CN1758847A - 制造生长底物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及植物可在其上生长的培养基的制造方法。该方法的特征在于：a)混合I：选自至少一种有机和无机材料中的粒状基础材料，与II：热塑性生物可仅仅的粘合剂，b)加热至少粘合剂，为的是至少部分流化它，c)冷却该混合物，以便基本上固化该粘合剂，和于是藉助该粘合剂粘结至少一部分基础材料。本发明的方法提供可生物降解且完好地保持其形状的环境安全和植物友好的培养基。

Description

制造生长底物的方法

本发明涉及植物可在其上生长的培养基的制造方法。

通常在实践中，例如在市场园艺中使用培养基是已知的。特别是在温室栽培中，培养基通常用于使种子发芽和使植物生长。在Dutch专利申请NL-1017460中公开了制备培养基的一种已知方法。该申请公开了有机基础材料与可聚合的混合物混合，之后聚合可聚合的混合物。然而，若希望聚合物基体具有开孔结构，则该方法要求添加发泡剂。当要改进其吸水性时，同样通常这一情况。然而，通过该方法获得的培养基的组合物非常坚硬，和通过调节聚合物的用量不可能改进它。

因此，本发明的目的是提供一种方法，其中藉助该方法可制造具有粘接但开孔结构的培养基。

本发明的一个特别的目的是提供稠度与基础材料的稠度基本上相同的培养基。

最后，本发明的目的是提供一种方法，其中藉助该方法可获得环境安全的培养基。

为了实现至少一个前述目的，本发明提供前序言叙述的方法，其特征在于，它包括下述步骤：

a)混合I：选自至少一种有机和无机材料中的粒状基础材料，和II：热塑性可生物降解的粘合剂，

b)至少加热粘合剂，旨在使其至少部分流化，

c)冷却该混合物，以便基本上固结该粘合剂，并进而藉助该粘合剂粘接至少一部分基础材料。

通过这种方法，获得稠度与起始的基础材料的稠度基本上相同的培养基。此外，培养基的结构与起始的基础材料的结构基本上相同。

通过本发明方法获得的培养基的这些性能使得该培养基非常适于根部生长。通过本发明方法获得的培养基还非常适用于使种子发芽和栽培植物。

在从属权利要求中描述了本发明方法的进一步优选的实施方案。

尤其优选其中相对于基础材料的重量，粘合剂的用量最大25wt％，优选最大15wt％，更优选最大10wt％，仍更优选最大7wt％，甚至更优选仍然最大5wt％，和最优选最大4wt％的方法。按照这一方式，获得基础材料的良好粘接，以便它不崩解，而培养基的结构是开放的，以致于不妨碍根部生长。

当粒状基础材料的最大尺寸为10mm，优选最大5mm，更优选最大2mm，和仍更优选最大1mm时，获得进一步的优势。这有助于具有合适的结构以供根部生长的培养基。

为了使得可能在培养基的制造之后立即使用培养基，优选在混合步骤a)的起始材料之后，进行成型处理。这种成型处理可例如由将材料形成为圆柱形棒组成。将这些圆柱形棒分成合适的长度，提供桶状培养基以供市场园艺中方便使用。它们被称为“培养衬套(plug)”。其它形状也是可能的，如培养垫和培养块。这种形状通常在实践中，例如在温室培养中是已知的。

本发明进一步优选的实施方案的特征在于，有机基础材料选自泥炭、灰泥、椰子纤维、椰子颗粒、大麻纤维、禾杆、青草、锯屑、咖啡粉末、有机废料、来自动物饲料工业的残渣和来自纸张工业的残渣。通常可获得这种有机起始材料且通常不进行进一步的处理。本发明因此有助于回收有机废料。

进一步优选地，本发明的特征在于，无机基础材料选自粘土、土壤、珍珠岩、褐块石棉和其它惰性无机材料。这为回收无机材料提供保证。

根据本发明进一步的实施方案，在步骤a)过程中添加优选可生物降解的弹性体。在此情况下，可降低优选可生物降解的粘合剂的用量。所添加的弹性体的用量与减少用量的粘合剂然后可彼此配合，以便产生具有所需性能的培养基。特别具有优势的是，藉助这一实施方案，其中添加弹性体，赋予材料永久的弹性性能。取决于弹性体的玻璃化转变温度，甚至在较低温度下保持弹性性能。

优选藉助蒸汽进行本发明方法的步骤b)加热粘合剂。若将蒸汽，优选干燥蒸汽加入到来自步骤a)的混合物中，则可实现快速加热混合物。特别是若添加所谓的干燥蒸汽(也就是说，含有仅仅处于气相的水而不是冷凝水的蒸汽)，则将确保混合物的有效加热。它避免了过量添加水。它足以供应低压蒸汽(例如0.5bar的过压，112℃的温度)。这种蒸汽的供应将使混合物在数秒内达到100℃的温度。当然，加热时间取决于蒸汽的用量和混合物的用量。

当可快速进行加热时，仅仅有限量的水被供入到混合物中。藉助注射喷枪，可将蒸汽简单地引入到混合物内，从而容易确保蒸汽供应的均匀分布并因此均匀加热全部混合物。熟练本领域的技术人员完全能优化注射点的数量和蒸汽量。

加热步骤a)中获得的混合物的另一可能性是使用磁控管辐射。磁控管辐射的优点是，可在没有物理接触的情况下加热混合物。然而，必须采取满意的措施，以便避免磁控管辐射从加热装置泄漏到环境中。

再一可能性是使用红外辐射。其缺点是，在没有进一步措施的情况下，来自步骤a)的外层材料快速加热，但混合物本体不那么快速地加热。向本体的热传导非常缓慢。这伴随的缺点是，快速被加热的外层混合物可能风干。藉助磁控管辐射加热仅仅引起轻微程度的风干。藉助蒸汽加热将根本不引起风干。

可在步骤c)的过程中，藉助例如气体或液体的强制供应，冷却根据本发明方法制造的培养基。然而，也可藉助非强制的自然冷却，根据步骤c)，产生向固体形式的转变。取决于环境温度，可在数分钟到数小时内发生按照这一方式的冷却。

若不希望强制冷却，则可提供具有覆盖层的培养基。这种覆盖层可例如由薄纸张或另一类似的可生物降解的材料组成。这一覆盖层必须足够坚固，以便在冷却的过程中持续，直到热塑性可生物降解的聚合物充分固结。这一覆盖层可例如生物降解或者相反。该材料仅仅需要在培养基尚未形成它自己的坚固度的时间段期间，具有使得它不简单地出现故障的稠度。

当然优选的是，当培养基具有环境温度或者操作温度时，粘合剂基本上是固体。

热塑性可生物降解的聚合物的熔融范围优选为20-130℃范围内的温度，优选40-120℃，和更优选60-100℃。通过本发明方法获得的所制造的培养基在室温(约18℃)下具有良好的形状保留。在高于20℃的操作温度下，对于聚合物的熔融范围来说，优选在比操作温度高的温度下开始，以便提供在使用过程中具有所需形状稳定性的培养基。

可生物降解的聚合物可以是在其降解过程中不形成任何有害物质的任何聚合物。例如可选自下述组：

1)可生物降解的聚酯如基于丁二醇、己二酸和对苯二甲酸的统计脂族芳族共聚酯；

2)聚乳酸类化合物，其中包括A和D变体；

3)聚羟基丁酸酯(PHB)化合物和聚羟基链烷酸酯(PHA)化合物；和

4)淀粉类化合物。

以上所述组中合适的代表性实例是下述：聚乳酸、淀粉、聚酯酰胺(BAC)、聚-ε-己内酯(例如获自意大利的Novamont SpA的产物Mater BI)。

最后，参考成型步骤的优选实施方案，其中在成型过程中，获得混合物的部分压缩。这种压缩优选达到混合物起始体积的最多99％，优选最多95％，更优选最多90％，和仍更优选最多80％。按照这一方式，略微充分地混合粘合剂和基础材料，从而允许与在没有这种压缩下的情况相比，粘合剂更有效地绕基础材料流动。这改进基础材料颗粒的粘接。相同量的粘合剂将在基础材料的颗粒之间产生更好的粘接，或者为了获得类似的粘接，在采用这种压缩的情况下可减少粘合剂的用量。

现参考优选的实施方案阐述本发明。

附图示出了实施该方法的优选实施方案的示意图。

图1示出了本发明方法的第一个实施方案。

图2示出了本发明方法的第二个实施方案。

图3示出了本发明方法的第三个实施方案。

图4、5和6示出了本发明方法的变通方案。

在各图中，相同的附图标记具有相同的含义。

图1示出了底层1如何包括置于其上的第二层2。第一层1由基础材料和粘合剂的混合物组成。基础材料选自有机和无机材料的至少一种。有机材料的实例是泥炭、灰泥、椰子纤维、椰子颗粒、大麻纤维、禾杆、小草、锯屑、咖啡粉末、有机废料、来自动物饲料工业的残渣和来自纸张工业的掺杂。无机基础材料的实例是粘土、土壤、珍珠岩、褐块石棉和其它惰性的无机材料。术语惰性的无机材料是指在所打算的应用中不显示出反应性且对在其内的种子的发芽或植物的生长不具有有害影响的各种材料。

粘合剂是热塑性可生物降解的粘合剂。粘合剂的非常合适的实例是ε-聚己内酯。可从Dow Chemicavl处获得这种材料，且在市场上以商品名Tone Polymers销售。这种ε-己内酯是可生物降解的且在约60℃的温度下略微熔化。

层2由基础材料组成。在所示的实例中，向该层内没有添加粘合剂。

底层1具有两侧3、4。在成型操作中，折叠底层1，以便侧面3、4毗邻放置和第二层2被第一层1围绕。在图1右手边的图中示出了这一结构。

尽管在图1中底层1以粘结层的形式示出，但显然该底层1大部分也由基础材料组成。因此，在实践中，底层1和顶层2之间的差别不那么明显，或者根本不可见。

尽管在图1中底层1的厚度相对不显著，但在实践中，它可显著地较厚。在图1中用字母A表示的成型产品的性能，将取决于层1的厚度。成型产品A的性能当然还取决于所使用的粘合剂的用量。

图2示出了图1所示的实施方案的变通方案。在图2的实施方案中，由基础材料和粘合剂组成的底层1部分覆盖第二层2。在第二层2上提供由基础材料和粘合剂组成的第三层5。第二层2与图1中所示的层2相同。

图2中的顶层5具有两个侧面6、7。图2所示的结构的成型处理导致产品B。此处底层1的侧面3、4分别毗邻顶层5的侧面6和7。当对该成型产品进行处理，其中使粘合剂6成为液体时，粘合到基础材料的颗粒上且将其围绕的各侧面3、6或4、7分别也彼此粘合。因此，根据本发明的方法，获得具有由基础材料和粘合剂组成的粘结外层和仅仅由基础材料组成的粘结里层的培养基。

图3最后示出了由基础材料和粘合剂组成的层1。对该底层1进行成型处理，之后获得完全由基础材料和粘合剂组成的培养基C。相对于基础材料的用量，粘合剂的用量优选例如最大25wt％，优选最大15wt％，更优选最大10wt％，以便获得其稠度基本上与仅仅基础材料的稠度相同的培养基。根据进一步的优选实施方案，相对于基础材料的用量，粘合剂的用量最大7wt％，更优选最大5wt％，和仍更优选最大4wt％。

显然本发明不限于根据附图所示和此处描述的优选实施方案的实施方案。尽管该图仅仅示出了成型为线材，但也可在模具中，例如为立方体形式，如10×10×10cm的模具，或者棒状模具，例如100×20×10cm等中制造本发明的材料，从而以较大形状的形式制造这种培养基。在所谓的底物培养中，这些可方便地用作培养块料等。底物培养通常用于市场园艺，例如培养温室植物如西红柿、胡椒等。

图4-6中示出了制造例如根据本发明方法制造的培养衬套或其它成形物体的变通方案。图4示出了具有顶侧9和底侧10的模具8。在模具8中，孔穴全部贯通地制造，以便在顶侧9形成开口11和在底侧10形成开口12。在顶侧的开口11略大于在底侧10的开口12。用粒状基础材料和热塑性、可生物降解的粘合剂的混合物从顶侧起填充孔穴。可例如在模具8的顶侧9处使用刮刀，通过施加混合物来进行填充，从而填充孔穴。模具可任选地维持在恒定的升高的温度下，使得热塑性聚合物至少部分流化。这将引起聚合物和基础材料在模具内粘接。为了能合适地填充在模具8内的孔穴，模具8优选放置在基础材料上，以便在底侧10的开口12闭合。

在随后的步骤中，颠倒模具8，于是顶侧9在底部和底侧10在顶部。图5中示出了这一方案。在模具8中示出了仅仅两个孔穴，然而，显而易见的是，在实践中，可在模具8中提供多个孔穴。在模具8下存在托盘13，以便在模具8内的孔穴与托盘13内的凹处密切配合。在模具8内孔穴中的培养基随后可从模具8的侧面10中向下推送，从而将培养基放置在托盘13的凹处内。

若孔穴具有略微同心的形状，则可能有助于从模具8中压出成型的培养基。优选底侧10的开口略小于顶侧9的开口。按照这一方式，贯串模具8的孔穴呈圆锥形状。当颠倒模具8(如图5所示)时，成型的培养基可容易地从模具8中压出。

图6示出了将成型的培养基推送出模具8的孔穴的步骤的进一步的说明。为此，推出元件14放置在孔穴12上，该推出元件14可沿着开口11的方向向下推送，也就是说，通过模具8的孔穴，从而将成型培养基推出模具8的孔穴。当模具8放置在托盘13上，以便与其接触时，只要推出元件14可移动到开口11上即可。当培养基引入到托盘13的凹处内时，推出元件14的一端可仍然与成型培养基的顶侧接触。同样如图6所示，推出元件14具有纺锤体15，所述纺锤体15可从推出元件14的一端向下移动。在操作情况下，用附图标记16的虚线所示地放置纺锤体15。当推出元件的一端正好位于培养基的表面上并使用纺锤体15时，将在培养基(未示出)内形成开口。这通常有助于例如放置幼小的植物、剪接体或种子和类似物在培养基内。若当温度仍处于聚合物的熔融区域内或之上的同时进行在培养基内形成开口的这一步骤，则一旦冷却开口将保持完整。

在附图中放大了模具8内孔穴的圆锥形。在实践中，开口11和12尺寸之间的差别可能小得多，以便维持从模具8中容易推出培养基。

为了流化粘合剂，可以以各种方式进行粘合剂的加热。如上所述，优选在蒸汽辅助下加热。为此，可藉助注射长枪将蒸汽注射到混合物内，以便取决于注射点的数量，获得混合物的均匀加热。熟练本领域的技术人员能确定注射点的数量以及要注射的蒸汽的用量，以便确保混合物的合适加热。优选使用干燥蒸汽，也就是说，已从中除去了冷凝水的蒸汽。在合适的实施方案中，可容易地在数秒内达到约100℃的混合物温度。即使混合物具有最多10cm或更高的层厚，这也是可能的。为此，例如可使用0.5bar过压的压力和112℃的温度的蒸汽。由于蒸汽巨大的热容，因此对于加热混合物来说，需要仅仅非常小量蒸汽。

另一可能性是使用红外辐射线。再一可能性是使用磁控管辐射线。粘合剂的稠度需要使得能藉助磁控管辐射线来加热它。也可藉助在混合物内包含的水，通过传热，间接加热粘合剂，和藉助磁控管辐射线加热粘合剂。

若图1和2所示的培养衬套的外部边缘具有粘合剂，但核心仅仅由基础材料组成，则相当容易将植物插入到衬套的松散内部且没有使衬套崩解。

作为可生物降解的聚合物，可使用在降解过程中不产生有害物质的所有聚合物。这意味着降解产品一定不合对植物和动物有害的任何成分。可使用可生物降解的合成聚合物或可生物降解的生物聚合物。其结合也是可能的。一般来说，聚合物可选自：

1)可生物降解的聚酯，如基于丁二醇、己二酸和对苯二甲酸的不同单体的统计、脂族芳族共聚酯；

2)聚乳酸化合物，其中包括A和D变体；

3)聚羟基丁酸酯(PHB)化合物和聚羟基链烷酸酯(PHA)化合物；和

4)淀粉类化合物。

这种聚合物可例如选自聚乳酸、淀粉、聚酯酰胺或聚己内酯。

培养基的尺寸可在宽的范围内变化。例如，培养基可具有总是确切地与培养块料内的凹处配合的形状与尺寸。合适的尺寸是直径为13mm、20mm和28mm的衬套。通常在实践中使用这些。

一些聚合物具有疏水效果。然而，由于根据该方法制造的培养基仅仅包括基础材料和粘合剂，因此粘合剂的这种疏水性能在实践中对基础材料的吸水性能没有影响。然而，优选粘合剂的用量不超过最大25wt％。

为了大大地改进基础材料的润湿性，可添加表面张力下降剂，例如WMC。它增加所获得的培养基的吸水性。

Claims (15)

1.制造植物可在其上生长的培养基的方法，其特征在于它包括下述步骤：

a)混合I：选自有机和无机材料中至少一种的粒状基础材料，与II：热塑性可生物降解的粘合剂，

b)至少加热粘合剂，旨在使其至少部分流化，

c)冷却该混合物，以便基本上固化该粘合剂，从而藉助该粘合剂粘结至少一部分基础材料。

2.权利要求1的方法，其特征在于，相对于基础材料的重量，粘合剂的用量最大25wt％，优选最大15wt％，更优选最大10wt％，仍更优选最大7wt％，甚至更优选仍然最大5wt％，和最优选最大4wt％。

3.权利要求1和2任何一项的方法，其特征在于在步骤a)中混合起始材料之后，进行成型处理。

4.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，在步骤b)和c)之间进行成型处理。

5.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，有机基础材料选自泥炭、灰泥、椰子纤维、椰子颗粒、大麻纤维、禾杆、青草、锯屑、咖啡粉末、有机废料、来自动物饲料工业的残渣和来自纸张工业的残渣。

6.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，无机基础材料选自粘土、土壤、珍珠岩、褐块石棉和其它惰性无机材料。

7.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，粒状基础材料具有10mm的最大尺寸，优选最大5mm，更优选最大2mm，和仍更优选最大1mm。

8.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，优选在步骤a)期间添加可生物降解的弹性体。

9.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于：

-放置基础材料加上粘合剂的第一层，在其上放置基础材料的第二层，和最后放置基础材料与粘合剂的第三层；

-随后进行成型处理，以便在第二层的两侧上彼此相对地移动第一和第三层，以便第二层完全被第一层围绕；

-用基础材料流化粘合剂；和

-粘合剂基本上固结，以便在围绕第二层的层内粘结基础材料。

10.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于：

-放置基础材料加上粘合剂的第一层，在其上施加基础材料的第二层；

-之后通过在第二层上折叠第一层，进行成型处理，以便第二层完全被第一层围绕；

-之后用基础材料流化粘合剂；和

-粘合剂基本上固结，以便在围绕第二层的层内粘结基础材料。

11.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，藉助例如气体或液体的强制供应，或者藉助未强制的自然冷却，进行步骤c)。

12.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，以培养衬套、培养垫、培养块料或类似形式使培养基成型。

13.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，在成型处理过程中，进行混合物起始体积最多99％，优选最多95％，更优选最多90％，和仍更优选最多80％的压缩。

14.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，热塑性、可生物降解聚合物的熔融范围是20-130℃范围内的温度，优选40-120℃，和更优选60-100℃。

15.前述任何一项权利要求的方法，其特征在于，通过添加蒸汽到混合物中，获得步骤b)中的加热。

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