[发明专利]受控释放的尿素基产品

说明书

本申请是1999年4月6日申请的待审申请09/286,931的继续申请。

本发明涉及在受控的时间内释放尿素基的产品以及制造该产品的方法。本发明尤其涉及用于动物的可控释放尿素基的饲料添加物以及可控释放尿素基的植物营养素。

颗粒状尿素是刺激植物生长的优良和经济的氮源。不幸的是尿素会迅速溶解于水。例如春天雨季时，水溶性植物营养素很快被冲走，从而使(a)作为植物养份的效果贫乏，(b)对植物可能引起植物毒性，和(c)使营养素迁移和污染地下水和当地的水井和河流。

研究人员长期以来一直致力于研究能以约等于被植物摄取的速度释放营养素的颗粒，使毒性最小并使使用效率最大。通过使尿素形式的氮与醛基本上反应形成不溶性产品如脲甲醛，主要达到改进尿素形式中的氮的受控释放，脲甲醛在氮能被植物利用之前必须化学分解。另一种方法包括用固体化的水不溶的熔体物理涂布肥料颗粒。一直使用各种材料作为涂料，包括硫、石蜡、植物油和塑料。在所含营养素可被利用之前，这些涂料必须能通过侵蚀、内蒸汽压、微生物或磨耗被破坏。

颗粒状尿素还是可用作反刍动物如母牛、牛、羊、山羊等的饲料中的添加物的优良和经济的非蛋白质氮(NPN)源。在反刍动物的瘤胃或第一胃中存在的微生物可以使反刍动物从普通的氮化合物产生蛋白质氨基酸。很明显，非蛋白质氮化合物如尿素首先通过瘤胃的微生物产生的酶的作用被转化为氨，然后利用氨来合成氨基酸，它可以被反刍动物的消化系统所消化。

反刍动物利用NPN化合物作为间接的蛋白质源的能力具有很重要的经济效果。一磅尿素的氮含量相当于五磅以上的高蛋白质饲料如大豆食品。以每单位氮的相对成本为基准，大豆食品比尿素贵一个数量级。因此，有强烈的愿望，要用NPN化合物代替部分，或甚至全部喂给反刍动物的植物蛋白质。

不幸的是能被反刍动物摄入的NPN化合物的数量非常有限。在进食后的发酵期间，当NPN化合物被分解时所产生的氨可穿过胃壁转移到血液中。当血液氨量较大时，血液的酸碱平衡改变，影响中枢神经系统。早期的毒性症状是肿胀、运动失调、呼吸困难和过度流涎；严重情况下，会抽搐和死亡。

曾经做过各种尝试，来限制瘤胃中的氨浓度，以便在每天的食物中使用更多的NPN化合物。其中有一些建议尿素与几种不溶于水的多糖混合和/或使尿素按上述方式反应，以可被动物承受的速率向瘤胃中受控释放NPN。

美国专利3,873,733和4,393,082是受控释放的反刍动物饲料添加物现有技术的代表，美国专利4,711,659和4,804,403是受控释放的植物营养素制剂的现有技术的代表。

在植物营养素和反刍动物饲料添加物两方面都已经成功地达到一定程度的工业化时，不溶解于水、唾液和胃液并具有良好的进行时间受控释放速率的尿素基营养素产品的研究仍然是优先考虑的。

美国专利5,803,946(1998年9月8日颁发给该临时申请受让人)公开的受控释放的植物营养素包括尿素基颗粒，其表面转变为耐水性的、可生物降解的互穿聚合物网络。互穿聚合物网络由相互交联的缩二脲、氨基甲酸酯、以及桐油组成。缩二脲是营养素颗粒表面上的脲与多异氰酸酯的反应产物，氨基甲酸酯是多异氰酸酯和醇反应产物。桐油可通过与氨基甲酸酯，较好在交联引发剂或促进剂存在下的反应来交联成网。

本发明的目的是提供在预选的时间内具有受控释放速率的更可靠和性能更好的尿素基产品。不考虑其使用，本申请一般可应用于全部由或主要部分是由尿素组成的颗粒和/或应用于在其外表面有尿素的颗粒。然而，本发明主要涉及更可靠和更好进行受控释放的植物营养素和用于反刍动物的受控释放NPN的饲料添加物。

本发明更具体的目的是提供(a)一种尿素基植物营养素，它在延长的时间如30-120天内，在土壤中具备基本为线性的营养素释放速率，和(b)一种尿素基反刍动物饲料添加物，它在12-24小时内，在瘤胃中具有基本线性的NPN释放速率。

根据本发明，通过将尿素基颗粒表面转变为互穿聚合物网络涂层可达到改进性能，该涂层包括尿素和多异氰酸酯的反应产物，异氰酸酯，在各重复单元有一双键的醇酸树脂和油(如脱水的蓖麻油或桐油)的缩聚和自由基聚合的反应产物，该油有能和醇酸树脂的双键反应和本身反应的双键。

因此，在颗粒上形成三维互穿的聚合物网络壳具有很高的三维交联密度。由烷基链提供了疏水性的外保护层，该层提供额外的防水性能。可以使用任选的蜡的面涂层，来提高控制强度。

制得的涂层中，所有组分都化学键合在一起，并且化学键合在颗粒表面，从而提供更可靠的性能更优良的产品。