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、聚氨酯层和蜡。聚氨酯层位于核颗粒周围且蜡位于聚氨酯层周围。聚氨酯层包含异氰酸酯和多元醇组分的反应产物。该多元醇组分包含重量比为约1：2至约10：1的衍生自基于芳香族胺的起始物的催化多元醇和不同于该催化多元醇的聚醚多元醇。包封核颗粒的方法，包括以下步骤：提供核颗粒、异氰酸酯、多元醇组分和蜡。该方法也包括以下步骤：将异氰酸酯和多元醇组分混合和反应以形成聚氨酯，用包含聚氨酯的聚氨酯层包封核颗粒，和用蜡包封聚氨酯层。
【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N〇.61/648,707,2102年 5月18日提交的61/648, 766和2012年5月18日提交的61/648, 884的权益和优先权，其 在此通过参考整体并入本申请。
[0003] 本申请与转让给相同受让人的以下美国非临时专利申请相关，它们均通过参 考整体并入本申请：美国专利申请No. ***,2013年5月17日提交，名称为"包封颗粒 (ENCAPSULATED PARTICLE) "，要求美国临时专利申请No. 61/648, 697的优先权，代理案卷号 PF-72188/065322· 00185,发明人为 Alice Hudson, Lillian Senior, Bernard Sencherey和 Victor Granquist0 发明领域
[0004] 本申请总体上涉及包封颗粒。更具体地，本申请涉及包含核颗粒、聚氨酯层和蜡的 包封颗粒。

【背景技术】
[0005] 包含层（例如硫磺层）和核颗粒的包封颗粒是本领域已知的。硫磺层的厚度和外 部完整性限制了核颗粒释放的速率（即溶解）。现有技术包封颗粒倾向于需要大量的硫磺 (例如，基于包封颗粒总重量计的大于15wt%的硫磺），由此降低了包封颗粒中的核颗粒的 总量。此外，由硫磺组成的层倾向于显示易脆性，且在处理期间常遭受破坏。当硫磺层破坏 或破裂时，部分核颗粒很快释放且使剩余的核颗粒部分暴露于可快速溶解核颗粒因此阻碍 控制释放的水和其他液体。通常核颗粒的快速溶解是不期望的，因为包封核颗粒的至少一 个目的是为了实现包封颗粒随时间的控制释放。
[0006] 其他现有技术包封颗粒包含与硫磺层相对的聚氨酯层。然而，这些包封颗粒倾向 于显示以下表面缺陷和问题：不一致的外部完整性（如用聚氨酯层对核颗粒的部分包封）， 不一致的聚氨酯层厚度，和聚氨酯层内的凹陷和坑。与上述相似，当具有表面缺陷的聚氨酯 层位于核颗粒周围时，可使部分核颗粒部分暴露或与剩余聚氨酯层厚度不一致的聚氨酯层 的薄部可导致水和其他液体快速渗透聚氨酯层。上述两情况中任一个一般会导致核颗粒的 快速溶解，因此阻碍核颗粒的控制释放，通常这是不期望的。
[0007] 此外，一些包含聚氨酯层的包封颗粒在包封过程期间附聚，这导致了包封颗粒下 降的产率。通常附聚在包封核颗粒期间发生。在包封过程期间的核颗粒的附聚倾向于降低 包封效率，阻碍用聚氨酯层对核颗粒的完全包封，限制具有一致厚度的聚氨酯层的形成，相 对于为包封核颗粒所需的核颗粒的量提高所需的聚氨酯层的量，降低包封颗粒的产率，和 在生产出的包封颗粒的聚氨酯层中导致凹陷和坑。因此，存在需要研制改进的包封颗粒和 包封核颗粒的方法。
[0008] 发明概述和优点
[0009] 本发明公开了包封颗粒。该包封颗粒包含核颗粒、位于核颗粒周围的聚氨酯层和 位于聚氨酯层周围的蜡。聚氨酯层包含异氰酸酯和多元醇组分的反应产物。多元醇组分包 含重量百分比为约1 :2至约10 :1的衍生自基于芳香族胺的起始物的催化多元醇和不同于 催化多元醇的聚醚多元醇。核颗粒通过包括以下步骤的方法包封：提供核颗粒、提供异氰酸 酯、提供多元醇组分和提供蜡。该方法也包括以下步骤：将异氰酸酯和多元醇组分混合和反 应以形成聚氨酯，和用包含聚氨酯的聚氨酯层包封核颗粒，以及用蜡包封聚氨酯层。此外， 提供了用聚氨酯层包封核颗粒的体系。该体系包含异氰酸酯和多元醇组分。
[0010] 催化多元醇给予了聚氨酯层弹性、抗磨性和控释性。进一步，包封核颗粒的方法促 进了对核颗粒的更完全的包封，聚氨酯层的一致和极小的厚度，提高的包封颗粒的产率，以 及最小化的聚氨酯层内的缺陷。提高包封颗粒的产率和改善包封颗粒的质量减少了形成包 封颗粒所需的时间和花费。此外，聚氨酯层的经改善的性质允许包封颗粒抵抗水的快速渗 透和提供控制的释放（例如核颗粒的溶解）。
[0011] 发明详述
[0012] 包封颗粒包含核颗粒、位于核颗粒周围的聚氨酯层和位于聚氨酯层周围的蜡。核 颗粒通常包含肥料，该肥料可包括钙、镁、氮、磷、钾、硫和其组合。该肥料可选自氮肥、磷肥、 钾肥、硫肥和其组合（例如混合肥料）。合适的肥料包括但不限于无水氨、尿素、硝酸铵、尿 素硝铵、硝酸铵钙、磷酸、磷酸一铵、聚磷酸铵、硫磷酸铵、钾碱、硝酸铵、硫酸铵、硫酸和其组 合。在一实施方式中，该肥料是氮肥（如尿素）。在又一实施方式中，该肥料是硫酸铵。
[0013] 在核颗粒包含肥料的实施方式中，核颗粒也可包含不同于肥料的组分。该其他组 分包括但不限于除草剂、杀虫剂、杀菌剂和其他用于农业应用中的组分。然而，包封颗粒不 限于用于农业应用中且本申请的核颗粒不限于肥料或上述的其他组分。
[0014] 虽然核颗粒的形状不是关键的，具有球形形状的核颗粒是代表性的。因此，核颗 粒通常是圆形的或者大体上球形的。核颗粒可为任意尺寸。在一实施方式中，核颗粒具有 从No. 170至5/16英寸、或者从No. 35至No. 31/2、或者No. 18至No. 5网孔的颗粒尺寸，使 用美国筛系列根据标准分级技术测量。在另一个实施方式中，核颗粒具有〇. l-l〇mm、或者 0. l-7mm、或者0. 5-5mm、或者l-4mm、或者I. 5-2. 5mm的颗粒尺寸。圆的或大体上球形且具 有上述颗粒尺寸的核颗粒相比于具有其他颗粒尺寸的核颗粒，通常容许更薄和更均匀的聚 氨酯层。
[0015] 回到聚氨酯层，该聚氨酯层可部分或全部位于核颗粒周围。在一实施方式中，该聚 氨酯层位于至少75 %、或者至少95 %、或者至少99 %的核颗粒上。此外，应了解该聚氨酯层 可包含单一聚氨酯层或多个聚氨酯层。在一实施方式中，该聚氨酯层包含至少两个聚氨酯 层，或者至少三个聚氨酯层，或者至少四个聚氨酯层，或者至少五个聚氨酯层，或者至少六 个聚氨酯层。应了解该核颗粒可用至少一个聚氨酯层和一个或多个包含不同于聚氨酯的材 料的额外的层包封。
[0016] 通常，各个聚氨酯层具有从约5-50微米、或者10-40微米、或者15-35微米的平均 厚度。应了解该聚氨酯层可根据一种或多种所需的性质（如包封颗粒的溶解速率）以不同 的厚度使用。
[0017] 该聚氨酯层包含异氰酸酯和多元醇组分的反应产物。异氰酸酯可包含一种或多 种异氰酸酯。通常，该异氰酸酯是芳香族异氰酸酯。在一实施方式中，该异氰酸酯包括 但不限于单体和聚合的二苯基甲烷二异氰酸酯，单体和聚合的甲苯二异氰酸酯和其混合 物。在另一实施方式中，该异氰酸酯为商购自BASF Corporation of Florham Park, NJ的 LUPRANATE?M2〇。
[0018] 如LUPRANATE?M20的聚合的二苯基甲烷二异氰酸酯提供了高的交联密度 和中等的粘度。或者，如；LUPRANATE? M Isocyanate的单体的二苯基甲烷二异氰酸 酯提供低的粘度和高NCO含量以及低标称官能度。相似地，如LUPRANATE? MP102的 甲苯二异氰酸酯也提供了低粘度和高NCO含量以及低标称官能度。本领域技术人员会基于 从其形成的聚氨酯层的所需的性质选择合适的异氰酸酯。
[0019] 通常，异氰酸酯在25°C下具有1-3000CP、或者20-1000CP、或者50-300CP、或者 600-800 Cp的粘度。具有低至中等粘度的异氰酸酯促进了异氰酸酯至核颗粒上的喷射。异 氰酸酯通常具有1-5、或者1. 5-4、或者2. 0-2. 7的标称官能度，其允许异氰酸酯与多元醇 组分的有效反应以及改善了成本效率。通常，异氰酸酯具有20-50wt %、或者25-40wt %、或 者30-33wt%、或者20-30wt%、或者21-25wt%的NCO含量。该NCO含量提供了帮助聚氨 酯层形成的高的分子交联密度。该NCO含量也提供了每单位质量更多的化学键以改善成本 效率。异氰酸酯的粘度，标称官能度和NCO含量可在以上范围外变化，但通常为那些范围内 的整数值和分数值。在一实施方式中，基于异氰酸酯和多元醇组分总重量计，异氰酸酯以 40-60wt %、或者 45-55wt %、或者 48-52wt % 的量使用。
[0020] 回到多元醇组分，该多元醇组分包含衍生自基于芳香族胺的起始物的催化多元醇 和不同于该催化多元醇的聚醚多元醇。在一实施方式中，多元醇组分包含一种或多种不同 于催化多元醇和聚醚多元醇二者的其他多元醇。该多元醇组分通常包含具有至少两个OH 官能团的多元醇。除了 OH官能团之外，该多元醇组分可包含具有一个或多个NH官能团的 多元醇。
[0021] 作为一个整体，该多元醇组分具有不同于，但取决于包含于该多元醇组分中 的各个多元醇的性质的不同的物理和化学性质。通常，该多元醇组分在25°c下具有 100-5000cp、或者150-3000cp、或者200-2000cp的粘度。该多元醇组分通常具有大于2、或 者2-6、或者2. 5-4、或者3-3. 5的标称官能度。通常，该多元醇组分具有50-600mg K0H/g、 或者100-500mg K0H/g、或者150-300mg K0H/g的OH数。该多元醇组分的粘度、标称官能度 和OH数可为以上范围外的任意值，但通常为那些范围内的整数值和分数值。在一实施方式 中，基于异氰酸酯和多元醇组分的总重量计，多元醇组分以40-60wt%、或者45-55wt%、或 者48-52wt%的量使用。
[0022] 该催化多元醇是指"催化的"多元醇，因为该催化多元醇可替代催化剂用于促进异 氰酸酯和多元醇组分的化学反应。换句话说，包含催化多元醇的多元醇组分相比于不包含 催化多元醇的多元醇组分，通常可在较少催化剂存在（甚至无催化剂存在）下在较低温度 下与异氰酸酯化学反应。如上所示，该催化多元醇衍生自胺基起始物。然而，该催化多元醇 可用多于一种起始物形成。在一实施方式中，该催化多元醇是用胺基起始物与二丙二醇共 起始的。不被任何特定理论束缚或限制，据信催化多元醇的胺含量促进了异氰酸酯与多元 醇组分的反应。
[0023] 催化多元醇通常包括氧化烯取代基。合适的氧化烯取代基的例子包括氧化乙烯、 氧化丙烯、氧化丁烯、氧化戊烯，其混合物，氧化烯-四氢呋喃混合物，和表卤代醇。
[0024] 如上述，该催化多元醇从基于芳香族胺的起始物形成。在一实施方式中，该基于芳 香族胺的起始物是下式：
[0025]

【权利要求】
1. 包封颗粒，其包含： A. 核颗粒； B. 位于所述核颗粒周围且包含如下组分的反应产物的聚氨酯层； (i) 异氰酸酯，和 (ii) 多元醇组分，其包含； a. 衍生自基于芳香族胺的起始物的催化多元醇，和 b. 不同于所述催化多元醇的聚醚多元醇；和 C. 位于所述聚氨酯层周围的蜡； 其中所述多元醇组分中所述催化多元醇与所述聚醚多元醇的重量比是从约1:2至约 10:1 ;和 其中所述核颗粒在38°C下在水中老化所述包封颗粒7天后具有小于60wt %的溶解率。
2. 根据权利要求1的包封颗粒，其中所述基于芳香族胺的起始物具有下式：
其中R1包含烷基、胺基和氢之一；和 其中R2-R6各自独立地包含胺基和氢之一，只要R1-R6中至少一个是胺基。
3. 根据权利要求1或2的包封颗粒，其中所述催化多元醇具有从约2. 5至约8的标称 官能度和/或从约100至约700mg KOH/g的羟基数。
4. 根据前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述催化多元醇在25°C下具有从约400 至约25000cP的粘度和/或从约240至约2250g/mol的数均分子量。
5. 根据前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述聚醚多元醇具有从约2. 5至约5的 标称官能度和从约20至约300mg KOH/g的羟基数和/或在25°C下从100至约IOOOOcP的 粘度。
6. 根据前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述聚醚多元醇具有从约400至约 15000g/mol的数均分子量。
7. 根据前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述蜡包含石油蜡。
8. 根据前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述核颗粒包含尿素。
9. 根据前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述聚氨酯层进一步定义为所述异氰酸 酯和所述多元醇组分在有机聚硅氧烷存在下反应的反应产物。
10. 根据前述权利要求任一项的包封颗粒，其中所述核颗粒在38°C下在水中老化所述 包封颗粒7天后具有小于25wt%的溶解率。
11. 包封核颗粒的方法，所述方法包括以下步骤： A. 提供核颗粒； B. 提供异氰酸酯； C.提供多元醇组分，其包含； a. 衍生自基于芳香族胺的起始物的催化多元醇，和 b. 不同于该催化多元醇的聚醚多元醇； E. 提供蜡； F. 将异氰酸酯和多元醇组分混合和反应以形成聚氨酯； G. 用包含聚氨酯的聚氨酯层包封该核颗粒；和 H. 用蜡包封聚氨酯层， 其中多元醇组分的催化多元醇与聚醚多元醇的重量比为从约1 :2至约10 :1 ;和 其中核颗粒在38°C下在水中老化该包封颗粒7天后具有小于60wt%的溶解率。
12. 根据权利要求11的方法，其中该蜡包含石油蜡。
13. 根据权利要求11或12的方法，其中该聚氨酯层进一步定义为异氰酸酯和多元醇组 分在有机聚硅氧烷存在下反应的反应产物。
14. 根据权利要求11-13中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：在混合异氰酸酯 和多元醇组分步骤之前或与之同时加热核颗粒、异氰酸酯和多元醇组分中至少一种至高于 40°C的温度。
15. 根据权利要求11-14中任一项所述的方法，其中混合异氰酸酯和多元醇组分的步 骤在用聚氨酯层包封核颗粒的步骤之前进行。
16. 根据权利要求11-14中任一项所述的方法，其中混合异氰酸酯与多元醇组分的步 骤与用聚氨酯层包封核颗粒的步骤同时进行。
17. 根据权利要求11-16中任一项所述的方法，进一步包括将异氰酸酯喷射至核颗粒 上的步骤和将多元醇组分喷射至核颗粒上的步骤。
18. 根据权利要求17的方法，其中将异氰酸酯喷射至核颗粒上的步骤在将多元醇组分 喷射至核颗粒上的步骤之前进行。
19. 用聚氨酯层包封核颗粒的体系，所述体系包含： A. 异氛酸醋；和 B. 多元醇组分，其包含： i. 衍生自基于芳香族胺的起始物的催化多元醇，所述起始物具有下式：
其中R1包含烷基、胺基和氢之一；和 其中R2-R6各自独立地包含胺基和氢之一，只要R1-R6中至少一个是胺基，和 ii. 不同于所述催化多元醇的聚醚多元醇；和 其中所述多元醇组分的所述催化多元醇与所述聚醚多元醇的重量比为从约1:2至约 10:1。
【文档编号】C05G3/00GK104394979SQ201380033825
【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】R·尼夫, A·格尔沙诺维切, D·蒙特 申请人:巴斯夫欧洲公司