Гранулированное удобрение с управляемым выводом питательных компонентов

 

Изобретение относится к гранулированным удобрениям с управляемым выводом питательных веществ. Удобрение содержит водорастворимые питательные вещества, выбранные из группы, содержащей соединения азота, фосфора, калия или их смесь, микроэлементы, биостимуляторы и полимеры или композиции на их основе с проницаемостью по воде от 0,00001 до 0,0000001 мл см/см²·ч при следующем соотношении компонентов, мас/ч.: полимеры или полимерные композиции 0,5-3,5, водорастворимые вещества 96,5-99,5. В качестве полимера или полимерной композиции удобрение содержит эфиры целлюлозы, или полиамиды, или полиолефины, или их сополимеры, или полиэфируретаны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к составам для питания растений с управляемым выходом активных веществ удобрения, таких как соединения азота фосфора, калия и др. посредством совмещения удобрения с полимерами или композициями на их основе.

По патенту США N 3223518 и патенту Нидерландов N 132686 известно удобрение, приготовленное в виде гранул, имеющих покрытие из водонерастворимой смолы вокруг удобрения, и это покрытие задерживает выход питательных веществ из удобрения. Это покрытие состоит из нескольких слоев, каждый образован из раствора сополимера дициклопентадиена и либо льняного масла, либо алкидной смолы на основе соевого масла. Такое удобрение продается под зарегистрированной торговой маркой "Осмокот" фирмы "Сьерра Кемикл".

Состав удобрения, продаваемый под маркой "Осмокот", предлагает замедленный выход водорастворимых питательных веществ, таких как соединения азота, фосфора, и калия (NPK). При помещении "Осмокота" в почву или субстрат в течение первых нескольких дней происходит сравнительно быстрый выход питательных веществ, затем происходит уменьшение скорости выхода, что является нежелательным для растений. Кроме того, медленный выход питательных веществ обеспечивается наложением на гранулы удобрения слоя водоотталкивающего вещества, почти нерастворимого в воде, или вещества, набухающего в воде.

Известен процесс приготовления удобрения, в котором управление выходом питательных веществ обеспечивается наложением на сердцевину удобрения слоя полимерного гидрофобного вещества, почти нерастворимого в воде, или вещества, набухающего в воде [1] Это свидетельствует о том, что нерастворимое в воде покрытие является балластом в составе гранулированного удобрения.

В заявке также указано, что покрытие должно иметь предпочтительную толщину от 0,00000001 до 1 см. Такой интервал толщин является декларативным и не отражает существа изобретения. Если на гранулу размером 2-3 мм наложить покрытие толщиной 1 см, то количество балласта в несколько раз превысит количество питательных веществ в грануляте, и это приведет к резкому снижению массовой доли питательных веществ в составе удобрения. Далее в этой же заявке утверждается, что состав с таким покрытием обеспечит начало выхода питательных веществ предпочтительно через 30 дн и завершение выхода к 180 сут. Выше перечисленное свидетельствует о двух главных недостатках удобрений "Осмокот": замедленная скорость выхода питательных веществ в начале функционирования и малый выход питательных веществ вследствие использования больших количеств полимеров балласта.

Не менее важным является и тот факт, что время до начала выхода питательных веществ (индукционный период Т_инд может составлять 30 сут.

Известен состав гранулированного удобрения с управляемым выводом и процесс его приготовления частично устраняет недостатки "Осмокота" в части повышения начальной скорости выхода питательных веществ, но не исключает малого выхода питательных веществ и большого индукционного периода (Т_инд) [2] прототип.

Это изобретение [2] ставившее цель увеличения скорости выхода питательных веществ на начальном этапе, предусматривает состав удобрения в гранулированном виде, каждая гранула которого имеет сердцевину из удобрения, имеющую известную величину рН, полимерное покрытие в виде оболочки сердцевины на основе дициклопентадиена и льняного масла или алкида соевого масла, которое содержит вещество, регулирующее рН. Так, для сердцевины, имеющей величину рН ниже 6,0, рН покрытия устанавливается в диапазоне от 6,0 до 9,0, тогда как для сердцевины, имеющей величину рН выше 6,0, покрытие включает в себя смесь соединений микроэлементов и имеет величину рН, лежащую в диапазоне от 4,5 до 9,0. Другой вариант изобретения предполагает второй слой покрытия, в состав которого входит вещество, регулирующее рН.

По существу состав удобрения по данному изобретению отличается от соответствующего по упомянутому выше патенту Нидерландов N 132686 введением в состав покрытия вещества, регулирующего рН, что приводит к еще большему увеличению балластной (неэффективной) составляющей удобрения.

Это положение подтверждается примерами, представленными в прототипе. В примере 1 к 1 кг гранулированного NPK удобрения 21-7-14 было добавлено 69 г материала покрытия "Осмокот", затем еще 30 г покрытия "Осмокот" смешивали с 22 г вещества, регулирующего рН, то есть продукт по прототипу на каждый килограмм удобрения содержал 121 г материала покрытия или 12,1% балласта.

Представленные в примере изобретения (прототипа) сопоставительные данные по выходу питательных веществ из гранулированных удобрений марки "Осмокот" и "Осмокот" с рН-регулирующим агентом свидетельствуют о незначительном повышении начальной скорости выхода питательных веществ из последнего, но из этих же данных следует, что из удобрения "Осмокот" через 80 дн было выведено всего 39,0% его массы, а из состава, содержащего вещество, регулирующее рН 49,2% При содержании балласта в удобрении в количестве 12,1% можно было ожидать 87,9% выхода, но в представленной таблице (прототип) массовая доля выделенных питательных веществ составляет всего 49,2% Аналогичные данные получены в сопоставительном испытании рецептуры предлагаемого состава для питания растений с различными вариантами "Осмокота", которые будут рассмотрены ниже в примерах.

Другие примеры, представленные в прототипе, указывают на то, что общее количество выделенных питательных веществ для разных составов покрытия составляет 45, 47, 49 и 51% от общей массы "Осмокота".

Таким образом, прототип имеет два существенных недостатка: малое содержание питательных веществ в составе и небольшую скорость выхода питательных веществ на начальном этапе работы. При этом скорость выхода питательных веществ из гранул прототипа практически не регулируется.

В целом питательные вещества, составляющие для питания растений и содержащие, соответственно, соединения азота, фосфора, калия, а также микроэлементы и другие биологически активные вещества в прототипе присутствуют в количестве не более 50% остальную часть составляет балласт управляющая выводом питательных веществ.

Цель изобретения: увеличение доли питательных веществ в составе гранулированного удобрения для питания растений, то есть соответственное увеличение количества водорастворимых веществ и уменьшение доли вводимых в состав полимеров или композиций на их основе; расширение диапазона скоростей и общего времени выхода питательных веществ из гранул состава для питания растений, то есть улучшение управления выходом полезных веществ.

Согласно изобретению эта цель достигается с помощью рецептурного состава гранулированного удобрения, включающего от 99,5 до 96,5 мас.ч. водорастворимых веществ и от 0,5 до 3,5 мас.ч. полимеров или композиций на их основе. Средствами для достижения поставленных целей являются проницаемость по воде используемых полимеров или композиций на их основе и количество полимеров в рецептуре состава гранулированного удобрения для питания растений.

Состав гранулированного удобрения воплощается в форме гранул различной массы и формы, при этом гранулы в зависимости от рецептуры и вида используемого полимера, совмещенного с водорастворимой частью состава, выводят различное количество питательных веществ в единицу времени и в течение разного времени.

Товарный продукт на основе состава гранулированного удобрения для питания растений назван АПИОН (товарный знак N 100154).

Механизм управляемого вывода питательных веществ основан на совмещении водорастворимых веществ, таких как соединения азота, фосфора, калия, магния и др. с добавками полимеров определенной проницаемости.

Полимерные добавки в состав гранулированного удобрения (в АПИОН) могут быть внесены любым из известных способов: из раствора или расплава полимера, твердофазным распылением порошка, термоформованием под давлением или под вакуумом, термоусадочной обтяжкой, сваркой и др.

Установлено, что проницаемость по воде используемых в составе для питания растений полимеров должна составлять от 0,00001 до 0,0000001 мл см/см²·ч, чтобы количество вводимых в рецептуру полимеров не превышало названного выше количества.

Установленные пределы проницаемости определены в зависимости от времени функционирования гранулы удобрения, ее массы, а также требуемой скорости вывода питательных веществ.

Диапазон количества полимеров в составе установлен, чтобы, с одной стороны, обеспечить контролируемый выход питательных веществ, а с другой, чтобы массовая доля общего выхода питательных веществ из состава была близка к 100% При введении в рецептурный состав гранулированного удобрения добавки полимера менее 0,5 мас. ч. исключается контролирующая роль полимера, а при введении в состав добавки полимера более 3,5 мас.ч. снижается массовая доля общего выхода питательных веществ за счет увеличения балластной составляющей состава.

Выбранный диапазон проницаемости используемых полимеров обусловлен двумя параметрами: требуемыми скоростью выхода питательных веществ и общей длительностью выхода последних из гранулы состава.

Нижний предел проницаемости (10^-7 мл см/см²·ч) обеспечивает малые скорости выхода питательных веществ и большие времена функционирования (год и более).

Верхний предел проницаемости (10^-5 мл см/см²· ч) обеспечивает большие скорости выхода и малые времена функционирования гранул состава (месяц и более).

Для принятого диапазона количества полимеров в составе (от 0,5 до 3,5 мас.ч.) использование полимеров с проницаемостью менее 10^-5 мл см/см²·ч дает скорости выхода питательных веществ не эффективные для растениеводства, а при использовании полимеров с проницаемостью более 10^-7 мл см/см²·ч время работы состава не превышает 1 мес, что не отвечает потребностям растениеводства.

Использование для одного и того же количества полимерной добавки полимеров с разной проницаемостью позволяет расширить диапазон скоростей и времени функционирования гранул заявляемого состава (см. примеры).

Внутри заявляемых пределов по количеству и проницаемости полимерной добавки для каждого конкретного варианта состава гранулированного удобрения для питания растений можно в зависимости от времени функционирования и требуемой скорости выхода питательных веществ подбирать количество полимера и его проницаемость по воде.

Форма удобрения в заявляемом изобретении может быть в виде гранул, таблеток, брикетов, лент, жгута или любой другой формы.

В качестве полимерных добавок как в чистом виде, так и в составе композиций, предпочтительными являются простые и сложные эфиры целлюлозы, такие как ацетаты целлюлозы с различной степенью замещения, ацетобутираты, ацетофталаты, ацетосукцинаты и др. полиамиды с различным чередованием амидных групп, полиэфируретаны, полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен и любые сополимеры на их основе, такие как сополимер этилена с винилхлоридом, сополимер этилена с а-бутиленом и др.

Данные по проницаемости полимеров и композиций на их основе получены стандартным методом с помощью диффузионной ячейки, содержащей насыщенный раствор и твердую фазу.

Предпочтительные варианты воплощения предлагаемого изобретения представлены ниже в виде трех примеров.

Пример 1. К 1 кг NPK удобрения 20-16-10 было добавлено 2,7 г солей, содержащих микроэлементы: железо, медь, цинк, марганец, молибден, бор и кобальт. Добавлено также 3 г биостимулятора гумата натрия. Из этой смеси методом прессования изготовили гранулы массой 3 и 6 г. В качестве полимерной добавки использовали состав из 30 г ацетобутирата целлюлозы марки "А", 3 г дибутилсебацината и 0,6 г глицерина общим количеством 3,2% от массы гранулята. Указанную полимерную добавку внесли одним из приведенных выше способов. Проницаемость полимерной композиции К_эфф 0,000004 мл см/см²ч. Скорость выхода питательных веществ получили порядка 0,003-0,005 г/ч (см. чертеж).

При замене ацетобутирата целлюлозы не ацетат целлюлозы в составе композиции проницаемость К_эфф составила 0,000015 мл см/см²·ч, при этом количество введенной полимерной добавки составило 3,5% от массы гранулята.

При замене ацетобутирата целлюлозы на ацетофталат или ацетосукцинат в составе композиции проницаемость К_эфф составила 0,00001 мл см/см²·ч, при этом количество введенной полимерной добавки составило порядка 3,3% от массы гранулята.

При замене композиции на основе ацетобутирата целлюлозы на полиамид проницаемость К_эфф составила 0,0000002 мл см/см²·ч, при этом количество использованного полимера составило порядка 0,5% от массы гранулята.

Пример 2. АПИОН в виде брикета содержит 100 г водорастворимых веществ того же состава, как в примере 1 и предназначен для работы в течение года.

Заданная скорость выхода питательных веществ 0,011 г/ч.

Для обеспечения заданной скорости и времени работы в состав брикета из удобрения введен полимер. Полимер выбран из группы полимеров на основе полиэфируретанов с эффективным коэффициентом проницаемости, равном 0,00000041 мл см/см²·ч.

Масса добавки полимера составляет 0,684 г, а ее количество от массы NPK удобрения соответственно 0,68% При замене полиэфируретана на сополимер винилацетата с пропиленом проницаемость К_эфф составила 0,00000025 мл см/см²·ч, при этом количество полимерной добавки составило порядка 0,5% от массы удобрения.

Остаток питательных веществ в АПИОНе к концу времени функционирования составил 2 г и, соответственно, коэффициент вывода питательных веществ составил порядка 98% Пример 3. АПИОН, как в примере 2, предназначен для работы в течение 3 мес со скоростью выхода питательных веществ 0,046 г/ч. Для обеспечения заданных времени работы и скорости выхода введена полимерная добавка на основе низкомолекулярного полиамида в смеси с сополимером СВХ, имеющая проницаемость порядка 0,0000028 мл см/см²·ч. На 100 г солей необходимо ввести 1,2 г полимерной добавки или 1,2% от массы удобрения.

При замене полимерной добавки на основе низкомолекулярного полиамида на высокомолекулярный полиамид проницаемость составила порядка 0,0000008 мл см/см²·ч, что потребовало ввести только порядка 0,5% полимера от массы удобрения.

Коэффициент вывода питательных веществ из образцов рецептуры названного выше состава (из АПИОНа) составил более 94% На чертеже представлена кинетика выхода питательных веществ из заявляемого состава гранулированного удобрения (торговая форма "АПИОН") массой 3, 6 и 100 г (по примерам 1-3). На этом же графике для сопоставления приведена аналогичная кинетика для "Осмокота" и для "Осмокота-1" с рН-регулирующим веществом. Исходные NPK-удобрения (водорастворимая часть рецептур) близки по составу питательных веществ. Данные для построения графика получены посредством испытания образцов всех составов в дистиллированной воде. Через определенные промежутки времени отбирали пробы и по сухой массе определяли количество вышедших питательных веществ. Из представленных графиков следует, что из АПИОНа-3 к 1500 ч массовая доля выхода питательных веществ составила порядка 96% из АПИОНа-6 95% из АПИОНа-100-3м 95-98% через 2700 ч (более 3 мес), образец АПИОН-100-12 м работает почти год (8700 ч), к этому времени полнота выхода достигла порядка 85% образец продолжает работать. При этом полнота выхода питательных веществ из "Осмокота" и "Осмокота-1" достигла 46-48% примерно к 2000 ч, а после 2000 ч кривые вышли на плато, что свидетельствует о том, что выход питательных веществ прекратился.

Из представленных данных следует, что поставленные цели достигнуты. Во первых, увеличена доля выхода питательных веществ из состава гранулированного удобрения для питания растений за счет снижения доли балластной массы (полимерной добавки) и, во-вторых, с помощью применяемых в составе полимеров можно в широких пределах регулировать скорость вывода питательных веществ и общее время их выхода.

Уровень выхода питательных веществ согласно изобретению значительно превышает соответствующий для прототипа.

Формула изобретения

1. Гранулированное удобрение с управляемым выводом питательных компонентов, включающее водорастворимые питательные вещества, выбранные из группы, содержащей соединения азота, фосфора, калия или их смесь, микроэлементы, биостимулятор, и полимер или полимерную композицию на его основе, контролирующие вывод питательных веществ, отличающееся тем, что оно содержит полимер или полимерную композицию на его основе с проницаемостью по воде от 0,00001 до 0,0000001 мл · см/см² · ч при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Полимер или полимерная композиция с проницаемостью по воде от 0,00001 до 0,0000001 мл · см/см² · ч 0,5 3,5 Водорастворимые питательные вещества 96,5 99,5 2. Удобрение по п.1, отличающееся тем, что в качестве полимера или полимерной композиции на его основе оно содержит эфиры целлюлозы, или полиамиды, или полиолефины, или их сополимеры, или полиэфируретаны.

РИСУНКИ

Рисунок 1