PL230418B1

PL230418B1 - Matrycowy mineralny nawóz wieloskładnikowy o wydłużonym działaniu oraz sposób wytwarzania matrycowego mineralnego nawozu wieloskładnikowego o wydłużonym działaniu

Info

Publication number: PL230418B1
Application number: PL414835A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Lubkowski; Aleksandra Smorowska; Barbara Grzmil
Original assignee: Zachodniopomorski Univ Technologiczny W Szczecinie; Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny W Szczecinie
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2018-10-31
Also published as: PL414835A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest matrycowy mineralny nawóz wieloskładnikowy o wydłużonym działaniu oraz sposób wytwarzania matrycowanego mineralnego nawozu wieloskładnikowego o wydłużonym działaniu. Nawóz zawiera komponenty mineralne i polimery biodegradowalne.

Nawozy mineralne są jednym z najważniejszych produktów przemysłu agrochemicznego. Światowa konsumpcja nawozów mineralnych systematycznie wzrastała w ostatnich latach od 130,4 Mt w sezonie 2000/2001 do 176,1 Mt w sezonie 2011/2012, przy niewielkim załamaniu zużycia w sezonie 2008/2009, związanym z kryzysem bankowym. Konsumpcja nawozów mineralnych sezonie 2012/2013 wynosiła 178,6 Mt, natomiast prognozy na sezon 2013/2014 i 2014/2015 przewidują wzrost zużycia do poziomu odpowiednio 184,0 Mt i 187,9 Mt.

Mimo wzrastającej produkcji, wykorzystanie i przyswajanie składników mineralnych przez rośliny jest jednak stosunkowo niskie: szacuje się, że w przypadku azotu wynosi 50-70%, fosforu 10-25%, potasu 50-60%. Niska efektywność przyswajania składników mineralnych stwarza problemy zdrowotne i środowiskowe, wpływa negatywnie na ekonomikę produkcji agrochemikaliów. Jedną z metod zwiększania efektywności wykorzystania składników odżywczych jest stosowanie nawozów o spowolnionym uwalnianiu składników mineralnych (slowrelease fertilizers- SRF).

Nawozy o spowolnionym uwalnianiu to nawozy produkowane w celu uzyskania stopniowego uwalniania składników mineralnych, a jednocześnie zapewniające właściwe odżywianie roślinom. Zastosowanie nawozu SRF, z którego uwalnianie składników odżywczych jest w większym stopniu dopasowane do wymagań odżywczych roślin, zapewnia poprawę efektywności wykorzystania składników pokarmowych nawozu poprzez zminimalizowanie ich strat między aplikacją a poborem.

Wadą nawozów o wydłużonym działaniu, jest to, że po zużyciu składników mineralnych w glebie pozostaje znaczna ilość bezużytecznego polimeru, około 50 kg/ha w ciągu roku. Korzystnym rozwiązaniem jest zatem produkowanie tego typu nawozów z wykorzystaniem polimerów biodegradowalnych, m. in. w formie matrycy, na drodze ekstruzji/wytłaczania. Przykłady zastosowania tej metody opisano poniżej.

Znany jest z opisu wynalazku WO1996018591 Al nawóz o spowolnionym uwalnianiu w postaci matrycy, w której skład wchodzą żywica w ilości 5-80% mas. (kalafonia, polikaprolakton, kwas polimlekowy, estry kwasu dikarboksylowego i dioli) oraz komponenty nawozowe w ilości 20-95% mas. (mocznik, nawóz fosforanowy i potasowy, nawozy organiczne). Mieszankę po wymieszaniu, stapia się i ekstruduje w temperaturze w zakresie od 50°C do 120°C w wytłaczarce jedno- lub dwu ślimakowej. Z opisu wynalazku CN101560125 B znany jest nawóz o spowolnionym uwalnianiu wytłaczany na drodze ekstruzji. W celu jego otrzymania miesza się nawóz mineralny (mocznik, siarczan potasu, chlorek potasu, fosforan amonu, diwodorofosforan potasu, azotan potasu) wraz z pozostałościami pofermentacyjnymi (powstałymi w wyniku fermentacji antybiotyków). Stosunek masowy pozostałości fermentacji do nawozu wynosi od 45-65% mas: 55-35% mas. W wyniku ekstruzji otrzymuje się nawóz ulegający degradacji o kształcie cylindrycznym, o średnicy od 6 do 12 mm. Według opisu wynalazku CN 101177364A biodegradowalny nawóz o spowolnionym uwalnianiu wytłaczany w postaci cylindrycznych granulek w ekstruderze. W skład nawozu wchodzą bentonit (montmorylonit), pozostałości zestarzałego ryżu oraz nawóz (mocznik, fosforyt, siarczan potasu, chlorek potasu, fosforan amonu, diwodorofosforan potasu, azotan potasu, azotu fosforu i potasu) Stosunek masowy bentonitu, do pozostałości ryżu i nawozu wynoszą odpowiednio 10-15% mas.: 20-25% mas.: 60-70% mas. Wytłaczane cylindryczne granulki nawozu charakteryzują się średnicą cząstek równą 5-10 mm i długością od 8 do 15 mm. Z opisu wynalazku CN 102976859 A znany jest nawóz o spowolnionym uwalnianiu otrzymany metodą ekstruzji. Sposób jego wytwarzania polega na dodaniu granulowanego mocznika do mieszanki polimerowej, zawierającej poliizocyjaniany, polialkohole, żywicę epoksydową, dimetylobenzen i nieorganiczne wypełniacze w postaci proszku. Po ich zmieszaniu, w kolejnym kroku dodaje się fosforan amon, chlorek potasu, siarczan potasu i poliakryloamid i wytłacza w temperaturze 60-100°C. Znany jest z opisu wynalazku CN102936169 A nawóz o spowolnionym uwalnianiu na bazie skrobi, zawierający w swoim składzie od 1-99% mas. nawozu, od 1-99% mas. skrobi oraz od 0-50% mas. plastyfikatora (gliceryna, glikol polietylenowy, ftalan dibutylu, adypinian dibutylu) i substancji wzmacniającej (kwas polimlekowy, polibursztynian butylenu). Źródłem skrobi jest skrobia kukurydziana, skrobia z sorgo, skrobia pszenna, skrobia z tapioki oraz skrobia ziemniaczana; natomiast jako źródło składników mineralnych stosuje się mocznik, siarczan amonu, wodorowęglan amonu, azotan amonu,

PL230 418 Β1 chlorek potasu, siarczan potasu, azotan potasu, superfosfat, fosforan magnezu i wapnia, superfosfat potrójny. Mieszankę wprowadza się do wytłaczarki w temperaturze 80-180°.

Matrycowy mineralny nawóz wieloskładnikowy o wydłużonym działaniu, według wynalazku, zawierający w swoim składzie komponenty mineralne w postaci związków azotu, fosforu i potasu oraz nierozpuszczalne w wodzie polimery biodegradowalne, charakteryzuje się tym, że zawiera polimery biodegradowalne w postaci kopoliestru alifatycznego bursztynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub kopoliestru alifatycznego sebacynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub kopoliestru alifatyczno-aromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego.w ilości od 20% do 50% masowych, zaś komponenty mineralne w ilości od 50% do 80% masowych. Kopoliestry zawierają od 40 do 80% masowych segmentów sztywnych, pochodzących od bursztynianu butylenowego lub sebacynianu butylenowego lub bursztynianu etylenowego, oraz od 20 do 60% masowych segmentów giętkich, pochodzących od estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub estru etylenowego kwasu tereftalowego.

Sposób wytwarzania matrycowego mineralnego nawozu wieloskładnikowego o wydłużonym działaniu, według wynalazku, polegający na utworzeniu materiału matrycowego poprzez mieszanie komponentów mineralnych w postaci związków azotu, fosforu i potasu oraz nierozpuszczalnych w wodzie polimerów biodegradowalnych, charakteryzuje się tym, że miesza się polimery biodegradowalne w postaci kopoliestru alifatycznego bursztynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub kopoliestru alifatycznego sebacynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub kopoliestru alifatyczno-aromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego, w ilości od 20% do 50% masowych, z komponentami mineralnymi w ilości od 50% do 80% masowych. Następnie materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia otrzymując nawóz o zawartości od 20% do 50% masowych kopoliestrów i od 50% do 80% masowych komponentów mineralnych. Stosuje się kopoliestry zawierające od 40 do 80% masowych segmentów sztywnych, pochodzących od bursztynianu butylenowego lub sebacynianu butylenowego lub bursztynianu etylenowego, oraz od 20 do 60% masowych segmentów giętkich, pochodzących od estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub estru etylenowego kwasu tereftalowego.

Zaletą wynalazku jest otrzymanie matrycowego mineralnego nawozu wieloskładnikowego o przedłużonym działaniu metodą ekstruzji. Nawóz otrzymany sposobem według wynalazku może być z powodzeniem wykorzystywany jako nawóz mineralny w rolnictwie, zamiennie z konwencjonalnymi nawozami mineralnymi. Ponadto, zawarte w otrzymanym materiale nawozowym polimery ulegają procesom biodegradacji, nie pozostawiając szkodliwych pozostałości w glebie. Fragmenty alifatyczne zastosowanych kopolimerów są biodegradowalne w środowisku naturalnym, natomiast fragmenty aromatyczne ulegają biorozkładowi na krótkie sekwencje zawierające maksymalnie dwa mery. Sekwencje te są nieszkodliwe dla środowiska naturalnego.

Przedmiot wynalazku jest bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania.

Przykład I

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (4% N), fosforu (12% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatycznego bursztynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego w stosunku masowym 4:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 20% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 80% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 71,6%, po 1 godzinie wynosi 78,2%, a po 7 dniach 82,2%.

Przykład II

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (5% N), fosforu (15% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatycznego bursztynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego w stosunku masowym 2,3:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 30% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 70% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 59,4%, po 1 godzinie wynosi 72,5%, a po 7 dniach 83,0%.

PL230 418 Β1

Przykład III

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (6% N), fosforu (20% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatycznego bursztynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego w stosunku masowym 1,5:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 40% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 60% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 53,3%, po 1 godzinie wynosi 66,8%, a po 7 dniach 89,2%.

Przykład IV

Wykorzystano wieloskładnikowy, sypki nawóz mineralny złożony ze związków azotu (20% N), fosforu (20% P2O5) oraz potasu (20% K2O), który zmieszano z granulatem kopoliestru alifatycznego bursztynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego w stosunku masowym 1,5:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 40% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 60% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 47,6%, po 1 godzinie wynosi 61,2%, a po 7 dniach 86,7%.

Przykład V

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (4% N), fosforu (12% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatycznego sebacynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego w stosunku masowym 4:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 20% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 80% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 69,3%, po 1 godzinie wynosi 83,5%, a po 7 dniach 89,8%.

Przykład VI

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (5% N), fosforu (15% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatycznego sebacynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego w stosunku masowym 2,3:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 30% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 70% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 57,1%, po 1 godzinie wynosi 72,8%, a po 7 dniach 88,5%.

Przykład VII

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (6% N), fosforu (20% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatycznego sebacynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego w stosunku masowym 1,5:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 40% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 60% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 30,7%, po 1 godzinie wynosi 47,6%, a po 7 dniach 74,3%.

Przykład VIII

Wykorzystano wieloskładnikowy, sypki nawóz mineralny złożony ze związków azotu (12% N), fosforu (12% P2O5) oraz potasu (36% K2O), który zmieszano z granulatem kopoliestru alifatycznego sebacynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego w stosunku masowym 1,5:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 40% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 60% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 31,2%, po 1 godzinie wynosi 49,7%, a po 7 dniach 73,3%.

PL230 418 Β1

Przykład IX

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny ze związków azotu (4% N), fosforu (12% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatyczno-aromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego w stosunku 4:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 20% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 80% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 73,2%, po 1 godzinie wynosi 79,8%, a po 7 dniach 83,5%.

Przykład X

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (5% N), fosforu (15% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatyczno-aromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego w stosunku masowym 2,3:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 30% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 70% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 30 minutach wynosi 49,1%, po 1 godzinie wynosi 65,0%, a po 7 dniach 75,1%.

Przykład XI

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (6% N), fosforu (20% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatyczno-aromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego w stosunku masowym 1,5:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 40% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 60% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 1 godzinie wynosi 85,8%, a po 7 dniach 93,5%.

Przykład XII

Wykorzystano wieloskładnikowy, granulowany, nawóz mineralny złożony ze związków azotu (6% N), fosforu (20% P2O5) oraz potasu (30% K2O). Po zmieleniu nawóz miesza się z granulatem kopoliestru alifatyczno-aromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego w stosunku masowym 1:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 50% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 50% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 1 godzinie wynosi 48,8%, a po 7 dniach 80,9%.

Przykład XIII

Wykorzystano wieloskładnikowy, sypki nawóz mineralny złożony ze związków azotu (11% N), fosforu (52% P2O5) oraz potasu (8% K2O), który zmieszano z granulatem kopoliestru alifatyczno-aromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego w stosunku masowym 1,5:1. Materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia. Zawartość procentowa kopoliestru w otrzymanym materiale w odniesieniu do całkowitej masy nawozu wynosi 40% mas., natomiast zawartość komponentów mineralnych wynosi 60% mas. Stopień uwalniania składników mineralnych po 1 godzinie wynosi 75,4%, a po 7 dniach 91,1%

Claims

1. Matrycowy mineralny nawóz wieloskładnikowy o wydłużonym działaniu, zawierający w swoim składzie komponenty mineralne w postaci związków azotu, fosforu i potasu oraz nierozpuszczalne w wodzie polimery biodegradowalne, znamienny tym, że zawiera polimery biodegradowalne w postaci kopoliestru alifatycznego bursztynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub kopoliestru alifatycznego sebacynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub kopoliestru alifatyczno-aromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego, w ilości od 20% do 50% masowych, zaś komponenty mineralne w ilości od 50% do 80% masowych.

PL230 418 Β1

2. Matrycowy mineralny nawóz wieloskładnikowy według zastrz. 1, znamienny tym, że kopoliestry zawierają od 40 do 80% masowych segmentów sztywnych, pochodzących od bursztynianu butylenowego lub sebacynianu butylenowego lub bursztynianu etylenowego, oraz od 20 do 60% masowych segmentów giętkich, pochodzących od estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub estru etylenowego kwasu tereftalowego.

3. Sposób wytwarzania matrycowego mineralnego nawozu wieloskładnikowego wydłużonym działaniu, polegający na utworzeniu materiału matrycowego poprzez mieszanie komponentów mineralnych w postaci związków azotu, fosforu i potasu oraz nierozpuszczalnych w wodzie polimerów biodegradowalnych, znamienny tym, że miesza się polimery biodegradowalne w postaci kopoliestru alifatycznego bursztynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub kopoliestru alifatycznego sebacynianu butylenowego i estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub kopoliestru alifatycznoaromatycznego bursztynianu etylenowego i estru etylenowego kwasu tereftalowego, w ilości od 20% do 50% masowych, z komponentami mineralnymi w ilości od 50% do 80% masowych, następnie materiał ekstruduje się w temperaturze od 80°C do 150°C i suszy w temperaturze otoczenia.

4. Sposób wytwarzania według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się kopoliestry zawierające od 40 do 80% masowych segmentów sztywnych, pochodzących od bursztynianu butylenowego lub sebacynianu butylenowego lub bursztynianu etylenowego, oraz od 20 do 60% masowych segmentów giętkich, pochodzących od estru butylenowego dimeryzowanego kwasu linolowego lub estru etyle nowego kwasu tereftalowego.