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Die
vorliegende Erfindung betrifft neue Verbundprodukte auf Zeolithbasis
mit hervorragender Düngemittelwirkung.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein mit Pflanzennährstoffen
angereichertes bzw. gefülltes Verbundprodukt,
in welchem die Pflanzennährstoffe
in fester Form so weit fixiert sind, dass sie zwar von den Pflanzen über die
Wurzeln langsam aufgenommen, aber vom Gießwasser nicht ausgewaschen
werden können.
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Die
Anwendung von natürlichen,
gegebenenfalls aktivierten Zeolithen in Landwirtschaft und Gartenbau
ist bekannt. Bekannt sind solche Zeolithe auch als Zusätze zu Substraten
für Kübelpflanzen,
zur Dachbegrünung
und ähnlichem.
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Bekannt
ist, dass durch diese aktivierten Zeolithe, sog. „Slow – Release" Dünger, die
Nährstoffmenge für die ganze
Vegetationsperiode ausreichend ist und eine spätere Kopfdüngung mit Mineraldünger vermieden werden
konnte.
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Aufgrund
des Ionenaustauschvermögens
gegenüber
Kationen ist es möglich
ca. 12 gr pro kg Zeolith entsprechend an NH4 +/K+/Mg++ einzubringen.
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Der
Ionenaustausch erfolgt mittels 10%iger Lösung entsprechender wasserlöslicher
Salze.
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Alle
diese Untersuchungen wurden speziell im osteuropäischen Raum im Auftrag der
jeweiligen Ministerien für
Landwirtschaft durchgeführt.
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Bevorzugte
Körnung
der „Slow – Release" – Dünger auf Zeolith – Basis
waren 2–5
mm gemischt mit Torf und Sand, oder der Dünger wurde in den Boden direkt
eingepflügt
(Berichte der Universität
für Gartenbau und
Lebensmittelindustrie, Institut für Gemüsebau, Budapest).
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Den
Untersuchungsberichten entsprechend, sind Staubanteile schädigend,
da sie zu einer Verbackung/Verdichtung der Böden und/oder Substrate und
somit zu einer ungenügenden
Belüftung – Sauerstoffversorgung
führen.
Produkte, die mit NH4 + und
K+ durch Ionenaustausch aktiviert worden
waren, zeigten deutliche Verbesserungen hinsichtlich Wachstum, Trockensubstanz,
Wurzelfrischgewicht und Ertrag.
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Bekannt
sind Formkörper
auf der Basis fasriger Zellulose aus Altpapier (Sekundärrohstoff)
für Pflanzschalen
auf Friedhöfen
oder aber auch für
Blumentöpfe
anstelle von Kunststoff. Diese Produkte haben jedoch den Nachteil,
dass sie keine fixierten Pflanzennährstoffe enthalten.
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Dadurch
tritt der Effekt ein, dass den Pflanzen Nährstoffe entzogen werden ähnlich dem
Effekt beim Mulchen mit Sägespänen/Holzmehl,
was zu einer Schädigung
der Pflanzen im Wurzelbereich führt.
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In
verschiedenen Veröffentlichungen
wird der positive günstige
Einfluss von Zeolith beschrieben. Zu diesen Vorteilen gehören
- – Die
Bodenverbesserung bei sandigen oder schweren Böden
- – Die
Steigerung des Nährstoffrückhaltevermögens
- – Die
Zunahme des Aufnahmevermögens
von Wasser, Salz und/oder Säure.
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Ebenso
wird in jüngster
Zeit Dünger
auf Basis Stickstoff – Phosphor – Kalium
(N – P – K) im
Gemisch mit gemahlenem Zeolith angeboten. Desgleichen ist es bekannt,
Zeolith als Zusatz in Komposterde anzuwenden.
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Für das Pflanzenwachstum
notwendig sind neben N – P – K vor
allem weitere Nährstoffe,
wie das sehr wichtige Magnesium sowie Mikro- oder Spurenelemente
wie Eisen, Mangan, Kupfer, Zink, Bor, Molybdän und Chlor.
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Ein
Nachteil der angebotenen Düngemittel,
speziell der für
Topf- und Kübelpflanzen,
Keimlinge und Jungpflanzen, sowie den für den Zierpflanzenanbau angebotenen,
ist der, dass ihre Anwendung leicht zur Überdüngung führen kann. Überdüngung hat aber ebenso wie Unterdüngung oft
irreversible Schädigung
zur Folge.
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Entscheidend
für den
Erfolg des Anbaus sind neben der Düngung auch der pH-Wert der Böden und die
Beschaffenheit des Giesswassers.
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Bekannt
ist, dass durch diese aktivierten Zeolithe, sog. „Slow – Release"- Dünger, die
Nährstoffmengen
für die
ganze Vegetationsperiode ausreichend ist und eine spätere Kopfdüngung mit
Mineraldünger
vermieden werden konnte.
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Die
Aufgaben welche der vorliegenden Erfindung zu Grunde lagen, waren
unter anderen die, dass der organischer Trägerstoff biologisch vollständig abbaubar
sein sollte, und dass das neue Erzeugnis im Hinblick auf Umwelt,
Böden und
Mikroorganismen günstige
Eigenschaften aufweisen sollte, und insbesondere auch, dass die
Düngewirkung
möglichst über die
ganze Vegetationsperiode erhalten bleiben sollte.
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Diese
und andere Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gelöst.
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Gegenstand
der Erfindung ist nun ein Verbundprodukt aus bis zu 70 Gew.-% hydrophilem
Zeolith, fixierten Pflanzennährstoffen
und faseriger Zellulose aus Pflanzenfasern (und/oder Sekundärrohstoffen).
Dieses Verbundprodukt liegt vorzugsweise in Gestalt von Formkörpern, wie
Karton, Pappe, Papier, Pellets, Pflanztöpfen, -kübeln, -kästen oder anderen Behältern vor.
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Vorzugsweise
enthält
das erfindungsgemäße Verbundprodukt
als Pflanzennährstoff
Kalium-, Ammonium- und/oder Magnesiumionen. Wenn man Phosphor, der
ein Pflanzennährstoff
ist, aber über
das Anion wirkt, in das Verbundprodukt einarbeiten will, setzt man
ein geeignetes Phosphat, z.B. Kaliumphosphat oder Ammoniumhydrogenphosphat,
bei der Herstellung (s. unten) der faserigen Zellulosepulpe zu.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zu Herstellung
eines solchen Verbundproduktes, wobei man granulierten oder gemahlenen
hydrophilen Zeolith, mit Pflanzennährstoffen, gelöst in Wasser, versetzt,
nach der Reaktionszeit mit Wasser wäscht, micronisiert und die
Mischung mit faserige Zellulosepulpe aus Pflanzenfasern (Primär- und/oder
Sekundärrohstoff)
in an sich bekannter Weise zu Pappe/Karton verarbeitet.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch die Verwendung der so hergestellten Verbundprodukte
zur Herstellung von Pflanzengefäßen mit
optimaler Düngewirkung.
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Speziell
betrifft die Erfindung ein Produkt, das Pflanzennährstoffe
enthält,
die durch Ionenaustausch und Absorption/Adsorption im anorganischen
Trägerstoff
Zeolith fixiert sind oder, wie im Falle von Phosphaten, an der faserigen
Zellulose aus Pflanzenfasern chemosorptiv fixiert sind. Das neue
Verbundprodukt kann in Form von voluminösen, flächigen Produkten, wie Platten,
Tabletten, Pellets, Stangen oder in beliebigen für den beabsichtigten Zweck
geeigneten Formen, wie Pflanzenkübeln,
Pflanzschalen, Blumentöpfen,
Anzuchttöpfen u.s.w.,
bereitgestellt werden.
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Diese
Produkte sind rasch biologisch abbaubar, kompostierbar und regen
die biologische Aktivität
von Mikroorganismen an.
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Die
Ausführungsbeispiele
wurden mit Zeolithen nachstehender Beschaffenheit Durchgeführt.
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Chemisch-physikalische
Daten verwendbarer Zeolithe
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Die
ersten beiden Spalten der vorstehenden Tabelle geben an, aus welchen
Mineralien, angegeben in Volumprozent, sich der in den Versuchen
verwendete Zeolith zusammensetzte.
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Die
letzten beiden Tabellenspalten geben die chemische Analyse des verwendeten
Zeoliths wieder. Danach enthielt er z.B. 66,4 Volumprozent SiO
2 und 12,2 Volumprozent AL
2O
3.
| Ionenaustauschvermögen: | 1,8–2,2 me
q/g |
| Innere
Oberfläche | 500–600 m2/g |
| Äußere Oberfläche | 25–40 m2/g |
| Porenvolumen | 0,30–0,40 cm3/cm3 |
| Ölzahl (Din/ISO
787/5) | 60
g/100 ml |
| Zeta
Potential | –38 bis –42 m V |
| PH-Wert
10% | 7,8–8,5 |
| Spez.
Gewicht | 2,16
g/cm3 |
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Ausgehend
von der Tatsache, dass je feiner die Körnung ist, umso mehr die Oberfläche des
Zeolithes vergrößert wird,
und anderseits somit auch die Chemisorption und die Diffusion von
polaren Stoffen und Ionen gesteigert wird, beruht die Erfindung
darauf, aktiviertes NH4 +/K+/Mg++ Zeolith in
(pulverisierter) mikronisierter Form in einen voluminösen Trägerstoff
einzuarbeiten.
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Ein
biologisch abbaubarer Trägerstoff
aus faseriger Zellulose, z.B. Holzschliff, wird direkt eingearbeitet.
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Beispiel 1
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Zeolith-Granulat
mit einer Körnung
von 1–2
mm wurde getrennt mit jeweils
- A) 10%iger Kaliumchlorid-Lösung
- B) 10%iger Ammoniumnitrat-Lösung
- C) 10%iger Magnesiumchlorid-Lösung
versetzt und
bei Raumtemperatur 10 Stunden stehen gelassen, anschließend gewaschen,
bis das Waschwasser frei von Cl- und NO3-Anionen
war bzw. der Leitwert des Waschwassers dem Eingangsleitwert des
Waschwassers entsprach.
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Anschließend wurde
das Granulat bei ca. 150°C
getrocknet und in der Kugelmühle
micronisiert.
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Die
Korngrößenverteilung
des micronisierten NH
4-Zeolith/K-Zeolith/Mg-Zeolith
ist:
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Die
micronisierten aktivierten Zeolithe wurden der Pulpe nach folgender
Rezeptur zugesetzt, bezogen auf TS (Trockensubstanz).
50% Schleiferstoff
(Holzschliff)
10% CTMP (chem. Therm. Mech. Behandelte Pulpe)
20%
NH4-Zeolith
10% K-Zeolith
10%
Mg-Zeolith
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Berechnet
auf die Gesamtmasse wurden 5% Kaliumphosphat in die Pulpe eingerührt und
30 Minuten lang vermischt. Außerdem
wurden 2% CMC (Carboxylmethylcellulose) eingerührt. Zum Ausgleich der anionischen
Ladung wurden 0,5% kationisches Polymer zugesetzt.
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Die
so hergestellte Pulpe wurde auf der Papiermaschine über Siebe
entwässert
und weiter wie bei der normalen Pappeproduktion kontinuierlich verarbeitet.
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Das
Endprodukt der Versuchspappe zeigte nachstehende Parameter im Vergleich
zur Normalpappe ohne Zeolith und Phosphat.
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Es
zeigt sich überraschend,
dass der Zusatz von 35% Zeolith, berechnet als Asche, keinen negativen Einfluss
auf die physikalischen Werte hat. Speziell für die Funktion der Spezialpappe
entscheident sind die Saugzeit, die Wasseraufnahme und die Luftdurchlässigkeit
(Porosität).
5% des eingebrachten Zeolithes sind bei der Verarbeitung durch das
Siebwasser verloren gegangen.
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Die
so produzierte Pappe wurde anschließend auf die chemische Zusammensetzung
durch Königswasseraufschluss
analysiert.
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Die 1,
eine REM – Aufnahme
mit 1000facher – Vergrößerung,
zeigt in der so gefertigten Pappe den lockeren Verbund der Zellstoff – Faser
(Holzschliff) mit eingelagerten Zeolith – Partikeln.
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Dieser
lockere luft- und wasserdurchlässige
und saugfähige
Verbund Faser – Zeolith
speichert einerseits Wasser und ist anderseits von den Pflanzenwurzeln durchdringbar.
Die Wurzeln holen sich nur den benötigten Nährstoff. Dies entspricht einer
Depot – Düngung während der
Vegetationsperiode.
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Je
nach Anforderung und Einsatz kann die flächige Pappe z.B. mit 1 mm durchgehender
Perforation versehen werden, wodurch sich die Luftdurchlässigkeit
stark erhöht
und ein Durchdringen des Wurzelgeflechtes erleichtert wird.
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Um
ein Durchdringen von Wasser z.B. bei Formkörper wie Pflanzschalen, Töpfen etc.
zu vermeiden, wird die Außenseite
des Verbundstoffes mit einer wasserabweisenden (hydrophoben) Leimung
z.B. Harzleimung oder ASH – Leimung
(Bernsteinsäureanhydrid)
oder nach einem anderen, zum Stand der Technik gehörenden Leimungsverfahren
behandelt.
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Das
Wasserspeichervermögen
sowie die Luftdurchlässigkeit
werden dadurch nicht beeinträchtigt.
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Die
so gefertigten Produkte haben aufgrund ihrer physikalischen und
chemischen Beschaffenheit nicht nur die gefundene günstige Wirkung
auf die Pflanzen selbst, sondern beschleunigen auch die biologischen Prozesse
wie Nitrifikation sowie den mikrobiellen Abbau der Pappe (Zellstoff)
selbst. Siehe hierzu das deutsche Patent Nr. 198 07 406.
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Durch
die rasche Immobilisierung der Mikroorganismen und rasche Populationsbildung
werden sehr rasch die Enzyme wie Cellulase produziert, die eine
Hydrolyse des Polysaccharid – Moleküls herbeiführen.
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Die 2 ist
eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des immobilisierten
Zeoliths.
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Diese
Untersuchungen zeigen, dass die bisher in Kunstoff gefertigten Formartikel
zur Aufzucht von Jungpflanzen durch das neue Verbundprodukt der
Erfindung („Faser-Zeolith") mit Vorteil ersetzt
werden können.
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Vorteile
der neuen Verbundstoffe sind unter andere die nachstehenden:
Die
Jungpflanze erhält
genügend
Wasser und die für
den Wachstum notwendigen Nährstoffe.
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Die
Mikroorganismen im Boden erhalten genügend Sauerstoff.
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Ein
Durchwachsen des Wurzelgeflechtes durch die Bodenlöcher und
damit Beschädigungen
der Pflanzen beim Umtopfen werden verhindert.
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Ein
Umtopfen der Jungpflanze in Freigelände, Balkonkästen u.s.w.
ist nicht mehr notwendig, da der Trägerstoff Zellstoff rasch im
Boden zersetzt wird, wobei das aktivierte Zeolith im Boben verbleibt.
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Die
rasche Zersetzung der faserigen Zellulose (Zellstoff) im Boden ist
ein weiterer beachtlicher Vorteil gegenüber den bisher meist aus Ton,
Keramik oder Kunststoff hergestellten Pflanzengefäßen.
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Eine
weitere Verwendung ist es, das Produkt als Einlage in Blumentöpfen, Blumenkästen, Blumenkübeln etc.
zu verwenden.
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In
Form von Pellets kann das neue Verbundprodukt der Pflanzenerde direkt
beigemischt werden, wobei ein hochwertiges Substrat entsteht.
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Außer den
Hauptnährstoffen
der Pflanzen enthält
das neue Verbundprodukt auch die notwendigen Spurenelemente, welche
in dem verwendeten Naturzeolith schon von vornherein enthalten sind.
