專利名稱：改善尿素顆粒性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過在尿素中加入添加劑以改善尿素顆粒的性能，更尤其改善尿素顆粒的結(jié)塊、粉化和在水介質(zhì)中發(fā)泡傾向的方法。
尿素廣泛用于許多應(yīng)用中，如肥料工業(yè)、牛飼料配方及膠水和密胺的生產(chǎn)中。尿素顆粒主要通過造料工藝制成。在到達(dá)其最終應(yīng)用之前，尿素顆粒常要經(jīng)過長(zhǎng)期儲(chǔ)存和洲際運(yùn)輸。因此尿素必須是不易破碎和不結(jié)塊的。為獲得堅(jiān)固的顆粒，常在尿素熔體中加入甲醛衍生物，如脲-甲醛樹脂。
尿素顆粒因儲(chǔ)存在壓力、濕遷移和高溫下很易結(jié)塊。為防止這種現(xiàn)象，可以涂布基于聚乙酸乙烯酯和表面活性化合物的涂層，如US4,812,158所公開。但是，在處理尿素顆粒時(shí)，特別在濕熱條件下，這類涂料的防結(jié)塊性不足。這類防結(jié)塊添加劑含有表面活性化合物，它們?cè)诔睗駰l件下會(huì)促進(jìn)尿素的粉化。細(xì)粉量增多將促使尿素結(jié)塊并造成處理時(shí)嚴(yán)重的粉塵問題。而且，表面活性化合物的存在，會(huì)在如膠水生產(chǎn)中常以尿素/水介質(zhì)應(yīng)用和尿素-硝酸銨溶液應(yīng)用時(shí)，造成發(fā)泡。
鑒于尿素顆粒處理中依然存在的問題，目前仍需要能作為尿素添加劑用來減少顆粒的結(jié)塊傾向和粉化的化學(xué)產(chǎn)品。該化合物是應(yīng)以少量加至顆粒表面，價(jià)格低廉、高效、不發(fā)泡且環(huán)境友好的。
因此本發(fā)明的目的是要提供這樣的化合物。該目的已通過前文所述的方法實(shí)現(xiàn)了，其中所述添加劑包含通式為XY-(Z)-COOH的羧酸化合物，其中Z是含1～25個(gè)碳原子的飽和或不飽和烴，X和Y選自氫原子或極性有機(jī)功能基，以及所述添加劑要作為水溶液加至尿素顆粒，然后烘干這些顆粒。
優(yōu)選極性有機(jī)功能基選自下列一組羧酸基、羥基、胺基或縮醛基。
在這類極性功能基中，發(fā)現(xiàn)羥基和羧基對(duì)防結(jié)塊最有利。此外，已處理尿素顆粒的粉化顯然也大大減少了。而且已證明，在把帶涂層尿素應(yīng)用于膠水生產(chǎn)時(shí)，羧酸衍生物不會(huì)造成任何發(fā)泡現(xiàn)象。
利用按照本發(fā)明的化合物，在X是氫原子或羥基以及Y是羧酸基時(shí)，獲得了最佳結(jié)果。
按照本發(fā)明的羧酸化合物要在極性溶劑中，優(yōu)選在水中，涂布到尿素顆粒上。該化合物在溶液中的濃度必須是0.5～60重量％，優(yōu)選5～30重量％。
在該濃度下，該化合物完全可溶并保證尿素表面會(huì)發(fā)生明顯的重結(jié)晶。
要用按照本發(fā)明的化合物使尿素顆粒表面能獲得足夠量涂料的方法是，羧酸化合物的用量是尿素顆粒重量的100～10,000ppm，優(yōu)選500～3,000ppm。
在尿素顆粒上涂布水溶液時(shí)，這些顆粒的溫度是30～90℃，優(yōu)選40～70℃。
本發(fā)明還涉及擬用于按照本發(fā)明的方法中的羧酸化合物，該化合物的特征在于其通式為XY-Z-COOH，其中Z是含1～25個(gè)碳原子的飽和或不飽和烴，X和Y選自氫原子或極性有機(jī)功能基。
為了說明按照本發(fā)明的方法和化合物的優(yōu)點(diǎn)，已進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)。
添加劑購(gòu)自Sigma-Aldrich。把這些化合物按20質(zhì)量％的濃度溶于水，除非另有說明。所用的已經(jīng)過脲-甲醛內(nèi)部處理的尿素顆粒購(gòu)自荷蘭Hydro Agri Sluiskil B.V.。
在涂布涂料之前，將尿素(每個(gè)樣品為1.0kg)在50℃烘箱內(nèi)的塑料密封罐內(nèi)儲(chǔ)存16小時(shí)。處理過程如下將尿素放在旋轉(zhuǎn)涂布鼓內(nèi)，其溫度為約50℃。然后在肥料上噴涂0-5000ppm涂料，接著再旋轉(zhuǎn)該鼓5分鐘。把已處理過的肥料轉(zhuǎn)移進(jìn)塑料罐。密封該罐后，讓尿素在24小時(shí)內(nèi)冷卻到室溫。
實(shí)驗(yàn)1為改善尿素的結(jié)塊現(xiàn)象，把顆粒儲(chǔ)存在氣侯老化箱內(nèi)(溫度＝20℃，相對(duì)濕度＝80％)使之吸水0.5％。尿素顆粒結(jié)塊傾向和可壓縮性的試驗(yàn)方法是在一根內(nèi)徑為3cm的透明圓管內(nèi)裝進(jìn)40g“濕”尿素。管上有一個(gè)活塞，通過該活塞在樣品上施加約600kPa壓力。在施壓后以及又經(jīng)過24小時(shí)后直接測(cè)量尿素柱的高度。用這兩個(gè)值(Δ高度(％))計(jì)算相對(duì)高度差，后者是可壓縮性的量度。確定尿素顆粒結(jié)塊傾向的方法是測(cè)量打碎透明圓管內(nèi)已形成結(jié)塊樣品所需的力(N)。結(jié)果是至少5次測(cè)量的平均值。
以20％水溶液試驗(yàn)了下列添加劑，每千克尿素上涂布的劑量為1500mg。
1如US 4,812,158所公開的混合物，以下述配方使用67質(zhì)量％水，11質(zhì)量％聚醋酸乙烯酯和22質(zhì)量％烷基硫酸鹽。
2在處理尿素之前溶液已加熱至50℃。
3以10％懸浮液在80℃涂布，劑量為3000ppm。
該實(shí)驗(yàn)清楚地表明，在用極性基取代的羧酸化合物處理尿素時(shí)，尿素顆粒的結(jié)塊傾向最多可降低60％。按照US專利4,812,158的混合物卻使結(jié)團(tuán)傾向增大了。對(duì)于含羧酸鹽添加劑，即酒石酸鉀-鈉，也得到了類似結(jié)果。用二羧酸時(shí)，尿素顆粒結(jié)塊傾向的降低顯然最多。所有已處理尿素的可壓縮性都比其它類尿素的低。但是，在所有情況下，用羧酸處理尿素顆粒都會(huì)減小尿素的可壓縮性。由于尿素剛度將會(huì)提高，尿素就不大容易結(jié)塊。
實(shí)驗(yàn)2添加劑用量對(duì)尿素顆粒的影響已用20質(zhì)量％丁二酸水溶液進(jìn)行了研究。在處理尿素之前該溶液已加熱到50℃。
該實(shí)驗(yàn)表明，用按照新發(fā)明的添加劑外部處理尿素顆粒的最佳劑量是尿素重量的500～3000ppm。
實(shí)驗(yàn)3對(duì)已處理尿素顆粒的粉塵量已研究如下。在涂布了實(shí)驗(yàn)1的樣品后(添加劑用量為尿素重量的1500ppm)，將250g這些已處理尿素顆粒在40℃儲(chǔ)存4周。然后將50g(精確稱重)尿素轉(zhuǎn)移進(jìn)一個(gè)500ml三頸圓底燒瓶。該燒瓶已配備有一根玻璃柱和一根氣體毛細(xì)管，與壓縮空氣瓶連接。氣體毛細(xì)管的一端插進(jìn)尿素。用空氣(超大氣壓2巴)吹尿素15秒鐘，造成流體床系統(tǒng)。在分析天平上精確測(cè)定剩留尿素的重量。失重是游離粉塵的量度。再把尿素轉(zhuǎn)移回三頸燒瓶。再用壓縮空氣吹尿素1分鐘，使之形成磨損粉塵。在分析天平上稱重剩留尿素。第二次失重是磨損粉塵的量度。測(cè)量重復(fù)進(jìn)行兩次。
1如US 4,812,158公開的混合物，以下述配方使用67質(zhì)量％水，11質(zhì)量％聚醋酸乙烯酯和22質(zhì)量％烷基硫酸鹽。
2溶液已加熱至50℃。
3以10％懸浮液在80℃涂布，劑量為3000ppm。
已經(jīng)證明，用含羧酸化合物處理尿素能基本抑制粉塵的形成。
實(shí)驗(yàn)4帶涂層尿素的發(fā)泡行為已用小規(guī)模木膠生產(chǎn)試驗(yàn)進(jìn)行了研究。為此，將40g尿素轉(zhuǎn)移進(jìn)一個(gè)2升玻璃燒杯。該尿素已溶于50ml軟化水和45ml甲醛(37％)的混合物內(nèi)。用磁力攪拌器以恒速(375rpm)攪拌該混合物并加熱到90℃。在達(dá)到90℃時(shí)，立即加入1ml冰醋酸，造成劇烈發(fā)泡。在燒杯上標(biāo)記泡沫達(dá)到的最高水平。相應(yīng)體積是泡沫形成的量度體積越低，則發(fā)泡傾向越小。結(jié)果是至少2次測(cè)量的平均值。
以20％水溶液試驗(yàn)了下列添加劑，涂布劑量為尿素重量的1500ppm。
1如US 4,812,158公開的混合物，以下述配方使用67質(zhì)量％水，11質(zhì)量％聚醋酸乙烯酯和22質(zhì)量％烷基硫酸鹽。
小規(guī)模木膠生產(chǎn)試驗(yàn)表明，與空白材料相比，按照本發(fā)明的添加劑在水介質(zhì)中應(yīng)用于處理過的尿素時(shí)，不會(huì)造成更多的發(fā)泡。這是預(yù)料之中的，因?yàn)樵摶衔锉旧聿⒉痪哂斜砻婊钚浴?br> 實(shí)驗(yàn)5
為了試驗(yàn)含羧酸涂料對(duì)尿素顆粒的影響，用所選的添加劑處理無甲醛尿素顆粒。然后把尿素儲(chǔ)存在氣侯老化箱內(nèi)使之吸水0.2％。顆粒的結(jié)團(tuán)傾向和可壓縮性如實(shí)驗(yàn)1所述試驗(yàn)。
以20％水溶液試驗(yàn)了下列添加劑，每千克尿素的涂布劑量為500mg。
1如US 4,812,158公開的混合物，以下述配方使用67質(zhì)量％水，11質(zhì)量％聚醋酸乙烯酯和22質(zhì)量％烷基硫酸鹽。
2在處理尿素之前溶液已加熱至50℃。
實(shí)驗(yàn)證明用按照本發(fā)明的涂料添加劑能大大減少尿素顆粒的結(jié)團(tuán)。
權(quán)利要求
1.通過在尿素中加入添加劑以改善尿素顆粒的性能，更尤其改善尿素顆粒結(jié)塊、粉化和在水介質(zhì)中發(fā)泡傾向的方法，其特征在于所述添加劑包含通式為XY-(Z)-COOH的羧酸化合物，其中Z是含1～25個(gè)碳原子的飽和或不飽和烴，X和Y選自氫原子或極性有機(jī)功能基，以及所述添加劑要作為在極性溶劑中的溶液加入尿素顆粒，然后烘干這些顆粒。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于極性溶劑是水。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于Z含有2～5個(gè)碳原子。
4.按照權(quán)利要求1～3的方法，其特征在于極性有機(jī)功能基選自下列一組羧酸基、羥基和胺基或縮醛基。
5.按照權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于X是氫原子或羥基，Y是羧基。
6.按照權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于水溶液中羧酸化合物的濃度為0.5～60重量％。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于濃度為5～30重量％。
8.按照前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于羧酸化合物的濃度是尿素重量的100～10,000ppm，優(yōu)選500～3000ppm。
9.按照前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法，其特征在于在加入水溶液期間尿素的溫度為30～90℃，優(yōu)選40～70℃。
10.用于按照前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法的羧酸化合物，其特征在于該化合物的通式為XY-Z-COOH，其中Z是含1～25個(gè)碳原子的飽和或不飽和烴，X和Y選自氫原子或極性有機(jī)功能基。
11.按照權(quán)利要求10的化合物，其特征在于Z含2～5個(gè)碳原子。
12.按照權(quán)利要求10或11的化合物，其特征在于極性有機(jī)功能基選自下列一組羧酸基、羥基、胺基或縮醛基。
13.按照權(quán)利要求11或12的化合物，其特征在于X是氫原子或羥基，Y是羧酸基。
14.作為尿素添加劑用于前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法的組合物。
全文摘要
通過在尿素中加入添加劑以改善尿素顆粒的性能，更尤其改善尿素顆粒結(jié)塊、粉化和在水介質(zhì)內(nèi)發(fā)泡傾向的方法，其中所述添加劑包含通式為XY－(Z)－COOH的羧酸化合物，其中Z是含1～25個(gè)碳原子的飽和或不飽和烴，X和Y選自氫原子或極性有機(jī)功能基，以及所述添加劑要作為在極性溶劑中的溶液加入尿素顆粒，然后烘干這些顆粒。
文檔編號(hào)C05C9/00GK1839107SQ200380110488
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2003年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月6日
發(fā)明者E·比波斯特, L·范馬克, J·G·科爾弗, R·范貝爾岑 申請(qǐng)人:亞拉國(guó)際有限公司