速溶水溶性肥料制剂及其方法和用途的制作方法

文档序号:322497阅读:558来源:国知局
专利名称:速溶水溶性肥料制剂及其方法和用途的制作方法
技术领域
本发明的一个或多个方面涉及改进的水溶性肥料(“WSF〃 )组合物。更具体地, 其涉及具有快速溶解时间和高水溶性的固体肥料组合物,其中所述WSF组合物还提供稳定的无沉淀的储备溶液(stock solution)和料液(feed solution)以及优异的干燥保存特性。本发明的一个或多个方面还涉及使用改进的WSF组合物的方法。2.相关技术背景和描述碳、氢、氧、氮、磷、钾和硫是所有生命必需的主要元素。土壤包含所有这些元素以及植物生长所需的其它大量元素养分和微量元素养分。通常,这样的元素不以足够的量或以促进最佳植物生长和产量的形式存在于土壤中。为了克服这些不足,通常向土壤中加入特定量的具有特定化学成分的肥料,由此使生长培养基肥沃。可以向肥料中添加作为氧化物或盐的某些微量元素,例如铜、铁、锰、锌、钴、钼(通常为钼酸盐)以及硼(通常为硼酸可以以多种形式提供肥料组合物,包括意图在向植物或作物递送之前分散或溶解于水溶液中的干燥颗粒组合物或自由流动组合物。当需要制备储备溶液时,干燥肥料组合物有利地提供快速释放(高水溶性)。在其它情况下,例如当需要在一段时间内稳定地或可控地递送养分时,(如通过低水溶性或包囊)提供缓释的干燥肥料组合物是有利的。在温室、苗圃和其它集约的园艺环境中,当将大量元素养分和微量元素养分小心且完全地递送至生长中的植物时达到最佳的植物生长结果。许多植物和农业栽培者选择利用水溶性肥料来实现这一结果。通常,将这样的肥料配制成固体,使用者可将其溶解以制备浓缩储备溶液,接着使用计量器或注射装置将其稀释于灌溉用水中,由此形成所谓的“料液”。农业肥料通常包含所选择的许多大量元素养分。通常意图不频繁地且正常地在播种前或播种时施用农业肥料。农业肥料的实例为三过磷酸钙颗粒、氯化钾、尿素、硫酸铵和无水氨。与之相比,另一方面,园艺肥料或专用肥料是由许多与农业肥料相同的化合物和一些其它化合物配制而成,以制备还包含微量元素养分的非常均衡的肥料。典型的干燥WSF组合物是通过将不同的包含粉末和/或颗粒的养分混合而制得的。一般而言,喷洒或通过灌溉施用的最终溶液的PH约为6-6. 5。对于软水如大多数雨水而言,WSF组合物应具有与溶解和稀释后的所需pH相近的pH。对于硬水而言,WSF组合物倾向于具有更强的酸性以中和水的较高PH。因此,对于软水产品和一般用途的产品,所述成分由一组“中性”养分组成。这些成份在约1-10%的浓度范围具有接近中性的pH。对于硬水产品,可加入酸性组分,例如磷酸脲。重要的是配制这些高成分肥料(high analysis fertilizer)组合物从而使它们快速且完全溶液而无沉淀。约200克/L的溶解度被认为是高且有利的。此外,这些肥料组合物必需提供干燥形式和储备溶液形式的良好长期稳定性。例如,结块、结壳、团聚或分解的成分降低肥料组合物的适用性。许多现有技术中的“水溶性”肥料的缺点在于它们易于“结块”。结块干扰生产者和最终使用者对大量肥料的处理,并且可能影响肥料在水中的溶解速度。肥料结块被认为是由数种因素引起的,例如在颗粒间的接触点形成固体连接(solid connection)的晶桥 (crystalline bridge)的形成。或者,颗粒之可能间存在毛细粘附或键合,使得通常需要显著的力以破坏这一粘附或键合。该粘附力会取决于贮存条件和其它变量(例如组合物的性质)而变化。许多肥料的吸湿性也会引起不利的结块。此外,吸湿性化合物通过吸收水分提供可能籍此发生不期望的化学反应的介质。然而,在所有情况中,结块导致了长期以来未能获得完全令人满意的解决方法的严重问题。通常加入添加剂以试图抑制结块。例如,美国专利5,286, 272记载了可自由流动且抗结块的无机肥料组合物,其包含有益物质和单独的抗结块剂(磷酸钾)。其它提出减少肥料结块的现有技术方法还涉及使用肥料组合物的添加剂。典型的添加剂包括使用必须基本均勻地覆盖肥料的微细粉末,例如滑石、高岭土和硅藻土。还可使用表面活性剂。其它添加剂包括易于在肥料颗粒周围形成疏水膜的化合物,例如石蜡、聚烯烃蜡和矿物油。这些可能表现出一些改进的贮存特性的制剂通常不适于制备储备溶液或料液,因为它们可能导致在包含这些物质的溶液内形成混悬液。未溶解的颗粒可导致进料管路、计量器或喷雾器的不期望的堵塞。因此,有利的WSF组合物应易溶于水溶液中,在混合后立即提供完全溶解或基本完全溶解的溶液,由此使得能够立即使用储备溶液或料液。再次提醒,一旦溶于溶液中,储备溶液中的沉淀(或未溶解的化合物)能够引起计量器和灌溉管路的堵塞。因此,WSF组合物一旦以各种浓度(从例如储备溶液中的浓缩浓度到例如料液中的稀释浓度)溶于溶液中还应保持溶解。另外,释放较多量(non-trivial amount)气体的水溶性肥料组合物通常不适合在大农业规模下用于槽、容器中,或者用于喷雾器、滴灌器(dripper)和灌溉管路内。因此,水溶性肥料组合物在溶解过程中不应释放大量气体,优选地,它们应当几乎不释放气体。对有利的肥料组合物的另一功能要求是在容器内(例如袋)内贮存大量肥料而不分解或产生气体的能力。而且,可通过将一种或多种成分简单混合而无需中间的润湿或干燥步骤而制备的制剂也是理想的。对于水溶性肥料组合物的这些功能要求为这样的产品的生产者和开发者提出了长期存在的问题,并且现有的肥料组合物尚未完全解决这些问题。大多数现有技术文献试图通过改变计量器或喷雾器来解决这一问题。例如,美国专利6,866,780记载了加热超声处理装置,其包含含悬浮物质的液体可以通过的槽、温控加热器以及安装在所述槽内的功能为在加热/振动时“粉碎”所述悬浮物质的超声振荡器。其它尝试的解决方法包括美国专利6,200,928,其记载了用于植物的“泡腾制剂”,所述泡腾制剂通常包含非营养性碳酸盐、 非营养性水溶性酸以及各种养分(例如甲硫氨酸)。泡腾组合物的一个显著缺点在于尽管气体的产生和所引起的搅动提高了溶解速度,但是当它们用于封闭的或不通风的容器中时会引起危险。此外,适用于生成泡腾制剂的营养性碳酸盐或产生气体的肥料的数量有限,并且非营养性碳酸盐源有效地稀释了组合物的养分含量。美国专利6,312,493记载了包含有助于溶解性的无磷酸盐有机酸以及一种或多种肥料组分的水溶性肥料组合物。另一可溶性肥料组合物记载于美国专利申请 2006/0M3012中。所述可溶性肥料组合物包含磷酸钙和/或磷酸镁。为了克服磷酸二氢钙 (MCP)和磷酸二氢镁(MMgP)肥料较差的物理性质(在水中微弱的溶解性),本发明人尝试通过化学反应修饰这些化合物以提供包含以下成分的肥料制剂1)磷酸钙或磷酸镁;2)至少一种碱金属磷酸盐,例如磷酸二氢钾;和幻磷酸(PA)。在配制这些组合物时,某些实施方案描述了将磷酸、磷酸二氢钾和各种碱金属氢氧化物(alkali hydroxide)在水中混合; 使这些组分反应;接着进行干燥以形成具有酸性PH的最终组合物。通过将初始化学成分修饰成具有改进的溶解度特性的化合物而获得提高的溶解度。尝试提供改进的溶解度特性的另一示例性可溶性肥料组合物为美国专利 6,826,866。该专利记载了包含表面活性剂体系的稀释的水溶性肥料组合物的使用,所述表面活性剂体系包含重量比为2 1-1 1的水溶性非离子型表面活性剂和烷基多糖苷 (alkyl polyglycoside)0典型的水溶性肥料组合物记载于美国专利4,175,943中,其中记载了固体形式的水溶性混合型肥料组合物和制备该肥料组合物的方法。所述肥料组合物包含尿素、磷酸和至少一种选自硫酸钾、硝酸钾和氯化钾的钾盐的混合物。还可向该混合物中任选地加入选自硝酸铵和硫酸铵的铵盐。意图改进某些化合物(例如痕量金属)的溶解性的其它典型的现有技术制剂还可以利用螯合剂或在溶液中时将最终组合物调节至酸性PH。上述现有技术制剂具有一个或多个不利性质,包括(1)溶液中的一种或多种养分或添加剂的溶解性差;(2)需要不期望的添加剂以辅助溶解或使其具有抗结块性质;(3) 溶解时间缓慢;(4)养分或添加剂从溶液中沉淀(导致例如养分计量器的堵塞或其它故障);( 配制步骤时间长、困难或昂贵;(6)释放气体;和/或(7)包括干燥的或溶解的肥料混合物的分解在内的化学安全性和稳定性问题。因此,亟需弥补现有肥料组合物的缺陷的组合物。发明_既述鉴于园艺栽培者和农业工作者对不具有一种或多种上述缺点的有效的肥料组合物的迫切需要,本发明的目的之一在于在肥料组合物中为植物提供养分,所述肥料组合物使得这些养分能够通过灌溉、滴灌管路(drip line)、喷雾或将干燥固体肥料用水稀释并递送至植物的其它递送系统而被植物容易地获得。例如,在一个或多个实施方案中,至少一种在环境温度下为固体的酸(任选地为肥料)和至少一种碱(任选地为弱碱,并且优选肥料, 且在环境温度下也为固体)产生在干燥形式下是稳定的联合组合物,当例如1克、10克、50 克、100克或更多克的所述组合物在室温下分散于1000克水中时基本是非泡腾的,并且当例如1克、10克、50克、100克或更多克的所述组合物在室温下完全溶解于1000克水中时基本无沉淀。最优选地,所述酸和碱组分各自以全部组合物重量的至少5%存在,并且在水溶液中反应以产生至少部分有助于所述组分的溶解速度的放热。应当注意,在其它实施方案中,所述酸可以是弱酸,并且所述碱不是弱碱。在另外的实施方案中,所述酸和碱均为弱的。本发明的另一目的在于提供其中存在的养分不沉淀的肥料组合物。本发明的又一目的在于提供在正常使用和保存条件下稳定的干燥肥料组合物。本发明的又一目的在于提供快速且易溶于水中的肥料组合物。本发明的一个或多个上述目的及其它目的通过提供包含至少一种酸性(任选地为营养性的)组分和至少一种碱性肥料组分的固体肥料组合物而出人意料地得以实现。出人意料地,本发明的发明人发现,尽管酸与碱之间具有公知的反应性(即使在以它们的干燥形式组合的情况下),并且许多酸和碱化合物具有不期望的吸湿作用,但是仍然可以制备包含酸和碱二者的WSF组合物。具体而言,本发明的发明人已发现了包含酸性和碱性肥料组分二者的干燥的高度水溶性的肥料组合物,所述酸性和碱性肥料组分二者协同提供改进的溶解及保存特性。在本发明的一个或多个方面,所述组合物包含酸(或强酸) 和弱碱。在本发明的其它方面,所述组合物包含碱(或强碱)和弱酸。更具体地,本发明的肥料组合物为水溶性固体组合物,其包含例如作为固体酸性肥料的磷酸脲,所述磷酸脲与碱性肥料组分(例如焦磷酸四钾(TKPP))组合,任选地且优选地与一种或多种中性肥料组分(例如硝酸铵)组合。最优选地,所述碱性肥料组分(当用酸平衡时)为弱碱性肥料。在一些其它实施方案中,所述组合物可包含碱性肥料,并因此与弱酸性肥料相匹配。用于包含于所述肥料组合物中的一些适合的肥料物质(fertilizer material)包括主要大量元素养分、次要养分、大量元素养分以及它们的混合物。所述主要大量元素养分包括含有磷、氮和钾的大量元素养分。优选地,含磷的大量元素养分以磷酸盐的形式存在。使用本发明的肥料组合物而获得的一些优点的示例如下(1)仅用一种由本发明的肥料组合物制成的储备溶液和一个计量器制备并施用完全养分溶液(complete nutrient solution)的能力;(2)在各种温度的水(包括冷水)中快速溶解肥料组合物而不释放气体并且提高肥料组合物的整体水溶性的能力;(3)包含固体酸或酸性肥料(以及固体碱或碱性肥料)的肥料组合物对最终用户的危害显著小于基于例如含磷的酸或含氢氧化钾的水溶液的液体肥料组合物;(4)从由本发明的肥料组合物制成的储备溶液和各种碱性、硬度或软度 (softness)的水快速制备无沉淀料液的能力;(5)在一般条件下在长时间内保存干燥的肥料混合物而无明显的分解、结块或危险的能力;(6)容易且快速地配制本发明的一个或多个实施方案的制剂而无需中间的溶解和干燥步骤的能力。说明书中使用了本领域的某些术语。它们具有相关领域内被普遍接受的含义;具体而言,本文中更为充分地描述以下公知的术语。应当注意,除非另外指明,通过测量包含 1% (w/w)所提及组分的室温水(蒸馏水)溶液来测定pH。表1中的以下数值描述不同组合物和/或组分的pH范围。表 权利要求
1.干燥的固体肥料组合物,其包含(i)至少一种在环境温度下为固体的酸(A);以及( )至少一种在环境温度下为固体的弱碱性肥料组分(wB);其中(i)所述组合物中所有酸的总量为所述组合物重量的至少5% ; ( )所述组合物中所有碱的总量为所述组合物重量的至少5% ;并且 (iii)所述组合物在干燥形式下是稳定的,当1克或更多克所述组合物在室温下完全溶于1000克水中时基本无沉淀,并且当其在室温下分散于水中时基本是非泡腾的。
2.如权利要求1所述的组合物,其还包含至少一种中性肥料组分(C)。
3.如权利要求2所述的组合物,其中所述至少一种中性肥料组分是磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、硫酸铵、硝酸镁、氯化钾、硝酸钙铵、硝酸铵、尿素、硝酸钾、硫酸钾或磷酸氢二钾。
4.如权利要求1所述的组合物,其中所述至少一种酸(A)是肥料。
5.如权利要求1所述的组合物,其中所述至少一种酸是磷酸脲、PeKacid(KH5(PO4)2)和 /或柠檬酸。
6.如权利要求1所述的组合物,其中所述至少一种弱碱性组分是碱金属盐或碱土金属Τττ . ο
7.如权利要求6所述的组合物,其中所述至少一种弱碱性组分是磷酸钾或焦磷酸四钾。
8.如权利要求2所述的组合物,其中所述组合物包含(i)尿素、MAP和KNO3;或(ii)UP、 TKPP 禾口 AN。
9.肥料储备溶液,其包含溶解于水中的如权利要求1所述的组合物,其中所述组合物在所述溶液中的浓度为5-40重量%。
10.制备肥料储备溶液的方法,其包括以5-40%的浓度混合水与如权利要求1所述的组合物。
11.制备如权利要求1所述的组合物的方法,其包括混合干燥形式的如权利要求1所述的组合物的一种或多种组分的步骤。
12.袋装的干燥肥料产品,其包含如权利要求1所述的组合物。
13.将溶液中的养分递送至植物的方法,其包括以下步骤(i)将水与如权利要求1所述的组合物混合以制备基本无沉淀、基本非泡腾的溶液;( )任选地稀释所述溶液;以及(iii)将所述溶液递送至一株或多株植物。
14.干燥的固体肥料组合物,其包含(i)至少一种在环境温度下为固体的碱性肥料组分(B); ( )至少一种在环境温度下为固体的弱酸(wA);并且其中(i)所述组合物中所有酸的总量为所述组合物重量的至少5%。 ( )所述组合物中所有碱的总量为所述组合物重量的至少5% ;并且 (iii)所述组合物在干燥形式下是稳定的,当1克或更多克所述组合物在室温下完全溶于1000克水中时基本无沉淀,并且当其在室温下分散于水中时基本是非泡腾的。
15.如权利要求14所述的组合物,其还包含至少一种中性肥料组分(C)。
16.如权利要求15所述的组合物,其中所述至少一种中性肥料组分是磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、硫酸铵、硝酸镁、氯化钾、硝酸钙铵、硝酸铵、尿素、硝酸钾、硫酸钾或磷酸氢二钾。
17.如权利要求14所述的组合物,其中所述至少一种酸㈧是肥料。
18.如权利要求17所述的组合物,其中所述至少一种酸是磷酸脲、PeKacid(KH5(PO4)2) 和/或柠檬酸。
19.如权利要求14所述的组合物,其中所述至少一种弱碱性组分是碱金属盐或碱土金^Tt. ο
20.如权利要求19所述的组合物,其中所述至少一种弱碱性组分是磷酸钾或焦磷酸四钾。
21.如权利要求15所述的组合物,其中所述组合物包含(i)尿素、MAP和KNO3;或(ii) UP、TKPP 禾口 AN。
22.肥料储备溶液,其包含溶解于水中的如权利要求14所述的组合物,其中所述组合物在所述溶液中的浓度为5-40重量%。
23.制备肥料储备溶液的方法,其包括以5-40%的浓度混合水与如权利要求14所述的组合物。
24.制备如权利要求14所述的组合物的方法,其包括混合干燥形式的所述组合物的一种或多种组分的步骤。
25.袋装的干燥肥料产品,其包含如权利要求14所述的组合物。
26.将溶液中的养分递送至植物的方法,其包括以下步骤(i)将水与如权利要求14所述的组合物混合以制备基本无沉淀、基本非泡腾的溶液;( )任选地稀释所述溶液;以及(iii)将所述溶液递送至一株或多株植物。
27.干燥的固体肥料组合物,其包含至少一种组分(A)和至少一种肥料组分(B),所述组分(A)任选地为肥料,其中所述组分(A)与所述组分(B)在溶液中反应以产生基本非泡腾的且放热的中和反应,并且其中所述一种或多种组分(A)的总量占所述组合物重量的至少5%,并且所述一种或多种组分(B)的总量占所述组合物重量的至少5%。
全文摘要
本发明提供改进的固体水溶性肥料(WSF)组合物,其包含至少一种酸(任选地为营养性的)和至少一种碱性肥料组分。在本发明的一个或多个实施方案中,所述WSF组合物表现出一种或多种养分或添加剂在溶液中的提高的溶解度、不需要另外的助溶剂或抗结块剂、表现出快速的溶解时间、产生无沉淀溶液、可容易地配制而无需中间的润湿或干燥步骤、不生成气体,并且表现出在一般使用条件下的提高的稳定性。最后,所述WSF组合物可用于任选地用冷水制备储备溶液和/或将养分递送至植物的改进的方法中。
文档编号C05D9/00GK102438968SQ201080009919
公开日2012年5月2日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年1月28日
发明者H·H·弗里瑟玛, J·G·A·泰林根 申请人:艾弗里斯国际私人有限公司
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