CZ2010786A3

CZ2010786A3 - Zpusob provádení povrchové úpravy cástic a cástice s povrchovou úpravou

Info

Publication number: CZ2010786A3
Application number: CZ20100786A
Authority: CZ
Inventors: Kühn@Jan; Svoboda@Ladislav
Original assignee: Univerzita Pardubice
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2012-09-26
Also published as: CZ303463B6

Abstract

Rešení se týká zpusobu provádení povrchové úpravy cástic, pri nemž se pripraví roztok derivátu celulózy vybraného ze skupiny zahrnující oxycelulózu, karboxymethylcelulózu, acetát celulózy a ethylcelulózu v rozpouštedle vybraném ze skupiny zahrnující vodu, aceton a ethanol, v pomeru 1 až 30 hmotnostních dílu derivátu celulózy na 70 až 99 hmotnostních dílu rozpouštedla, poprípade s prídavkem hydroxidu sodného, a výsledný roztok se nanese na cástice za soucasného vysoušení cástic proudem vzduchu. Rešení se dále týká cástic obsahujících na povrchu vrstvu derivátu celulózy, s výhodou v množství 1 až 5 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost cástic s povrchovou úpravou.

Description

Způsob provádění povrchové úpravy částic^ částice s povrchovou úpravou _;

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu provádění povrchové úpravy částic deriváty celulózy vybranými ze skupiny zahrnující oxycelulózu, karboxymethylcelulózu, acetát celulózy, průmyslovou ethylcelulózu, a částic s povrchovou úpravou, obsahujících na povrchu derivát celulózy.

Dosavadní stav techniky

Granulovaná pevná hnojivá jsou typem hnojiv, která se v zemědělství běžně používají.

Granulovaná hnojivá lze povrchově upravovat například obalováním, čímž se zpravidla dosáhne pozvolného uvolňování živin z granule hnojivá, a také ochrany granule hnojivá proti rozkladu např. působením půdních bakterií. Další možností je využití samotného obalu jako živiny.

Obalování tedy přispívá k efektivnímu využití celého hnojivářského procesu, snižuje spotřebu hnojiv na jednotku zemědělské plochy a chrání vodní zdroje před znečištěním. Dále může obalování granulí hnojiv přispívat k optimalizaci fyzikálních parametrů používaných hnojiv; k zadržování vláhy, ke snížení spékavosti, prašnosti a zvýšení bodové pevnosti granulí.

Dosud jsou pro obalování granulí hnojiv známé syntetické polymemí materiály: parafíny různých teplot tání (Koramo), PE-vosky typu Luwax a Poligen (BASF) a PE-AC (Allied Signal), vinylacetátové kopolymery typu LE (Leuna), montánní vosky typu Agrocer (Clariant), PVAC-disperze typu Duvilax (Duslo) atd. Tyto materiály se často kombinují i s anorganickými složkami (uhličitany, oxidy, fosfáty, křemeliny, sírany atd.) nebo se užívá také samotné síry. Nevýhodou těchto syntetických polymerních materiálů bývá vyšší cena a fakt, že často zanechávají v půdě obtížně rozložitelná rezidua. Je tedy třeba hledat ekonomicky i ekologicky výhodnější látky, které jsou zároveň plně biodegradabilní.

CN 101200399 popisuje využití směsí akrylátových pryskyřic s ethylcelulózou, inhibitory, plnivy, plastifíkátory atd. pro obalování hnojiv. Tento způsob je silně odlišný od předkládaného vynálezu nejen kvůli množství komponent, ale i způsobům aplikace a nižším stupněm biodegradability. Dalším specifickým použitím je dle literatury (L.Wu, M.Liu: Preparation and characterization of cellulose acetate-coated compound fertilizer with controlled-release and water retention, Polymers for Advanced Technologies, Vol. 19 (2008), pp. 785-792) použití acetátu celulózy v kombinaci s polyakrylamidy jako obalu majícího schopnost zadržovat vodu. Ani pokusy s nitrocelulózou kombinovanou s čínským dřevným olejem dle CN 1465552, cyklickými estery celulózy v kombinaci s jinými polymery (dle JF /2000351686 nebo JP 2000143379), či vícevrstvé obalování (dle KR 20000048742) nepřinášejí kýžený ekonomický a ekologický přínos srovnatelný s předkládaným řešením. U některých autorů jsou deriváty celulózy přidány přímo do roztoku, ze kterého se připravují směsná hnojivá (dle CN 101550032) s ne zcela jasným důvodem a u některých se používají např.ve směsi s ligninsulfátem jako specifická hnojivá pro určitý typ plodiny (dle . V 101445412). Dokumenty GB 1,017,676 a GB 931,148 popisují postup potahování kapalných nebo pevných částic v systému rozpouštědlo-nerozpouštědlo polymerem v kapalné formě, přičemž polymerem může být i ethylcelulóza či acetylcelulóza. Tento postup lze použít pouze pro částice, které nejsou rozpustné v žádné složce systému.

Obalování podle předkládaného vynálezu se týká zejména univerzálních hnoj i v určených pro široké spektrum aplikací, a není tedy omezeno na specifický druh rostliny, složení hnojivá či podnebí.

V ČR se dosud průmyslová hnojivá s povrchovou úpravou vedoucí k pozvolnému uvolňování živin nevyrábějí, v zahraničí takové výrobny již existují, nikoliv však pro povrchově obalené deriváty celulózy používanými v předkládaném vynálezu. Výrobny granulovaných průmyslových hnojiv jsou vybaveny zařízeními, která lze pro výrobu granulovaných hnojiv obalených celulózovými materiály využít, např. zařízení pro finální protispékavou povrchovou úpravu granulí.

Technická řešení vedoucí k nanášení tenkých vrstev na povrch částic různých tvarů a velikostí jsou v průmyslu známa a využívána; je možné využít nástřik v rotačním granulátoru (nebo sušárně), fluidní nanášení, namáčení (s přihlédnutím ke vhodnému rozpouštědlu), naprašování atd. Vhodnou techniku je nutné zvolit podle druhu používaných látek, a také jejich cenovým hladinám.

Podstata vynálezu

Předmětem předloženého vynálezu je způsob obalování částic, jehož podstata spočívá v tom, že se připraví roztok derivátu celulózy vybraného ze skupiny zahrnující oxycelulózu, karboxymethylcelulózu, acetát celulózy a ethylcelulózu v rozpouštědle vybraném ze skupiny zahrnující vodu, aceton a ethanol, popřípadě s přídavkem hydroxidu sodného, v poměru 1 až hmotnostních dílů derivátu celulózy na 70 až 99 hmotnostních dílů rozpouštědla, popřípadě s přídavkem hydroxidu sodného, a výsledný roztok se nanese na částice za současného vysoušení částic proudem vzduchu.

Povrchová úprava se provádí za účelem zpomaleného uvolňování látek z částic, snížení spékavosti částic, zvýšení jejich pevnosti a omezení prašnosti.

Částice mohou být vybrány ze skupiny zahrnující granulovaná hnojivá, chemické výrobky ve formě granulí, pelet či tablet, farmaceutické výrobky ve formě granulí, pelet či tablet.

Nanesení výsledného roztoku na částice lze provést například tak, že granulované hnojivo nacházející se v rotujícím talířovém granulátoru či fluidním zařízení se pomocí trysky a tlakového vzduchu kontinuálně či v dávkách nanese, např. rozprašováním, přesně stanovené množství roztoku derivátu celulózy, jež závisí na požadované hmotnosti vytvářeného obalu. Současně jsou upravované částice intenzívně vysoušeny proudem horkého vzduchu o teplotě cca 300 °C tak, aby nedošlo k rozmáčení a slepování částic. Získaný produkt se může dosušit v sušárně. Vysušený produkt se ponechá zchladnout na okolní teplotu a sítováním se případně oddělí požadovaná velikostní frakce. Nanášení roztoku obalového materiálu za současného odstraňování rozpouštědla z povrchu částic eliminuje pokles pevnosti částic vystavených účinku rozpouštědla, zejména vody.

Předmětem předloženého vynálezu jsou také povrchově upravené částice, obsahující na povrchu vrstvu derivátu celulózy vybraného ze skupiny zahrnující oxycelulózu, a karboxymethylcelulózu, přičemž s výhodou je hmotnostní podíl derivátu celulózy 1 až 5 % hmir, vztaženo na celkovou hmotnost povrchově upravených částic. O balení částic, např. granulovaných hnojiv či tablet, pelet nebo granulí chemických substancí, deriváty celulózy dovoluje dosáhnout zpomaleného uvolňování živin z těchto částic do půdy, snížení spékavosti částic, zvýšení jejich pevnosti a omezení prašnosti, případně zvýšení zádrže vláhy.

V případě granulovaných hnojiv je další výhodou to, že jsou tyto námi použité deriváty celulózy snadno biodegradovateiné v půdě, takže aplikace jimi obalených hnojiv nezatěžuje životní prostředí. Předložený vynález tak přispívá k efektivnímu využití živin obsažených v hnojivech, snižuje jejich spotřebu a chrání vodní zdroje před znečištěním. Doposud jsou

- 4 k přípravě obalovaných hnojiv s pozvolnou účinností používány poměrně drahé syntetické polymerní materiály zanechávající navíc v půdě obtížně rozložitelná rezidua. Hlavními přednostmi navrhovaného technického řešení jsou tak nižší výrobní náklady a biodegradabilita celulózových obalů. Nanášení vodného roztoku obalového materiálu za současného odstraňování vody z povrchu hnojivá eliminuje pokles pevnosti granulí vystavených účinku vody či jiného rozpouštědla. Předchozí řešení založená na syntetických polymerních obalech byla ekonomicky nákladnější a ekologicky rizikovější.

K provádění postupu podle předloženého vynálezu lze využít i méně kvalitní produkty a odpady z výroby celulózy a jejích derivátů. Cena obalování tak může být velmi výrazně snížena ve srovnání s doposud známými materiály pro obalování částic.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Příprava roztoku oxycelulózy pro obalování

Pro 1 kg roztoku potřebujeme: 40 g hydroxidu sodného (Lachema Neratovice), 250 g oxycelulózy Okcel H-L (alkoholová forma, Synthesia a.s., Pardubice), 710 g destilované vody. V kádince se 710 g destilované vody rozpustíme 40 g hydroxidu sodného za použití magnetické míchačky. Po dokonalém rozpuštění louhu za stálého míchání přidáváme po částech oxycelulózu. Rozpouštění urychlíme zahřátím roztoku na cca 40 °C. Celý proces rozpouštění trvá cca 4 hodiny a na konci získáme tmavý žlutohnědý roztok s velmi vysokou viskozitou. Takto vzniklý roztok dolijeme za stálého míchání destilovanou vodou na 1 kg, jelikož se při zahřívání část vody odpařila. Výsledný roztok je silně alkalický, louh sodný je do roztoku přidán kvůli podpoření rozpustnosti oxycelulózy.

Příklad 2

Příprava roztoku karboxymethylcelulózy pro obalování

Pro 1 kg roztoku potřebujeme: 50 g karboxymethylcelulózy Lovosa TS 20 (Lovochemie a.s., Lovosice), 950 g destilované vody.

V kádince s 950 g destilované vody rozpouštíme po částech Lovosu TS 20. Pracujeme za stálého míchání na magnetické míchačce při teplotě vody cca 40 °C z důvodu urychlení rozpouštění. Rozpouštění trvá cca 4 hodiny a na závěr vznikne bezbarvá až slabě opalescenční kapalina s vysokou viskozitou. Takto vzniklý roztok dolijeme za stálého míchání destilovanou vodou na 1 kg, jelikož se při zahřívání část vody odpařila.

Příklad 3

Příprava roztoku acetátu celulózy pro obalování

Pro 1 kg roztoku potřebujeme: 50 g acetátu celulózy středněviskózní (Fluka, Švýcarsko), 950 g acetonu (Lachema a.s., Neratovice). V kádince s 950 g acetonu rozpouštíme po částech acetát celulózy středněviskózní za intenzivního míchání magnetickou míchačkou, vše za normální teploty. Dokonalého rozpuštění dosáhneme za cca 5 hodin. Poté dolijeme odpařený aceton na 1 kg roztoku a takto připravený vysoce viskózní bezbarvý roztok uchováváme v dobře uzavřené nádobě, aby aceton netěkal.

Příklad 4

Příprava roztoku ethylcelulózy pro obalování

Pro 1 kg roztoku potřebujeme: 260 g ethylcelulózy Aqualonu N200 (Hercules, USA), 740 g ethanolu denature váného benzínem (Lachema a.s., Neratovice). V kádince se 740 g ethanolu den. benzínem rozpouštíme po částech Aquaion N200 za stálého míchání na magnetické míchačce při teplotě cca 40 °C. Při zahřívání ethanolu dbáme na bezpečnost a prevenci vzniku požáru. Roztok je dokonale rozpuštěn cca po 3 hodinách. Poté dolijeme odpařený ethanol na 1 kg roztoku a takto připravený vysoce viskózní slabě nažloutlý roztok uchováváme v dobře uzavřené nádobě, aby ethanol netěkal.

Příklad 5

Nanášení roztoku derivátu celulózy na granulované hnojivo

Do rotačního talířového granulátoru se nasype 200 g granulí hnojivá typu NPK 15-15-15 a během rotace v bubnu granulátoru se na jejich povrch nanáší rozstřikem, pomocí tlakového vzduchu, celý objem roztoku (tj. 7,7 až 200 g) příslušného derivátu celulózy v cca 10% dávkách. Roztok je nutné nanášet tak pomalu, aby se uvnitř bubnu netvořily aglomeráty slepených granulí, což kontrolujeme vizuálně. Po nanesení každé dávky se, za stálé rotace, granule suší proudem horkého vzduchu o teplotě cca 300 °C směrovaného do protipohybu pádu granulí uvnitř bubnu až do dokonalého zaschnutí roztoku na povrchu jednotlivých granulí. V případě použití hořlavých roztoků je nutné dbát na bezpečnost při sušení. Tento postup se desetkrát opakuje až do nanesení celého objemu obalového roztoku. Za stálé rotace bubnu se v něm takto povrchově upravené granule nechají vychladnout tak, aby se s nimi dalo pohodlně manipulovat.

Příklad 6

U připravených vzorků trisložkového granulovaného hnojivá typu NPK obaleného celulózovými deriváty byly provedeny zkoušky bodové pevnosti granulí, spékavosti a rychlosti rozpouštění ve vodném prostředí.

Použitá obalovací látka v roztoku:	Hmotnost sušiny obalu na 200 g hnojivá:	Pevnost v tlaku (arit. průměr):	Pevnost v tlaku po spečení (aritpr&měr):	Zpomalení rozpouštění (pro rozpuštění 50 % hnojivá aritprůměr):	Zpomalení rozpouštění po spečení (pro rozpuštění 50 % hnojivá arit.průměr):
Jednotka^	s	N	N	násobek	násobek
-	0	52,42	32,80	1	1
Okcel H-L a.	4	118,22	60,57	3,2	2,9
Lovosa TS20	2	14,41	102,63	5,6	5,7
Acetát celulózy	8	94,91	0	22,3	22,3
Aquaion N200	4	80,34 \|	14,73	4,9	4,9

Obaly vytvořené z těchto derivátů celulózy se svými vlastnostmi navzájem liší. V porovnání s neupraveným hnojivém všechny obalené produkty (podíl obalu na hmotnosti hnojivá se . . _;X. _z pohyboval v rozmezí 1% - 4 % hnu) vykazují několikanásobně zpomalené uvolňování živin do vodného roztoku, obaly vytvořené z derivátů rozpouštěných v nevodných rozpouštědlech až dvojnásobně zvyšují pevnost granulí a výrazně snižují jejich spékavost, v případě acetátu . 7 až na nulovou hodnotu. Obecně lze říci, že obaly z použitých derivátů celulóz nerozpustných ve vodném prostředí vykazují lepší výsledky, nežli z použitých derivátů vodorozpustných.

Průmyslová využitelnost

Vynález je určen především pro použití při výrobě speciálních hnojiv pro malopěstitelský sektor. Potenciálně však může nalézt uplatnění i v dalších oblastech, kde se povrchové úpravy chemických a farmaceutických výrobků za účelem snížení rychlosti jejich rozpouštění provádějí.

Vynález se používá k povrchové úpravě granulovaných hnojiv některým z již vypracovaných a zavedených postupů vedoucích k nanášení tenké vrstvy kapalného materiálu na povrch částic hnojivá či jiného materiálu. Obvykle jím bývá rozprašování roztoku spojené se sušením. Vynález lze využít v případech, kdy je záměrem zpomalit rychlost rozpouštění upravovaných granulí, omezit jejich spékavost a prašnost, či zvýšit bodovou pevnost.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob obalování částic, vyznačený tím, že se připraví roztok derivátu celulózy vybraného ze skupiny zahrnující oxycelulózu, karboxymethylcelulózu, acetát celulózy a ethylcelulózu v rozpouštědle vybraném ze skupiny zahrnující vodu, aceton a ethanol, v poměru 1 až 30 hmotnostních dílů derivátu celulózy na 70 až 99 hmotnostních dílů rozpouštědla, popřípadě s přídavkem hydroxidu sodného, a výsledný roztok se nanese na částice za současného vysoušení částic proudem vzduchu.
2. Způsob podle nároku 1, kde částice jsou vybrány ze skupiny zahrnující granulovaná hnojivá, chemické výrobky ve formě granulí, pelet Či tablet, farmaceutické výrobky ve formě granulí, pelet či tablet.
3. Částice s povrchovou úpravou, vyznačené tím, že obsahují na povrchu vrstvu derivátu celulózy vybraného ze skupiny zahrnující oxycelulózu a karboxymethylcelulózu, přičemž s výhodou je hmotnostní podíl derivátu celulózy 1 až 5 % hm^’wtazeno na celkovou hmotnost povrchově upravených částic.
4. Částice s povrchovou úpravou podle nároku 3, kde částice jsou vybrány ze skupiny zahrnující granulovaná hnojivá, chemické výrobky ve formě granulí, pelet či tablet, farmaceutické výrobky ve formě granulí, pelet či tablet.