含甲基/乙基酯的塗料組合物及其使用方法
2023-12-05 22:12:41
專利名稱：含甲基/乙基酯的塗料組合物及其使用方法
背景技術：
1.發明領域一般性地，本發明涉及塗料組合物及其使用方法。具體而言，本發明的組合物用於塗在鬆散固體上。這些塗料組合物包含瀝青材料和有效量的甲基/乙基酯稀釋劑。本發明的組合物特別適用於減輕肥料中粉塵的形成和結塊，以及煤塵或煤粉的粉塵控制。
2、相關技術描述鬆散材料的儲存和處理存在和粉塵的形成和/或結塊有關的獨特的問題。具體而言，粉塵的形成和散布造成安全、健康和環境問題。結塊帶來鬆散材料儲存和處理上的問題。
這些問題在肥料工業中尤其突出。具體而言，肥料，一般為粉末、結晶或顆粒形式，有結塊的趨勢。隨時間的過去，肥料由於溼度和/或溫度的變化而形成更多或更少的固體塊。在使用這些肥料前，必須將其打碎成適合於在田中均勻分布的材料，並防止堵塞分配機械。
肥料粉塵由肥料顆粒組成，這些顆粒足夠小、輕至可以被空氣傳播。過多的粉塵對生產者和終端用戶都是問題。具體而言，肥料粉塵以及煤灰造成了大量問題，包括與環境兼容有關的問題，工人的安全，工人的生產率，以及增加的處理和儲存設備的維修。此外，粉塵量隨時間的過去有增加的趨勢，並在延長儲存或非理想條件下儲存時加劇。而且，粉塵造成自燃的問題。自燃是一個問題，因為它同時涉及肥料和煤的處理溫度以及成品的儲存溫度。
已經開發了多種方法來克服肥料結塊和起塵問題，有些取得了一定的成功。例如，已經發現用少量的水在升高的溫度下攪拌肥料顆粒，將肥料和惰性礦物材料或者鬆散的有機材料混合，噴射含諸如石蠟、瀝青和石油樹脂的熔化材料的肥料以形成大小均勻的小球，並減少肥料顆粒之間的接觸點，在短時間內能抑制結塊和減少粉塵的形成。其他降低結塊和起塵的方法包括用防潮袋或其它容器運輸肥料，篩除長大的結晶得到均勻的大小。
瀝青在肥料塗料中特別有用。為了製造瀝青基塗劑，必須將瀝青粘度減少到能夠將它噴射到肥料上的程度。常規的石油基油是出於這個目的而被使用的。
脂肪酸甲酯和乙酯是大家熟知的，被應用於許多領域中，包括農業領域中的除草劑載體，以及瀝青行業中淨化設備所用的溶劑。
上述的用於改善抗結塊的處理有些實際上產生了起塵問題。此外，儘管這些添加劑和處理方法可以表現出改善的抗結塊和抗起塵性，它們都減少了營養物在肥料中的濃度，導致產品等級降低。而且，對肥料顆粒進行浸漬或塗層妨礙了營養物的釋放速率。
基於上述，在瀝青行業中，瀝青已經被用於塗在肥料上，而甲基/乙基酯已經被用作除草劑的載體和清洗設備的溶劑。但是，並沒有人提出塗有含甲基/乙基酯的瀝青的肥料可能顯示優良的抗結塊和抗起塵的性能。因此，考慮到現有技術，在提出本發明時，對相關技術領域的普通技術人員而言，以前並不清楚如何能夠提供所需的具有改善了的粉塵控制和降低結塊性、又不對肥料質量和/或釋放速率產生負面影響的肥料。
塗料組合物的粘度在60℃為約3cP～約20000cP。具體而言，可用於本發明的塗料組合物的粘度要小於含有效量石油烴稀釋劑的塗料組合物的粘度。更具體地，本發明塗料組合物的粘度小於所含石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量約0.01％～約99.9％的塗料組合物的粘度。
塗有本發明塗料組合物的散裝固體所產生的粉塵比那些塗了含有效量石油烴稀釋劑的塗料組合物的散裝固體要少。具體而言，塗有本發明塗料組合物的散裝固體所產生的粉塵量少於塗了所含石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量0.01％～約99.9％的塗料組合物的散裝固體。此外，塗有本發明塗料組合物的散裝固體的結塊現象也少於塗了含有效量石油烴稀釋劑的塗料組合物的散裝固體。實際上，塗有本發明塗料組合物的散裝固體的結塊現象少於塗了所含石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量約0.01％～約99.9％的塗料組合物的散裝固體。
因此，本發明包括如下描述中的特徵和要素的組合，其範圍將在附加的權利要求中指出。發明詳述本發明涉及含瀝青材料以及甲基酯和/或乙基酯的塗料組合物和將這種組合物用於散裝固體的方法。優選用這些塗料來處理肥料以同時減少結塊和粉塵的形成，用於處理煤來降低煤灰量。具體而言，已經發現用甲基或乙基酯稀釋劑取代現有的石油基油類稀釋劑有利於提供一種更優良的可噴射瀝青塗料組合物。
具體而言，得到可噴射瀝青組合物所需的酯稀釋劑量比所需的石油基油類稀釋劑量要小很多，因此在肥料顆粒表面上有更多的瀝青，從而產生更優良的抗起塵和抗結塊效果。此外，甲基/乙基酯的閃點比石油基油類稀釋劑要大，因而得到一種更安全、更不可燃、更不易燃的塗料。
可用於本發明的瀝青材料包括瀝青、柏油瀝青、焦油瀝青、煤焦油、煤瀝青及其混合物。可以使用多種來源和多種級別的這些瀝青材料。例如，瀝青材料，特別是瀝青，可以從Marathon oil Company，Tampa，Florida，The Coastal Corporation，Port Canaveral，Florida和Mariani Asphalt，Tampa，Florida獲得。
可用於本發明的甲基和/或乙基酯可以是蒸餾過的，隨後和合適的醇反應，所用的方法是本領域中已知的，其來源包括，但不局限於油菜籽油、向日葵油、穀類油、紅花油和大豆油。這些可用於本發明的酯是含8～24個碳原子的鏈，通式為CH3(CH2)nC-O-R＝O，其中n＝6-22，R是CH3或CH2CH3。或者，這些甲基/乙基酯還可以從Ocean AirEnvironmental，1248 George Jenkins Boulevard，Lakeland，Florida 33801獲得。甲基酯是優選的稀釋劑。
塗料組合物用於塗在有機和無機肥料組合物及其混合物上。可用於本發明的肥料是顆粒狀的、丸狀的、碾碎的、壓實的、結晶的或成粒的形式。肥料可以從包括Cargill Fertilizer，Bartow，Florida在內的多種來源獲得。
本發明的塗料組合物不會干擾肥料的等級或釋放速率。具體而言，本發明塗料組合物包含有效數量的甲基和/或乙基酯，其量足以稀釋瀝青材料得到這樣一種塗料，該塗料具有適合於噴射的粘度，並均勻分布在散裝固體上以減少粉塵的形成和結塊，同時維持肥料等級和營養成分釋放速率。本發明的塗料組合物改變了散裝固體的表面特性，使其能夠在運輸和存儲過程中抵抗結塊和起塵。
將從Ocean Air Environmental(OAE)，Lakeland，Florida獲得的脂肪酸甲酯(FAME)和從Marathon Oil Company，Tampa，Florida獲得的瀝青(AC-5級)混合在一起。本發明塗料包含78％的瀝青和22％的FAME，在140°F下的粘度為500cP。
第二種塗料是通過將從Young Oil Company，Birmingham，Alabama獲得的石油烴，一種石蠟175 Saybolt Universal Seconds(SUS)油，和從Marathon Oil Company，Tampa，Florida獲得的瀝青(AC-5級)混合製得的。第二種塗料包含65％的瀝青和35％的石蠟油，在140°F下的粘度為500cP。
所有粘度都是用Brookefield粘度計測定的。
散裝材料用如下方式進行塗層。
磷酸氫二銨(DAP)肥料從Cargill Fertilizer，Bartow，Florida獲得。將九個200gDAP樣品稱重到寬嘴、玻璃夸脫罐(VWR Scientific，Atlanta，Georgia)中，並放置在140°F烘箱中。
將上述的FAME塗料和石油烴塗料樣品也放置在140°F烘箱中。
1小時後，從爐中移出三個DAP樣品，以0.5加侖/噸DAP的比例塗以石油烴塗料。
另三個DAP樣品以0.5加侖/噸DAP的比例塗以FAME塗料。
最後三個DAP樣品留作無塗層的對照。
所有樣品的處理方法相同，只是不向無塗層的對照樣中滴加任何東西。但是，如下所述，將無塗層的對照樣翻滾5分鐘。
具體而言，將特定塗料分別滴加到每個DAP容器中，隨後將每個容器在搖動轉臂(INDCO，Inc.，New Albany，Indiana)上旋轉5分鐘。在5分鐘的翻轉過程中，將設置在高位上的Varitemp熱風槍(MasterAppliance Corp.，Racine，Wisconsin)對著每個DAP容器。
每個樣品的粉塵量用U.S.P No.6,062,094中所公開和要求保護的粉塵塔來測量，專利全文結合在此作為參考。粉塵量分別在0天(初始)、7天和14天測量。所測定的粉塵量的結果見下面的表1。
表1塗覆和未塗覆的DAP的粉塵減少數據
如表1所示，塗了FAME的DAP與塗了石油烴的DAP相比，初始、7天和14天產生的粉塵較少。如表1所顯示的，0天時塗了FAME的DAP和塗了石油烴的DAP的初始粉塵量非常接近，相互之間只有0.41％的差別，其中塗了FAME的DAP所表現出的粉塵減少的百分比要比塗了石油烴的DAP稍微大一些。第7天時塗了FAME的DAP與塗了石油烴的DAP相比，持續保持產生較少的粉塵，有4.13％的差別。粉塵減少比例的增加在第14天依然保持著，塗了FAME的DAP與塗了石油烴的DAP相比產生的粉塵要少8.57％。
這些結果還表明塗了FAME的DAP與塗了石油烴的DAP相比，其粉塵減少比例的增加隨時間增加而達到更大的程度。具體而言，比較第7天樣品的粉塵減少量和第14天樣品的粉塵減少量表明從第7天到第14天，塗了FAME的DAP產生的粉塵僅增加了1.15％，而塗了石油烴的DAP產生的粉塵增加了5.59％。實施例2-測定結塊強度。
如實施例1所述製備對照樣品(100g)，將塗了FAME的和塗了石油烴的DAP分別放入三個圓柱形打孔的樣品池中。樣品池長3.4英寸，直徑為2英寸。將氣動柱塞放置在九個樣品的各個頂部，並加壓到25psi。
然後如下面的表2所示，將DAP樣品暴露在一定的溫度和溼度下，以加速結塊過程。
表2鬆散固體的加速結塊
在冷卻到室溫之後，從氣動柱塞除去壓力，並用連接到應變儀上的1/4″探頭測量所得結塊的破裂強度。探頭穿透到結塊內1英寸深處，隨後讀取應變儀數值得到每個結塊的磅強度。
結塊強度，用lbs/in2(psi)表示，由磅強度除以結塊的截面積計算而得。結塊強度比例是用被塗樣品組(3個樣品)的平均結塊強度除以對照樣品組(3個樣品)的平均結塊強度計算出來的。這些結果示於下列表3中。
表3結塊強度
如表3所示，本發明塗料的結塊強度(psi)小於現有技術的石油烴塗料。這些結果顯示塗了本發明塗料的肥料與塗了石油烴塗料的肥料相比更容易處理且更不容易結塊。
這些實驗結果表明本發明的塗料組合物比現有的含石油烴稀釋劑的塗料更優良。改善對煤的粉塵控制塗料的製備方法和上述的肥料塗料相同，即脂肪酸甲酯(FAME)樣品從Ocean Air Environmental(OAE)，Lakeland，FL.獲得。瀝青(AC-5級)從Marathon Oil Company，Tampa，FL.獲得。製備由78％瀝青和22％FAME組成的塗料，以滿足在140°F下的目標粘度為500cps。所有的粘度都是用Brookefield粘度計測定的。從瀝青和石蠟175 Saybolt Universal Seconds(SUS)油製備出100％的石油烴塗料。175SUS油從Young Oil Company，Birmingham，AL.獲得。通過將65％瀝青和35％石蠟油混合在一起得到目標粘度為500cps的石油烴塗料。
用如下方法塗覆煤粉所用煤粉是用100和200-目篩網過篩10分鐘而獲得的。收集保留在100-目篩網上的煤粉部分用於測試。將九個200g煤粉樣品稱重到寬嘴、玻璃夸脫罐(VWR，Atlanta，GA)中，並放置在140°F烘箱中。將上述的FAME塗料和石油塗料樣品也放置在140°F烘箱中。1小時後，從爐中取出三個煤粉樣品，並以0.5加侖/噸的比例塗以石油塗料。另三個煤粉樣品以0.5加侖/噸的比例塗以FAME塗料。處理方法包括將塗料分別滴加到煤粉容器中，隨後將容器在搖動轉臂(INDCO，Inc.，New Albany，Indiana)上旋轉5分鐘。在5分鐘的翻轉過程中，將設置在高位的Varitemp熱風槍(Master Appliance Corp.，Racine，WI)對著煤粉容器。最後三個煤粉樣品不做處理，用作對照。
測得的粉塵量被塗煤粉樣品的粉塵量通過收集並稱量通過100-目篩的物質來測定。見表4的粉塵減少數據。
表4帶塗層的和不帶塗層的煤樣品的粉塵部分平均百分比
因此，儘管必然相信這裡所描述的是本發明優選的實施方案，但本領域中的技術人員應當理解，在不偏離本發明宗旨的前提下，可以進行其他和進一步的修改。這意味著本發明所有這樣的修改都包含在權利要求中所闡述的發明範圍之內。
權利要求
1.一種用於塗覆散裝固體的組合物，包括瀝青材料；和有效量的選自脂肪酸甲酯和乙酯、油類及其混合物的酯稀釋劑。
2.權利要求1的組合物，其中散裝固體選自顆粒狀的、碾碎的、壓實的、結晶的和成粒的固體及其混合物。
3.權利要求1的組合物，其中脂肪酸、油類及其混合物來自動物、植物和合成材料。
4.權利要求1的組合物，其中瀝青材料包括瀝青、瀝青柏油、焦油瀝青、煤焦油、煤瀝青及其混合物。
5.權利要求1的組合物，其中散裝固體是有機材料、無機材料及其混合物。
6.權利要求1的組合物，其中酯稀釋劑的有效量，以塗料組合物的總重量計，為約0.01％～約99.9％。
7.權利要求6的組合物，其中組合物在60℃的粘度為約3cP～約20000cP。
8.權利要求1的組合物，其中組合物在60℃的粘度為約3cP～約20000cP。
9.權利要求1的組合物，其中組合物的粘度小於含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的塗料組合物。
10.權利要求6的組合物，其中含有效量酯稀釋劑的組合物的粘度小於含瀝青材料和石油烴稀釋劑的組合物的粘度，其中石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
11.權利要求1的組合物，其中散裝固體所產生的粉塵比含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的組合物要少。
12.權利要求6的組合物，其中塗有瀝青材料和有效量酯稀釋劑的散裝固體所產生的粉塵量少於塗了含瀝青材料和石油烴稀釋劑的組合物的散裝固體，其中石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
13.權利要求1的組合物，其中散裝固體的結塊少於塗了含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的組合物的散裝固體。
14.權利要求6的組合物，其中散裝固體的結塊少於塗了含瀝青材料和烴稀釋劑的組合物的散裝固體，其中烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
15.一種用於塗覆散裝固體的組合物，其包含瀝青材料；和有效量的選自脂肪酸甲酯和乙酯、油類及其混合物的酯稀釋劑，其中瀝青材料包括瀝青、瀝青柏油、焦油瀝青、煤焦油、煤瀝青及其混合物，以及其中散裝固體是選自顆粒狀的、碾碎的、壓實的、結晶的和成粒的煤及其混合物形式的煤。
16.權利要求15的組合物，其中脂肪酸、油類及其混合物來自動物、植物和合成材料。
17.權利要求15的組合物，其中酯稀釋劑的有效量，以塗料組合物總重量計，為約0.01％～約99.9％。
18.權利要求17的組合物，其中組合物在60℃的粘度為約3cP～約20000cP。
19.權利要求15的組合物，其中組合物在60℃的粘度為約3cP～約20000cP。
20.權利要求15的組合物，其中組合物的粘度小於含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的塗料組合物。
21.權利要求17的組合物，其中含有效量酯稀釋劑的組合物的粘度小於含瀝青材料和石油烴稀釋劑的組合物的粘度，其中石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
22.權利要求15的組合物，其中散裝固體所產生的粉塵比含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的組合物要少。
23.權利要求17的組合物，其中塗有瀝青材料和有效量酯稀釋劑的散裝固體所產生的粉塵量少於塗了含瀝青材料和石油烴稀釋劑的組合物的散裝固體，其中石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
24.權利要求15的組合物，其中散裝固體的結塊少於塗了含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的組合物的散裝固體。
25.權利要求17的組合物，其中散裝固體的結塊少於塗了含瀝青材料和烴稀釋劑的組合物的散裝固體，其中烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
26.一種控制散裝固體粉塵量的方法，該方法包括用含瀝青材料和有效量的選自脂肪酸甲酯和乙酯、油類及其混合物的酯稀釋劑的組合物塗覆散裝固體。
27.權利要求26的方法，其中散裝固體選自顆粒狀的、碾碎的、壓實的、結晶的和成粒的固體及其混合物。
28.權利要求26的方法，其中脂肪酸、油類及其混合物來自動物、植物和合成材料。
29.權利要求26的方法，其中瀝青材料包括瀝青、瀝青柏油、焦油瀝青、煤焦油、煤瀝青及其混合物。
30.權利要求26的方法，其中散裝固體是有機材料、無機材料及其混合物。
31.權利要求26的方法，其中酯稀釋劑的有效量，以塗料組合物的總重量計，為約0.01％～約99.9％。
32.權利要求31的方法，其中組合物在60℃的粘度為約3cP～約20000cP。
33.權利要求26的方法，其中組合物在60℃的粘度為約3cP～約20000cP。
34.權利要求26的方法，其中組合物的粘度小於含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的塗料組合物。
35.權利要求31的方法，其中含有效量酯稀釋劑的組合物的粘度小於含瀝青材料和石油烴稀釋劑的組合物的粘度，其中石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
36.權利要求26的方法，其中散裝固體所產生的粉塵比含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的組合物要少。
37.權利要求31的方法，其中塗有瀝青材料和有效量酯稀釋劑的散裝固體所產生的粉塵量少於塗了含瀝青材料和石油烴稀釋劑的組合物的散裝固體，其中石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
38.權利要求26的方法，其中散裝固體的結塊少於塗了含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的組合物的散裝固體。
39.權利要求31的方法，其中散裝固體的結塊少於塗了含瀝青材料和烴稀釋劑的組合物的散裝固體，其中烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
40.一種控制包括煤在內的散裝固體的粉塵量的方法，該方法包括用含瀝青材料和有效量的選自脂肪酸甲酯和乙酯、油類及其混合物的酯稀釋劑的組合物塗覆煤，其中散裝固體是選自顆粒狀的、碾碎的、壓實的、結晶的和成粒的煤及其混合物形式的煤。
41.權利要求40的方法，其中瀝青材料包括瀝青、瀝青柏油、焦油瀝青、煤焦油、煤瀝青及其混合物。
42.權利要求40的方法，其中脂肪酸、油類及其混合物來自動物、植物和合成材料。
43.權利要求40的方法，其中酯稀釋劑的有效量，以塗料組合物的總重量計，為約0.01％～約99.9％。
44.權利要求43的方法，其中組合物在60℃的粘度為約3cP～約20000cP。
45.權利要求40的方法，其中組合物在60℃下的粘度為約3cP～約20000cP。
46.權利要求40的方法，其中組合物的粘度小於含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的塗料組合物的粘度。
47.權利要求43的方法，其中含有效量酯稀釋劑的組合物的粘度小於含瀝青材料和石油烴稀釋劑的組合物的粘度，其中石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
48.權利要求40的方法，其中散裝固體所產生的粉塵量比含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的組合物要少。
49.權利要求43的方法，其中塗有瀝青材料和有效量酯稀釋劑的散裝固體所產生的粉塵量少於塗了含瀝青材料和石油烴稀釋劑的組合物的散裝固體，其中石油烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
50.權利要求40的方法，其中散裝固體的結塊少於塗了含瀝青材料和有效量石油烴稀釋劑的組合物的散裝固體。
51.權利要求43的方法，其中散裝固體的結塊少於塗了含瀝青材料和烴稀釋劑的組合物的散裝固體，其中烴稀釋劑量佔塗料組合物總重量的約0.01％～約99.9％。
全文摘要
公開了用於塗覆散裝固體的含瀝青材料和有效量甲基/乙基酯稀釋劑的塗料組合物。本發明的塗料組合物特別適用於減少肥料和煤的粉塵的形成和結塊。
文檔編號C05G5/00GK1473183SQ02802891
公開日2004年2月4日 申請日期2002年1月28日 優先權日2001年2月15日
發明者格倫·R·瓦爾納多, 斯泰西·K·斯彭斯, K 斯彭斯, 格倫 R 瓦爾納多 申請人:阿爾-馬茲製品公司