JP2022507494A - 有機的に強化された無機肥料のコーティング又は表面層における生物活性分子の送達 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年11月14日に出願された米国特許出願第62/767,172号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により組み込まれる。
アミド系コーティングの場合、材料は、C18ステアリルアミンにエステル化された脂肪酸から構成されるアミドである。脂肪酸は、異なる炭素長であってもよく、最適にはC12又はC14炭素であるが、より好ましくはC16又はC18炭素である。このアミドは、52℃(125°F)未満の周囲温度で固体である。このアミド化合物を使用する実施形態では、コーティングにより、アミドと生物活性分子上の活性基との結合がある程度可能になる。一次結合は、生物活性分子と硫酸成分との間で、顆粒の表面及び外側100μm以内の両方で起こる。生物活性物質(例えば、除草剤及び/又は農薬)はまた、除草剤又は農薬がコーティングから顆粒表面及びコア構造に移動する際に、顆粒コア中にある負電荷を含有する有機物又はマトリックスと結合する。生物活性分子はまた、顆粒表面及びコア構造上にも存在する鉄及びアルミニウム分子と結合する。
消化された食品廃棄物及び堆肥(バイオ固体とも呼ばれる)で構成される湿ったコミュニティ廃棄物有機物は、約17.0%パーセントの固形分で、肥料製造施設で受け取られる。プラントは、1日当たり220湿潤トンの有機物処理速度で動作するように設定される。この実施例では、材料を予め乾燥させた有機材料と混合して、約20%~26%、又はより好ましくは約22%~24%の固形分の、好ましいパーセントの固形分を得る。この調整された有機混合物を、加水分解のために第1の容器に圧送する。第1の容器のオリフィスで、調整された有機混合物を、予め計算された量の93%硫酸とさらに混合して、完成した肥料中で110℃(230°F)となる水和熱の温度、及び合計で約17%の硫黄が得られるようにする。容器の内容物を360RPMの速度で約30秒~10分間、又は好ましくは約2分~6分間激しく混合する。容器内で、酸性化された混合物が徐々に容器の上4分の1に押し出され、そこで反応後に排出される。この第1の容器において、有機物からのタンパク質が、様々な長さのポリペプチド又は好ましくは単量体アミノ酸に加水分解される。存在する他の巨大有機化合物も、より小さな分子形態に加水分解される。加水分解は、容器の内容物の流動性を、好ましくは1000cP未満まで増加させる。次いで、この流動化され酸性化された混合物を、アンモニア処理のために第2の圧力容器の底部オリフィスに圧力をかけて移送し、ここで、混合物は、当該混合物の温度が150°F(65℃)超(又は代替的に300°F(149℃)超)まで上昇させるのに十分な気化した無水アンモニアと混合される。第2の容器の内圧は、35psi以上であり得、得られる肥料の最終配合物中の窒素(N)濃度を、完成品の乾燥重量で約16%~17%の窒素にするのに十分である。アンモニア処理された混合物は、オリフィスを通して造粒機に排出される前に、6分間の反応時間にわたって第2の圧力容器内に維持される。排出された混合物(溶融物とも呼ばれる)は、第1の圧力容器の排出物と比較して粘度がわずかに増加するが、好ましくは約1200cP未満の粘度を有する。この放出された溶融物は加圧下にあり、したがって造粒機に入り、再生肥料顆粒(例えば、プロセス空気処理システムに含まれる様々な集塵器から収集された粉砕肥料材料又は微小な肥料材料又は肥料粉塵材料)の受入床に噴霧される。スプレーは、受入れた肥料顆粒をコーティングし、一連のコーティング又は造粒物を徐々に構築し、材料の大部分が所望の製品サイズである顆粒状肥料が製造されるようにする。所望のサイズは、例えば、商業的農業での使用に適した直径約1.7mm~3.5mm(170sgn~350sgn;「サイズガイドナンバー」)の顆粒であり得る。噴霧コーティングの適用に続いて、又はそれと同時に、所定量の硬化剤が造粒機内の顆粒に適用される。好ましくは、硬化剤の量は、完成した顆粒の硬度が約5lbs~8lbsの圧潰強度の範囲に達するのに十分である。次いで、この材料を、例えば回転ドラム乾燥機で約98%以上の固形分まで乾燥させ、次いで、約1.7mm~1.9mm、約1.2mm~1.4mm、及び約2.6mm~3.5mmの3つの市販サイズのうちの1つに篩分する。より小さな材料は、再循環床の一部として造粒機に戻される。より大きな材料はすべて、チェーンミルで粉砕され、再循環床の一部として造粒機に戻される。適切なサイズの製品の一部、好ましくは市販の製品サイズで約2.4mm~3.0mmの製品はまた、製造プロセスの物質収支を維持するために再循環床に戻してもよい。このプロセスの当該ステップは、粉塵を最小限に抑え、臭気が製造環境に放出されるのを防ぐために負圧下で行った。プロセス空気は、製造特性のフェンスラインで有害な臭気が知覚されないように、堅牢な臭気制御システムを通じて処理した。アンモニウムイオン(この例では硫酸アンモニウム)などのスクラブされた栄養素をプロセス水タンクに戻し、そこで、第1の圧力容器に入る調整された混合物の固形分及び流動性を制御するのを補助するために第1のミキサーに加えた。これにより、肥料製造プロセスから排出されるのが(都市有機材料及び冷却システムから排出される必要があり得る任意の冷却水から)処理された凝縮水と処理されたプロセス空気のみとなるように、製造プロセスの効率が最大化される。本実施例で製造された肥料において、窒素の徐放率は、製品中の全窒素の約30%であった。この徐放性窒素は、マトリックスのコアに含まれるポリペプチド及びアミノ酸などの有機化合物上の負電荷に正電荷のアンモニウムイオンが静電的に結合している有機マトリックスの形態である。回転乾燥機を出た後、製品を製品冷却器に通して、製品の温度を約115°F(46℃)~160°F(71℃)、より好ましくは約130°F(54℃)~150°F(65℃)に低下させる。この冷却された製品を、135°F(57℃)の平均顆粒温度で、コーティング温度を160°F(71℃)に設定して、1トン当たり5~10ポンドのアミド系炭化水素コーティングで最初にコーティングする。次いで、製品は倉庫に運ばれ、出荷待ちとなる。出荷が予定されている場合、製品は、1トン当たり10~20ポンドの製品を追加して2回目のコーティングが行われる。除草剤は、このコーティングに含まれるか、又は出荷時コーティングとなる最終コート層の適用前にスプレーとして適用されてもよい。この実施例では、アトラジンが使用される(図3、図4及び図5を参照)。アトラジンは、トリアジンクラスの除草剤である。アトラジンは、トウモロコシ(corn)及びサトウキビなどの作物並びに芝生、例えばゴルフコース及び住宅芝生において、出芽前及び出芽後の広葉雑草を防止するために使用される。アトラジンは、米国及びオーストラリアの農業において最も広く使用されている除草剤の1つである。アトラジンは、脂質可溶性ブレンドとしてアミドコーティングに添加される。肥料顆粒に適用されると、アトラジンを含むコーティングは固化し、非常に防塵性で取り扱いに耐える表面コーティングを形成する。コーティングとの界面に位置するアトラジンは、顆粒構造の外側約100μmに露出した重硫酸アニオンに結合する(図1及び図3参照)。固化したアミドコーティングの本体に担持されたアトラジンは、緩慢に移動し、追加のビスルフェート分子を見つけ出し結合する。アトラジンは、除草剤の乾燥質量が製品質量の0.25%~0.75%になるように有機的に強化された硫酸アンモニウム肥料に含有される。これは、顆粒に適用する前に、1トンの溶融コーティングに5ポンド~15ポンドの除草剤を含める必要があることを意味する。この量であれば、アトラジン又は他の除草剤を別のコーティングステップで添加し、アミド又はワックスの最終コーティングの前に適用して、除草剤が外側アミドコーティング又はワックスコーティングのいずれかの下にある顆粒構造の外側約100μmに存在するような別の実施形態が必要になる場合がある。
実施例1及び2のように形成された顆粒において、除草剤2,4-Dを含有するコーティングを、約131°F(55℃)の融点を有する精製パラフィンワックス中に脂溶性除草剤として適用する。ここでも製品1トン当たり5~30ポンドの間のコーティングを使用する。2,4-Dは、顆粒の表面及び顆粒の外側100μmで硫黄及び有機分子に再び結合する。この結合は、固化したワックスコーティング中の2,4-Dが顆粒の表面に移動し、より多くのスルフェートを見つけ出してイオン結合することによって、経時的に増加する。完成肥料中の2,4-Dの濃度は、農学者の推奨事項に基づいて、通常0.05%~0.5%である。
実施例1及び2のように形成された肥料顆粒では、界面活性剤を含有する精製ワックスコーティングが25ポンド/トンで適用され、このコーティングは、スルホニル尿素クラスの除草剤を含有する。これは、広葉雑草及び一部の一年草を枯らす効果的な除草剤クラスである。その活性型の1つが、メトスルフロンメチルとして販売されており、この化合物は、葉面及び土壌での活性を有する浸透性化合物で、新芽及び根の細胞分裂を抑制し、その芳香環によりパラフィンワックスコーティングと優れた適合性を有し、4.5~6.0の間の肥料pHで、肥料の外側100μmにあるスルフェート及び有機分子とよく結合する。この結合は、除草剤の安定性を高め、他の適用方法よりも有利になる。
実施例1の方法と同様に製造された肥料顆粒において、リン酸二アンモニウム系の肥料を製造したという点で異なる。この肥料を25ポンドの精製パラフィンワックスでコーティングした。この肥料の栄養配合は、16-34-0-7-1-12(乾燥重量でN-P-K-S-Fe-有機物)である。ジニトロアニリンクラスの除草剤を炭化水素アミドコーティングに添加した。この除草剤は、親油性の性質のためにワックスコーティングとの優れた適合性を有し、顆粒コア及び表面領域の外側範囲でホスフェート及び有機成分、特にこの肥料中の有機マトリックスによく結合する。ニトロアニリンによって示される緊密な有機結合は、圃場におけるこの除草剤の徐放に寄与し、それによって雑草防除を拡大する。
実施例1及び2の方法と同様に作製された肥料顆粒において、リン酸二アンモニウム系肥料コアを製造したという点で異なる。この肥料の栄養配合は、14-24-0-10-1-10(乾燥重量でN-P-K-S-Fe-有機物)である。製造された肥料コア上の第1のコーティングは、コア1トン当たり12ポンドのコーティング割合で顆粒コアに適用された、凍結乾燥アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)の懸濁液を含有する軽量鉱油ベースのコーティングである。乾燥後、このコアと第1のコーティングとを、次いで、いずれも約75°F(24℃)で固体である20ポンド/トンの加温パラフィンワックス又は20ポンドの加温油性アミドコーティングの保護層でさらにコーティングする。
実施例1及び2の方法と同様に作製された肥料顆粒において、リン酸二アンモニウム系肥料コアを製造したという点で異なる。この肥料の栄養配合は、14-24-0-10-1-12(乾燥重量でN-P-K-S-Fe-有機物)である。製造された肥料コア上の第1のコーティングは、改質されたトール油性のコーティングであって、長い炭化水素鎖の中央にアミド結合を含み、顆粒コアの外側域領域への結合を補助する。この第1のコーティングは、製造中にコア1トン当たり10ポンドのコーティングの割合で高温(約130°F~約160°F;又は約55℃~約71℃)の顆粒コアに適用される。乾燥後、このコアと第1のコーティングとを、次いで、多くの場合には出荷時に、コーティングの質量に対して3%の活性イミダクロプリド2Fを含有する同様のトール油コーティング22ポンド/トンの保護層でさらにコーティングする。これは、イミダクロプリドが有機物に結合して、適用後に殺虫剤が経時的に緩慢に放出されることを可能にするため、有機物をそれらの構造中に含有する肥料のための良好な活性剤である。イミダクロプリドは、活性化合物0.1ポンド/エーカーの1エーカー当たりの適用量で効果を発揮する。この実施例の肥料を1エーカー当たり300ポンドの典型的な適用量で適用する場合、各エーカーを0.1ポンドの活性イミダクロプリド2Fで処理することになる。この濃度は、規制によりイミダクロプリド2Fの最大量が1エーカー当たり0.4ポンド未満の活性化合物に制限されているので、年3回の適用プロトコルによく適合するであろう。イミダクロプリドは昆虫神経毒として作用し、ネオニコチノイドと呼ばれる化学物質のクラスに属する浸透性殺虫剤であるため、これは特に有用な含有物である。イミダクロプリドは、農業における害虫防除に広く使用されている。
肥料顆粒は、基本的に米国特許第8,992,654号明細書に記載されているように調製し、液体肥料を再生肥料材料に噴霧して顆粒を作製する。スプレーはまた、肥料顆粒を一緒にコーティングする所定量の除草剤を含有する。第2の液体は、植物栄養素と所定量の硬化剤を含んだものを、同じ又は異なるノズルから、再び噴霧によって肥料顆粒に導入する。好ましくは、硬化剤の量は、完成した顆粒の硬度が約5lbs~8lbsの圧潰強度の範囲に達するのに十分である。次いで、この材料を回転ドラム乾燥機で約98%以上の固形分まで乾燥させる。得られた肥料製品は、滑らかにコーティングされた顆粒状肥料となり、倉庫保管における粉塵及び取り扱いに対する保護、肥料の中間流通業者、及び最終的にはエンドユーザーである農家による輸送及び取り扱いに対する保護が強化される。製品は、望ましくない植生を抑制するのに十分なアトラジン(0.5%~1.5%(w/w))と、植物の成スルフェート長及び発育を促進するのに十分な栄養素とを含む複数のコーティング層を含む。
Claims (30)
- 肥料顆粒をコーティングする方法であって、
有機材料で構成された肥料顆粒を提供するステップと、
前記肥料顆粒を、コーティング剤と、前記肥料顆粒の表面及び/又は内部の荷電した有機分子と化学的に反応してコーティングを形成する生物活性剤とを接触させるステップと、
前記肥料顆粒を乾燥させて、乾燥・コーティングされた肥料顆粒を形成するステップと
を含む、方法。 - 有機材料が、スルフェート系及び/又はホスフェート系である、請求項1に記載の方法。
- コーティング剤が、油性剤、アルコール系剤、ワックス、ポリマー、ポリウレタンを含むウレタン、結晶性及び非結晶性パラフィン、トール油、カルシウム含有化合物、硫黄含有化合物、ホスフェート含有化合物、ケイ素含有化合物、金属含有化合物(例えば、第一鉄又は第二鉄、ホウ素、マグネシウム、又はマンガンの塩)、ラテックス化合物、及びそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。
- 肥料顆粒が、コーティング剤に結合するスルフェート又はホスフェートの分子、有機分子、鉄分子、又はアルミニウム分子のうちの1種以上を含有する、請求項3に記載の方法。
- コーティングが、肥料顆粒のコアの外側200μm内に拡散する、請求項1に記載の方法。
- コーティングが肥料顆粒のコア上に形成される、請求項1に記載の方法。
- 生物活性剤が、除草剤、農薬、植物成長調節剤、酵素、天然産物、抗微生物剤及び/又は微生物を含む、請求項1に記載の方法。
- 除草剤又は農薬が、アニオン性、カチオン性、非イオン性及び/又は親油性である、請求項7に記載の方法。
- 接触させることが、コーティング及び活性剤の肥料顆粒への付着を促進する界面活性剤をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- コーティングが、乾燥肥料顆粒1トン当たり約5ポンド~約100ポンドを含む、請求項1に記載の方法。
- コーティングが、好ましくは乾燥肥料顆粒1トン当たり約10~約40ポンドを含む、請求項1に記載の方法。
- 乾燥・コーティングされた肥料顆粒が、約95%~約100%の固形分を含む、請求項1に記載の方法。
- 乾燥・コーティングされた肥料顆粒は、コーティング剤と接触していない肥料顆粒と比較して硬度及び/又は圧潰強度が増加している、請求項1に記載の方法。
- 乾燥・コーティングされた肥料顆粒は、コーティング剤と接触していない肥料顆粒と比較して粉塵形成が減少している、請求項1に記載の方法。
- 乾燥・コーティングされた肥料顆粒は、コーティング剤と接触していない肥料顆粒と比較して吸湿性が低い、請求項1に記載の方法。
- 乾燥・コーティングされた肥料顆粒が、土壌への適用後の最初の2週間にわたる高速放出と、その後の持続放出の第2の段階とを含む2段階放出栄養プロファイルを有する、請求項1に記載の方法。
- 生物活性剤が、1種以上の微生物を含む、請求項1に記載の方法。
- 1種以上の微生物が、枯渇した土壌微生物相を補充することによって標的作物を有益化し、標的作物への1種以上の栄養素の移動を増強し、及び/又は植物成長若しくは植物生産を増加させる、請求項17に記載の方法。
- 1種以上の微生物が、毒性の化学物質又は化合物を代謝し、及び/又はバイオレメディエーションを行う、請求項17に記載の方法。
- 有機材料及び生物活性剤及びコーティング剤を含む、コーティングされた肥料顆粒。
- 有機材料が、スルフェート系及び/又はホスフェート系である、請求項20に記載の顆粒。
- アミド結合炭化水素化合物又はパラフィンワックスをさらに含む、請求項20に記載の顆粒。
- 生物活性剤が、コーティングされた肥料顆粒のコアの外側200μm内に存在する、請求項20に記載の顆粒。
- 生物活性剤が、除草剤、農薬、植物成長調節剤、酵素、天然物、抗微生物剤及び/又は微生物を含む、請求項20に記載の顆粒。
- 生物活性剤が、アニオン性、カチオン性、非イオン性及び/又は親油性である、請求項20に記載の顆粒。
- 生物活性剤が、顆粒の外面に存在しない、請求項20に記載の顆粒。
- コーティング内に生物活性剤を含有する肥料のコーティングされた顆粒。
- 肥料が有機材料を含む、請求項27に記載の顆粒。
- 生物活性剤が、除草剤、農薬、植物成長調節剤、酵素、天然産物、抗微生物剤及び/又は微生物を含む、請求項27に記載の顆粒。
- 顆粒表面に生物活性剤を実質的に含有しない、請求項27に記載の顆粒。
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