[發明專利]制造聚合物包覆控釋肥料

在審

• 申請號: 201710313862.3
• 申請日: 2013-08-17
• 公開（公告）號: CN107188660A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: S·K·亞達夫
• 申請（專利權）人: 塞魯洛塞特克有限公司;S·K·亞達夫
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00;C05G3/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 劉迎春

本申請是于2015年4月20日進入中國國家階段的題為“制造聚合物包覆控釋肥料”且中國申請號為201380054779.9、國際申請日為2013年8月17的國際申請PCT/US2013/055486的分案申請。

技術領域

本發明的實施例整體涉及肥料，尤其涉及聚合物包覆肥料。更具體地，本發明的實施例涉及制造用于植物和作物的帶有控釋機制的聚合物包覆肥料的系統和方法。

背景技術

肥料是添加到土壤以為植物的生長供應一種或多種植物必需養分的天然或合成來源的有機或無機材料。肥料寬泛地分為有機肥料(由植物或動物物質組成)或無機/商用肥料。植物只吸收以易溶化合物形式存在的必要養分。有機和無機肥料都提供所需的相同化合物。有機肥料提供常量營養素和微量營養素。常量營養素和微量營養素隨有機物質分解釋放。分解延續數月或數年。另外有機肥料具有較低濃度的植物養分并且具有經濟的收集、處理、運輸以及分配的常見問題。無機肥料易于溶解和施加到土壤。溶解的無機肥料易于被植物根部獲取。

當將大多數市場上可買到的肥料施加到草坪或農作物時，它們迅速地溶解在土壤的水分中。通常，這種肥料的溶解速率超過其被植物吸收的速率。這導致很多顯著問題。首先，過量的肥料會滲到地下水中從而產生潛在的嚴重環境危害。除上述之外，植物附近肥料的過度集中會導致燒傷或損害植物根部。因為這些問題，在整個生長季節中通常必須以若干小劑量施加這些肥料而不是一次大量施加。但是，對于重復施加的需求增加勞動力成本。最差情況是，重復施加會導致對生長植物造成物理損害，因為施肥設備必須多次越過植物。

為了使肥料到環境的損失最小化并避免對于重復施加的需求，已經開發了各種緩釋或控釋肥料。編號4042366、5147443、5435821和6231633的美國專利公開了這種控釋肥料。在生長季節的開始時施加這些肥料以促進肥料在初始生長時期較快地釋放，在隨后的整個生長季節較慢地釋放或逐漸地釋放。緩釋或控釋肥料廣泛地用在農作物、家庭草坪、公共草坪、高爾夫球場、家庭花園、苗圃以及園藝作物上。

聚合物包覆肥料是技術最先進的控釋肥料。很多制造方法被開發和用來生產聚合物包覆肥料，并且它們在編號4019890、4369055、5176734、5211985、5374292、5858094、6338746和8211201的美國專利中公開。通常通過將非水溶性半透聚合物層包覆到肥料顆粒上來生產聚合物包覆控釋肥料。肥料通過擴散穿過該半透包覆層在一定時期內釋放到土壤中。

一種制造聚合物包覆肥料的流行方法是通過在顆粒的表面上反應化學單體來形成聚合物膜。該方法被稱為反應層包覆，其中形成聚氨酯聚合物。另一種制造聚合物包覆肥料的流行方法是通過將聚合物溶液噴射到肥料顆粒上并蒸發溶劑從而形成聚合物膜包覆層。該方法被稱為流化床包覆并且它要求昂貴的溶劑和溶劑回收系統。

控釋肥料最關鍵的方面是包覆層的透濕性，其受包覆聚合物的厚度影響。肥料的釋放通過擴散穿過包覆層發生，并且釋放速率的一致性取決于包覆層厚度的一致性。不均勻的包覆層厚度會具有不均勻的濕傳遞速率，并且因此控釋產品的質量也會變化。

現有包覆技術的另一個關鍵缺點是這些包覆過程將聚合物溶液噴射到在旋轉滾筒或流化床的豎直柱內以隨機方式翻滾和滾動的多個肥料顆粒上。不均勻形狀顆粒產生完全隨機的滾動模式，從而不能引導包覆并導致不均勻的包覆層厚度。當所述形狀非常不均勻或者是非球形時，例如肥料產品是通過壓實工藝生產的具有高度不均勻形狀時，該問題會更嚴重。因此所有現有包覆技術要求帶有光滑表面的昂貴的優質級圓形肥料顆粒(US 6039781A&US 6139597A)能夠使得包覆層的非均勻性最小化。

現有工藝的缺點是要么這些方法是諸如聚氨酯的特定聚合物工藝，要么在流化床包覆的情況下所述工藝要求昂貴的溶劑來生產包覆層。所有這些方法生產的產品是非常昂貴的，并且有時成本等于傳統肥料成本的4-6倍。昂貴的主要原因是使用了昂貴聚合物或使用了昂貴溶劑或使用了二者。另一個缺點是多數這些制造工藝是昂貴的批量式工藝。

現有工藝的另一個缺點是它們要求多次施加聚合物以增加肥料周圍聚合物包覆層的厚度，如美國專利7018441B2中公開的。例如，它要求近16次施加聚氨酯聚合物以實現8％的包覆層厚度。每次施加僅實現0.5％的包覆層厚度，因此多次施加要求更多的時間和能量，從而增加生產成本。

現有包覆技術的另一個缺點是由于要在包覆系統中湍動，所以壓縮強度或壓碎強度較低的肥料顆粒不能被包覆。