CN1193966C - 受控释放的肥料组合物和它们的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种受控释放的肥料颗粒制品，其包含：a)含有至少一种水溶性肥料化合物的颗粒状芯材，该颗粒状芯材含有基本光滑的外表面且至少95%的颗粒基本为球形，和b)涂覆在所述颗粒状芯材上的基本上不溶水的涂层，该涂层由单层均匀的、基本上连续的聚合物膜组成，该聚合物膜涂覆在至少90%的颗粒状芯材上，其中，所述肥料颗粒制品中的肥料化合物累积释放，在该肥料颗粒制品暴露到水分中以后的30天内，有低于所述颗粒状芯材中所述肥料化合物的总重量的10%的肥料化合物释放出来。本发明还提供了一种制备该肥料颗粒制品的方法。
Description
技术领域
本发明涉及受控释放的肥料和更具体地说，涉及在施肥后表现为其养分的释放能够延迟一段时间的肥料以及制备该种肥料的方法。
背景技术
众所周知，经涂覆的(或包胶的)肥料是为植物生长提供受控释放养分的非常有效的来源。所述养分通过肥料的涂层以受控的速率释放而为植物持续地供给养料。因此，这些所说的受控释放肥料(CRF)的一个应用是能够为植物提供必需的养分，并且可替代可溶性肥料的多种用途。经涂覆的肥料的一种广泛使用的类型是涂覆硫的肥料，例如US 4042366，US 4636242和WO 94/29239所公开的。涂覆硫的肥料中的养分的释放是通过硫涂层中的缺陷及通过涂层破裂点扩散而进行的。涂覆硫的肥料的主要优点是它们有较低的成本。
受控释放肥料的第二种类型是使用溶液涂覆聚合物涂层。所涂覆的聚合物材料既可是热固性树脂又可是热塑性塑料。现在正使用的溶液热固性树脂涂覆的肥料的例子已公开在US 3223528，GB 2202523和EP 0184869中，而基于热塑性塑料的例子可以在US 4019890中发现。另一种显示出好的受控释放性能的包胶的肥料是由胶乳涂覆的颗粒状肥料，如US 4549897和US 5186732所公开。溶液和胶乳聚合物涂覆的肥料比硫涂覆产品提供了更重要的优点：能保持释放速率的恒定。除了通过涂层缺陷的释放外，养分释放的大部分是通过聚合物涂层的孔隙而扩散的。
只要聚合物的防渗性能是足够的，受控释放肥料上的聚合物涂层的存在保证了相当均匀且恒定的养分释放。然而，通常这些受控释放的肥料在使用后的最初时间段内显示出较高的养分释放速率，而在随后的时间段内具有降低的养分释放速率。通常地，养分释放的累积曲线可在数学上由光滑二次曲线(凸曲线)来表征。
关于特征为在使用之后养分释放延迟开始的受控释放肥料，有一种类型是已知的。聚烯烃涂覆(POC)的多层受控释放肥料，参见JP09241090，据称通过在涂层中引入化学物质而显示出延迟释放。这类延迟释放的聚烯烃涂覆多层受控释放肥料的主要缺点是，至少需要两种涂层，也就是说，一层赋予其特定的释放模式，而另一种保证延迟。此外，在所述延迟开始涂层中需要特定化学品的存在。
发明内容
本发明的主要目的是提供在使用后仅在特定的时间段后释放养分的受控释放制品。这些制品将被称作延迟的起始制品/中间制品。
本发明的另一个目的是提供制备这些制品的方法。
本发明的一个更具体目的是提供经涂覆的颗粒状制品，它可单独地使用或作为肥料制品中的一个组分，并表现出能够提供给植物所需的养分的释放模式，而且释放不受除温度以外的土壤条件影响。
本发明的上述和其它目的是通过提供表现为养分延迟开始释放的受控释放肥料颗粒制品而达到，该受控释放肥料颗粒制品包含：
a)含有至少一种水溶性肥料化合物的颗粒状芯材，该颗粒状芯材含有基本光滑的外表面且至少95％的颗粒基本为球形，和
b)涂覆在所述颗粒状芯材上的基本上不溶水的涂层，该涂层由单层均匀的、基本上连续的聚合物膜组成，该聚合物膜涂覆在至少90％的颗粒状芯材上，
其中，所述肥料颗粒制品中的肥料化合物累积释放，在该肥料颗粒制品暴露到水分中以后的30天内，有低于所述颗粒状芯材中所述肥料化合物的总重量的10％的肥料化合物释放出来。
本发明制品的特征在于，仅有单层涂覆材料存在，而不含特定的添加剂。所述肥料颗粒制品具有延迟开始释放模式，并在该肥料颗粒制品暴露到水分中的30天之内，其具有低于10％的极低释放。优选地，涂层至少涂覆在所有颗粒的95％上，因此，在暴露到水分中后的30天内肥料化合物的累积释放低于5％。
这些延迟开始释放型肥料制品将可用作特定植物的肥料或作为肥料中标准成分以制得具有特定释放模式的制品。而且，根据本发明，能够使肥料制品得到更有效的使用，例如通过“穴植”技术而使用涂覆受控释放的肥料。
制备本发明制品的方法包含：
a)提供含有至少一种水溶性肥料化合物的颗粒状芯材，该颗粒状芯材含有基本光滑的外表面且至少95％的颗粒基本为球形，和
b)用单层基本上不溶水的涂层材料涂覆在所述颗粒状芯材上以在该颗粒状芯材上形成均匀的、基本上连续的聚合物膜，且该聚合物膜涂覆在至少90％的颗粒状芯材上，
其中所述肥料颗粒制品被制备成，使得在该肥料颗粒制品暴露到水分中以后的30天内，有低于所述颗粒状芯材中所述肥料化合物的总重量的10％的肥料化合物从所述肥料颗粒制品中释放。
优选地，所有颗粒的至少95％被所述聚合物膜涂覆，因此，在暴露到水分中后的30天内肥料化合物的累积释放低于5％。
附图说明
图1a表示出了由标准方法涂覆的17-10-13+痕量元素的释放模式与实施例1中涂覆的17-10-13+痕量元素的释放模式间的比较。
图1b表示出了与图1a相同的比较，且更详细地给出了初始释放的情况。
图2表示出了由标准方法涂覆的17-10-13+痕量元素的初始释放模式与实施例2中涂覆的17-10-13+痕量元素的初始释放模式的比较。
图3表示出了由标准方法涂覆放入17-10-13+痕量元素的初始释放模式与实施例3中涂覆的16-10-20的初始释放模式的比较。
具体实施方式
颗粒状芯材可以包含任何类型的水溶性肥料化合物。公知的化学肥料如硝酸钾、硫酸钾、尿素、硝酸铵、磷酸二氢盐、磷酸铵，或通过复合这些肥料的混合物而得到的肥料均可以使用。在一个优选的实施方案中，所述肥料含有微量养料。
所用的涂层材料可以是基于任何类型的材料，热塑性或热固性的，只要它能够形成均匀、连续的聚合物膜。
在本发明中，热塑性涂覆材料可包括：
—乙烯基树脂例如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯基甲基乙酰胺，
—聚烯烃例如聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯，
—基于苯乙烯的聚合物，
—丙烯酸聚合物，
—聚酯例如聚苯二甲酸亚烷基二醇酯、聚己内酯
—聚氧化烯例如聚氧化乙烯、聚氧化丙烯，和
—纤维素衍生素，例如醋酸纤维素，
—聚酰胺，
—多元胺，
—聚酰亚胺，
—聚砜，
—聚硫化物，
—多糖。
在本发明中热固性涂覆材料可包括：
—聚酯例如醇酸树脂、改性醇酸树脂，
—环氧树脂，
—聚氨酯树脂，
—氨基塑料，
选择性地，所述涂料可以包含非专一性的添加剂(惰性填料)例如滑石粉。该涂层材料可用溶液或分散体的形式涂覆。当用溶液涂覆时，优选使用一种树脂在所有温度下均能溶解在其中的溶剂，因而使用具有较高固含量(大于40wt％)的树脂溶液成为可能。
涂层可通过多种方法涂覆到肥料上。然而，在本发明最优选的实施方案中，涂覆过程既可在涂胶转筒中也可在流化床中进行，例如Würster涂胶转筒。涂覆在肥料颗粒上的涂层厚度优选为5至110μm之间，更优选在25至90μm之间。通常地，这些值对应于所涂覆的涂层材料的量分别为1至20重量pph和4至15重量pph。
本发明所要求的至少90％的涂覆度可以通过使用特定的涂布方法和/或使用特定的芯材而得到。
在本方法的一个优选实施方案中，颗粒状芯材具有规则的形状，更优选基本上为圆形或球形，以能够形成均匀的、基本连续的聚合物膜涂层。优选地，至少95％的芯材颗粒具有基本圆形。基本圆形的颗粒状芯材可以通过在一螺旋分离器中加工颗粒状原材料而得到。这里用作测定颗粒状芯材的圆形度或球形度的测试是基于由Carpenter和Deitz提出的粒子形状分级器(研究论文2238，3.of Res.of the NBS41(37)，1951年9月)，但其经改进可由如下所示用作分离球形和非球形颗粒：
一个由直径为20英寸的转盘组成的设备被安装成与水平方向成90度。该转盘以每分钟4转的速度旋转。颗粒由一个小带式进料器以11.5克/分钟供料到距转盘中心近似1英寸的逆时针侧的边缘上。这个低的供料速率使单个颗粒在转盘上以相互之间具有最小干扰而滚动。球形颗粒成直线滚动并从转盘的底部落到回收盘中。大多数非球形颗粒以短的不规则路径滚动且可停留在转盘上，它们被带动旋转然后通过平行于转盘表面的一股气流吹落到另一个回收盘中。
为进行这个测试，所述颗粒从送料器送到一个带有7mm开孔和带有一个弯曲成近似100°角的短茎的玻璃漏斗中。该漏斗的末端离转盘边缘不超过1/4英寸且在不接触的情况下尽可能地靠近转盘。使用100克样品，且每个样品之后用玻璃清洗器清洗转盘以降低摩擦。称重非球形颗粒，因而测得了球形颗粒的百分率。
当在一个螺旋分离器中加工颗粒状原料时，可以得到具有至少98％的圆形颗粒或基本上完全由圆形颗粒组成的制品。
在本发明方法中的另一个优选实施方案中，涂层材料是由一个聚合物的溶液或分散体涂覆的，且所述聚合物材料在涂覆过程中的涂覆量不断增长。所述聚合物的涂覆量可以各种方式增长。
在一种方法中，所述溶液或分散体的聚合物含量在涂覆过程中增长。例如，当使用醇酸树脂溶液时，该溶液的树脂含量从开始涂覆时的45-55wt％增长至涂覆过程结束时的60-70wt％。在一个优选实施方案中，树脂含量呈线性增长。
在第二种方法中，溶液或分散体的用量在涂覆过程中增长。
下列实施例说明了本发明的实施过程。除另有提及外，所有份数均以重量计。
实施例1
在涂覆处理之前，将包含有约90wt％圆形颗粒的颗粒状氮磷钾肥料在螺旋分离器中加工。该肥料的组成是17％N，10％P2O5和13％K2O。而且颗粒中有痕量元素(Fe，Mn，Zn，Cu，B和MgO)存在。这种肥料在下面称作为17-10-13+痕量元素。在螺旋分离器中，经旨在通过颗粒滚动产生的动量而分离圆形或非圆形颗粒的加工后，包含有圆形颗粒的组分在涂覆实验中使用。在转筒涂胶机中放置约10kg这种制品并加热。在达到80℃的温度后，将基于改性的不饱和油溶性共聚物的醇酸树脂在松节油中形成的溶液泵入肥料中。在涂覆过程中，固体的百分率保持在同一水平上。在涂覆过程中，总计0.81kg固体被涂覆至肥料上，得到7.5pph(以重量计，相对于每百份的份数)的涂覆度。涂覆后，将该肥料冷却至室温。通过将20g该制品放置至一密闭塑料容器中400ml的21℃水中而测试该经涂覆肥料(17-10-13+痕量元素)的释放。在一定时间间隔后，换水并测量该溶液的导电率。使用合适的校准常数可将测得的导电率换算成释放养分的总量。这些校准常数对某一类型的肥料是特定的且需通过实验测定。然而，也可通过使用标准的化学分析方法测得释放的养分的量而对整个释放过程进行测量。
经涂覆的17-10-13+痕量元素并使用上述方法测试的释放模式给在图1a中，在涂覆前未在螺旋分离器中加工并基于氮磷钾肥基质的涂覆制品的释放数据也一同给在图1a中。如图1a中且更具体地如图1b中所示，延迟时间可以通过改变涂覆度而进行变化。当根据相同步骤使用更高涂覆度(10pph)涂覆17-10-13+痕量元素时，可观察到更长的延迟时间。
实施例2
在一涂胶转筒中用醇酸树脂涂覆颗粒状的氮磷钾肥料(17-10-13+痕量元素)。在转筒涂胶机中放置10kg该种制品并加热。在温度达到80℃时，将一基于改性的不饱和油溶性共聚物的醇酸树脂在松节油中形成的溶液泵入到该肥料中。在涂覆处理开始时，使用比涂覆处理结束时更稀的、也就是含有更少固体的溶液。在涂覆处理中，总计0.81kg固体涂覆至肥料中，得到7.5pph(以重量计，相对于每百份的份数)的涂覆度。涂覆后，将该肥料冷却至室温。
养分的释放，经如实施例1中所述的测试，表示在图2中。在一定延迟时间后，该制品开始释放它的内含物。为了比较，给出了经由标准方法涂覆的具有相同涂覆度(7.5pph)的制品。该标准涂覆方法是可与上述步骤相比的，只是在涂覆处理中使用标准固体浓度。在涂覆处理中固体浓度不变的。由图2可显见，标准制品立即开始释放。
实施例3
在一个流体床中，用一个丙烯酸分散体涂覆颗粒状氮磷钾肥料(16-10-20)，以利于得到具有极低水蒸汽渗透率的涂层。将9kg颗粒16-10-20添加至试验级流化床üw rster型转筒中并于70℃预热14分钟。将3200g丙烯酸分散体(干固含量为1250g)以42克/分钟的起始速度从床的底端喷射出来涂覆至所述流化氮磷钾肥颗粒上。涂覆速度逐步增加至63克/分钟(在37分钟)且随后至84克/分钟(在58分钟)。干燥空气的流动速度是8L/min并进入到温度为70℃的床。总的涂覆时间是58分，接下来有另外15分钟在70℃的空气入口温度下的干燥时间和使用环境空气冷却约5分钟，而得到具有12pph的涂覆度的制品。所得制品的释放模式(如图3)是由实施例1所述进行测试。
虽然以具有某种程度的特殊性的优选实施方案对本发明进行了描述。应理解为，本公开内容仅是通过举例的方式作出的。所述制品和它们的制备方法的细节的许多变化，如后附权利要求书所限定的那样，在本发明的精神实质和范围内，将是十分明显的。
Claims (12)
1、一种受控释放的肥料颗粒制品，其包含：
a)含有至少一种水溶性肥料化合物的颗粒状芯材，该颗粒状芯材含有基本光滑的外表面且至少95％的颗粒基本为球形，和
b)涂覆在所述颗粒状芯材上的基本上不溶水的涂层，该涂层由单层均匀的、基本上连续的聚合物膜组成，该聚合物膜涂覆在至少90％的颗粒状芯材上，
其中，所述肥料颗粒制品中的肥料化合物累积释放，在该肥料颗粒制品暴露到水分中以后的30天内，有低于所述颗粒状芯材中所述肥料化合物的总重量的10％的肥料化合物释放出来。
2、根据权利要求1所述的受控释放肥料颗粒制品，其特征在于，在所述肥料颗粒制品暴露到水分中以后的30天内，有低于所述颗粒状芯材中所述肥料化合物的总重量的5％的肥料化合物释放出来，且所述涂层涂覆在至少95％的颗粒状芯材上。
3、根据权利要求1或2所述的受控释放肥料颗粒制品，其特征在于，所述涂层具有5至110μm的厚度。
4、制备一种表现为延迟释放养分的受控释放肥料颗粒制品的方法，其包含：
a)提供含有至少一种水溶性肥料化合物的颗粒状芯材，该颗粒状芯材含有基本光滑的外表面且至少95％的颗粒基本为球形，和
b)用单层基本上不溶水的涂层材料涂覆在所述颗粒状芯材上以在该颗粒状芯材上形成均匀的、基本上连续的聚合物膜，且该聚合物膜涂覆在至少90％的颗粒状芯材上，
其中所述肥料颗粒制品被制备成，使得在该肥料颗粒制品暴露到水分中以后的30天内，有低于该所述粒状芯材中所述肥料化合物的总重量的10％的肥料化合物从所述肥料颗粒制品中释放出来。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述肥料颗粒制品被制备成，使得所述肥料颗粒制品第一次暴露到水分中以后的30天内，有低于所述粒状芯材中所述肥料化合物的总重量的5％的肥料化合物从所述肥料颗粒制品中释放出来，且所述聚合物膜涂覆在至少95％的颗粒状芯材上。
6、根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述涂层具有5至110μm的厚度。
7、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基本为球形的颗粒状芯材是通过在螺旋分离器中加工制得。
8、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，至少98％的所述颗粒基本上为球形。
9、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述涂层材料是通过所述聚合物的溶液或分散体涂覆的，且该聚合物材料的涂覆量在涂覆过程中增长。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述溶液或分散体中的聚合物含量在涂覆过程中增长。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述芯材经醇酸树脂溶液涂覆且该溶液的树脂含量从开始涂覆时的45-55重量％增长至涂覆过程结束时的60-70重量％。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述树脂含量呈线性增长。
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