PL195744B1 - Lejąca się zawiesina wodna zawierająca boran, sposób jej wytwarzania i jej zastosowanie - Google Patents

Abstract

1. Lejaca sie zawiesina wodna zawierajaca boran, znamienna tym, ze zawiesina wodna zawiera 8 do 13% wagowych boru jako pentaboranu sodu, 0,1 do 3% wagowych, w stosunku do wagi calej kom- pozycji, peczniejacej glinki, i 0,05 do 0,2% wagowych, w stosunku do wagi calej kompozycji, polisacharydu. 13. Sposób wytwarzania lejacej sie zawiesiny wodnej zawierajacej boran, znamienny tym, ze przeprowadza sie reakcje w zawiesinie wodnej, z mieszaniem, kwasu borowego i tetraboranu sodu, w obecnosci glinki, polisacharydu i ewentualnych innych skladników, z wytworzeniem pentaboranu sodu, przy czym wytworzona zawiesina wodna zawiera 8 do 13% wagowych boru jako pentaboranu sodu, 0,1 do 3% wagowych, w stosunku do wagi calej kompozycji, peczniejacej glinki, i 0,05 do 0,2% wagowych, w stosunku do wagi calej kompozycji, polisacharydu. 15. Zastosowanie zawiesiny wodnej okreslonej w zastrz. 1 do traktowania upraw. PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy lejących się kompozycji wodnych zawierających bor, w szczególności lejących się kompozycji wodnych zawierających boran, mających wysoką zawartość boru, oraz sposobu ich wytwarzania oraz ich zastosowania.

Znane jest wytwarzanie roztworów boranów o wysokiej zawartości boru przy użyciu rozpuszczalników organicznych. W opisie patentowym US 4332609 opisano sposób nawożenia roślin przez aplikowanie na rośliny produktu reakcji kwasu borowego z alkanoloaminą lub poliaminą alifatyczną, w szczególności z monoetanoloaminą. Produkty reakcji są rozpuszczalne w wodzie i mogą być zatem, w celu aplikacji na rośliny, rozpuszczane w wodzie. Wytwarzanie produktów reakcji z monoetanoloaminą zwiększa koszt boru aplikowanego na uprawy.

Zastosowania alternatywnego rozpuszczalnika organicznego dotyczy opis patentowy US 4572733, w którym opisano tak zwany koncentrat trwały podczas przechowywania, wytworzony przez sporządzenie roztworu pierwszego związku boru w mieszalnym z wodą rozpuszczalniku glikolowym i następnie zdyspergowanie w roztworze subtelnie rozdrobnionych cząstek drugiego związku boru. Do stosowania ten trwały koncentrat rozcieńcza się wodą i aplikuje na rośliny.

Proponowane były preparaty do zaprawiania drewna w formie wodnych zawiesin boranów. W opisie AU-A-574389 proponowano stosowanie kompozycji konserwującej zawierającej koloidalną mikrokrystaliczną zawiesinę soli boru i zagęstnika, który służy do utrzymania stabilności zawiesiny. Podobnie w opisie EP-A-0289317 opisano kompozycje do konserwacji drewna, zawierające borowy środek konserwujący, który może być w formie zawiesiny mikrokrystalicznej, to jest 10 do30 mikrometrów, oraz zagęstnik taki jak polisacharydowa guma ksantanowa, korzystnie w ilości od 0,25 do 3,0% wagowych. Kompozycje te wytwarza się przez utworzenie, z ogrzewaniem, roztworu boranu, szybkie ochłodzenie w celu otrzymania kryształów i dodanie zagęstnika w celu utrzymania kryształów w zawiesinie. Takie kompozycje są sztywne i ciastowate.

Obecnie stwierdziliśmy, że można wytworzyć lejące się, wodne preparały zawierające borany, mające wysoką zawartość boru, stosując układ przeciwdziałający osiadaniu, zawierający pęczniejącą glinkę i polisacharyd.

Zgodnie z jednym aspektem wynalazku jego przedmiotem jest lejąca się zawiesina wodna zawierająca boran, która to zawiesina wodna zawiera 8 do 13% wagowych boru jako pentaboranu sodu, 0,1 do 3% wagowych, w stosunku do wagi całej kompozycji, pęczniejącej glinki, i 0,05 do 0,2% wagowych, w stosunku do wagi całej kompozycji, polisacharydu.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że obecność określonych ilości glinki i polisacharydu w zawiesinie wodnej nie wywiera efektu zagęszczającego, ale znaczny efekt zmniejszający lepkość. W stężeniach powyżej tego zakresu zarówno glinka jak i polisacharyd będą przyczyniać się do niepożądanego zagęszczenia zawiesin. Zgodnie z wynalazkiem można łatwo otrzymać wodne zawiesiny zawierające boran, które z jednej strony mają wysoką zawartość boru, a z drugiej strony są lejące się (można je lać, przelewać, nalewać), co sprawia że są one łatwe do manipulacji przez użytkowników. Zatem kompozycje według niniejszego wynalazku mogą być użyte bezpośrednio do opryskiwania albo alternatywnie mogą być wylewane do rozcieńczenia wodą lub układami wodnymi w celu aplikacji, np. na uprawy, albo do innych zastosowań, w których istnieje potrzeba stosowania rozcieńczalnych wodnych zawiesin boranów.

Kompozycje według wynalazku są kompozycjami lejącymi się i jednocześnie są stabilne fizycznie, to jest kompozycje mają:

(a) lepkość przy niskich naprężeniach (szybkościach ścinania), np. w stabilnych warunkach przechowywania i transportu, dostatecznie wysoką dla zapobieżenia sedymentacji cząstek lub znaczącej separacji; i (b) dostatecznie szybki spadek lepkości przy danym naprężeniu (zależnie od zastosowania), np. w warunkach wylewania, pompowania lub opryskiwania, który zapewnia lejność produktu podczas jego aplikowania.

Zatem zawiesiny według wynalazku nie rozdzielają się podczas przechowywania lub poddane niewielkim wstrząsom, np. podczas ich transportu. Typowo w takich warunkach zawiesiny są poddane szybkościom ścinania poniżej 1 s^-1, np. 0,001 do 0,1 s^-1, przy przechowywaniu. Przy wyższych szybkościach ścinania kompozycje stają się zdolne do rozlewania, pompowania lub opryskiwania.

PL 195 744 B1

Lejące się zawierające boran zawiesiny wodne według wynalazku mogą zawierać od 8 do 13% wagowych boru jako pentaboranu sodu, generalnie 9,5 do 12,5% wagowych boru jako pentaboranu sodu, korzystnie 10 do 12% wagowych boru jako pentaboranu sodu.

Odpowiednie pęczniejące glinki, które mogą być stosowane w zawiesinach według wynalazku obejmują grupę glinek montmorylonitowych, zwłaszcza glinki montmorylonitowe wzbogacone sodem i montmorylonity sodowe, z których niektóre znane są w handlu jako bentonit, minerały analogiczne do montmorylonitu, takie jak hektoryt, oraz sepiolit.

Odpowiednia ilość pęczniejącej glinki w zawiesinach według wynalazku wynosi 0,5 do 1,5% (np. około 1%) wagowych, w stosunku do całkowitej wagi kompozycji. Generalnie kompozycja będzie zawierać między 1 a 1,5% wagowych glinki montmorylonitowej, takiej jak glinki mineralne o nazwie handlowej IGB (bentonit wapniowy) dostępne z firmy IMV Nevada. Gdy stosuje się inne glinki, takie jak wzbogacony sodem bentonit wapniowy, np. Bentonite MB 300S z firmy Fordamin Company Limited, wymagana ilość glinki może wynosić do 3% wagowych, korzystnie około 2,5% wagowych.

Do polisacharydów, które mogą być stosowane, należą polisacharydy już znane jako środki żelujące czy zagęstniki do innych zastosowań. Szczególnie korzystna w kompozycjach według wynalazku jest guma ksantanowa. Ilość polisacharydu, np. gumy ksantanowej, może wynosić np. 0,05 do 0,2%, korzystnie 0,05 do 0,16%, bardziej korzystnie 0,08 do 0,15% lub 0,08 do 0,14%, najbardziej korzystnie około 0,1% lub 0,12%, w stosunku do całkowitej wagi kompozycji.

Ewentualnie przed dodaniem polisacharydu podczas wytwarzania zawiesiny według wynalazku można dodać dyspergator, na przykład polimer akrylowy, albo rozpuszczalny w wodzie dyspergator polimeryczny, taki jak poli(tlenek etylenu), hydrolizowane poli(octany winylu), poli(winylopirolidon) poli(akryloamid) i poli(alkohol winylowy). To wspomaga dyspergowanie polisacharydu w wodzie. Ilość dyspergatora może być mała. Na przykład można stosować 0,05 do 1%, generalnie około 0,1% wagowych dyspergatora poliakrylanowego.

Korzystne zawiesiny według wynalazku zawierają, w stosunku do całkowitej wagi kompozycji:

do 12% wagowych boru jako pentaboranu sodu;

0,5 do 1,5% wagowych bentonitu wapniowego IGB;

0,05 do 0,16%, np. do 0,15% wagowych gumy ksantanowej;

0,00 do 0,5% wagowych dyspergatora poliakrylanowego; zaś resztę stanowi woda.

Ilość wprowadzonego układu przeciwdziałającego osiadaniu zależy oczywiście od wielkości i stężenia uzyskanych zawieszonych cząstek. Generalnie, zawiesina zawiera głównie cząstki o wielkości poniżej 10 mikrometrów, np. w zakresie 0,1 do 10 mikrometrów, a bardziej korzystnie poniżej 5 mikrometrów (np. 0,1 do 5 mikrometrów).

Natura oddziaływań między pentaboranem sodu a glinką i polisacharydem, prowadzących do zmniejszenia lepkości, nie jest w pełni zrozumiała. Zmniejszenie lepkości, obserwowane po dodaniu składników, co do których normalnie należałoby oczekiwać, że wywrą efekt zagęszczenia, jest w najwyższym stopniu zaskakujące.

Zawiesiny według niniejszego wynalazku można wytwarzać dowolną odpowiednią drogą. Odpowiednie jest wytworzenie zawiesiny pentaboranu sodu przez reakcję in situ w wodzie, z mieszaniem, kwasu borowego i uwodnionego tetraboranu sodu, korzystnie pięciowodzianu tetraboranu sodu, i dodanie innych składników wymieszanych z wodą przed, podczas lub po reakcji.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania zawiesiny według wynalazku o składzie określonym powyżej, który to sposób polega na reakcji w zawiesinie wodnej kwasu borowego i tetraboranu sodu, generalnie w ilościach stechiometrycznych dla pentaboranu sodu, przy zastosowaniu mieszania, i dodaniu zawiesiny do albo dodaniu do zawiesiny glinki, polisacharydu i wszelkich innych ewentualnych składnlków, także zdyspergowanych w wodzie, przed, podczas lub po reakcji.

Zgodnie z jednym wykonaniem wynalazku, sposób wytwarzania zawiesiny obejmuje wytworzenie mieszaniny glinki, polisacharydu i wszelkich innych ewentualnych składnikow z wodą, dodanie kwasu borowego i uwodnionego tetraboranu sodu w ilościach stechiometrycznych dla pentaboranu sodu, i umożliwienie przereagowania podczas mieszania.

Wielkość cząstek surowca boranowego nie jest krytyczna. Może on być w formie granularnej, krystalicznej lub subtelnie rozdrobnionej. Alternatywnie, może on być dodawany jako wilgotne placki lub zawiesiny.

PL 195 744 B1

W jednym z wykonań wynalazku woda może pochodzić z cieczy pochodzących z instalacji dobrze znanych procesów wytwarzania kwasu borowego lub tetraboranów sodu, które są nasycone odpowiednio w kwas borowy lub tetraboran sodu.

Korzystnie glinkę dysperguje się w wodzie (ewentualnie zawierającej dyspergator) zgodnie z zaleceniami producenta (około 10 minut). Następnie do zawiesiny dodaje się polisacharyd i rozpuszcza zgodnie z zaleceniami producenta (około 50 minut). W wyniku tego następuje uwodnienie glinki. Po tym okresie czasu mieszaninę można ewentualnie ogrzać, np. do temperatury do około 50°C, np. 35 do 40°C, odpowiednio około 38°C. Następnie dodaje się kwas borowy i tetraboran sodu i pozwala mieszaninie reagować, podczas mieszania, zwykle przez około pół do półtorej godziny, korzystnie około czterdzieści pięć minut, to jest aż przereagują zasadnicze wszystkie grube cząstki, np. po 1 godzinie. W żadnym czasie nie powinno nastąpić kompletne rozpuszczenie składników boranowych i boranu sodu - produktu reakcji. Następnie mieszaninę można wyładować do naczynia do przechowywania lub zapakować. Generalnie reakcja może biec dalej podczas stania, a wszelkie pozostałe grube cząstki zanikają po odstaniu, np. po nocy.

Reakcja jest endotermiczna, prowadząc do początkowego spadku temperatury. Reakcja może być prowadzona w temperaturze 20°C, z efektem endotermicznym prowadzącym do ochłodzenia do około 12°C po okresie 5 do 10 minut, natomiast efekt egzotermiczny prowadzi do wzrostu temperatury do około 20°C gdy krystalizacja jest prawie zakończona, to jest po około 30 minutach. Do celów zdyspergowania glinki i polisacharydu korzystna jest temperatura 20°C, to znaczy nie jest wymagane ogrzewanie zewnętrzne. Jednakże może być pożądane ogrzanie dyspersji glinki i polisacharydu przed dodaniem kwasu borowego i tetraboranu sodu. Jeśli doprowadzi się do zbyt wysokiej temperatury, np. do temperatury do 80°C, kryształy mogą osiągnąć nieakceptowalnie dużą wielkość. Jednakże generalnie mogą być stosowane temperatury aż do 50°C, np. 35 do 40°C, odpowiednio 38°C, bez niepożądanego wpływu na wielkość cząstek. Wielkość cząstek kryształów tworzących zawiesinę jest zawarta głównie w zakresie 0,1 do 10 mikrometrów. Gdy reakcję prowadzi się z ogrzewaniem, czas reakcji ulega generalnie skróceniu.

Kwas borowy i tetraboran sodu reagują tworząc pentaboran sodu. Reagenty normalnie stosuje się w ich stosunku stechiometrycznym dla Na2O:5B2O3. Wszelki nadmiar kwasu borowego lub tetraboranu sodu pozostanie nieprzereagowany i będzie przyczyniać się do powstawania grubszych kryształów produktów końcowych. W niektórych zastosowaniach nadmiar kwasu borowego może być pożądany. W takim przypadku, kiedy potrzebny jest drobny kwas borowy, zawiesinę można poddać mieleniu na mokro. W modyfikacji, do utworzonej zawiesiny można dodać subtelnie rozdrobniony kwas borowy. Nieoczekiwanie, w wyniku tego otrzymuje się produkt mający zasadniczo takie same właściwości przepływowe jak produkt bez dodatku kwasu borowego. Ma to miejsce na przykład kiedy ilość obecnego kwasu borowego zwiększa całkowitą zawartość boru z 10 do 11%.

Kompozycje według wynalazku mogą być stosowane jako nawozy sztuczne.

Przy stosowaniu w celu aplikowania boru roślinom, kompozycje według wynalazku są zgodne z innymi nawozami dla roślin i mogą być z nimi stosowane razem do równoczesnego opryskiwania. Jednakże, w przypadku znanego nawozu azotowego N39 (mieszanina roztworów azotanu amonu i mocznika o zawartości N 39% wag./obj.) dla zapewnienia zgodności należy jako glinkę stosować bentonit wapniowy IGB i stosować ją z gumą ksantanową i polimerem akrylowym jako dyspergatorem, co ułatwia zdyspergowanie składników kompozycji w N39.

W niektórych zastosowaniach może być także dogodne wprowadzenie małych ilości innych mikroelementów, herbicydów, fungicydów lub insektycydów.

Zgodnie z następnym aspektem wynalazku, jego przedmiotem jest zastosowanie zawiesiny według wynalazku takiej jak określona powyżej, do traktowania upraw, na przykład ich zasilania jako nawozem.

W jednym z wykonań traktowanie takie obejmuje:

(a) rozcieńczenie wodą zawiesiny według wynalazku, ewentualnie w obecności innego środka do traktowania upraw; i (b) aplikowanie rozcieńczonej kompozycji na uprawę lub miejsce, w których uprawy rosną lub będą rosły.

W innym z wykonań, traktowanie upraw, np. jako nawozem, polega na aplikowaniu zawiesiny według wynalazku, ewentualnie w obecności innego środka do traktowania upraw, na uprawę lub miejsce, w których uprawy rosną lub będą rosły.

Wynalazek zostanie dodatkowo zilustrowany w odniesieniu do poniższych przykładów.

PL 195 744 B1

P r z y k ł a d 1

Lejącą się zawiesinę wodną zawierającą boran sporządzono jak opisano poniżej.

Do 5-litrowego naczynia reakcyjnego dodano wodę (4698 g) w temperaturze 20°C i mieszano przy szybkości 500 obrotów na minutę. Dodano 12 g dyspergatora - polimeru akrylowego Dispex N40 (z Allied Colloids), a następnie 123 g glinki montmorylonitowej IGB (z IMV Nevada). Kontynuowano mieszanie przez 10 minut i dodano następnie 12 g gumy ksantanowej Kelzan (z Kelco Industrial Biopolymers) i kontynuowano mieszanie przez dalsze 50 minut.

Mieszaninę przeniesiono do 10-litrowego naczynia reakcyjnego i mieszano przy szybkości 1000 obrotów na minutę, stosując zębaty dysk mieszający w celu zapewnienia stałego mieszania całej kompozycji. Dodano 4200 g kwasu borowego Optibor TG (z US Borax Inc.), po czym natychmiast 3300 g pentahydratu boraksu Neobor (z US Borax Inc.). Kontynuowano mieszanie przez dalsze 60 minut.

Produkt stanowił lejącą się zawiesinę, zawierającą 10% wagowych boru jako pentaboranu sodu, o wielkości cząstek zawieszonych poniżej 10 mikrometrów.

P r z y k ł a d y 2 do 6

Postępowano zgodnie z metodą z przykładu 1, a składniki dodano w ilościach podanych poniżej w tabeli I.

W każdym z przypadków otrzymano lejącą się, stabilną kompozycję.

T ab el a I

Nr przykładu	BA (g)	Neobor (g)	IGB (g)	Kelzan (g)	Dispex (g)	Woda (g)	% B w produkcie
2	4200	3300	123 (1,0%)	12 (0,1%)	-	4709	10,0
3	4200	3300	112 (1,0%)	11 (0,1%)	-	3599	11,0
4	4200	3300	112 (1,0%)	11 (0,1%)	11 (0,1%)	3588	11,0
5	4200	3300	103 (1,0%)	10 (0,1%)	-	2674	12,0
6	4200	3300	103 (0,1%)	10 (0,1%)	10 (0,1%)	2664	12,0

BA - kwas borowy %B oznacza zawartość procentową boru jako pentaboranu sodu

P r z y k ł a d 7

247 g (2% wagowych) bentonitu zdyspergowano w wodzie (4585 g) w temperaturze 40°C, mieszając przez 10 minut. Dodano 12 g (0,1% wagowych) gumy ksantanowej Kelzan i kontynuowano mieszanie przez dalsze 50 minut.

Do otrzymanej mieszaniny dodano kwas borowy (4200 g) i pentahydrat boraksu (3300 g). Uzyskaną mieszaninę mieszano przy 850 obrotów na minutę przez 45 minut, stosując łopatkę zębatą.

Produkt był lejącą się i stabilną zawiesiną, zawierającą 10% wagowych boru jako pentaboranu sodu, o wielkości zawieszonych cząstek poniżej 10 mikrometrów.

P r z y k ł a d 8

Wodę (132,5 kg) wylano w temperaturze 20°C do 200 litrowego zbiornika i rozpoczęto mieszanie przy szybkości 200 obrotów na minutę, stosując głowicę zębatą o średnicy 10 cm. Dodano 0,35 kg (0,1% wagowych) dyspergatora Dipex, a następnie 3,5 kg (1% wagowy) glinki IGB. Kontynuowano mieszanie przez 10 minut, po czym dodano 0,35 kg (0,1% wagowych) gumy ksantanowej Kelzan i kontynuowano mieszanie przez dalsze 50 minut.

Mieszaninę przeniesiono do 500 litrowego zbiornika z płaszczem i mieszano, stosując podwójne wysokowydąjne wirniki hydropłatowe o średnicy 25 cm. Następnie mieszaninę ogrzano do 38°C przez pompowanie pary wodnej przez płaszcz grzejny. Do zbiornika dodano kwas borowy (119,5 kg) i pentahydrat boraksu (94 kg) i prowadzono mieszanie przez 75 minut przy 100 obrotach na minutę.

PL 195 744 B1

Produkt był lejącą się i stabilną zawiesiną, zawierającą 10% wagowych boru jako pentaboranu sodu.

Claims (17)

1. Lejąca się zawiesina wodna zawierająca boran, znamienna tym, że zawiesina wodna zawiera 8 do 13% wagowych boru jako pentaboranu sodu, 0,1 do 3% wagowych, w stosunku do wagi całej kompozycji, pęczniejącej glinki, i 0,05 do 0,2% wagowych, w stosunku do wagi całej kompozycji, polisacharydu.

2. Zawiesina według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 9,5do 12,5% wagowych boru jako pentaboranu sodu.

3. Zawiesina według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 10 do 12% wagowych boru jako pentaboranu sodu.

4. Zawiesina według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 0,5do 1,5% wagowych, w stosunku do całkowitej wagi kompozycji, pęczniejącej glinki.

5. Zawiesina według zastrz. 4, znamienna tym, że zawiera 1% wagowy, w stosunku do całkowitej wagi kompozycji, pęczniejącej glinki.

6. Zawiesina według zastrz. 1, znamienna tym, że jako pęczniejącą glinkę zawiera glinkę montmorylonitową, minerały analogiczne do montmorylonitu, lub sepiolit.

7. Zawiesina według zastrz. 6, znamienna tym, że jako pęczniejącą glinkę zawiera glinkę montmorylonitową wzbogaconą w sód, montmorylonit sodowy, hektoryt lub sepiolit.

8. Zawiesina według zastrz. 1, znamienna tym, że wielkość cząstek w zawiesinie jest zawarta w zakresie od 0,1 do 10 mikrometrów.

9. Zawiesina według zastrz. 1, znamienna tym, że jako polisacharyd zawiera gumę ksantanową.

10. Zawiesina według zastrz.1, znamienna tym, że zawiera również dyspergator.

11. Zawiesina według zastrz. 10, znamienna tym, że jako dyspergator zawiera poliakrylan.

12. Zawiesina według zastrz. 10, znamienna tym, że zawiera również cząstki kwasu borowego.

13. Sposób wytwarzania lejącej się zawiesiny wodnej zawierającej boran, znamienny tym, że przeprowadza się reakcję w zawiesinie wodnej, z mieszaniem, kwasu borowego i tetraboranu sodu, w obecności glinki, polisacharydu i ewentualnych innych składników, z wytworzeniem pentaboranu sodu, przy czym wytworzona zawiesina wodna zawiera 8 do 13% wagowych boru jako pentaboranu sodu, 0,1 do 3% wagowych, w stosunku do wagi całej kompozycji, pęczniejącej glinki, i 0,05 do 0,2% wagowych, w stosunku do wagi całej kompozycji, polisacharydu.

14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że wytwarza się mieszaninę glinki, polisacharydu i ewentualnych innych składników, i dodaje się kwas borowy i uwodniony tetraboran sodu w ilościach stechiometrycznych dla pentaboranu sodu, i pozwala reagować przy zastosowaniu mieszania.

15. Zastosowanie zawiesiny wodnej określonej w zastrz. 1 do traktowania upraw.

16. Zastosowanie według zastrz. 15, znamienne tym, że (a) rozcieńcza się zawiesinę wodą, ewentualnie w obecności innego środka do traktowania upraw; i (b) aplikuje się rozcieńczoną kompozycję na uprawę lub miejsce, w których uprawy rosną lub będą rosły.

17. Zastosowanie według zastrz. 15, znamienne tym, że zawiesinę aplikuje się, ewentualnie w obecności innego środka do traktowania upraw, na uprawę lub miejsce, w których uprawy rosną lub będą rosły.