NO300037B1 - Gjödselprodukt og kondisjoneringsmiddel for reduksjon av hygroskopisitet og stövdannelse til gjödsel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et gjødselprodukt inneholdende et nitratholdig substrat belagt med 0,1 - 2 vekt% av et belegg for å redusere hygroskopisitet og støvdannelse av gjødselen. Oppfinnelsen omfatter videre et kondisjoneringsmiddel omfattende voks og olje for å oppnå belegg på gjødsel.

Det har lenge vært kjent at hygroskopiske gjødsler som NP-gjødsler, og spesielt kalsiumnitratgjødsel (KS), gir problemer når de utsettes for fuktighet. Den absorberte fuktigheten vil føre til kaking av partiklene, og støvdannelse under håndtering vil også øke derav. Bulkhåndtering av produktet vil derfor være umulig hvis ikke problemet løses. Ved normale fuktighetsinnhold vil problemet kunne løses ved tilførsel av kjente kondisjoneringsmidler. Men ved de temperaturer og fuktighetsinnhold man erfarer i tropiske og subtropiske områder eksisterer problemet fremdeles. De kjente kondisjoneringsmidlene er ikke tilstrekkelig vanntette eller ugjennomtrengelige for å forhindre absorpsjon av fuktighet hvis ikke store mengder av belegg anvendes. Men dette vil gjøre de belagte gjødselspartiklene klebrige, som igjen fører til flere problemer.

Fra patentet EP 0320987 B er det kjent et kondisjoneringsmiddel omfattende 10 - 60 vekt% voks, 30 - 90 vekt% olje og 0,3 - 10 vekt% av en høy-molekylær viskoelastisk elastomer som er løselig i vann og har en gjennomsnittlig molekylvekt på 30.000 - 50.000.000. Den foretrukne voksen er en blanding av parafinvoks, polyetylenvoks og mikrokrystallinsk voks. Polyisobutylen er den foretrukne elastomer. Dette kondisjoneringsmiddelet anvendes vanligvis i en mengde på 0,3 vekt% av gjødselen, og ved normale fuktigheter gir den gode resultater for hygroskopiske gjødsler som KS. Men ved fuktighetsinnhold som ofte forekommer i tropiske og subtropiske områder, vil gjødselen belagt med dette middelet absorbere fuktighet i uakseptable mengder. Anvendelse av mer enn 0,5 vekt% av middelet reduserer absorpsjonen merkbart, men gjødselen blir for klebrig til å behandles på konvensjonell måte.

Hovedformålet med oppfinnelsen var å komme frem til et gjødsel-produkt inneholdende en nitratholdig gjødsel med redusert tendens til fuktighetsabsorpsjon og støvdannelse under håndtering og lagring av gjødselpartiklene selv ved høyt fuktighetsinnhold og høye temperaturer som forekommer i tropiske og subtropiske områder.

Et annet formål var å komme frem til et kondisjoneringsmiddel som kunne anvendes i relativt store mengder uten at gjødselspar-tiklene ble klebrige, noe som vil redusere deres flyteevne.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen var å komme frem til et kondisjoneringsmiddel som var fleksibelt innenfor de aktuelle driftstemperaturer og kunne tilføres gjødselpartiklene ved konvensjonell belegging eller kondisjoneringsutstyr.

Kalsiumnitratgjødsel er kjent for å være meget hygroskopisk, og behovet for et nytt kondisjoneringsmiddel var hovedsakelig basert på nødvendigheten av et forbedret middel for KS.

Hovedproblemet oppfinnerne måtte løse var å oppnå et belegg som ville være vanntett eller ugjennomtrengelig under de forhold som has i tropiske eller subtropiske områder. Et kondisjoneringsmiddel som vil gi et slikt belegg på gjødselpartiklene skulle være fleksibelt, ha høy grad av elastisitet, og ikke være klebrig selv ved anvendelse av relativt store mengder. Det skulle videre være lett å tilføre partiklene og skulle være ikke-toksisk for jord og planter. Den siste betingelsen medfører at de forskjellige komponentene må være akseptable for miljøet. Fra et økonomisk synspunkt skal kondisjoneringen av gjødselpartiklene utføres i ett trinn, og fremdeles skulle den krevde beskyttelsen oppnås. En ytterligere betingelse var at middelet skulle være fullstendig oppløselig få dager etter tilførsel av gjødselen til jorden og at middelet skulle være nedbrytbart i jorden.

Med hensyn på de ovennevnte betingelsene og de positive erfar-ingene med det ovennevnte kjente kondisjoneringsmiddel som anvendes under mindre krevende forhold, startet oppfinnerne sine undersøkelser med hensyn på et forbedret kondisjoneringsmiddel ved å studere de mulige årsakene til at det ovennevnte kjente kondisjoneringsmiddel ikke holdt mål. Man fant da at årsaken til tendensen til klebring hovedsakelig kunne relateres til elastomeren i middelet. På bakgrunn av dette burde denne komponenten erstattes med en ny komponent med litt forskjellige egenskaper. Videre undersøkelser viste at også valget av optimal vokskomponent kunne være av betydning. Til og med oljekomponenten kunne være gjenstand for skifting, delvis med hensyn på erstatningen av elastomeren, men også med hensyn på miljøkrav. Disse innledende undersøkelsene viste at et anvendelig kondisjoneringsmiddel kunne baseres på voks, olje og en olje-løselig elastisk komponent for å forbedre ugjennomtrengeligheten til belegget.

Letingen etter en elastisk oljeløselig komponent som tilfreds-stilte de ovennevnte krav resulterte i ytterligere undersøkelser av forskjellige polymere og spesielt harpiks. Valget av harpiks var delvis avhengig av oljekomponenten som skulle anvendes. Denne komponenten er hovedsakelig en bærer eller oppløsningsmiddel for voks og harpiks komponentene, men har også en effekt på redu-seringen av støvdannelsen under håndteringen av gjødselen. De følgende oljene ble funnet å være anvendbare i det nye kondisjon-er ingsmiddelet : Hvitolje, en hvilken som helst av flere derivater av parafinske hydrokarboner med moderat viskositet, lav flyktighet og et høyt flammepunkt.

Vegetabilske oljer som for eksempel maisolje, canolaolje, solsikkeolje, soyaolje, linfrøolje og blandinger derav.

Raffinerte mineraloljer vil også være anvendelige, men er ikke å anbefale av hensyn til miljøet.

Det ble funnet at valget av vokskomponenten ikke var kritisk selv om nøye valg av denne komponenten ville gi optimale effekter. Anvendbare typer av voks i det nye kondisjoneringsmiddelet vil være: Intermediær voks, parafinvoks, mikrokrystallinsk voks, karnauba-voks og vegetabilsk voks. Blandinger av to eller flere av disse voksene kan være en aktuell vokskomponent.

Parafinvoks kan defineres som hovedsakelig rettkjedede mettede hydrokarboner med en liten andel av forgrenede kjeder og sykloparafinske komponenter.

Intermediær voks er blandinger av rettkjedede, forgrenede kjeder og sykloparafinske komponenter, med egenskaper liggende mellom parafinvoks og mikrokrystallinsk voks.

Mikrokrystallinsk voks er hydrokarboner med høyere midlere molekylvekt enn parafinvoks, men med et videre område av komponenter inneholdende en stor andel av forgrenede kjeder og sykloparafinske hydrokarboner.

For å oppnå lavest mulig stivnepunkt, ble intermediær voks foretrukket. Dette vil gi et stivnepunkt på ca. 37°C sammenlignet med et stivnepunkt på ca. 4 3°C for en blanding av parafinvoks og mikrokrystallinsk voks.

Harpiks komponenten i det nye kondisjoneringsmiddelet må være løselig i oljekomponenten og blandbar med vokskomponenten. Videre må den gi det resulterende belegget den krevde elastisitet, uten å bli klebrig under påføring på partiklene og under håndtering og lagring. Det resulterende belegget skulle være hardt og glass-aktig eller kunne impregnere partikkeloverflaten. Komponenten skal også være milj©akseptabel og nedbrytbar i jorda som nevnt ovenfor. Innenfor ovennevnte rammebetingelser kan harpikskomponenten velges fra følgende: Syntetisk harpiks med høy molekylvekt, for eksempel kumaroninden, pentaerytritol ester av rosin, esterifisert naturlig harpiks for eksempel rosin, fenolformaldehyd harpiks, furfuryl alkohol harpiks, polyester harpiks og polyuretan harpiks.

Naturlige harpikser, primært oppnådd fra trær og busker, amorfe blandinger av karboksylsyrer, essensielle oljer og terpener. Eksempler på brukbare naturlige harpikser er rosin, congo, balsam og dåmar.

Den mest foretrukne harpiksen er ikke-krystallinsk tallolje-rosin, pentaerytritol ester av stabilisert harpikssyre og pentaeritritol ester fra polymerisert harpiks.

Flere av kondisjoneringsmidlene inneholder blandinger av de ovennevnte voksene, oljene og harpiksene, ble tilsatt nitrathold-ige gjødsler og ble testet med hensyn på støvdannelse, flyteevne og fuktighetsabsorpsjon. Det ble da funnet at den relative mengden i vekt% av de tre komponentene skulle være:

Kondisjoneringsmidler med den ovennevnte sammensetningen kan anvendes i en mengde på 0,1-2 vekt% av gjødselen. Selv ved anvendelse i mengder på 0,7-1 vekt% var flytegenskapene til partiklene akseptable og partiklene klebet seg ikke sammen.

Det spesielle ved oppfinnelsen og dens omfang er som definert i de tilknyttede patentkrav.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i sammenheng med beskriv-elsen av figurene og eksempler.

Figur 1 viser flyteevne til belagt KS-gjødsel

Figur 2 viser fuktighetsabsorpsjon av KS-gjødsel

Figur 3 viser fuktighetsabsorpsjon av ubelagt og

belagt NP-gjødsel

Figur 4 viser fuktighetsabsorpsjon av belagt og

ubelagt NPK-gjødsel

Figur 1 viser grafisk flyteevnen i gram/sekund som funksjon av mengden kondisjoneringsmiddel i vekt% anvendt på KS-gjødsel. Kurve 1 viser resultater for KS-gjødsler hvor et kondisjoneringsmiddel ifølge oppfinnelsen er anvendt. Kurve 2 viser resultater for KS-gjødsler hvor et kondisjoneringsmiddel ifølge ovennevnte EP-patent er anvendt. Disse testene ble utført ved å fylle 2 kilo gjødsel spart ikler i en sylinder med diameter på 60 mm og en utløpsdyse med diameter på 20 mm. Selv når 0,8 vekt% av et belegg ifølge oppfinnelsen ble anvendt, var flyteevnen til partiklene ca. 90% av den målt for ubelagte partikler.

Eksempel 1

Dette eksempelet viser fuktighetsabsorpsjon av KS-gjødselspar-tikler ved 75% relativ fuktighet og 25°C. Resultatet av dette eksperimentet vises i Fig. 2 som vann absorbert i vekt% som en funksjon av tid i timer. Kurve 1 refererer til ubelagte partikler, kurve 2 refererer til partikler med 0,3 vekt% av kjent belegg (EP-0320987 B) , kurve 3 refererer til partikler med 0,7 vekt% av kjent belegg, og kurve 4 viser resultatene for partikler med 0,7 vekt% med belegg ifølge oppfinnelsen.

Kondisjoneringsmiddelet ifølge oppfinnelsen tilført til partiklene hadde følgende sammensetning:

15 vekt% intermediær voks

75 vekt% hvitolje

10 vekt% av estere av stabiliserte harpikssyrer.

Som man kan se fra Fig. 2, absorberer partiklene som ble tilsatt kondis joneringsmiddelet ifølge oppfinnelsen, vann i en mye mindre grad enn partikler med 0,3 vekt% av kjent belegg og signifikant mindre enn når 0,7 vekt% av kjent belegg var anvendt. Når 0,7 vekt% av kjent belegg ble anvendt på partiklene, ble de klebrige å håndtere og derfor bør man sammenligne kondisjoneringsmiddelet ifølge oppfinnelsen (kurve 4) med anvendelse av 0,3 vekt% av kjent belegg (kurve 2). KS vil avgi væske når 2,5-3% vann absorberes. Som man kan se fra Fig. 2, vil dette skje ved anvendelse av kjent belegg, men ikke for produktet ifølge foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 2

Dette eksempelet viser fuktighetsabsorpsjon i vekt% som en funksjon av tid i timer for NP 20-20 gjødsel og 70% relativ fuktighet og 25°C. Resultatet vises i Fig. 3, og kurve 1 refererer til resultatet for ubelagte partikler, kurve 2 for partikler med 0,15 vekt% av belegg ifølge oppfinnelsen pluss 0,3 vekt% pulver og kurve 3 resultatene for partikler belagt med 0,15 vekt% av belegget ifølge oppfinnelsen.

Kondisjoneringsmiddelet ifølge oppfinnelsen anvendt i dette eksempelet hadde følgende sammensetning:

37 vekt% voks 50% parafinvoks og 50% mikrokrystallinsk voks

55 vekt% hvitolje

8 vekt% harpiks, ikke-krystallinsk tallolje-rosin.

Som man kan se av Fig. 3 reduseres fuktighetsabsorpsjonen med 15% av de ubelagte partiklenes, når foreliggende oppfinnelse anvendes. Dette viser at kondisjoneringsmiddelet ifølge oppfinnelsen også kan anvendes på NP-gjødsel.

Eksempel 3

Dette eksempelet viser fuktighetsabsorpsjon i vekt% ved 70% relativ fuktighet og 25°C som en funksjon av tid (timer) for NP 20-20-gjødsel. Resultatene vises i Fig. 3, og kurve 1 viser fuktighetsabsorpsjon for ubelagt gjødsel, mens kurvene 2 og 3 viser effekten når gjødselpartiklene belegges med 0,15 vekt% av middelet ifølge oppfinnelsen. I testene vist i kurve 2 var også 0,3 vekt% pulver anvendt. Kondisjoneringsmiddelet anvendt under disse forsøkene hadde følgende sammensetning:

37 vekt% voks av samme type som i eksempel 2

55 vekt% hvitolje

8 vekt% harpiks, pentaeritritol estere.

Som vist i Fig. 3 reduseres fuktighetsabsorpsjonen etter 24 timer ca 85% sammenlignet med den ubelagte gjødselen, når belegningsmiddel ifølge oppfinnelsen ble tilført. Partiklene var frittflytende, selv uten tilsats av pulver. Det ble videre funnet at tilførsel av pulver reduserte effekten til belegget med hensyn på fuktighetsabsorpsjon og økte støvdannelsen noe.

Eksempel 4

Dette eksempelet viser fuktighetsabsorpsjon i vekt% som en funksjon av tid (timer) ved 60% relativ fuktighet og 25°C for NPK-16-16-16 gjødsel. Resultatet av de utførte testene vises i Fig 4. Kurve 1 representerer resultatet for ubelagte partikler. Kurve 2 viser resultatene for partikler belagt med 0,3 vekt% av et kjent belegg inneholdende en blanding av forskjellige vokser og mineraloljer. Dette belegget er beskrevet i norsk patent nr. 143938. Resultatet oppnådd når 0,28 vekt% av belegget ifølge oppfinnelsen ble anvendt er vist i kurve 3. Kondisjoneringsmiddelet ifølge oppfinnelsen anvendt under testene i dette eksempelet hadde følgende sammensetning:

42,5 vekt% voks

50,0 vekt% hvitolje

7,5 vekt% harpiks, pentaeritritol estere.

Eksempel 5

Dette eksempelet viser resultatene av en serie tester utført for å se effekten ved støvdannelse når KS-gjødselspartikler ble belagt ifølge oppfinnelsen.

Støvet måles i mg pr. kilo partikler og gir støv dannet under slitasje på partiklene ifølge en standard ristetest. En prøve av gjødselspartikler ble plassert i et rør og rystet frem og tilbake i 40 timer. Denne testen simulerer slitasje under håndtering av store mengder av gjødselen, og støvtallet er proporsjonalt med tendensen til støvdannelse til gjødselproduktet. Produkt med støvtall over ca. 600 mg pr. kilo anses å ha en sterk tendens til støvdannelse.

Ubelagt KS-gjødsel har et støvtall på 1500-3000. KS-gjødselspar-tikler belagt med 0.3 vekt% av belegg ifølge ovennevnte EP-patent hadde et støvtall på 100-300. Når KS-gj ødselpartiklene ble belagt med 0,7 vekt% av belegget ifølge oppfinnelsen ble det oppnådde støvtall funnet å være 0-10.

Ved foreliggende oppfinnelse har oppfinnerne lykkes i å oppnå en nitratholdig gjødsel som kan håndteres, lagres og anvendes i tropiske og subtropiske områder uten å gi problemer med hensyn på kaking av partiklene og støvdannelse under håndtering.

Det nye oppnådde belegningsmiddelet er enkelt å tilføre under belegging av gjødselpartiklene. Det resulterende belegget på partiklene gjør dem frittflytende og ikke-klebrige selv ved de høye fuktighetsinnhold og høye temperaturer som forekommer i tropiske og subtropiske områder.

Belegget ifølge oppfinnelsen vil i en viss grad impregnere gjødselpartiklene, spesielt når disse er litt porøse. Denne effekten gjør det mulig å tilføre en relativt stor mengde av belegningsmiddel på partiklene. Denne effekten ble ikke oppnådd når belegningsmiddel ifølge ovennevnte EP-patent ble tilført.

Claims (8)

1. Et gjødselprodukt inneholdende et substrat som er nitratholdig gjødsel og 0,1 -2 vekt% av et belegg inneholdende voks og olje, karakterisert ved at belegget inneholder 10-50 vekt% voks, 90-40 vekt% olje og 1-30 vekt% harpiks som er løselig i olje og blandbar med voks.

2. Et gjødselprodukt ifølge krav 1, karakterisert ved at substratet er kalsiumnitratgjødsel og at oljekomponenten til belegget består av hvitolje og/eller vegetabilsk olje og/eller raffinert mineralolje i en mengde på 70-85 vekt%, at vokskomponenten utgjør 15-30 vekt% og harpikskomponenten 2-15 vekt% av belegget.

3. Et gjødselprodukt ifølge krav 1, karakterisert ved at substratet er NP- eller NPK-gjødsel og at oljekomponenten til belegget består av hvitolje og/eller vegetabilsk olje og/eller raffinert mineralolje, at vokskomponenten utgjør 20-45 vekt% og harpikskomponenten 2-15 vekt% av belegget.

4. Kondisjoneringsmiddel for reduksjon av hygroskopisitet og støvdannelse til gjødsel, inneholdende voks og olje, karakterisert ved at det består av 10-50 vekt% voks, 90-40 vekt% olje og 1-30 vekt% harpiks som er løselig i olje og blandbar med voks.

5. Kondisjoneringsmiddel ifølge krav 4, karakterisert ved at det består av 15-30 vekt% voks, 70-80 vekt% hvitolje og/eller vegetabilsk olje og/eller raffinert mineralolje og 2-15 vekt% harpiks.

6. Kondisjoneringsmiddel ifølge krav 4, karakterisert ved at det består av 20-45 vekt% voks, 45-65 vekt% hvitolje og/eller vegetabilsk olje og/eller raffinert mineralolje og 2-15 vekt% harpiks.

7. Kondisjoneringsmiddel ifølge krav 4, karakterisert vedat vokskomponenten består av intermediær voks, oljekomponenten er hvitolje og harpikskomponenten består av ikke-krystallinsk tallolje-rosin og/eller estere av stabiliserte harpikssyrer.

8. Kondisjoneringsmiddel ifølge krav 4, karakterisert vedat harpikskomponenten består av syntetisk harpiks med høy molekylvekt, slik som for eksempel kumaroninden, pentaeritritolester av rosin, esterifisert naturlig harpiks, rosin, fenolformaldehydharpiks, furfurylalkoholharpiks, polyesterharpiks og polyuretanharpiks.