1.发明领域

本发明涉及控制释放肥料及其制备方法。更具体地，本发明涉及由 营养素颗粒(例如NPK颗粒)形成的颗粒状的肥料组合物，在这种营养 素颗粒的上涂有中间层或预涂层和包胶或外涂层。本发明还涉及生产具 有满意的控制释放特性的颗粒状肥料组合物的方法。

2.相关技术描述

为了向生长媒介中追加营养素，肥料已经使用了几千年。我们知道 如下的问题已经有相当长的时间，即由追加营养素所获得的优点取决于 何时向生长媒介释放营养素和何时营养素可以被在生长媒介中生长的植 物分批地获取。突然释放太多的肥料会造成浪费或甚至于对植物造成伤 害。另一方面，释放太少的肥料或迟滞释放适当的量，会让植物挨饿。 因此，需要提供一种颗粒状肥料组合物，它可以在一定时间内以一个相 对均匀的速度释放到生长媒介中或以另一种特殊的模式释放。

在全范围的生长期内加入合适量的营养素，显然需要多次施加相对 小量的肥料组合物，这是一种劳动力十分密集型的方法。因此，控制释 放肥料得到发展。当今，可以满意地每几个星期到几个月施一次肥料。

一般地，控制释放肥料采用在营养素颗粒物周围的涂层作为营养素 核与环境生长媒介的一个物理或化学屏障层。屏障层延缓了营养素核与 水分的接触，从而延缓了水分溶解营养素核，和营养素向生长媒介的释 放。营养素的释放速度取决于屏障层的材料和其他因素，例如它的厚度 和完整性。

一种利用屏障层或包胶技术的方法见于美国专利3,223,518，它于 1965年12月14日授权给路易斯·I·汉森，并且转让给阿彻-丹尼尔森-米 德兰德。汉森的专利试图制备一种肥料产品，该产品是将预涂层的一层 或多层涂覆在一个具有一个或多个包胶涂层的营养素核上而得到。如汉 森专利中所述，预涂层在涂覆包胶涂层前就完全凝固。与一个完全没有 涂层的营养素颗粒相比，其产物肥料表现出核营养素的延缓释放。然 而，发现反复涂覆涂层和将其凝固很费时而且在商业上行不通。进一 步，汉森公布了一种用汉森的方法制备的，仅有一个预涂层和一个包胶 涂层的肥料。该肥料与水分相接触，在6小时内释放30-40％的营养素和 24小时内释放50-60％的营养素。这样的产品以太快的速度释放太多的营 养素，以致于无法被某些控制释放肥料应用所接受。

美国专利4,657,576记述了另一个试图提供一种具有满意的释放特性 的包胶涂层的方法。该专利于0987年4月14日授权给约翰尼 斯·M·H·兰比，并转让给谢拉化学公司。营养素核被一种不溶于水 的二聚环戊二烯基树脂包胶，该树脂就如在市场销售的斯科特公司的商 标为OSMOCOTE的产品。虽然聚合物屏障层的使用与在汉森′518参考 文献中所述的包胶涂层相似，但是前者加入了调节涂层pH的原料。依 据该文献，它改善了释放模式的某些方面。

人们认识到对于营养素核上涂覆的聚合物屏障层，如OSMOCOTE 包胶层的一个缺点是，肥料的释放特性取决于核或在核上涂覆的聚合物 底物的质量。底物表面的不连续性，例如颗粒状底物的洞穴，变形的颗 粒，或有裂纹、裂缝或表面凹凸不平的颗粒，产生了不完全或不均匀涂 层覆盖。通常，较低的涂层重量，例如核重量的百分之(“PPH”) 五，不能够提供足够的包胶材料以充分地覆盖低质量核颗粒的核表面的 缺陷，并且产生了不能够接受的大量的有缺陷的涂覆颗粒。可以预测 地，在一种肥料组合物中太多的这样的产物颗粒，在最初的几天里，释 放出太多的营养素，使得它们不适合用于那些控制释放(延迟释放)的 产品。

人们发现，利用包胶涂层的一个较厚的层，来补偿廉价的、低质量 的、表面凹凸不平的核颗粒物的不完全或不均匀覆盖的尝试，不能产生 满意的结果。例如，将涂层重量加倍到百分之十，将能更有效地覆盖更 多颗粒上的表面缺陷。然而，这种厚的外涂层对相当大量的营养素颗粒 物有效地密封，以致于在商业所能够接受的相当长的时间内，导致“阻 塞”或阻止营养素从核释放到生长媒介中。

                        发明概述

因此，本发明的首要目的是提供一种肥料，在该肥料中，为了增强 后序的外涂层的包胶效果，营养素核具有一个预备的或中间的涂层。

本发明的另一个目的是提供一种肥料，在该肥料中，特别是对具有 高度表面缺陷的营养素核，能够获得满意的释放特性。

进一步和相关的明显的目的是提供一种肥料，在该肥料中，营养素 核具有多层涂层，这些涂层在涂到核上之后就凝固，以允许满意的释放 模式，这种模式是采用其他无论使用还是不使用较高的涂层重量都不能 获得的。

更进一步的重要目的是提供一种肥料，在该肥料中，采用包胶涂层 的相应较低的涂层重量，对营养素核的表面的缺陷加以覆盖和/或填 充，以避免厚层。该厚层昂贵而且会导致营养素释放的阻塞或产生释放 的诱导时间过长。

又一明显的目的是提供一种能达到以上所述一种或多种目的的，或 其他明显的以安全和成本效率为目的的肥料的生产方法。

在本发明的一个优选实施方案中，我们发现，以上提到的一个或多 个目的可以采用如下方法实现：在肥料营养素颗粒的营养素核和包胶涂 层，例如二聚环戊二烯-亚麻子油之间，使用一个未凝固的生亚麻子油 或者其他未凝固的适合的油涂层。在用于营养素核之前，生亚麻子油可 以与一种粘合剂例如细粘土、硅藻土或类似的物质混合。如果需要，利 用向油和粘土的混合物中加入一种干燥剂如锰/钴干燥剂，可以缩短这 种肥料组合物生产进程的时间。

我们发现，将粘土与亚麻子油一起使用，可以改善生产涂覆颗粒肥 料产品的方法。例如，如果没有粘土，由于在处理中颗粒之间的鼓转动 作，会产生大量细微的、即小的涂层的脱落小块。而且，单独的生亚麻 子油倾向于穿透二聚环戊二烯-亚麻子油包胶涂层，渗出或移出外层包 胶聚合物层。在这个层外表面油的出现产生了处理问题。

利用预涂层的凝固固化亚麻子油预涂层，以产生一个分离的凝固的 层的尝试，如汉森′518专利所建议的，防止了亚麻子油的不适当的扩散 或移出进入外层的包胶涂层。实际上，凝固预涂层看起来干扰了生亚麻 子油预涂层和包胶涂层的物理相互作用。现在人们发现，未凝固的生亚 麻子油预涂层的存在，显著改善了随后的包胶层对颗粒营养素的表面缺 陷的覆盖，并对肥料组合物的释放特性具有显著贡献。

本发明利用了先前未知的未固化的、自由移动的亚麻子油与包胶涂 层之间的相互作用，所述的亚麻子油可以与一种粘合剂如粘土、硅藻土 或诸如此类的物质混合。这种相互作用提供了成品肥料的释放特性。除 此方法以外，特别是对于含有洞穴或其他表面不连续性或缺陷的底物， 只能够利用更大的涂层重量获得所述的特性。虽然没有完全理解，现在 一般认为亚麻子油和聚合物层的相互作用更有效地填充和塞住核颗粒的 表面洞穴、裂纹和裂缝。也就是这种相互作用减少了诱导时间。

与以前的方法，即在外层聚合物涂层涂覆前，预涂层被涂覆并凝固 的方法相比，新发现的油预涂层和包胶聚合物的相互作用能够被一个新 的生产方法运用。在包胶涂层被涂覆以前，预涂层不会暴露在凝固温 度，以提供填充和塞住的相互作用发生的机会。如果预涂层材料在通常 用来凝固包胶涂层的温度下会发生凝固，那么期望将预涂层置于凝固包 胶层的温度下同时凝固。

本发明的用途在于，以较小的包胶涂层的重量，来获得总体的更满 意的控制释放特性，从而允许较低质量营养素颗粒的使用。在没有使用 厚涂层重量的有害作用和更大花费条件下，本发明对具有缺陷表面特性 的核的覆盖进行了改进。

                附图的简要说明

图1是以6PPH(百分之六)的聚合物包胶层覆盖的具有相对低球形 度的营养素颗粒的全部营养素(氮)的释放(以总氮量的百分比计)对 时间(以小时计)的图；

图2是以8PPH的聚合物包胶层覆盖的具有相对低球形度的营养素颗 粒的全部营养素(氮)的释放(以总氮量的百分比计)对时间(以小时 计)的图；

图3是以10PPH的聚合物包胶层覆盖的具有相对低球形度的营养素 颗粒的全部营养素(氮)的释放(以总氮量的百分比计)对时间(以小 时计)的图；

图4是以预涂层B(1PPH亚麻子油基预涂层)和6PPH的聚合物包 胶层覆盖的具有相对低球形度的营养素颗粒的全部营养素(氮)的释放 (以总氮量的百分比计)对时间(以小时计)的图；

图5是以预涂层B(1PPH亚麻子油基预涂层)和8PPH的聚合物包 胶层覆盖的具有相对低球形度的营养素颗粒的全部营养素(氮)的释放 (以总氮量的百分比计)对时间(以小时计)的图；

图6是以预涂层B(1PPH亚麻子油基预涂层)和10PPH的聚合物包 胶层覆盖的具有相对低球形度的营养素颗粒的全部营养素(氮)的释放 (以总氮量的百分比计)对时间(以小时计)的图；

图7是以预涂层C(0.5PPH亚麻子油基预涂层)和6PPH的聚合物包 胶层覆盖的具有相对低球形度的营养素颗粒的全部营养素(氮)的释放 (以总氮量的百分比计)对时间(以小时计)的图；

图8是以预涂层C(0.5PPH亚麻子油基预涂层)和8PPH的聚合物包 胶层覆盖的具有相对低球形度的营养素颗粒的全部营养素(氮)的释放 (以总氮量的百分比计)对时间(以小时计)的图；

图9是以预涂层C(0.5PPH亚麻子油基预涂层)和10PPH的聚合物 包胶层覆盖的具有相对低球形度的营养素颗粒的全部营养素(氮)的释 放(以总氮量的百分比计)对时间(以小时计)的图；

图10是以6PPH的聚合物包胶层覆盖的Norsk底物(筛出的+6，具 有大约80％球形度)的营养素颗粒的全部营养素(氮)的释放(以总氮 量的百分比计)对时间(以小时计)的图；和

图11是以预涂层C(0.5PPH亚麻子油基预涂层)和5.5PPH的聚合 物包胶层覆盖的Norsk底物(筛出的+6，具有大约80％球形度)的营养 素颗粒的全部营养素(氮)的释放(以总氮量的百分比计)对时间(以 小时计)的图。

                    详细描述

本发明设计了一种新的肥料产品和生产这种产品的方法。一般地， 肥料颗粒由一个营养素核、一个预涂层和一个外层或包胶涂层构成。这 种核可以是标准的NPK或本领域所熟知的肥料颗粒，它们是可以从 Norsk Hydro、Kemira和其他公司商购的产品。可选择地，其他常用营 养素(例如，尿素)的核也可以使用。额外地，核可以包含一个或多个 第二营养素例如钙、镁和硫或微量营养素，例如铁、铜、锌、锰、硼和 钼。

本发明适用于具有相对光滑表面的相对圆的颗粒，而本发明用于从 不规则形状颗粒或表面含有洞穴、缺陷裂纹和裂缝的那些颗粒制备控制 释放肥料时，具有最大的效果。相对光滑的营养素核的一个实施例可以 是Norsk NPK复合肥料。价格趋于便宜的具有相对较大数量的不连续性 表面缺陷的营养素颗粒可以商业获得，并且一般地具有50％或更低的球 形度。因此在本发明的一个优选实施方案中，可以将相对廉价的、低球 形度原料用作核营养素。

为决定产品和原料颗粒的球形度的目的在此所用的球形度的测试与 卡彭特和戴茨所述(Research Paper 2238，3.of Res.of the NBS 41(37)， 1951年9月)相似。特别地，为测定产品和原料颗粒的球形度的目的， 在此所用的球形度的测试采用了一种特殊装置，该装置包括一个直径为 18英寸的转盘，它与水平成10度角固定。转盘以2转/分钟的速度转动。 颗粒从一个振动加料器加入。颗粒被加入到转盘的低的左手侧，大约离 中心5英寸，与垂直方向成45度。颗粒优选1/4英寸或更小。

大约100克营养素颗粒被缓慢加到转盘上面。球形的颗粒从转盘滚 落进入一个收集盘。非球形颗粒停留在转盘上某一位置，并在此被机械 取出。然后这两部分被称重以得到球形度的百分值。

预涂层优选生亚麻子油和细粘土的混合物。预涂层必须能够流过底 物表面，并且渗入外涂层。它们必须具有低的表面能和低粘度。可接受 的亚麻子油的替代物是其他有机油例如豆油、桐油、二聚环戊二烯改性 的干性油和润滑油。粘度低于500CPS的能与外涂层相容的其他油，如 果具有足够低的表面能也可以被使用，这种油与作为包胶层的材料相 容，并且能够充分地渗入包胶层，由此对释放特性产生作用。同样，预 涂层可以是生亚麻子油和二聚环戊二烯的一种树脂。通常和矿油精一 起，其固体浓度大于50％，作为包胶外套使用的这种树脂，可以进一步 用矿油精稀释到树脂固体浓度大约40％并作为预涂层被涂覆。优选地， 与有机油混合的粘合剂是细粘土。细粘土可以商业获得，如Industrials Minerals公司的RM-4，和JM Huber公司的Huber 90和Polygloss 90。作 为替换手段，可将滑石、硅藻土和吸附性硅作为细粘土的替代物或细粘 土的附加物而使用。

生亚麻子油预涂层倾向于流过外涂层，使外涂层变软和易被磨损。 在亚麻子油和粘土混合物中粘土的使用限制了亚麻子油的移动，使其只 能够移动到外涂层邻近预涂层的部分。这样的粘土通常具有大约40％或 更高的油吸收性，它们具有至少60％穿过200目的筛子的颗粒尺寸。我 们发现好的涂层可以由例如生亚麻子油的预涂层获得，然而当使用亚麻 子油时，需要额外的处理时间以烘干外涂层。这个问题可以采用在油— 泥预涂层中混入干燥剂的方法来解决。适合的干燥剂的实施例是钴锰、 锰、钴钙、锆钴和它们的混合物。

优选地，以0.5-1.0PPH核重量比例的油涂覆预涂层。作为选择地， 预涂层可以含有最多3.0PPH的油。对于使球形度低至20％的营养素核 获得满意的释放特性，在预涂层中油的较高含量特别有用。

外涂层必须与预涂层相容并且它提供了必要的覆盖和屏障特性。外 涂层优选二聚环戊二烯(“DCPD”)聚合物产品(包含亚麻子油或基 于豆油的醇酸树脂)，例如可以从斯科特公司商购的OSMOCOTE树 脂。作为选择地，其他密封材料也能够被用作包胶涂层，例如油性树脂 干燥油，其他热固性聚合物和树脂例如聚酯、聚酰胺或聚氨基甲酸酯， 和热塑性树脂。更具体的实施例是DCPD改性的亚麻子油或醇酸树脂， 和烃热塑性树脂。

本发明的肥料组合物的适宜的有益的释放特性可以利用下面的方法 实现：即在涂到营养素上面以后，但是在涂包胶层以前，不要将预涂层 材料暴露在太高的温度下，从而使油不凝固。在优选实施方案中，该实 施方案的亚麻子油的凝固温度与聚合物包胶层的凝固温度相似，在包胶 层涂到营养素颗粒上以后，预涂层可以就地与包胶材料同时凝固。作为 选择地，可以在涂覆包胶层后，但在包胶层凝固前，凝固预涂层。

优选实施方案的亚麻子油预涂层可以在高达140条件下涂覆而不 会显著地影响凝固。包胶层被希望在大约140或更高温度下涂覆。因 为在优选实施方案中，亚麻子油比包胶聚合物需要更长的凝固时间，油 和包胶层的凝固将会同时发生。

实施例1

将50磅的营养素底物(核)批料放置在中试涂层器中并且在涂层前 预热到130-140并保持15分钟。在130-140以0.1磅/分钟的速度涂覆 预涂层。紧跟预涂层的涂覆，以0.1磅/分钟的速度开始涂覆包胶涂层并 且逐渐升高床层温度。有时候，在包胶聚合涂层时，包含两个三分钟的 停顿，以确保包胶的初始层的凝固。最终床温为185-190。液体加料 完成后，关闭空气加料口，加入50ml粘土，重新打开空气加料口并且冷 却温度到160。在胶接材料混合器中，将产品进一步冷却到130。

根据DDR-40测试对上述方法制备的产品进行分析。对于DDR-40测 试，样品被放进40℃的水中。将含有05克产品的一个尼龙袋子悬浮在 150克水中。在第1，3，7和10天和以后每3到4天间隔直到营养素块完成 释放，取出等分试样并且彻底换水。在每一个测试时段，有一份等分试 样用于氮的测定(有时也测定钾和磷酸盐和其他营养素)并且计算出产 品中总氮的氮释放百分比。

                                  表1   在Norsk 21-％14底物上5PPH OSMOCOTE包胶树脂   试样编号   预涂层   DDR-40-3天   (％释放)  DDR-40-最大释放  (天)   中试装置-1   无   16  32   中试装置-2   1PPH生亚麻子油   10  14   生产装置-1   无   21  27   生产装置-2   0.5PPH生亚麻子油+粘土   11  20

对于某些控制释放的产品，如没有预涂层的肥料组合物所示，其 DDR-40测试中的最大增量释放为32天，这是令人不满意的长周期。对 于如DDR-40-3天百分比释放结果所反映的，在前三天释放有缺陷的涂 覆颗粒的13％或更少的产品能够被接受。

在表1中，没有预涂层的中试装置肥料组合物No.1的DDR-40结果可 以与含有预涂层的中试装置组合物No.2相比。我们注意到这样的改善： 具有亚麻子油预涂层的试样的DDR-40-3天释放从16％降到10％。同 时，具有预涂层的组合物在第14天显示出一个释放峰值，而与之相比没 有预涂层的释放峰值在第32天。没有预涂层的组合物与具有亚麻子油- 粘土预涂层的组合物的生产装置的DDR-40的结果比较也显示了类似的 改善。

实施例2

举例说明本发明的实施方式的三种预涂层的组合物列于下表2。

                                    表2   预涂层A   预涂层B   预涂层C   1.0PPH树脂   40％树脂(75％)   RM-4粘土(25％)   干燥剂：914-4   Mooney Chemicals   (％湿干燥剂对树脂固体7.5％)   ％钴           3.3％   ％锰           6.5％   颜色           蓝黑   ％NVM(固体)    60   WT/Gal.，Lbs.  8.2   闪点           104   1.0PPH树脂   生亚麻子油(75％)   RM-4粘土(25％)   干燥剂：914-4   Mooney Chemicals   (％湿干燥剂对树脂固体7.5％)   ％钴             3.3％   ％锰             6.5％   颜色             蓝黑   ％NVM(固体)      60   WT/Gal.，Lbs.    8.2   闪点             104   0.5PPH树脂   生亚麻子油(75％)   RM-4粘土(25％)   干燥剂：914-4   Mooney Chemicals   (％湿干燥剂对树脂固体7.5％)   ％钴           3.3％   ％锰           6.5％   颜色           蓝黑   ％NVM(固体)    60   WT/Gal.，Lbs.  8.2   闪点           104

预涂层A的树脂是用矿油精稀释并与一种适当的吸收剂和干燥剂混 合的DCPD改性的亚麻子油的一种低粘度溶液。预涂层被用矿油精稀 释，因此它含有约40％的树脂固体。预涂层B和C分别代表1.0PPH和 0.5PPH的生亚麻子油和适当的吸收剂和干燥剂。预涂层产品溶解率的分 析采用ART-80(80℃水浸取)，用与实施例1中DDR-40相似的方法处 理，除了没有如上DDR-40测试中所述的换水。对于某些控制释放的产 品，15小时或更少的ART-80最大释放通常可以被接受，并且最大ART- 80释放约10个小时是满意的。使用一种具有相对大量的表面缺陷(50％ 或更低的球形度)的一种粗糙颗粒底物(17-10-13)。采用三种包胶涂 层重量，对应于每种预涂层分别为6、8和10PPH。适宜的ART-80释放率 产生一种模式，在这种模式中在两小时后仅有4％或更少的营养素(当 使用有缺陷涂层的颗粒时)已被释放。

其中不使用预涂层的标准肥料的ART-80的增量释放率在图1-3中 显示。累积的两小时释放率是在第一小时的增加率与在第二小时的增加 率的和。一个高的积累的两小时释放率通常显示了太多的有缺陷的涂覆 颗粒。图1中显示了含有相对薄层的OSMOCOTE材料的6PPH的例子的 增量释放率。这种肥料组合物被发现在两小时有17％的积累释放，这是 一个不能被接受的高的结果。它表明包胶涂层没有能够充分地覆盖大量 颗粒上的表面缺陷。8PPH的情况见于图2，也有在两个小时的高于4％ 规格的积累释放。最后，10PPH的情况见于图3，对于缺陷涂覆颗粒， 产品在两个小时有低于4％的积累释放。

图4-6显示采用1PPH的预涂层B的ART-80的释放结果。预涂层B 中亚麻子油对粘土的比例为3∶1，并且含有干燥剂。利用预涂层B和6 PPH的包胶涂层，两小时ART-80的释放降低到大约5％(图4)。采用预 涂层B和8PPH包胶涂层时的释放情况，与没有预涂层而采用10PPH的 较重的包胶涂层的情况(见图3)相似，并且与没有预涂层而只使用8 PPH的OSMOCOTE材料的颗粒(图2)相比，前者在两小时的ART-80 释放得到改善。随着包胶涂层量的增加，最大峰值移向更长的时间，以 提供一个产品寿命系列(图4-6)。6PPH树脂的预涂层B在大约10小 时达到最大释放，就如通常的一些控制释放产品的情况。

图7-9显示了6、8和10PPH包胶涂层时覆盖预涂层C(0.5PPH， 亚麻子油/粘土(重量比为3∶1)和干燥剂)的组合物的结果。预涂层C 给出了一种界于无预涂层和1PPH预涂层之间的中间结果。包胶涂层为8 PPH时，见图8，与没有预涂层的8PPH包胶涂层(图2)相比，预涂层 C显示了对缺陷涂覆颗粒数量的降低作用。

相似的优点可以由具有许多更光滑表面的Norsk底物获得。因为 Norsk颗粒的光滑表面，在涂层中使用的亚麻子油的量减少到0.5PPH (预涂层C)。为了比较的目的，使用ART-80数据(在80℃的以小时计 的释放)。图10和11显示了Norsk底物的增量释放率。

+6目(大颗粒)部分颗粒的使用，使不规则形状颗粒的数量较 大，导致了太多的具有缺陷涂层的颗粒量和太长的诱导时间。+6目部 分颗粒的球形度大约为80％。注意到在此底物上标准的6PPH(图10) 包胶涂层在2小时有9％积累释放(大约4％是最适宜的)并且在大约20 小时产生一个释放峰值。这说明了它是一个含有过多缺陷涂覆颗粒的很 长后效的材料。利用预涂层C和随后涂覆的5.5PPH的包胶涂层(见图 11)，缺陷涂覆颗粒的百分比降到在两小时小于约5％，并且释放峰值 是约13小时。

本发明的预涂层有许多优点：

1)在不增加缺陷涂覆颗粒份额，甚至在使用廉价的核原料的条件下 能够生产较快释放的产品。它允许更有效的控制释放产品的生 产。

2)降低涂层用量(用低至5PPH的树脂和预涂层B，能够生产低成 本产品)。

3)所显示的诱导(无活性)期(最小释放率)减少，例如，没有亚 麻子油的情况(见表1和图10-11)。

虽然本发明通过它的具有一定具体意义的优选形式被描述，但是不 能认为本发明仅能够利用实施例的方式而实施。组合物细节上的和本方 法操作步骤中的以及在其中所使用的原料的许多变化将是明显没有偏离 本发明的精神和范围，就如所附的权利要求所限定的那样。

                   发明背景