DE102020128494A1

DE102020128494A1 - Carrier shaped body for spreading seeds and/or active ingredients and method for producing mineral particles

Info

Publication number: DE102020128494A1
Application number: DE102020128494.2A
Authority: DE
Inventors: Holger Lausch; Bernd Gronde; Jörn Dau
Original assignee: Suet Saat und Erntetechnik GmbH; SUET SAAT- und ERNTETECHNIK GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Trägerformkörper 1 zum Ausbringen von Samen 21 und/oder Wirkstoffen 22, welcher Trägerformkörper 1 einen inneren Kern 3 umfassend einen granulierten Wirkstoff 22 und/oder einen Samen 21, eine diesen inneren Kern 3 einschließende Membranhülle 4 und eine wasserlösliche Polymeraußenwand 5, wobei die Membranhülle 4 poröse mineralische Partikel 6 umfasst.Carrier shaped body 1 for spreading seeds 21 and/or active ingredients 22, which carrier shaped body 1 has an inner core 3 comprising a granulated active ingredient 22 and/or a seed 21, a membrane shell 4 enclosing this inner core 3 and a water-soluble polymer outer wall 5, the membrane shell 4 porous mineral particles 6 includes.

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerformkörper zum Ausbringen von Samen und/oder Wirkstoffen für ein topisch begrenztes Boden-, Nähr- und Wirkstoffhabitat sowie ein Verfahren zur Herstellung, Hybridisierung und Funktionalisierung von mineralischen Partikeln für fluidische und gasförmige Prozessumgebungen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch.The invention relates to a shaped carrier body for spreading seeds and/or active ingredients for a topically limited soil, nutrient and active ingredient habitat and a method for the production, hybridization and functionalization of mineral particles for fluidic and gaseous process environments according to the respective independent claim.

Die Erfindung liegt im technischen Gebiet, das sich mit der Ausbringung von Samen und/oder Wirkstoffen befasst, wie zum Beispiel in der Landwirtschaft bzw. im Garten- und Landschaftsbau.The invention lies in the technical field dealing with the application of seeds and/or active ingredients, such as in agriculture or in gardening and landscaping.

Mit dem Auslaufen der Zulassung von insektiziden, herbiziden, viruziden, bakteriziden und fungiziden Pflanzenschutzstoffen in der Landwirtschaft entstehen neue Herausforderungen, da die mikrobielle sowie klimawandelbedingte Gefährdung der Wachstumsbedingungen von Saatgut, Tier- und menschlicher Gesundheit nicht geringer werden wird. Zugleich müssen Ersatzstoffe bzw. -verfahren ohne hohen Energieeinsatz nachhaltig erzeugt, gewonnen, hergestellt und angewandt werden können. Dabei ist der Einsatz bzw. die Entstehung von Mikroplastik durch Einsatz natürlich degradierbarer Stoffe zu vermeiden.With the expiry of the approval of insecticidal, herbicide, virucidal, bactericidal and fungicidal plant protection substances in agriculture, new challenges arise, since the microbial and climate change-related threat to the growth conditions of seeds, animal health and human health will not decrease. At the same time, substitute materials and processes must be able to be sustainably generated, extracted, manufactured and used without using a lot of energy. The use or the formation of microplastics should be avoided by using naturally degradable substances.

Auch der Klimawandel mit seinen erhöhten Wasserdampfanteilen auch in den nördlichen Breitengrad stellt die Saatgutbehandlung, Aussaattechnologien, Farbbeschichtung und Bodenversiegelungen vor immer größere Herausforderungen, da die bakterielle Belastung mit multiresistenten Erregern sowie die Pilzbelastung mit immer widerstandsfähigeren Sporen zunimmt. Pharmazeutische oder biochemisch toxische Abwehrstrategien stoßen an ihre Grenzen. Auch die den Boden und das Grundwasser belastenden Düngeranwendungen stoßen an ihre Grenzen und gefährden zunehmend die Biodiversität. Antimikrobielle und Dünger-Breitbandtechnologien können zu irreversiblen Natur-, Boden- und Grundwasserschäden führen.Climate change with its increased proportion of water vapor, even in the northern latitudes, poses ever greater challenges for seed treatment, sowing technologies, color coating and soil sealing, since the bacterial load with multi-resistant pathogens and the fungal load with ever more resistant spores are increasing. Pharmaceutical or biochemically toxic defense strategies are reaching their limits. The fertilizer applications that pollute the soil and groundwater are also reaching their limits and are increasingly endangering biodiversity. Broad spectrum antimicrobial and fertilizer technologies can cause irreversible damage to nature, soil and groundwater.

Im Stand der Technik wurden synthetisch hergestellte bakterizide und fungizide Stoffe mit meist breitbandiger Toxizität zum Einsatz gebracht, deren Wirkung lange Zeit hoch effizient und deren Einsatz mit im Rahmen der gesetzlichen Regelungen tolerierbaren Nebenwirkungen verbunden war. Neben den für die Natur, Mensch und Tier zunehmend nicht mehr gesetzlich tolerierten Nebenwirkungen und dem damit verbundenen Auslaufen der Zulassungen, waren auch systemische Nebenwirkungen wie z.B. die Herabsetzung der Keimfähigkeit des antimikrobiell behandelten Saatgutes zu beobachten.In the prior art, synthetically produced bactericidal and fungicidal substances with mostly broad-spectrum toxicity were used, whose action was highly efficient for a long time and whose use was associated with side effects that were tolerable within the framework of the legal regulations. In addition to the side effects that are increasingly no longer legally tolerated for nature, humans and animals and the associated expiry of the approvals, systemic side effects such as the reduction in the germination capacity of the antimicrobially treated seeds were also observed.

Bezüglich der Düngerproblematik wurden kontaminierende Nebeneffekte durch die direkte Unterfuß-Einbringung von synthetischen und abfallbiologischen Düngemitteln nur bedingt unter Kontrolle gebracht. Damit wurde die Düngemenge pro Anbaufläche auf die Düngung pro Saatreihen reduziert. Eine direkte Düngung pro Samen oder Sämling konnte bisher nur mittels Einzelkornsähtechnik als Unterkornlegung bei höherwertigen Kulturen realisiert werden. Dies trifft auch auf die samenschützende und keimungsunterstützende Pillierung von bspw. Zuckerrübensaatgut zu.With regard to the fertilizer problem, contaminating side effects from the direct underfoot application of synthetic and biological waste fertilizers have only been brought under control to a limited extent. The amount of fertilizer per cultivated area was thus reduced to the fertilization per seed row. So far, direct fertilization per seed or seedling could only be achieved using single-grain sowing technology as an undergrain placement for higher-value crops. This also applies to the seed-protecting and germination-supporting pelleting of, for example, sugar beet seed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trägerformkörper zum Ausbringen von Samen und/oder Wirkstoffen bereitzustellen, der die Nachteile im Stand der Technik überwindet und das insbesondere auf das Saatgut räumlich begrenzt wirkt und mit ökonomisch vertretbarem Aufwand herstellbar und ausbringbar ist, um um den Samen herum ein topisch begrenztes Boden-, Nähr- und Wirkstoffhabitat herzustellen.The invention is based on the object of providing a shaped carrier body for spreading seeds and/or active ingredients which overcomes the disadvantages of the prior art and which has a spatially limited effect on the seed in particular and can be produced and spread with economically justifiable effort in order to spread the seed to create a topically limited soil, nutrient and active substance habitat around it.

Diese Aufgabe wird durch einen Trägerformkörper zum Ausbringen von Samen und/oder Wirkstoffen sowie Verfahren zur Herstellung von mineralischen Partikeln für fluidisch bis feuchte Boden- sowie aerosolgeprägte Atmungsumgebungen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Aspekte bilden den Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.This object is achieved by a shaped carrier body for spreading seeds and/or active ingredients and a method for producing mineral particles for fluidic to moist soil and aerosol-influenced breathing environments according to the respective independent claim. Advantageous aspects form the subject matter of the respective dependent claims.

Die Erfindung umfasst einen Trägerformkörper zum Ausbringen von Samen und/oder Wirkstoffen. Der Trägerformkörper hat einen inneren Kern bestehend aus einem granulierten Wirkstoff und/oder einem Samen, eine diesen inneren Kern einschließende, permeablen Membranhülle und eine wasserlösliche Polymeraußenwand, wobei die Membranhülle mineralische Partikel umfasst. Besonders bevorzugt sind poröse mineralische Partikel zwischen Membranhüllen integriert. Diese porösen mineralischen Partikel können wiederum als Wirkstoffdepot genutzt werden.The invention includes a carrier shaped body for spreading seeds and/or active substances. The carrier shaped body has an inner core consisting of a granulated active substance and/or a seed, a permeable membrane shell enclosing this inner core and a water-soluble polymer outer wall, the membrane shell comprising mineral particles. Porous mineral particles are particularly preferably integrated between membrane shells. These porous mineral particles can in turn be used as an active ingredient depot.

Für den Fall, dass der innere Kern aus granuliertem Wirkstoff besteht, kann eine zentrifugale kapillare Wirkstoffausgleichsströmung über eine den Wirkstoffkonzentrationsunterschied ausgleichende kapillare Wasserbrücke durch die umgebende Membranhülle entstehen. Für den Fall, dass der innere Kern aus einem Samen besteht, kann Niederschlags- oder Bodenwasser die Polymeraußenwand auflösen und durch entstehende Kapillaren zentripetal in Richtung des inneren Kerns strömen. Um den Keimling herum bildet sich dadurch aber auch ein topisch begrenztes Boden- Nähr- und Wirkstoffhabitat. Da die Bestandteile im Boden als Bodenhilfsstoffe und Bodenaktivatoren von der Pflanze metabolisch verbraucht und/oder über die Humusbildung degradiert werden, sind Auswirkungen in Hinblick auf stoffliche Anreicherungen ausgeschlossen.In the event that the inner core consists of granulated active substance, a centrifugal capillary active substance compensating flow can arise through the surrounding membrane envelope via a capillary water bridge that equalizes the difference in active substance concentration. In the event that the inner core consists of a seed, precipitation or soil water can dissolve the polymer outer wall and flow centripetally towards the inner core through the resulting capillaries. However, this also creates a topically limited soil, nutrient and active substance habitat around the seedling. Since the components in the soil are used up metabolically as soil additives and soil activators by the plant and/or via the humus formation are degraded, effects with regard to material accumulations are excluded.

Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt sind die mineralischen Partikel aus wiederaufgeschmolzenem Vulkangestein (z. B. Basalt) ist. Das in Steinbrüchen gewonnene, mit technischen Hilfsmitteln gebrochene Vulkangestein wird definiert aufgemahlen und danach wieder definiert aufgeschmolzen. Das definiert wiederaufgeschmolzene Vulkangestein ist auch für sich genommen ein wirksamer alkalisch bis saurer Bodenaktivator und Bodenhilfsstoff, der zudem degradiert in die Humusbildung eingeht.In a particularly preferred aspect, the mineral particles are remelted volcanic rock (e.g., basalt). The volcanic rock extracted in quarries and broken with technical aids is ground to a defined value and then melted again to a defined value. The defined remelted volcanic rock is also an effective alkaline to acidic soil activator and soil additive, which is also degraded and enters the formation of humus.

Vorteilhafterweise hat das Vulkangestein eine Korngröße im Bereich von 5 µm bis 150 µm, insbesondere von 40 µm bis 80 µm, sowie eine offene Porosität im Bereich von bis zu 5% bis 30%, insbesondere von 5% bis 15% mit einem (mittleren) offenen Porendurchmesser im Bereich von 2 µm bis 20 µm, insbesondere 8 bis 12 µm und einer Tiefe im Bereich von 2 µm bis 15 µm, insbesondere von 4 µm bis 7 µm. Mit dieser offenen Porosität werden zugleich auch potentielle Wirkstoffdepots sowie Freisetzungs-/Auswaschungskanäle erzeugt, in denen sich Wirkstoffe halten und bei Freisetzung durch Lösung durch die Membranhülle transportiert werden. Die Wiederaufschmelzungstechnologie erzeugt glatte, oft „verglaste“ Oberflächenbereiche und lässt durch die Erstarrung offene Poren entstehen, deren innere Oberfläche im Gegensatz zur mehr glatten äußeren Partikeloberfläche signifikant rauer und damit adhäsiver ist. Aufgrund der offenen Porosität ist der mineralische Partikel mit einer definierten Menge an einem Wirkstoff beladbar. Der mineralische Partikel ist damit als Wirkstoffträger vorteilhafterweise für eine topische Bodengestaltung einsetzbar.The volcanic rock advantageously has a grain size in the range from 5 μm to 150 μm, in particular from 40 μm to 80 μm, and an open porosity in the range from up to 5% to 30%, in particular from 5% to 15% with a (medium) open pore diameter in the range from 2 μm to 20 μm, in particular 8 to 12 μm and a depth in the range from 2 μm to 15 μm, in particular from 4 μm to 7 μm. At the same time, this open porosity creates potential active substance depots and release/washout channels in which active substances are retained and are transported through the membrane envelope when released by solution. The remelting technology creates smooth, often "vitrified" surface areas and solidification creates open pores whose inner surface is significantly rougher and therefore more adhesive than the more smooth outer particle surface. Due to the open porosity, the mineral particle can be loaded with a defined amount of an active substance. The mineral particle can thus advantageously be used as an active ingredient carrier for a topical soil design.

Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt sind Wirkstoffe an dem mineralischen Partikel wasserlöslich oder mittels Assoziationskolloide angeordnet. Insbesondere bei der permeablen Membran können so mittels sich radial erstreckender Kapillaren die Wirkstoffe vom mineralischen Partikel lösen und entsprechend verteilen.According to a particularly preferred aspect, active substances are arranged on the mineral particle in a water-soluble manner or by means of association colloids. Particularly in the case of the permeable membrane, the active ingredients can be released from the mineral particle and distributed accordingly by means of radially extending capillaries.

Gemäß einer vorteilhaften Variante umfasst der granulierte Wirkstoff wachstumsfördernde oder pflanzenstärkende Stoffe, insbesondere einen Harnstoff. According to an advantageous variant, the granulated active substance comprises substances which promote growth or strengthen plants, in particular a urea.

Eine weitere Variante sieht vor, dass der Samen von einer permeablen wasserlöslichen Membranschicht umgeben ausgebildet ist. Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei der Membranschicht um ein, nicht als nichtdegradierbares Mikroplastik zu bewertendes, biologisch degradierbares Material, z. B. aus einem Polymer z.B. aber nicht ausschließend aus der Gruppe der Polypeptide, Polyethylenoxide, Poly-N-vinylpyrrolidone, Polyvinylalkohole, Polyacrylamide, Cellulosen oder modifizierten Cellulosen oder Komposite oder Mischungen draus. Bevorzugt ist diese mit Hilfe eines biochemischen, nicht wasserlöslichen, nicht als Mikroplastik zu bewertenden, biologisch degradierbaren Bindemittel (z. B. aber nicht ausschließend aus der Gruppe der Polylactide, Polyhydroxyalkanolate, Polycaprolactame, Polybutylenadipat-terephthalate oder Polybutylensuccinate oder Composite oder Mischungen daraus) fixiert, wobei diese Schicht gleichzeitig die nachfolgenden Schichten der Membranhülle am Samen fixieren kann, wobei der Samen vor mechanischer Beanspruchung geschützt werden kann.A further variant provides that the seed is surrounded by a permeable, water-soluble membrane layer. According to one example, the membrane layer is a biodegradable material, e.g. B. from a polymer, for example but not exclusively from the group of polypeptides, polyethylene oxides, poly-N-vinylpyrrolidones, polyvinyl alcohols, polyacrylamides, celluloses or modified celluloses or composites or mixtures thereof. This is preferably fixed with the help of a biochemical, non-water-soluble, biologically degradable binder (e.g., but not exclusively from the group of polylactides, polyhydroxyalkanolates, polycaprolactams, polybutylene adipate terephthalates or polybutylene succinates or composites or mixtures thereof) that cannot be rated as microplastics , This layer can simultaneously fix the subsequent layers of the membrane envelope on the seed, whereby the seed can be protected from mechanical stress.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt umfasst die Membranhülle eine erste Membran aus einem biologisch degradierbaren, nicht wasserlöslichen Bindemittel. Die erste Membran umfasst ein nicht synthetisches bzw. biochemisch herstellbares, nicht wasserlösliches, nicht als Mikroplastik zu bewertendes, ebenfalls biologisch degradierbares Bindemittel.According to an advantageous aspect, the membrane envelope comprises a first membrane made of a biologically degradable, non-water-soluble binder. The first membrane comprises a non-synthetic or biochemically manufacturable, non-water-soluble, non-water-soluble binding agent that cannot be rated as a microplastic and is also biologically degradable.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Bindemittel aus der Gruppe der Polylactide, Polyhydroxyalkanolate, Polycaprolactame, Polybutylenadipat-terephthalate oder Polybutylensuccinate oder Composite oder Mischungen daraus besteht.It is particularly preferred if the binder consists of the group consisting of polylactides, polyhydroxyalkanolates, polycaprolactams, polybutylene adipate terephthalates or polybutylene succinates or composites or mixtures thereof.

Besonders vorteilhaft ist an (in) der ersten Membran eine Vielzahl von mineralischen Partikeln fixiert.A large number of mineral particles are particularly advantageously fixed on (in) the first membrane.

Besonders bevorzugt umfasst die Membranhülle eine zweite Membran mit einem biologisch degradierbaren, wasserlöslichen Bindemittel.The membrane envelope particularly preferably comprises a second membrane with a biologically degradable, water-soluble binder.

Besonders vorteilhaft ist an der zweiten Membran bzw. zwischen den ersten und zweiten Membranen eine Vielzahl von mineralischen Partikeln fixiert.A large number of mineral particles are particularly advantageously fixed on the second membrane or between the first and second membranes.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt umfasst das Bindemittel der zweiten Membran ein Polymer beispielsweise, aber nicht ausschließend aus der Gruppe der Polyethylenoxide, Poly-N-vinylpyrrolidone, Polyvinylalkohole, Polyacrylamide.According to an advantageous aspect, the binder of the second membrane comprises a polymer, for example but not exclusively from the group of polyethylene oxides, poly-N-vinylpyrrolidones, polyvinyl alcohols, polyacrylamides.

Es ist zudem bevorzugt, dass die Membranhülle aus einer Vielzahl an ersten Membranen und zweiten Membranen besteht, die abwechselnd angeordnet sind. Für den Fall, dass die mineralischen Partikel in der ersten Membran einen Wirkstoff umfassen, kann dieser in verschiedenen Schichten in unterschiedlichen Konzentrationen vorhanden sein, um die Freisetzungskinetik zu unterstützen und zu steuern, je nach Grad des Bodenwassers und der Bodenfeuchtigkeit. Prinzipiell kann auch Wasser über poröse Partikel als Bodenhilfsstoffe eingelagert werden. Zusätzliche Partikel können auch natürliche und/oder synthetische Zeolithe sowie nanoporöse Membranen sein.It is also preferred that the membrane envelope consists of a plurality of first membranes and second membranes arranged alternately. In the event that the mineral particles in the first membrane comprise an active substance, this can be present in different layers in different concentrations in order to support and control the release kinetics, depending on the level of soil water and soil moisture. In principle it can Water can be stored as soil additives via porous particles. Additional particles can also be natural and/or synthetic zeolites and nanoporous membranes.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mineralischen Partikeln für fluidisch bis feuchte Boden- sowie aerosolgeprägte Atmungsumgebungen nicht allein auf landwirtschaftlichen Ausbringungs-, Kultivierungs- und Erntemaschinen zur Verwendung in einem Trägerformkörper wie vorliegend beschrieben.Another aspect of the invention relates to a method for producing mineral particles for fluid to moist soil and aerosol-influenced breathing environments not only on agricultural application, cultivation and harvesting machines for use in a carrier shaped body as described here.

Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Erzeugen einer Plasmaflamme (S1) mit definierten Schutzgas je Anwendung;
- Einbringen mindestens eines mineralogischen und /oder hartmetallischen Pulvermaterials einer vorbestimmten Partikelgröße in mindestens einem Bereich der Plasmaflamme mit definierten Gas- und Pulverstrom derart, dass das Pulvermaterial aufschmilzt (Bereich zwischen S1 und S2 sowie ggfs. auch zwischen S2 und S3 und weiter); bei hybrider Partikelherstellung müssen bspw. hartmetallische Komponenten aufgrund der höheren Schmelztemperatur räumlich vor bspw. mineralischen Komponenten mit niedrigerer Schmelztemperatur eingebracht werden.
- Führen des aufgeschmolzenen Pulvermaterials durch einen Bereich mit vorbestimmter Luftfeuchtigkeit (S5); Der Bereich S5 kann ebenfalls in Wasserdampf gelöst Salz- und Mineralbestandteile enthalten und dadurch die Partikel beladen.
- Auffangen des aufgeschmolzenen Pulvermaterials nach definierter Erstarrung in einem Wassertank (S6).

The procedure includes the steps:

- Generation of a plasma flame (S1) with a defined protective gas for each application;
- Introduction of at least one mineralogical and / or hard metal powder material of a predetermined particle size in at least one area of the plasma flame with a defined gas and powder flow such that the powder material melts (area between S1 and S2 and possibly also between S2 and S3 and further); in the case of hybrid particle production, hard-metal components, for example, must be introduced spatially in front of, for example, mineral components with a lower melting temperature due to the higher melting temperature.
- Leading the melted powder material through an area with predetermined humidity (S5); The area S5 can also contain salt and mineral components dissolved in water vapor and thereby load the particles.
- Collecting the melted powder material after a defined solidification in a water tank (S6).

Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren zur Herstellung von mineralischen Partikeln im Schritt Einbringen eines mineralogischen Pulvermaterials die Änderung des Abstands zwischen Pulvermaterial und Lichtbogen der Plasmaflamme (bis ein zuverlässiges Aufschmelzen und/oder Aufdampfen erfolgt).In the step of introducing a mineralogical powder material, the method for producing mineral particles particularly preferably includes changing the distance between the powder material and the arc of the plasma flame (until reliable melting and/or vapor deposition takes place).

Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren zur Herstellung von mineralischen Partikeln im Schritt Führen des aufgeschmolzenen Pulvermaterials durch einen Bereich mit vorbestimmter Luftfeuchtigkeit das Einstellen der Luftfeuchtigkeit und/oder des Salzgehalts oder bspw. mineralischen Alaungehaltes. Vorteilhafterweise werden dabei die mineralischen Partikel mit Wirkstoffen beladen.In the step of guiding the melted powder material through an area with a predetermined humidity, the method for producing mineral particles particularly preferably includes adjusting the humidity and/or the salt content or, for example, the mineral alum content. Advantageously, the mineral particles are loaded with active ingredients.

Vorteilhafterweise wird das aufgeschmolzenen Pulvermaterial durch Hybridisierung, über thermisches Beschichten, Aufdampfung, Abscheidung, Gasabscheidung, Sintern und/oder konglomerierende Versinterungen bearbeitet und konfektioniert. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um hart- und buntmetallische Beschichtungen oder Aufdampfungen.The melted powder material is advantageously processed and finished by hybridization, thermal coating, vapor deposition, deposition, gas deposition, sintering and/or conglomerating sintering. Advantageously, these are hard and non-ferrous metal coatings or vapor depositions.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft die Anwendung von mineralischen und/oder hybriden Partikeln mit und/oder ohne Beschichtungen für fluidisch bis feuchte Bodensowie aerosolgeprägte Atmungsumgebungen.Another aspect of the invention relates to the use of mineral and/or hybrid particles with and/or without coatings for fluid to moist soil and aerosol-influenced breathing environments.

Dabei differiert bevorzugt je nach Pflanzenart. Wachstumscharakteristik in der Keimungs- und Keimlingszeit die Konzentration von mineralischen Partikeln sowie deren Beladung mit zusätzlichen Wirkstoffen.It preferably differs depending on the plant species. Growth characteristics in the germination and seedling period, the concentration of mineral particles and their loading with additional active ingredients.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen beschreiben gleiche Merkmale.The invention is explained in more detail below with reference to drawings. The same reference symbols describe the same features.

Es zeigen:

1 schematische Darstellung eines Trägerformkörpers zum Ausbringen von Wirkstoffen;
2 schematische Darstellung eines mineralischen Partikels mit und ohne Wirkstoffbeschichtung;
3 schematische Darstellung eines Trägerformkörpers zum Ausbringen von Samen;
4 Aufbau zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von mineralischen Partikeln;
5 schematische Darstellung von Aufschmelzen und Oberflächenverdampfung bis hin zum abrupten Erstarren und Aufreißen der Oberfläche eines mineralischen Partikels; und
6 durch Sintern erzeugte Konglomerate von mineralischen Partikeln.

Show it:

1 schematic representation of a carrier tablet for dispensing active ingredients;
2 schematic representation of a mineral particle with and without an active substance coating;
3 schematic representation of a shaped carrier body for spreading seeds;
4 Structure for carrying out a method for producing mineral particles;
5 schematic representation of melting and surface evaporation up to the abrupt solidification and cracking of the surface of a mineral particle; and
6 conglomerates of mineral particles produced by sintering.

In 1 ist der erfindungsgemäße Trägerformkörper 1 zum Ausbringen eines Wirkstoffs 22 dargestellt. Bevorzugt ist der granulierte Wirkstoff 22 ein Harnstoff.In 1 the shaped carrier body 1 according to the invention for dispensing an active ingredient 22 is shown. Preferably, the granulated active ingredient 22 is a urea.

Der Trägerformkörper 1 hat einen inneren Kern 3 bestehend aus dem granulierten Wirkstoff 22. Der Kern 3 aus granulierten Wirkstoff 22 wird von einer Membranhülle 4 aus einer Vielzahl von Membranen 41, 42 umschlossen.The shaped carrier body 1 has an inner core 3 consisting of the granulated active substance 22. The core 3 made of granulated active substance 22 is surrounded by a membrane envelope 4 made of a large number of membranes 41,42.

Die innerste Membran 41 ist vom Typ einer erste Membran 41, die aus einem synthetischen, biologisch degradierbaren, nicht wasserlöslichen Bindemittel besteht. Das Bindemittel ist bevorzugt aus der Gruppe der Polylactide, Polyhydroxyalkanolate, Polycaprolactame, Polybutylenadipat-terephthalate oder Polybutylensuccinate oder Composite oder Mischungen daraus.The innermost membrane 41 is of a first membrane 41 type composed of a synthetic, biodegradable, water-insoluble binder. The binder is preferably from the group of polylactides, polyhydroxyalkanolate, Polycaprolactams, polybutylene adipate terephthalates or polybutylene succinates or composites or mixtures thereof.

Die erste Membran 41 wird von einer zweiten Membran 42 umgeben, die zweite Membran 42 ist aus eine biologisch degradierbaren, wasserlöslichen Bindemittel. Das Bindemittel ist aus der Gruppe der Polyethylenoxide, Poly-N-vinylpyrrolidone, Polyvinylalkohole, Polyacrylamide oder natürlichen oder modifizierten Cellulosen.The first membrane 41 is surrounded by a second membrane 42, the second membrane 42 is made of a biodegradable, water-soluble binder. The binder is from the group of polyethylene oxides, poly-N-vinylpyrrolidones, polyvinyl alcohols, polyacrylamides or natural or modified celluloses.

Eine wasserlösliche Polymeraußenwand 5 schließt der Trägerformkörper 1 zur Umgebung ab.A water-soluble polymer outer wall 5 seals off the shaped carrier body 1 from the environment.

Gemäß diesem Beispiel der Erfindung sind die erste und zweite Membran 41, 42 immer abwechselnd in der Membranhülle 4 einander umschließend angeordnet und es ist eine Vielzahl von mineralischen Partikeln 6 zwischen den Membranschichten angeordnet.According to this example of the invention, the first and second membranes 41, 42 are always arranged alternately in the membrane envelope 4, enclosing one another, and a large number of mineral particles 6 are arranged between the membrane layers.

Die Konzentration der mineralischen Partikeln sowie deren Beladung mit zusätzlichen Wirkstoffen kann an die Bedürfnisse adaptiert werden, die die Pflanzenart, die Wachstumscharakteristik in der Keimungs- und Jungpflanzenphase oder sonstige Bedürfnisse der Pflanze erfordern.The concentration of the mineral particles and their loading with additional active ingredients can be adapted to the needs required by the plant species, the growth characteristics in the germination and young plant phase or other needs of the plant.

Die mineralischen Partikel 6 sind aus aufgemahlenen und/ oder wiederaufgeschmolzenen Vulkangestein. Die mineralische Partikel 6 sind besonders bevorzugt an bzw. in der ersten Membran 41 angeordnet.The mineral particles 6 are made from ground and/or remelted volcanic rock. The mineral particles 6 are particularly preferably arranged on or in the first membrane 41 .

Der von innen nach außen gerichtete Pfeil illustriert eine kapillare bzw. den Weg des Wassers durch die permeable Membranen 41, 42 hin zum Wirkstoff 22 im inneren Kern 3.The arrow pointing from the inside outwards illustrates a capillary or the path of the water through the permeable membranes 41, 42 towards the active substance 22 in the inner core 3.

In 2 ist der mineralische Partikel 6 aus 1 vergrößert mit und ohne Wirkstoffbeschichtung dargestellt.In 2 is the mineral particle 6 from 1 shown enlarged with and without active substance coating.

Dabei hat das poröse Vulkangestein eine Korngröße im Bereich von 5 µm bis 150 µm, insbesondere von 40 µm bis 80 µm, sowie eine offene Porosität im Bereich von 5% bis 30%, insbesondere von 5% bis 15% mit einem Porendurchmesser im Bereich von 2 µm bis 20 µm, insbesondere 8 µm bis 12 µm und einer Tiefe von 2 µm bis 15 µm, insbesondere von 4 µm bis 7 µm.The porous volcanic rock has a grain size in the range from 5 μm to 150 μm, in particular from 40 μm to 80 μm, and an open porosity in the range from 5% to 30%, in particular from 5% to 15% with a pore diameter in the range from 2 μm to 20 μm, in particular 8 μm to 12 μm and a depth of 2 μm to 15 μm, in particular 4 μm to 7 μm.

Im rechten Teil der Abbildung ist der mineralische Partikel 6 mit einer Wirkstoffbeschichtung 7 dargestellt, die an dem (zum Beispielgemäß dem Verfahren aus 4 hergestellten) mineralischen Partikel 6 wasserlöslich angeordnet ist.In the right part of the figure, the mineral particle 6 is shown with an active substance coating 7 which is attached to the (for example according to the method from 4 produced) mineral particles 6 is arranged water-soluble.

In 3 ist der erfindungsgemäße Trägerformkörper 1 zum Ausbringen eines Samens 21 dargestellt.In 3 the shaped carrier body 1 according to the invention for spreading a seed 21 is shown.

Im dargestellten Beispiel ist der Samen 21 (unmittelbar) vollständig von einer permeablen wasserlöslichen Membranschicht 211 umgeben.In the example shown, the seed 21 is (immediately) completely surrounded by a permeable, water-soluble membrane layer 211 .

Der Aufbau des übrigen Trägerformkörpers 1 und insbesondere der Membranhülle 4 kann identisch zum Beispiel in 1 sein.The structure of the rest of the shaped carrier body 1 and in particular of the membrane sleeve 4 can be identical, for example in 1 be.

Der von außen nach innen gerichtete Pfeil illustriert eine kapillare bzw. den Weg des Wassers durch die Membranhülle 4.The arrow pointing from outside to inside illustrates a capillary or the path of the water through the membrane envelope 4.

Das Verfahren zur Herstellung von mineralischen Partikeln soll am Aufbau gemäß 4 illustriert werden.The process for the production of mineral particles should be based on the structure 4 be illustrated.

Verfahren zur Herstellung von mineralischen Partikeln umfasst die Schritte:

- Erzeugen einer Plasmaflamme S1 mit definierten Schutzgas je Anwendung;
- Einbringen mindestens eines mineralogischen und/oder hartmetallischen Pulvermaterials einer vorbestimmten Partikelgröße in mindestens einem Bereich der Plasmaflamme mit definierten Gas- und Pulverstrom derart, dass das jeweilige Pulvermaterial optimal aufschmilzt (Bereich zwischen S1 und S2 sowie ggfs. auch zwischen S2 und S3 und weiter); bei hybrider Partikelherstellung müssen bspw. hartmetallische Komponenten aufgrund der höheren Schmelztemperatur räumlich vor bspw. mineralischen Komponenten mit niedrigerer Schmelztemperatur eingebracht werden
- Führen des aufgeschmolzenen Pulvermaterials durch einen Bereich mit vorbestimmter Luftfeuchtigkeit (S5); Der Bereich S5 kann ebenfalls in Wasserdampf gelöst Salz- und Mineralbestandteile enthalten und dadurch die Partikel beladen.
- Auffangen des aufgeschmolzenen Pulvermaterials nach definierter Erstarrung in einem Wassertank (S6).

Process for the production of mineral particles includes the steps:

- Generation of a plasma flame S1 with a defined protective gas for each application;
- Introduction of at least one mineralogical and/or hard metal powder material of a predetermined particle size in at least one area of the plasma flame with a defined gas and powder flow in such a way that the respective powder material melts optimally (area between S1 and S2 and, if necessary, also between S2 and S3 and further) ; in the case of hybrid particle production, hard-metal components, for example, must be introduced spatially in front of, for example, mineral components with a lower melting temperature due to the higher melting temperature
- Leading the melted powder material through an area with predetermined humidity (S5); The area S5 can also contain salt and mineral components dissolved in water vapor and thereby load the particles.
- Collecting the melted powder material after a defined solidification in a water tank (S6).

Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren zur Herstellung von mineralischen Partikeln im Schritt Führen des aufgeschmolzenen Pulvermaterials durch einen Bereich mit vorbestimmter Luftfeuchtigkeit das Einstellen der Luftfeuchtigkeit und/oder des Salzgehalts oder bspw. mineralischen Alaungehaltes. Vorteilhafterweise werden dabei die mineralischen Partikel mit Wirkstoffen beladen.The method for producing mineral particles particularly preferably includes the step of guiding the melted powder material rials through an area with a predetermined air humidity setting the air humidity and/or the salt content or, for example, the mineral alum content. Advantageously, the mineral particles are loaded with active ingredients.

Vorteilhafterweise wird das aufgeschmolzenen Pulvermaterial durch Hybridisierung, über thermisches Beschichten, Aufdampfung, Abscheidung, Gasabscheidung, Sintern und/oder konglomerierende Versinterungen bearbeitet und konfektioniertThe melted powder material is advantageously processed and finished by hybridization, thermal coating, vapor deposition, deposition, gas deposition, sintering and/or conglomerating sintering

Das Einbringen kann aus einer horizontalen Richtung (wie dargestellt) oder einer vertikalen Richtung erfolgen. Das mineralogische Pulvermaterial kann auf Vulkangestein basieren. Es können davor bzw. danach je nach abweichenden Schmelz- und Siedepunkt bspw. Hart- und Buntmetalle oder Carbide definiert geschmolzen und aufgedampft werden.The insertion can be from a horizontal direction (as shown) or a vertical direction. The mineralogical powder material can be based on volcanic rock. Depending on the deviating melting and boiling point, hard and non-ferrous metals or carbides, for example, can be melted and vapour-deposited in a defined manner before or after.

Aufgrund des Aufschmelzens (Oberflächenverdampfung) und des definierten (sehr extremen) Abkühlens und Erstarrens entsteht ein mineralischer Partikel 6 mit der vorteilhaften offenen Porosität.Due to the melting (surface evaporation) and the defined (very extreme) cooling and solidification, a mineral particle 6 with the advantageous open porosity is formed.

Im Schritt Einbringen eines mineralogischen Pulvermaterials, kann die Änderung des Abstands zwischen Pulvermaterial und Lichtbogen der Plasmaflamme beinhalten.The step of introducing a mineralogical powder material may involve changing the distance between the powder material and the arc of the plasma flame.

Der Schritt des Führens des aufgeschmolzenen Pulvermaterials durch einen Bereich mit vorbestimmter Luftfeuchtigkeit kann das Einstellen der Luftfeuchtigkeit und/oder des Salzgehalts umfassen.The step of passing the melted powder material through an area of predetermined humidity may include adjusting the humidity and/or salinity.

Das Verfahren kann ergänzt werden, indem die mineralischen Partikel 6 zu offenporigen, durchströmbaren Partikelclustern geformt werden. Zum Beispiel kann in einem Schritt das Sintern erfolgen, wobei die Partikel mit und ohne Wirkstoff 22 räumlich aneinander angeordnet werden. Wirkstoffe können nach dem Sintern durch Assoziationskolloide direkt angebunden, im Fall von Hart- bzw. Buntmetallen durch thermisches Spritzen/Plasma aufgedampft oder durch Sintern verbunden werden.The method can be supplemented by forming the mineral particles 6 into open-pored particle clusters through which a flow can flow. For example, sintering can take place in one step, with the particles with and without active substance 22 being spatially arranged next to one another. After sintering, active ingredients can be attached directly using association colloids, in the case of hard or non-ferrous metals, vapor-deposited using thermal spraying/plasma, or connected using sintering.

Größere poröse Strukturen können ebenso erzeugt werden, indem die individuellen aufgeschmolzenen mineralischen Partikel 6 auf ein Substrat abgeschieden werden.Larger porous structures can also be created by depositing the individual melted mineral particles 6 onto a substrate.

Die Basis für den mineralischen Partikel stellt ein mineralogischer Grundstoff dar, der als Vulkangestein auf der Erdoberfläche mit extrem hohen Aufkommen im Tagebau frei verfügbar ist. Im nicht aufgebrochenen Zustand weist er nicht selten keinerlei biologischen Bewuchs an seiner Oberfläche auf. Im aufgebrochenen bzw. degradierenden Zustand dagegen ist Vulkangestein in der Regel sehr wachstumsförderlich. Ursache ist der basische Charakter des Ergussgesteins sowie seine erstarrte glatte äussere Oberfläche. In nicht aufgebrochener oder gemahlener Form weißt der hier erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Basalt eine geringe Rauigkeit auf.The basis for the mineral particles is a mineralogical raw material that is freely available as volcanic rock on the surface of the earth with extremely high volumes in opencast mining. In the unbroken state, it often shows no biological growth on its surface. On the other hand, when it is broken up or degrading, volcanic rock is usually very growth-promoting. The cause is the basic character of the volcanic rock and its solidified smooth outer surface. In unbroken or ground form, the basalt used here according to the invention has a low degree of roughness.

Vulkangesteine sind als extrem mineralstoff- und elementreiche Ergussgesteine in ihrer verwitterten Form im direkten Umfeld aktiver wie auch erloschener Vulkane Landwirtschaft förderliche Wachstumshilfsstoffe seit Jahrtausenden bekannt. Entscheidend und Differenzierungsmerkmal dieser Urgesteine sind das Wechselspiel, die mehrfache Aufeinanderfolge und die jeweiligen Zeitfenster zwischen sowie die Art und Weise der (Wieder-)Aufschmelzung und Erstarrung als Effusiv- oder Extrusivgesteine. Der SiO₂-Gehalt kann dabei oft der Gradmesser sein, ob es sich um ein basisches Gestein wie Basalt oder Gabbro oder um ein saures Gestein wie Granit oder Rhyolith handelt. Die Aufschmelzungs- und Erstarrungsunterschiede können aber z.B. bei SiO₂ärmeren Basalten darüber entscheiden, ob das SiO₂ mehr an der Oberfläche des wiederaufgeschmolzenen Partikels/Korns oder eher unter dieser anzutreffen ist. Die wiederum beeinflusst u.a. die biologische und vor allem die unmittelbare mikrobiologische Wechselwirkung der Partikel-/Kornoberfläche mit der Umwelt im Nahfeld sowie das abiotische oder eher mehr biotische Degradierungsverhalten. So ist der organisch und anorganisch beeinflussbare Kohlensäuregehalt des Bodens ein entscheidender Faktor der Gesteinsverwitterung bzw. mineralischen Degradation.Volcanic rocks have been known as extremely mineral and element-rich effusion rocks in their weathered form in the immediate vicinity of active and extinct volcanoes as growth aids beneficial to agriculture for thousands of years. The decisive and distinguishing feature of these primary rocks is the interplay, the multiple succession and the respective time window between and the way of (re)melting and solidification as effusive or extrusive rocks. The SiO ₂ content can often be the indicator of whether the rock is basic, such as basalt or gabbro, or acidic, such as granite or rhyolite. However, the melting and solidification differences can decide, for example in the case of basalts with a poorer SiO ₂ content, whether the SiO ₂ is to be found more on the surface of the re-melted particle/grain or rather below it. This in turn influences, among other things, the biological and above all the direct microbiological interaction of the particle/grain surface with the environment in the near field as well as the abiotic or rather more biotic degradation behavior. The carbonic acid content of the soil, which can be influenced organically and inorganically, is a decisive factor in rock weathering and mineral degradation.

Basaltpartikel mit relativ höherer Porosität > 5 %, welche durch definierte Gesteinsaufmahlung bzw. thermisches Aufschmelzen und abruptes Wiedererstarren definiert entstehen können, können in fluiden bis feuchten Bodenumgebungen auf natürliche Weise im Boden als relativ dauerhafter Humus zusätzlich CO₂ oder Stickstoff mit der fluiden Gülle binden. In gasförmigen relativ feuchten Atmungs- und Filterumgebungen kann ebenfalls zusätzlich CO₂ gebunden werden. Das im Regen- und oder Oberflächenwasser gebundene CO₂ wird im Basalt als HCO₃ gebunden und sorgt zugleich über den Carbonat-Silikat-Zyklus, bei der natürlichen Degradation für ein topisch begrenztes antimikrobiell wirksames Boden-, Nähr- und Wirkstoffhabitat.Basalt particles with a relatively high porosity > 5%, which can be formed by defined rock grinding or thermal melting and abrupt resolidification, can bind additional CO ₂ or nitrogen with the liquid manure naturally in fluid to moist soil environments as relatively permanent humus. Additional CO ₂ can also be bound in gaseous relatively humid breathing and filtering environments. The CO ₂ bound in rainwater and/or surface water is bound in the basalt as HCO ₃ and at the same time ensures a topically limited, antimicrobially effective soil, nutrient and active substance habitat via the carbonate-silicate cycle during natural degradation.

Die Adaption solcher Aufschmelzungs- und Erstarrungsprozesse mit natürlichen Ergussgesteinen kann mit einer wie in 4 schematisch dargestellten thermischen Spritzanlage auf Partikelebene nachgebildet werden. Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht darin, mit einer solchen modifizierten Anlage keine Formteile zu beschichten, sondern analog zu metallurgischen Pulvererzeugungsverfahren definierte mineralische Partikel mit definierten Form- und Elementoberflächen sowie signifikant große und als Wirkstoffdepots nutzbare offenen Poren zu erzeugen. Zugleich bieten sich die nichtporösen Oberflächenbereiche für Abscheidungen, Aufdampfungen und konglomerierende Versinterungen an, die nicht nur für fluidische sondern auch für gasförmige, aerosolbehaftete Prozessumgebungen geeignet sind.The adaptation of such melting and solidification processes with natural volcanic rocks can be carried out with a method as in 4 The thermal spray system shown schematically can be simulated at the particle level. The special feature according to the invention consists in the fact that no molded parts are coated with such a modified system, but defined mineral particles with defined ones, analogously to metallurgical powder production processes To generate mold and element surfaces as well as significantly large open pores that can be used as drug depots. At the same time, the non-porous surface areas are ideal for deposits, vapor deposition and conglomerate sintering, which are not only suitable for fluid but also for gaseous, aerosol-prone process environments.

Die Bereiche S1 bis S4 stellen die Plasmaflamme und die Pulvereinführungsbereiche dar. Die Auswahl der einzubringenden Pulver hängt von der Temperaturverteilung im Plasmastrahl und der Geschwindigkeit des Partikelstroms sowie von der jeweiligen Korngröße ab. Partikel mit einem höheren Schmelzpunkt und oder höheren Korngröße müssen deshalb näher am Lichtbogen, also zwischen S1 und S2 in 4 eingebracht werden. Partikel mit geringerer Schmelztemperatur und oder geringeren Korngröße sollten erst später, also bspw. zwischen S2 und S3 in den Plasmastrahl und Partikelstrom eingebracht werden, um Verdampfungseffekte zu vermeiden.The areas S1 to S4 represent the plasma flame and the powder introduction areas. The selection of the powder to be introduced depends on the temperature distribution in the plasma jet and the speed of the particle flow as well as on the respective grain size. Particles with a higher melting point and/or larger grain size must therefore be closer to the arc, i.e. between S1 and S2 in 4 be introduced. Particles with a lower melting temperature and/or smaller grain size should be introduced into the plasma jet and particle stream later, for example between S2 and S3, in order to avoid evaporation effects.

Während mit dem axialen Abstand zur Plasmadüse und deren Radius die Aufschmelztemperatur logarithmisch abnimmt, so nimmt die Partikelgeschwindigkeit in/nach der Plasmadüse mehr oder weniger linear ab. In der normalen Verwendung der thermischen Plasmaspritzanlage soll der Partikel relativ früh aufgeschmolzen, hoch beschleunigt und letztendlich über seine Verformung beim Aufprall, der Verfestigung durch nachfolgenden Partikelaufpralle und den Abkühlungsprozess verfestigend zur Schichtbildung genutzt werden. Je nach Schmelztemperatur können entsprechend der räumlichen Verteilung der Enthalpietemperatur in der Plasmadüse in unterschiedlichen Zuführungen Aufschmelzmaterialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten eingeführt werden. Je nach Plasmagaszusammensetzung und erreichbarer Lichtbogentemperatur/ Stromstärke/Spannung können im Plasmastrahl unterschiedliche Partikelgeschwindigkeiten erzielt werden.While the melting temperature decreases logarithmically with the axial distance to the plasma nozzle and its radius, the particle speed in/after the plasma nozzle decreases more or less linearly. In the normal use of the thermal plasma spraying system, the particle should be melted relatively early, highly accelerated and finally used for layer formation via its deformation on impact, solidification by subsequent particle impacts and the cooling process. Depending on the melting temperature, melting materials with different melting points can be introduced in different feeds in accordance with the spatial distribution of the enthalpy temperature in the plasma nozzle. Depending on the plasma gas composition and the achievable arc temperature/current/voltage, different particle speeds can be achieved in the plasma jet.

In Abhängigkeit des Substratwerkstoffes und der Temperatur und Oberflächenrauigkeit des Substrates können somit die Schichteigenschaften in Hinblick auf Haftungsverbund, offene und geschlossene Porosität, kristalline Gitterstruktur, morphologischen Aufbau und diversen mechanischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften eingestellt werden.Depending on the substrate material and the temperature and surface roughness of the substrate, the layer properties can be adjusted with regard to adhesion, open and closed porosity, crystalline lattice structure, morphological structure and various mechanical, electrical and chemical properties.

Erfindungsgemäß ist dabei die Oberflächenspannung der aufprallenden Partikel von der Substrat- bzw. der schon gebildeten Oberflächentemperatur sowie vom jeweilig erzielten Kontaktwinkel abhängig. Die Partikelteilchenrichtung und der vor dem Aufprall vorherrschende Wärmestrom im Partikel und mit dem Partikelaufschlag in Folge der Verformung und Abkühlung entstehende veränderte Wärmestrom führen zu einer differenzierten Veränderung der Oberflächengeometrie und -spannung sowie inneren Struktur über Einschlüsse, Porenbildungen und mechanische Verklammerungen. Die Partikeltemperatur muss jedoch noch im Rahmen der plastischen Verformbarkeit der Partikel, also relativ nah an der Schmelztemperatur des Partikels liegen.According to the invention, the surface tension of the impacting particles is dependent on the substrate temperature or the surface temperature that has already formed and on the contact angle achieved in each case. The particle direction and the heat flow in the particle before the impact and the changed heat flow resulting from the particle impact as a result of deformation and cooling lead to a differentiated change in the surface geometry and tension as well as the inner structure through inclusions, pore formation and mechanical interlocking. However, the particle temperature must still be within the plastic deformability of the particles, i.e. relatively close to the melting temperature of the particles.

In der Regel soll bei der Anwendung als Beschichtungsverfahren ein Maximum an kinetischer Energie des beschleunigten und aufgeschmolzenen Partikels letztendlich auf das Substrat und auf die sich verdichtet bildende Schicht übertragen werden, um über den Impulseintrag und Impulsdruck und den Wechsel in ein niedrigeres Energieniveau ein Maximum an Schichtfestigkeit, Verankerung und Haftung zu erzielen.As a rule, when used as a coating process, a maximum of kinetic energy of the accelerated and melted particle should ultimately be transferred to the substrate and to the layer that is being formed in a compacted manner in order to achieve maximum layer strength via the impulse input and impulse pressure and the change to a lower energy level , anchoring and adhesion.

Der Prozess wird wie folgt abgeändert. Ziel ist jetzt nicht mehr der Aufprall an sich und die Umwandlung der kinetischen Energie in Haftungs-, Verankerungs- und Verdichtungsenergie, sondern die definierte Erstarrung ohne maximale Verformung aber maximaler Partikelspannungsänderung an der Oberfläche und zwischen Oberfläche und Kern..The process is modified as follows. The aim is no longer the impact itself and the conversion of the kinetic energy into adhesion, anchoring and compaction energy, but the defined solidification without maximum deformation but maximum particle stress change on the surface and between the surface and the core.

Dem Abschnitt S4 nach dem Ende der Plasmaflamme an der Grenze zwischen S3 und S4 in 4 folgen definierte S5-Abkühlungs- und letztendlich S6-Erstarrungsbereiche für die herzustellenden Partikel. So wird als in einem Ausführungsbeispiel zwischen S1 und S2 bspw. das Schwermetall Wolfram mit einer Schmelztemperatur von ca. 3400 °C in den Plasmastrahl eingebracht und zwischen S2 und S3 Basalt mit einer Schmelztemperatur von ca. 1200 - 1250 °C. Denkbar ist auch eine Zugabe von Mikrosilberpasten mit einer Schmelztemperatur von ca. 900 - 950 °C. Im Bereich S4 bis S5 können Kaliumaluminiumsulfat Dodecahydrat mit einer Schmelztemperatur von 92 - 95 °C sowie andere Mineralsalze zugegeben werden. Eine jeweils leichte Verschiebung des Zuführungskanals in Richtung der Plasmadüse bzw. des Lichtbogens kann bei der richtigen Korngrößenwahl zu einem partiellen bis vollständigen Verdampfen der Partikel führen. Da die Partikelkörner immer in einem Kornspektrum vorliegen, ist die Pulveraufbereitung von großer Bedeutung. Liefert eine Gesteinsmühle gemahlenes Vulkangestein bspw. mit 100 µm Körnung und mit einem breiten Kornspektrum, so wird diese Partie erst mit einem 60 µm Raster und der Siebdurchgang mit einem 40 µm Raster gesiebt. Der auf dem 40 µm Sieb verbliebene Überlauf hat danach ein Kornspektrum > 40 µm < 60 µm.The section S4 after the end of the plasma flame at the boundary between S3 and S4 in 4 Defined S5 cooling and ultimately S6 solidification areas follow for the particles to be produced. In one exemplary embodiment, for example, the heavy metal tungsten with a melting temperature of approx. 3400° C. is introduced into the plasma jet between S1 and S2 and basalt with a melting temperature of approx. 1200-1250° C. is introduced between S2 and S3. It is also conceivable to add microsilver pastes with a melting point of approx. 900 - 950 °C. Potassium aluminum sulphate dodecahydrate with a melting point of 92 - 95 °C and other mineral salts can be added in the range S4 to S5. A slight displacement of the feed channel in the direction of the plasma nozzle or the arc can lead to partial or complete evaporation of the particles if the right particle size is selected. Since the particle grains are always present in a grain spectrum, powder preparation is of great importance. If a rock mill delivers ground volcanic rock, for example with a 100 µm grain size and with a wide grain spectrum, this lot is first sieved with a 60 µm grid and the sieve pass with a 40 µm grid. The overflow remaining on the 40 µm sieve then has a particle size spectrum > 40 µm < 60 µm.

Gemäß dem publizierten Beispiel von Birger Dzur, Diss. „EIN BEITRAG ZUR ANWENDUNG DES INDUKTIV GEKOPPELTEN HOCHFREQUENZ-PLASMAS ZUM AT-MOSPHÄRISCHEN PLASMASPRITZEN OXIDKERAMISCHER WERKSTOFFE.“, TU Ilmenau, 2002, insbesondere S. 6 beziehen sich alle nachfolgend verwendeten Kennwerte eben darauf. Nach der praktischen Erfahrung der Erfinder beim Plasmaspritzen sind diese Abstände jedoch meist geringer. Wird dieses Kornspektrum eines bei 1250 °C schmelzenden Gesteins in den Plasmastrahl in Bereich zwischen 1000 K und 1500 K sowie bspw. bei einem axialen Abstand zur Plasmadüse / Lichtbogen von ca. 90 mm - 95 mm eingeführt, dann ergibt sich folgendes Aufschmelzungs- und Verdampfungsschemata, welches die Partikelgeschwindigkeit ausblendet.According to the published example by Birger Dzur, Diss. “A CONTRIBUTION TO THE APPLICATION OF THE INDUCTIVELY COUPLED HIGH-FREQUENCY PLAMAS FOR AT-MOSPHERIC PLASMA SPRAYING OF OXIDE-CERAMIC MATERIALS.”, TU Ilmenau, 2002, in particular p. 6, all the characteristic values used below refer to this. According to the inventors' practical experience with plasma spraying, however, these distances are usually smaller. If this grain spectrum of a rock melting at 1250 °C is introduced into the plasma jet in the range between 1000 K and 1500 K and, for example, at an axial distance to the plasma nozzle / arc of approx. 90 mm - 95 mm, the following melting and evaporation schemes result , which hides the particle velocity.

Berücksichtigt man bei dem partiellen Aufschmelzen des Partikels sowie partiellen Verdampfen der Partikeloberfläche die unter Berücksichtigung der durch die Partikelgeschwindigkeits und -ortsveränderung im Plasmastrahl eintretende Abkühlung und Wiedererstarrung, dann ergeben sich erfindungsgemäß die für den Anwendungszweck notwendigen offenporigen und zugleich geglätteten Oberflächenstrukturen.If one takes into account the cooling and resolidification occurring in the plasma jet during the partial melting of the particle and partial evaporation of the particle surface, then the open-pored and at the same time smoothed surface structures required for the application result.

Das Aufschmelzen und Oberflächenverdampfung bis hin zum abrupten Erstarren und Aufreißen der Partikeloberfläche und Entstehung offener wie geschlossener Porositäten beim Abkühlen von außen nach innen ist schematisch in 5 dargestellt. Es können auch Konglomerate/Hybride durch definiertes Aufschmelzen mit zwei Pulvern hintereinander, wie z.B. erst Wolfram und danach Basalt, erzeugt werden. Für gasförmige/aerosolbehaftete Prozessumgebungen können die Hybride als Schüttungen genutzt und ggfs. auch über Versinterung zu Brackets verarbeitet werden.The melting and surface evaporation up to the abrupt solidification and tearing open of the particle surface and the formation of open and closed porosities during cooling from the outside in is shown schematically in 5 shown. Conglomerates/hybrids can also be produced by defined melting with two powders in succession, such as first tungsten and then basalt. For gaseous/aerosol process environments, the hybrids can be used as fills and, if necessary, also be processed into brackets by sintering.

Während das partielles Verdampfen an der Partikeloberflächen zu Verglasungen mit sehr geringer Rauigkeit und veränderten SiO₂-Anteil führt, steigen neben der Oberflächenspannung auch die Partikelspannungen im Inneren aufgrund der geringeren Auf- bzw. Durchschmelzung des Partikels. Dieser führt analog zum Prozess der Materialaufschmelzung bei der vulkanischen Gesteinsbildung zur Porenbildung, sowohl in Gestalt von geschlossenen inneren und offenen äußeren Poren. Der Grad der Erstarrung in Gestalt einer gebremsten über einen Bereich S 5 in 4 mit bspw. zunehmender Luftfeuchtigkeit und oder einer abrupteren im Bereich S 6 in 4 beeinflusst entscheidend die Porenbildung sowie die Gestalt der Oberfläche im verglasten Bereichen und offenen Poren. Erstarren die dann ca. 40 µm großen Partikel gleich im Bereich S 6.While the partial evaporation on the particle surface leads to glazing with very little roughness and a changed SiO ₂ content, the particle tensions in the interior also increase in addition to the surface tension due to the lower melting or melting through of the particle. Analogous to the process of material melting in volcanic rock formation, this leads to the formation of pores, both in the form of closed inner and open outer pores. The degree of solidification in the form of a decelerated over a range S 5 in 4 with e.g. increasing humidity and/or a more abrupt one in the range S 6 in 4 has a decisive influence on pore formation and the shape of the surface in vitrified areas and open pores. The particles, which are approx. 40 µm in size, then solidify in area S 6.

Bei einem im Durchmesser ca. 40 - 80 µm großen Partikel entstehen so mehrere offene Poren mit bspw. bis zu 10 µm Durchmesser und 4 bis 7 µm Tiefe. Die Rauigkeit in der offenen Pore ist deutlich höher und damit hydrophober. Über speziell konfektionierte und zusammengelagerte Assoziationskolloide lassen sich diese Poren- und Adhäsionsbereiche als Drug Delivery Depots nutzen, die in einer pillierten oder unpillierten Anordnung erstens wachstumsstimulierende bzw. krankheitssuppressive Wirkstoffe aufnehmen und speichern sowie zweitens bei Einsetzen eines auch partiell umgebenden kapillaren Wasserflusses diese sukzessiv freisetzen können und damit über den Saftfluss in das jeweilige Samenembryo transportiert werden können.In the case of a particle with a diameter of approx. 40 - 80 µm, several open pores with, for example, a diameter of up to 10 µm and a depth of 4 to 7 µm are created. The roughness in the open pore is significantly higher and therefore more hydrophobic. These pore and adhesion areas can be used as drug delivery depots via specially formulated and assembled association colloids, which, in a pilled or unpilled arrangement, can firstly absorb and store growth-stimulating or disease-suppressing active ingredients and, secondly, can successively release them when a partially surrounding capillary water flow begins so that they can be transported via the sap flow into the respective seed embryo.

Mit der Wirkstofffreisetzung der damit wieder offenen Porenoberfläche, die relativ tief in den Partikel hinein reichen können, wird auch die bodenchemische Degradation des Partikels als mineralische Bodenaktivator und -hilfsstoff aktiviert und nachfolgend beschleunigt. Gleichzeitig werden die hohen SiO₂-Potentiale des Minerals von bis zu 50 % ionisch (antimikrobiell) wirksam freigesetzt.With the release of the active substance from the pore surface, which is open again and can reach relatively deep into the particle, the soil chemical degradation of the particle as a mineral soil activator and auxiliary is activated and subsequently accelerated. At the same time, the high SiO ₂ potential of the mineral of up to 50% ionic (antimicrobial) is effectively released.

Wie oben in 4 gezeigt, können über die nacheinander liegende Injektionpositionen in Bezug auf die Plasmaflamme bspw. ein aufgeschmolzener, oberflächlich verglaster Basaltpartikel (Ø 40 µm) mit einen als Beispiel gewählten, partiell bis vollständig verdampfenden Wolframpartikel (∅5-10 µm) beschichtet werden und oder ggfs. über beschleunigte Erstarrung im Wasserkühlbad offenporig mit zusätzlichen Wirkstoffdepots hergestellt werden. Mehrere solcher hybridisierter Partikel können über ein nachfolgendes Ansintern konglomeriert werden. In den so entstehenden Zwischenräumen sind nach dem Sintern Bodenaktivitoren und Bodenhilfsstoffe sowie Pigmente platzierbar. (Anwendung Gemüseanbau oder Fassaden-/Farbelemente mit Pilzschutz).As above in 4 shown, for example, a melted, superficially vitrified basalt particle (Ø 40 µm) can be coated with a partially to completely evaporating tungsten particle (∅5-10 µm) selected as an example and/or if necessary can be made open-pored with additional active ingredient depots via accelerated solidification in a water cooling bath. Several such hybridized particles can be conglomerated via subsequent sintering. After sintering, soil activators and soil additives as well as pigments can be placed in the resulting gaps. (Application of vegetable cultivation or facade/color elements with fungus protection).

Diese in 6 dargestellten über Sintern erzeugten Konglomerate von Partikel mit oder ohne zusätzliche Wirkstoffbeschichtungen bzw. -depots können auch als Filter ausgestaltet werden. Diese sind auch als so gestaltet angeordnet in der Lage, topisch kapillarische und oder größere Wasserflüsse antimikrobielle zu reinigen, da insbesondere Pilze den Wasserflussauf dem Weg zum Samenembryo benötigen.this in 6 Conglomerates of particles produced via sintering with or without additional active substance coatings or depots can also be designed as filters. These are also arranged in such a way as to be able to topically clear capillary and/or larger antimicrobial water fluxes, since fungi in particular need the water flux on the way to the seed embryo.

Claims

Carrier shaped body (1) for spreading seeds (21) and/or active ingredients (22), which carrier shaped body (1) has an inner core (3) comprising a granulated active ingredient (22) and/or a seed (21), an inner core of this (3) enclosing membrane envelope (4) and a water soluble polymer outer wall (5), said membrane envelope (4) comprising porous mineral particles (6).

Molded carrier body (1) according to claim 1 , wherein the mineral particles (6) are made of volcanic rock.

Molded carrier body (1) according to claim 2 , wherein the volcanic rock has a grain size in the range from 5 µm to 150 µm, in particular from 40 µm to 80 µm, and an open porosity in the range from 5% to 30%, in particular from 5% to 15% with a pore diameter in the range from 2 μm to 20 μm, in particular 8 μm to 12 μm and a depth of 2 μm to 15 μm, in particular 4 μm to 7 μm.

Carrier shaped body (1) according to one of the preceding claims, wherein an active substance coating (7) is arranged on the mineral particle (6) in a water-soluble manner or by means of association colloids.

Carrier shaped body (1) according to one of the preceding claims, wherein the granulated active substance (22) comprises substances which promote growth or plants, in particular urea.

Molded carrier body (1) according to claim 1 , wherein the seed (21) is formed surrounded at least in sections by a permeable water-soluble membrane layer (211).

Molded carrier body (1) according to claim 1 , wherein the membrane envelope (4) comprises a first membrane (41) made of a synthetic, biodegradable, non-water-soluble binder.

Molded carrier body (1) according to claim 7 , wherein the binder is from the group of polylactides, polyhydroxyalkanolates, polycaprolactams, polybutylene adipate terephthalates or polybutylene succinates or composites or mixtures thereof.

Molded carrier body (1) according to claim 7 or 8th , wherein mineral particles (6) are arranged on the first membrane (41).

Shaped carrier body (1) according to one of the preceding claims, wherein the membrane envelope (4) comprises a second membrane (42) made of a biologically degradable, water-soluble binder.

Molded carrier body (1) according to claim 10 , wherein the binder comprises a polymer from the group of polyethylene oxides, poly-N-vinylpyrrolidone, polyvinyl alcohols, polyacrylamides or natural or modified celluloses.

Molded carrier body (1) according to claim 10 or 11 , wherein the first and second membrane (41, 42) are always alternately arranged in the membrane sleeve (4) enclosing each other.

Molded carrier body (1) according to claim 12 , wherein a plurality of mineral particles (6) are arranged between the first and second membranes (41, 42), respectively.

Process for the production of mineral particles for fluid to moist soil and aerosol-influenced breathing environments, comprising the steps: - Generation of a plasma flame (S1) with a defined protective gas for each application; - introducing at least one mineralogical and/or hard-metal powder material of a predetermined particle size into the plasma flame in such a way that the powder material melts (S2); - Leading the melted powder material through an area with predetermined humidity (S5); - Collecting the melted powder material in a water tank (S6).

Process for the production of mineral particles (6). Claim 14 , wherein the step of introducing a mineralogical powder material comprises changing the distance between the powder material and the arc of the plasma flame.

Process for the production of mineral particles (6). claim 15 , wherein the step of guiding the melted powder material (6) through an area with a predetermined air humidity comprises adjusting the air humidity and/or the salt content.

Process for the production of mineral particles (6) according to one of Claims 14 until 16 , wherein the melted powder material is processed and finished by hybridization, thermal coating, vapor deposition, deposition, gas deposition, sintering and/or conglomerating sintering.

Application of mineral and/or hybrid particles with and/or without coatings for fluid to moist soil and aerosol-influenced breathing environments.

application after Claim 18 , depending on the plant species. Growth characteristics in the germination and seedling period, the concentration of mineral particles and their loading with additional active ingredients differs.

application after Claim 18 , in the soil as a relatively permanent humus and/or for binding CO ₂ or nitrogen, especially from liquid liquid manure.