包封颗粒的制作方法

包封颗粒的制作方法
【专利摘要】包封颗粒，其包含核颗粒和位于该核颗粒周围的聚氨酯。该聚氨酯包含芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的反应产物。该多元醇组分包含衍生自基于芳香族胺的起始物的多元醇和脂肪族聚醚多元醇。衍生自基于芳香族胺的起始物的多元醇具有4的标称官能度。脂肪族聚醚多元醇具有2-4的标称官能度。衍生自基于芳香族胺的起始物的多元醇与脂肪族聚醚多元醇的重量比为约1:2-2:1。本发明也提供了形成该包封颗粒的方法。
【专利说明】包封颗粒
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年5月18日提交的美国临时专利申请No. 61/648, 697的优先权， 其在此作为通过参考全文并入。
[0003] 本申请与以下转让给相同受让人的美国非临时专利申请相关，它们每个在此 通过参考全文并入：美国专利申请No. ***,2013年5月17日提交，名称为"抑尘聚集 体（A DUST SUPPRESSING AGGREGATE)"，代理案卷号 PF-71487/065333. 00460,发明人为 Raymond Neff, Alexander Gershanovich和Donald C. Mente;和美国专利申请No.林*,2013 年5月17日提交，名称为"包封颗粒（AN ENCAPSULATED PARTICLE) "，代理案卷号 PF-72715/065333. 00462，发明人为 Raymond Neff, Alexander Gershanovich 和 Donald C.Mente。
[0004] 本申请也通过参考全文并入2012年5月18日提交的美国临时专利申请 No. 61/648, 766且与其相关。 发明领域
[0005] 本发明总体上涉及包封颗粒。更具体地，本发明涉及包含核颗粒和位于该核颗粒 周围的聚氨酯的包封颗粒。
[0006] 发明背景
[0007] 包封颗粒，例如控释肥料，在农业领域中是已知的。这些包封颗粒通常包含一种或 多种位于核颗粒周围的聚氨酯。聚氨酯的厚度和完整性限制了核颗粒到土壤中的溶解速 率。不幸地是，许多传统的包封颗粒是易碎的且在常规处理中可被破坏，导致核颗粒不可预 测和快速地溶解到土壤中。这些加速的溶解速率导致浪费和植物毒性。因此，仍存在研制 改善的包封颗粒的机会。
[0008] 发明概述和优点
[0009] 包封颗粒包含核颗粒和位于核颗粒周围的聚氨酯。该聚氨酯包含具有至少2的标 称（nominal)官能度的芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的反应产物。该芳香族异氰酸酯 组分以基于芳香族异氰酸酯组分和该多元醇组分的总重量计约20-60wt%的量使用。该多 元醇组分以基于芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的总重量计约40-80wt%的量使用。该 多元醇组分包含衍生自具有4的标称官能度的基于芳香族胺的起始物的多元醇和具有2-4 的标称官能度的脂肪族聚醚多元醇。该衍生自基于芳香族胺的起始物的多元醇与脂肪族聚 醚多元醇的重量比是约I :2-2 :1。
[0010] 衍生自基于芳香族胺的起始物的多元醇组分和脂肪族聚醚多元醇的组合提供了 与芳香族异氰酸酯组分的改善的相容性，这导致了具有改善的柔韧性和耐久性的聚氨酯。 进一步地，包含前述聚氨酯的包封颗粒因为多元醇组分和芳香族异氰酸酯组分的相互作用 而具有改善的水分阻挡性以及延长的和可预测的溶解速率。
[0011] 发明详述
[0012] 包封颗粒包含核颗粒。核颗粒可以以多种形式使用，包括多种尺寸和形状。在某 些实施方式中，核颗粒包含肥料。正如本领域技术人员会理解的，一系列肥料可与本发明的 包封颗粒协同使用。通常，肥料包括氮、磷、钾（potash)、硫和/或其组合。
[0013] 在一实施方式中，该肥料包含氮。合适的肥料的非限制性例子为尿素、硝酸铵、尿 素硝铵、硝酸铵钙和其组合。在另一个实施方式中，该肥料包含磷。合适的包含磷的肥料的 非限制性例子为磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵、聚磷酸铵、硫磷酸铵和/或其组合。在又另一个 实施方式中，该肥料包含钾。合适的包含钾或其衍生物的肥料的例子为硝酸钾、氯化钾、硫 酸钾和/或其组合。在其他实施方式中，该肥料包含硫。合适的包含硫的肥料的非限制性 例子为硫酸铵、硫磺和/或其组合。
[0014] 在其他实施方式中，核颗粒包含杀生物剂。杀生物剂的例子包括除草剂、杀虫剂、 杀真菌剂和其组合。应理解核颗粒的替代形式也可被使用，即不是肥料或杀生物剂的核颗 粒，如阻燃剂。适合于本发明目的的其他核颗粒包括但不限于，球茎和种子，例如草种和花 种。在一特定实施方式中，该核颗粒包含硫酸铵。
[0015] 应理解该包封颗粒可包含两种或更多种前述核颗粒的任意组合。在这些实施方式 中，核颗粒可包括但不限于核颗粒的混合物，核颗粒的各个子颗粒和/或不同核颗粒组合 物的层。例如，核颗粒可包括包含尿素的内核和位于内核周围的包含硫的外核。通常，核颗 粒是无水的或至少在其最外表面是无水的（即，核颗粒是干燥的）以在制造和/或储存包 封颗粒期间最小化过早的反应和/或降解。此外，应理解核颗粒可由任意前述选择物组成 或基本上由任意前述选择物组成。
[0016] 虽然核颗粒的量不是特别限制的，但核颗粒在包封颗粒中可以以基于包封颗粒重 量的约75-99wt%、或约90-99wt%、或约96-98wt%的量使用。
[0017] 核颗粒可具有不同的尺寸和形状。通常，核颗粒是基本上球形的，具有0. 1-5_、或 I. 5-2. 5mm、或I. 8-2mm的平均直径分布。平均直径分布，指的是尺寸指导数，其定义为以毫 米计的颗粒尺寸，其中50wt%的样品是更粗大的且50wt%的样品是更细小的，根据筛分析 法所测定。应理解也可使用其他尺寸和/或形状的核颗粒，如不规则、矩形或薄片状的核颗 粒。在一实施方式中，核颗粒比上述实施方式中描述的更大，且形状和尺寸为传统的树棘状 (tree spike)，使得包封颗粒被进一步定义为包封的树棘物（未显示）。
[0018] 包封颗粒可为不同的尺寸和形状。通常，包封颗粒大体上是球形的，具有约 0. 5-7. 5_、约0. 5-3_或约1-2_的平均直径。也可考虑包封颗粒可为其他形状，如不规 则形、麻点状、矩形或薄片形包封颗粒。
[0019] 包封颗粒进一步包含位于核颗粒周围的聚氨酯。为了本发明的目的，应理解术语 "位于…周围"包括被聚氨酯部分和完全覆盖和涂覆核颗粒。通常，核颗粒是完全或基本上 被聚氨酯覆盖的，由此保护核颗粒以免暴露至环境条件，如以免过早暴露至湿气。例如，聚 氨酯可位于核颗粒 50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%或大于 99% 的表面积区域的周围。或者，聚氨酯可位于核颗粒100%的表面区域周围。
[0020] 聚氨酯可进一步定义为聚氨酯层。作为本领域技术人员会理解，可在核颗粒周围 提供多个不同的聚氨酯层。这些聚氨酯层可相同或彼此不同。聚氨酯可进一步定义为聚氨 酯层。作为本领域技术人员会理解，可在核颗粒周围提供多个不同的聚氨酯层。这些聚氨 酯层可相同或彼此不同。在一实施方式中，包封颗粒可包含第一涂层。在另一实施方式中， 包封颗粒可包含第一涂层和至少一个额外的涂层。例如，该包封颗粒可包含位于第一涂层 周围的1、2、3、4、5、6或更多个涂层。
[0021] 各聚氨酯层通常具有约5-50微米、或约10-40微米、或约15-35微米的平均厚度。 应理解聚氨酯层可以根据一种或多种所需的性质（例如包封颗粒的溶解速率）以不同的厚 度使用。
[0022] 在一实施方式中，聚氨酯层进一步定义为位于核颗粒周围的第一涂层和第一涂层 周围的第二涂层。然而，也考虑其他聚氨酯层结构。
[0023] 在一实施方式中，聚氨酯可以以包封颗粒的约l-10wt%或约2_8wt%的量使用。 或者，聚氨酯可以以包封颗粒的约3-7wt%的量使用。还或者，聚氨酯可以以包封颗粒的约 4-5wt%的量使用。在某些其他实施方式中，聚氨酯可以以包封颗粒的少于约lwt%的量使 用。
[0024] 通常运用下述的测试程序测定存在于包封颗粒中的聚氨酯层的量。首先，向标准 家用混合器中倒入20g的包封颗粒和500g的水，例如去离子水。混合器启动，混合混合器 的内含物直到核颗粒（例如尿素）完全溶解。然后使用预先称重的过滤纸和布氏漏斗过滤 混合器的内含物得到固体。然后在约KKTC下干燥过滤物（filtrand)以基本上移除过滤物 里存在的残余的水。通常，过滤物在l〇〇°C下（在烘箱中）干燥约30分钟。干燥后，称量该 过滤物。使用下式中过滤物⑴的量（以克计）和包封颗粒⑴的量（以克计）计算存在 于包封颗粒中的聚氨酯层的量（基于包封颗粒的总重量的wt%计）：
[0025] 聚氨酯层（wt% ) = 100 · (X/Y)
[0026] X =干燥后的过滤物的量（以克计）
[0027] Y = 20 (包封颗粒的初始量）-X。
[0028] 聚氨酯包含芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的反应产物。芳香族异氰酸酯组分 以基于芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的总重量计的约20-60wt %的量使用。或者，芳 香族异氰酸酯组分可以以基于芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的总重量的约30-50wt% 的量使用。多元醇组分可以以基于芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的总重量的约 40-80wt%的量使用。或者，多元醇组分可以以基于芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的总 重量的约30-70wt%的量使用。然而，作为本领域技术人员会理解，可以以不同的其他量包 含芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分。
[0029] 可以以使得芳香族异氰酸酯组分的官能度与多元醇组分的OH官能度的比值为 1. 5到1，约1. 25到1或约I. 1到1的量提供芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分。
[0030] 芳香族异氰酸酯组分具有至少2的官能度，且通常包含具有两个或更多个异 氰酸酯官能团（NCO)的多异氰酸酯。优选，芳香族异氰酸酯组分包括但不限于，单体和 聚合的二苯甲烷二异氰酸酯、单体和聚合的甲苯二异氰酸酯，和其混合物。在一特定实 施方式中，异氰酸酯组分可以商品名Lupranate^ MlO商购自BASF Corporation of Wyandotte, Michigan。或者，异氰酸酯组分也可以以商品名Lllpranate? M20商购自BASF Corporation of Wyandotte，Michigan。
[0031] 聚合的二苯甲烷二异氰酸酯，例如Lupranate_?Mio,提供了高交联密度和中等 粘度。或者，单体二苯甲烷二异氰酸酯（如Lupranate_?\i异氰酸酯）提供了低粘度和高 NCO含量以及低标称官能度。相似地，甲苯二异氰酸酯（如Lupranate_''K)TDi)也提供低粘 度和高NCO含量以及低标称官能度。本领域技术人员会选择合适的异氰酸酯组分。
[0032] 芳香族异氰酸酯组分不具有特别限定的粘度，且可具有在25°C下的约1-3000CP、 或约20-700CP、或约50-300CP的粘度。芳香族异氰酸酯组分具有至少2、或2-4、或 2. 2-2. 7的标称官能度。优选，芳香族异氰酸酯组分具有基于异氰酸酯组分总重量计的约 20-50wt %、或约 25-40wt % 或约 30-33wt % 的 NCO 含量。
[0033] 回到前文，多元醇组分包含衍生自基于芳香族胺的起始物和具有4的标称官能度 的多元醇。多元醇组分也包含具有2-4的标称官能度的脂肪族聚醚多元醇。
[0034] 基于芳香族胺的起始物不具有特别限定的结构，但可为下式：
[0035]
【权利要求】
1. 包封颗粒，包含： 核颗粒；和 位于所述核颗粒周围的聚氨酯，且该聚氨酯包含具有至少2的标称官能度的芳香族异 氰酸酯组分与多元醇组分的反应产物； 其中所述芳香族异氰酸酯组分以基于所述芳香族异氰酸酯组分和所述多元醇组分总 重量计的约20-60wt%的量使用，和 其中所述多元醇组分以基于所述芳香族异氰酸酯组分和所述多元醇组分总重量计的 约40-80wt%的量使用，和 其中所述多元醇组分包含： 衍生自基于芳香族胺的起始物且具有4的标称官能度的多元醇，和 具有2-4的标称官能度的脂肪族聚醚多元醇， 其中衍生自所述基于芳香族胺的起始物的所述多元醇与所述脂肪族聚醚多元醇的重 量比为约I :2-2 :1。
2. 权利要求1的包封颗粒，其中所述多元醇组分包含基于所述多元醇组分总重量计的 约30-70wt%的所述衍生自基于芳香族胺的起始物的多元醇，和 其中所述多元醇组分包含基于所述多元醇组分总重量计的约30-70wt%的所述脂肪族 聚醚多元醇。
3. 前述权利要求任一项的包封颗粒，其包含基于所述包封颗粒总重量计的小于约 6wt%的所述聚氨酯， 其中，在24小时内，在25 °C下，约5-50wt %的所述核颗粒溶解于水中。
4. 前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述核颗粒包含肥料，该肥料包括尿素、钾、 磷酸盐或硫酸铵。
5. 前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述核颗粒包含硫酸铵。
6. 前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述基于芳香族胺的起始物包括下式：
其中R1是烷基、胺基或氢原子， 其中R2、R3、R4、R5和R6各自独立地是胺基或氢原子，和 其中所述R1-R6中至少一个是所述胺基。
7. 前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述脂肪族聚醚多元醇是由选自甘油、三羟 甲基丙烷、丙二醇和其组合的起始物形成的。
8. 前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述脂肪族聚醚多元醇是由丙二醇起始物和 多个氧化烯单元形成的，和 其中所述多个氧化烯单元包含基于所述多个氧化烯单元总重量计的至少50wt%的氧 化丙烯单元。
9. 前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述多元醇组分进一步包含基于所述芳香族 异氰酸酯组分和所述多元醇组分的总重量计约5-25wt%的溶于所述多元醇组分中的油。
10. 权利要求9的包封颗粒，其中所述油选自大豆油、芥花籽油、花生油、葵花籽油、棉 籽油、衍生自植物油的甲酯和其组合。
11. 前述权利要求任一项的包封颗粒，其进一步包含位于所述聚氨酯周围的密封剂，其 中所述密封剂选自有机蜡、热塑性聚合物、矿物油和其组合。
12. 形成包封颗粒的方法，所述方法包括： 提供核颗粒； 提供具有至少2的标称官能度的芳香族异氰酸酯组分； 提供多元醇组分，该多元醇组分包含： 衍生自基于芳香族胺的起始物和具有4的标称官能度的多元醇，和 具有2-4的标称官能度的脂肪族聚醚多元醇； 将所述芳香族异氰酸酯组分施加至核颗粒；和 将所述多元醇组分施加至核颗粒， 其中，该多元醇组分和该芳香族异氰酸酯组分反应形成位于该核颗粒周围的聚氨酯； 其中该多元醇组分以基于芳香族异氰酸酯组分和多元醇组分的总重量计约40-80wt% 的量使用；和 其中衍生自基于芳香族胺的起始物的多元醇与脂肪族聚醚多元醇的重量比是约1 : 2-2:1。
13. 权利要求12的方法，其进一步包括形成该核颗粒周围的第一涂层和形成该第一涂 层周围的至少一个额外的涂层。
14. 权利要求12或13的方法，其进一步包括将密封剂施加至聚氨酯，其中，该密封剂选 自石蜡油、石蜡、植物蜡、甘油三酸酯、微晶蜡、矿脂、烯烃、聚乙烯和其组合。
15. 权利要求12、13或14的方法，其中所述多元醇组分在53°C下具有约100_300cP的 粘度。
【文档编号】B01J13/14GK104394977SQ201380033160
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2012年5月18日
【发明者】A·哈德森, L·森尼奥, B·森彻瑞, V·格兰全斯特 申请人:巴斯夫欧洲公司