CN105792952B - 用于粉尘控制的组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于预防矿物质补充剂中的粉尘化问题的方法和组合物。所述方法涉及用包含聚合有机酸的组合物处理矿物质补充剂或粉尘释放材料。

Description

用于粉尘控制的组合物

背景技术

本发明一般地涉及可用于抑制粉尘释放(例如，来自矿物质补充剂材料的粉尘释放)的一种或更多种方法、物质组合物和/或设备。

矿物质补充剂如许多硬质晶体材料常常包含细粒，或者易碎并形成细粒，这些细粒可以是释放粉尘的有害物并因此需要粉尘控制。这些粉尘有害物可产生重大的健康、环境和安全问题。

粉尘控制方法在许多处理这样的固体的工业中实施。例如，在生产干颗粒肥料期间，某些机械输送步骤可产生小的肥料颗粒，其可以被杂散空气流运送至不期望的位置。更糟的是，如果粒径足够小，则粉尘可保持悬浮在空气中延长的时间段，使这些问题恶化。因此，开发了多种粉尘控制技术。

此外，矿物质补充剂的特性和最终用途使得这种情况更为复杂。因为矿物质补充剂在开放环境中直接施用于植物生命，并且那些植物进而可被动物或人消耗，所以许多有效的粉尘控制剂还必须是无毒的。因此，重要的是应该考虑添加剂的环境和饮食安全。此外，粉尘控制剂不能以会损害矿物质补充剂对植物的益处的任何方式与矿物质补充剂相互作用，例如不利地改变pH或任何其他化学特性。用于粉尘控制的另一类化学品是沥青质或重质石油基材料；不幸的是，由于其包含芳香族化合物，并且由于另一些纯度问题，包含其的添加剂经常造成健康和环境问题。此外，这些组合物中许多可能在其即将应用之前需要累赘且危险的加热系统。

因此，对用于减少来自矿物质补充剂的粉尘释放的新的改进方法和/或组合物和/或设备存在持续的需求和明确的效用。本部分中描述的技术不旨在构成对本文所提及的任何专利、出版物或其他信息是关于本发明的“现有技术”的承认，除非明确地如此指明。此外，本部分不应解释为意指已进行了检索，或者不存在如37CFR§1.56(a)所限定的其他相关信息。

发明内容

本发明的至少一个实施方案涉及减少从易于释放粉尘的物质中释放粉尘的方法。所述方法包括以下步骤：使所述物质接触包含聚合有机酸的组合物。

所述聚合有机酸可由选自以下的单体构造：羟基脂肪酸，例如，蓖麻油酸、12-羟基硬脂酸、及其任意组合。所述聚合有机酸可以是还包含甘油重复单元的共聚物，所述甘油重复单元为以下之一：单甘油、双甘油、三甘油、及其任意组合。所述聚合有机酸可以是包含第一链和第二链的嵌段共聚物，所述第一链基本上由重复的聚合有机酸重复单元组成，所述第二链基本上由重复的甘油单元组成，所述第一链和所述第二链通过酯键连接。所述第一链的n值可多于2。所述聚合有机酸可以是包含第一链和第二链的嵌段共聚物，所述第一链基本上由重复的蓖麻油酸重复单元组成，所述第二链基本上由重复的甘油单元组成，所述第一链和所述第二链通过酯键连接。该嵌段共聚物可具有n值多于100的第一链。

所述聚合有机酸还可包含烷氧基(如乙氧基或丙氧基)或其重复单元。所述组合物可作为液体、泡沫、分散体或乳剂施用。可易于释放粉尘的物质为以下的集合：矿物质补充剂、开采的材料、合成的干材料、肥料、煤、木屑、农产品、果实、集料、细料、钾碱、磷酸盐、道路粉尘、及其任意组合。在对所述物质进行处理之后，所述物质可能易于释放粉尘，但将无限期持续地(可能基本上永久地)减少释放的粉尘。

具体实施方式

提供以下定义以确定本申请中使用的术语以及特别是权利要求应如何解释。定义的组织仅为了方便，而不旨在将任何定义限制于任何特定的类别。

“矿物质补充剂”意指特征为主要由这样的材料形成的物质组合物：所述材料作为用于动物消耗的动物饲料和/或饮食补充剂和/或营养补充剂的形式起作用，和/或作为用于植物的肥料起作用。肥料主要由无机物质(主要是盐)形成，并且为增加植物吸收的营养物的形式。肥料大幅影响土壤(其物理、化学和生物特性)和植物。在土壤中，肥料经历多种变化，所述变化影响其营养物的溶解度、其渗透率、以及其对植物的可用性。肥料包括直接植物营养物(N、P、K、Mg、B、Cu、Mn)，例如氮肥(硝酸铵、硝酸钠和硝酸钙；硫酸铵；尿素)、供磷肥料(过磷酸盐、磷矿粉、磷酸铵和磷酸钙)、钾肥(氯化钾、30％和40％钾盐、硫酸钾、硝酸钾)、以及微量营养物肥料。间接肥料改善土壤的农业化学特性和生理化学特性并且活化营养物(例如，石灰肥料和石膏)。

“蓖麻油酸”意指为有机酸并且可依照下式(及其任意立体化学异构体)的物质组合物：

“聚蓖麻油酸”意指特征为包含许多蓖麻油酸重复单元的聚合物的物质组合物，所述蓖麻油酸重复单元通过沿着脂肪链的羟基与供质子酸的氧之间的酯键连接，所述重复单元可依照下式(及其任意立体化学异构体)：

其中n是多于1的数的n值。

“聚合有机酸”意指特征为包含酯连接的重复单元的聚合物的物质组合物，其中所述重复单元具有C4至C100的脂肪链，沿着所述脂肪链为至少一个羟基和至少一个羧酸基团的至少一端二者。

“脂肪链”意指重复单元的一部分，特征为呈选自以下的一种或更多种布置的一系列键合碳原子：烷基、直链烷基、支化烷基、芳基、环、苯基、苄基、环状、枝状、及其任意组合。

在上述定义或本申请其他地方所述的说明与通常使用的、字典中的、或通过引用并入本申请的来源中所述的含义(明确的或隐含的)不一致的情况下，本申请以及特别是权利要求的术语应理解为根据本申请中的定义或说明来解释，而不应根据常用定义、字典定义、或通过引用并入的定义来解释。鉴于以上内容，在仅当术语由字典解释时才能理解该术语的情况下，如果术语由Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,第5版,(2005),(Wiley,John&Sons,Inc.出版)定义，则该定义将决定权利要求中如何定义该术语。

在本发明的至少一个实施方案中，将物质组合物添加到矿物质补充剂材料和/或易于释放粉尘的材料中。所述组合物包含聚合有机酸。组合物的施用减小了矿物质补充剂材料释放粉尘的趋势。在至少一个实施方案中，将组合物作为液体施用至材料。在至少一个实施方案中，将组合物作为泡沫施用至材料。在至少一个实施方案中，将组合物作为分散体施用至材料。在至少一个实施方案中，将组合物作为乳剂施用至材料。

矿物质补充剂颗粒产生大量的扬尘。这是由于超细矿物质补充剂颗粒如此轻，以致当接触移动的空气时其可在空中悬浮并传播。矿物质补充剂通常由于易碎的矿物质补充剂物质在加工或处理期间的过度研磨或磨碎而变为超细的。

本发明的有效性相当出人意料，并且鉴于现有技术的教导，本发明显示出意想不到的结果。

在至少一个实施方案中，聚合有机酸包含含有一个或更多个羟基官能团的有机酸的重复单元，所述有机酸选自：蓖麻油酸、12-羟基硬脂酸、及其任意组合。

能够形成如上所限定的聚合脂肪酸的脂肪酸必须在碳链中具有至少一个羟基。合适的带有羟基的脂肪酸的代表性列表可在以下网址上找到并列出：http:// www.lipidmaps.org/data/structure/LMSDSearch.php？Mode＝ProcessClassSearch&LMID ＝LMFA0105&s＝hydroxy fatty acids。(2013年11月8日访问)

在至少一个实施方案中，聚合有机酸还包含甘油重复单元，并因此还可以被认为是一种聚甘油。

在至少一个实施方案中，聚合有机酸还包含烷氧基(如乙氧基或丙氧基)或其重复单元。

不受本发明或权利要求的解释中所提供范围的特定理论或设计的限制，据信是聚合物的特定结构为组合物提供了其作为粉尘控制剂的出人意料的高有效性。聚合有机酸具有大量的中等极性酯键，所述酯键主要嵌在聚合物的非极性脂肪区域中。这使得在聚合有机酸与颗粒物质之间形成独特的面-面相互作用。此外，其具有刚好合适的分子量以诱导形成聚集体，所述聚集体是大块的并因此抵抗空中分散。

聚合有机酸可由油类化学品生产。油类化学品是来源于植物和动物脂肪的化学品。大部分植物油和动物油是脂肪酸混合物的甘油酯。甘油酯是羧酸与甘油的反应产物。通常，油类化学品通过以下步骤形成：提取天然物质如脂肪酸、脂肪酸甲酯(FAME)、脂肪醇、脂肪胺和甘油，以及进行多种化学反应和酶反应如水解和/或酯交换反应。

如在贸易表“Production and Uses of Key Castor Oil Oleochemicals”中所述，油类化学品已作为润滑剂、填隙剂(caulk)、密封剂、漆粘合剂、粘结剂、抗静电剂和清漆在多种工业中使用了相当长的时间。如国际专利申请WO 2006068627中所述，其已作为抗结块剂用于橡胶制造。然而，尚未使其聚合然后用作用于矿物质补充剂的粉尘控制剂。

日本专利公开JP 2011094007公开了含有水可溶胀性颗粒的粉尘控制剂，所述颗粒包含聚(蓖麻油酸)-聚氧乙烯嵌段共聚物。在至少一个实施方案中，聚合有机酸排除了氧乙烯单体的存在。在至少一个实施方案中，聚合有机酸是均聚物并且排除了共聚物和/或杂聚物的存在。

美国专利5,443,846描述了聚(蓖麻油酸)作为粘合剂在延迟释放药物中的用途。然而，这与本发明中的用途相反，因为其不用于延迟释放而是用于无限期地粘合矿物质补充剂。在至少一个实施方案中，聚合有机酸如此投配以不使经处理材料定时释放。

在至少一个实施方案中，聚合有机酸的n值在1与1000(或更大)之间。在至少一个实施方案中，聚合有机酸的分子量在1000(或更小)与1,000,000道尔顿(或更大)之间。

可施用聚合有机酸的易于释放粉尘的材料可包括但不限于：开采的材料、合成的干材料、肥料、煤、木屑、农产品、果实、集料、细料、钾碱、磷酸盐、道路粉尘、及其任意组合。

在至少一个实施方案中，可根据美国专利申请12/356,352和13/826,385中所述的用于粉尘控制的方法和/或与美国专利申请12/356,352和13/826,385中所述的用于粉尘控制的组合物一起使用聚合有机酸。

实施例

参照以下实施例可更好地理解上述内容，示出所述实施例的目的在于举例说明，而不旨在限制本发明的范围

对作为易于释放扬尘的材料磷酸一铵的样品进行了实验室分析。用多种聚合有机酸以及用于比较的其他材料处理磷酸一铵。表1示出了结果。

表1

扬尘水平的降低证明了各种添加剂的效力。与基于重质石油的涂料相比，本文公开的材料提供了等同或更好的粉尘控制性能，同时消除了石油衍生材料的使用。与聚合亚麻籽油树脂相比，聚蓖麻油酸提供了显著改善的扬尘控制。

虽然本发明可以以多种不同的形式来实施，但是本文中仅详细描述了本发明的特定优选实施方案。本公开内容是本发明原理的例证，并且不旨在将本发明限制于所举例说明的特定实施方案。所有的专利、专利申请、科技论文和本文提及的任何其他参考资料都通过引用整体并入本文。此外，本发明涵盖本文所述和/或并入本文的多个实施方案中的一些或所有的任意可能组合。此外，本发明涵盖还特别排除了本文所述和/或并入本文的多个实施方案中任一个或更多个的任意可能组合。

以上公开内容旨在举例说明而非穷举。本说明书向本领域普通技术人员提出了多种变型和替代方案。本文所公开的组合物和方法可包括所列组分或步骤、由所列组分或步骤组成、或者基本上由所列组分或步骤组成。本文使用的术语“包括”意指“包括但不限于”。本文所使用的术语“基本上由……组成”是指组合物或方法包括所公开的组分或步骤，以及不实质影响组合物或方法的新特征和基本特征的任何其他组分或步骤。例如，基本上由所列成分组成的组合物不包含将影响这些组合物性质的另外的成分。本领域技术人员可认识到本文所述的特定实施方案的其他等同方案，所述等同方案旨在涵盖于权利要求中。

本文所公开的所有范围和参数都应理解为涵盖其中包括的任何和所有子范围以及端点之间的每个数字。例如，所述范围“1至10”应认为包括最小值1与最大值10之间(包括最小值1和最大值10)的任何和所有子范围；即，以最小值1或更大开始(例如，1至6.1)并且以最大值10或更小结束(例如，2.3至9.4、3至8、4至7)的所有子范围，最后是包括在该范围中的每个数字1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。

无论是否有明确指示，所有数值在本文中被认为由术语“约”修饰。术语“约”一般是指本领域技术人员认为与所述值等效(即，具有相同作用或结果)的数值范围。在许多情况下，术语“约”可包括四舍五入到最接近的有效数字的数值。重量百分比、按重量计百分比、按重量计％、重量％等是同义词，其指以物质的重量除以组合物的重量并乘以100的物质浓度。除非另外指出，否则百分比和比率按重量计。

除非上下文中另有清楚规定，否则本说明书和所附权利要求书中使用的无数量词的单数形式包括多个指示物。因此，例如，提及包含“化合物”的组合物包括两种或更多种化合物的混合物。除非上下文中另有清楚规定，否则本说明书和所附权利要求书中使用的术语“或”一般以其包括“和/或”的意义使用。本申请中所提供的所有化学结构都考虑到并且包括具体示出结构的每种可能的立体异构体、构象异构体、旋转异构体和手性替代物。

本发明的优选和替代实施方案的描述到此为止。本领域技术人员可认识到本文所述的特定实施方案的其他等同方案，所述等同方案旨在涵盖在本文所附的权利要求中。

Claims (27)

1.一种减少从易于释放粉尘的物质中释放粉尘的方法，所述方法包括以下步骤：

使所述物质接触包含聚合有机酸的组合物，所述聚合有机酸包含烷氧基，

其中所述聚合有机酸为包含甘油重复单元的共聚物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述共聚物由选自羟基脂肪酸的单体构造，所述羟基脂肪酸选自蓖麻油酸、12-羟基硬脂酸、或其任意组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述共聚物包含甘油重复单元，所述甘油重复单元为以下之一：单甘油、双甘油、三甘油、及其任意组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述共聚物为包含第一链和第二链的嵌段共聚物，所述第一链由重复的聚合有机酸重复单元组成，所述第二链由重复的甘油单元组成，所述第一链和所述第二链通过酯键连接。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一链具有多于2个重复单元。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述共聚物为包含第一链和第二链的嵌段共聚物，所述第一链由重复的蓖麻油酸重复单元组成，所述第二链由重复的甘油单元组成，所述第一链和所述第二链通过酯键连接。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一链具有多于100个重复单元。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述烷氧基包括乙氧基或丙氧基。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物作为选自以下的一者或更多者施用：泡沫、分散体和乳剂。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述易于释放粉尘的物质为以下的集合：矿物质补充剂、开采的材料、合成的干材料、木屑、农产品、集料、钾碱、磷酸盐、道路粉尘、或其任意组合。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述易于释放粉尘的物质为肥料的集合。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述易于释放粉尘的物质为煤的集合。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述易于释放粉尘的物质为果实的集合。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述易于释放粉尘的物质为细料的集合。

15.根据权利要求1所述的方法，其中对所述易于释放粉尘的物质进行处理之后，所述易于释放粉尘的物质将无限期持续地减少释放的粉尘。

16.一种减少从易于释放粉尘的物质中释放粉尘的方法，所述方法包括以下步骤：

使所述物质接触包含蓖麻油酸与甘油的共聚物的组合物，其中所述组合物具有比相当的量的石油更好的粉尘控制效果。

17.一种组合物，包含

易于释放粉尘的物质，所述物质包括矿物质补充剂、开采的材料、合成的干材料、木屑、农产品、集料、钾碱、磷酸盐、道路粉尘、或其组合；以及

衍生自有机酸和甘油的共聚物。

18.根据权利要求17所述的组合物，其中所述易于释放粉尘的物质为肥料。

19.根据权利要求17所述的组合物，其中所述易于释放粉尘的物质为煤。

20.根据权利要求17所述的组合物，其中所述易于释放粉尘的物质为果实。

21.根据权利要求17所述的组合物，其中所述易于释放粉尘的物质为细料。

22.根据权利要求17所述的组合物，其中所述有机酸包括选自蓖麻油酸、12-羟基硬脂酸、或其组合的羟基脂肪酸。

23.根据权利要求17所述的组合物，其中所述共聚物包含选自单甘油、双甘油、三甘油、或其任意组合的重复单元。

24.根据权利要求17所述的组合物，其中所述组合物还包含烷氧基或其重复单元。

25.根据权利要求17所述的组合物，其特征在于释放的粉尘与所述易于释放粉尘的物质相比永久减少。

26.根据权利要求25所述的组合物，其中通过包含衍生自有机酸和甘油的所述共聚物所致的减少释放的粉尘的效果比通过包含相当的量的石油所致的减少释放的粉尘的效果更有效。

27.根据权利要求17所述的组合物，其中所述易于释放粉尘的物质与所述共聚物的重量比为约500:1。