Способ улучшения свойств гранул мочевины

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ГРАНУЛ МОЧЕВИНЫ(71) Заявитель ЯРА ИНТЕРНЭШНЛ АСА(73) Патентообладатель ЯРА НЭШНЛ АСА(57) 1. Способ снижения слеживаемости, пылеобразования и пенообразования в водной среде гранул мочевины, включающий нанесение добавки на поверхность гранул мочевины, отличающийся тем, что в качестве добавки используют карбоновую кислоту общей формулы , гдеозначает насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь, содержащую 1-25 атомов углерода,ивыбраны из группы, включающей атом водорода и полярную функциональную группу, карбоновую кислоту добавляют в виде раствора в полярном растворителе к гранулам мочевины, которые затем высушивают. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полярного растворителя используют воду. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, чтоозначает углеводородную цепь, содержащую 2-5 атомов углерода. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полярную функциональную группу выбирают из группы, включающей карбоксильную группу, гидроксильную группу, аминогруппу и ацетальную группу. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтопредставляет собой атом водорода или гидроксильную группу ипредставляет собой карбоксильную группу. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют водный раствор, содержащий 0,5-60 мас.карбоновой кислоты. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что используют водный раствор, содержащий 5-30 мас.карбоновой кислоты. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что карбоновую кислоту наносят в количестве 100-10000 ч./млн, предпочтительно 500-3000 ч./млн, относительно мочевины. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру гранул мочевины при добавлении водного раствора поддерживают равной 30-90 С, предпочтительно 40-70 С. 12773 1 2010.02.28 Изобретение относится к способу улучшения свойств гранул мочевины, особенно касающихся тенденции к слеживанию, пылеобразования и пенообразования в водной среде,путем нанесения добавки на поверхность гранул мочевины. Мочевина широко используется во многих направлениях, таких как производство удобрений, ингредиент для корма рогатого скота и производство клея и меламина. Гранулы мочевины производят главным образом либо отверждением разбрызгиваемого расплава мочевины, либо способом грануляции. Прежде чем достигнуть целевого применения,гранулы мочевины часто претерпевают долгий срок хранения и межконтинентальную перевозку. Поэтому мочевина должна быть неломкой и неслеживающейся. Для получения прочных гранулятов часто к расплаву мочевины добавляют производное формальдегида,такое как мочевиноформальдегидная смола. Мочевинные образцы чувствительны к комкованию из-за хранения под давлением,миграции влаги и высоких температур. Для устранения данного явления могут быть применены покрытия на основе поливинилацетата и поверхностно-активных соединений, таких как описанные в патенте США 4812158. Данные покрытия, однако, обладают недостаточной активностью против слеживания после обработки гранул мочевины особенно во влажных и теплых условиях. Данные добавки против слеживания содержат поверхностноактивные соединения, которые ускоряют образование дуста мочевины в условиях влажности. Повышенное количество мелких частиц будет увеличивать слеживание мочевины и может вызывать серьезные пылевые проблемы при перевозке/переработке. Кроме того,присутствие поверхностно-активных компонентов может привести к повышению пенообразования при применении мочевины в водной среде, обычно используемой в производстве клея и растворах мочевина-нитрат аммония. Ввиду того что до сих пор существуют проблемы в производстве гранулятов мочевины,имеется потребность в химическом продукте, который может быть использован как добавка к мочевине для снижения тенденции к слеживанию и пылеобразованию из гранул. Данное соединение должно наноситься в небольшом количестве на поверхность гранул,быть недорогим, с хорошей эффективностью, быть непенообразующим и безопасным для окружающей среды. Поэтому предметом настоящего изобретения является такое соединение. Задача изобретения решается согласно преамбуле при помощи способа снижения слеживаемости,пылеобразования и пенообразования в водной среде гранул мочевины, включающего нанесение добавки на поверхность гранул мочевины, при этом в качестве добавки используют карбоновую кислоту общей формулы , гдеозначает насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь, содержащую 1-25 атомов углерода,ивыбраны из группы, включающей атом водорода и полярную функциональную группу, карбоновую кислоту добавляют в виде раствора в полярном растворителе к гранулам мочевины, которые затем высушивают. Предпочтительноозначает углеводородную цепь, содержащую 2-5 атомов углерода. В предпочтительном варианте полярную функциональную группу выбирают из группы, включающей карбоксильную группу, гидроксильную группу, аминогруппу и ацетальную группу. Установлено, что из данных полярных функциональных групп гидроксильные группы и карбоксильные группы обеспечивают наилучшие характеристики в направлении предотвращения слеживания. Дополнительно оказалось, что пылеобразование у обработанных гранулятов мочевины было заметно снижено. Кроме того, было показано, что производные карбоновой кислоты не вызывают никакого пенообразования при применении мочевины с покрытием в производстве клея. Самые хорошие результаты с соединением по изобретению получены, когдапредставляет собой атом водорода или гидроксильную группу ипредставляет собой карбоксильную группу. 2 12773 1 2010.02.28 Карбоновую кислоту в соответствии с данным изобретением добавляют к гранулам мочевины в виде раствора в полярном растворителе, в качестве которого предпочтительно используют воду. Концентрация карбоновой кислоты в данном растворе должна составлять 0,5-60 мас. , предпочтительно 5-30 мас. . В данной концентрации карбоновая кислота является полностью растворимой, что служит гарантией того, что на поверхности мочевины происходит основная рекристаллизация. Достаточное покрытие гранул мочевины карбоновой кислотой в соответствии с данным изобретением может быть получено путем нанесения карбоновой кислоты в количестве 100-10000 ч./млн, предпочтительно 500-3000 ч./млн, относительно мочевины. Добавление водного раствора осуществляется при температуре гранул мочевины, равной 30-90 С, предпочтительно 40-70 С. Для демонстрации преимущества способа согласно данному изобретению был проведен ряд опытов. Добавки поставлены фирмой -. Данные соединения растворяли в воде с концентрацией 20(мас./мас.), если не оговорено особо. Используемые гранулы мочевины изнутри обработаны мочевиноформальдегидной смолой и поставлены фирмой, Нидерланды. Перед нанесением покрытия мочевину (1,0 килограмм на образец) хранили в герметичных пластиковых емкостях в термостате при 50 С в течение 16 ч. Обработку проводили следующим образом. Мочевину помещают во вращающийся барабан для нанесения покрытия, который имеет температуру приблизительно 50 С. Затем на удобрение разбрызгивают покрытие в количестве 0-5000 ч./млн с последующим вращением барабана в течение дополнительных 5 мин. Обработанное удобрение переносят в пластиковый сосуд. После закрывания сосуда мочевине позволяют охладиться ниже комнатной температуры в продолжение 24 ч. Пример 1. Для повышения слеживания мочевины гранулам предоставляли возможность поглотить до 0,5 воды при хранении их в климатической камере (температура 20 С, относительная влажность 80 ). Тенденцию к комкованию, а также сжимаемость гранул мочевины оценивали наполнением прозрачной круглой трубки с внутренним диаметром 3 см с помощью 40 г влажной мочевины. В трубку вводили плунжер, с помощью которого на образец оказывали давление примерно в 600 кПа. Сразу после применения избыточного давления и снова через 24 ч измеряли массу мочевинной колонки. Из данных двух величин ( высоты ( вычисляли относительную разницу в высоте, которая представляет собой меру сжимаемости. Тенденцию к комкованию гранул мочевины определяли измерением силыразрушения слежавшегося образца, образовавшегося в прозрачной круглой трубке. Результаты представляют собой средние значения из, по меньшей мере,пяти измерений. Следующие добавки были испытаны в виде 20 растворов в воде при применении в дозе 1500 мг на килограмм мочевины. Добавка Контроль (без добавки) Поливинилацетаталкилсульфат 121 Лимонная кислота Молочная кислота Малеиновая кислота Яблочная кислота- тартрат 5 5,6 Глюконовая кислота 4 3,3 Глюкоза 4 5,6 3 Пектиновая кислота 4 4,4 4-Аминомасляная кислота 4 4,9 Глицин 4 4,3 Галловая кислота 3 3,0 1 смесь, раскрытую в патенте США 4812158, использовали как препарат, состоящий из 67(мас./мас.) воды, 11(мас./мас.) поливинилацетата и 22(мас./мас.) алкилсульфата 2 раствор нагревали до 50 С перед обработкой мочевины 3 применяли как 10 суспензию при 80 С в дозе 3000 ч./млн. Данный опыт четко показывает, что тенденция к слеживанию гранул мочевины может быть снижена вплоть до 60 при обработке мочевины соединением карбоновой кислоты,замещенным полярной группой. Смесь по патенту США 4812158 повышала комкование. Подобные результаты получены для карбоксилат-содержащей добавки, а именно длятартрата. Оказалось, что снижение тенденции к слеживанию гранул мочевины проявляется наиболее сильно при использовании дикарбоновых кислот. Сжимаемость всей обработанной мочевины мало сравнима с другими типами мочевины. Однако во всех случаях обработка гранул мочевины карбоновыми кислотами снижает сжимаемость мочевины. Так как жесткость мочевины будет повышаться, то мочевина будет менее подвержена слеживанию. Пример 2. Влияние дозировки добавки на гранулы мочевины исследовали с использованием 20(мас./мас.) раствора янтарной кислоты в воде. Раствор нагревали до 50 С перед обработкой мочевины. Дозировка (ч./млн),7 5000 3 2,7 Опыты показывают, что оптимальная дозировка для поверхностной обработки гранулятов мочевины с помощью добавки согласно данному новому изобретению составляет от 500 до 3000 ч./млн относительно массы мочевины. Пример 3. Уровень пыли в обработанных гранулах мочевины был исследован следующим образом. После покрытия образцов по примеру 1 (1500 ч./млн добавки относительно массы мочевины) 250 г данных обработанных гранул мочевины хранили при 40 С в течение четырех недель. Затем 50 г (точно взвешенных) мочевины переносили в 500 мл трехгорлую круглодонную колбу. Колбу снабжали стеклянной колонкой и газовым капилляром,4 12773 1 2010.02.28 соединенным с цилиндром со сжатым воздухом. Конец газового капилляра помещают в мочевину. В течение 15 мин через мочевину продувают воздух (избыточное давление 2 бара), что приводит к образованию псевдоожиженной системы. Массу оставшейся мочевины определяли на аналитических весах. Потеря массы представляет собой показатель количества свободной пыли. Мочевину обратно переносили в трехгорлую колбу. Через мочевину в течение 1 мин продувают сжатый воздух, что приводит к образованию абразивной пыли. Оставшуюся мочевину взвешивали на аналитических весах. Вторая потеря массы представляет собой показатель абразивной пыли. Определения выполняли в двукратном повторе. Добавка- тартрат 34 41 75 Глюконовая кислота 22 36 58 Глюкоза 50 59 109 Пектиновая кислота 3 52 52 104 4-Аминомасляная кислота 34 65 99 Глицин 34 51 85 Галловая кислота 44 62 106 1 смесь, раскрытую в патенте США 4812158, использовали как препарат, состоящий из 67(мас./мас.) воды, 11(мас./мас.) поливинилацетата и 22(мас./мас.) алкилсульфата 2 раствор нагревали до 50 С перед обработкой мочевины 3 применяли как 10 суспензию при 80 С в дозе 3000 ч./млн. Было показано, что образование пыли может быть в основном подавлено путем обработки мочевины соединениями, содержащими карбоновую кислоту. Пример 4. Пенообразующее свойство мочевины с покрытием изучали проведением небольшого опыта по производству древесного клея. Для данной цели 40 г мочевины переносили в 2-литровый стеклянный химический стакан. Мочевину растворяли в смеси 50 мл деминерализованной воды и 45 мл формальдегида (37 ). Смесь перемешивали магнитной мешалкой при постоянной скорости (375 об/мин) и нагревали до 90 С. В момент достижения 90 С немедленно добавляли 1 мл ледяной уксусной кислоты, при этом происходило сильное вспенивание. Достигнутый самый высокий уровень пены отмечали на стакане. Соответствующий объем представляет собой показатель пенообразования чем меньше объем, тем меньше тенденция к пенообразованию. Результаты представляют собой средние значения из, по меньшей мере, двух измерений. Следующие добавки были испытаны в виде 20 растворов в воде при применении в дозе 1500 ч./млн относительно массы мочевины. 12773 1 2010.02.28 Добавка Количество пены (мл) Контроль (без добавки) 180 1 Поливинилацетаталкилсульфат 12 650 Лимонная кислота 190 Молочная кислота 200 Малеиновая кислота 180 Яблочная кислота 200 Малоновая кислота 190 Янтарная кислота 170 Винная кислота 210- тартрат 280 Глюконовая кислота 180 Глюкоза 210 Пектиновая кислота 190 4-Аминомасляная кислота 240 Глицин 230 Галловая кислота 200 1 смесь, раскрытую в патенте США 4812158, использовали как препарат, состоящий из 67(мас./мас.) воды, 11(мас./мас.) поливинилацетата и 22(мас./мас.) алкилсульфата. Небольшой опыт по производству древесного клея показал, что добавки согласно данному изобретению в сравнении с контрольным продуктом не вызывают дополнительного пенообразования, когда применяется обработанная мочевина в водной среде. Это ожидалось,потому что соединения сами по себе не обладают поверхностно-активными свойствами. Пример 5. Для оценки эксплуатационных характеристик покрытий гранул мочевины, содержащих карбоновую кислоту, гранулы мочевины, свободные от формальдегида, обрабатывали отобранными добавками. Затем мочевине предоставляли возможность поглотить до 0,2 воды путем хранения в климатической камере. Тенденция к комкованию, а также сжимаемость гранул была исследована, как описано в примере 1. Следующие добавки были испытаны в виде 20 растворов в воде при применении в дозе 500 мг на килограмм мочевины. Сжимаемость Тенденция( высоты ( к комкованиюКонтроль (без добавки) 4 2,9 Поливинилацетаталкилсульфат 121 2 0,7 Яблочная кислота 2 0,9 Малоновая кислота 2 1,2 2 Янтарная кислота 1 0,7 Винная кислота 2 1,3 1 Смесь, раскрытую в патенте США 4812158, использовали как препарат, состоящий из 67(мас./мас.) воды, 11(мас./мас.) поливинилацетата и 22(мас./мас.) алкилсульфата 2 раствор нагревали до 50 С перед обработкой гранул мочевины. Добавка Опыт показывает, что комкование гранул мочевины может быть значительно снижено путем нанесения добавок согласно данному изобретению. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6