剂为农学活性剂、药学活性剂或食品。
2.权利要求1的颗粒，其中当在20℃下粒子在水中的溶解度为大于10g/100ml时，所述比率为5:1-16:1，或当在20℃下粒子在水中的溶解度为小于0.3g/100ml时，所述比率为1.5-4:1。
3.权利要求1的颗粒，其中当在20℃下粒子的溶解度大于10g/100ml水时，木质素磺酸盐与多元醇混合物的所述比率为5:1-16:1。
4.权利要求1的颗粒，其中当在20℃下微粒材料的溶解度小于0.3g/100ml水时，木质素磺酸盐与多元醇混合物的所述比率为1.5:1-4:1。
5.权利要求1的颗粒，其中当在20℃下粒子的溶解度大于10g/100ml水时，粘结剂包含比率为5:1-16:1的木质素磺酸盐与多元醇混合物，其前提条件是粘结剂不包含甲醛、石油系化学品、碳酸盐、硫酸盐或硅酸盐增强剂。
6.权利要求1的颗粒，其中当在20℃下微粒材料的溶解度小于0.3g/100ml水时，粘结剂包含比率为1.5:1-4:1的木质素磺酸盐与多元醇混合物，其前提条件是粘结剂不包含甲醛、石油系化学品、碳酸盐、硫酸盐或硅酸盐增强剂。
7.权利要求1的颗粒，其中活性剂包括化肥、微量营养素、杀虫剂、种子、颗粒化食品、药学材料或它们的组合。
8.权利要求1的颗粒，其中木质素磺酸盐为粘结剂重量的5-6％。
9.权利要求1的颗粒，其中木质素磺酸盐为钙、钠、铵、镁、铝的盐或它们的组合。
10.权利要求1的颗粒，其中多元醇混合物为木质素磺酸盐重量的10-20％。
11.权利要求1的颗粒，其中多元醇混合物包含量为至多15％的单糖、量为至多20％的二糖和至少50％的HSH。
12.权利要求11的颗粒，其中单糖为甘露糖醇、卫矛醇、艾杜糖醇、山梨糖醇或它们的组合。
13.权利要求12的颗粒，其中单糖为山梨糖醇。
14.权利要求11的颗粒，其中二糖为异麦芽酮糖醇、乳糖醇、聚糖醇、麦芽糖醇或它们的组合。
15.权利要求14的颗粒，其中二糖为麦芽糖醇。
16.权利要求1的颗粒，其中所述农学活性剂为化肥、除草剂、杀虫剂或它们的组合。
17.权利要求1的颗粒，其中农学活性剂为化肥。
18.权利要求17的颗粒，其中所述化肥包含氮、磷、钾或它们的组合。
19.权利要求7的颗粒，其中所述微量营养素包括钙、镁、硫、硼、铜、铁、氯化物、镁、钼、锌或它们的组合。
20.权利要求19的颗粒，其中微量营养素为铁。
21.权利要求7的颗粒，其中粒子和粘结剂以有效量螯合微量营养素。
22.权利要求21的颗粒，其中微量营养素为铁。
23.权利要求1的颗粒，其中粒子在10-20SGN的尺寸范围。
24.权利要求1的颗粒，其还包含种子、珍珠岩或它们的组合。
25.一种抗压碎的颗粒状的化肥，其包含化肥粒子、微量营养素、木质素磺酸盐和多元醇，其中木质素磺酸盐和多元醇各处于能够生成颗粒群的浓度，其中各颗粒具有至少85％的球形度，具有至少0.78的纵横比，并且具有2磅力的硬度。
26.权利要求25的化肥，其中在20℃下的溶解度为0.3g/100ml水时，木质素磺酸盐和多元醇的比率以重量计为1.5:1-16:1。
27.权利要求25的化肥，其中多元醇混合物包含以重量计15％山梨糖醇、20％麦芽糖醇和65％HSH。
28.权利要求25的化肥，其还包含种子、珍珠岩或它们的组合。
29.权利要求28的化肥，其中种子为草籽。
30.一种粘结配制物，其包含比率足以形成抗压碎且基本上球形的颗粒的木质素磺酸盐、多元醇混合物，以及化肥，
其中化肥包含氮、磷、钾、微量营养素或它们的组合；
其中所述微量营养素包括钙、镁、硫、硼、铜、铁、氯化物、镁、钼、锌或它们的组合；
其中木质素磺酸盐与多元醇混合物的比率以重量计在1.5:1-16:1的范围；
其中颗粒的抗压碎性能够承受至少2磅力；并且
其中颗粒具有至少85％的球形度。
31.权利要求30的配制物，其中所述木质素磺酸盐包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸铵、木质素磺酸镁、木质素磺酸铝、木质素磺酸铬或它们的组合。
32.权利要求30的配制物，其中多元醇混合物包括单糖、二糖、HSH或它们的组合。
33.权利要求30的配制物，其中多元醇混合物为以重量计木质素干重的10-20％。
34.权利要求32的配制物，其中单糖包括甘露糖醇、卫矛醇、艾杜糖醇、山梨糖醇或它们的组合。
35.权利要求32的配制物，其中二糖包括异麦芽酮糖醇、乳糖醇、聚糖醇、麦芽糖醇或它们的组合。
36.权利要求30的配制物，其中多元醇混合物包括山梨糖醇、麦芽糖醇或它们的组合。
37.权利要求30的配制物，其中多元醇混合物包括以重量计15％山梨糖醇、20％麦芽糖醇和至少50％的HSH。
38.一种制作球形且抗压碎的颗粒的方法，其包括按足以生成附聚颗粒的比率掺混以下成分：
a.粒子；
b.木质素磺酸盐；和
c.多元醇混合物；
其中各粒子为至少85％球形，具有0.78的纵横比，并且在2.0磅力下抗压碎；
其中粒子包括化肥、除草剂、杀虫剂、微量营养素、种子、土壤调理剂、惰性载剂、植物生长激素、植物生长调节剂、土壤水分增强剂、种子和润湿剂或它们的组合；并且
其中木质素磺酸盐包括木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸铵、木质素磺酸镁、木质素磺酸铝、木质素磺酸铬或它们的组合；
其中多元醇混合物包括单糖、二糖、HSH或它们的组合；并且
其中木质素磺酸盐和多元醇混合物被预混合成粘结剂溶液。
39.权利要求38的方法，其中木质素磺酸盐和多元醇以重量计以1.5:1-16:1的比率存在。
40.权利要求38的方法，其还包含添加种子，其中种子包括草、蔬菜、花卉、谷物的种子或它们的组合。
41.权利要求38的方法，其还包括添加珍珠岩或在其物理组成中具有类似的开孔式空间的材料。
42.权利要求38的方法，其中通过施用雾化器，将粘结剂溶液与粒子混合。
43.权利要求38的方法，其中通过将尺寸偏小的粒子再循环入造粒方法中，使所述粒子实现0.78的纵横比。
44.一种制备球形且抗压碎的颗粒的方法，其包括以下步骤：
a.掺混微粒材料以形成均匀的共混物，其中微粒材料为除草剂、杀虫剂、微量营养素、种子或它们的组合；
b.在环境温度和湿度下，将(a)的共混物和粘结溶液掺入混合设备中以制备颗粒，其中所述粘结溶液包含木质素磺酸盐和多元醇混合物，所述粘结溶液作为经雾化的溶液掺入；和
c.将颗粒再循环入混合设备中。
45.权利要求44的方法，其中木质素磺酸盐为粘结剂重量的5-6％。
46.权利要求44的方法，其中木质素磺酸盐为钙、钠、铵、镁、铝的盐或它们的组合。
47.权利要求44的方法，其中多元醇混合物为木质素重量的10-20％。
48.权利要求44的方法，其中多元醇混合物包含量为至多15％的单糖、量为至多20％的二糖和量为至少50％的氢化淀粉水解物(HSH)。
49.权利要求44的方法，其中木质素磺酸盐和多元醇混合物的比率以重量计为1.5:1-16:1多元醇。
50.权利要求48的方法，其中单糖为甘露糖醇、卫矛醇、艾杜糖醇、山梨糖醇或它们的组合。
51.权利要求50的方法，其中所述单糖为山梨糖醇。
52.权利要求48的方法，其中二糖为异麦芽酮糖醇、乳糖醇、聚糖醇、麦芽糖醇或它们的组合。
53.权利要求52的方法，其中二糖为麦芽糖醇。
54.权利要求44的方法，其中再循环所述颗粒以实现具有至少85％的球形度、0.78的纵横比和至少2.0磅力的抗压碎性的颗粒。
55.权利要求44的方法，其中粒子处于10-20SGN的尺寸范围。
56.权利要求44的方法，其中当在20℃下微粒材料的溶解度大于10g/100ml水时，木质素磺酸盐与多元醇混合物以重量计的比率为5:1-16:1。
57.权利要求44的方法，其中当在20℃下微粒材料的溶解度小于0.3g/100ml水时，木质素磺酸盐与多元醇混合物以重量计的比率为1.5:1-4:1。
58.权利要求44的方法，其还包括干燥颗粒状产物的步骤，其中所述干燥过程增加颗粒的硬度。
59.权利要求58的方法，其中干燥过程在95℃-185℃下进行。
60.权利要求58的方法，其中干燥时间为5分钟-20分钟。
61.一种颗粒状产品，其包含：(i)由活种子和至少一种土壤调理剂、化肥、微量营养素或它们的组合构成的粒子；(ii)由木质素磺酸盐和多元醇混合物构成的粘结剂，其中所述木质素磺酸盐与多元醇混合物的比率以重量计为1.5:1-4:1。
62.权利要求61的颗粒状产品，其中当在20℃下微粒材料的溶解度小于0.3g/100ml水时，木质素磺酸盐与多元醇混合物的所述比率以重量计为1.5:1-4:1。
63.权利要求1的颗粒，其还包含松散密度材料。
64.权利要求63的颗粒，其中松散密度材料选自石灰岩、碳酸钙、硫酸钙、白云石、大理石、花岗石粉或它们的组合。
65.权利要求25的化肥，其还包含松散密度材料。
66.权利要求65的化肥，其中松散密度材料选自石灰岩、碳酸钙、硫酸钙、白云石、大理石、花岗石粉或它们的组合。
67.权利要求39的方法，其还包括掺混松散密度材料。
68.权利要求67的方法，其中松散密度材料选自石灰岩、碳酸钙、硫酸钙、白云石、大理石、花岗石粉或它们的组合。
69.权利要求44的方法，其还包括掺混松散密度材料。
70.权利要求69的方法，其中松散密度材料选自石灰岩、碳酸钙、硫酸钙、白云石、大理石、花岗石粉或它们的组合。
71.权利要求61的颗粒状产品，其还包含松散密度材料。
72.权利要求71的颗粒状产品，其中松散密度材料选自石灰岩、碳酸钙、硫酸钙、白云石、大理石、花岗石粉或它们的组合。
73.权利要求41的方法，其中珍珠岩或在其物理组成中具有类似的开孔式空间的材料是合成膨胀材料、椰壳纤维和硅藻土或它们的组合。
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