HU218166B - Eljárás membránbevonatú műtrágya-granulátumok előállítására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya eljárás membránbevonatú műtrágya-granulátumokelőállítására poliiziocianát és poliol keverékének rétegekben valófelvitelével, aminkatalizátor jelenlétében a rétegeknek mindig külön,folyékonyan köddé alakított aminnal való megszilárdításával. Atalálmány értelmében úgy járnak el, hogy az aminködöt hígítatlanaminból megfelelő körülmények közt előállítva, a keverék mennyiségénekmegválasztásával, 25–50 °C hőmérsékleten egyenként 10–30 µm vastagságúrétegeket visznek fel, és minden egyes réteg megszilárdítása után azaminkoncentrációt egy katalitikusan nem hatásos, 250 µm alatti szintrecsökkentik, mielőtt a következő réteget felvinnék. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás a növények tápanyagszükségleteihez igazodó, membránbevonatú műtrágya-granulátumok előállítására.

A modem, környezetbarát és a növények tápanyagszükségleteihez igazodó tápanyagbevitel napjainkban növekvő mértékben a nyújtott hatóanyag-leadású trágyázószereken alapul, amelyekre a tápanyagok kémiai módosítása vagy oldható trágyázószer-granulátumok bevonattal való ellátása jellemző.

A bevonatos, nyújtott hatóanyag-leadású trágyázószereket számos szabadalmi leírásban ismertetik; bevonóanyagként egyebek között karbamid-formaldehid gyantákat, polietilént, polipropilént, alkidgyantákat, epoxidgyantákat és az utóbbi időben poliuretángyantákat alkalmaznak (például 3 544 451 számú NSZK-beli, 3 264 088 számú USA-beli, 1 011 463 számú nagybritanniai, 0 276 179 számú európai, 2 834 513 számú NSZK-beli, 3 223 518 számú USA-beli, 129 279 számú holland szabadalmi leírások). A felsorolt rendszerekkel többé-kevésbé sikerült a hatóanyag-felszabadulás időbeli lefolyását módosítani úgy, hogy a felszabadulás időtartama igazodik a rövidebb vagy hosszabb tenyészidőkhöz.

Az ismert eljárások hátránya, hogy a növények szükségleteihez igazodó tápanyagbevitel paramétereit, mint például az egyedi magbevonat: homogenitását, a fizikai terhelhetőséget, a fagyással szembeni ellenálló képességet eddig nem vagy tökéletlenül sikerült beállítani. Mindenekelőtt ez idáig nem sikerült speciális sókeverékekből az egyes hatóanyagok felszabadulását úgy szabályozni, hogy például a kálium a nitrogénhez képest erősebben késleltetve szabaduljon fel.

Találmányunk célkitűzése az ismert hátrányok kiküszöbölése; sikerült egy gazdaságos, iparban alkalmazható előállítási eljárást kifejlesztenünk, mely lehetővé teszi az egyedi magbevonatok messzemenő homogenitása mellett olyan fizikailag terhelhető, fagyálló granulátumok előállítását, amelyekből a hatóanyag-felszabadulás célzottan késleltetve megy végbe a Fick-féle diffúziós törvények értelmében.

A nagy mechanikai terhelhetőség elérésének lényeges előfeltétele egy olyan nagy terhelhetőségű bevonóanyag alkalmazása, amely a trágyázószer-granulátumra felvive mechanikai sajátosságait érvényre juttatja.

A találmány szerinti bevonathoz megfelelőnek bizonyult egy oldószermentes, szobahőmérsékleten feldolgozható kétkomponensű poliuretángyanta-rendszer, amely aminkatalízis hatására igen rövid idő alatt megkeményíthető (vö. 3 544 451 számú NSZK-beli szabadalmi leírás).

A találmány szerinti bevonási eljárást egy dobban végezzük, amely speciális szerelvényekkel van ellátva. Egyrészt speciálisan kiképzett keverőlapátok biztosítják a keverék homogenitását, másrészt levegőcsatornák vezetnek a granulátumágyba, hogy azt intenzíven lehessen levegőztetni. A reakció zárt rendszerben zajlik le.

A bevonási eljárásnak alávetett granulátumoknak messzemenően kereknek, kevéssé porzónak, dörzsölésállónak, törésállónak kell lenniük, és a bennük levő tápanyagoknak messzemenően vízoldhatóknak kell lenniük. Célszerű, ha a granulátumok magméretspektruma szűk, mimellett kielégítő, ha a legkisebb és a legnagyobb granulátummagok közötti szorzófaktor 3.

A 3 544 451 számú NSZK-beli szabadalmi leírásban egy olyan bevonási eljárást írnak le, amelynek során a végtermékre vonatkoztatva 15 tömeg% bevonatot visznek fel a granulátum rétegezéses bevonása során, a bevonómassza poliizocianát és poliol, és ezt 3-szor 5%-os adagokban viszik fel, egyidejűleg állandó katalitikus gázbevezetést alkalmazva 20 °C-on aminnal telített nitrogéngázzal. Az ilyen típusú rétegezés eredménye egy 18%-ig terjedő kiindulási felszabadulás 24 óra után (1. példa).

Az elektrolitok felszabadulását műanyaggal bevont trágyázószerekből vizes közegben a vezetőképesség mérésével határozzuk meg.

Ehhez a vizsgálandó minta 10,0 g-jának 800 ml vízzel készített, 0,5 pS/cm-nél kisebb vezetőképességű oldatát alkalmazzuk. A vizet 25 °C-on t napig keverjük 300 fordulat/perc állandó fordulatszámmal. Az oldat sótartalmának megváltozását t nap elmúlta után konduktometriásan határozzuk meg.

Kalibrációs görbe felvételéhez a vezetőképességet mS/cm-ben mérjük 800 ml vízben feloldott 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0, illetve 10,0 g minta esetében.

Az R leadási sebességet azután a kalibrációs görbe alapján állapítjuk meg, mimellett az átlagos napi leadási sebességet (R_m) az R_t2-R_tl/t2-tl egyenlet alapján határozzuk meg, ahol R_t, a leadási sebesség ti nap után és R,> a leadási sebesség t2 nap után.

Bár a kioldódási alapgörbén felismerhető a hatóanyag-felszabadulás késleltetése, ez a görbe nem mutatja egyértelműen egy valódi membrán meglétét. A membrán által szabályozott diffúzió (membránfunkció) bizonyítékának tekinthetők a következők:

a) mérhető membránaktiválási idő és

b) a Fick-féle diffúziós törvények alkalmazhatósága a következő differenciálegyenlet szerint:

ahol mi az i anyag moláris koncentrációja t idő

K konstans: R/(6N), ahol R = gázkonstans,

N = Loschmidt-szám n(T) membrán/oldat viszkozitás (a bevonat anyagi tulajdonsága jó kivitelezésnél) ci(T) az i anyag koncentrációgradiense (a magösszetétel anyagi tulajdonsága) f(ri) az r sugarú i részecskék sebességi tényezője F membránfelület (a granulátumok magméret-eloszlása és felületi szerkezete)

D membránerősség (felvitt tényleges lakkvastagság)

T hőmérséklet kelvinben így a tápanyag időegység alatti felszabadulása nem csak a teljes membránfelülettől, a membránerősségtől és a hőmérséklettől függ, hanem lényegében az egyes oldott anyagok koncentrációkülönbségétől is a bevona2

HU 218 166 Β tos granulátumon belül, a granulátumokat körülvevő oldatban.

Meglepő módon azt találtuk, hogy egy speciális eljárással olyan granulátumokat állíthatunk elő, amelyek felszabadulási jellemzői tartalmazzák egy membránszabályozott diffúzió valamennyi tipikus jellemzőjét. így a találmány szerinti eljárással olyan bevonatos granulátumokat állíthatunk elő, amelyeknek mérhető jellemző membránaktiválódási ideje van. Az ezt követő tápanyag-felszabadulás szintén a hatóanyagkészletnek a körülvevő oldattól való aktív elkülönülését támasztja alá.

Ennek a teljes, diffúziót szabályozó membránnak az előállítására a felviendő, poliizocianátból és poliolból álló bevonóanyagot úgy kell alkalmazni, hogy ne lépjük túl a 10-30 pm, előnyösen a 15-25 pm rétegvastagságot. Ez 2-4 mm mageloszlású és 3,0 mm átlagméretű granulátumok esetében körülbelül 1-3 tömeg%, előnyösen 2 tömeg% alatti mennyiséget jelent a bevonandó granulátum tömegére számítva.

Ezt a bevonóanyag-mennyiséget egy meghatározott eloszlási és bevonási idő után egy nagy koncentrációjú aminköddel mint katalizátorral spontán reakcióba visszük. A nagy koncentrációjú aminködöt a hígítatlan aminból közvetlenül, levegő kizárásával, 2-10 bar, előnyösen 3-5 bar nyomással, 10-30 ml/s térfogatárammal állítjuk elő.

A nagy koncentrációjú aminköd lehetővé teszi, hogy egy hígított amin-levegőgáz keverékkel való kezeléssel ellentétben a teljes felvitt bevonómassza valamennyi reakcióhelyén egyidejűleg olyan nagy katalizátorpotenciál alakuljon ki, hogy minden egyes szemcsén egyidejű, spontán megkeményedés menjen végbe. Ennek során a kívül érzékeny gélfázis, ami átmenetet képez a szabadon folyó gyantakeverék és a ragadásmentes lakkfelület között, különösen gyorsan és a kialakítandó lakkbevonat károsítása nélkül átalakul.

A ragadásmentesség elérése után az amint levegőztetéssel és szellőztetéssel a következő bevonatmennyiség felvitele előtt olyan mértékig eltávolítjuk, hogy a következő eloszlási és bevonási fázis előtt az idő előtti reakciót meggátoljuk. Az egyes reakciófázisoknak ez a találmány szerinti elválasztása lényeges az egyes szemcsék vastag membránjának kialakítása szempontjából. Az egyes szemcsék közbenső összetapadása a szemcsék elválasztásánál szakadások képződéséhez és a korábban kialakított felület sérüléséhez vezetne, és jelentősen csökkentené a bevonat minőségét.

A reakcióágy hőmérséklete befolyásolja mind a lakkeloszlást és -bevonást, mind a reakcióidőt. Azt találtuk, hogy a 25-50 °C, előnyösen 30-40 °C hőmérséklet-tartományban az eloszlást és a bevonást a viszkozitáscsökkenés kellően felgyorsítja, a reakcióidő egyidejű, azonos mértékű megrövidülése nélkül. A katalizátor mennyiségét a katalizátorpotenciál megőrzése mellett a növelt hőmérséklethez igazítjuk, azaz csökkentjük. A hőmérséklet-szabályozást a bevezetett levegő hőmérsékletének változtatásával végezzük, a felszabaduló reakcióhőtől függően.

Az amin-köd bevezetése és a megfelelő reakcióidő eltelte után a levegőztetést előnyösen közvetlenül a gi anulátumágy belsejébe való levegőbevitellel végezzük. Az ezáltal lehetővé tett gyors gázcsere megszabadítja a granulátumágyat az amintól, és így optimális időben előkészíti a következő bevonóanyag-felvitelre.

A kívánt membránerősség kialakítására a leírt bevonási eljárást többször megismételjük. Ezzel kapcsolatosan bebizonyosodott, hogy 30 °C granulátum-hőmérsékletnél az első bevonási ciklus kezdetén, például levegővel való felhevítéssel, körülbelül 80 °C-os levegő alkalmazásával, a harmadik bevonatfelvitel után a hőmérsékletet szoba-hőmérsékletű levegő alkalmazásával végzett hűtéssel a 30-40 °C-os optimális hőmérséklet-tartományban tarthatjuk. Ezzel párhuzamosan az amin mennyisége lépcsőzetesen csökken. így például dimetil-izopropil-aminnal az első bevonási menetben az alkalmazott bevonómasszára számított 2-5 tömeg%-ot viszünk fel. Ezt azután a további bevonási lépesekben 0,5 tömeg%-ig csökkenthetjük.

Az előállítási folyamat reprodukálhatóságát értelemszerűen folyamat-ellenőrzéssel és -szabályozással, SPS-en (tároló programozásos szabályozás) keresztül biztosítjuk.

1. példa

Membránbevonatos, 8 hónapos hatóanyag-felszabadítású műtrágya-granulátumok előállítása

450 kg NPK 16-10-20 gömb alakú granulátumot lezárható dobba helyezünk, és 80 °C-ra felmelegített levegő átáramoltatásával 30 °C granulátum-hőmérsékletre felmelegítünk. A dobot forgatva az első lépésben 8,8 kg poliol-poliizocianát keveréket csöpögtetünk a granulátumra, és összesen 2 percig összekeveijük.

Ezután további levegőbevezetés nélkül, zárt dobnál, levegő kizárásával 18,7 ml/s térfogatárammal és körülbelül 4 bar nyomással dimetil-izopropil-amint adagolunk két széles beáramlást biztosító fúvókán keresztül. 1 percig hatni hagyjuk, majd a levegőbe- és -kivezetés bekapcsolásával további 4 perc alatt az aminkoncentrációt a granulátumágyban célzottan 250 ppm alá csökkentjük.

A gyantaadagolás, keverési idő, aminadagolás, hatásidő és levegőztetés lépések egymásutánját hatszor megismételjük, amint az a következő táblázatban látható.

Táblázat

Lcpcs	Gyanta	Katali- zátor	Levegő- bevezetési	Granu- látum-
hőmérséklet (°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
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
Összes	52,8 kg	1,06 kg

HU 218 166 Β

A bevonási eljárást a levegőbevezetési és a granulátum-hőmérséklet, valamint a katalizátorkoncentráció paramétereivel az 1. ábrán grafikusan is szemléltetjük.

Az így előállított gyantamembrán megfelel a Fickféle korábban ismertetett diffiiziókiegyenlítődés feltételeinek.

így mindenekelőtt egy mérhető membránaktiválódás figyelhető meg, ami különösen alacsonyabb hőmérsékleten a tápanyagleadás kezdetének egyértelmű késleltetésében nyilvánul meg, amint ez a 2. ábrából látható. Ezen az ábrán az 1. példa szerint előállított granulátumból való kumulatív tápanyag-felszabadulás a Fickféle diffúziós törvény alapján várható hőmérsékletfuggését mutatjuk be.

A diffúziós sebesség függése a granulátumot körülvevő bevonat erősségétől a 3. ábrán látható. Az itt mért granulátumokat az 1. példa szerint eltérő gyantamennyiségekkel állítottuk elő.

A 4. ábra egy NPK 16-10-20 műtrágya jellegzetes oldódási viselkedését mutatja az egyes tápanyagok zárt rendszerben való oldhatósága alapján, vízfelvétel és tápanyagleadás szimulálásával, ahogy az ideális esetben bevonatos műtrágyaszemcséknél várható lenne.

Az 5. ábra a leírásunk 1. példája szerint előállított műtrágya-granulátumokból való tápanyag-felszabadulás valódi arányait mutatja.

Az NPK-arányok változása a tápanyagleadás időbeli lezajlása során az 1. példa szerint bevont műtrágyagranulátumok esetében (5. ábra) megfelel az elméleti elvárásnak (4. ábra). Ez az analitikai eredmény azt mutatja, hogy az egyes bevont szemcsék belső terében jelenlevő telített oldat a membránon keresztül a külső oldatba átlépve azonos tápanyagarányokat eredményez.

A 6. ábra az egyes szemcsékre vonatkozó összehasonlító mérési eredményeket mutatja a találmány szerinti A granulátumok és egy B összehasonlító termék (Osmocote^R, gyártja a Sierra cég, Heerlen, Hollandia); a találmány szerinti eljárással (az 1. példával analóg módon, 4 bevonási lépéssel) előállított termék homogenitása nagy.

A bevonatos, a tápanyagot hosszú időn át leadó műtrágyák alkalmazásánál, amelyeket szubsztrátok tárolására alkalmaznak, a gyakorlatban a mechanikus összekeverés, a már tárolt szubsztrátok tárolhatósága általánosságban, de az előre nem látható fagyási hatások is fontos kritikus tényezők.

A 7. ábrán bemutatjuk, hogyan viselkedik a találmány szerint előállított granulátum más bevonatos termékekkel (Osmocote^R, gyártja a Sierra cég, Heerlen, Hollandia) összehasonlítva, ha tárolás során hosszabb fagyhatás fellép, illetve ha nem lép fel. Míg az összehasonlító termék a fagy hatására késleltetett tápanyagleadási tulajdonságát teljesen elvesztette, ez a tulajdonság a találmány szerint előállított granulátumoknál csak kismértékben változott.

A 8. ábrán bemutatjuk, hogyan viselkedik a találmány szerint előállított granulátum más bevonatos termékekkel (Osmocote^R, gyártja a Sierra cég, Heerlen, Hollandia) összehasonlítva a szubsztrátum előállításánál fellépő mechanikus terhelhetőség vonatkozásában. A találmányunk szerint előállított granulátumok tápanyagfelszabadítási jellemzői még erősebb - azaz többszöri, géppel végrehajtott - keverésnél is csak kismértékben növekednek, míg az összehasonlító termék esetében a sérült granulátumokból nem elfogadható közvetlen sófels zabadulás történik.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONT

   Eljárás membránbevonatú műtrágya-granulátumok előállítására poliizocianát és poliol keverékének rétegekben való felvitelével, aminkatalizátor jelenlétében, a rétegeknek mindig külön, folyékonyan köddé alakított aminnal való megszilárdításával, azzal jellemezve, hogy az aminködöt hígítatlan aminból közvetlenül, levegő kizárásával, 2-10 bar, előnyösen 5 bar nyomással, 10-30 ml/s térfogatárammal állítjuk elő, és a keverék mennyiségének megválasztásával 25-50 °C hőmérsékleten egyenként 10-30 pm vastagságú rétegeket viszünk fel, és minden egyes réteg megszilárdítása után az aminkoncentrációt egy katalitikusán nem hatásos, 250 ppm alatti szintre csökkentjük, mielőtt a következő réteget felvinnénk.