CN1838876A - 蓄水材料 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种蓄水材料，基于使用的吸水剂，达到最大的蓄水能力，并且其易于供料，还可以大面积使用，为此，使用一种可生物降解的平面状载体材料和一种吸水剂，所述吸水剂颗粒均匀分散地固定在该载体材料上。

Description

蓄水材料

本发明涉及一种为植物长时间供水的蓄水材料。

DE 44 27 292 A1提出将天然海绵放在植物根部从而提供一种蓄水物，可以改善生长状况并节省浇灌过程。不过该蓄水效果是很有限的。

类似地，主要由堆肥制成的蓄水材料也适用，如DE 1 99 20 641A1中所述。尤其是当该材料嵌入植物根部时，在蓄水材料所受的压力作用下，该材料很大部分地丧失其事先已经有限的蓄水能力。此外，由于主成分堆肥的最终不可控制的来源，这样的材料经常负载有害物质。

所谓的超吸收剂基于聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯胺以及它们的衍生物，它们可以形成吸水性凝胶，其吸收多倍于净重的水，是特别合适的吸水剂。一方面这是由上述强吸水能力导致的，另一方面还在于即使在高压下所蓄积的水也保留在吸收剂颗粒中，并且不释放出来。与该性质并列地，即使在较高压力载荷下也可以吸收水。

该粒状的、大多为颗粒的吸水剂在过量供应液体时吸收该液体并与之结合，并且能够在干燥环境再次将水放回环境中。

推荐一所谓超吸收剂的生产商(例如BASF公司的Luquasorb^)，以大颗粒(Grossgebinden)提供的粒状物以2到50g/m²供料加入土壤中。从而明显提高植物对灌溉不足和干燥的抵抗力，并大大减少所需灌溉量，同时需水量减少。

作为向土壤中加入超吸水剂粒状物的另一优点，描述了在吸水或将水放出时通过粒状颗粒的胀大或收缩而疏松土壤。描述了改善根部通气的附加效果。

虽然超吸收剂的该效果是积极的，但最后其在实际中使用是困难的。

特别是在园艺者处理粒状物时的计量加入的问题。局部过量添加会升高植物，在最糟糕情况下甚至导致植物倒伏，这是由超吸收剂粒状颗粒吸水时体积明显增大引起的。此外还会形成粒状颗粒团聚体，由于颗粒的阻挡而降低蓄水能力。

目前，当将粒状超吸收剂以疏松形式置于良好渗透性的无纺织袋中而放在植物根部时，会遇到计量供料问题。不过，必要时可以小面积使用。因此不能考虑供应草坪。

本发明的目的在于，提供一种蓄水材料，基于使用的吸水剂，达到最大的蓄水能力，并且其易于供料，还可以大面积使用。

根据本发明，该目的是如下实现的，文端所述的蓄水材料涉及一种可生物降解的平面状载体材料和一种粒状吸水剂，所述吸水剂颗粒均匀分散地固定在载体材料上。

对于本发明的蓄水材料，吸水剂颗粒均匀分散地固定在载体材料上使得每一颗粒被完全提供用于蓄水物功能，并且可靠地避免颗粒结块。这里，该载体材料首先具有保持颗粒均匀分散在表面上的基本功能。

一方面可以这样进行固定，使得优选同样可生物降解的粘结剂涂布在载体材料上，然后铺洒吸水剂颗粒。

或者，该载体材料可以含有粘结剂，其在涂布吸水剂颗粒前被活化。

优选这样使用粘结剂，其易于使水进入颗粒中，即，该粘结剂应该不完全包住吸水剂颗粒或者至少是水可透过性的，这样，所提供的水可以被吸水剂颗粒瞬息间吸收。当载体材料已经含有粘结剂时，这是特别易于实现的。

吸水过程和随后将所蓄积的水放入干燥的环境中实际上可以任意经常性进行，特别是当使用文端所述的所谓超吸收剂作为吸水剂时。

优选使用水泡胀性的粘结剂，这样其本身还吸水，并提高蓄水材料的蓄水能力。由于该粘结剂理想的生物降解性，所以随着时间流逝自然失去了该部分蓄水能力。

用于本发明的粘结剂可以是完全水溶性的，当蓄水材料在植物根部的土壤中被挡住时，通常该粘结剂发挥作用，结果粒状吸水剂彼此间被土壤保持足够的距离。

从上述角度看，合适的粘结剂是多肽，更特别优选胶原水解产物。

这里，特别是平均分子量 Mw为1000到20000道尔顿、特别是3000到15000道尔顿的胶原水解产物。

该载体材料本身选自生物相容性的、特别是同样可生物降解的材料，适合于此的特别是诸如多糖、多肽或者聚乙烯醇的聚合物。特别是为此可以使用生物高分子，例如胶原蛋白、明胶、淀粉或纤维素。上述材料可以单独使用或者以混合形式使用。

这些聚合物额外的优点在于，随着时间流逝，它们也可以生物降解，所以本发明的蓄水材料总体上在土壤可以保持较长时间，或者也可以与周围的土壤一起进行堆肥。

根据本发明使用的载体材料优选形成柔性的材料，所以其例如还可以围裹用于销售的植物的根球，以便该根球经过较长时间(例如运输时)仍保持潮湿。

优选即使在干燥状态仍具有足够柔性性并且可以形成希望形状(例如在根球上附聚)的蓄水材料。因此，优选柔性的薄膜和泡沫板作为载体材料。

如果该可生物降解的载体材料不具有固有的柔性性，则可以添加增塑剂。

值得推荐的例如是小分子增塑剂，例如卵磷脂、脂肪、脂肪酸、甘油、二-和三甘油、山梨糖醇。此外，由于水通常是生物高分子最好的增塑剂，所以特别推荐结合水分的聚合物：聚甘油、聚氧化烯、聚氧化烯-酯、聚乙烯醇、PVP、PVFm、PVAm、山梨聚糖酯、纤维素衍生物如CMC。

还优选该载体材料本身具备蓄水能力，即，优选使用发泡材料，这里特别是使用开孔的发泡材料。

推荐发泡材料的干密度为5到50mg/cm³。这样的材料一方面仍可以以对于使用而言足够高的机械强度值制得，而另一方面还保持小的载体材料本身重量。

该载体材料也可以形成无纺织结构或者形成网状结构，这样，在增大的载体材料表面情况下，更多的吸水剂颗粒可以与粘结剂结合。

在本发明蓄水材料的另一方案中，除了吸水剂颗粒外，还有颗粒状肥料均匀分散地固定在载体材料上。与用于固定吸收剂颗粒相同的实施方式适合用于固定该肥料颗粒。

这里，该肥料颗粒也均匀分散在载体材料上是有利的，因为这样可以确保为土壤均匀供应肥料。

本发明的蓄水材料特别是适合作为植物用蓄水物，特别是在植物器皿中栽种的植物，这样可以均匀湿润土壤。由于根据本发明粒状吸水剂分散固定在载体材料上，可以不发生吸水剂颗粒的结块，所以吸水剂的全部能力被提供用于蓄水物作用。更确切地说，所有的都可全部提供用于蓄水物功能。同样可以分散固定在载体材料上的肥料颗粒也是如此。

如果使用载体材料的某些结构，例如粗略的网状结构，则表面增大，该表面上可以粘结吸水剂颗粒，任选还结合有肥料颗粒。

通过载体材料本身的蓄水物功能，还可以实现进一步的蓄水物作用，这里完全可以使用即使在压力下也不一定必须含有水的蓄水材料，比如发泡的、特别地还开孔的材料，例如发泡的多糖、多肽或PVA。

可以这样选择载体材料，其本身含有粘结剂或者甚至本身可活化为粘结剂。这样，例如仅仅用水润湿就可以将作为载体材料的明胶活化为粘结剂，这样，该吸水剂颗粒可以立即被分散涂布在平面状载体材料上，并且直接被润湿的明胶固定在那里。

还可以设想由相对粗孔的开孔泡沫形成的载体材料，此时，吸水剂颗粒不仅粘结在宏观的表面上，而且所述颗粒也贮藏在泡沫结构的开孔中，并且通过粘结剂固定在那里。

特别是，构造根可穿透的蓄水材料，其该材料能够永久性停留在土壤中特别地形成这样的蓄水材料。

以下借助附图更详细解释本发明的所述和进一步的优点。附图分别为：

图1：本发明蓄水材料的透视图；

图2：图1材料边缘区的细部视图；和

图3：本发明蓄水材料的另一实施方案。

图1整体表示标记为10的蓄水材料，其具有平面状载体材料12，特别是由发泡的多肽形成，其上侧含有很多均匀分散的吸水剂颗粒14。在此，吸水剂的颗粒经粘结剂、这里特别是平均分子量为3000到15000道尔顿的胶原蛋白水解产物进行粘结。可以一起粘结肥料颗粒16。

如图2所示，载体材料12是发泡的多肽，因此除了超吸水剂颗粒14的蓄水能力外，还具有自身额外的蓄水物功能。

图3整体表示标记为20的本发明蓄水材料的另一方案。这里，该蓄水材料20包括二维网状的平面状载体材料22，所述网状结构可以以矩形网眼，或者显而易见地以任意其他网眼结构制得。

在平面状载体材料22网状结构的各个结点之间各个梁的表面上粘结有超吸水剂的颗粒24，再次优选使用平均分子量为3000到15000道尔顿的胶原蛋白水解产物作为粘结剂。

具有平面状载体材料的本发明蓄水材料均匀分散地粘结在吸水剂颗粒上，不仅具有各个吸水剂颗粒提供其全部能力并且不相互结块的优点，而且还可以这样构成该载体材料，使得其还可以实现额外的蓄水物功能。此外，除了吸收剂的颗粒外，肥料颗粒16、26也可以粘结在平面状载体材料12、22上，从而均匀分散地固定。

如果使用由可生物降解的材料例如多糖、多肽或PVA形成的载体材料12、22，则全部蓄水材料保留在土壤中，直至通过降解而分解，或者在任意时间点与周围的土壤一起进行堆肥。对此情况，特别推荐胶原蛋白水解产物作为粘结剂，因为其在土壤中进行生物降解遇到特别小的阻力。

推荐作为吸水剂的超吸水剂通常基于聚丙烯酸聚合物、聚丙烯酰胺、聚乙烯胺及其衍生物，其对生物降解应具有很高抗性，以便在超过载体材料降解的时间点能够确保蓄水物功能的长时间效果。由于上述聚合物是生物相容的，所以它们可以长期保留在土壤中。

借助以下实施例从一系列其他方面更详细解释本发明：

实施例

1.发泡的平面状载体材料的制备

通过粒状物在冷水中泡胀随后在60℃溶解而制得的具有高起霜值的(hochbloomigen)猪皮明胶的15％溶液。之后将该溶液冷却到45℃，并且通过连续通风(装置：Mondomix Mini)而用于制备泡沫。在泵功率为450Upm、混频头调节为750Upm并且调节密度为75ml时，达到130mg/cm³湿密度。该泡沫通过宽缝喷嘴以盒状挤出。用具有一定湿度的空气干燥该泡沫饼，随后切成20×20×0.6cm的板材。该泡沫板的特定密度为25mg/cm³。

代替相对贵的、价值高的猪皮明胶，还可以在没有太多损失功能性情况下使用其他品质和/或来源的明胶，例如骨明胶。

或者同样可以考虑有利于形成泡沫的明胶，主要混有价格便宜的淀粉。淀粉份额为10到20重量％，或者不严重妨碍形成泡沫。更确切地说，还可以使用基于纯淀粉的发泡材料，必要时，明胶份额改善载体材料的强度。

对于胶原蛋白来源的载体材料，优选这样选择原料，使得10到55重量％，优选20到40重量％的分子量 Mw＜40000道尔顿。这里，胶原蛋白载体材料的粘结剂功能仅通过水的作用进行活化。这显然适用于发泡和未发泡的载体材料。

水合状态载体材料结构完整性的改善

为了改善特别是水合状态的形状稳定性，在制备过程中或者事后对可生物降解的发泡或未发泡载体材料进行交联化。为了交联化，可以使用所有合适的交联剂。此时应该保持生物可降解性。对于蛋白质例如胶原水解产物，例如醛、二醛、二异氰酸酯、脂族和芳族的二卤化物、活性乙烯基化合物、有机二酸作为活性酯以及无机交联剂和络合剂例如磷酸盐，是合适的。当载体材料作为泡沫板存在时还可以通过热去水合作用和通过UV辐照达到交联化。

根据对机械性质所希望的改善程度，例如可以使用直到3000ppm的甲醛(还参见实施例3)。

2.本发明蓄水材料的制备

用水喷洒由实施例1得到的载体板或泡沫板，并且在10分钟后，其胶原蛋白水解产物的水溶性成分转入水相中，撒上丙烯酸酯超吸水剂粉末(1.25g/100cm²)。粘上吸收剂后进行干燥。20×20×0.6cm的泡沫板显示吸水约1升。合适的超吸水剂例如是由BASF公司提供的称为Luquasorb^的材料。

水吸收行为的比较

吸收剂	单位起始体积所用吸收剂的水吸收量	单位质量的水吸收量
			栽花泥土，潮湿	0.4kg/l	0.95kg/kg
栽花泥土，干燥	1kg/l	4kg/kg
			实施例2的蓄水物板	4.7kg/l	140kg/kg

这样，20×20×0.6cm³大的板材已经完全足够用于例如高为50到100cm的烟杆藓(Buxbaum)植物。与此相比，在这样的植物根部均匀分散加入的5g相应量的溶解性超吸水剂颗粒事实上是困难的，从而经常导致过量加入，其妨碍而不是促进植物生长(即，将根固定在土壤中)。

最后，以上列出的表显示了与栽花泥土相比本发明的蓄水材料在蓄水能力方面的优越性。

3.本发明其他蓄水材料的制备

类似实施例1，配制具有13％明胶、2％二甘油、0.2％颜料(氧化铁棕褐色)和1000ppm甲醛(相对明胶)的溶液。如上所述，使该溶液发泡，然后通过宽缝喷嘴在运输带上挤出。用超吸收剂(1.25g/100cm²)冲击(beaufschlagt)6mm结实的明胶泡沫，并在干燥通道中干燥。所得产品是柔性的，在干燥状态还可以进行成形。

令人惊讶地发现，这样干燥的发泡载体材料的抗拉强度只受交联剂浓度很小的影响。稳定性更大程度上由泡室结构、特别是由泡室壁厚度决定。这可以通过待发泡的蛋白质溶液的浓度进行调节。这样，当起始溶液的蛋白质浓度从10％升高到18％时，使检验样品(10×2.5×2cm)断裂所需的力增加4倍。

然而，在潮湿状态下，交联化稳定地发生作用，同样使该材料的生物降解性减缓。

所得材料的蓄水能力基本上相应于实施例2的蓄水能力。

4.根据本发明分另一种可选蓄水材料

由再生的纤维素形成的海绵布(例如Marke Vileda，HerstellerFa.Freudenberg & Co KG的家用布)，用5％浓度平均 Mw为5000D的胶原蛋白水解产物溶液进行喷洒，用超吸收剂(1.25g/100cm²)冲击并且干燥。在此得到可与实施例2和3中材料相比的蓄水能力。

Claims (21)

1.蓄水材料，包括一种可生物降解的平面状载体材料和一种粒状吸水剂，其中所述吸水剂颗粒均匀分散地固定在载体材料上。

2.根据权利要求1的蓄水材料，其特征在于，该吸水剂颗粒通过可生物降解的亲水性粘结剂固定在该载体材料上。

3.根据权利要求2的蓄水材料，其特征在于，该粘结剂是水可泡胀的。

4.根据权利要求2或3的蓄水材料，其特征在于，该粘结剂是水溶性的。

5.根据权利要求2到4之一的蓄水材料，其特征在于，该粘结剂是一种多肽。

6.根据权利要求5的蓄水材料，其特征在于，该多肽是胶原蛋白水解产物。

7.根据权利要求6的蓄水材料，其特征在于，该胶原蛋白水解产物的平均分子量Mw为1000到20000道尔顿，更优选为3000到15000道尔顿。

8.根据前述权利要求之一的蓄水材料，其特征在于，该载体材料含有多糖、多肽和/或PVA。

9.根据权利要求8的蓄水材料，其特征在于，该载体材料是经交联的。

10.根据权利要求8或9的蓄水材料，其特征在于，该载体材料含有增塑剂。

11.根据权利要求8到10之一的蓄水材料，其特征在于，该多肽是明胶。

12.根据前述权利要求之一的蓄水材料，其特征在于，该载体材料是一种柔性的载体材料。

13.根据前述权利要求之一的蓄水材料，其特征在于，该载体材料是一种发泡的载体材料，特别是具有开孔结构。

14.根据权利要求1到12之一的蓄水材料，其特征在于，该载体材料具有无纺织结构。

15.根据权利要求1到13之一的蓄水材料，其特征在于，该载体材料具有网状结构。

16.根据权利要求2到15之一的蓄水材料，其特征在于，该载体材料包含所述粘结剂。

17.根据权利要求16的蓄水材料，其特征在于，该粘结剂是一种能被水活化的粘结剂。

18.根据前述权利要求之一的蓄水材料，其特征在于，在该载体材料上还均匀分散地固定有粒状肥料。

19.根据前述权利要求之一的蓄水材料，其特征在于，该吸水剂材料包含超吸水剂材料。

20.根据权利要求16的蓄水材料，其特征在于，该超吸水剂材料选自聚丙烯酸、聚丙烯胺、聚乙烯胺及其衍生物。

21.根据前述权利要求之一的蓄水材料，其特征在于，该材料是根可穿透的。

Images