含甲基/乙基酯的涂料组合物及其使用方法.pdf

含甲基/乙基酯的涂料组合物及其使用方法
    【发明背景】

    1.发明领域

    一般性地，本发明涉及涂料组合物及其使用方法。具体而言，本发明的组合物用于涂在松散固体上。这些涂料组合物包含沥青材料和有效量的甲基/乙基酯稀释剂。本发明的组合物特别适用于减轻肥料中粉尘的形成和结块，以及煤尘或煤粉的粉尘控制。

    2、相关技术描述

    松散材料的储存和处理存在和粉尘的形成和/或结块有关的独特的问题。具体而言，粉尘的形成和散布造成安全、健康和环境问题。结块带来松散材料储存和处理上的问题。

    这些问题在肥料工业中尤其突出。具体而言，肥料，一般为粉末、结晶或颗粒形式，有结块的趋势。随时间的过去，肥料由于湿度和/或温度的变化而形成更多或更少的固体块。在使用这些肥料前，必须将其打碎成适合于在田中均匀分布的材料，并防止堵塞分配机械。

    肥料粉尘由肥料颗粒组成，这些颗粒足够小、轻至可以被空气传播。过多的粉尘对生产者和终端用户都是问题。具体而言，肥料粉尘以及煤灰造成了大量问题，包括：与环境兼容有关的问题，工人的安全，工人的生产率，以及增加的处理和储存设备的维修。此外，粉尘量随时间的过去有增加的趋势，并在延长储存或非理想条件下储存时加剧。而且，粉尘造成自燃的问题。自燃是一个问题，因为它同时涉及肥料和煤的处理温度以及成品地储存温度。

    已经开发了多种方法来克服肥料结块和起尘问题，有些取得了一定的成功。例如，已经发现用少量的水在升高的温度下搅拌肥料颗粒，将肥料和惰性矿物材料或者松散的有机材料混合，喷射含诸如石蜡、沥青和石油树脂的熔化材料的肥料以形成大小均匀的小球，并减少肥料颗粒之间的接触点，在短时间内能抑制结块和减少粉尘的形成。其他降低结块和起尘的方法包括用防潮袋或其它容器运输肥料，筛除长大的结晶得到均匀的大小。

    沥青在肥料涂料中特别有用。为了制造沥青基涂剂，必须将沥青粘度减少到能够将它喷射到肥料上的程度。常规的石油基油是出于这个目的而被使用的。

    脂肪酸甲酯和乙酯是大家熟知的，被应用于许多领域中，包括农业领域中的除草剂载体，以及沥青行业中净化设备所用的溶剂。

    上述的用于改善抗结块的处理有些实际上产生了起尘问题。此外，尽管这些添加剂和处理方法可以表现出改善的抗结块和抗起尘性，它们都减少了营养物在肥料中的浓度，导致产品等级降低。而且，对肥料颗粒进行浸渍或涂层妨碍了营养物的释放速率。

    基于上述，在沥青行业中，沥青已经被用于涂在肥料上，而甲基/乙基酯已经被用作除草剂的载体和清洗设备的溶剂。但是，并没有人提出涂有含甲基/乙基酯的沥青的肥料可能显示优良的抗结块和抗起尘的性能。因此，考虑到现有技术，在提出本发明时，对相关技术领域的普通技术人员而言，以前并不清楚如何能够提供所需的具有改善了的粉尘控制和降低结块性、又不对肥料质量和/或释放速率产生负面影响的肥料。发明概述

    根据本发明，提供了一种涂在散装固体上的组合物。本发明的散装固体包括有机材料、无机材料及其混合物，这些材料是颗粒状、碾碎的、压实的、结晶的或成粒固体及其混合形式。上述形式的煤涂料也在本发明的预期范围之内。涂料包含沥青材料和有效量的酯稀释剂。可用于本发明的沥青材料包括沥青、沥青柏油、焦油沥青、煤焦油、煤沥青及其混合物。酯稀释剂是来自动物、植物和合成材料的脂肪酸甲基或乙基酯、油及其混合物。酯稀释剂的有效量为，以涂料组合物的总重量计，约0.01％～约99.9％。

    涂料组合物的粘度在60℃为约3cP～约20000cP。具体而言，可用于本发明的涂料组合物的粘度要小于含有效量石油烃稀释剂的涂料组合物的粘度。更具体地，本发明涂料组合物的粘度小于所含石油烃稀释剂量占涂料组合物总重量约0.01％～约99.9％的涂料组合物的粘度。

    涂有本发明涂料组合物的散装固体所产生的粉尘比那些涂了含有效量石油烃稀释剂的涂料组合物的散装固体要少。具体而言，涂有本发明涂料组合物的散装固体所产生的粉尘量少于涂了所含石油烃稀释剂量占涂料组合物总重量0.01％～约99.9％的涂料组合物的散装固体。此外，涂有本发明涂料组合物的散装固体的结块现象也少于涂了含有效量石油烃稀释剂的涂料组合物的散装固体。实际上，涂有本发明涂料组合物的散装固体的结块现象少于涂了所含石油烃稀释剂量占涂料组合物总重量约0.01％～约99.9％的涂料组合物的散装固体。

    因此，本发明包括如下描述中的特征和要素的组合，其范围将在附加的权利要求中指出。发明详述

    本发明涉及含沥青材料以及甲基酯和/或乙基酯的涂料组合物和将这种组合物用于散装固体的方法。优选用这些涂料来处理肥料以同时减少结块和粉尘的形成，用于处理煤来降低煤灰量。具体而言，已经发现用甲基或乙基酯稀释剂取代现有的石油基油类稀释剂有利于提供一种更优良的可喷射沥青涂料组合物。

    具体而言，得到可喷射沥青组合物所需的酯稀释剂量比所需的石油基油类稀释剂量要小很多，因此在肥料颗粒表面上有更多的沥青，从而产生更优良的抗起尘和抗结块效果。此外，甲基/乙基酯的闪点比石油基油类稀释剂要大，因而得到一种更安全、更不可燃、更不易燃的涂料。

    可用于本发明的沥青材料包括沥青、柏油沥青、焦油沥青、煤焦油、煤沥青及其混合物。可以使用多种来源和多种级别的这些沥青材料。例如，沥青材料，特别是沥青，可以从Marathon oil Company，Tampa，Florida，The Coastal Corporation，Port Canaveral，Florida和Mariani Asphalt，Tampa，Florida获得。

    可用于本发明的甲基和/或乙基酯可以是蒸馏过的，随后和合适的醇反应，所用的方法是本领域中已知的，其来源包括，但不局限于：油菜籽油、向日葵油、谷类油、红花油和大豆油。这些可用于本发明的酯是含8～24个碳原子的链，通式为CH3(CH2)nC-O-R＝O，其中n＝6-22，R是CH3或CH2CH3。或者，这些甲基/乙基酯还可以从Ocean AirEnvironmental，1248 George Jenkins Boulevard，Lakeland，Florida 33801获得。甲基酯是优选的稀释剂。

    涂料组合物用于涂在有机和无机肥料组合物及其混合物上。可用于本发明的肥料是颗粒状的、丸状的、碾碎的、压实的、结晶的或成粒的形式。肥料可以从包括Cargill Fertilizer，Bartow，Florida在内的多种来源获得。

    本发明的涂料组合物不会干扰肥料的等级或释放速率。具体而言，本发明涂料组合物包含有效数量的甲基和/或乙基酯，其量足以稀释沥青材料得到这样一种涂料，该涂料具有适合于喷射的粘度，并均匀分布在散装固体上以减少粉尘的形成和结块，同时维持肥料等级和营养成分释放速率。本发明的涂料组合物改变了散装固体的表面特性，使其能够在运输和存储过程中抵抗结块和起尘。实施例

    如下实施例用来提供对本发明的进一步评价，并没有任何限制本发明有效范围的含义。实施例1-确定粉尘量

    用如下方式制备涂料。

    将从Ocean Air Environmental(OAE)，Lakeland，Florida获得的脂肪酸甲酯(FAME)和从Marathon Oil Company，Tampa，Florida获得的沥青(AC-5级)混合在一起。本发明涂料包含78％的沥青和22％的FAME，在140°F下的粘度为500cP。

    第二种涂料是通过将从Young Oil Company，Birmingham，Alabama获得的石油烃，一种石蜡175 Saybolt Universal Seconds(SUS)油，和从Marathon Oil Company，Tampa，Florida获得的沥青(AC-5级)混合制得的。第二种涂料包含65％的沥青和35％的石蜡油，在140°F下的粘度为500cP。

    所有粘度都是用Brookefield粘度计测定的。

    散装材料用如下方式进行涂层。

    磷酸氢二铵(DAP)肥料从Cargill Fertilizer，Bartow，Florida获得。将九个200gDAP样品称重到宽嘴、玻璃夸脱罐(VWR Scientific，Atlanta，Georgia)中，并放置在140°F烘箱中。

    将上述的FAME涂料和石油烃涂料样品也放置在140°F烘箱中。

    1小时后，从炉中移出三个DAP样品，以0.5加仑/吨DAP的比例涂以石油烃涂料。

    另三个DAP样品以0.5加仑/吨DAP的比例涂以FAME涂料。

    最后三个DAP样品留作无涂层的对照。

    所有样品的处理方法相同，只是不向无涂层的对照样中滴加任何东西。但是，如下所述，将无涂层的对照样翻滚5分钟。

    具体而言，将特定涂料分别滴加到每个DAP容器中，随后将每个容器在摇动转臂(INDCO，Inc.，New Albany，Indiana)上旋转5分钟。在5分钟的翻转过程中，将设置在高位上的Varitemp热风枪(MasterAppliance Corp.，Racine，Wisconsin)对着每个DAP容器。

    每个样品的粉尘量用U.S.P No.6,062,094中所公开和要求保护的粉尘塔来测量，专利全文结合在此作为参考。粉尘量分别在0天(初始)、7天和14天测量。所测定的粉尘量的结果见下面的表1。

    表1：涂覆和未涂覆的DAP的粉尘减少数据                                     初始粉尘量           粉尘量(磅/吨)    涂料   涂料比例   (加仑/吨)    1    2    3  平均粉尘量    (磅/吨)   粉尘减少    百分比    对照   2.47   2.35   2.49     2.44  石油涂料     0.5   0.06   0.05   0.04     0.05     97.95  FAME涂料     0.5   0.03   0.05   0.04     0.04     98.36                                            7天后的粉尘量         累积粉尘量(磅/吨)    涂料   涂料比例   (加仑/吨)    1    2    3  累积平均粉  尘量(磅/吨)   累积粉尘   减少百分      比    对照   2.58   2.79   2.63     2.67  石油涂料     0.5   0.36   0.33   0.37     0.35    86.75  FAME涂料     0.5   0.24   0.26   0.23     0.24    90.88                                         14天后的粉尘量         累积粉尘量(磅/吨)    涂料   涂料比例   (加仑/吨)    1    2    3  累积平均粉  尘量(磅/吨)   累积粉尘   减少百分      比    对照   2.84   2.98   2.94    2.92  石油涂料     0.5   0.57   0.56   0.52    0.55     81.16  FAME涂料     0.5   0.29   0.28   0.33    0.30     89.73

    如表1所示，涂了FAME的DAP与涂了石油烃的DAP相比，初始、7天和14天产生的粉尘较少。如表1所显示的，0天时涂了FAME的DAP和涂了石油烃的DAP的初始粉尘量非常接近，相互之间只有0.41％的差别，其中涂了FAME的DAP所表现出的粉尘减少的百分比要比涂了石油烃的DAP稍微大一些。第7天时涂了FAME的DAP与涂了石油烃的DAP相比，持续保持产生较少的粉尘，有4.13％的差别。粉尘减少比例的增加在第14天依然保持着，涂了FAME的DAP与涂了石油烃的DAP相比产生的粉尘要少8.57％。    

    这些结果还表明涂了FAME的DAP与涂了石油烃的DAP相比，其粉尘减少比例的增加随时间增加而达到更大的程度。具体而言，比较第7天样品的粉尘减少量和第14天样品的粉尘减少量表明：从第7天到第14天，涂了FAME的DAP产生的粉尘仅增加了1.15％，而涂了石油烃的DAP产生的粉尘增加了5.59％。实施例2-测定结块强度。

    如实施例1所述制备对照样品(100g)，将涂了FAME的和涂了石油烃的DAP分别放入三个圆柱形打孔的样品池中。样品池长3.4英寸，直径为2英寸。将气动柱塞放置在九个样品的各个顶部，并加压到25psi。

    然后如下面的表2所示，将DAP样品暴露在一定的温度和湿度下，以加速结块过程。

                   表2：松散固体的加速结块        时间(h)   初始/最终温度(℃)   初始/最终相对湿度          (％)    0.5      60/60          30/30     2      60/45          30/70     1      45/60          75/30

    在冷却到室温之后，从气动柱塞除去压力，并用连接到应变仪上的1/4″探头测量所得结块的破裂强度。探头穿透到结块内1英寸深处，随后读取应变仪数值得到每个结块的磅强度。

    结块强度，用lbs/in2(psi)表示，由磅强度除以结块的截面积计算而得。结块强度比例是用被涂样品组(3个样品)的平均结块强度除以对照样品组(3个样品)的平均结块强度计算出来的。这些结果示于下列表3中。

                                                表3：结块强度            结块强度(磅)  涂层剂   涂料比例   (加仑/吨)    1    2    3 平均结块 强度(磅) 结块强度   (psi) 结块强度   比例   对照    8.8    9.9    9.7    9.5    3.0  石油涂料     0.5    4.9    5.1    5.2    5.1    1.6   0.54  FAME涂料     0.5    3.3    3.0    2.8    3.0    1.0   0.32

    如表3所示，本发明涂料的结块强度(psi)小于现有技术的石油烃涂料。这些结果显示涂了本发明涂料的肥料与涂了石油烃涂料的肥料相比更容易处理且更不容易结块。

    这些实验结果表明本发明的涂料组合物比现有的含石油烃稀释剂的涂料更优良。改善对煤的粉尘控制

    涂料的制备方法和上述的肥料涂料相同，即：

    脂肪酸甲酯(FAME)样品从Ocean Air Environmental(OAE)，Lakeland，FL.获得。沥青(AC-5级)从Marathon Oil Company，Tampa，FL.获得。制备由78％沥青和22％FAME组成的涂料，以满足在140°F下的目标粘度为500cps。所有的粘度都是用Brookefield粘度计测定的。从沥青和石蜡175 Saybolt Universal Seconds(SUS)油制备出100％的石油烃涂料。175SUS油从Young Oil Company，Birmingham，AL.获得。通过将65％沥青和35％石蜡油混合在一起得到目标粘度为500cps的石油烃涂料。

    用如下方法涂覆煤粉：

    所用煤粉是用100和200-目筛网过筛10分钟而获得的。收集保留在100-目筛网上的煤粉部分用于测试。将九个200g煤粉样品称重到宽嘴、玻璃夸脱罐(VWR，Atlanta，GA)中，并放置在140°F烘箱中。将上述的FAME涂料和石油涂料样品也放置在140°F烘箱中。1小时后，从炉中取出三个煤粉样品，并以0.5加仑/吨的比例涂以石油涂料。另三个煤粉样品以0.5加仑/吨的比例涂以FAME涂料。处理方法包括将涂料分别滴加到煤粉容器中，随后将容器在摇动转臂(INDCO，Inc.，New Albany，Indiana)上旋转5分钟。在5分钟的翻转过程中，将设置在高位的Varitemp热风枪(Master Appliance Corp.，Racine，WI)对着煤粉容器。最后三个煤粉样品不做处理，用作对照。

    测得的粉尘量：

    被涂煤粉样品的粉尘量通过收集并称量通过100-目筛的物质来测定。见表4的粉尘减少数据。

    表4：带涂层的和不带涂层的煤样品的粉尘部分平均百分比    涂料     涂料比例   平均-100目部分        (％)    对照        8.7  石油-基    0.5加仑/吨        5.8  FAME-基    0.5加仑/吨        5.3

    因此，尽管必然相信这里所描述的是本发明优选的实施方案，但本领域中的技术人员应当理解，在不偏离本发明宗旨的前提下，可以进行其他和进一步的修改。这意味着本发明所有这样的修改都包含在权利要求中所阐述的发明范围之内。