PL228150B1 - Mineralny nawóz wieloskładnikowy o przedłuzonym działaniu i sposób wytwarzania mineralnego nawozu wieloskładnikowego o przedłuzonym działaniu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest mineralny nawóz wieloskładnikowy o przedłużonym działaniu, zawierający polimer biodegradowalny oraz sposób wytwarzania mineralnego nawozu wieloskładnikowego o przedłużonym działaniu zawierającego polimer biodegradowalny.

Nawozy mineralne są jednym z najważniejszych produktów przemysłu agrochemicznego. Światowa konsumpcja nawozów mineralnych systematycznie wyrastała w ostatnich latach od 135.4 Mt w sezonie 2000/2001 do 176,1 Mt w sezonie 2011/2012, przy niewielkim załamaniu zużycia w sezonie 2008/2009, związanym z kryzysem bankowym. Konsumpcja nawozów mineralnych w obecnym sezonie 2012/2013 jest szacowana na poziomie 176,3 Mt, natomiast prognozy na sezon 2013/2014 i 2017/2018 przewidują wzrost zużycia do poziomu odpowiednio 180,5 Mt i 194,9 Mt.

Mimo wzrastającej produkcji, wykorzystanie i przyswajanie składników mineralnych przez rośliny jest jednak stosunkowo niskie: szacuje się, że w przypadku azotu wynosi 50-70%, fosforu 10-25%, potasu 50-60%. Niska efektywność przyswajania składników mineralnych stwarza problemy zdrowotne i środowiskowe, wpływa negatywnie na ekonomikę produkcji agrochemikaliów. Jedną z metod zwiększania efektywności wykorzystania składników odżywczych jest stosowanie nawozów o kontrolowanym uwalnianiu składników mineralnych (controlled release fertilizers - CRF).

Nawozy o kontrolowanym uwalnianiu to nawozy produkowane w celu uzyskania stopniowego uwalniania składników mineralnych, a jednocześnie zapewniające właściwe odżywianie roślinom. Zastosowanie nawozu CRF, z którego uwalnianie składników odżywczych jest w większym stopniu dopasowane do wymagań odżywczych roślin, zapewnia poprawę efektywności wykorzystania składników pokarmowych nawozu poprzez zminimalizowanie ich strat między aplikacją a poborem.

Zgodnie z nomenklaturą AAPFCO (Association of American Plant Food Control Officials), nawozami CRF nazywa się materiały, w których uwalnianie składników mineralnych odbywa się poprzez polimerową powłokę lub membranę. Według Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego CEN (Comite Europeen de Normalisation) materiał może być uznany za nawóz o kontrolowanym uwalnianiu, jeżeli w określonych warunkach temperaturowych:

• nie więcej niż 15% składników mineralnych zostanie uwolnione w ciągu 24 h, • nie więcej niż 75% składników mineralnych zostanie uwolnione w ciągu 28 dni, • co najmniej 75% składników mineralnych zostanie uwolnione w całym okresie badań.

Aplikacja nawozów CRF jest korzystna, gdyż oszczędza czas, pracę i energię, przyczynia się do zmniejszenia stosowanych dawek nawozów oraz poprawy ich wydajności. Powłoka nawozów CRF stanowi barierę, która sprawia, że są one trwalsze i bardziej odporne na warunki glebowe i klimatyczne. Nawozy CRF zapobiegają negatywnym skutkom nadmiernego nawożenia: zakwaszeniu i alkalizacji gleb, naruszeniu równowagi jonowej, zasoleniu gleb, powstawaniu szkodliwych substancji organicznych i nieorganicznych, zanieczyszczaniu gleb, skażeniu wód i atmosfery oraz zagrożeniu zdrowia człowieka.

Wadą nawozów o kontrolowanym uwalnianiu składników odżywczych powlekanych polimerami, jest to, że po zużyciu składników mineralnych w glebie pozostaje znaczna ilość bezużytecznego polimeru, około 50 kg/ha w ciągu roku. Korzystnym rozwiązaniem jest zatem produkowanie nawozów o kontrolowanym uwalnianiu z wykorzystaniem polimerów biodegradowalnych. Przykłady zastosowania materiałów biodegradowalnych w preparatyce nawozów przedstawiono poniżej.

Znany jest z opisu wynalazku WO 2013077725 sposób otrzymywania nawozu o przedłużonym uwalnianiu składników mineralnych z zastosowaniem biodegradowalnej poliuretanowej otoczki, wytwarzanej w wyniku reakcji poliizocyjanianu i składnika z nim reagującego, który utworzony jest z polioli i pochodnej estru metylowego z naturalnych olejów.

Z opisu wynalazku CN 101759496 znany jest sposób otrzym ywania nawozu o kontrolowanym uwalnianiu, którego otoczka polimerowa składa się z poliizoprenu oraz kopolimeru etylenu i octanu winylu.

Według opisu wynalazku WO 1996018591 wytwarza się nawóz, gdzie materiałami ulegającymi biodegradacji są: kalafonia, woski, alifatyczne poliestry jak polikaprolakton, kwas polimlekowy lub estry dikwasów i dioli. Materiały biodegradowalne miesza się i stapia w stanie ciekłym z nawozem mineralnym, po czym zmieszane materiały wytłacza się.

Znany jest z opisu wynalazku CN 102816008 sposób otrzymywania nawozu o kontrolowanym uwalnianiu z wykorzystaniem oleju rzepakowego, alkoholu wielowodorotlenowego, di metylobenzenu i części włókna roślinnego.

PL 228 150 B1

Z opisu wynalazku WO 2012138210 wytwarza się nawóz zawierający biodegradowalne polimery rozpuszczalne w wodzie z grup materiałów takich jak żywice alkilowe, zmodyfikowane oleje i oleje schnące, żywice winylowe, akrylany, poliestry, żywice epoksydowe, poliamidy i poliwęglany.

Według opisu wynalazku CN 103193549 sposób otrzymywania nawozu o przedłużonym uwalnianiu polega na powlekaniu nawozu mieszaniną oleju tungowego, żywicą mocznikową, żywicą termoplastyczną i termoutwardzalną, poliakryloaminą, skrobią modyfikowaną i alkoholem winylowym.

Znany jest z opisu wynalazku CN 101759498 sposób otrzymywania nawozu o kontrolowanym uwalnianiu z wykorzystaniem modyfikowanej żywicy mocznikowo-formaldehydowej, ligniny stanowiącej od 39-42% materiału powlekającego oraz kaolinu i glutaminianu monosodu.

Z opisu wynalazku CN 1603288 wytwarza się nawóz zawierający w warstwie powłoki polimerowej polistyren, polietylen wraz z dodatkami takimi jak puder mineralny, mąkę zbożową oraz proszek gumowy.

Według opisu wynalazku JP 2002191206 sposób otrzymywania nawozu o przedłużonym uwalnianiu polega na powlekaniu nawozu mieszaniną poliimidu kwasu bursztynowego jako polimerem biodegradowalnym wraz z niskowrzącym rozpuszczalnikiem oraz dielektrykiem.

Mineralny nawóz wieloskładnikowy o przedłużonym działaniu, według wynalazku, zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu, fosforu, potasu oraz powłokę z polimeru biodegradowalnego, charakteryzuje się tym, że powłokę stanowi nierozpuszczalny w wodzie, kopoliester polibursztynianu butylenowego i estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego, który zawiera od 40 do 80% masowych segmentów sztywnych, pochodzących od polibursztynianu butylenowego i od 20 do 60% masowych segmentów giętkich, pochodzących od estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego. Powłoka ma grubość od 200 do 230 pm, co odpowiada stosunkowi masowemu powłoki do całkowitej masy nawozu od 0,22 do 0,26 i stanowi ona minimum 18% całkowitej masy otrzymanego nawozu. Powłokę stanowi kopoliester alifatyczny otrzymywany metodą polikondensacji w stanie stopionym, należący do grupy kopolimerów multiblokowych.

Sposób wytwarzania mineralnego nawozu wieloskładnikowego, według wynalazku, polegający na utworzeniu powłoki z biodegradowalnego polimeru na rdzeniu z komponentów mineralnych ze związków azotu, fosforu i potasu charakteryzuje się tym, że rdzeń powleka się nierozpuszczalnym w wodzie, roztworem kopoliestru polibursztynianu butylenowego i estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego w rozpuszczalniku organicznym o stężeniu od 1 do 20%. Rdzeń powleka się aż do uzyskania powłoki o grubości od 200 do 230 pm, co odpowiada stosunkowi masowemu powłoki do całkowitej masy nawozu od 0,22 do 0,26. Utworzona powłoka stanowi minimum 18% całkowitej masy otrzymanego nawozu. Jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się chloroform, chlorobenzen oraz chlorek etylenu.

Zaletą wynalazku jest otrzymanie materiału nawozowego o przedłużonym działaniu. Nawóz otrzymany sposobem według wynalazku może być z powodzeniem wykorzystywany jako nawóz mineralny w rolnictwie, zamiennie z konwencjonalnymi nawozami mineralnymi. Ponadto, zawarty w otrzymanym materiale nawozowym polimer ulega procesom biodegradacji, nie pozostawiając szkodliwych pozostałości w glebie.

Przedmiot wynalazku jest bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania.

P r z y k ł a d I

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany nawóz mineralny zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu (4% N), fosforu (12% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Granule nawozu o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartości 6% mas. kopoliestru polibursztynianu butylenowego i estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego w chloroformie. Granule nawozu powleka się metodą zanurzeniową. W tym celu granule nawozu, ułożone w postaci monowarstwy na nierdzewnej metalowej siatce, zanurza się w roztworze powlekającym, przy czasie kontaktu w przedziale od 1 do 5 sekund. Po etapie powlekania nawóz suszy się w temperaturze min. 60°C. Po wielokrotnym, co najmniej jedenastokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,22 oraz o grubości powłoki 200 pm. Zawartość procentowa powłoki w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 18,3% masowych. Stopień uwalniania składników mineralnych z otrzymanego nawozu wynosi 13% po 24 godzinach oraz 58% po 28 dniach.

PL 228 150 B1

P r z y k ł a d II

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany nawóz mineralny zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków: azotu (5% N), fosforu (15% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Granule nawozu o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartości 8% mas. kopoliestru polibursztynianu butylenowego i estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego w chlorobenzenie. Granule nawozu powleka się metodą zanurzeniową. W tym celu granule nawozu, ułożone w postaci monowarstwy na nierdzewnej metalowej siatce, zanurza się w roztworze powlekającym, przy czasie kontaktu w przedziale od 1 do 5 sekund. Po etapie powlekania nawóz suszy się w temperaturze min. 130°C. Po wielokrotnym, co najmniej dziewięciokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,23 oraz o grubości powłoki 210 μm. Zawartość procentowa powłoki w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 18,8% masowych. Stopień uwalniania składników mineralnych z otrzymanego nawozu wynosi 14% po 24 godzinach oraz 73% po 28 dniach.

P r z y k ł a d III

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany nawóz mineralny zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków: azotu (6% N), fosforu (20% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Granule nawozu o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartości 10% mas. kopoliestru polibursztynianu butylenowego i estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego w chloroformie. Granule nawozu powleka się metodą zanurzeniową. W tym celu granule nawozu, ułożone w postaci monowarstwy na nierdzewnej metalowej siatce, zanurza się w roztworze powlekającym, przy czasie kontaktu w przedziale od 1 do 5 sekund. Po etapie powlekania nawóz suszy się w temperaturze min. 60°C. Po wielokrotnym, co najmniej ośmiokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,26 oraz o grubości powłoki polimerowej 230 μm. Zawartość procentowa polimeru w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 20,7% masowy. Stopień uwalniania składników mineralnych z otrzymanego nawozu wynosi 7% po 24 godzinach oraz 65% po 28 dniach.

P r z y k ł a d IV

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany nawóz mineralny zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków: azotu (8% N), fosforu (24% P2O5) oraz potasu (24% K2O). Granule nawozu o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartości 12% mas. Ko poliestru polibursztynianu butylenowego i estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego w chlorku etylenu. Granule nawozu powleka się metodą zanurzeniową. W tym celu granule nawozu, ułożone w postaci monowarstwy na nierdzewnej metalowej siatce, zanurza się w roztworze powlekającym, przy czasie kontaktu w przedziale od 1 do 5 sekund. Po etapie powlekania nawóz suszy się w temperaturze min. 80°C. Po wielokrotnym, co najmniej sześciokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,25 oraz grubości warstwy powłoki polimerowej 220 μm. Zawartość procentowa polimeru w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 20,2% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych z otrzymanego nawozu wynosi 8% po 24 godzinach oraz 60% po 28 dniach.

Claims (3)

1. Mineralny nawóz wieloskładnikowy o przedłużonym działaniu zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu, fosforu i potasu oraz powłokę z biodegradowalnego polimeru, znamienny tym, że powłokę stanowi nierozpuszczalny w wodzie, kopoliester polibursztynianu butylenowego i estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego, w którym zawartość segmentów sztywnych, pochodzących od polibursztynianu butylenowego wynosi od 40 do 80% masowych, zaś segmentów giętkich pochodzących od estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego wynosi od 20 do 60% masowych, przy czym powłoka ma grubość od 200 do 300 μm, co odpowiada stosunkowi masowemu powłoki do całkowitej masy nawozu od 0,22 do 026 i stanowi ona minimum 18% całkowitej masy otrzymanego nawozu.

2. Sposób wytwarzania mineralnego nawozu wieloskładnikowego o przedłużonym działaniu, polegający na utworzeniu powłoki z biodegradowalnego kopolimeru alifatycznego na rdzeniu z komponentów mineralnych ze związków azotu, fosforu i potasu, znamienny tym, że rdzeń

PL 228 150 B1 powleka się nierozpuszczalnym w wodzie, roztworem kopoliestru polibursztynianu butylenowego i estru butylenowego nasyconego dimeru kwasu linolowego w rozpuszczalniku organicznym o stężeniu od 1 do 20% masowych, do uzyskania powłoki o grubości od 200 do 230 μm, co odpowiada stosunkowi masowemu powłoki do całkowitej masy nawozu od 0,22 do 0,26, a utworzona powłoka stanowi minimum 18% całkowitej masy otrzymanego nawozu.

3. Sposób wytwarzania mineralnego nawozu wieloskładnikowego według zastrz. 2, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik stosuje się chloroform, chlorobenzen oraz chlorek etylenu.