Капсулированная частица

Капсулированная частица

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к капсулированию. Точнее, настоящее изобретение относится к капсулированной частице, которая включает ядро частицы, базовый слой и наружный слой.

Уровень техники

Капсулированные частицы, такие как удобрения с регулируемым выделением, известны в сельском хозяйстве. Такие капсулированные частицы обычно включают один или большее количество слоев, расположенных вокруг ядра частицы, содержащего удобрение, такое как мочевина. Толщина и цельность слоев ограничивают скорость растворения капсулированных частиц, а именно, скорость, с которой из капсулированной частицы высвобождается ядро частицы, например, в почву, которая содержит влагу.

К сожалению, во многих обычных капсулированных частицах толщина одного или большего количества слоев непостоянна, что приводит к увеличенным скоростям растворения. В сельскохозяйственной науке известно, что такие повышенные скорости растворения приводят к потерям и фитотоксичности, т.е. токсическому воздействию удобрения на рост растений. Кроме того, многие обычные капсулированные частицы содержат слои, цельность которых нарушена, поскольку слои содержат дефекты, такие как трещины, ямки, углубления и т.п. Когда слой, включающий такие дефекты, расположен вокруг ядра частицы, тогда трещины, ямки и/или углубления допускают проникновение воды и других жидкостей в слои и тем самым преждевременное взаимодействие с ядром частицы и его растворение. Для устранения таких дефектов обычно необходимо расположить вокруг ядра частицы множество слоев значительной толщины, что приводит к длительной и дорогостоящей технологии формирования капсулированной частицы. Кроме того, в зависимости от состава одного или большего количества слоев, многие обычные капсулированные частицы подвержены разрушению и ухудшаются другие их рабочие характеристики, поскольку слои не обладают достаточной прочностью и долговечностью в диапазоне температур и условий окружающей среды. Такое разрушение ухудшает долговечность капсулированных частиц и приводит к потерям при хранении, обработке и применении капсулированных частиц.

Соответственно, сохраняется возможность изготовления капсулированной частицы, обладающей улучшенной влагостойкостью, улучшенной стойкостью к набуханию и повышенной прочностью и долговечностью в диапазоне температур и условий окружающей среды. Также сохраняется возможность изготовления капсулированной частицы, обладающей увеличенными и более предсказуемыми скоростями растворения, и возможность разработки экономичного и эффективного способа формирования такой капсулированной частицы.

Краткое изложение сущности и преимущества изобретения

Капсулированная частица включает ядро частицы, базовый слой и наружный слой. Базовый слой расположен вокруг ядра частицы и содержит поликарбодиимид. Наружный слой расположен вокруг базового слоя и содержит воск.

Способ формирования капсулированной частицы включает стадии вступления в реакцию изоцианата в присутствии катализатора с образованием поликарбодиимида, капсулирования ядра частицы поликарбодиимидом с образованием базового слоя и капсулирования базового слоя воском с образованием наружного слоя. Кроме того, система для получения капсулированной частицы включает ядро частицы, изоцианат, катализатор и воск.

Капсулированная частица является особенно эффективной, поскольку базовый слой, содержащий поликарбодиимид, и наружный слой, содержащий воск, препятствуют быстрому высвобождению ядра частицы и обеспечивают регулируемое высвобождение, например растворение ядра частицы. Поликарбодиимид придает базовому слою такие характеристики, как гидрофобность, термическая стабильность, стойкость к истиранию и долговечность. Наружный слой, содержащий воск, вместе с базовым слоем обеспечивает более полное капсулирование ядра частицы и тем самым сводит к минимуму количество базового слоя, необходимое для обеспечения превосходного регулируемого высвобождения. Кроме того, способ формирования капсулированной частицы также способствует более полному капсулированию ядра частицы и образованию базового и наружного слоев, обладающих равномерной толщиной и минимальным количеством дефектов.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Настоящее изобретение относится к капсулированной частице, способу формирования капсулированной частицы и системе для получения капсулированной частицы. Капсулированная частица включает ядро частицы, базовый слой, расположенный вокруг ядра частицы, и наружный слой, расположенный вокруг базового слоя. Ядро частицы обычно включает удобрение, которое может включать кальций, магний, азот, фосфат, калий, серу и их комбинации. Удобрение можно выбрать из группы, включающей азотные удобрения, фосфорные удобрения, калийные удобрения, серосодержащие удобрения и их комбинации, например смешанные удобрения. Подходящие удобрения включают, но не ограничиваются только ими, безводный аммиак, мочевину, нитрат аммония, смесь мочевины с нитратом аммония, нитрат калия, нитрат кальция-аммония, фосфат кальция, фосфорную кислоту, моноаммонийфосфат, полифосфат аммония, фосфат-сульфат аммония, карбонат калия, нитрат аммония, нитрат калия, хлорид калия, сульфат калия, сульфат аммония и серную кислоту и их комбинации. Типичные неограничивающие примеры удобрения включают мочевину и моноаммонийфосфат.

Ядро частицы также может включать компоненты, не являющиеся удобрениями. Такие другие компоненты включают, но не ограничиваются только ими, гербициды, инсектициды, фунгициды и другие компоненты, предназначенные для использования в сельском хозяйстве. Однако применение капсулированной частицы не ограничивается сельским хозяйством и состав ядра частицы, соответствующего настоящему изобретению, не ограничивается удобрением или другими компонентами, описанными выше.

Хотя форма ядра частицы не является критически важной, ядра частиц, обладающие сферической формой, являются предпочтительными. В соответствии с этим, ядро частицы обычно является сферическим или почти сферическим. Хотя ядро частицы может обладать любым размером, ядро частицы обычно обладает размером, равным от №170 до 5/16 дюйма, более типично от №35 до №3 1/2 и наиболее типично от №18 до №5 при измерении по стандартной методике рассеивания с использованием набора сит, применяющегося в США. Это означает, что ядро частицы обычно обладает размером, равным от 0,1 до 7, более типично от 0,5 до 5 и наиболее типично от 1 до 4 мм. Ядра частиц, которые являются сферическими или почти сферическими и обладают такими размерами, обычно позволяют содержать меньшее количество слоев и обычно позволяют слоям располагаться вокруг ядра частицы с повышенной однородностью и законченностью по сравнению с ядрами частиц, обладающими другими размерами.

При использовании в настоящем изобретении выражение "расположенней вокруг" охватывает слои, расположенные вокруг ядра частицы, и также охватывает частичное и полное покрытие ядра частицы слоями. Слои расположены вокруг ядра частицы в количестве, достаточном для формирования капсулированной частицы, которую можно эффективно использовать в случаях, когда необходимо регулируемое высвобождение. Сам по себе любой данный образец капсулированной частицы обычно включает ядра частиц, имеющие расположенные на нем слои, и слои обычно расположены вокруг достаточно большой части поверхности каждого отдельного ядра частицы, так что можно эффективно регулировать высвобождение ядра частицы.

Обычно слои расположены вокруг по меньшей мере 75, более типично вокруг по меньшей мере 95 и наиболее типично вокруг по меньшей мере 99% ядра частицы. Другими словами, ядро частицы может быть частично или полностью капсулировано слоями.

Как отмечено выше, базовый слой содержит поликарбодиимид. Обычно базовый слой формируют по реакции изоцианата в присутствии катализатора. Это означает, что базовый слой обычно содержит поликарбодиимид, который является продуктом реакции изоцианата в присутствии катализатора. Базовый слой может быть продуктом реакции одного типа изоцианата. В альтернативном случае, базовый слой может быть продуктом реакции по меньшей мере двух разных изоцианатов, так что изоцианат, указанный выше, определяется как первый изоцианат и второй изоцианат, который отличается от первого изоцианата. Очевидно, что базовый слой, содержащий поликарбодиимид, может быть продуктом реакции более двух изоцианатов.

Изоцианатом может быть любой тип изоцианата, известный специалистам в данной области техники. Изоцианатом может быть полиизоцианат, содержащий две или большее количество функциональных групп, например две или большее количество функциональных групп NCO. Изоцианаты, подходящие для задач настоящего изобретения, включают, но не ограничиваются только ими, алифатические и ароматические изоцианаты. В различных вариантах осуществления изоцианат выбран из группы, включающей дифенилметандиизоцианаты (МДИ), полимерные дифенилметандиизоцианаты (ПМДИ), толуолдиизоцианаты (ТДИ), гексаметилендиизоцианаты (ГДИ), изофорондиизоцианаты (ИФДИ) и их комбинации.

Изоцианатом может быть форполимер изоцианата. Форполимер изоцианата обычно является продуктом реакции изоцианата и полиола и/или полиамина. Изоцианатом, использующимся в форполимере, может быть любой изоцианат, описанный выше. Полиол, используемый для получения форполимера, обычно выбран из группы, включающей этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, бутандиол, глицерин, триметилолпропан, триэтаноламин, пентаэритрит, сорбит, биополиолы и их комбинации. Полиамин, используемый для получения форполимера, обычно выбран из группы, включающей этилендиамин, толуолдиамин, диаминодифенилметан и полиметиленполифениленполиамины, аминоспирты и их комбинации. Примеры подходящих аминоспиртов включают этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин и их комбинации.

Конкретные изоцианаты, которые можно использовать для образования базового слоя, включают, но не ограничиваются только ими, толуолдиизоцианат; 4,4′-дифенилметандиизоцианат; м-фенилендиизоцианат; 1,5-нафталин диизоцианат; 4-хлор-1,3-фенилендиизоцианат; тетраметилендиизоцианат; гексаметилендиизоцианат; 1,4-дициклогексилдиизоцианат; 1,4-циклогексилдиизоцианат, 2,4,6-толуилентриизоцианат, 1,3-диизопропилфенилен-2,4-диизоцианат; 1-метил-3,5-диэтилфенилен-2,4-диизоцианат; 1,3,5-триэтилфенилен-2,4-диизоцианат; 1,3,5-триизопропилфенилен-2,4-диизоцианат; 3,3′-диэтилбисфенил-4,4′-диизоцианат; 3,5,3′,5′-тетраэтилдифенилметан-4,4′-диизоцианат; 3,5,3′,5′-тетраизопропилдифенилметан-4,4′-диизоцианат; 1-этил-4-этоксифенил-2,5-диизоцианат; 1,3,5-триэтилбензол-2,4,6-триизоцианат; 1-этил-3,5-диизопропилбензол-2,4,6-триизоцианат и 1,3,5-триизопропилбензол-2,4,6-триизоцианат.Другие подходящие базовые слои также можно сформировать из ароматических диизоцианатов или изоцианатов, содержащих в качестве заместителей один или два арила, алкила, арилалкила или алкоксигруппы, где по меньшей мере один из этих заместителей содержит по меньшей мере два атома углерода. Конкретные примеры подходящих изоцианатов включают LUPRANATE® L5120, LUPRANATE® MM103, LUPRANATE® M, LUPRANATE® ME, LUPRANATE® M1, LUPRANATE® M20 и LUPRANATE® M70, все их продает компания BASF Corporation (г. Флорхем Парк, шт. Нью-Джерси, США).

Например, изоцианат, используемый для образования базового слоя, может представлять собой LUPRANATE® M20, LUPRANATE® М и их комбинации. LUPRANATE® M20 обладает содержанием NCO около 31,5 мас.%, и LUPRANATE® M обладает содержанием NCO около 33,5 мас.%. В одном варианте осуществления изоцианат представляет собой полимерный дифенилметандиизоцианат, обладающий содержанием NCO около 31,5 мас.%, и/или 4,4′-дифенилметандиизоцианат, обладающий содержанием NCO около 33,5 мас.%.

Как указано выше, различные изоцианаты могут вступать в реакцию с образованием базового слоя. Если один или большее количество изоцианатов вводят в реакцию с образованием базового слоя, то можно дополнительно оптимизировать или сбалансировать физические характеристики базового слоя, такие как твердость, прочность, износостойкость, пластическая деформация, хрупкость, термостойкость и стойкость к воздействию окружающей среды.

В одном варианте осуществления первый изоцианат дополнительно определяется как полимерный изоцианат и второй изоцианат дополнительно определяется как мономерный изоцианат. Саму по себе смесь LUPRANATE® M20 и LUPRANATE® M можно вводить в реакцию с образованием базового слоя. LUPRANATE® M20 содержит полимерные изоцианаты, такие как полимерный дифенилметандиизоцианат, и также содержит мономерные изоцианаты. LUPRANATE® M содержит только мономерные изоцианаты. Как известно в данной области техники, мономерный изоцианат включает, но не ограничивается только ими, 2,4′-дифенилметандиизоцианат (2,4′-МДИ) и 4,4′-дифенилметандиизоцианат (4,4′-МДИ). Также хорошо известно в данной области техники, что полимерный изоцианат включает изоцианаты, содержащие два или большее количество ароматических колец.

Увеличение количества LUPRANATE® M20 в смеси увеличивает количество полимерного МДИ в смеси, а увеличение количество полимерного МДИ в смеси влияет на физические характеристики базового слоя. Например, в одном варианте осуществления смесь LUPRANATE® M20 и LUPRANATE® M вводят в реакцию с образованием базового слоя. Обычно увеличение количества LUPRANATE® M20 и уменьшение количества LUPRANATE® M в смеси приводит к образованию базового слоя, который является более твердым, прочным и не подвергается значительной пластической деформации; однако базовый слой также может быть хрупким. Аналогичным образом, уменьшение количества LUPRANATE® M20 и увеличение количества LUPRANATE® M в смеси обычно приводит к уменьшению хрупкости, но к увеличению пластической деформации базового слоя.

В варианте осуществления, в котором первый изоцианат дополнительно определяется как полимерный изоцианат и второй изоцианат дополнительно определяется как мономерный изоцианат, полимерный изоцианат, такой как LUPRANATE® M20, обычно вводят в реакцию в количестве, равном от 20 до 100, более типично от 40 до 80, наиболее типично от 60 до 70 мас.%, и мономерный изоцианат, такой как LUPRANATE® M, обычно вводят в реакцию в количестве, равном от 20 до 80, более типично от 25 до 60, наиболее типично от 30 до 40 мас.%, оба в пересчете на полную массу полимерного и мономерного изоцианатов. Полимерный изоцианат и мономерный изоцианат этого варианта осуществления обычно взаимодействуют в массовом отношении, составляющем от 4:1 до 1:4, более типично от 2,5:1 до 1:1 и еще более типично 2,0:1, с образованием базового слоя.

Один или большее количество изоцианатов обычно нагревают в присутствии катализатора с образованием базового слоя. Таким образом, базовый слой содержит поликарбодиимид, который является продуктом реакции изоцианатов в присутствии катализатора. Один или большее количество изоцианатов обычно нагревают в присутствии катализатора с образованием базового слоя. Катализатором может быть любой тип катализатора, известный специалистам в данной области техники. Обычно катализатор выбран из группы, включающей соединения фосфора, третичные амиды, соединения щелочных металлов, соли металлов и карбоновых кислот, неосновные металлоорганические соединения и их комбинации. Например, один или большее количество изоцианатов можно нагреть в присутствии соединения фосфора с образованием базового слоя. Подходящие неограничивающие примеры соединений фосфора включают фосфаты, такие как триэтилфосфат (ТЭФ), который обладает следующей структурой:

Другие подходящие неограничивающие примеры соединений фосфора включают, но не ограничиваются только ими, фосфоленоксиды, такие как 3-метил-1-фенил-2-фосфоленоксид (МФФО), 1-фенил-2-фосфолен-1-оксид, 3-метил-1-2-фосфолен-1 -оксид, 1-этил-2-фосфолен-1-оксид, 3-метил-1-фенил-2-фосфолен-1-оксид, их 3-фосфоленовые изомеры и 3-метил-1-этил-2-фосфоленоксид (МЭФО). Одним особенно подходящим фосфоленоксидом является МФФО, обладающий следующей структурой:

Другим особенно подходящим фосфоленоксидом является МЭФО, обладающий следующей структурой:

Катализатор может содержаться в любом количестве, достаточном для катализа реакции между изоцианатами. Обычно катализатор содержится в поликарбодиимиде в количестве, равном более 0,01, более типично равном от 0,5 до 10, еще более типично равном от 1 до 5 и наиболее типично равном от 1,0 до 4 мас.% в пересчете на 100 мас.% изоцианатов.

В предпочтительном варианте осуществления 3-метил-1-фенил-2-фосфоленоксид обычно содержится в поликарбодиимиде в количестве, равном более 0,01, более типично равном от 0,5 до 10, еще более типично равном от 1 до 5 и наиболее типично равном от 1,0 до 4 мас.% в пересчете на 100 мас.% изоцианатов.

В одном варианте осуществления МФФО и ТЭФ используют в массовом отношении, составляющем от 1:10 до 10:1, более типично от 1:5 до 3:1 и наиболее типично от 1:3 до 1:1. В другом варианте осуществления МФФО и дипропиленгликоль используют в массовом отношении, составляющем от 1:10 до 10:1, более типично от 1:5 до 3:1 и наиболее типично от 1:3 до 1:1.

Предпочтительные базовые слои, которые являются подходящими для задач настоящего изобретения, включают, но не ограничиваются только ими, мономеры, олигомеры и полимеры диизопропилкарбодиимида, дициклогексилкарбодиимида, метил-трет-бутилкарбодиимида, 2,6-диэтилфенилкарбодиимида; ди-орто-толилкарбодиимида; 2,2′-диметилдифенилкарбодиимида; 2,2′-диизопропилдифенилкарбодиимида; 2-додецил-2′-н-пропилдифенилкарбодиимида; 2,2′-диэтоксидифенилдихлордифенилкарбодиимида; 2,2′-дитолилдифенилкарбодиимида; 2,2′-дибензилдифенилкарбодиимида; 2,2′-динитродифенилкарбодиимида; 2-этил-2′-изопропилдифенилкарбодиимида;

2,6,2′,6′-тетраэтилдифенилкарбодиимида; 2,6,2′,6′-тетра-втор-бутилдифенилкарбодиимида; 2,6,2′,6′-тетраэтил-3,3′-дихлордифенилкарбодиимида; 2-этилциклогексил-2-изопропилфенилкарбодиимида; 2,4,6,2′,4′,6′-гексаизопропилдифенилкарбодиимида; 2,2′-диэтилдициклогексилкарбодиимида; 2,6,2′,6′-тетраизопропилдициклогексилкарбодиимида; 2,6,2′,6′-тетраэтилдициклогексил)карбодиимида и 2,2′-дихлордициклогексилкарбодиимид; 2,2′-дикарбэтоксидифенилкарбодиимида; 2,2′-дицианодифенилкарбодиимида и т.п.

Обычно изоцианат вводят в реакцию в количестве, равном от 0,1 до 10, более типично от 0,5 до 7,5 и наиболее типично от 1 до 3,5 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц, с образованием базового слоя, содержащего поликарбодиимид. Количество изоцианата, реагирующего с образованием базового слоя, может варьироваться за пределы указанных выше границ, но обычно целые и дробные значения находятся в этих диапазонах. Кроме того, базовый слой обычно содержится в капсулированной частице в количестве, равном от 0,1 до 10, более типично равном от 0,5 до 7,5 и наиболее типично равном от 1 до 3,5 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц. Количество базового слоя, содержащееся в капсулированной частице, может варьироваться за пределы указанных выше границ, но обычно целые и дробные значения находятся в этих диапазонах.

Базовый слой, содержащий поликарбодиимид, может быть образован in situ, когда базовый слой, содержащий поликарбодиимид, располагается вокруг ядра частицы в ходе образования базового слоя, содержащего поликарбодиимид.

Другими словами, компоненты базового слоя, содержащего поликарбодиимид, например изоцианат и катализатор, можно объединять с ядром частицы и базовый слой, содержащий поликарбодиимид одновременно образуется и располагается вокруг ядра частицы.

Однако в одном варианте осуществления поликарбодиимид получают и через некоторое время наносят на ядра частиц, например смешивают с ними и нагревают при температуре выше 100°C для капсулирования ядер частиц. Предпочтительно, этот вариант осуществления позволяет поликарбодиимиду образоваться на участке, предназначенном для использования химикатов, под контролем персонала, подготовленного для работы с химикатами. После образования поликарбодиимид можно перенести на другой участок, нанести на ядра частиц и нагреть. Другие преимущества этого варианта осуществления включают более быстрые циклы нанесения покрытия, образование меньшего количества CO₂ во время нанесения на ядра частиц и уменьшение количества используемого катализатора. В дополнение к преимуществам, описанным выше, проявляются многочисленные логистические и практические преимущества, связанные с этим вариантом осуществления. Например, если поликарбодиимид наносят на ядро частицы, например на удобрение, базовый слой, содержащий поликарбодиимид, можно нанести сразу после приготовления удобрения и тем самым упростить технологию изготовления.

В этом варианте осуществления изоцианат смешивают с катализатором с образованием реакционной смеси. Особенно подходящие изоцианаты включают, но не ограничиваются только ими, LUPRANATE® M20, LUPRANATE® М и их смеси. Особенно подходящим катализатором является 3-метил-1-фенил-2-фосфоленоксид. Реакционную смесь нагревают и образуется поликарбодиимид. Длительность проведения реакции зависит от температуры, при которой выдерживают реакционную смесь, давления и количества катализатора в реакционной смеси. По мере протекания реакции происходит образование поликарбодиимида и увеличиваются молекулярная масса и вязкость поликарбодиимида. После завершения реакции смесь поликарбодиимида, дополнительного изоцианата и катализатора, находящуюся в расплавленном состоянии, охлаждают. Эта смесь затвердевает при температуре окружающей среды. Обычно смесь, содержащая поликарбодиимид, изоцианат и катализатор, теперь находящаяся в затвердевшем, кристаллическом состоянии, перерабатывают в частицы разного размера и/или измельчают в порошок. Смесь, содержащую поликарбодиимид, изоцианат и катализатор, теперь подобная термопластичному твердому веществу, можно нанести на ядра частиц. Смесь, содержащую поликарбодиимид, изоцианат и катализатор, наносят на ядро частицы, например смешивают с ядром частицы, и нагревают в течение заранее заданного времени при температуре больше чем 120°F, с образованием базового слоя, содержащего поликарбодиимид.

Как указано выше, базовый слой, содержащий поликарбодиимид, обычно образуют по реакции изоцианата или изоцианатов в присутствии катализатора. Однако следует понимать, что базовый слой, содержащий поликарбодиимид, можно образовать из других реагентов, которые не являются изоцианатами. В качестве еще одного примера, базовый слой, содержащий поликарбодиимид, соответствующий настоящему изобретению, можно образовать из мочевин, например тиомочевин, в качестве реагентов. Другие примеры реагентов, подходящих для образования поликарбодиимида, описаны в публикации "Chemistry and Technology of Carbodiimides", Henri Ulrich, John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, West Sussex, England (2007), раскрытие которой во всей своей полноте включено в настоящее изобретение в качестве ссылки.

Капсулированная частица также может включать промежуточный слой, расположенный между базовым слоем и наружным слоем и содержащий поликарбодиимид. Если он включен, то промежуточный слой обычно образуется из компонентов, например изоцианата и катализатора, взятых в необходимых количествах, и в соответствии с вариантами осуществления, описанными выше для базового слоя. Однако промежуточный слой не обязательно идентичен базовому слою. Другими словами, базовый слой может содержать один поликарбодиимид и промежуточный слой может содержать другой поликарбодиимид, т.е. поликарбодиимид, полученный из других компонентов и/или по другой методике, чем используемая для образования базового слоя поликарбодиимида. В альтернативном случае, базовый слой и промежуточный слой могут содержать одинаковый поликарбодиимид, т.е. поликарбодиимид, полученный из таких же компонентов и по такой же методике, которая используется для образования базового слоя поликарбодиимида.

Например, подобно базовому слою, промежуточный слой обычно содержит продукт реакции изоцианата в присутствии катализатора. Изоцианат вводят в реакцию в количестве, равном от 0,1 до 10, более типично от 0,5 до 7,5 и наиболее типично от 1 до 3,5 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц, с образованием промежуточного слоя, содержащего поликарбодиимид. Количество изоцианата, вводимого в реакцию для образования промежуточного слоя, может варьироваться за пределы указанных выше границ, но обычно целые и дробные значения находятся в этих диапазонах. Кроме того, промежуточный слой обычно содержится в капсулированной частице в количестве, равном от 0,1 до 10, более типично равном от 0,5 до 7,5 и наиболее типично равном от 1 до 3,5 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц. Если он содержится в капсулированной частице, то количество промежуточного слоя, содержащегося в капсулированной частице, может варьироваться за пределы указанных выше границ, но обычно целые и дробные значения находятся в этих диапазонах.

В одном варианте осуществления капсулированная частица включает базовый слой и промежуточный слой. В этом варианте осуществления базовый слой и промежуточный слой оба содержатся в количестве, равном от 0,5 до 3,5 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц.

В дополнение к базовому слою, капсулированная частица также включает наружный слой, содержащий воск. Наружный слой обычно содержит нефтяной воск и обычно содержит один или большее количество восков, например, смесь восков. Наружный слой расположен вокруг ядра частицы. Более конкретно, наружный слой обычно расположен вокруг базового слоя или, если он включен, вокруг промежуточного слоя, который расположен вокруг ядра частицы.

Наружный слой обычно содержится в капсулированной частице в количестве, равном от 0,1 до 5, более типично от 0,3 до 4 и наиболее типично от 0,5 до 3 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц. Количество наружного слоя, присутствующего в капсулированной частице, может варьироваться за пределы указанных выше границ, но обычно целые и дробные значения находятся в этих диапазонах. Конкретным неограничивающим примером подходящего воска является EVACOTE® 7089A, коммерчески доступный от корпорации The International Group, Inc. (Торонто, Канада).

В типичном варианте осуществления капсулированная частица включает базовый, промежуточный слой и наружный слой, которые в совокупности содержатся в количестве, равном от 0,3 до 7 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц. Например, в одном варианте осуществления капсулированная частица включает (1) базовый слой, содержащийся в количестве, равном около 3 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц, (2) промежуточный слой, содержащийся в количестве, равном около 3 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц, и (3) наружный слой, содержащийся в количестве, равном около 1 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. ядер частиц.

Капсулированная частица и ее слои также могут включать поверхностно-активное вещество, такое как силиконовое поверхностно-активное вещество. Силиконовое поверхностно-активное вещество включает силикон и обычно полиорганосилоксан. Неограничивающим примером типичного полиорганосилоксана является содержащая боковые алкильные группы молекула органосиликона, содержащая полисилоксановую главную цепь и простые полиэфирные боковые цепи. Содержащая боковые алкильные группы молекула органосиликона этого примера может обладать гребенчатой структурой или дендримерной структурой.

Силиконовое поверхностно-активное вещество обычно улучшает смачивание компонентов слоев, таких как базовый слой, находящихся на ядре частицы, и, соответственно, также может быть описан как смачивающий агент. Силиконовое поверхностно-активное вещество также обычно улучшает адгезию слоев к другим слоям и ядру частицы. Кроме того, силиконовое поверхностно-активное вещество уменьшает комкообразование и агломерацию капсулированных частиц во время и после процедуры капсулирования. Само по себе силиконовое поверхностно-активное вещество стимулирует более полное капсулирование ядер частиц слоями, способствует образованию слоев равномерной толщины, обеспечивает образование слоев, обладающих минимальной, но равномерной толщиной, уменьшает количество всего материала, необходимого для капсулирования ядер частиц слоями, и сводит к минимуму образование ямок и углублений в слоях.

Обычно силиконовое поверхностно-активное вещество является жидким и обладает вязкостью, равной от 100 до 1500, более типично от 200 до 1000 и наиболее типично от 650 до 850 сСт при 25°C. Вязкость силиконового поверхностно-активного вещества может варьироваться за пределы указанных выше границ, но обычно целые и дробные значения находятся в этих диапазонах.

Конкретные примеры подходящих силиконовых поверхностно-активных веществ включают, но не ограничиваются только ими, TEGOSTAB® BF 2370, коммерчески доступный от Goldschmidt AG (г. Эссен, Германия), DABCO® DC5043, коммерчески доступный от Air Products and Chemicals, Inc. (г. Аллентаун, шт. Пенсильвания, США) и NIAX® Silicone L-5340 и L-620, оба коммерчески доступные от Momentive Performance Materials (г. Олбани, шт. Нью-Йорк, США). Особенно подходящим силиконовым поверхностно-активным веществом является NIAX® Silicone L-620, сополимер алкиленоксида с метилсилоксаном. Если оно включено, силиконовое поверхностно-активное вещество может быть включено в количестве, равном от 0,01 до 10, обычно от 0,05 до 5 и более типично от 0,1 до 3 мас.ч. в пересчете на 100 мас.ч. слоя. Массовое содержание силиконового поверхностно-активного вещества может варьироваться за пределы указанных выше границ, но обычно целые и дробные значения находятся в этих диапазонах.

Капсулированная частица и ее слои также могут включать одну или большее количество добавок. Добавки, подходящие для задач настоящего изобретения, включают, но не ограничиваются только ими, удлинители цепи, сшивающие реагенты, реагенты, обрывающие цепь, технологические добавки, промоторы адгезии, антиоксиданты, пеногасители, огнезащитные средства, катализаторы, противовспенивающие агенты, поглотители воды, молекулярные сита, пирогенные диоксиды кремния, поверхностно-активные вещества, стабилизаторы, предотвращающие воздействие ультрафиолетового излучения, наполнители, тиксотропные агенты, силиконы, красители, пигменты, инертные разбавители и их комбинации. Например, в слои может быть включен пигмент.

Если они включены, то добавки могут быть включены в капсулированную частицу в разных количествах.

Капсулированная частица, включая ядро частицы, базовый слой и образованный на нем наружный слой, обычно является сферической или почти сферической. Капсулированные частицы обычно характеризуются распределением по размерам, описываемым с помощью величин D[4,3], d(0,1), d(0,5) и/или d(0,9), также определенных и применяющихся в данной области техники. В некоторых вариантах осуществления, капсулированные частицы характеризуются распределением по размерам, описываемым с помощью D[4,3], составляющего от 0,5 до 5 мм, от 1 до 4 мм или от 1 до 3 мм, с полным диапазоном размеров частиц, равным от 0,1 до 10 мм. В других вариантах осуществления капсулированные частицы характеризуются распределением по размерам, описываемым с помощью d(0,1), составляющего от 0,2 до 2 мм, от 0,4 до 1,7 мм или от 0,5 до 1,5 мм, с полным диапазоном размеров частиц, равным от 0,1 до 10 мм. В других вариантах осуществления капсулированные частицы характеризуются распределением по размерам, описываемым с помощью d(0,5), составляющего от 0,5 до 5 мм, от 1 до 4 мм или от 1 до 3 мм, с полным диапазоном размеров частиц, равным от 0,1 до 10 мм. В других вариантах осуществления капсулированные частицы характеризуются распределением по размерам, описываемым с помощью d(0,9), составляющего от 0,7 до 7 мм, от 0,8 до 5 мм или от 1 до 4 мм, с полным диапазоном размеров частиц, равным от 0,1 до 10 мм. Распределения по размерам D[4,3], d(0,1), d(0,5), и d(0,9) капсулированных частиц могут варьироваться за пределы указанных выше границ, но обычно целые и дробные значения в пределах от 0,5 до 5 мм, от 0,2 до 2 мм, от 0,5 до 5 мм и от 0,7 до 7 мм, соответственно.

Слои капсулированной частицы влияют на скорость растворения ядра частицы. Скорость растворения является скоростью, с которой ядро частицы, обычно мочевина, растворяется в воде. Для расчета скорости растворения определяют процент растворения. Точнее, процент растворения определяют по методике, описанной ниже. Растворение измеряют, помещая 50 г капсулированных частиц в пластмассовый флакон объемом 250 мл. Затем во флакон добавляют 230 г деионизированной воды. Пластмассовый флакон выдерживают в покое в течение 8 ч при комнатной температуре (23°C). Затем отбирают образец жидкости и с помощью рефрактометра определяют ее показатель преломления. Количество (в граммах) ядер частиц, растворенных в каждом образце раствора, рассчитывают с использованием показателя преломления и скорректированной на температуру калибровочной кривой. Количество растворенных ядер частиц используют для расчета процента растворения по следующей формуле:

Процент растворения = Х/(50 - (Содержание в мас.% нанесенных слоев/2)) где X = количество ядер частиц (г), растворенных в образце раствора;

Содержание в мас.% слоев = 100% × масса нанесенных слоев/масса капсулированной частицы

Скорость растворения определяют с помощью графической зависимости процента растворения ядер частиц в 1, 3 и 7 день.

Обычно ядра частиц, капсулированные после выдерживания в течение 7 дней в водном растворе при 38°C, обладают процентом растворения, равным менее 90, более типично менее 50 и наиболее типично менее 25 мас.%.

Процент растворения также можно определить после истирания капсулированной частицы в исследовании износостойкости образованных на ней слоев. Для истирания образца капсулированных частиц капсулированные частицы высыпают через трубу. Точнее, образец капсулированных частиц массой 75 г насыпают в верхний конец расположенной вертикально трубы длиной 6 футов и диаметром 6 дюймов. Образец собирают у нижнего конца трубы. Образец высыпают через трубу 5 раз. После истирания процент растворения ядер частиц определяют, как описано ниже, чтобы определить изменение процента растворения после истирания. После истирания ядра частиц, капсулированные после выдерживания в течение 7 дней в водном растворе при 38°C, обычно обладают процентом растворения, равным менее 90, более типично менее 50 и наиболее типично менее 25 мас.%.

В дополнение к капсулированной частице, настоящее изобретение относится к системе, предназначенной для изготовления капсулированной частицы, и к способу формирования капсулированной частицы. Система, предназначенная для изготовления капсулированной частицы, включает ядро частицы, изоцианат, катализатор и воск.

Способ формирования капсулированной частицы включает стадии вступления в реакцию изоцианата в присутствии катализатора с образованием поликарбодиимида, капсулирования ядра частицы с помощью поликарбодиимида с образованием базового слоя и капсулирования базового слоя с помощью воска с образованием наружного слоя. Как и все остальные компоненты, которые можно использовать в способе, соответствующем настоящему изобретению (например, ядро частицы), изоцианат, катализатор, воск и т.п., являются такими, как описаны выше применительно к базовому слою, промежуточному слою и наружному слою.

Как описано выше, способ включает стадию вступления в реакцию изоцианата в присутствии катализатора с образованием поликарбодиимида. Обычно изоцианат и катализатор смешивают и изоцианат вступает в химическую реакцию с образованием поликарбодиимида. Кроме того, стадия вступления в реакцию изоцианата в присутствии катализатора с образованием поликарбодиимида обычно включает нагревание изоцианата в присутствии катализатора до температуры реакционной смеси больше чем 120, и более типично больше чем 150°F.

Как описано выше, способ формирования капсулированной частицы также включает стадию капсулирования ядра частицы с помощью поликарбодиимида с образованием базового слоя. Стадию взаимодействия изоцианата и катализатора с образованием поликарбодиимида можно провести до проведения стадии капсулирования ядра частицы с помощью поликарбодиимида с образованием базового слоя. В ал