Текучие водные борсодержащие составы и их получение

 

Изобретение относится к текучей водной боратсодержащей суспензии, которая может быть использована в качестве удобрения. Указанная суспензия в воде содержит 8-13 мас.% бора в виде пентабората натрия, 0,1-3,0% набухаемой от общей массы состава глины и 0,05-0,2% полисахарида от общей массы состава, при этом набухаемая глина является монтмориллонитовой глиной или сепиолитом, а полисахаридом является ксантановая камедь. Получают суспензию взаимодействием в водной суспензии борной кислоты и тетрабората натрия при перемешивании с образованием пентабората натрия в присутствии глины, полисахарида и каких-либо других ингредиентов, а способ обработки культуры включает нанесение заявленной суспензии на культуру или на место, на котором культуры выращивают или которое предназначено для их выращивания. Боратсодержащие суспензии имеют высокое содержание бора, являются текучими, что делает их удобными при использовании, физически стабильны, не разделяются при хранении и транспортировке. 3 с. и 13 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к текучим (способным литься) водным борсодержащим составам, в частности к текучим водным боратсодержащим составам, имеющим высокое содержание бора, и к их получению.

Известно получение растворов бората с высоким содержанием бора с использованием органических растворителей. Так, описание к патенту США 4332609 раскрывает способ удобрения растений, где продукт реакции соединения борной кислоты с алканоламином или алифатическим полиамином, в особенности с моноэтаноламином, наносят на растения. Продукты реакции растворимы в воде и поэтому могут быть растворены в воде для применения для сельскохозяйственных культур. Получение продуктов реакции моноэтаноламина, например, увеличивает стоимость бора, который должен использоваться для культур.

В описании к патенту США 4572733 раскрывается использование альтернативного органического растворителя и описан так называемый стабильный при хранении концентрат, полученный путем приготовления раствора первого соединения бора в смешивающемся с водой гликолевом растворителе и затем диспергирования тонких частиц второго соединения бора в растворе. Для применения стабильный при хранении концентрат разбавляют водой и наносят на культуры.

Составы водных суспензий бората были предложены для обработки лесоматериалов. В AU-A-574389 предлагается применение консервантного состава, содержащего коллоидную микрокристаллическую суспензию солей бора и загуститель, который служит для сохранения стабильности суспензии. Подобно этому ЕР-А-0289317 описывает консервантные составы для лесоматериалов, содержащие борсодержащий консервант, который может быть микрокристаллической суспензией, например 10-30 мкм, и загуститель, такой, как полисахаридная ксантановая камедь в предпочтительном количестве 0,25-3,0 мас.%. Эти составы получают путем приготовления с нагреванием раствора бората, быстрого охлаждения с получением кристаллов и добавления загустителя, чтобы поддерживать кристаллы в суспензии. Указанные составы являются густыми и пастообразными.

Авторы данного изобретения обнаружили, что текучие водные боратсодержащие составы, имеющие высокое содержание бора, могут быть получены с использованием системы, препятствующей расслоению, содержащей набухающую глину и полисахарид.

Согласно одному аспекту данного изобретения предлагается текучая водная боратсодержащая суспензия, указанная суспензия в воде содержит 8-13 мас.% бора в виде пентабората натрия, 0,1-3,0 мас.% набухающей глины от общей массы состава и 0,05-0,2% полисахарида от общей массы состава.

Неожиданно было обнаружено, что присутствие конкретных количеств глины и полисахарида в водной суспензии имеет значительный снижающий вязкость эффект скорее, чем загущающий эффект. При концентрациях выше указанных уровней как глина, так и полисахарид будут вносить свой вклад в нежелательное загущение суспензий. Согласно изобретению легко могут быть получены водные боратсодержащие суспензии, которые, с одной стороны, имеют высокое содержание бора, а с другой стороны, являются текучими, что делает их легкими в обращении для пользователей. Так, составы согласно данному изобретению могут быть разбрызганы непосредственно или, альтернативно, разлиты в случае разбавления водой или водными системами для нанесения, например, на культуры или для других применений, где требуются водные растворимые суспензии бората.

Составы согласно изобретению являются текучими и, в то же время, физически стабильными, то есть составы имеют: (a) достаточно высокую вязкость при низких напряжениях (скоростях сдвига), например в условиях стационарного хранения и транспортировки, с тем, чтобы препятствовать осаждению частиц или значительному разделению, (b) достаточно быстрое снижение вязкости при конкретной нагрузке (в зависимости от применения), например, в условиях разливания, перекачивания насосом или разбрызгивания, что гарантирует способность продукта литься при применении.

Таким образом, суспензии согласно изобретению не разделяются при хранении или когда подвергаются небольшой вибрации, например, при транспортировке. Обычно, при таких условиях, суспензии подвергаются скоростям сдвига ниже 1 с^-1, например 0,001-0,1 с^-1 при хранении. При более высоких скоростях сдвига составы являются текучими, способными перекачиваться насосом или разбрызгиваться.

Текучие водные боратсодержащие составы согласно данному изобретению могут содержать 8-13 мас.% бора в виде пентабората натрия, обычно 9,5-12,5 мас. % бора в виде пентабората натрия, предпочтительно 10-12 мас.% бора в виде пентабората натрия.

Подходящие набухаемые глины, которые могут быть использованы в суспензиях согласно данному изобретению, включают монтмориллонитовую группу глин, особенно обогащенные натрием монтмориллонитовые глины и натриевые монтмориллонитовые глины, некоторые из которых известны коммерчески как бентонит, минеральные аналоги монтмориллонита, такие как гекторит и сепиолит.

Соответственно, количество набухаемой глины, используемой в суспензиях согласно данному изобретению, составляет 0,5-1,5 % (например, приблизительно 1%) от общей массы состава. Обычно состав будет содержать 1,0-1,5 мас.% монтмориллонитовых глин, таких как глинистые минералы IGB, доступные от фирмы IMV Nevada. Когда используют другие глины, такие как обогащенный натрием бентонит кальция, например Bentonite MB 300S от фирмы Fordamin Company Limited, количество необходимой глины может составлять вплоть до 3 мас.%, предпочтительно приблизительно 2,5 мас.%.

Полисахариды, которые могут быть использованы, включают те, которые уже известны в качестве гелеобразователей или загустителей в других применениях. Особенно предпочтительной в составах согласно данному изобретению является ксантановая камедь. Количество используемого полисахарида, например ксантановой камеди, может составлять, например, 0,05-0,2%, предпочтительно 0,05-0,16%, более предпочтительно 0,08-0,15% или 0,08-0,14%, наиболее предпочтительно примерно 0,1% или 0,12% от общей массы состава.

Необязательно диспергатор, например акриловый полимер, или растворимые в воде полимерные диспергаторы, такие как полиэтиленоксид, гидролизованные поливинилацетаты, поливинилпирролидон, полиакриламид и поливиниловый спирт, могут быть добавлены вначале к полисахариду во время получения суспензии согласно данному изобретению. Это способствует диспергированию полисахарида в воде. Количество диспергатора может быть небольшим. Например, может быть использовано 0,05-1,0%, обычно примерно 0,1 мас.% полиакрилатного диспергатора.

Предпочтительные суспензии согласно данному изобретению содержат относительно общей массы состава: 10-12 мас.% бора в виде пентабората натрия; 0,5-1,5 мас.% IGB; 0,05-0,16, например 0,15 мас.%, ксантановой камеди; 0,00-0,5 мас.% полиакрилатного диспергатора и остальное количество составляет вода.

Количество введенной в состав системы, препятствующей расслоению, очевидно, зависит от размера и концентрации полученных в результате суспендированных частиц. Вообще говоря, суспензия содержит частицы размером преимущественно менее 10 мкм, например 0,1-10,0 мкм, более предпочтительно размером ниже 5 мкм (например, 0,1-5,0 мкм).

Характер взаимодействия между пентаборатом натрия и глиной и полисахаридом, приводящего к сниженной вязкости, не полностью понятен. Пониженная вязкость, наблюдаемая при добавлении ингредиентов, которые, как ожидается, обычно должны приводить к эффекту загущения, выглядит как наиболее удивительное.

Суспензии согласно данному изобретению могут быть получены любым подходящим путем. Подходяще, пентаборат натрия может быть получен в суспензии, с перемешиванием, in situ путем реакции в воде борной кислоты и гидратированного тетрабората натрия, предпочтительно пентагидрата тетрабората натрия, с другими ингредиентами, предварительно смешанными с водой, добавляемыми до, во время или после реакции.

Согласно данному изобретению предлагается способ получения суспензии, включающей взаимодействие в водной суспензии борной кислоты и тетрабората натрия, как правило, по существу, в стехиометрических количествах для пентабората натрия, при перемешивании и до, во время или после взаимодействия, добавление к суспензии глины, полисахарида и каких-либо других ингредиентов, которые сами по себе также диспергированы в воде, или добавление суспензии к ним.

Согласно одному воплощению предлагается способ получения суспензии согласно изобретению, включающий образование смеси глины, полисахарида и каких-либо других ингредиентов с водой, добавление борной кислоты и гидратированного тетрабората натрия, по существу, в стехиометрических количествах для пентабората натрия и последующее взаимодействие при перемешивании.

Размеры частиц исходных материалов бората не являются критическими. Они могут быть в гранулированной, кристаллической или тонко измельченной форме. Альтернативно, они могут быть добавлены в виде влажных лепешек или пульп.

В одном аспекте изобретения вода может быть получена из промышленных жидкостей, получаемых из хорошо известных специалистам процессов производства борной кислоты или тетраборатов натрия, которые соответственно насыщены борной кислотой или тетраборатом натрия.

Предпочтительно глину диспергируют в воде (необязательно содержащей диспергатор) согласно рекомендациям производителей (примерно 10 мин). Затем к суспензии добавляют полисахарид и растворяют согласно рекомендациям производителей (примерно 50 мин). Это приводит к гидратации глины. После этого периода смесь необязательно может быть нагрета, например, вплоть до примерно 50^oС, например до 35-40^oС, подходяще примерно 38^oС. Затем добавляют борную кислоту и тетраборат натрия и оставляют смесь для взаимодействия при перемешивании обычно от примерно получаса до полутора часов, предпочтительно примерно 45 мин, т.е. до тех пор, пока крупные частицы по существу все не прореагируют, например после 1 ч. Никогда не должно быть полного растворения боратных ингредиентов и продукта реакции бората натрия. Смесь затем может быть выгружена в сборник или упакована. Вообще говоря, реакция может продолжаться при выдерживании с какими-либо оставшимися крупными частицами, исчезающими при выдерживании, например, в течение ночи.

Реакция является эндотермической, приводящей к первоначальному падению температуры. Реакция может быть проведена при 20^oC с эндотермой, приводящей к охлаждению до примерно 12^oС после 5-10 мин, в то время как экзотерма ведет к росту температуры до примерно 20^oС, когда кристаллизация почти завершена, т. е. после примерно 30 мин. Для целей диспергирования глины и полисахарида предпочтительна температура 20^oС, т.е. никакого внешнего нагревания не требуется. Однако может быть желательно нагревать дисперсию глины и полисахарида перед добавлением борной кислоты и тетрабората натрия. Если температуре позволяют стать слишком высокой, например вплоть до 80^oС, размеры кристаллов могут становиться неприемлемо большими. Однако температуры вплоть до 50^oС, например 35-40^oС, подходяще примерно 38^oС, обычно могут быть использованы с выгодой и без вредного воздействия на размер частиц. Размер частиц кристаллов, образующих суспензию, находится преимущественно в интервале 0,1-10,0 мкм. Когда реакцию проводят с нагреванием, продолжительность реакции обычно сокращается.

Борная кислота и тетраборат натрия взаимодействуют с образованием пентабората натрия. Реагенты обычно следует использовать в их стехиометрическом отношении Na₂O: 5В₂O₃. Любой избыток борной кислоты или тетрабората натрия будет оставаться непрореагировавшим и может способствовать укрупнению кристаллов в конечных продуктах. В некоторых применениях избыток борной кислоты может быть желательным. В этом случае, когда требуется тонкая борная кислота, суспензия может быть подвергнута мокрому помолу. В модификации тонко измельченная борная кислота может быть добавлена к образованной суспензии. Неожиданным результатом этого является продукт, имеющий по существу те же свойства текучести, что и продукт без добавления борной кислоты. Это тот случай, например, когда количество присутствующей борной кислоты увеличивает общее содержание бора от 10 до 11%.

Составы согласно данному изобретению могут быть использованы в качестве удобрений.

При использовании для нанесения бора на сельскохозяйственные культуры состав согласно данному изобретению совместим с другими удобрениями для растений и может быть использован вместе с ними для одновременного разбрызгивания. Однако для широко признанного азотного удобрения N39, для гарантирования совместимости, подходящей выбранной глиной является IGB, и ее используют с ксантановой камедью и акриловым полимерным диспергатором, который способствует диспергированию ингредиентов состава в N39.

Может быть удобным также в некоторых применениях вводить в состав небольшие количества других микроудобрений, гербицидов, фунгицидов или инсектицидов.

Согласно изобретению предлагается способ обработки культур, например, удобрением, включающий: (a) разбавление водой суспензии согласно изобретению необязательно в присутствии другого средства для обработки, (b) нанесение разбавленного состава на культуру или на место, на котором культуры выращивают или которое предназначено для их выращивания.

Предлагается также способ обработки культур, например, удобрением, включающий нанесение суспензии, согласно изобретению необязательно в присутствии другого средства для обработки, на культуру или на место, на котором культуры выращивают или которое предназначено для их выращивания.

Далее изобретение иллюстрируется со ссылкой на примеры.

Пример 1 Текучую водную боратсодержащую суспензию получают следующим образом.

Воду (4698 г) при 20^oС добавляют в 5-литровый реакционный сосуд и перемешивают при 500 об/мин. Добавляют 12 г акрилового полимерного диспергатора Dispex N40 (ex Allied Colloids) с последующим добавлением 123 г монтмориллонитовой глины IGB (ех IMV Nevada). Перемешивание продолжают 10 мин, затем добавляют 12 г ксантановой камеди Kelzan (ex Kelco Industrial Biopolymers) и перемешивание продолжают еще 50 мин.

Смесь переносят в 10-литровый реакционный сосуд и перемешивают при 1000 об/мин, используя перемешивающий диск с зубцами пилы, чтобы гарантировать постоянное перемешивание всего состава. Добавляют 4200 г борной кислоты Ortibor TG (ex US Borax Inc.) и вслед за этим сразу же 3300 г пентагидрата буры Neobor (ex US Borax Inc.). Перемешивание продолжают следующие 60 мин.

Продукт представляет собой текучую суспензию, содержащую 10 мас.% бора в виде пентабората натрия с суспендированными частицами, имеющими размер менее 10 мкм.

Примеры 2-6
Следуют способу примера 1 и ингредиенты добавляют в количествах, указанных в таблице.

В каждом случае получают способный литься стабильный состав.

Пример 7
247 г (2 мас.%) Бентонита диспергируют в воде (4585 г) при 40^oC с перемешиванием в течение 10 мин. Добавляют 12 г (0,1 мас.%) ксантановой камеди Kelzan и перемешивание продолжают следующие 50 мин.

К полученной смеси добавляют борную кислоту (4200 г) и пентагидрат буры (3300 г). Полученную смесь перемешивают при 850 об/мин в течение 45 мин, используя лопасть с зубцами пилы.

Продукт представляет собой текучую и стабильную суспензию, содержащую 10 мас.% бора в виде пентабората натрия, с суспендированными частицами, имеющими размер частицы менее чем 10 мкм.

Пример 8
Воду (132,5 кг) при 20^oС заливают в 200-литровый резервуар с перемешиванием при 200 об/мин с использованием головки с зубцами пилы, имеющей диаметр 10 см. Добавляют 0,35 кг (0,1 мас.%) диспергатора Dispex с последующим добавлением 3,5 кг (1 мас.%) глины IGB. Перемешивание продолжают 10 мин и затем добавляют 0,35 кг (0,1 мас.%) ксантановой камеди Kelzan и перемешивание продолжают еще 50 мин.

Смесь переносят в 500-литровый резервуар, снабженный рубашкой, и перемешивают, используя высокоэффективные мешалки с двойным пропеллером обтекаемой формы с диаметром 25 см. Затем смесь нагревают до 38^oС нагнетанием пара через нагревательную рубашку. Добавляют в резервуар борную кислоту (119,5 кг) и пентагидрат буры (94 кг) и перемешивание проводят в течение 75 мин при 100 об/мин.

Продукт представляет собой текучую и стабильную суспензию, содержащую 10 мас.% бора в виде пентабората натрия.

Формула изобретения

1. Текучая водная боратсодержащая суспензия, указанная суспензия в воде содержит 8-13 мас.% бора в виде пентабората натрия, 0,1-3,0% набухаемой глины от общей массы состава и 0,05-0,2% полисахарида от общей массы состава.

2. Суспензия по п.1, которая содержит 9,5-12,5 мас.% бора в виде пентабората натрия.

3. Суспензия по п.1, которая содержит 10-12 мас.% бора в виде пентабората натрия.

4. Суспензия по любому из предшествующих пунктов, которая содержит 0,5-1,5% набухаемой глины от общей массы состава.

5. Суспензия по п.4, которая содержит приблизительно 1% от общей массы состава набухаемой глины.

6. Суспензия по любому из предшествующих пунктов, где набухаемая глина является монтмориллонитовой глиной, минеральным аналогом монтмориллонита или сепиолитом.

7. Суспензия по п.6, где набухаемая глина является обогащенной натрием монтмориллонитовой глиной, натриевой монтмориллонитовой глиной, гекторитом или сепиолитом.

8. Суспензия по любому из предшествующих пунктов, имеющая размер частиц 0,1-10,0 мкм.

9. Суспензия по любому из предшествующих пунктов, где используемым полисахаридом является ксантановая камедь.

10. Суспензия по любому из предшествующих пунктов, которая также содержит диспергатор.

11. Суспензия по п.10, где диспергатором является полиакрилат.

12. Суспензия по любому из предшествующих пунктов, которая также содержит частицы борной кислоты.

13. Способ получения суспензии по любому из пп.1-12, включающий взаимодействие в водной суспензии борной кислоты и тетрабората натрия, при перемешивании с образованием пентабората натрия в присутствии глины, полисахарида и необязательно диспергатора.

14. Способ по п.13, где получают смесь глины, полисахарида и необязательно диспергатора с водой, добавляют борную кислоту и гидратированный тетраборат натрия в, по существу, стехиометрических количествах для пентабората натрия и оставляют для взаимодействия при перемешивании.

15. Способ обработки культуры, включающий нанесение суспензии по любому из пп. 1-12 необязательно в присутствии другого средства для обработки на культуру или на место, на котором культуры выращивают или которое предназначено для их выращивания.

16. Способ по п.15, где суспензию разбавляют водой перед нанесением.

РИСУНКИ

Рисунок 1