JP2016501175A - 粉塵抑制を改良した粒状肥料 - Google Patents

Abstract

ポリマー添加剤を含んだ肥料の顆粒用の油性コーティング剤と、これに関連する油性コーティングを施す方法。ポリマー添加剤は、ポリエチレンホモポリマーなど、ホモポリマーや共重合体やこれらの組み合わせとすることが可能である。ポリマー添加剤により油性コーティング剤の粘性が増え、その結果、肥料の顆粒からの粉塵の生成をコーティングによって抑えたり妨げたりすることができる期間が延びる。

Description

本出願は、「粉塵抑制を改良した肥料の顆粒」との名称で２０１２年１１月２１日に出願した米国仮特許出願第６１／７２９，１４２号の利益を主張し、ここでその全文を援用する。

本発明は、粒状の肥料の生産と運搬における粉塵の発生を抑えるための粉塵抑制コーティングを対象とするものである。具体的に言うと、本発明は、粉塵を抑えるための油性コーティングの寿命を延ばすポリマーの添加剤を加えた油性コーティングを対象とするものである。

多くの農業用肥料は、調合した後に粒状にして乾燥させることで、安定的で取り扱いが容易な形態の肥料とする。従来の造粒処理と乾燥過程に存在する特有の欠点は、肥料のかなりの部分が砕けて粉塵になってしまうことである。また、梱包、輸送、保管の時に肥料がさらに砕けてしまう可能性もある。粉塵は空中に舞い上がって散布を制御するのが難しくなりがちなため、粉塵生成の多い肥料は取り扱いや田畑を手入れするための散布がかなり難しくなる。

本来使えたはずの肥料が無駄になってしまうことの他にも、多くの肥料の化学組成は反応性が高く、発火した場合に爆発する可能性があるため、環境によっては肥料由来の粉塵は相当な安全上のリスクを生み出す。粉塵の粒子は、小さな火花や静電気の放電によってさえも容易に発火する可能性がある。したがって、造粒や輸送の際にできる粉塵を減らしたり捉えたりすることのできる防塵コーティングで肥料の粒の表面を覆うことがよくある。

防塵コーティングは多くの場合、肥料の顆粒へ噴霧することで造粒や輸送などの際に形成される粉塵の粒子をより大きな肥料の顆粒に付着させることができるような石油系等の油性の液体を含む。油性コーティングはまた粉塵の粒子を閉じ込めることで粉塵の粒子が空中に舞い上がるのを防いだり抑制したりする。

油性コーティングは粉塵の粒子を調節するのに効果があるものの、コーティングの効果の持続する期間が限られており、古くなるにつれて有効性が低下する可能性があるという特有の欠点がある。特に、時間が経つとコーティング自体が乾燥していく可能性があり、粉塵の問題を抑えるよりむしろ助長してしまう。このため、結果として肥料の寿命を著しく縮めることになる。これ以外にも、コーティングした肥料を長期にわたって保管したり輸送したりする場合、保管と輸送の時間がコーティングの効果が持続する期間を超えて肥料製品が危険なものになることがあるため、より大きな安全性リスクが生じる可能性がある。よって、油性の粉塵抑制粒子の有効性を延ばすことには需要がある。

米国特許第７４９７８９１号 米国特許第６５４４３１３号

本発明の実施例は、概してポリマー添加剤を加えた肥料の顆粒用の油性コーティング剤と、これに関連して油性コーティング剤を用いる方法に向けたものである。ポリマー添加剤は、ホモポリマーや、共重合体や、これらの組み合わせを含むことができる。ある実施例としては、油性コーティングの粘性を増加させるために高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）といったポリエチレンホモポリマーや、直鎖状の低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）といった分枝の短いポリマーを導入することによって、肥料の顆粒からの粉塵の生成をコーティングによって抑えたり妨げたりすることができる期間を延ばす。

噴霧装置を用いて肥料の顆粒へ塗布できる程度に油性コーティング液の流動性を維持したまま油性コーティング全体の粘性を改善できるよう、ポリマー添加剤は低い濃度で加える。ポリマー添加剤は、コーティングの流動性、噴霧性、被覆性への影響は最小限に、コーティングを丈夫にし、コーティングの有効期間が長くなるように働く。さらに、肥料の栄養分を土壌へ速やかに放出できるよう、コーティングは土壌に撒いた後に十分に分解されなくてはならない。

実施例として、コーティング剤は、油成分が約５０から９９重量％でポリマー添加剤が約１から５０重量％、より特定して言うと油成分が約７０から約９０重量％でポリマー添加剤が約１０から約３０重量％、さらに特定して言うと油成分が８０重量％でポリマー添加剤が２０重量％とする。実施例として、コーティング剤は、油とポリマー添加剤の割合が約１：１から約９９：１、より特定して言うと２．３３：１から９：１、さらに特定して言うと４：１の割合とする。

実施例として、コーティングは肥料の顆粒全体の約０．０１から約５重量％、より特定して言うと約０．１から約１重量％、さらに特定して言うと０．５重量％を占める。実施例として、コーティングの厚さは、約０．１から約１０μｍとすることができる。この程度の薄いコーティングとすれば、撒いた後に土壌へ肥料の栄養素が放出するのを著しく妨げることなく、確実に粉塵を十分抑えることができる。

ひとつの実施例として、コーティングした肥料の顆粒を作る方法では、予備中和槽や反応層内である程度の量の肥料の配合物を作り、次にこれを回転ドラム式の造粒機内で造粒して多数の肥料の顆粒を作る。この方法にはまた、形成した肥料の顆粒にコーティングするための油性のコーティング溶液を作るために、油性コーティング液にポリマー添加剤をある程度の量混合する過程を含めることができる。この油性コーティング液は、液体中でポリマー添加剤が溶けるか分解するに十分な温度、例えば華氏約１５０度から華氏約２５０度の範囲の温度まで熱しておく。この方法にはまた、形成した肥料の顆粒へ油性コーティング溶液を噴霧、被覆などの方法で塗布して多数のコーティングした肥料の顆粒を作る過程を含めることができる。

本発明の様々な典型的な実施例についての上記の概要は、本発明で説明した各実施例とすべての実施方法を記述することを意図していない。むしろ、他の当業者が発明の原理と実践を正しく認識し理解することができるよう、実施例を選んで記述している。図面と以下に続く詳細な説明は、そのような実施例をさらに具体的に例示するものである。

以下に続く発明の様々な実施例の詳細な説明を添付の図と併せて考慮すれば本発明を完全に理解することができる。
図１は、粉塵抑制を改良した肥料の顆粒を作る方法の工程図である。

本発明は様々な改良や代替形態を受け入れる余地があるが、図面の例にはそれらの特定の形態を示しており、以下でもそれを詳しく説明するつもりである。しかしながら、発明をここに説明した特定の実施例に制限する意図がないことを理解すべきである。逆に、添付した特許請求の範囲で定める本発明の要旨と範囲に当てはまるような変形物、均等物、代替物はすべて含むことを意図している。

粉塵抑制コーティングを持つ肥料の顆粒は、主体となる肥料の顆粒（二次的栄養素や微量栄養素はあってもなくてもよい）と、油分とポリマー添加剤を組み合わせてできた粉塵抑制コーティングとを備えたものである。実施例として、コーティングは肥料の顆粒全体の約０．０１から約５．０重量％、より特定して言うと約０．１から約１重量％、さらに特定して言うと０．５重量％を占める。この程度の薄いコーティングとすれば、撒いた後に土壌へ肥料の栄養素が放出されるのを著しく妨げることなく、確実に粉塵を十分抑えることができる。

油の成分は、例えば、農業由来の様々な油（植物油など）や、炭化水素からなる原油を精製してできる副産物（トール油や蒸留の残油など）など、種々あるコーティング用油のいずれとすることもできる。一つの特定の例として、コーティング用の油は化学メーカーのArrMaz社から購入可能なDUSTROLとする。ポリマー添加剤は、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）といったポリエチレンのホモポリマーや、直鎖状の低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）といった分枝の短いポリマーとすることができる。

上で説明したように、肥料の顆粒に液体の油性コーティング剤を噴霧装置で使える程度に流動性を維持したまま油性コーティング剤全体の粘性を改善できるよう、ポリマー添加剤は低濃度で加える。実施例として、コーティング剤は、油成分が約５０から約９９重量％でポリマー添加剤が約１から約５０重量％、より特定して言うと油成分が約７０から約９０重量％でポリマー添加剤が約１０から約３０重量％、さらに特定して言うと油成分が８０重量％でポリマー添加剤が２０重量％とする。実施例として、コーティング剤は、油とポリマー添加剤の割合を約１：１から約９９：１、より特定して言うと２．３３：１から９：１、さらに特定して言うと４：１とする。

図１に示したように、コーティングされた肥料の顆粒を製造する方法１００は、本発明のひとつの実施例に従うものであり、概して、肥料の製造段階１０２、粉塵を抑えるコーティング剤の製造段階１０４、コーティングを施す段階１０６を含む。

図１で示したように、肥料の製造段階１０２では、例えば米国特許第７４９７８９１号『Method for producing afertilizer with micronutrients』と米国特許第６５４４３１３号『Sulfur-containing fertilizer compositionand method for preparing same』で説明しているようにして肥料の顆粒を製造する。これらの文献は、ここでその全文を援用する。主体となる肥料は、これらに限定しないが、リン酸、硝酸、尿素、カリやそれらの組み合わせを含む肥料とすることができ、これによって炭素、水素、酸素、窒素、亜リン酸、カリを含む一種類以上の主要養分を供給する。特定の実施例としては、肥料を例えばリン酸一アンモニウム（ＭＡＰ）、リン酸二アンモニウム（ＤＡＰ）、過リン酸石灰、重過リン酸石灰などのリン酸肥料とする。

対象植物の必要に応じて、肥料はまた、例えば、カルシウム、硫黄、マグネシウムなどの一種類以上の二次的な栄養素と、例えば、亜鉛、マンガン、鉄、銅、モリブデン、ホウ素、塩素、コバルト、ナトリウムなどの一種類以上の微量栄養素とのいずれか又は両方を含むこともできる。

個々の肥料の顆粒は、製造方法に応じて造粒と圧縮のいずれか又は両方により製造する。造粒の場合、例えば、肥料の懸濁液を調合した後、転動式の造粒機で造粒する。このときスパージャー（例えばアンモニアスパージャー）は用いても用いなくてもよく、また二次的な栄養素と微量栄養素のいずれか又は両方を一種類以上加えるための噴霧塗布器も用いても用いなくてもよい。ドラム乾燥機などで粒子を乾燥させ、次に大きさで選別する。あらかじめ決めた目的の大きさと比較して大きすぎたり小さすぎたりする粒子は、他のものとは分ける。大きすぎる粒子はすり砕いたり押しつぶしたりして、目的の大きさにしたり、他の小さめの粒子と混合できるようにそれより小さめの粒子にしたりする。小さすぎる粒子は、造粒機へ再循環させる。

コーティング剤の製造段階１０４では、ポリマー添加剤を溶かして計量し、油成分へ投入することによって、油成分とポリマー添加剤を配合して粉塵抑制コーティングを製造する。溶けたポリマー添加剤を加える前か加える際には、油成分を加熱する。特定の実施例として、華氏約１５０度から華氏約２５０度までの範囲の温度で油成分を加熱する。特定の非限定的な例として、Allied Materials社が製造するポリエチレンのホモポリマーを溶かし、計量して、コーティング油となるDUSTROLに投入し、粉塵防止コーティング剤が８０重量％のDUSTROLと２０重量％のポリエチレンを含むようにする。一つの適したポリエチレンは、滴点が華氏２２３度、硬度が４．０、密度が０．９２ｇ／ｃｍ^３、摂氏１４０度で測定した粘度が約３７５ｃｐｓであるポリエチレンである。次に、コーティング剤を均質になるよう混合する。

コーティングを施す段階１０６では、熱した粉塵抑制コーティング剤を噴霧、被覆などの方法で個々の肥料の顆粒を覆い、例えば転動式で造粒する際にこれを行うことで粒子の完全なコーティング、あるいはほぼ完全なコーティングを確実にする。コーティングを用いる段階１０６は、造粒後に肥料の顆粒を冷却する際など肥料の製造段階１０２と並行して行うことも可能であるが、肥料の製造段階１０２とは別の過程として行うことも可能である。

一つの特定の例として、コーティングした肥料全体のうちコーティング剤が約０．５重量％となるような割合（例えば、肥料の顆粒１トン当たり０．１〜１．０ガロン）でコーティング剤を用いる。コーティング剤が固まるまで、肥料の顆粒を冷やす。肥料の顆粒の外面上でのコーティングは薄く、肥料の顆粒の大きさには実質的な影響はない。実施例として、コーティングの厚さは約０．１から約１０μｍの範囲で変えられる。

本発明の案について、粉塵抑制剤であるDUSTROL（ＤＣＡ）中におけるポリマーを様々な割合で用いた例を、二種類の肥料を基質として下の表1と表２に示す。例として用いた肥料の基質は、ＭＡＰやＤＡＰのいずれか又は両方を主成分とし、MICROESSENTIALSSZとMICROESSENTIAL S9として購入可能な微量栄養素を入れた肥料である。

このデータを測定するのに用いた加速的性能測定法は以下の段階からなる。（１）最初に、コーティングしていない基質の試料を（試料分取器を用いて）分割して、いくつかの同等の分量を採取する。（２）基準試料は従来の処理（ポリマー添加剤なし）によってコーティングし、残りの試料は様々なポリマー添加剤や様々なコーティング成分のいずれか又は両方の様々な実験的な処理によってコーティングする。（３）製品を輸送したり保管したりする条件を反映できるような制御可能な環境条件で、コーティングした試料を保管する。（４）数週間（２、４、６、８週間）後に、粉塵を抑える有効性を測定する。粉塵を抑える有効性を測定するには、試料を環境実験室から取り出し、製品の取り扱いを再現するためにエネルギーを制御しながら入力する。次に各試料から粉塵の大きさの粒子を抜き出し、質量差から粉塵の濃度を求める。

（表１）数週間後の粉塵の濃度

（表２）数週間後の粉塵の濃度

本発明は様々な変形や代替形態を受け入れられる余地があるが、具体的なものを図の例に示すとともに、詳細に説明している。しかしながら、発明をここで説明した特定の実施例に制限する意図はないことは理解できよう。逆に、添付した特許請求の範囲で定める本発明の要旨と範囲に当てはまるような変形物、均等物、代替物はすべて含むことを意図している。

Claims (20)

1. 粉塵抑制のためにコーティングした肥料の顆粒であって、
   主体となる肥料の顆粒を含んでおり、
   主体となる肥料の顆粒に局所的に生分解性の粉塵抑制コーティングが施されており、
   粉塵抑制コーティングが油成分とこの油成分に十分に溶解したポリマー添加剤とを含んでおり、
   油成分が流動性を持つよう油成分を室温より高く熱したときに油成分に溶けるようなポリマー添加剤を用いているもの。
2. 請求項１の肥料の顆粒であって、熱した油成分の温度が華氏約１５０度から華氏約２５０度の範囲であるもの。
3. 以上の請求項のいずれもの肥料の顆粒であって、農業由来の油、原油精製の副生成物、DUSTROL、これらの組み合わせからなる群の中から油成分を選んだもの。
4. 以上の請求項のいずれかの肥料の顆粒であって、ポリマー添加剤が少なくとも一種類のポリエチレンのホモポリマーを含むもの。
5. 請求項４の肥料の顆粒であって、少なくとも一種類のポリエチレンのホモポリマーを、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状の低密度ポリエチレンからなる群の中から選んだもの。
6. 以上の請求項いずれかの肥料の顆粒であって、粉塵抑制コーティングのうちポリマー添加剤が約５０重量％未満であるもの。
7. 以上の請求項いずれかの肥料の顆粒であって、粉塵抑制コーティングのうちポリマー添加剤が約１０から約３０重量％であるもの。
8. 以上の請求項いずれかの肥料の顆粒であって、肥料の顆粒のうち粉塵抑制コーティングが約０．０１から約５重量％であるもの。
9. 以上の請求項いずれかの肥料の顆粒であって、肥料の顆粒のうち粉塵抑制コーティングが約０．５重量％であるもの。
10. 以上の請求項いずれかの肥料の顆粒であって、主体となる肥料の顆粒に粉塵抑制コーティングを部分的に施した後の粉塵抑制コーティングの厚さが約０．１から約１０μｍの範囲であるもの。
11. 以上の請求項いずれかの肥料の顆粒であって、主体となる肥料が、リン酸、硝酸、尿素、カリからなる群のうち少なくとも一つを含んでいるもの。
12. 請求項１１の肥料の顆粒であって、カルシウム、硫黄、マグネシウムからなる群の中から選んだ少なくとも一種類の二次的な栄養素と、亜鉛、マンガン、鉄、銅、モリブデン、ホウ素、塩素、コバルト、ナトリウムからなる群の中から選んだ少なくとも一種類の微量栄養素とのいずれか又は両方を、主体となる肥料の顆粒が含んでいるもの。
13. 粉塵抑制コーティングを施された肥料の粒子を製造する方法であって、
    主体となる肥料の懸濁液を調合し、
    この主体となる肥料の懸濁液を転がしながら造粒して、主体となる肥料の顆粒を作り、
    油成分を熱し、
    熱した油成分へポリマー添加剤を混合することにより粉塵抑制コーティング剤を調合し、
    主体となる肥料の顆粒へ粉塵抑制コーティングを局所的に塗布するもの。
14. 請求項１３の粉塵抑制コーティングを施された肥料の顆粒を製造する方法であって、ポリマー添加剤を溶かし、溶けたポリマー添加剤を熱した油成分に混ぜ合わせる工程を含むもの。
15. 請求項１３又は請求項１４の粉塵抑制コーティングを施された肥料の顆粒を製造する方法であって、華氏約１５０度から華氏２５０度までの範囲の温度で、油成分を熱するもの。
16. 請求項１３から１５のいずれかの粉塵抑制コーティングを施された肥料の顆粒を製造する方法であって、粉塵抑制コーティングのうちポリマー添加剤が約１０から約３０重量％であるもの。
17. 請求項１３から１６のいずれかの粉塵抑制コーティングを施された肥料の顆粒を製造する方法であって、肥料の顆粒のうち粉塵抑制コーティング剤が約０．０１から５重量％であるもの。
18. 請求項１３から１７のいずれかの粉塵抑制コーティングを施された肥料の顆粒を製造する方法であって、ポリマー添加剤が、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状の低密度ポリエチレンからなる群から選んだ少なくとも一種類のポリエチレンホモポリマーであるもの。
19. 請求項１３から１８のいずれかの粉塵抑制コーティングを施された肥料の顆粒を製造する方法であって、農業由来の油、原油を精製してできる副産物、DUSTROL、これらの組み合わせからなる群から油成分を選ぶもの。
20. 請求項１３から１９のいずれかの粉塵抑制コーティングを施された肥料の顆粒を製造する方法であって、カルシウム、硫黄、マグネシウムからなる群から選んだ少なくとも一種類の二次的な栄養素と、亜鉛、マンガン、鉄、銅、モリブデン、ホウ素、塩素、コバルト、ナトリウムからなる群から選んだ少なくとも一種類の微量栄養素のいずれかまたは両方を加える工程をさらに含むもの。
    

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