PL228151B1 - 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 biorozkładalny oraz sposób wytwarzania mineralnego nawozu wieloskładnikowego o przedłużonym działaniu zawierającego polimer biorozkładalny.

Nawozy mineralne są jednym z najważniejszych produktów przemysłu agrochemicznego. Światowa konsumpcja nawozów mineralnych systematycznie wzrastała w ostatnich latach od 135.4 Mt w sezonie 2000/2001 do 176,1 Mt w sezonie 2011/2012,przy niewielkim załamaniu spożycia 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 spożycia do poziomu odpowiednio 180,5 Mt 194,9 Mt.

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. 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 o ne 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 metalami ciężkimi i pierwiastkami promieniotwórczymi, skażeniu wód i atmosfery oraz zagrożeniu zdrowia człowieka.

Znany jest z opisu wynalazku CN 1830921 sposób otrzymywania nawozu o przedłużonym uwalnianiu składników mineralnych, pokrytego biodegradowalną warstwą żywicy zawierającej poliester alifatyczny i polikwas mlekowy. Roztwór powlekający przygotowuje się poprzez rozpuszczenie substratów w rozpuszczalniku, a następnie dodanie sproszkowanego wypełniacza.

Z opisu wynalazku CN 103044169 znany jest sposób otrzymywania nawozu o kontrolowanym uwalnianiu, którego zewnętrzną otoczkę stanowi nienasycona żywica poliestrowa, nakładana na wewnętrzną warstwę podkładową zawierającą żywicę epoksydową wraz z utwardzaczem .

Według opisu wynalazku CN 102826915 wytwarza się nawóz o kontrolowanym uwalnianiu, gdzie na granule nawozu nanoszona jest siarka jako warstwa bazowa, na którą nanosi się roztwór nienasyconej żywicy poliestrowej.

Znany jest z opisu wynalazku US 20030040435 sposób otrzymywania nawozu kontrolowanym uwalnianiu z wykorzystaniem anionowych dyspersji wodnych, zawierający co najmniej jedną warstwę biodegradowalną. Polimerami wykorzystywanymi do powlekania są materiały z grupy poliestrowych polioli i izocyjanianów.

Według opisu wynalazku US 3259482 wytwarza się nawóz o kontrolowanym uwalnianiu z zastosowaniem materiału powlekającego, składającego się z wielu warstw utwardzonych powłok w układzie żywice epoksydowe/poliestrowe. Składnik epoksydowy składa się z co najmniej 80%

PL 228 151 B1 mas. epoksydowanego związku tłuszczowego, natomiast żywica poliestrowa stanowi utwardzacz związku epoksydowego.

Według opisu wynalazku EP 0661250 sposób otrzymywania nawozu o przedłużonym uwalnianiu polega na powlekaniu nawozu dwiema różnymi warstwami polimerowymi. Na nawóz nakładana jest wewnętrzna warstwa powlekająca, zawierająca co najmniej jeden polimer z grupy łatwo ulegających biodegradacji poliestrów alifatycznych i poliuretanów. Drugą warstwę, zewnętrzną, stanowią nierozpuszczalne w wodzie i zawierające co najmniej jeden wolno biodegradowalny polimer lub fotodegradowalną żywicę z grup związków takich jak pochodne celulozy, polietylen, wosk i parafina o niskiej masie cząsteczkowej.

Mineralny nawóz wieloskładnikowy o przedłużonym działaniu, wedł ug wynalazku, zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu, fosforu, potasu oraz powłokę z biorozkładalnego polimeru, charakteryzuje się tym, że powłokę stanowi nierozpuszczalny w wodzie, biorozkładalny poli(bursztynian-co-tereftalanu etylenowego), otrzymywany metodą polikondensacji w stanie stopionym, który zawiera od 20 do 80% masowych sekwencji alifatycznych oraz od 20 do 80% masowych sekwencji aromatycznych. Powłoka ma grubość od 180 do 250 μm, co odpowiada stosunkowi masowemu powłoki do całkowitej masy nawozu od 0,24 do 0,28 i stanowi ona minimum 18,9% całkowitej masy otrzymanego nawozu.

Sposób wytwarzania mineralnego nawozu wieloskładnikowego o przedłużonym działaniu, według wynalazku, polegający na utworzeniu powłoki z biorozkładalnego polimeru na rdzeniu z komponentów mineralnych ze związków azotu, fosforu i potasu charakteryzuje się tym, że rdzeń powleka się roztworem poli(bursztynianu-co-tereftalanu etylenowego) w rozpuszczalniku organicznym o stężeniu od 1 do 20% masowych. Rdzeń powleka się do uzyskania powłoki o grubości od 180 do 250 μm, co odpowiada stosunkowi masowemu powłoki do całkowitej masy nawozu od 0,24 do 0,28, a utworzona powłoka stanowi minimum 18,9% 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. Fragmenty alifatyczne zastosowanego kopolimeru są biodegradowalne w środowisku naturalnym, natomiast fragmenty aromatyczne ulegają biorozkładowi na krótkie sekwencje zawierające maksymalnie dwa mery. Sekwencje te są nieszkodliwe dla środowiska naturalnego.

Przedmiot wynalazku jest bliżej przedstawiony w poniższych przykład ach wykonania.

P r z y k ł a d I

Wykorzystano wieloskładnikowy nawóz mineralny zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu (4% N), fosforu (12% P 2O5) i potasu (30% K2O). Granule nawozu o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartośc i 6% masowych poli(bursztynianu-co-tereftalanu etylenowego) 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 dwunastokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,24 oraz o grubości powłoki polimerowej 180 μm. Zawartość procentowa powłoki w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 18,9% masowych. Stopień uwalniania składników mineralnych po 24 godzinach wynosi 4%, a po 28 dniach 39%.

P r z y k ł a d II

Wykorzystano wieloskładnikowy nawóz mineralny zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu (5% N), fosforu (15% P 2O5) i potasu (30% K2O). Granule nawozu o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartości 8% masowych poli(bursztynianu-cotereftalanu etylenowego) 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 przedzial e od 1 do 5 sekund. Po etapie powlekania nawóz suszy się w temperaturze min. 60 °C. Po wielokrotnym, co najmniej dziewięciokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,25 oraz o grubości powłoki polim erowej 200 μm. Zawartość procentowa

PL 228 151 B1 powłoki w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 19,8% masowych. Stopień uwalniania składników mineralnych po 24 godzinach wynosi 8%, a po 28 dniach 69%.

P r z y k ł a d III

Wykorzystano wieloskładnikowy nawóz mineralny zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu (6% N), fosforu (20% P 2O5) i potasu (30% K2O). Granule nawozu o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartości 10% masowych poli(bursztynianu-cotereftalanu etylenowego) 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 ośmiokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,26 oraz o grubości powłoki polimerowej 220 gm. Zawartość procentowa powłoki w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 20,9% masowych. Stopień uwalniania składników mineralnych po 24 godzinach wynosi 5%, a po 28 dniach 54%.

P r z y k ł a d IV

Wykorzystano wieloskładnikowy nawóz mineralny zawierający rdzeń z komponentów min o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartości 12% masowych poli(bursztynianu-cotereftalanu etylenowego) 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 siedmiokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,27 oraz o grubości powłoki polimerowej 230 gm. Zawartość procentowa powłoki w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 21,2% masowych. Stopień uwalniania składników mineralnych po 24 godzinach wynosi 4%, a po 28 dniach 55%.

P r z y k ł a d V

Wykorzystano wieloskładnikowy nawóz mineralnym zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu (11% N), fosforu (8% P 2O5) i potasu (20% K2O). Granule nawozu o wymiarach 3-4 mm powleka się roztworem o zawartości 14% masowych poli(bursztynianu-cotereftalanu etylenowego) 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 sześciokrotnym powlekaniu i suszeniu otrzymuje się materiał nawozowy o stosunku masowym polimeru do nawozu 0,28 oraz o grubości powłoki polimerowej 250 gm. Zawartość procentowa powłoki w odniesieniu do całkowitej masy materiału nawozowego wynosi 22% masowych. Stopień uwalniania składników mineralnych po 24 godzinach wynosi 3%, a po 28 dniach 53%.

Claims (3)

1. Mineralny nawóz wieloskładnikowy o przedłużonym działaniu zawierający rdzeń z komponentów mineralnych ze związków azotu, fosforu i potasu oraz powłokę z biorozkładalnego polimeru, znamienny tym, że powłokę stanowi nierozpuszczalny w wodzie, biorozkładalny poli(bursztynian-co-tereftalanu etylenowego), który zawiera od 20 do 80% masowych sekwencji alifatycznych i od 20 do 80% masowych sekwencji aromatycznych , przy czym powłoka ma grubość od 180 do 250 gm, co odpowiada stosunkowi masowemu powłoki do całkowitej masy nawozu od 0,24 do 0,28 i stanowi ona minimum 18,9% całkowitej masy otrzymanego nawozu.

2. Sposób wytwarzania mineralnego nawozu wieloskładnikowego o przedłużonym działaniu, polegający na utworzeniu powłoki z biorozkładalnego polimeru na rdzeniu z komponentów mineralnych ze związków azotu, fosforu i potasu, znamienny tym, że rdzeń powleka się roztworem biorozkładalnego poli(bursztynianu-co-tereftalanu etylenowego) w rozpuszczalniku organicznym o stężeniu od 1 do 20% masowych, do uzyskania powłoki o grubości 180 do 250 gm, co odpowiada stosunkowi masowemu powłoki do całPL 228 151 B1 kowitej masy nawozu od 0,24 do 0,28, a utworzona powłoka stanowi minimum 18,9% 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.