ES2270616T3 - Composiciones acuosas que contienen boro capaces de fluir y su preparacion. - Google Patents

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Abstract

Una suspensión acuosa que contiene borato, capaz de fluir, la cual contiene en agua de 8 a 13% en peso de boro como pentaborato de sodio; de 0, 1 a 3% en peso, sobre la base del peso total de la composición, de una arcilla capaz de hincharse y de 0, 05 a 0, 2% en peso, sobre la base del peso total de la composición, de un polisacárido.

Description

Composiciones acuosas que contienen boro capaces de fluir y su preparación.
La invención se refiere a composiciones acuosas que contienen boro, capaces de fluir, especialmente a composiciones acuosas que contienen borato que pueden fluir y que tienen un alto contenido de boro, así como a su
preparación.
Se sabe preparar disoluciones de borato con un alto contenido de boro utilizando disolventes orgánicos. Así, el documento de la patente de Estados Unidos número 4332609 describe un método de fertilizar plantas en el cual se aplica a las mismas el producto de reacción de un compuesto de ácido bórico con una alcanolamina o poliamina alifática, en especial monoetanolamina. Los productos de reacción son solubles en agua y, de este modo, pueden disolverse en agua para su aplicación a los cultivos. La producción de los productos de reacción de la monoetanolamina, por ejemplo, se añade al coste del boro que se va a aplicar a los cultivos.
Utilizando un disolvente orgánico alternativo, el documento de la patente de Estados Unidos número 4572733 describe un denominado concentrado estable al almacenamiento formado preparando una disolución de un primer compuesto de boro en un disolvente de glicol miscible con agua y dispersando luego partículas finas de un segundo compuesto de boro en la disolución. Para usarlo, el concentrado estable al almacenamiento se diluye con agua y se aplica a los cultivos.
Se han propuesto formulaciones de suspensiones acuosas de borato para el tratamiento de la madera. Así, el documento de la patente AU-A-574389 propone el uso de una composición conservante que comprende una suspensión microcristalina coloidal de sales de boro y un agente espesante, el cual sirve para mantener la estabilidad de la suspensión. De forma similar, el documento de la patente EP-A-0289317 describe composiciones conservantes de la madera que comprenden un conservante que contiene boro, el cual puede ser una suspensión microcristalina, por ejemplo de 10 a 30 micras, y un agente espesante tal como el polisacárido goma xantano, en una cantidad preferida de 0,25 a 3,0% en peso. Estas composiciones se obtienen preparando, con calentamiento, una disolución de borato, enfriando rápidamente para obtener cristales y añadiendo el agente espesante para mantener en suspensión los cristales. Tales composiciones son pastosas y consistentes.
El documento de la patente UK 1395502 describe composiciones herbicidas que contienen agentes gelificantes tales como una combinación de goma xantano y una sal de borato. El documento de la patente de EE.UU. número 3326733 describe un explosivo gelificado que contiene agua, un coloide hidrofílico de Xanthamonous, bórax y una sal explosiva monovalente soluble en agua. El documento de la patente japonesa número S61-158907 describe composiciones para un agente eliminador de mohos que contiene un polímero orgánico, tal como una goma xantano, goma guar, goma garrofín, caseína u otros materiales similares, en combinación con un compuesto peroxídico, tal como peróxido de hidrógeno o un compuesto productor de peróxido de hidrógeno tal como perborato sódico monohidratado o perborato sódico tetrahidratado.
El documento de la patente de Estados Unidos número 5658869 describe composiciones de limpieza, en especial detergentes, que pueden contener, como estabilizante opcional, de 0,25 a 10% de pentaborato sódico como un tensoactivo detergente, un poliacrilato como un posible agente dispersante y ácido bórico como otro estabilizante posible preferido.
El documento de la patente EP-A-0550280 se refiere también a composiciones detergentes. La composición detergente descrita puede comprender, entre otros productos, de 0,25 a 5 por ciento en peso de ácido bórico o un compuesto capaz de formar ácido bórico en la composición, que puede ser pentaborato de sodio. La composición puede contener minerales de tipo esmectita, de 0,5 a 2 por ciento en peso, o goma xantano, de 0,05 a 1 por ciento en peso y también, opcionalmente, poliacrilato.
El documento de la patente GB-A-1297743 se dirige a un proceso para la producción de pentaborato de sodio a partir de mineral de borato de calcio y sodio.
Hemos encontrado ahora que se pueden preparar formulaciones acuosas que contienen borato que pueden fluir que tienen un alto contenido de boro, utilizando un sistema antisedimentación que comprende una arcilla capaz de hincharse y un polisacárido.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona una suspensión acuosa que puede fluir que contiene borato la cual contiene, en agua, de 8 a 13% en peso de boro como pentaborato de sodio; de 0,1 a 3% en peso, sobre la base del peso total de la composición, de una arcilla capaz de hincharse y de 0,05 a 0,2% en peso, sobre la base del peso total de la composición, de un polisacárido.
Se ha encontrado, sorprendentemente, que la presencia de las cantidades especificadas de arcilla y polisacárido en una suspensión acuosa tiene un efecto significativo de reducción de la viscosidad en vez de un efecto de espesado. De acuerdo con la invención, pueden obtenerse fácilmente suspensiones acuosas que contienen borato las cuales, por un lado tienen un alto contenido de boro y, por otro, pueden fluir, haciendo de este modo que puedan manejarse fácilmente por los usuarios. En consecuencia, las composiciones según la invención se pueden pulverizar directamente o, alternativamente, se pueden echar para su dilución en agua o en sistemas acuosos, para su aplicación, por ejemplo, sobre los cultivos, o para otras aplicaciones en las que se necesiten suspensiones acuosas de borato soluble.
Las composiciones según la invención pueden fluir y, a la vez, son estables físicamente, es decir, las composiciones tienen:
(a) una viscosidad suficientemente alta a tensiones bajas (a bajas tasas de cizallamiento), por ejemplo, en condiciones de transporte y almacenamiento estables, de tal forma que se evite la sedimentación de partículas o una separación significativa; y
(b) una disminución suficientemente rápida de la viscosidad a una tensión concreta (que depende de la aplicación), por ejemplo, en condiciones de vertido de la composición, bombeo o pulverización, la cual asegura la capacidad de fluir del producto en el momento de su aplicación.
De este modo, las suspensiones según la invención no se separan cuando están almacenadas o cuando se someten a vibraciones poco importantes, por ejemplo, cuando se transportan. En estas condiciones, las suspensiones se someten, típicamente a tasas de cizallamiento por debajo de 1 s^{-1}, por ejemplo valores de 0,001 a 0,1 s^{-1}, en el proceso de almacenamiento. A tasas de cizallamiento mayores, la composición se puede hacer fluir, bombear o rociar por pulverización.
Las composiciones acuosas que contienen borato, que pueden fluir, según la presente invención pueden contener de 8 a 13% en peso de boro como pentaborato de sodio, generalmente de 9,5 a 12,5% en peso de boro como pentaborato de sodio, preferentemente de 10 a 12% en peso de boro como pentaborato de sodio.
Entre las arcillas capaces de hincharse que se pueden usar en las supensiones según la presente invención se incluyen las arcillas del grupo de la montmorillonita, especialmente las arcillas de montmorillonita de sodio y de montmorillonita enriquecida en sodio, algunas de las cuales se conocen comercialmente como bentonita; minerales análogos a la montmorillonita, como la hectorita y sepiolita.
De manera adecuada, la cantidad de arcilla capaz de hincharse empleada en las suspensiones según la presente invención es de 0,5 a 1,5% en peso (por ejemplo, aproximadamente, 1%), sobre la base del peso total de la composición. Generalmente, la composición podría contener entre 1 y 1,5% en peso de arcillas de tipo montmorillonita, tal como minerales de arcilla IGB, comercializados pos IMV Nevada. Cuando se usan otras arcillas, como bentonita de calcio enriquecida con sodio, por ejemplo, Bentonita MB 300S de Fordamin Company Limited, la cantidad necesaria de arcilla puede ser hasta de 3% en peso, preferiblemente aproximadamente 2,5% en peso.
Un polisacárido especialmente preferido para usarlo en las composiciones según la invención es la goma xantano. La cantidad de polisacárido utilizada, por ejemplo de goma xantano, puede ser, por ejemplo, de 0,05 a 0,2%, preferentemente de 0,05 a 0,16%; más preferentemente de 0,08 a 0,15% o de 0,08 a 0,14%, siendo lo más preferible aproximadamente de 0,1% o 0,12%, sobre la base del peso total de la composición.
Opcionalmente, se puede añadir durante la fabricación de la suspensión según la invención, antes del polisacárido, un dispersante, por ejemplo un polímero acrílico, o dispersantes poliméricos solubles en agua, como óxido de polietileno, polivinilacetatos hidrolizados, polivinilpirrolidona, poliacrilamida y alcohol polivinílico. Ello ayuda a la dispersión del polisacárido en agua. La cantidad de dispersante puede ser pequeña. Por ejemplo, se puede usar de 0,05 a 1% en peso de un poliacrilato dispersante, generalmente aproximadamente 0,1%.
Las suspensiones preferidas según la presente invención contienen, sobre la base del peso total de la composición:
de 10 a 12% en peso de boro como pentaborato de sodio;
de 0,5 a 1,5% en peso de IGB;
de 0,05 a 0,16%, por ejemplo hasta 0,15%, en peso de goma xantano;
de 0,00 a 0,5% en peso de dispersante de poliacrilato,
siendo el resto agua.
La cantidad del sistema antisedimentación que se incorpora depende, obviamente, del tamaño y de la concentración de las partículas en suspensión resultantes. Por lo general, la suspensión comprende partículas de tamaño predominantemente menor de 10 micrómetros, por ejemplo, en el intervalo 0,1 a 10 micrómetros, y, más preferentemente, de tamaño inferior a 5 micrómetros (por ejemplo de 0,1 a 5 micrómetros).
No se comprende completamente la naturaleza de la interacción entre el pentaborato de sodio y la arcilla y el polisacárido que conduce a una disminución de la viscosidad. Se observa con notable sorpresa el hecho de que disminuya la viscosidad cuando se añaden ingredientes que normalmente se esperaría que diesen como resultado un efecto espesante.
Las suspensiones según la presente invención se pueden preparar de manera adecuada obteniendo el pentaborato de sodio en suspensión in situ, con agitación, mediante reacción en agua de ácido bórico con un tetraborato de sodio hidratado, preferentemente tetraborato de sodio pentahidratado, siendo añadidos los otros ingredientes (previamente mezclados en agua) antes, durante o después de la reacción.
Según la presente invención, se proporciona un procedimiento para preparar una suspensión que comprende permitir la reacción, en suspensión acuosa, de ácido bórico y un tetraborato de sodio, generalmente en cantidades sustancialmente estequiométricas para pentaborato de sodio, bajo agitación, para obtener pentaborato de sodio en presencia de la arcilla, el polisacárido y cualesquiera otros ingredientes.
Según una realización, se proporciona un procedimiento para preparar una suspensión según la invención, el cual comprende formar una mezcla con la arcilla, el polisacárido y cualesquiera otros ingredientes con agua, añadir ácido bórico y un tetraborato de sodio hidratado en cantidades sustancialmente estequiométricas para obtener pentaborato de sodio y dejarles reaccionar bajo agitación.
El tamaño de las partículas de las materias primas de borato no es crítico. Éstas pueden estar en forma granular, cristalina o finamente divididas. De manera alternativa, se pueden añadir como tortas húmedas o lodos líquidos.
En un aspecto de la invención, el agua puede derivarse de corrientes líquidas de una planta obtenidas a partir de procesos bien conocidos en la técnica de la fabricación de ácido bórico o tetraboratos de sodio, que están saturadas respectivamente de ácido bórico o tetraborato de sodio.
Preferentemente, la arcilla se dispersa en agua, (que contiene opcionalmente un dispersante), según las recomendaciones de los fabricantes (aproximadamente 10 minutos). Luego se añade a la suspensión el polisacárido y se disuelve de acuerdo con las recomendaciones de los fabricantes (aproximadamente 50 minutos). Esto da como resultado la hidratación de la arcilla. Tras este período, se puede calentar opcionalmente la mezcla, por ejemplo hasta aproximadamente 50ºC, por ejemplo de 35 a 40ºC, de manera adecuada a aproximadamente 38ºC. Luego se añaden a la mezcla ácido bórico y tetraborato de sodio y se deja que reaccionen, con agitación, generalmente durante un período comprendido entre aproximadamente media hora y hora y media, preferentemente cuarenta y cinco minutos aproximadamente, es decir, hasta que hayan reaccionado esencialmente todas las partículas gruesas, por ejemplo después de una hora. En ningún momento debería haber disolución completa de los ingredientes de borato y del producto de la reacción del borato de sodio. La mezcla se puede descargar entonces a un recipiente o se puede envasar. Por lo general, la reacción puede continuar dejando el producto en reposo, por ejemplo durante la noche, de tal forma que las partículas grandes vayan desapareciendo en esas condiciones.
La reacción es endotérmica, lo que conduce a una caída inicial de la temperatura. La reacción se puede llevar a cabo a 20ºC; en esas condiciones, la endoterma conduce a un enfriamiento hasta aproximadamente 12ºC, tras 5 a 10 minutos y la exoterma lleva a un aumento de temperatura hasta aproximadamente 20ºC cuando la cristalización se ha completado, esto es, después de aproximadamente 30 minutos. Se prefiere una temperatura de 20ºC para el objetivo de dispersar la arcilla y el polisacárido, es decir, no se necesita calentamiento externo. Sin embargo, puede ser conveniente calentar la dispersión de la arcilla y el polisacárido antes de la adición del ácido bórico y del tetraborato de sodio. Si se permite que la temperatura alcance valores demasiado altos, por ejemplo hasta 80ºC, entonces los tamaños de los cristales pueden ser inaceptablemente grandes. Sin embargo, se pueden usar generalmente con ventaja temperaturas de hasta 50ºC, por ejemplo de 35 a 40ºC, de manera adecuada, aproximadamente 38ºC, sin el efecto adverso sobre el tamaño de las partículas. Los tamaños de partículas de los cristales que constituyen la suspensión están predominantemente en el intervalo de 0,1 a 10 micrómetros. Cuando la reacción se lleva a cabo con calentamiento, generalmente se acortan los tiempos de reacción.
El ácido bórico y el tetraborato de sodio reaccionan dando lugar a la formación de pentaborato de sodio. Los reactivos se usarán normalmente en su proporción estequiométrica Na_{2}O:5B_{2}O_{3}. Cualquier exceso de ácido bórico o de tetraborato de sodio permanecerá sin reaccionar y puede contribuir a hacer más gruesos los cristales de los productos finales. En algunas aplicaciones puede resultar conveniente un exceso de ácido bórico. En este caso, cuando se necesita ácido bórico en forma de partículas finas, la suspensión se puede moler en condiciones húmedas. En una modificación, se puede añadir ácido bórico finamente dividido a la suspensión formada. De manera inesperada, ésto da como resultado un producto que tiene sustancialmente las mismas propiedades de flujo que el producido sin la adición de ácido bórico. Este es el caso, por ejemplo, cuando la cantidad de ácido bórico presente aumenta el contenido global de boro de 10 a 11%.
Las composiciones según la invención se pueden usar como fertilizantes.
Cuando se usa para la aplicación de boro a los cultivos, la composición según la presente invención es compatible con otros fertilizantes de plantas y se puede usar junto con ellos para ser rociada o pulverizada de manera simultánea. Sin embargo, con el bien implantado fertilizante de nitrógeno N39, a fin de asegurar la compatibilidad, la arcilla escogida es adecuadamente IGB y ésta se usa con goma xantano y un dispersante de polímero acrílico que ayuda a la dispersión de los ingredientes de la composición en el N39.
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Puede ser conveniente también, en algunas aplicaciones, incorporar pequeñas cantidades de otros micronutrientes, herbicidas, fungicidas o insecticidas.
De acuerdo con la invención, se proporciona un método de tratamiento de cultivos, por ejemplo como fertilizante, que comprende:
(a)
diluir con agua una suspensión según la invención, opcionalmente en presencia de un agente de tratamiento de cultivos adicional; y
(b)
aplicar la composición diluida a un cultivo o a una zona o lugar en el cual están creciendo cultivos o se pretende que crezcan.
Asimismo, se proporciona un método para tratar cultivos, por ejemplo como fertilizante, que comprende aplicar una suspensión según la invención, opcionalmente en presencia de un agente de tratamiento de cultivos adicional, a un cultivo o a una zona o lugar donde estén creciendo cultivos o se pretende que crezcan.
La invención se ilustra adicionalmente con referencia a los ejemplos siguientes:
Ejemplo 1
Se preparó una suspensión acuosa que contenía boro, capaz de fluir, como sigue:
Se añadió agua (4698 g) a 20ºC a un recipiente de reacción de 5 litros y se removió a 500 rpm. Se añadieron 12 g de del polímero acrílico dispersante Dispex N40 (suministrado por Allied Colloids), seguidos de 123 g de arcilla de montmorillonita IGB (suministrados por IMV Nevada). La agitación continuó durante 10 minutos y luego se añadieron 12 g de goma xantano Kelzan (suministrada por Kelco Industrial Biopolymers); se siguió agitando durante otros 50 minutos más.
La mezcla se trasvasó a un recipiente de reacción de 10 litros y se agitó a 1000 rpm utilizando un disco de agitación con dientes de sierra para asegurar una agitación constante de toda la composición. Se añadieron 4200 g de ácido bórico Optibor TG (suministrado por US Borax Inc) e inmediatamente después se añadieron 3300 g de bórax pentahidratado Neobor (suministrado por US Borax Inc). Se continuó agitando durante 60 minutos más.
El producto resultante era una suspensión capaz de fluir que contenía 10% en peso de boro como pentaborato de sodio, con partículas en suspensión que tenían un tamaño inferior a 10 micrómetros.
Ejemplos 2 a 6
Se siguió el método del ejemplo 1 y los ingredientes se añadieron en las cantidades que se indican en la tabla I que va a continuación.
En todos los casos, se obtuvo una composición estable capaz de fluir.
TABLA I
1
Ejemplo 7
Se dispersaron 247 g de bentonita (2% en peso) en agua (4585 g) a 40ºC, con agitación durante 10 minutos. Se añadieron 12 g (0,1% en peso) de goma xantano Kelzan y se continuó agitando durante 50 minutos más.
A la mezcla obtenida se añadieron ácido bórico (4200 g) y bórax pentahidratado (3300 g). La mezcla resultante se agitó a 850 rpm durante 45 minutos utilizando una hoja de dientes de sierra.
El producto resultante fue una suspensión estable y capaz de fluir que contenía 10% en peso de boro como pentaborato de sodio, con partículas en suspensión que tenían un tamaño inferior a 10 micrómetros.
Ejemplo 8
Se vertió agua (132,5 kg) a 20ºC en un depósito de 200 litros, agitándola a 200 rpm utilizando una cabeza agitadora con dientes de sierra de 10 cm de diámetro. Se añadieron 0,35 kg (0,1% en peso) de dispersante Dispex y a continuación 3,5 kg de arcilla IGB (1% en peso). La agitación continuó durante 10 minutos y luego se añadieron 0,35 kg de goma xantano Kelzan (0,1% en peso) y se siguió agitando durante 50 minutos más.
La mezcla se trasvasó a un depósito de 500 litros con doble camisa provisto de un serpentín de calentamiento y agitado utilizando propelentes de tipo hidrofoil dobles de alta eficacia de 25 cm de diámetro. Se calentó entonces la mezcla a 38º C bombeando vapor de agua a través de la camisa del recipiente. Se añadieron al depósito ácido bórico (119,5 kg) y bórax pentahidratado (94 kg) y se siguió agitando durante 75 minutos a 100 rpm.
El producto resultante fue una suspensión estable y capaz de fluir que contenía 10% en peso de boro como pentaborato de sodio.
Los términos "Dispex", "Kelzan", "Optibor" y "Neobor" son marcas comerciales registradas.

Claims (16)

1. Una suspensión acuosa que contiene borato, capaz de fluir, la cual contiene en agua de 8 a 13% en peso de boro como pentaborato de sodio; de 0,1 a 3% en peso, sobre la base del peso total de la composición, de una arcilla capaz de hincharse y de 0,05 a 0,2% en peso, sobre la base del peso total de la composición, de un polisacárido.
2. Una suspensión según la reivindicación 1, que contiene de 9,5 a 12,5% en peso de boro como pentaborato de sodio.
3. Una suspensión según la reivindicación 1, que contiene de 10 a 12% en peso de boro como pentaborato de sodio.
4. Una suspensión según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que contiene de 0,5 a 1,5% en peso, sobre la base del peso total de la composición, de la arcilla capaz de hincharse.
5. Una suspensión según la reivindicación 4, que contiene aproximadamente 1% en peso, sobre la base del peso total de la composición, de la arcilla capaz de hincharse.
6. Una suspensión según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la arcilla capaz de hincharse es una arcilla de tipo montmorillonita, un mineral análogo a la montmorillonita o sepiolita.
7. Una suspensión según la reivindicación 6, en la que la arcilla capaz de hincharse es una arcilla de tipo montmorillonita enriquecida en sodio, una arcilla montmorillonita de sodio, hectorita o sepiolita.
8. Una suspensión según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, con un tamaño de partículas de 0,1 a 10 micrómetros.
9. Una suspensión según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el polisacárido usado es goma xantano.
10. Una suspensión según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que contiene también un dispersante.
11. Una suspensión según la reivindicación 10, en la que el dispersante es un poliacrilato.
12. Una suspensión según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que contiene también partículas de ácido bórico.
13. Un procedimiento para preparar una suspensión según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende dejar reaccionar, en suspensión acuosa, ácido bórico y un tetraborato de sodio, bajo agitación, para formar pentaborato de sodio, en presencia de la arcilla y de polisacárido.
14. Un procedimiento según la reivindicación 13, en el cual se forma una mezcla de la arcilla y el polisacárido con agua y en el que se añaden ácido bórico y un tetraborato de sodio hidratado en cantidades sustancialmente estequiométricas para formar pentaborato de sodio y se deja que reaccionen bajo agitación.
15. Un método para tratar cultivos que comprende:
(c)
diluir con agua una suspensión de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, opcionalmente en presencia de un agente de tratamiento de cultivos adicional;
(d)
aplicar la composición diluida a un cultivo o a una zona o lugar en el cual están creciendo cultivos o se pretende que crezcan.
16. Un método para tratar cultivos que comprende aplicar una suspensión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, opcionalmente en presencia de un agente de tratamiento de cultivos adicional, a un cultivo o a una zona o lugar en el cual están creciendo cultivos o se pretende que crezcan.
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