球形脲醛缩合物肥料的制作方法

球形脲醛缩合物肥料
1.相关申请的交叉引用
2.本申请要求2018年7月23日递交的美国临时专利申请第62/701987号的优先权权益，其全部内容通过引用整体并入本文。
3.发明背景
a.技术领域
4.本发明一般地涉及包含脲醛缩合物的肥料。肥料可以是球形的并且可以使用造粒(例如，盘式造粒和/或转鼓造粒)或球化技术形成，并可以任选地挤出已球化的肥料。
5.b.相关技术说明
6.为了增加农作物产量和满足增加人口的增长需求，在农业中使用了更多肥料。将含有氮的肥料用于支持健康植物生长和光合作用。脲(ch4n2o)是含有氮的化合物并被广泛用作肥料中的氮源。然而，由于其因土壤细菌在土壤中的快速水解和硝化作用，来自脲的氮会损失得很快。
7.已经将脲醛缩合物用作脲中氮的快速损失的问题的解决方案。短链脲醛缩合物和聚合物因其水溶性氮成分而对在肥料中使用特别有价值。然而，在使用这些缩合物方面有一定困难。例如，发现粒状缓释肥料产品通常具有物理和化学性能缺点，例如较差的硬度。类似地，释缓肥料如异丁叉二脲(ibdu)当被粒化时还导致颗粒具有较差硬度(例如，破碎强度为0.8kgf/颗粒或低于0.8kgf/颗粒)。这些颗粒可以具有较差的养分使用效率，因为它们容易分解为粉末并易于分解成无机氮(参见plant nutrition for sustainable food production and environment，639
‑
640,1997)。此外，脲醛缩合物粒状产品在散装掺混肥料中有所限制，这主要是由于颗粒硬度低和颗粒尺寸小(us2009/0165515)。因此，缓释肥料如脲醛缩合物可能是易碎和多尘的。这些问题限制了它们在农业应用和散装掺混肥料中的使用。
8.一些人尝试通过将释缓肥料与黏合剂结合以解决这些问题(plant nutrition for sustainable food production and environment,639
‑
640,1997；us 2009/0165515；美国专利第5039328号；wo2017/013573；us 2016/0340265；us 2016/0060182；和ep 1174402)。然而，添加的黏合剂可能不会向肥料提供营养价值，会增加成本和/或生产复杂性，并且可以不合期望地增加肥料的重量和体积。一些人尝试控制催化或化学反应以生产具有所需压碎强度的一定尺寸的肥料颗粒(us2003/0154754)。然而，这些过程是复杂的，并且大部分从反应容器中出来的材料不能用作肥料，需要再引入生产过程。这些过程增加了额外的复杂性，可能仅以低产率产生不需要再引入的产品，并且增加了生产成本。
9.因此，需要开发具有改善的物理特性的缓释肥料以及开发所述肥料的方法。


技术实现要素：

10.本发明发现了解决与释缓肥料有关的至少一些上述问题的解决方案。该解决方案基于提供肥料，例如球形的脲醛缩合物。本发明的球形脲醛缩合物肥料具有提高的硬度和
使用效率。这些肥料还具有防止变成粉末的性质。这些性质使本发明的肥料与其它肥料或肥料成分结合以形成混合的肥料组合物。混合可以发生在形成球形肥料颗粒之后。以这种方式，可以将球形肥料颗粒添加到其它肥料中，从而产生定制的肥料混合物和/或产品，以适用于特定应用的肥料需要。这些性质还允许增加养分输送和减缓养分释放。
11.本发明的肥料可以通过造粒(例如，盘式造粒和/或转鼓造粒)或球化技术形成球体。球化技术可以包括使用球化器并可以进一步包括在使用球化器前挤出肥料。造粒或球化可以在产生肥料成分的化学反应完成后和干燥肥料前后进行。球化的另一个优点是球化过程可以产生尺寸一致的颗粒，并且还可以减少不满足尺寸要求的颗粒循环的需要。这种减少的循环可以使得能够进行商业上可扩展的更经济高效的过程。
12.在本发明一些方面，公开了球形脲
‑
c1至c4醛缩合物颗粒。在一些优选情况下，球形脲醛缩合物颗粒是c2‑
c4醛缩合物颗粒。在一些优选情况下，球形脲醛缩合物颗粒是c1醛缩合物和
c4
醛缩合物混合物。在一些优选情况下，球形脲醛缩合物颗粒是c1醛和c4醛缩合物混合物。颗粒可以是任意尺寸的。在一些情况下，颗粒的平均直径为1mm至4mm、1mm至3.5mm、1mm至3mm、1.5mm至2.5mm、2mm至3.5mm或其间任意范围，包括0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4mm和其间任意范围和子范围。在一些情况下，颗粒的压碎强度可以大于非球形脲
‑
c1至c4醛缩合物颗粒。在一些情况下，平均压碎强度大于1.3kgf/颗粒、大于1.6kgf/颗粒、大于1.8kgf/颗粒、大于1.9kgf/颗粒、大于2.0kgf/颗粒、1.3kgf/颗粒至3.5kgf/颗粒、1.6kgf/颗粒至4kgf/颗粒、1.6kgf/颗粒至3.5kgf/颗粒、1.8kgf/颗粒至3.5kgf/颗粒、1.9kgf/颗粒至3.5kgf/颗粒或其间任意范围。在一些情况下，平均压碎强度为1.3kgf/颗粒、1.4kgf/颗粒、1.5kgf/颗粒、1.6kgf/颗粒、1.7kgf/颗粒、1.8kgf/颗粒、1.9kgf/颗粒、2.0kgf/颗粒、2.1kgf/颗粒、2.2kgf/颗粒、2.3kgf/颗粒、2.4kgf/颗粒、2.5kgf/颗粒、2.6kgf/颗粒、2.7kgf/颗粒、2.8kgf/颗粒、2.9kgf/颗粒、3.0kgf/颗粒、3.1kgf/颗粒、3.2kgf/颗粒、3.3kgf/颗粒、3.4kgf/颗粒、3.5kgf/颗粒或大于3.5kgf/颗粒，包括其间所有范围和子范围。
13.球形脲醛缩合物的c1至c4醛可以是任何c1至c4醛，其衍生物或其组合。在一些情况下，c1至c4醛可以是甲醛、丁醛、异丁醛、巴豆醛或其任何组合。甲醛可以有多种形式，例如其醛形式(ch2o)，其水合形式(甲烷二醇)和其多聚甲醛形式。在一些特定情况下，甲醛可以是脲甲醛浓缩物
‑
85或含有37％至65％甲醛的福尔马林。在一些情况下，脲醛缩合物包括至少一种异丁叉二脲衍生物和至少一种亚甲基脲低聚物。在一些情况下，脲醛缩合物包括亚甲基脲
‑
异丁叉二脲(mu
‑
ibdu)或其衍生物。在一些情况下，脲醛缩合物包括异丁叉二脲、单(脲基亚甲基)异丁叉二脲、双(脲基亚甲基)异丁叉二脲和选自亚甲基二脲、二亚甲基三脲、三亚甲基四脲和四亚甲基五脲的至少两种、至少三种或全部四种的亚甲基脲低聚物。在一些优选情况下，使用了c2‑
c4醛。
14.球形脲醛缩合物颗粒可以仅含有脲醛缩合物或可以含有一种或多于一种另外的成分。颗粒中可以包含的另外成分包括流动促进剂、黏合剂、ph调节剂或缓冲剂或其组合。在一些情况下，颗粒不包含流动促进剂、黏合剂、或ph调节剂或缓冲剂。当脲醛缩合物与水混合以形成混合物时，可以向颗粒中加入另外的成分。颗粒可以含有任意量的另外成分，例如0.001重量％至10重量％、0.001重量％至9重量％、0.001重量％至8重量％、0.001重量％至7重量％、0.01重量％至10重量％、0.01重量％至9重量％、0.01重量％至8重量％、0.01重
量％至7重量％或其间任意范围或值。在一些情况下，颗粒可以含有0.001重量％、0.002重量％、0.003重量％、0.004重量％、0.005重量％、0.006重量％、0.007重量％、0.008重量％、0.009重量％、0.01重量％、0.02重量％、0.03重量％、0.04重量％、0.05重量％、0.06重量％、0.07重量％、0.08重量％、0.09重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％或10重量％的另外的成分。在一些情况下，颗粒中的流动促进剂是或不是漂白小麦粉、微晶二氧化硅、脱乙酰壳多糖、天然树胶如琼脂、瓜尔豆胶、黏土如膨润土、纤维素衍生物如羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素(hpmc)中的一种或多于一种。在一些情况下，黏合剂是或不是漂白小麦粉、瓜尔豆胶、木质素磺酸钙、明胶、海藻提取物、熟石膏、面粉、淀粉、纤维素、谷蛋白、胶态二氧化硅、高岭土、膨润土、聚乙二醇(peg)、聚己内酯、低分子量聚乙酸乙烯酯和/或60重量％脲溶液中的一种或多于一种。在一些情况下，颗粒不包含四水合硝酸钙，或包含少于0.4重量％的四水合硝酸钙。
15.可以将本文的球形脲醛缩合物或其中一种或多于一种化学物质配制为肥料。在一些情况下，将缩合物配制成缓释肥料。在一些情况下，将缩合物配制成专用肥料。本文公开的方法可进一步包括将缩合物或其中的一种或多于一种化学物质与其他肥料、次要营养物、微量元素、植物保护剂、填充剂和/或与其它肥料成分混合以形成混合肥料的步骤。
16.在本发明的一些方面，公开了肥料组合物。肥料组合物可以包含本发明的多种球形缩醛缩合物肥料颗粒。在某些情况下，肥料组合物还可以是非脲醛缩合物肥料与本文公开的多种球形脲醛缩合物肥料颗粒的混合物。肥料组合物可以包含任意浓度的球形脲醛缩合物肥料。球形脲醛缩合物肥料可以是肥料组合物中全部量的氮的来源。
17.本发明的上下文中还公开了用于制造和/或使用本文公开的球形脲醛缩合物和肥料组合物的过程和方法。球形颗粒可以通过以下步骤来产生：将脲醛缩合物与水结合以形成混合物；任选地挤出混合物；由混合物或挤出物形成球体；和干燥球体以形成球形脲醛缩合物颗粒。在一些情况下，混合物含有10重量％至40重量％的水、10重量％至30重量％的水、10重量％至20重量％的水、15重量％至40重量％的水、15重量％至30重量％的水、15重量％至20重量％的水、20重量％至40重量％的水、20重量％至30重量％的水、30重量％至40重量％的水或其间任意值和范围。在一些情况下，混合物含有10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％或40重量％的水。
18.在一些情况下，脲醛缩合物在形成球体之前首先被挤出。挤出温度可以高于球形脲醛缩合物肥料中使用的一种或多于一种黏合剂的熔点。温度可以低于其中肥料降解的温度。温度可以低于脲醛缩合物或脲的熔融温度。在一些情况下，挤出温度可以小于50℃、小于40℃、小于35℃，优选20℃至50℃、20℃至40℃，更优选20℃至35℃。
19.挤出过程可以在任何挤出机中进行。在一些情况下，挤出机是单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、三螺杆挤出机或多于三螺杆的挤出机。在一些情况下，挤出机能够以20rpm至300rpm，优选约40rpm至200rpm，更优选约60rpm至120rpm的速率旋转。在一些情况下，挤出机的压力为1巴至50巴，优选15巴至45巴，更优选25巴至35巴。
20.挤出的脲醛缩合物可以在形成球体之前进行切割或使其穿过模具。在一些情况下，模具可以是有孔的。
21.在一些情况下，脲醛缩合物颗粒通过球化过程形成球体。该过程可以包括使用球化器。过程可以在任何球化器中进行。在一些情况下，球化器是圆盘球化器。在一些情况下，以大于1000rpm、大于1500rpm、1500rpm至5000rpm、1500rpm至3500rpm、2000rpm至3000rpm或其间任意范围的圆盘速度来操作圆盘。在一些情况下，以压力为0.1巴至10巴、0.5巴至10巴、0.5巴至2巴、0.5巴至1巴、0.1巴至3巴、0.1巴至2巴、0.1巴至1巴、0.3巴至0.7巴、或其间任意范围的气流来操作球化器。球化过程可以进行任意时间，例如1分钟至15分钟、1分钟至10分钟、2分钟至15分钟、2分钟至10分钟或其间任意范围。
22.在一些情况下，通过造粒(例如，盘式造粒和/或转鼓造粒)技术或与例如使用球化器的球化技术组合造粒来使脲醛缩合物颗粒形成球体。造粒可以在任何合适的造粒机中进行。在一些情况下，使用粉末化的脲醛缩合物和水来进行造粒。在一些情况下，以小于500rpm、小于400rpm、小于300rpm、小于200rpm、小于100rpm、小于90rpm、小于80rpm、小于70rpm、小于60rpm、小于50rpm、小于40rpm、小于30rpm、小于20rpm、小于10rpm或其间任意范围rpm的旋转速度来操作造粒机。在一些情况下，以压力为0.1巴至10巴、0.5巴至10巴、0.5巴至2巴、0.5巴至1巴、0.1巴至3巴、0.1巴至2巴、0.1巴至1巴、0.3巴至0.7巴或其间任意范围的气流和40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃的温度或其中或其间的任意温度或范围来操作造粒机。造粒过程可以进行任意时间，例如1分钟至15分钟、1分钟至10分钟、2分钟至15分钟、2分钟至10分钟或其中或其间任意范围或时间。
23.在一些情况下，在球化和/或造粒之前、期间和/或之后干燥颗粒。在一些情况下，可以干燥颗粒以使水的含量为小于1重量％、小于0.9重量％、小于0.8重量％、小于0.7重量％、小于0.6重量％、小于0.5重量％、小于0.4重量％、小于0.3重量％、小于0.2重量％、小于0.1重量％或0重量％，或其中或其间任意范围或量。颗粒可以在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，或其中和或其间任意温度或范围下干燥。
24.过程可以进一步包括使球形脲醛缩合物肥料与非脲醛缩合物肥料结合以形成掺合肥料。在一些情况下，非脲醛缩合物肥料不与球形缩合物肥料结合。球形脲醛缩合物肥料和非脲醛缩合物肥料可以以任何比例结合。在一些情况下，非脲醛缩合物肥料不与球形脲醛缩合物肥料结合。在一些情况下，混合的肥料含有球形脲醛缩合物肥料和非脲醛缩合物肥料，其比例为1：100至100：1，优选1：10至10：1，更优选1：4至4：1或其间任意范围。
25.本发明的球形脲醛缩合物肥料、本发明的肥料组合物和由本发明的方法制备的肥料组合物可以通过施用至土壤、生物体载体和/或生物体中的至少一种来用于施肥。在一些情况下，本发明的球形脲醛缩合物肥料、本发明的肥料组合物和由本发明的方法制备的肥料组合物在施用至土壤、生物体载体或生物体之前，与液体载体、液体溶剂或其组合结合。
26.术语“肥料”定义为应用于土壤或植物组织以提供一种或多于一种对植物生长必要的或有益的植物养分的材料，和/或用于增加或促进植物生长的刺激剂或增强剂。肥料的非限制性实例包括具有一种或多于一种本发明的脲醛缩合物、脲、硝酸铵、硝酸钙铵、一种或多于一种过磷酸钙、二元np肥料、二元nk肥料、二元pk肥料、npk肥料、钼、锌、铜、硼、钴和/或铁的材料。在一些方面，肥料包括增强植物生长和/或增强植物获得肥料益处的能力的试剂，例如但不限于生物刺激剂。
27.以下包括了该说明书全文使用的各种术语和表述的定义。
[0028]“c1至c4醛”和/或“c2至c4醛”可以分别是具有1个至4个碳原子或2个至4个碳原子
的直链或带支链的醛、饱和或不饱和醛、经取代的醛等。非限制性实例包括甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、异丁醛和巴豆醛。在一些特定情况下，c2至c4醛用于生产本发明的脲醛缩合物。
[0029]
术语“短链”亚甲基脲可以包括含有1个至5个脲单元的亚甲基脲。
[0030]
术语“颗粒”可以包括固体材料。颗粒可以具有多种不同的形状，其非限制性实例包括球形、圆盘形、椭圆形、棒形、长方形或无规形状。在本申请中术语“颗粒”和“粒”是可互换的。
[0031]
术语“微粒”或“粉末”可以包括多个颗粒。
[0032]
术语“可生物降解的”定义为能够通过天然存在的生物体或通过自然环境条件如暴露于水、雨、阳光、热和冷等降解。天然存在的生物体可以包括细菌、真菌、植物、昆虫、动物、哺乳动物和/或人。
[0033]
术语“减少”或该术语的变体包括为了实现期望的结果的任何可测量的减少或完全减少。
[0034]
术语“有效的”或该术语的变体表示足以达到期望的、预期的或想要的结果。
[0035]
术语“约”、“大约”和“基本上”定义为如本领域普通技术人员所理解的接近于。在一个非限制性实例中，该术语定义为在10％以内，优选5％以内，更优选1％以内，最优选0.5％以内。
[0036]
术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别指基于包含组分的物质的总重量、总体积或总摩尔的组分的重量百分数、体积百分数或摩尔百分数。在一个非限制性实施例中，在100克包含组分的材料中的10克组分为10重量％的组分。
[0037]
当在权利要求和/或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”的任一个一起使用时，要素前面不使用数量词可以表示“一个”，但是其也符合“一个或更多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的意思。
[0038]
词语“包含”、“具有”、“包括”或“含有”是包括性的或开放式的，并且不排除附加的、未列举的要素或方法步骤。
[0039]
本发明的方法和组合物可以“包含”在本说明书全文所公开的特定成分、组分、组合物等，或“基本上由”或“由”在本说明全文所公开的特定的成分、组分、组合物等“组成”。关于过渡表述“基本上由
……
组成”，在一个非限制性方面，本发明的球形脲醛缩合物颗粒的基本和新颖的特征是这些颗粒的球形形状及其改善的压碎强度。
[0040]
根据以下附图、详细描述和实施例，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显。然而，应理解，在表明本发明的具体实施方案时，附图、详细描述和实施例仅以说明的方式给出而不表示限制。另外，期望通过该详细描述，本发明的精神和范围内的变化、组合和修改对于本领域技术人员会变得明显。
附图说明
[0041]
得益于以下详细描述并参考附图，本发明的优点对本领域技术人员将变得明显。本发明容易获得多种变化方案和替代形式，其具体的实施方案在附图中通过举例的方式示出。附图可能不是按比例的。
[0042]
图1表示球形脲醛缩合物肥料实施方案的非限制性代表。
[0043]
图2描绘了产生球形脲醛缩合物肥料的方法的实施方案。
[0044]
图3描绘了产生掺合肥料的方法的实施方案。
[0045]
图4描绘了产生球状脲醛缩合物肥料的方法的实施方案。
[0046]
尽管本发明容易获得各种变化方案和替换形式，但是其特定实施方案在附图中通过举例的方式示出并且可以在本文中详细描述。附图可能不是按比例的。
具体实施方式
[0047]
本发明的球形脲醛缩合物肥料提供了与脲醛缩合物肥料有关的至少一些问题的优质解决方案。球形脲醛缩合物肥料可以通过造粒和/或球化形成球体并可以任选地在球化前进行挤出。造粒和/或球化可以在产生脲醛缩合物的化学反应完成后进行。球形脲醛缩合物肥料中任选的黏合剂和/或流动促进剂的存在可以促进球形脲醛缩合物肥料的生产。球形脲醛缩合物肥料可以尺寸一致。本发明的掺合肥料可以含有与其它肥料或肥料成分组合的多种球形脲醛缩合物肥料。
[0048]
在以下部分中进一步详细地讨论了本发明的这些和其它非限制性方面。
[0049]
a.球形脲醛缩合物肥料
[0050]
图1象征性地描绘了本发明的球形脲醛缩合物肥料的实施方案的说明性横截面图。在所示的实施方案中，球形脲醛缩合物肥料100包含任选的黏合剂和/或流动促进剂101以及脲醛缩合物102。球形脲醛缩合物肥料200包含脲醛缩合物102。球形脲醛缩合物肥料100和200具有圆形横截面。球形脲醛缩合物肥料100和200还可以包含其它成分，例如微量营养素、ph平衡剂和/或增稠剂等。在图中，并且仅出于举例说明目的，脲醛缩合物102具有填充的圆形横截面。图中组分的形状、尺寸和相关数量有助于简单地区分球形脲醛缩合物肥料100和200中的不同组分并且是非限制性的。可以考虑其它尺寸和相关数量的组分并且可以容易地制造。在说明性球形脲醛缩合物肥料100实施方案中，在本发明的某些方面，黏合剂和/或流动促进剂可以作为连续相，帮助使脲醛缩合物102与黏合剂和/或流动促进剂101黏合在一起以形成球形脲醛缩合物肥料100。在某些方面，球形脲醛缩合物肥料200中不包含黏合剂和/或流动促进剂101。对于本领域普通技术人员明显的是，球形脲醛缩合物肥料100和200的其它构造是可能的。虽然图1展示了完全球形的肥料，但在本发明情况下预期球形肥料可以包括基本上为球形的肥料。基本上为球形可以包括椭圆形。基本上为球形可以包括跨越颗粒横截面的垂直轴的长度比，包括0.5至2.0，优选0.8至1.2，更优选0.9至1.1的比或约为1.0的比。
[0051]
球形脲醛缩合物肥料100和200可以具有多种尺寸。在一些实施方案中，球形脲醛缩合物肥料的平均直径为约1mm至8mm、1mm至4mm或2mm至3.5mm，或其间任意尺寸。
[0052]
b.脲醛缩合物
[0053]
脲醛缩合物包含c1至c4/脲低聚物。在一些情况下，脲醛缩合物包含c2至c4/脲低聚物。在一些情况下，脲醛缩合物包含c2和c4醛的混合物。c1至c4或c2至c4/脲低聚物可以为任意c1至c4或c2至c4/脲低聚物。球形脲醛缩合物的c1至c4和c2至c4醛可以是任意c1至c4或c2至c4醛、其衍生物或其组合。在一些情况下，c1至c4或c2至c4醛可以是甲醛、丁醛、异丁醛、巴豆醛或其任意组合。在一些情况下，缩合物含有少于25重量％、20重量％、15重量％、10重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％或1重量％的脲。
[0054]
c.黏合剂和流动促进剂
[0055]
黏合剂可以用于通过黏合剂和/或内聚力将混合物中的组分黏合在一起。可以在用于制造球形脲醛缩合物肥料的造粒和/或球化或挤出过程中根据适用性选择在球形脲醛缩合物肥料中使用的黏合剂。黏合剂可以是聚合的或非聚合的黏合剂。黏合剂的熔点或软化温度可以低于球形脲醛缩合物肥料中包含的脲醛缩合物降解或熔融的温度。在非限制性实例中，该温度低于50℃、低于40℃、低于30℃、低于20℃或其间任意温度。在一些情况下，黏合剂是可生物降解的。在一些情况下，黏合剂是水溶性的。
[0056]
黏合剂的非限制性实例包括漂白小麦粉、瓜尔豆胶、木质素磺酸钙、明胶、海藻提取物、熟石膏、面粉、淀粉、纤维素、谷蛋白、胶态二氧化硅、高岭土、膨润土、聚乙二醇(peg)、聚己内酯、低分子量聚乙酸乙烯酯、60重量％的脲溶液、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、可生物降解的聚乳酸和其它可生物降解的聚合物材料，例如聚乳酸、聚(3
‑
羟基丙酸)、聚乙烯醇、聚己内酯、聚l
‑
丙交酯、聚丁二酸丁二醇酯和可生物降解的基于淀粉的聚合物。
[0057]
流动促进剂可用于提高脲醛缩合物的流动性或提高脲醛缩合物造粒和/或球化的能力。可以在用于制造球形脲醛缩合物肥料的造粒和/或球化或挤出过程中根据适用性选择在球形脲醛缩合物肥料中使用的流动促进剂。流动促进剂可以是聚合物的或非聚合物的。
[0058]
流动促进剂非限制性实例包括漂白小麦粉、微晶二氧化硅、脱乙酰壳多糖、天然树胶如琼脂、瓜尔豆胶、黏土如膨润土、纤维素衍生物如羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素(hpmc)。
[0059]
球形脲醛缩合物肥料可以含有任意量的黏合剂和/或流动促进剂。球形脲醛缩合物肥料可以具有足够量的黏合剂以使球形肥料或用于产生球形肥料的挤出物黏合在一起。球形脲醛缩合物肥料可以具有足够量的流动促进剂以提高通过挤出机的脲醛缩合物的流动性。基于球形脲醛缩合物肥料的总重量，黏合剂和/或流动促进剂的浓度可以为10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、0.9重量％、0.8重量％、0.7重量％、0.6重量％、0.5重量％、0.4重量％、0.3重量％、0.2重量％、0.1重量％，或其间任意浓度或范围。在优选实施方案中，球形脲醛缩合物肥料含有0.2重量％至5重量％，更优选0.5重量％至1重量％，或其间任意值或范围的黏合剂和/或流动促进剂。在一些情况下，球形脲醛缩合物肥料中不使用黏合剂和/或流动促进剂。
[0060]
本发明的球形脲醛缩合物肥料可以具有所期望的物理性质，例如期望水平的耐磨性、强度、可制粒性、吸湿性、形状和/或尺寸分布。因此，可以选择黏合剂和/或流动促进剂以使这些性质最优化。
[0061]
d.另外的肥料
[0062]
除了脲醛缩合物外另外的肥料物质可以包含在球形脲醛缩合物肥料中或用于本发明的肥料组合物或混合物中。可以基于某些类型的土壤、气候或其它生长条件的特定需要来选择另外的肥料，以使球形脲醛缩合物肥料在提高植物生长和农作物产量方面的效力达到最大。另外的肥料还可以包含在球形脲醛缩合物肥料中或用于本发明的肥料组合物或混合物中，包括但不限于微量营养素、主要营养素和次要营养素。微量营养素可以是植物可接受形式的无机或有机金属化合物，如硼、铜、铁、氯化物、锰、钼、镍或锌。主要营养素可以是向植物输送氮、磷和/或钾的物质。含氮的主要营养素可以包括尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷
酸二铵、磷酸一铵、脲醛或其组合。次要营养素可以是向植物输送钙、镁和/或硫的物质。次要营养素可以包括石灰、石膏、过磷酸钙或其组合。
[0063]
e.ph缓冲剂
[0064]
本发明的球形脲醛缩合物肥料还可以含有一种或多于一种ph缓冲剂。合适的ph缓冲剂的实例包括但不限于caco3、mgo、kh2po4、nahco3、白垩粉、铝、氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸氢钠等及其组合。
[0065]
f.掺合肥料
[0066]
本发明的球形脲醛缩合物肥料还可以包含在包含其它肥料如其他肥料颗粒的掺合组合物中。可以基于某些类型的土壤、气候或其它生长条件的特定需要来选择另外的肥料，以使掺合组合物在提高植物生长和农作物产量方面的效率达到最大。图3说明了产生掺合肥料的方法300的实施方案。例如，本发明的球形脲醛缩合物肥料100、200可以与非球形非脲醛缩合物肥料301混合。混合302可以通过本领域通常可获得的任意类型的混合或搅拌设备进行(例如，来自whirlston machinery的wj
‑
700、wj
‑
900或wj
‑
1000搅拌机(郑州，中国)。一旦混合，可以将肥料混合物储存303以供将来使用或销售。
[0067]
球形脲醛缩合物肥料可以与其它肥料以任意浓度混合。在一些情况下，所需浓度足以满足混合物中所需营养物或微量营养素含量。
[0068]
g.制造球形脲醛缩合物肥料和掺合肥料的方法
[0069]
在一些实施方案中，通过使脲醛缩合物与水以及任选地流动促进剂、黏合剂、微量营养素中的一种或多于一种和/或其组合结合来制造球形脲醛缩合物肥料。在一些情况下，使其它合适的物质例如ph平衡剂与其它添加剂组合。可以任选地挤出混合物。挤出物可以通过混合干燥形式的成分，如果需要的话添加任意溶剂，并进一步混合以制备可挤出组合物来形成。溶剂，例如水，可能需要用来制造可挤出组合物。挤出可以使用本领域已知的合适的挤出机设备来完成，并且可以在0℃至50℃的温度、20rpm至300rpm的螺杆速度、1巴至50巴的压力下进行，和/或其中挤出机包括多进料器，并包括挤出部件，所述挤出部件包括主驱动器、轴、螺杆、机筒和/或模具。在一些实施方案中，挤出方法包括将挤出物切片。挤出物可以通过使用模具或通过本领域已知的其它方法来切片。模具可以是有孔模具。
[0070]
在一些实施方案中，球形脲醛缩合物肥料通过由非挤出的成分组合或挤出物形成球形脲醛缩合物肥料来制得。球形脲醛缩合物肥料的直径可以为约1mm至4mm。球形脲醛缩合物肥料可以具有基本球形的形状。在一些情况下，球体可以通过造粒和/或使用球化器来形成。造粒和/或球化可以在产生脲醛缩合物的化学反应完成后和/或形成干燥的肥料之后进行。造粒机可以是任何合适的造粒机，例如盘式造粒机或转鼓造粒机。球化器可以是任何合适的球化器。球化器可以是圆盘球化器。在一些情况下，圆盘可以具有交叉格子图案。球化器可以在0.5巴至10巴的气压和/或1rpm至5000rpm的速度下操作。
[0071]
球形脲醛缩合物肥料可以通过使用造粒机或在造粒后使用球化器来制得。造粒可以在任何合适的造粒机中进行。造粒机的非限制性实例包括盘式造粒机或转鼓造粒机。为了制造球形脲醛缩合物肥料，使球形脲醛缩合物肥料成分混合并造粒，所述成分可以包括脲醛缩合物，以及水、黏合剂、流动促进剂或其它合适的成分中的一种或多于一种或不包含这些成分。在一些情况下，使用粉末化脲醛缩合物和水来进行造粒。造粒机可以配置成在旋转造粒机中在加热下翻滚和加热成分，导致成分聚集并形成颗粒。在一些情况下，在500rpm
至10rpm下操作造粒机，并在压力为0.1巴至10巴和温度为40℃至100℃的气流下操作。造粒过程可以进行任意时间，例如1分钟至15分钟。
[0072]
如果需要的话，经造粒的颗粒可以进一步加工以使其球化和/或干燥。在一些情况下，进一步使颗粒在具有气流和球化器圆盘的球化器中球化以产生球体。圆盘可以是带有格子图案的图案化球化器圆盘。
[0073]
图2和图4的每一个分别说明了方法201和400的实施方案，通过它们可以制造本发明的球形脲醛缩合物肥料。如图2所示，为了制造球形脲醛缩合物肥料200，使球形脲醛缩合物肥料成分202混合，所述成分可以包含脲醛缩合物，以及包含水、黏合剂、流动促进剂或其它合适的成分中的一种或多于一种或不包含这些成分。在一些情况下，可以使混合物挤出203。挤出机可配置为在挤出过程中推动混合的肥料成分通过模具204，并且与模具相关的切割工具将挤出物切碎形成颗粒，如果需要的话，其可以被进一步加工(未显示)以进行干燥。混合的或挤出的或颗粒化的或未混合的脲醛缩合物在球化205时形成球体。在一些情况下，球体通过使用球化器来形成。如图4所示，在一些情况下，脲醛缩合物肥料的起始材料可以进料至挤出机，例如控制温度和压力的异向旋转的双螺杆挤出机401(例如，温度和压力传感器402)。可以混合成分并通过挤出机挤出。在一些情况下，通过有孔模具403切割挤出物以形成颗粒404。颗粒404可以是非球形的。在一些情况下，然后进一步使颗粒在具有气流405和球化器圆盘的球化器中球化以产生颗粒407。圆盘可以是带有格子图案的图案化球化器圆盘406。控制面板408可用于操作球化器。过程400可以包括制造颗粒407的进料409和操作挤出机401的电动机410、齿轮箱411和控制系统412。用于夹套和工艺空气入口413的冷却水可以与具有格子图案的球化器圆盘406一起使用，以产生颗粒407。
[0074]
在上述任意方法的最终加工后，至少大部分球形脲醛缩合物肥料可以在期望的尺寸内。然而，一些球形缩合物肥料可能过大或过小。可以分离、压碎这些不合格的球形脲醛缩合物肥料，并且可以再次引导粉末材料通过该过程。在一些实施方案中，将回收的组合物与球形脲醛缩合物肥料混合。这些组合物可以包含0重量％至50重量％的回收组合物。然而，本文所要求保护的方法的优点是部分由于所使用的材料和/或所使用的加工条件，可以减少不合格的球形脲醛缩合物肥料的量，并且可以被完全消除。
[0075]
在一些情况下，制造掺合肥料。图3说明了产生掺合肥料的方法300的实施方案。为了制造掺合肥料，可以使本发明的球形脲醛缩合物肥料(例如100和/或200)与其它肥料300、微量营养素、植物保护剂、填料和/或其它肥料成分混合。混合可以通过如混合302、浇注混合、涡流、摇晃等已知的方法进行。在一种情况下，可以使用肥料混合单元。肥料混合单元是可商业获得的。在一些情况下，可以使用带式掺合器。
[0076]
h.使用球形脲醛缩合物肥料的方法
[0077]
本发明的球形脲醛缩合物肥料可以用于增加土壤中氮的量和增强植物生长的方法中。这些方法可以包括将包含本发明的球形脲醛缩合物肥料的有效量的组合物施用至土壤。该方法可以包括提高植物生长和产量。该方法可以包括将本发明的球形脲醛缩合物肥料施用于土壤、生物体、液体载体、液体溶剂等中的至少一种。
[0078]
可以从本发明的肥料中受益的植物的非限制性实例包括藤本植物、树木、灌木、茎秆植物，蕨类等。植物可以包括果类作物、藤本植物、观赏植物、粮食作物、木材和采伐植物。植物可以包括任何裸子植物、被子植物和/或蕨类植物。
[0079]
包含本发明的球形脲醛缩合物肥料的组合物的效果可以通过在将肥料组合物施用至一种或多于一种土壤后在不同时间测量土壤中氮的量来确定。肥料组合物的效果还可以通过在相同条件下在相同土壤中进行并排比较来直接与其它肥料组合物进行比较。
[0080]
实施例
[0081]
本发明将通过具体的实施例更详细地描述。提供以下实施例仅用于说明目的，而非以任何方式限制本发明。本领域技术人员会容易地识别出可以变化或改变以产生基本相同结果的各种非关键性参数。
[0082]
实施例1
[0083]
制造球形脲醛缩合物肥料的方法
[0084]
亚甲基脲
‑
异丁叉二脲(mu
‑
ibdu)肥料的制粒是通过将湿的mu
‑
ibdu混合物球化或首先挤出混合物，然后将湿的mu
‑
ibdu混合物球化或造粒来实现的。
[0085]
球化器
‑
简而言之，mu
‑
ibdu粉末的造粒在圆盘球化器中进行(multi bowl spheronizer，250mm，由caleva制造)。将干燥的mu
‑
ibdu粉末用20％至25％的水润湿，并加入球化器中。球化器使用具有3mm图案的交叉格子板，在0.5巴的气压和2500rpm的速度下操作3分钟至10分钟，以获得期望的颗粒。使mu
‑
ibdu颗粒聚集并形成球形颗粒。不被理论所束缚，认为在气流存在的情况下，潮湿材料与球化器的壁和摩擦片的连续碰撞导致颗粒成为球形。由两种方法制造的颗粒mu
‑
ibdu的压碎强度如表2所示。
[0086]
挤出
‑
球化器
‑
简而言之，mu
‑
ibdu的造粒使用挤出机和球化器进行。参见图4。将干燥的mu
‑
ibdu粉末用20％至25％的水润湿，并进料至挤出机中。然后使用球化器将所得的湿润颗粒球化。球化器使用3mm的交叉格子板，在0.5巴的气压和2500rpm的速度下操作5分钟至10分钟，以获得期望的颗粒。在挤出过程中，还测试了不同流动促进剂，例如漂白小麦粉、瓜尔豆胶、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、木质素磺酸钙和明胶。hpmc和瓜尔豆胶是其中表现最好的。流动促进剂的非限制性比为0.1重量％至10重量％并且可以根据mu
‑
ibdu产品中存在的mu和ibdu之比进行调整。在一个实施方案中，将mu
‑
ibdu粉末、1重量％的hpmc和20重量％至25重量％的水的混合物加入模具的孔为1.5mm至2.5mm的挤出机中。以100rpm的速度和模具刃口处1巴至3巴的压力操作挤出机。
[0087]
mu
‑
ibdu产品还可以使用这种技术进一步使其它主要肥料元素、次要肥料元素和微量元素富集。
[0088]
通过这种方法获得的颗粒显示具有良好的物理性质。通过这种方法获得的产率为约95％，仅损失了4％至5％的材料。具有改善的物理性质的球形mu
‑
ibdu颗粒可用于与其他肥料掺混，降低颗粒被压碎的风险。未球化和干燥的mu
‑
ibdu挤出物的压碎强度如表1所显示：
[0089]
表1
[0090][0091]
球化器按以下操作：圆盘速度
‑
2500rpm；圆盘槽几何形状
‑
具有3mm图案的交叉格子板；保留时间
‑
5分钟；气压
‑
0.5巴。将湿的mu
‑
ibdu挤出物立即加入球化器中，并在上述条件下进行加工。将从球化器获得的颗粒在80℃下干燥3小时至4小时。
[0092]
获得尺寸为1.5mm至2.5mm的mu
‑
ibdu颗粒，产率为95％。由两种方法制造的颗粒mu
‑
ibdu的压碎强度如表2所示。发现挤出和球化结合的方法可以提高颗粒mu
‑
ibdu的压碎强度。
[0093]
表2
[0094][0095]
造粒机
‑
简而言之，在盘式造粒机/转鼓造粒机中使用湿法进行mu
‑
ibdu粉末的造粒。将干燥的mu
‑
ibdu粉末用10％至25％的水润湿，并加入盘式造粒机/转鼓造粒机中。在盘式造粒机/转鼓的连续旋转过程中，使颗粒聚集并形成颗粒。在实验室等级的盘式造粒机/转鼓造粒机中进行造粒，最大生产力为3千克。盘/转鼓包含两个挡板，跨越盘/转鼓长度的宽度为4英寸和6英寸。将挡板与盘/转鼓的中心成45
°
角放置。
[0096]
对于mu
‑
ibdu(75/25)的造粒，将mu
‑
ibdu(75:25)粉末(1kg)和0.5重量％hpmc的混合物进行彻底混合。然后，加入15重量％至25重量％的水并混合直到黏合剂均匀分散。将所得的mu
‑
ibdu湿团块手动进料至盘/转鼓，并在以下处理条件下操作。
[0097]
工艺参数：
[0098]
盘/转鼓速度：20rpm
[0099]
挡板类型：平板
[0100]
保留时间：10分钟
[0101]
气压：0.5巴
[0102]
热空气温度：75℃
[0103]
将由球化器获得的颗粒在80℃下干燥16小时。获得均匀的颗粒，尺寸为1.5mm至
2.5mm，产率为60％。
[0104]
实施例2(预示性实施例)
[0105]
样品分析
[0106]
可以测试本文公开的肥料的性质。可以使用压碎强度分析仪测量一些样品的压碎强度以确定肥料的强度。