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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elements zur Regulierung der Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen sowie Elemente die für die im Wurzelbereich von Pflanzen einsetzbar sind.
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Bei der Anpflanzung von jungen Bäumen im innerstädtischen Raum kann Wassermangel zu Wachstumsproblemen führen. Um ein Austrocknen der Böden im Bereich der Wurzelballen von jungen Pflanzen zu verhindern, sind verschiedene Maßnahmen bekannt. So werden beispielsweise die Wurzelballen von Gießrändern umgeben, um das Wasser nach dem Gießen lange im Bereich der Pflanzen zu halten. Darüber hinaus ist aus der
DE 36 00 340 C2 bekannt, Granulat zwischen zwei Hüllen anzuordnen und diese Hüllen in Pflanzgruben zu verlegen. Nachteilig an diesen mit Granulat gefüllten Hüllen ist, dass die verwendeten Materialien verrottungsfest und wasserdurchlässig sind.
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Darüber ist aus dem Gebrauchsmuster
DE 91 90 036 U1 eine Speichermöglichkeit für Flüssigkeiten im Bereich von Wurzelballen von Pflanzen aufgezeigt. Hier wird das Erdreich um den Wurzelballen mit einem Feuchtigkeitsabsorber, nämlich einem Gemisch aus Hydrogel und Wasser vermischt. Diese Wasserspeichermöglichkeit ist für Pflanztöpfe gut geeignet. Im Bereich von Baumanpflanzung haben solche lose im Erdreich verteilte Feuchtigkeitsabsorber den Nachteil, dass diese nicht ausreichend Wasser speichern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung vorzuschlagen, insbesondere ein verbessertes Wassermanagement für den urbanen Raum.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Elements zur Regulierung der Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens beschreiben die Unteransprüche 2 bis 7. Durch ein solches Verfahren lassen sich unterschiedliche Elemente herstellen, die zur Regulierung der Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen einsetzbar sind. Diese Elemente beschreiben die Ansprüche 8 bis 17.
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Für das neue Verfahren zur Herstellung eines Elements zur Regulierung der Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen werden ein Trägermaterial, ein Wasserabsorptionsmaterial und ein Bindemittel eingesetzt.
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Das Trägermaterial besteht aus biologisch abbaubaren Fasermaterial. Dies können Kurzfasern aus zerkleinerten Pflanzenfasern, wie beispielsweise Kokosfasern, Holzfasern, Strohfasern, Heufasern sein oder aber auch körnige Trägerpartikel, wie beispielsweise Sägemehlpartikel. Das Trägermaterial kann in einer weiteren Ausführung auch eine flächige Trägerlage aus biologische abbaubaren Fäden, Fasern oder Garnen sein, wie beispielsweise eine textile Trägerlage. In diesem Fall lassen sich ein Gewebe oder ein Gewirke oder ein Gestrick oder ein Vliesstoff oder ein Filz, aus biologische abbaubaren Fäden, Fasern oder Garnen einsetzen. Hierbei sind die Fäden, Fasern oder Garne vorzugsweise aus Jute, Flachs, Hanf, Leinen, Baumwolle, Viskose oder einer Mischung aus den vorgenannten Materialien sind.
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Das Wasserabsorptionsmaterial ist ein biologisch abbaubares, pulverförmigen Mittel und wird als trockene Mischung zusammen mit einem Bindemittelpulvers eingesetzt. Als Wasserabsorptionsmaterial werden insbesondere Polyacrylsäurepartikel verwendet. Diese sind zu 100 % biologisch abbaubar. Als Bindemittelpulver wird ein biologisch abbaubaren Schmelzkleber, bevorzugt ein Polycaprolacton (PCL), Polylactid (PLA) oder ein Polyvinylalkohol (PVOH) eingesetzt. Polycaprolacton ist bevorzugt, da es weniger schnell wasserlöslich ist und so die Festhaltezeit der Wasserabsorptionspartikel an dem Trägermaterial besser steuerbar ist. Das Wasserabsorptionsmaterial und das Bindemittelpulver wird zu einer trockenen Pulvermischung vermischt, wobei der Anteil an Bindemittelpulver in dieser Mischung 10 - 40 Gew % beträgt, vorzugsweise 25 bis 30 Gew %. Das Bindemittel dient beim fertigen Element dazu die Pulverkörner des wasserabsorbierenden Mittels möglichst lange am Trägermaterial zu halten. Durch Wasseraufnahme quellen die Partikel des Absorptionsmittels auf. Es werden Gelteilchen gebildet, die durch weitere Wasseraufnahme wachsen. Durch die bestehende Klebeverbindung des Absorptionsmittels am Träger kann auf diese Weise Regenwasser lange im Bereich der Wurzelballen gehalten werden. Die durch Aufnahme von Wasser wachsenden Gelkügelchen des Absorptionsmittels lösen sich erst bei Erreichen einer entsprechenden Größe vom Träger ab und migrieren in den Boden, wo sie eine Nassschicht um die Wurzeln der Pflanzen bilden. Das Abtrennen der gelförmigen Teilchen des Absorptionsmittels vom Träger ist damit wesentlich zeitverzögert, was in vorteilhafter Weise für lange Zeit zu einer guten Versorgung der Pflanzen führt. Bei einer Migration der großen Gelkügelchen in den Bodenbereich stellt darüber hinaus der Träger vorerst eine gewisse Begrenzung dar und sorgt dafür, dass eine Nassschicht noch für eine Zeit im Bereich der Wurzelballen verbleibt.
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Nach dem Herstellen der trockenen Mischung aus Wasserabsorptionspartikeln und Bindemittelpulverpartikeln wird diese Mischung mit dem Trägermaterial in Kontakt gebracht und die Pulverkörner des absorbierenden Mittels werden durch die Klebewirkung des Bindemittelpulvers an den Fasern des Trägermaterials fixiert. Handelt es sich bei dem Trägermaterial um eine flächige Trägerlage aus biologisch abbaubaren Fäden, Fasern oder Garnen wird eine Beschichtung dieser Trägerlage mit der trockenen Pulvermischung vorgenommen. Dies geschieht unter Wärmeanwendung, so dass die Bindemittelpulverpartikel anschmelzen und ihre Klebewirkung entfalten. Hierbei wird je nach Anwendungsfall die trockene Pulvermischung vollflächig oder teilflächig auf die Oberfläche der flächigen Trägerlage aufgebracht. Handelt es sich bei dem Trägermaterial um biologisch abbaubaren Kurzfasern werden Fasern zerkleinert und mit der trockenen Pulvermischung zu einer Faser-Pulver-Mischung vermischt. Die Faser-Pulver- Mischung enthält Trägermaterial-Kurzfasern, Wasserabsorptionsmaterialpartikel und Bindemittelpulverpartikel. Diese Faser-Pulver-Mischung wird unter Temperatur- und Druckeinwirkung zu Formkörpern verpresst. Durch die Wärmeanwendung entfalten die Bindemittelpulverpartikel ihre Klebewirkung.
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Das Verpressen kann ein Pelletieren zur Erzeugung von Pellets sein. Oder es werden Formkörper gepresst, die in ihrer Form an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst sind, beispielsweise leistenförmige oder plattenförmige oder muldenförmige Formkörper für Pflanzrinnen oder Pflanzmulden. Pellets können ebenfalls unterschiedliche Formen besitzen, z.B. stäbchenförmig, kugelförmig oder zylinderförmig. Pellets haben den Vorteil, dass ein solches Elements zur Regulierung der Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen einerseits stark verdichtet ist, was wenig Platzbedarf bedeutet und andererseits sind Pellets gut dosierbar.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden der trockenen Pulvermischung oder der Faser-Pulver-Mischung weitere Partikel zugemischt, beispielsweise Partikel von Mineralien, von Nährstoffen oder von Düngemitteln.
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Nach dem Verfahren lassen sich verschiedene Elemente zur Regulierung der Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen herstellen.
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Eine Ausführungsform umfasst ein flexibles Element mit einer flächigen Trägerlage aus biologisch abbaubarem Material. Diese Trägerlage besitzt an einer Oberfläche eine anhaftende Beschichtung, nämlich eine Beschichtung, die ein biologisch abbaubares, wasserabsorbierendes Mittel enthält. Das flexible Element kann entsprechend der Größe des zu versorgenden Wurzelballens einer Pflanze oder entsprechend der Größe einer Pflanzausnehmung für einen Wurzelballen zugeschnitten sein.
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Bei der Trägerlage handelt es sich vorzugsweise um ein Textil aus biologisch abbaubaren Fäden, Fasern oder Garnen, wobei das Textil ein Gewebe oder ein Gewirke oder ein Gestrick oder einen Vliesstoff oder eine Filzlage ist. Als biologisch abbaubares Material stehen für ein solches Textil Fäden, Fasern oder Garne aus Jute, Flachs, Hanf, Leinen, Baumwolle oder Viskose zur Verfügung.
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Die Trägerlage besteht in einer weiteren Ausführungsform aus einer biologisch abbaubaren Kunststofffolie, beispielsweise aus Celluloseacetat, oder ist eine Papierlage. Auch hier ist an einer Seite der Trägerlage eine anhaftende Beschichtung, nämlich das Mittel zur Wasserabsorption, angeordnet.
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Die Trägerlagen sind luftdurchlässig. Trägerlagen aus Folie oder Papierlagen können ggf. perforiert oder geschlitzt werden. Vorteilhaft ist, dass diese Trägerlagen von Pflanzen durchwachsen werden können.
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Bei dem Mittel zur Wasserabsorption handelt es sich vorzugsweise um ein biologisch abbaubares, pulverförmiges Absorptionsmittel, beispielsweise ein hochmolekulares Polymer der Acrylsäure. Polyacrylsäure kann unter Wasseraufnahme Gele bilden, was dazu führt, dass bei Verwendung eines solchen flexiblen Elements mit anhaftenden Polyacrylsäureteilchen im Wurzelbereich von Pflanzen, diese pulverförmigen Polyacrylsäureteilchen das Regenwasser absorbieren. Jedes Pulverkorn der Polyacrylsäure bildet ein Gelteilchen, quillt durch die Wasseraufnahme auf. Durch die bestehende Klebeverbindung des Absorptionsmittels am Träger kann auf diese Weise Regenwasser lange im Bereich der Wurzelballen gehalten werden.
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Zur Beschichtung der flächigen Trägerlage wird eine trockene Mischung aus dem Absorptionspulver und einem Bindemittelpulver eingesetzt. Die Absorptionspulverteilchen werden durch das Bindemittel an der Trägerlage gehalten. Der Anteil des Bindemittelpulvers beträgt hierbei 10 bis 40 Gew-%, vorzugsweise 25 bis 30 Gew-%. Als Bindemittelpulver wird vorzugsweise ein biologisch abbaubarer Schmelzkleber eingesetzt, vorzugsweise Polycaprolacton (PCL), Polylactid (PLA) oder ein Polyvinylalkohol (PVOH) eingesetzt, besonders bevorzugt Polycaprolacton. Die Beschichtung der flächigen Trägerlage kann beidseitig sein. In der Regel wird jedoch nur eine Seite der Trägerlage beschichtet, nämlich die Oberfläche, die bei Anwendung des flexiblen Elements in Richtung des Wurzelballens der Pflanzen weist.
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Zur Herstellung des flexiblen Elements wird die flächige Trägerlage bereitgestellt. Dann eine Mischung aus biologisch abbaubaren Absorptionspulver und einem Bindemittelpulver vorbereitet, das Trägerteil mit dieser Dispersion beschichtet. Es wird eine Bahn des flexiblen Elements erhalten, die dann aufgerollt oder entsprechend dem Anwendungszweck zugeschnitten werden kann.
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Die Beschichtung wird vorzugsweise vollflächig auf eine Oberfläche der Trägerlage aufgebracht. Je nach gewünschter Beschichtungsmenge ist auch eine teilflächige Beschichtung der Trägerlage möglich. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass bei einer Beschichtung mit einem Auftragsgewicht von 250 g/qm, davon beispielsweise 90 g/qm Polycaprolacton und 160 g/qm Polyacrylsäure, sich eine Wasserspeicherkapazität von 40 1/qm ergibt. Wird eine höhere Speicherkapazität gewünscht, beispielsweise 80 1/qm, so ist die Menge an Polyacrylsäure entsprechend auf 320 g/qm zu erhöhen.
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Die Vorteile des neuen flexiblen Elements zur Regulierung der Wasserzufuhr im Bereich von Pflanzen bestehen darin, dass dieses Element einerseits flexibel ist, sich beliebig große Teilstücke von diesem flächigen Element abtrennen lassen und sich das flexible Element in geringen Dicken herstellen lässt. Die Dicke des flexiblen Elements ist insbesondere abhängig von den Dicken der Trägerlagen. Ein solches flexibles Element kann eine Dicke von weniger als 5 mm aufweisen. Beschichtete Gewebe als Trägerlagen zeigen beispielsweise Dicken von 1 bis 2 mm. Solche dünnen flexiblen Elemente lassen sich leicht an unterschiedlich geformte und unterschiedlich große Pflanzausnehmungen anpassen.
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Wird ein solches flexibles Element im Wurzelbereich von Pflanzen vorgesehen, weist die Beschichtung in Richtung der Wurzeln der Pflanzen. Ein solches flexibles Element kann z.B. trichterförmig um den Wurzelballen einer Baumpflanze vorgesehen werden. Hierzu wird ein streifenförmiges flexibles Element z.B. zu einem Trichter geformt und in eine passende Pflanzausnehmung eingesetzt. Das flexible Element kann auch zu einer anderen Form ausgestaltet werden, welche beispielsweise an die Form der Pflanzausnehmung angepasst ist. Vorzugsweise kleidet das flexible Element die Pflanzausnehmung aus. Die Pflanzausnehmung wird nach dem Einsetzen des flexiblen Elements und der Pflanze dann mit Erdreich befüllt. Da die beschichtete Seite des neuen flexiblen Elements in Richtung der Wurzeln der Pflanze zeigt, wird beim Gießen oder nach einem Regenschauer eine Nassschicht im Bereich der ursprünglichen Pflanzausnehmung erzielt. Darüber hinaus lassen sich die flexiblen Elemente beim Anpflanzen auch so anordnen, dass Ränder des flexiblen Elements aus der Pflanzausnehmung herausragen und einen Gießrand für die Einzelpflanze bilden.
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Bei einem weiteren Anwendungsfall kann das flexible Element zu einem Sack geformt sein, der den Wurzelballen zusammen mit Erdreich aufnimmt. In diesem Fall ist die beschichtete Seite die Innenseite des Sacks.
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Für größere Pflanzausnehmungen im Erdreich können auch mehrere streifenförmige flexible Elemente verwendet werden, die in die Pflanzausnehmung eingelegt werden, beispielsweise mehrere Streifen, die von einem Rand der Pflanzausnehmung zum jeweils gegenüberliegenden Rand verlegt sind, so dass sich mehrere Streifen in der Senke der Pflanzausnehmung kreuzen.
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Das flexible Element lässt sich auch im Bereich von Blumenkästen oder Blumentöpfen verwendet, die mit solchen flexiblen Elementen ausgeschlagen werden, bevor die Pflanze mit dem Erdreich in die entsprechenden Behältnisses eingefügt wird. Auch hier weist die beschichtete Seite in Richtung der Wurzel der Pflanzen.
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Dieses flexible Element lässt sich in vorteilhafter Weise als Rollenware zur Verfügung stellen. Von einer solchen Rolle lassen sich Teilstücke entsprechend der Größe junger Bäume, Sträucher oder Hecken abtrennen, was die Anpflanzung im urbanen Raum, von Freilandkulturen sowie Anpflanzung von Setzlingen in Treibhäusern erleichtert.
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Bei einer weiteren Ausführungsform besteht ein Element zur Regulierung der Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen aus einem gepressten Formkörper, welcher lineare faserige oder körnige Trägerpartikel aus biologisch abbaubaren Material und Pulverpartikeln aus einem biologisch abbaubaren, absorbierenden Mittel umfasst. Hierbei sind die die Pulverpartikel aus dem absorbierenden Mittel im Formkörper gleichmäßig verteilt. Die Pulverpartikeln aus dem Wasser absorbierenden Mittel werden einerseits durch das Verpressen im Formkörper gehalten. Andererseits bewirkt insbesondere auch eine Klebeverbindung das Anhaften der Pulverpartikeln aus dem absorbierenden Mittel an den Trägerpartikeln. Diese Klebeverbindung wird mittels eines im Formkörper gleichmäßig verteilten Bindemittelpulvers bewirkt. Da beim Herstellen des Formkörpers, nämlich dem Verpressen der Trägerpartikel, der Pulverpartikeln aus dem absorbierenden Mittel und der aus Schmelzkleber bestehenden Bindemittelpulverpartikel Wärme angewandt wird, schmelzen die Bindemittelpulverpartikel oder werden zumindest angeschmolzen, so dass eine Verbindung zwischen Trägerpartikel und den Pulverpartikeln aus dem absorbierenden Mittel erzielt wird. Das Bindemittelpulver besteht auch in diesem Fall aus Polycaprolacton (PCL), Polylactid (PLA) oder ein Polyvinylalkohol (PVOH). Polycaprolacton ist bevorzugt.
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Das Verpressen führt zu einem Formkörper beliebiger Form, bevorzugt sind gut dosierbare, kleine Pellets oder Stäbchen, wobei die linearen oder körnigen Trägerpartikel Sägemehlpartikel oder zerkleinerte Pflanzenfasern, beispielsweise Kokosfasern, Holzfasern, Strohfasern, Heufasern sind. Bevorzugt werden zerkleinerte Kokosfasern verwendet, da diese sehr stickstoffhaltig und nährstoffreich sind.
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Darüber hinaus sind bei bevorzugten Ausführungsformen des flexiblen flächigen Elements in der Beschichtung und auch bei einem verpressten Element im Formkörpern zusätzlich Partikel von Mineralien und/oder von Nähstoffen und/oder von Düngemitteln enthalten.
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Da für die vorbeschriebenen neuen Elemente zur Regulierung der Wasserzufuhr im Bereich von Pflanzen ausschließlich biologisch abbaubare Materialien vorgesehen werden, sind diese Elemente im Boden zum Verbleib vorgesehen, da sie mit der Zeit verrotten. In der Regel wird bei der Anpflanzung von Bäumen ein solches flexibles Element zum Wassermanagement auch nur für eine gewisse Zeit benötigt, bis die Pflanzen selbst ausreichend groß sind, um Trockenperioden selbst eine gewisse Zeit zu überstehen. Die vorgeschlagenen Elemente sind mindestens 3 Jahre haltbar und in etwa 5 bis 6 Jahren biologisch abgebaut.
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Wird ein solches Element zur Regulierung der Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen vorgesehen, befinden sich die wasserabsorbierenden Partikel um den Wurzelballen herum. Wenn die Pflanze gegossen wird oder Regenwasser das oder die neuen Elemente erreicht, quellen die Partikel des Absorptionsmittels durch Wasseraufnahme auf. Die Partikel des Absorptionsmittels können sich bei Erreichen einer entsprechenden Größe vom Träger ablösen und als Gelkügelchen in den Boden migrieren, wo sie eine Nassschicht um die Wurzeln der Pflanzen bilden. Das Abtrennen der gelförmigen Teilchen des Absorptionsmittels von der Trägerlage ist unproblematisch, da die Migration in den Bodenbereich um den Wurzelballen herum erfolgt und der Träger vorerst eine gewisse Begrenzung für die entstehende Nassschicht des Pflanzraums darstellt.
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Das neue Element zur Regulierung der Wasserzufuhr kann auch vorteilhaft in Gärtnereien eingesetzt werden, wo Setzlinge in grabenförmigen Reihen angepflanzt werden. Hier werden die grabenförmigen Pflanzausnehmungen mit einem flexiblen Element oder Formkörper ausgekleidet oder mit Pellets ausgestreut. Durch das gute Wassermanagement verbleibt das Gießwasser länger im Bereich der Setzlinge, so dass diese nicht mehr so oft gegossen werden müssen oder auf teure Bewässerungssysteme verzichtet werden kann.
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In vorteilhafter Weise wird durch die neuen Elemente die Wasserzufuhr im Wurzelbereich von Pflanzen reguliert, da das wasserabsorbierende Mittel Wasser speichert. Polyacrylsäurepartikel können mehr als das 100-fache ihres Eigenvolumens an Wasser speichern und so eine nasse Bodenschicht bilden, die der Pflanze bei Bedarf ausreichend Feuchtigkeit zur Verfügung stellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3600340 C2 [0002]
- DE 9190036 U1 [0003]