FI114703B - Menetelmä kalvopäällysteisten lannoiterakeiden valmistamiseksi - Google Patents

Description

114703

Menetelmä kalvopäällysteisten 1 annoiterakeIden valmistamiseksi

Keksintö koskee menetelmää tarpeenmukaiseen kasvi-5 ravinteiden antoon tarkoitettujen kalvopäällysteisten lan-noiterakeiden valmistamiseksi.

Nykyaikaisessa ympäristön huomioon ottavassa ja tarpeenmukaisessa kasviravinteiden annossa turvaudutaan lisääntyvässä määrin pitkävaikutteisiin lannoitteisiin, 10 joille on tunnusmerkillistä ravinteiden kemiallinen muuntaminen tai liukenevien lannoiterakeiden päällystäminen.

Päällystettyjä pitkävaikutteisia lannoitteita kuvataan lukuisissa patenteissa. Niinpä päällysteinä on tuotu esiin muiden muassa ureaformaldehydihatrsit, PE, PP, alky-15 dihartsit, epoksidihartsit ja viime aikoina polyuretaani-hartsit (esimerkiksi julkaisut DE 3 544 451, US 3 264 088, GB 1 011 463, EP 0 276 179, DE 2 834 513, US 3 223 518 ja NL PS 129 279). Mainituilla järjestelmillä on onnistuttu suuremmassa tai pienemmässä määrin muuntamaan ravinteiden 20 vapautumista ajallisesti, niin että voidaan toteuttaa ly-hyemmille tai pidemmille viljelyajoille tarkoitettuja va-pautumisaikoja.

Tunnettujen menetelmien yhteydessä on epäkohtana, että tarpeenmukaiseen kasviravinteiden antoon liittyviä 25 parametreja, kuten esimerkiksi yksittäisen rakeen päällys-' ··' teen homogeenisuutta, fysikaalista kuormitettavuutta ja -· roudankestävyyttä, ei ole tähän mennessä pystytty ratkai- v · semaan tai ne on ratkaistu vain osittain. Tähän mennessä ei ole ennen kaikkea onnistuttu ohjaamaan yksittäisen ra-:· 30 vinteen vapautumista erityisistä suolaseoksista sillä ta- : , valla, että esimerkiksi kalium vapautuisi voimakkaammin hidastetusti kuin typpi.

Tämän keksinnön päämääränä on voittaa tunnetut ‘ ’ haittapuolet. Nyt on löydetty taloudellinen teollinen val- : 35 mistusprosessi, joka antaa yksittäisen rakeen päällysteen 2 114703 homogeenisuuden ollessa riittävän hyvä mahdollisuuden valmistaa fysikaalisesti kuormitettavissa olevia, roudankes-täviä rakeita, joista ravinteet vapautuvat tarkoituksenmukaisesti hidastetusti Fickin diffuusiolakien hengen mukai-5 sesti.

Yksi olennainen edellytys suuren mekaanisen kuormi-tettavuuden saavuttamiselle on kuormitettavuudeltaan korkean päällysmateriaalin valinta, jonka mekaaniset ominaisuudet tulevat täysin hyödynnetyiksi lannoiterakeille le-10 vitettynä.

Keksinnön mukaiseen päällykseen on osoittautunut sopivaksi liuotteeton, huoneenlämpötilassa työstettävissä oleva kaksikomponenttinen polyuretaanihartsijärjestelmä, joka on kovetettavissa sangen lyhyessä ajassa amiinikata-15 lyysin kautta (katso DE 3 544 451).

Keksinnön mukainen päällystysmenetelmä toteutetaan rummussa, joka on varustettu erityisrakenneosilla. Erityisesti muotoillut sekoitussiivet takaavat toisaalta sekoituksen homogeenisuuden ja toisaalta raekerrokseen johde-20 taan ilmakanavia, jotta sitä pystytään ilmastamaan tehokkaasti. Reaktio tapahtuu suljetussa järjestelmässä.

. Tässä päällystysmenetelmässä käytettävien rakeiden tulee olla pitkälti pyöreitä, vähän pölyäviä ja kulutuk-senkestäviä, ja niiden sisältämien ravinteiden tulee olla 25 pitkälti vesiliukoisia. Rakeiden kapea kokojakautuma on • t tarkoituksenmukainen; raetuotteen pienimpien ja suur imien ·;; rakeiden välinen kerroin 3 on riittävä.

» t '·' 1 Julkaisussa DE 3 544 451 kuvataan päällystysmene- telmää, jossa rakeiden päällysteen suunnitellun osuuden 30 ollessa 15 paino-% lopputuotteesta laskettuna levitetään : : kolmesti polyisosyanaatista ja polyolista koostuvaa pääl- ,-j lystemassaa 5 %:n annoksina tehden samalla jatkuva kata- lyyttikaasukäsittely typellä, joka on kyllästetty lämpöti-

* I

lassa 20 °C amiinilla. Tällaisen päällystyksen tulos joh- 3 114703 taa alkuvapautumiseen, joka on korkeintaan 18 % 24 tunnin kuluttua (esimerkki 1).

Elektrolyyttien vapautuminen vesiliuoksessa olevista muovilla päällystetyistä lannoitteista määritetään mit-5 taamalla johtavuus.

Tämän tekemiseksi lisätään 10,0 g tutkittavaa näytettä 800 ml:aan vettä, jonka johtavuus on alle 0,5 pS/cm. Vettä sekoitetaan lämpötilassa 25 °C t vuorokautta vakio-kierrostaajuudella 300 min'1. Liuoksen suolapitoisuuden 10 muutos t vuorokauden kuluttua määritetään konduktometri-sesti. Kalibrointikäyrän saamiseksi mitataan johtokyky (mS/cm) liuoksista, jotka sisältävät 0,2; 0,4; 0,6, 0,8; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 ja 10,0 g liuotettua näytettä 800 ml:ssa vettä.

15 Luovutus R määritetään sitten kalibrointikäyrän avulla, jolloin keskimääräinen luovutus vuorokautta kohden R,,, on (Rt2 - Rtl)/(t2 - tl), jossa Rtl = luovutus tl vuorokauden kuluttua ja Rt2 = luovutus t2 vuorokauden kuluttua.

Perusominaiskäyrällä on havaittavissa ravinteiden 20 vapautumisen hidastuminen mutta ei kaikkia todellisen kalvon läsnäolon osoittavia tunnusmerkkejä. Osoituksena kalvon säätelemästä diffuusiosta (kalvotoiminnasta) on pidettävä seuraavia seikkoja: a) mitattavissa oleva kalvon aktivoitumisaika ja 25 b) seuraavan differentiaaliyhtälön mukaisen Fickin diffuusioisin käyttökelpoisuus:

dmi 1 Aci(T) F

- = -K x - x - x - x T,

30 dt n(T) f(ri) D

: : jossa mi = aineen i molaarinen konsentraatio, t = aika, K = vakio R/(6itN), jossa R = kaasuvakio ja V 35 N = Loshcmidtin luku, 4 114703 n(T) = kalvoliuoksen viskositeetti (päällyksen aineominai-suus toteutuksen ollessa hyvä), ACi(T) = aineen i konsentraation lasku (ydinkoostumuksen aineominaisuus), 5 f(rl) = hiukkasen i (säde r) nopeustekijä (ydinkoostumuksen aineominaisuus), F = kalvopinta-ala (rakeiden hiukkaskokojakautuma ja pinnan rakenne), D = kalvon paksuus (levitetyn lakkakerroksen tehollinen 10 paksuus) ja T = lämpötila kelvinasteina.

Tällöin ravinteiden vapautuminen aikayksikössä ei riipu pelkästään kokonaiskalvopinta-alasta, kalvon paksuudesta ja lämpötilasta, vaan olennaisesti myös päällystet-15 tyjen rakeiden sisällä ja rakeita ympäröivässä liuoksessa olevien yksittäisten liuenneiden aineiden konsentraatio-erosta.

Nyt on yllättävästi havaittu, että toteuttamalla prosessi erityisellä tavalla voidaan saada aikaan rakeita, 20 joiden vapautusominaiskäyrässä näkyvät kaikki kalvon sää-telemän diffuusion tyypilliset tunnusmerkit. Niinpä keksinnön mukaisella menetelmällä on saatu päällystettyjä rakeita, joilla on mitattavissa oleva tunnusmerkillinen kalvon aktivoitumisaika. Sitä seuraava ravinteiden vapau-’’ 25 tus osoittaa myös vaikuttavien aineiden varaston aktiivi- sen erottamisen ympäröivästä liuoksesta.

Jotta saadaan aikaan tämän kalvon täydellinen toi-v : miminen difuusionsäätelijänä, levitetään polyisosyanaatis- ta ja polyolista koostuvaa päällystysmateriaalia sillä *:* 30 tavalla, että kerrospaksuudet ovat korkeintaan 10 - 30 pm, ; edullisesti korkeintaan 15 - 25 pm. Kun kyseessä ovat ra- keet, joiden koko on alueella 2 - 4 mm ja mediaanikoko 3,0 mm, tämä merkitsee levitettävää määrää noin 1 - 3 %, erikoisesti korkeintaan 2 %, päällystettävien rakeiden 35 massasta laskettuna.

5 114703 Tämä päällystysmassa saatetaan määrätyn jakautus-ja juoksutusajan jälkeen reagoimaan spontaanisti käyttämällä pitoisuudeltaan suurta amiinisumua katalyyttinä. Pitoisuudeltaan suuri amiinisumu muodostetaan suoraan lai-5 mentamattomasta amiinista ilman poissa ollessa paineella 2-10 baaria, edullisesti 3-5 baaria, tilavuusvirtaus-nopeuden ollessa 10 - 30 ml/s.

Toisin kuin vain laimennetulla amiini-ilmaseoksella tehtävä kaasukäsittely, pitoisuudeltaan suuri amiinisumu 10 antaa mahdollisuuden saada aikaan samanaikaisesti kaikissa reaktiokohdissa koko levitettyyn päällystysmassaan niin suuri katalyyttipotentiaali, että kullakin yksittäisellä rakeella tapahtuu samanaikainen spontaani kovettuminen. Tällöin äärimmäisen herkkä geelivaihe, joka on siirtymis-15 vaihe juoksevan hartsiseoksen ja takertumattoman lakkapinnan välillä, läpäistään äärimmäisen nopeasti muodostumassa olevan lakkapäällyksen vaurioitumatta.

Kun on saavutettu takertumattomuus, poistetaan amiini puhaltamalla ja imemällä pois ilmaa ennen seuraavaa 20 päällystysmassan levitystä siinä määrin, että estetään ennenaikainen reaktion käynnistyminen ennen seuraavaa jakau-tus- ja juoksutusvaihetta. Tämä keksinnön mukainen yksittäisten reaktiovaiheiden erotus on olennaista yksittäisten rakeiden kalvon tiiviin rakenteen kannalta. Yksittäisten 25 rakeiden liimautuminen yhteen välivaiheissa johtaisi mur-; tumien muodostumiseen irrotettaessa rakeita toisistaan ja siten siihen mennessä muodostettujen pintojen heikkenemi-v ‘ seen ja heikentäisi huomattavasti päällysteen laatua.

Reaktiokerroksessa vallitseva lämpötila vaikuttaa 30 sekä lakan jakautumiseen ja juoksuun että myös reaktioai-: kaan. On havaittu, että lämpötila-alueella 25 - 50 °C, edullisesti 30 - 40 °C, viskositeetin aleneminen nopeuttaa jakautumista ja juoksua riittävästi reaktioajan lyhenemättä vastaavassa määrin. Katalyytin määrä sovitetaan koro-: 35 tettuun lämpötilaan pitäen yllä katalyyttipotentiaali, ts.

6 114703 määrää pienennetään. Lämpötilaohjaus tehdään vaihtelemalla tuloilman lämpötilaa vapautuvan prosessilämmön mukaisesti.

Amiinisumun syöttämistä ja asianmumaista reaktiosi-kaa seuraava ilmastus tehdään edullisesti syöttämällä il-5 maa suoraan raekerroksen sisään. Siten aikaansaadun nopean kaasunvaihdon vaikutuksesta amiini poistuu raekerroksesta, ja tämä tulee siten optimaalisessa ajassa esivalmistelluk-si seuraavaa päällystysmassan levitystä varten.

Kalvon halutun paksuuden aikaansaamiseksi kuvattu 10 päällystystoimenpide toistetaan useita kertoja. Tässä yhteydessä on osoittautunut, että rakeiden lämpötilan ollessa 30 °C ensimmäisen päällystyksen alussa, mikä saadaa aikaan esimerkiksi ilmakuumennuksella syöttöilman lämpötilan ollessa noin 80 °C, voidaan optimaalinen lämpötila-15 alue 30 - 40 °C pitää yllä jäähdyttämällä kolmannen päällysteen levityksen jälkeen huoneenlämpötilassa olevalla syöttöilmalla. Samanaikaisesti vähennetään amiinimäärää asteittain. Niinpä esimerkiksi dimetyyli-isopropyyliamii-nin ollessa kyseessä on lisättävä määrä ensimmäisessä 20 päällystystoimenpiteessä 2 - 5 % levitetyn päällystysmassan määrästä. Tämä määrä voidaan seuraavien päällystysvai- . heiden yhteydessä laskea arvoon 0,5 massa-%.

* * » ;·. Toistettavissa oleva tuotantoprosessi on järkevää !. taata SPS:n (speicherprogrammierte Steuerung, muistiohjel- 25 maohjaus) kautta tapahtuvalla prosessinohjauksella.

• ♦ ’ Esimerkki 1

Ravinteet 8 kuukaudessa vapauttavien kalvopäällys- v · teisten lannoiterakeiden valmistus

Panostetaan 450 kg pyöreitä NPK 16-10-20 -rakeita t>;:* 30 suljettavissa olevaan rumpuun ja lämmitetään rakeet lämpö- tilaan 30 eC puhaltamalla läpi lämpötilaan 80 eC esikuu- • i * mennettua ilmaa. Rummun pyöriessä rakeille lisätään ensim- I,, mäisessä vaiheessa pisaroittain 8,8 kg polyoli-polyisosya- I a *·;·' naattiseosta ja sekoitetaan yhteensä 2 minuuttia.

7 114703

Sen jälkeen suljettuun rumpuun levitetään jatkamatta ilman syöttöä ilmatonta dimetyyli-isopropyyliamiinia kahden tasosuuttimen (läpimitta 0,4 mm) kautta suunnilleen paineella 4 baaria tilvuusvirtausnopeuden ollessa 5 18,7 ml/s. 1 min:n vaikutusajan jälkeen raekerroksessa vallitseva amiinipitoisuus lasketaan seuraavien 4 minuutin aikana arvon 250 ppm alapuolelle kytkemällä päälle ilman syöttö ja poisto.

Toimenpidesarja hartsin levitys, sekoitusjakso, 10 amiinin levitys, vaikutusjakso ja ilmastus käydään läpi kuudesti, kuten seuraavasta taulukosta on nähtävissä.

Taulukko

Vaihe Hartsi Katalyytti Tuloilman- Rakeiden- 15 lämpötila (°C) 1 8,8 kg 0,24 kg 80 30 2 8,8 kg 0,20 kg 80 33 3 8,8 kg 0,18 kg 80 35 20 4 8,8 kg 0,16 kg 80 38 5 8,8 kg 0,14 kg 20 38 6 8,8 kg 0,14 kg 20 36

Yhteensä 52,8 kg 1,06 kg ‘ ’ 25 Päällystysprosessi esitetään tuloilman ja rakeiden ··' lämpötila- ja katalyyttipitoisuusparametreineen vielä graafisesti kuviossa 1.

V : Siten valmistettu hartsikalvo täyttää edellä esite tyn Fickin diffuusioyhtälön ehdot.

30 Niinpä on havaittavissa ennen kaikkea mitattavissa ; oleva kalvon aktivoituminen, joka ilmenee erityisesti ma- *, talissa lämpötiloissa ravinteiden luovutuksen alkamisen selvänä hidastumisena, kuten on nähtävissä kuviosta 2.

·.* Tämä kuvio esittää kumulatiivisen ravinteiden vapautumisen 8 114703

Fickin diffuusiolain mukaisesti odotettavissa olevaa lämpötilariippuvuutta .

Kuvio 3 esittää diffuusionopeuden riippuvuutta rakeita ympäröivän päällyksen paksuudesta. Tässä kuviossa 5 mittauskohteina olevat rakeet valmistettiin esimerkissä 1 kuvatulla tavalla käyttämällä erilaisia hartsimääriä.

Kuvio 4 esittää yksittäisten ravinteiden liukene-vuuksien kautta NPK 16-10-20 -lannoitteelle tunnusmerkillistä liukenemiskäyttäytymistä suljetussa järjestelmässä 10 simuloitaessa ihanteellisella tavalla päällystetyn lannoi-terakeen yhteydessä odotettavissa olevaa veden sisääntuloa ja ravinteiden luovutusta.

Kuvio 5 esittää esimerkin 1 mukaisella tavalla keksinnön mukaisesti valmistettujen lannoiterakeiden todelli-15 siä ravinteidenvapautussuhteita.

NPK-suhteen muuttuminen esimerkin 1 mukaisesti päällystettyjen lannoiterakeiden ravinteiden luovutuksen edetessä (kuvio 5) vastaa teoreettisesti odotettua (kuvio 4). Tämä analyysihavainto osoittaa, että päällystetyn yk-20 sittäisen rakeen sisällä olevan kyllästynyt liuos johtaa samoihin ravinnesuhteisiin kuljettuan kalvon läpi ulkopuolella olevaan liuokseen.

Kuvio 6 osoittaa vertaamalla keksinnön mukaisen raetuotteen A ja vertailutuotteen B (OsmocoteR, Sierra, 25 Heerlen, Alankomaat) yksittäisistä rakeista tehtyjä mit tauksia keksinnön mukaisesta valmistusprosessista (esimerkin mukainen, 4 päällystysvaihetta) tulevan tuotteen kor-: keatasoisen homogeenisuuden.

Kun päällystettyjä pitkävaikutteisia lannoitteita 30 on määrä käyttää kasvualustojen varastoinnin yhteydessä, ; ovat käytännön olosuhteissa tärkeitä kriittisiä tekijöitä mekaaninen sekoittuvuus ja jo varastoon valmistettujen kasvualustojen varastoinninkesto mutta myös ennalta odottamattomat pakkasvaikutukset.

9 114703

Kuviossa 7 esitetään, miten keksinnön mukaisesti valmistettu raetuote käyttäytyy muihin päällystettyihin tuotteisiin (OsmocoteR, Sierra, Heerlen, Alankomaat) verrattuna varastoinnin aikana pakkasen vaikuttaessa ajoit-5 tain ja ilman pakkasen vaikutusta. Vertailutuote on menettänyt pakkasen vaikutettua täysin kykynsä vapauttaa ravinteita hidastetusta, kun taas keksinnön mukaisesti valmistetun raetuotteen kohdalla tämä ominaisuus on heikentynyt vain vähän.

10 Kuviossa 8 esitetään, miten keksinnön mukaisesti valmistettu raetuote käyttäytyy muihin päällystettyihin tuotteisiin (edellä kuvatun kaltainen vertailutuote) verrattuna mekaanisen kuormitettavuutensa suhteen valmistettaessa kasvualusta. Keksinnön mukaisesti valmistettujen 15 rakeiden ravinteidenvapautuskäyttäytyminen voimistuu vain vähän voimakkaankin, ts. moneen kertaan tehdyn koneellisen sekoituksen yhteydessä, kun taas vertailutuotteella havaitaan suolojen suora vapautuminen rikkoutuneista rakeista, joka ei ole hyväksyttävissä. 1 · » i t • f » • t

Claims (2)

114703

1. Menetelmä kalvopäällysteisten lannoiterakeiden valmistamiseksi levittämällä kerroksittain polyisosyanaatin 5 ja polyolin seosta, jolloin kukin kerros kovetetaan erikseen juoksevalla sumutetulla amiinilla, tunnettu siitä, että seosta levitetään kulloinkin sellainen määrä, että yksittäisten kerrosten paksuus on 10 - 30 μτα, ja amiinipitoi-suus lasketaan kunkin kerroksen kovetuksen jälkeen kata-10 lyyttisesti vaikuttamattomalle tasolle ennen seuraavan kerroksen levittämistä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seoksen levittäminen tehdään lämpötila-alueella 25 - 50 °C. i « i 1 » > 114703