Сельскохозяйственная композиция и кондиционирующий агент - RU2291847C2
Код документа: RU2291847C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к новой сельскохозяйственной (агрономической) композиции, включающей субстрат, являющийся азотсодержащим удобрением, с покрытием, составляющим 0,05-1,5% масс., для снижения образования пыли и слеживания удобрения. Изобретение включает кондиционирующий агент, включающий парафин, масло, смолу/камедь, поверхностно-активное вещество (сурфактант) и, возможно, биоразлагаемый полимер для получения покрытия на удобрениях.
В течение длительного времени известно, что имеющие форму частиц удобрения, подобные NP-удобрениям (комплекс азотных и фосфорных удобрений), NPK (комплекс азотных и фосфорных и калиевых удобрений), AN (нитрат аммония), CAN (нитрат кальция и аммония), мочевине и азотсодержащим удобрениям с серой, могут вызвать проблемы в процессе хранения и транспортировки в насыпном виде, если они не имеют защитного покрытия.
Одной из проблем, возникающих в процессе хранения и транспортировки, является слеживание удобрений в виде частиц. Удобрения могут храниться в насыпном виде в хранилищах в течение почти одного года и транспортироваться в насыпном виде в количествах вплоть до 35000 тонн в емкостях. Таким образом, такие продукты нуждаются в защите, чтобы избежать слеживания до того, как они достигнут заказчика. Экономические потери и последствия для окружающей среды из-за слеживания, имеющие место во время транспортировки, являются огромными.
Кроме того, упакованные в мешки продукты, которые хранят в высоких штабелях с повышенным давлением за счет мешков, имеют повышенную тенденцию к слеживанию. Слеживание могут вызвать различные механизмы, зависящие от химического состава удобрения. Этими механизмами могут быть: образование мостиков, агломерация, десублимация, модификация кристаллов, деформация, когезия и/или адсорбция. Комплексные удобрения, подобные NPK-удобрению, содержащие несколько питательных компонентов, имеют особенно высокую тенденцию к слеживанию. Требование в торговле все более и более поворачивается в сторону комплексных систем, поскольку агрономические знания повышаются. Для определенных сельскохозяйственных культур необходимы определенные питательные вещества, питательные макроэлементы и микроэлементы, недостаточно только добавить азот и фосфор для повышения урожайности, аспекты качества сельскохозяйственной культуры, такие как вкус, также являются на сегодняшний день возрастающим фактором. Добавление особо питательных веществ к уже комплексным системам может привести к изменению равновесия солевой системы, образованию твердых растворов и повышению гигроскопичности. Это приведет к более высокой тенденции слеживания.
Другой проблемой, особенно во время транспортировки удобрений в виде частиц, является образование пыли. Существует несколько причин такого образования пыли, например то, что частицы удобрения являются негладкими. Вследствие истирания, которому частицы подвергаются во время транспортировки, их шероховатость будет истираться и посредством этого будет образовываться пыль. Удобрения в увеличивающемся количестве транспортируют в насыпном виде, и это приводит к значительному механическому истиранию на поверхности частиц удобрений. Механическое истирание может вызвать образование отходов, т.е. большие куски разбиваются на частицы. Особенно мелкие частицы пыли, которые остаются в движении в воздухе в течение некоторого времени, приводят к неприятному перемещению пыли. Инструкция по охране окружающей среды, относящаяся к образованию пыли во время погрузки и разгрузки, требует разрешения такой проблемы.
Несколько агентов для покрытия для различных типов удобрений, например, описанных в Европейских патентах №№ 320987 и 768993, были разработаны для ограничения или разрешения указанных выше проблем. Однако общепринятые агенты для покрытия содержат соединения, которые могут быть вредными для окружающей среды и включают риск для здоровья. Ранее известные кондиционирующие агенты являются недостаточно биоразлагаемыми, они могут содержать карциногенные полиароматические углеводороды (РАН) и, кроме того, они могут быть очень токсичными для водных организмов.
Таким образом, можно предположить, что в ближайшем будущем различные правительства введут новое законодательное ограничение на использование сельскохозяйственных продуктов, не являющихся по своей природе биоразлагаемыми, которые содержат вредные для здоровья полиароматические углеводороды (карциногенные вещества) и являются токсичными для водных организмов. Очень мало (если они вообще имеются) существующих кондиционирующих агентов, наносимых на удобрения, удовлетворяют ожидаемым допустимым степеням биоразлагаемости, содержания РАН и токсичности в отношении водных организмов для сельскохозяйственных продуктов (рекомендации EC).
Приемлемым уровнем присущей биоразлагаемости, который может быть подходящим для принятия, является 70% DOC (растворенного органического катиона) в пределах 84 дней по международному способу испытания EC: OECD 302.
Приемлемыми величинами для токсичности, которые могут быть подходящими для принятия, являются меньше 2 мертвых животных по испытанию на "Toxicity towards Daphnia Magna" (OECD 202 and EU no C.2.), что соответствует LC50 (летальной концентрации для 50% животных) 100 м.д. Если результаты испытания дают величины между 2-10, испытания, помимо этого, рекомендуется проводить на рыбах и водорослях, чтобы подтвердить, имеется ли реальная водная токсичность или нет. Эти испытания указываются также в "OECD Guidelines for Testing Chemicals" (OECD 203 and OECD 201).
Приемлемыми величинами для РАН, которые могут быть достаточными для покрытий, являются величины ниже 1,5% при способе анализа I.P.346. Это ограничение основано на нормальной максимальной концентрации для защитных покрытий.
Если результаты испытания показывают величины выше 1,5%, необходима идентификация фактических органических компонентов, чтобы показать, являются ли они карциногенными, мутагенными или оказывают влияние на природу репротоксичности или нет.
Как можно видеть на фигуре 1, ни одно из испытанных существующих покрытий удобрений не удовлетворяет обоим предполагаемым требованиям, установленным для биоразлагаемости и токсичности. На фигуре 1 показаны результаты испытания для нескольких покрытий от 8 разных производителей в Европе. Кроме того, восемь испытанных покрытий не удовлетворяют ожидаемым требованиям на содержание РАН.
Снижающие образование пыли компоненты, используемые в покрытиях, очень часто являются синтетическими полимерами с низкой биоразлагаемостью и, кроме того, носитель, подобный техническому вазелиновому маслу, имеет низкую биоразлагаемость вследствие его химической природы (парафиновые или нафтеновые вещества).
Кроме того, масла и воски, используемые в общепринятых покрытиях, могут содержать полиароматические углеводороды (РАН). Конечно, не все РАН могут вызвать опасные последствия, но важно идентифицировать определенное соединение, чтобы подтвердить, является ли оно карциногенным или нет.
Основной целью настоящего изобретения является получение сельскохозяйственной композиции, включающей азотсодержащие удобрения, имеющей пониженную тенденцию к слеживанию и образованию пыли во время транспортировки и хранения, причем она являются также и биоразлагаемой и нетоксичной для окружающей среды.
Другой целью настоящего изобретения является предложение кондиционирующего агента, который является биоразлагаемым и нетоксичным для окружающей среды.
Следующей целью настоящего изобретения является предложение кондиционирующего агента, который является пригодным в относительно больших количествах без придания частицам удобрения клейкости и, таким образом, без ухудшения их распределяемости.
Еще одной целью настоящего изобретения является предложение кондиционирующего агента, гибкого при фактических температурах операции и наносимого на частицы удобрения общепринятым устройством для покрытия или кондиционирования.
Авторами изобретения обнаружено, что проблемы, указанные выше, могут быть разрешены посредством применения нового кондиционирующего агента для покрытия удобрений. Кондиционирующий агент удовлетворяет вышеуказанным требованиям по биоразлагаемости, токсичности для воды и содержанию РАН, а также снижает слеживание и образование пыли удобрениями и повышает распределяемость удобрения.
Кондиционирующий агент по настоящему изобретению включает масло, воск и смолу. Кроме того, кондиционирующий агент включает поверхностно-активное вещество (сурфактант), которым может быть сульфонат, фосфатный эфир, глютинат, сульфат, этоксилированный амид и другие анионные и катионные органические вещества. Кроме того, он может включать биоразлагаемый полимер с целью дополнительного повышения снижающего образование пыли действия покрытия.
Масло включает все виды природных масел, подобных растительным маслам, жидким животным жирам и жирам морских животных или продуктам, полученным из них.
Растительными маслами могут быть кукурузное масло, масло канолы, подсолнечное масло, соевое масло, льняное масло, рапсовое масло, пальмовое масло или их смеси.
Предпочтительной масляной композицией является очищенный рыбий жир или частично гидрогенизированное рафинированное масло.
Пригодными типами воска в новом кондиционирующем агенте являются:
Промежуточные воски, парафиновые воски, микрокристаллические воски, карнаубский воск, морской воск и растительные воски. Смеси двух или более этих восков могут быть реальным восковым компонентом.
Парафиновые воски определяют как насыщенные углеводороды в основном с линейной цепью с небольшими количествами соединений с разветвленной цепью и циклопарафиновых соединений.
Промежуточными восками являются смеси соединений с линейной цепью, соединений с разветвленной цепью и циклопарафиновых соединений, они являются промежуточными в характере между характером указанных парафиновых и микрокристаллических восков.
Микрокристаллические воски являются углеводородами с более высокой средней молекулярной массой, чем у парафиновых восков, с более широким диапазоном компонентов, имеющих высокое содержание углеводородов с разветвленной цепью и циклопарафиновых углеводородов.
Для получения самой низкой возможной точки застывания предпочтительными являются промежуточные воски. Они будут иметь точку застывания приблизительно 37°С по сравнению с точкой застывания приблизительно 43°С смеси парафинового и микрокристаллического воска.
Смолой, используемой в новом кондиционирующем агенте, является остаток дистилляции ненасыщенного жидкого животного жира, рыбьего жира или растительного масла или природная смола.
Предпочтительной смолой по данному изобретению является остаток дистилляции рыбьего жира.
Поверхностно-активным агентом (сурфактантом), используемым в новом кондиционирующем агенте, предпочтительно, является алкиларилсульфонат. Когда новый кондиционирующий агент, включающий остаток дистилляции рыбьего жира, наносят на удобрения, остаток дистилляции рыбьего жира действует подобно поверхностно-активному веществу для удобрения. Однако для удобрений, имеющих высокую тенденцию к слеживанию, подобных некоторым NKP-удобрениям, необходимо добавить дополнительный поверхностно-активный агент для предотвращения слеживания. Концентрация такого компонента будет зависеть от его природы, она находится в интервале 2-15%. Нанесенное поверхностно-активное вещество является анионным, нейтральным компонентом, который не будет индуцировать разложение удобрения.
Отрицательное влияние слеживания в результате применения настоящего изобретения существенно снижается.
Чтобы еще больше снизить образование пыли, к кондиционирующему агенту можно добавить биоразлагаемый полимер, подобный полиизобутилену.
Удобрения по настоящему изобретению являются удобрениями в форме частиц, подобными NPK (комплексное азотное, фосфорное и калиевое удобрение), NK (удобрение типа азотного и калиевого), NP (азотное и фосфорное удобрение), AN (нитрат аммония), мочевине, азотным удобрениям с серой и CAN (нитрат кальция и аммония).
Обнаружено, что относительные количества в масс.% компонентов кондиционирующего агента должны составлять:
Объем изобретения и его конкретные признаки определяются прилагаемой формулой изобретения.
Изобретение далее объясняется и рассматривается в примерах и на фигурах.
На фиг.1 показаны величины биоразлагаемости и токсичности для 16 общепринятых покрытий для удобрений от 8 разных производителей в Европе. РАН составляет ниже 1,5% в 8 из 16 испытанных покрытий.
На фиг.2 показано, что повышением концентрации поверхностно-активного вещества тенденцию к слеживанию для гранулированного NPK можно снизить.
На фиг.3 показано влияние повышения концентрации поверхностно-активного вещества для гранулированного CAN, стабилизированного Mg(NO3)2.
На фиг.4 показано влияние повышения концентрации поверхностно-активного вещества для гранулированного CAN, стабилизированного Al2(SO4)3.
На фиг.5 приведены величины биоразлагаемости и токсичности для кондиционирующего агента (покрытия) по настоящему изобретению по сравнению с общепринятыми покрытиями.
Пример 1
Гранулированный NPK испытывают с добавлением 0,13% покрытия + 0,35% кондиционирующего порошка (талька). Индекс слеживания измеряют после воздействия условий 60% RH (относительная влажность) при +25°С и давления в течение 24 часов.
Чтобы получить более надежные результаты на основании оптимизации состава, использовали статистическую экспериментальную модель, названную "Modde". 72% изменения в результатах можно объяснить моделью, которая дает достоверный результат испытания.
На фигуре 2 показано, что повышением концентрации поверхностно-активного вещества можно снизить тенденцию к слеживанию. Пределы для концентрации компонентов устанавливают с учетом пределов условий получения, таких как поверхность и температура удобрения, температура покрытия и приемлемая точка затвердевания покрытия. Фигуры в треугольнике являются индексами слеживания и концентрация компонентов указывается на системах координат.
В данном примере концентрация поверхностно-активного вещества составляет от 5 до 59% поперек треугольника. Содержание смолы составляет от 0% до 54% и содержание масла от 20 до 74% общей композиции. В верхней левой части фигура дает самое низкое слеживание. То есть имеет высокую концентрацию поверхностно-активного вещества, низкую концентрацию смолы и более независимую концентрацию масла. Масло является носителем.
Пример 2
К гранулированному CAN, стабилизированному Mg(NO3)2, добавляют 0,05% покрытия с разными концентрациями алкиларилсульфоната. Результат испытания на слеживание (измерено как индекс слеживания) при 60% RH +25°С в течение 24 часов под давлением наглядно представлен на фигуре 3.
На фигуре 3 показано влияние повышения концентрации поверхностно-активного вещества, но только до определенного уровня. Покрытие, обозначенное "0%", является покрытием, описанным в заявке на патент Норвегии № 19995833. В данном примере с CAN, стабилизированным Mg(NO3)2, невозможно достичь дополнительной пользы повышением концентрации выше 10% в составе покрытия.
Пример 3
К CAN, стабилизированному Al2(SO4)3, добавляют 0,05% покрытия с различной концентрацией алкиларилсульфоната.
Результат испытаний на слеживание (измерено как индекс слеживания) при 60% RH + 25°С в течение 24 часов под давлением наглядно представлен на фигуре 4.
На фигуре 4 показано влияние повышения концентрации поверхностно-активного вещества, но только до определенного уровня. Покрытие, обозначенное "0%", является покрытием, описанным в заявке на патент Норвегии № 19995833.
В данном примере с CAN, стабилизированным Al2(SO4)3, повышение концентрации выше 10% не могло дать особой пользы.
Пример 4
Изобретенное покрытие с составом, указанном в примерах 1, 2 и 3, испытывали на биоразлагаемость по OECD 302, токсичность для морских организмов по OECD 202, EU № C2 (Daphnia Magna) и концентрации РАН по способу IP 346. Покрытие по настоящему изобретению прошло все ограничения испытания, указанные ранее в данном описании, как показано на фигуре 5. Ни одно из других 16 испытанных покрытий, имеющихся в настоящее время на рынке, не удовлетворяет всем трем критериям в одно и то же время, как показано на фигуре 1.
Результаты измерения пыли наглядно показаны в таблице. В таблице показано, что добавление полиизобутилена к покрытию далее снижает образование пыли.
В данном испытании фигуры выражены в PQR-баллах = баллы рейтинга качества продукта. Оптимальной величиной является 100, которая обозначает "чрезвычайно хорошее" качество.
Самые высокие баллы качества получают посредством использования настоящего изобретения с добавленным полимером.
Очевидно также, что такое же качество можно получить добавлением более низкой концентрации покрытия с полимером, чем покрытия без полимера.
Кроме того, выделенные компоненты покрытия по изобретению анализировали газовой хроматографией и селективным детектированием массы (ГХ/МС), где ароматические компоненты определяют и количественно оценивают в виде концентраций в м.д. Ни одно из идентифицированных ароматических компонентов не было классифицировано как карциногенное (в соответствии с "Stortings-melding" 58).
Данное изобретение показало, что в покрытиях можно использовать компоненты, которые имеют хороший профиль для окружающей среды с хорошей эффективностью в качестве покрытия на удобрениях, имеющих высокую тенденцию к слеживанию и потенциал образования пыли и в то же время являющихся экономически пригодными.
Настоящим изобретением авторы достигли цели в получении азотсодержащего удобрения, которое можно транспортировать, хранить и применять без возникновения проблем относительно слеживания частиц и образования пыли во время транспортировки.
Новый полученный агент для покрытия на частицы удобрения легко наносится во время покрытия. Образовавшееся покрытие на частицах делает их сыпучими и нелипкими, что является благоприятным в отношении их распределяемости.
Покрытие по изобретению удовлетворяет ожидаемым требованиям, относящимся к биоразлагаемости, токсичности в отношении окружающей среды и РАН-содержанию. В то же время ни одно из существующих на сегодняшний день покрытий не удовлетворяет всем этим требованиям.
Реферат
Данное изобретение относится к сельскохозяйственной композиции, включающей субстрат, являющийся азотсодержащим удобрением, и 0,05-1,5 масс.% покрытия на нем для снижения образования пыли и слеживания удобрения. Покрытие включает кондиционирующий агент, включающий воск, масло, смолу, поверхностно-активное вещество и, возможно, биоразлагаемый полимер. Кондиционирующий агент, пригодный для покрытия удобрения, включает 5-50 масс.% воска, 5-75 масс.% масла, включающего растительные масла, жидкие животные жиры, жиры морских животных или их продукты, 30-60 масс.% смолы, являющейся остатком дистилляции ненасыщенного жидкого животного жира, рыбьего жира или растительного масла или природной смолой, 2-15 масс.% поверхностно-активного вещества и 0-5 масс.% биоразлагаемого полимера. Кондиционирующий агент легко наносится на частицы удобрения, делает его сыпучим, нелипким, легко транспортируемым. Покрытие удовлетворяет требованиям, относящимся к токсичности, в отношении окружающей среды. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.
