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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bodenverbesserungsmittel (Bodenhilfsstoff)
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, welches sich insbesondere zur
Verwendung zur Verbesserung der Bodenqualität, insbesondere
zur Erhöhung des Wasseraufnahme- und/oder Wasserspeichervermögens
von Böden und/oder zur Auflockerung (z. B. Aerifizierung)
von Böden (z. B. in der Landwirtschaft, im Wein-, Garten-
und Landschaftsbau, für Sport-, Golf-, Garten-, Rasen-
und Reitplätze, zur Dachbegrünung, zur Geländebefestigung,
insbesondere bei Hanglagen, zur Desertifikationsbekämpfung
in ariden Gebieten, zur Pflanzenwachstumsförderung und
-regulierung oder dergleichen) eignet.
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Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche Bodenverbesserungsmittel bekannt.
Diese besitzen jedoch oftmals nicht die gewünschte Effizienz,
insbesondere nicht im Hinblick auf eine fördernde Wirkung
des Vegetationswachstums. Des weiteren ist nicht immer eine ausreichende
Biokompatibilität gewährleistet.
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So
beschreibt die
DE
295 16 675 U1 einen wasserspeichernden Bodenhilfsstoff,
welcher ein Hydrogel, Alginat und gegebenenfalls Ton enthält.
Das dort beschriebene Material enthält keine ausreichenden
Mengen an Pflanzennährstoffen. Auch ist keine retardierte
Langzeitbereitstellung von Pflanzennährstoffen möglichen. Zudem
weisen Hydrogele nicht immer ein ausreichendes Wasseraufnahme- und
Wasserspeichervermögen auf und führen zudem in
größeren Mengen zu einer mangelnden Durchlüftung
des Boden, so daß Wurzelfäulnis der betreffenden
Vegetation eintreten kann.
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Des
weiteren wurden im Stand der Technik auch sogenannte superabsorbierende
Polymermaterialien (SAP) für die Herstellung von Bodenverbesserungsmitteln
in Betracht gezogen. Die sogenannten superabsorbierenden Polymere
(SAP) sind aufgrund ihrer hohen Quellungseigenschaften und ihrer
Wasseraufnahmefähigkeit bislang bevorzugt in der Hygieneindustrie
eingesetzt worden, 50 z. B. in Windeln, Damenbinden etc.
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In
der
DE 101 30 427
A1 bzw. der korrespondierenden
WO 03/000621 A1 sowie
in der
DE 10 2005 021
221 A1 bzw. der korrespondierenden
WO 2006/119828 A1 sind
jeweils poröse, wasserquellbare Polymere mit Schwammstruktur
und superabsorbierenden Eigenschaften, insbesondere auf der Basis
von Polyacrylsäure, zusammen mit anorganischen und organischen
Ballast- und Zusatzstoffen beschrieben, welche sich als Bodenverbesserungsmittel
eignen sollen. Die organischen Polymere basieren insbesondere auf
Homopolymeren oder Copolymeren der Acrylsäure mit freien
Carboxylsäurefunktionen, wobei die dort beschriebenen Materialien
wasserspeichernde Eigenschaften aufweisen und folglich unter anderem
als Bodenverbesserungsmittel Einsatz finden sollen. Da die dort
beschriebenen Zusammensetzungen jedoch freie Carboxylgruppen besitzen, weisen
sie eine relativ hohe Alkalianfälligkeit auf, was zu einer
reduzierten Quellbarkeit bzw. Wasseraufnahme führt. Auch
ist das dort beschriebene Material nicht in allen Fällen
ausreichend biokompatibel und bioverfügbar, insbesondere
nicht hinreichend schnell abbaubar. Zudem neigt das dort beschriebene
Material bei Langzeiteinsatz in Böden zu einer unerwünschten
Gelbildung, was hinderlich im Hinblick auf das Pflanzenwachstum ist,
insbesondere die Wurzelbildung schädigen kann. Im Fall
des Zusatzes von Additiven, insbesondere Pflanzennährstoffen,
ist kein Langzeiteffekt, insbesondere keine verzögerte
Freisetzung, gegeben, da diese Substanzen der dort beschriebenen
Mischung nur separat zugesetzt sind, jedoch nicht wirksam hieran
gebunden sind. Auch ist das Quellverhalten nicht unter allen Bedingungen
reversibel, so daß gespeichertes Wasser von dem dort beschriebenen
Material nicht ohne weiteres wieder an die Pflanzen abgegeben werden
kann. Schließlich führen die dort beschriebenen
Herstellungsverfahren zu einem relativ hohen Restmonomergehalt im
Endprodukt, was bei der Verwendung als Bodenhilfsmittel in bezug
auf das Vegetationswachstum abträglich ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Nachteile
des eingangsgeschilderten Standes der Technik zumindest weitgehend
zu vermeiden oder aber wenigstens abzuschwächen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gegenüber
den bestehenden Produkten des Standes der Technik und ihren Anwendungen
neues und verbessertes Produkt bereitzustellen, welches in der Lage ist,
einerseits die verschiedenen Inhaltsstoffe, insbesondere Fest- wie
Flüssigkomponenten, sozusagen als Bindemittel miteinander
zu einem Homogenisat zu vereinen und andererseits die Fähigkeit als
Wasserspeichermedium zu erhalten.
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Eine
wiederum weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein Bodenverbesserungsmittel mit guter biologischer Abbaubarkeit
bereitzustellen, welches bei Erhöhung des hydrophilen Charakters gleichzeitig
eine verbesserte Wasseraufnahme- und/oder Wasserspeicherfähigkeit
bzw. Quellfähigkeit aufweist.
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Zur
Lösung der zuvor geschilderten Aufgabenstellung schlägt
die vorliegende Erfindung somit ein Bodenverbesserungsmittel nach
Anspruch 1 vor; weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand
der diesbezüglichen Unteransprüche.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist somit ein Bodenverbesserungsmittel
(Bodenhilfsstoff), welches sich insbesondere zur Erhöhung
des Wasseraufnahme- und/oder Wasserspeichervermögens von
Böden eignet, wobei das Bodenverbesserungsmittel ein wasserquellbares
Matrixmaterial auf Basis mindestens eines organischen Polymers aufweist,
wobei dem Matrixmaterial anorganische Feststoffpartikel zugesetzt sind;
das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
ist dadurch gekennzeichnet, daß das organische Polymer
des wasserquellbaren Matrixmaterials kohlenhydratbasierte Struktureinheiten,
insbesondere kohlenhydratbasierte funktionelle Gruppen, umfaßt.
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Durch
die Modifizierung der organischen Polymerstruktur mittels kohlenhydratbasierter
Struktureinheiten wird zum einen die Biokompatibilität,
insbesondere die Bioverfügbarkeit und/oder biologische
Abbaubarkeit, des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels
signifikant verbessert. Zum anderen wird hierdurch, wie nachfolgend
noch ausgeführt wird, auch herstellungstechnisch eine deutliche
Vereinfachung bzw. Verbesserung erreicht, da auf spezielle Additive
im Rahmen des Herstellungsprozesses, insbesondere des Polymerisationsprozesses,
im Rahmen der vorliegenden Erfindung verzichtet werden kann, was
insbesondere bei großtechnischer Umsetzung von Bedeutung
ist und zu signifikanten Einsparungen und Vereinfachungen im Verfah rensablauf
führt. Des weiteren werden hierdurch auch das Wasseraufnahme-
und Wasserspeichervermögen sowie die Quellfähigkeit
in positiver Weise beeinflußt bzw. signifikant verbessert.
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Durch
die schwammartige bis hochporöse Ausbildung des polymeren
Matrixmaterials wird zudem ein positives Auflockerungsverhalten
in bezug auf die zu behandelnden Böden, insbesondere eine
signifikante Aerifizierung, erreicht (Der diesbezügliche
Aerifizierungsquotient bzw. -koeffizient bei nur 1 gew.-%iger Zugabe des
erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels zu
einem zu behandelnden Boden beträgt mindestens 5%, insbesondere
mindestens 7,5%, vorzugsweise mindestens 10%.).
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Mit
anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung somit ein anorganischorganisches
Komposit- bzw. Hybridmaterial, welches mit einer kohlenhydratbasierten
Struktureinheit modifiziert ist und auf diese Weise eine verbesserte
Biokompatibilität, insbesondere Bioverfügbarkeit
und biologische Abbaubarkeit, mit sich bringt, insbesondere im Hinblick
darauf, daß die Kohlenhydratkomponente unmittelbar an das
organische Polymer gebunden ist, so daß sie zeitlich verzögert
bzw. retardiert durch Abbau des organischen Polymers bei seiner
Verwendung in Böden als Pflanzennährstoff zur
Verfügung gestellt wird. Infolgedessen brauchen keine zusätzlichen,
separaten Kohlenhydratkomponenten als Pflanzennährstoffe
zu dem erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
als separate Komponente hinzugefügt werden, auch wenn dies
erfindungsgemäß zusätzlich nicht ausgeschlossen
ist.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn das organische
Polymer vernetzt, insbesondere strukturvernetzt, ausgebildet ist.
Hierdurch wird eine verbesserte Strukturstabilität des
als Matrixmaterial eingesetzten organischen Polymers und insbesondere
eine verbesserte Handhabbarkeit des erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittels, insbesondere bei seiner Einarbeitung
in Böden, erreicht. Die Vernetzung des erfindungsgemäß eingesetzten
organischen Polymers kann mit dem Fachmann an sich bekannten Maßnahmen
bewirkt werden, insbesondere über eine Vernetzung mittels
difunktioneller Vernetzer, wie beispielsweise Diolen (z. B. Butandiol-1,4-diacrylat),
wobei die Vernetzer dem Polymerisationseinsatz bei der Herstellung
des Polymers, insbesondere gegen Ende der Polymerisation, zugesetzt
werden. Damit keine zu starke Vernetzung des eingesetzten organischen
Polymers vorliegt, sollte der Vernetzergehalt, bezogen auf das organische
Polymer, im Mengenbereich von 0,01 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,1
bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 5 Gew.-%, in dem letztendlich
resultierenden organischen Polymer vorhanden sein.
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Vorteilhafterweise
sind die kohlenhydratbasierten Struktureinheiten an das organische
Polymer gebunden, insbesondere chemisch gebunden. Dies kann beispielsweise
mittels Pfropfung oder Kondensation, insbesondere Veresterung, erfolgen.
Auf diese Weise wird gewährleistet, daß bei Verwendung
des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels
eine Langzeitbioverfügbarkeit gewährleistet ist,
insbesondere der kohlenhydratbasierte Bestandteil zeitversetzt bzw.
retardiert freigesetzt bzw. abgebaut wird, so daß die hieraus
resultierenden Pflanzennährstoffe für die Pflanzenversorgung
langzeitverfügbar sind.
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Im
allgemeinen besitzt das erfindungsgemäß eingesetzte
organische Polymer eine schwammartige bzw. poröse, insbesondere
Hohlräume aufweisende, Struktur. In diese schwammartige
bzw. poröse Struktur sind dann die anorganischen Feststoffpartikel
eingelagert, wobei die anorganischen Feststoffpartikel im allgemeinen
an das organische Polymer gebunden, insbesondere physikalisch gebunden,
sind, was im allgemeinen dadurch realisiert wird, daß die
anorganischen Feststoffpartikel dem Polymerisationsansatz bei der
Herstellung des eingesetzten organischen Polymers zugesetzt werden.
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Wie
zuvor ausgeführt ist das erfindungsgemäß eingesetzte
organische Polymer im allgemeinen biokompatibel, insbesondere biologisch
abbaubar, vorzugsweise unter Einwirkung von Mikroorganismen abbaubar,
ausgebildet und zudem bioverfügbar ausgebildet. Zur Erzielung
eines guten Wasseraufnahme- und/oder Wasserspeichervermögens
ist das eingesetzte organische Polymer im allgemeinen hydrophil
ausgebildet.
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In
erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist das eingesetzte
organische Polymer im allgemeinen auf Basis mindestens eines superabsorbierenden
Polymers (SAP) ausgebildet. Im Unterschied zur herkömmlichen
superabsorbierenden Polymeren wird aber aus den vorgenannten Gründen
ein mit Kohlen hydrat basierten Struktureinheiten modifiziertes superabsorbierendes
Polymer eingesetzt.
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Erfindungsgemäß ist
es bevorzugt, wenn das organische Polymer ein Homopolymer und/oder
Copolymer mindestens einer ethylenisch ungesättigten organischen
Verbindung, insbesondere von Acrylsäure, Methacrylsäure
oder deren Derivaten, ist.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das organische Polymer ein carboxylgruppenhaltiges
Polymer ist.
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Insbesondere
leitet sich das eingesetzte organische Polymer von mindestens einer
ungesättigten Carbonsäure ab. Hierbei kann es
sich um eine aliphatische, aromatisch-aliphatische oder aromatische
ungesättigte Carbonsäure, bevorzugt um eine aliphatische
ungesättigte Carbonsäure, insbesondere eine ungesättigte C2-C20-Carbonsäure,
handeln, welche besonders bevorzugt aus der Gruppe von Acrylsäure,
Methacrylsäure sowie deren Mischungen und Derivaten, insbesondere
Ester, ausgewählt ist, besonders bevorzugt aus der Gruppe
von Acrylsäure und deren Derivaten, insbesondere Ester.
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In
erfindungsgemäß besonders bevorzugter Weise handelt
es sich bei dem organischen Polymer um ein Polyacrylat oder Polymethacrylat,
bevorzugt um ein vernetztes, insbesondere strukturvernetztes Polyacrylat
oder Polymethacrylat, ganz besonders bevorzugt um ein insbesondere
vernetztes, vorzugsweise strukturvernetztes Polyacrylat.
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Wie
zuvor ausgeführt, können die kohlenhydratbasierten
Struktureinheiten an das organische Polymer kondensiert sein, insbesondere
mittels Veresterung.
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In
erfindungsgemäß bevorzugter Weise sind im Fall
der Verwendung carboxylgruppenhaltiger organischer Polymere (z.
B. Polyacrylate bzw. Polymethacrylate) die kohlenhydratbasierten
Struktureinheiten über die Carbonsäurefunktionen
des Polymers an das organische Polymer gebunden, vorzugsweise mittels
Kondensation, insbesondere mittels Veresterung. Dabei sollten mindestens
3%, vorzugsweise mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10%, und/oder
insbesondere bis zu 80%, vorzugsweise bis zu 50%, besonders be vorzugt bis
zu 25%, der Carbonsäurefunktionen des organischen Polymers
mit kohlenhydratbasierten Struktureinheiten verestert sein. Im Rahmen
der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn 3% bis 80%, vorzugsweise 5% bis 50%, bevorzugt 10% bis 25%,
der Carbonsäurefunktionen des organischen Polymers mit
kohlenhydratbasierten Struktureinheiten verestert sind.
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Gemäß einer
erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform
ist das organische Polymer ein insbesondere vernetztes, vorzugsweise
quervernetztes Polyacrylat oder Polymethacrylat, wobei mindestens
3%, vorzugsweise mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10%, und/oder
insbesondere bis zu 80%, vorzugsweise bis zu 50%, besonders bevorzugt
bis zu 25%, der Carbonsäurefunktionen des organischen Polymers
mit kohlenhydratbasierten Struktureinheiten verestert sind. Vorteilhafterweise
sind 3% bis 80%, vorzugsweise 5% bis 50%, bevorzugt 10% bis 25%
der Carbonsäurefunktionen des organischen Polymers mit
kohlenhydratbasierten Struktureinheiten verestert.
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Durch
die teilweise Veresterung der Carbonsäurefunktionen ist
die Erdalkalianfälligkeit des erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittels gegenüber Produkten ausschließlich
mit freien Carbonsäurefunktionen drastisch erhöht.
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Grundsätzlich
kann die Menge an kohlenhydratbasierten Struktureinheiten in dem
eingesetzten organischen Polymer in weiten Grenzen variieren. Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das eingesetzte
organische Polymer kohlenhydratbasierte Struktureinheiten in einem
Gewichtsverhältnis organisches Polymer/kohlenhydratbasierte
Struktureinheiten ≥ 1:1, insbesondere ≥ 2:1, vorzugsweise ≥ 2,5:1,
besonders bevorzugt ≥ 3:1, ganz besonders bevorzugt ≥ 4:1,
enthält. Im allgemeinen sollte das organische Polymer kohlenhydratbasierte
Struktureinheiten in einem Gewichtsverhältnis organisches
Polymer/kohlenhydratbasierte Struktureinheiten im Bereich von 1:1
bis 50:1, insbesondere 2:1 bis 20:1, vorzugsweise 3:1 bis 10:1,
besonders bevorzugt 4:1 bis 6:1, enthalten. Dennoch kann es anwendungsbezogen
oder einzelfallbedingt erforderlich werden, von den vorgenannten
Werten abzuweichen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden
Erfindung verlassen ist. Die vorgenannten Wertebereiche resultieren
zum einen aus der Tatsache, daß sich das Quellverhalten über
die kohlenhydratbasierten Struktureinheiten ge zielt steuern läßt,
wobei dieses Quellverhalten jedoch nicht übermäßig
ausgeprägt sein sollte, und zum anderen eine gewisse Restazidität
im Hinblick auf die Anwendung in den betreffenden Böden,
insbesondere zu Pufferzwecken, bereitgehalten werden sollte.
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Gemäß einer
erfindungsgemäß besonders bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem eingesetzten organischen Polymer um ein
insbesondere vernetztes, vorzugsweise quervernetztes Polyacrylat oder
Polymethacrylat, bevorzugt Polyacrylat, wobei das organische Polymer
kohlenhydratbasierte Struktureinheiten in einem Gewichtsverhältnis
organisches Polymer/kohlenhydratbasierte Struktureinheiten ≥ 1:1,
insbesondere ≥ 2:1, vorzugsweise ≥ 2,5:1, besonders
bevorzugt ≥ 3:1, ganz besonders bevorzugt ≥ 4:1,
enthält. Vorzugsweise enthält das organische Polymer
kohlenhydratbasierte Struktureinheiten in einem Gewichtsverhältnis
organisches Polymer/kohlenhydratbasierte Struktureinheiten im Bereich
von 1:1 bis 50:1, insbesondere 2:1 bis 20:1, vorzugsweise 3:1 bis
10:1, besonders bevorzugt 4:1 bis 6:1.
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Aus
den vorgenannten Gründen hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
kohlenhydratbasierte Struktureinheiten, bezogen auf das Bodenverbesserrungsmittel,
in Mengen von 0,1 bis 40 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 30 Gew.-%,
vorzugsweise 0,5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%,
enthält.
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Was
die kohlenhydratbasierten Struktureinheiten anbelangt, so können
diese grundsätzlich vom gleichen oder unterschiedlichen
Typ innerhalb des organischen Polymers ausgebildet sein. Im Fall
voneinander verschiedener Struktureinheiten können mindestens
zwei, vorzugsweise mindestens drei voneinander verschiedene Struktureinheiten
vorliegen.
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Insbesondere
können die kohlenhydratbasierten Struktureinheiten auf
Basis von saccharidischen Verbindungen, insbesondere aus der Gruppe
von Mono-, Di-, Oligo- und Polysacchariden und deren Mischungen, ausgebildet
sein.
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Zu
dem allgemeinen Begriff der Kohlenhydrate sowie der Saccharide,
insbesondere Mono-, Di-, Oligo- und Polysacchariden, kann beispielsweise
auf Römpp Chemielexikon, 10. Auflage, Georg Thieme
Verlag Stuttgart/New York, 1996 bis 1999 mit den dort referierten
einschlägigen Stichworten verwiesen werden.
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Bevorzugt
sind die kohlenhydratbasierten Struktureinheiten auf Basis von organischen
Verbindungen mit einer halbacetalbildenden Carbonylgruppe und gleichzeitig
mehreren Hydroxygruppen im Molekül ausgebildet, insbesondere
auf Basis von Polyhydroxyaldehyden (Aldosen) und Polyhydroxyketonen
(Ketosen) sowie davon abgeleiten Verbindungen sowie deren Oligo-
und Polykondensaten. Besonders bevorzugt sind Zucker und Zuckerderivate,
wobei dieser Begriff fachsprachlich zur Bezeichnung mono-, di-,
oligo- und polysaccharidischer Verbindungen des vorgenannten Typs
verstanden wird (vgl. z. B. Römpp Chemielexikon,
10. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, Band 6, 1999,
Seiten 5096 bis 5103).
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In
erfindungsgemäß besonders bevorzugter Weise sind
die kohlenhydratbasierten Struktureinheiten auf Basis von Verbindungen
aus der Gruppe von Glucose; Saccharose; Cellulose und Cellulosederivaten,
insbesondere Celluloseethern und -estern; Stärke und Stärkederivaten,
insbesondere Stärkeethern; Melasse sowie deren Mischungen
ausgebildet. Für weitergehende Einzelheiten zu den vorgenannten
Verbindungen kann auf die entsprechenden Fundstellen im Römpp
Chemielexikon, 10. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York,
1996 bis 1999, verwiesen werden, insbesondere mit den Stichwörtern
"Cellulose" "Celluloseester" "Celluloseether" "D-Glucose" "Melasse",
"Saccharose", "Stärke", "Stärke-Derivate" sowie
"Stärke-Ether".
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Gleichermaßen
können die kohlenhydratbasierten Struktureinheiten des
eingesetzten organischen Polymers auf Basis von Glykanen, vorzugsweise
Homoglykanen, insbesondere des vorgenannten Typs (z. B. Cellulose
und Cellulosederivate, Stärke und Stärke-Derivate
sowie Glykogen) ausgebildet sein.
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Was
die eingesetzten anorganischen Feststoffpartikel anbelangt, so können
grundsätzlich gleiche oder aber Mischungen voneinander
verschiedener anorganischer Feststoffpartikel in dem Bodenverbesserungsmittel
vorliegen. Im Fall voneinander verschiedener anorganischer Feststoffpartikel
können beispielsweise mindestens zwei, vorzugsweise mindestens
drei Arten voneinander verschiedener anorganischer Feststoffpartikel
vorliegen.
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Der
anorganische Feststoff ist insbesondere ausgewählt aus
mineralischen Gesteinen, insbesondere Gesteinsmehlen (d. h. mineralischen
Gesteinen in feinvermahlener Form). Beispielsweise kann der anorganische
Feststoff ausgewählt sein aus der Gruppe von Basalt, Bentonit,
Bims, Calcit, Carbonatgesteinen, Diabas, Dolomit, Eruptivgesteinen,
Feldspat, gemahlenem Glas, Gläsern, Glimmer, Gneiss, Grauwacke,
Kieselerden, Kieselgur, Kieselsäure, Kreide, Lavagesteinen,
Magnesit, Metalloxidgesteinen, Meteoritengesteinen, Montmorillonit,
Pyrit, Quarz, Quarzsand, Schiefer, Sedimentgesteinen, Silikatgesteinen,
Sulfatgesteinen, Tonen, Tongesteinen, Traß, Tuffen, Vulkanaschen,
Vulkangesteinen und deren Mischungen.
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Wie
zuvor beschrieben, sind die anorganischen Feststoffpartikel üblicherweise
in durch das organische Polymer gebildete Matrixmaterial eingelagert.
Dabei können die anorganischen Feststoffpartikel an das durch
das organische Polymer gebildete Matrixmaterial gebunden, insbesondere
physikalisch, gebunden sein, beispielsweise indem dem Polymerisationsansatz
bei der Herstellung des eingesetzten organischen Polymers die entsprechenden
anorganischen Feststoffpartikel zugesetzt sind.
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Die
Menge an anorganischen Füllstoffpartikeln in dem erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittel kann in weiten Bereichen variieren. Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die anorganischen
Füllstoffpartikel in Mengen von 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere
30 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das
Bodenverbesserungsmittel, vorhanden sind. Dennoch kann es einzelfallbedingt
und anwendungsbezogen gegebenenfalls erforderlich werden, von den
vorgenannten Mengen abzuweichen, ohne daß der Rahmen der
vorliegenden Erfindung verlassen ist.
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Im
allgemeinen weisen die eingesetzten anorganischen Füllstoffpartikel
Partikel- bzw. Korngröße (absolut) ≥ 2.000 μm,
insbesondere ≥ 1.000 μm, vorzugsweise ≥ 500 μm,
besonders bevorzugt ≥ 250 μm auf; hierbei sollten
mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, bevorzugt mindestens
99%, der anorganischen Füllstoffpartikel innerhalb des
vorgenannten Wertebereiches liegen. Insbesondere weisen die anorganischen Füllstoffpartikel
Partikel- bzw. Korngrößen (absolut) im Bereich
von 1 nm bis 2.000 μm, insbesondere 10 nm bis 1.000 μm,
vorzugsweise 20 nm bis 500 μm, besonders bevorzugt 50 nm
bis 25 μm, auf; dabei sollten mindestens 90%, vorzugsweise
mindestens 95%, bevorzugt mindestens 99%, der anorganischen Füllstoffpartikel innerhalb
des vorgenannten Wertebereiches liegen. Auf diese Weise wird zum
einen eine gute Einarbeitbarkeit in die Polymermatrix und zum anderen
eine gute Bioverfügbarkeit erreicht.
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Was
den Restmonomergehalt des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels
anbelangt, welche auf die Herstellung des eingesetzten organischen
Polymers zurückzuführen ist, so sollte dieser
möglichst gering sein, da höhere Restmonomergehalte
in bezug auf das Pflanzenwachstum abträglich sind. Daher
sollte der Restmonomergehalt in dem erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittel, bezogen auf das Bodenverbesserungsmittel,
weniger als 1 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,5 Gew.-%, vorzugsweise
weniger als 0,3 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-%,
betragen.
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Im
allgemeinen ist das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
rieselfähig, insbesondere fließfähig,
ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß es sich gut in die
zu behandelnden Böden einarbeiten läßt.
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Die
gute Einarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels
läßt sich insbesondere auch dadurch erreichen,
daß das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
zu Formkörpern, insbesondere Pellets, Körnern,
Kugeln, Granulaten, Scheiben, Plättchen oder dergleichen,
verarbeitet ist.
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Im
allgemeinen weist das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
eine Schüttdichte im Bereich von 200 bis 900 g/l, insbesondere
500 bis 800 g/l, vorzugsweise 550 bis 750 g/l, besonders bevorzugt
600 bis 700 g/l, auf.
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Das
erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel weist
bei Wasserzusatz einen pH-Wert im Bereich von 4 bis 8, insbesondere
5 bis 7, auf. Damit ist es biokompatibel ausgerüstet.
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Was
die Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittels anbelangt, so liegt diese unterhalb von
2.000 μS/cm, insbesondere unterhalb von 1.500 μS/cm,
vorzugsweise unterhalb von 1.000 μS/cm.
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Bevorzugter
Weise ist das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
teilchenförmig ausgebildet. Dabei sollte die Teilchen-
bzw. Korngröße (absolut) im Bereich von 0,01 bis
20 mm, insbesondere 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 8 mm, betragen;
vorzugsweise weisen mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%,
bevorzugt mindestens 99%, der Teilchen des Bodenverbesserungsmittels
Teilchen- bzw. Korngrößen im vorgenannten Wertebereiche
auf. Auf diese Weise läßt sich eine gute Einarbeitbarkeit
des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels
erreichen.
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Eine
herausragende Eigenschaft des erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittels ist sein Quellverhalten, welches zeitabhängig
ist. Insbesondere weist das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
innerhalb einer Stunde eine Wasseraufnahme von mindestens dem 10fachen,
insbesondere mindestens dem 15fachen, vorzugsweise mindestens dem
20fachen, besonders bevorzugt mindestens dem 25fachen, seines Eigengewichts
auf. Hervorzugeben ist dabei insbesondere, daß das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel ein reversibles Wasseraufnahme- und/oder
Wasserspeichervermögen besitzt, welches das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel befähigt, das aufgenommene bzw.
gespeicherte Wasser im Bedarfsfall an die Vegetation bzw. Bepflanzung
abzugeben.
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Im
allgemeinen besitzt das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
ein gewichtsbezogenes Wasseraufnahmevermögen insgesamt,
bezogen auf das Eigengewicht des Bodenverbesserungsmittels, von mindestens
1.000%, insbesondere mindestens 2.000%, vorzugsweise mindestens
2.500%, besonders bevorzugt mindestens 3.000%.
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Weiterhin
kann es vorgesehen sein, daß das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel außerdem mindestens einen weiteren
Zusatzstoff enthält. Dieser kann beispielsweise ausgewählt
sein aus der Gruppe von pflanzenwachstumsfördernden oder
-regulierenden Substanzen, Düngemitteln, Mikroorganismen,
Pilzen, Algen, Hefen, Fungiziden, Herbiziden, Pestiziden sowie Mischungen der
vorgenannten Substanzen. Die diesbezügliche Menge an weiterem
Zusatzstoff kann in weiten Mengen variieren und beispielsweise 0,0001 bis
10 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Bodenverbesserungsmittel,
betragen.
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Des
weiteren kann das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
außerdem mindestens ein weiteres, insbesondere wasserlösliches
oder wasserdispergierbares Additiv enthalten. Dieses kann insbesondere ausgewählt
sein aus der Gruppe von Alkali- oder Erdalkalisilikaten, -carbonaten,
-hydroxiden, -oxiden, -nitraten, -phosphaten und -boraten; Borsäure;
Phosphorsäure; Harnsäure; Harnstoff; Guanidin;
Polyolen, insbesondere Glykolen; Stärke und Stärkederivaten;
Cellulose und Cellulosederivaten; Polysacchariden; sowie deren Mischungen.
Die Menge an dem vorgenannten Additiv kann gleichermaßen
in weiten Grenzen variieren und beispielsweise 0,001 bis 20 Gew.-%,
insbesondere 0,01 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel, betragen.
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Weiterhin
kann das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
außerdem mindestens einen nichtwasserlöslichen
Füllstoff enthalten, welcher beispielsweise ausgewählt
sein kann aus der Gruppe von Holz, Stroh, Torf, Papier, Kunststoffgranulaten,
Recyclinggranulaten, Papier, Faserstoffen, Textilmaterialien sowie deren
Mischungen, wobei die einsetzbaren Mengen an diesem Füllstoff
gleichermaßen in weiten Grenzen variieren können
und beispielsweise 0,01 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 10 Gew.-%,
betragen können.
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Bei
seiner Ausbringung wird das Bodenverbesserungsmittel vorteilhafterweise
auf einen Restfeuchtegehalt von mindestens 0,01 Gew.-%, vorzugsweise
mindestens 0,1 Gew.-% eingestellt, wobei dieser Restfeuchtegehalt
Werte von bis zu 80 Gew.-%, insbesondere bis zu 60 Gew.-%, vorzugsweise
bis zu 35 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 30 Gew.-%, annehmen
kann, wobei sich die vorgenannten Gewichtsangaben jeweils auf das
Gesamtgewicht des restfeuchten Bodenverbesserunsgmittels beziehen.
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Wie
bereits geschildert sind mit dem erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittel eine Vielzahl von Vorteilen verbunden.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Feststoffe und/oder Flüssigkeiten
bindendes Material auf Basis eines Polymers (z. B. auf Basis von
Acrylsäure) bereitgestellt, welches sozusagen als Bindemittel
für die vorgenannten Stoffe fungiert, Wasser in seine Matrix
einbinden kann und somit einsetzbar ist als Bodenhilfsstoff (z.
B. als Wasserspeicher, als Speichermedium für Dünger,
Biozide, Nährstoffe etc., als Staubbindemittel oder dergleichen).
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es somit gelungen, ein Produkt
zu entwickeln, das in der Lage ist, einerseits die verschiedenen
Fest- und Flüssigkomponenten sozusagen als Bindemittel
miteinander zu einem Homogenisat zu vereinen und andererseits die
Fähigkeit als Wasserspeichermedium zu erhalten.
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Infolge
des Einsatz von Kohlenhydraten als Struktureinheiten der eingesetzten
Polymere werden diese Kohlenhydrate homogen in die Polymermatrix
eingebunden, welche Wasser reversibel zu speichern und im Bedarfsfall
auch wieder an die Umgebung abzugeben imstande ist.
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Ein
Kernstück der vorliegenden Erfindung im chemischen Bereich
ist daher unter anderem die Verwendung von Kohlenhydraten im Polymerisationsprozeß für
die Herstellung des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels.
Die chemische Bindung der Kohlenhydrate an die Polymere, wie z.
B. Polymere auf Basis von (Meth-)Acrylsäure, erfolgt beispielweise
durch eine Kondensationsreaktion während des Polymerisationsprozesses.
Verschiedene anorganische und organische Zusatzstoffe bzw. Additive,
so z. B. mineralische Feststoffe (z. B. Gesteinsmehle, Glasmehl,
Sand etc.) können zusätzlich in der Polymermatrix
gebunden werden, wodurch ein homogenes Produkt entsteht.
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Durch
Einsatz von Kohlenhydraten in dem Polymerisationsprozeß wird
die biologische Abbaubarkeit des Produktes positiv beeinflußt.
Durch Varianz der eingesetzten Kohlenhydrate und Kohlenhydratmengen kann
die Abbaubarkeit gezielt gesteuert werden.
-
Die
Porenstruktur des Produktes ist aufgrund dieses Herstellungsprozesses
einheitlich und gleichmäßig. Dadurch wird das
Wasseraufnahmevermögen des Materials optimiert. Außerdem
wird dadurch eine verbesserte Freisetzungskinetik der verwendeten
Substanzen erreicht.
-
Je
nach Charakter der verwendeten Feststoffe kann auf diese Weise ein
bezüglich seines vorgesehenen Anwendungsgebietes spezifisches
Produkt generiert werden.
-
Als
Staubbindemittel beispielsweise im Sportbereich sind Polymere bisher
aufgrund ihrer gelartigen Struktur (z. B. Hydrogele) nur begrenzt
zum Einsatz gekommen. Durch die Kombination einer Polymermatrix mit
anorganischen Feststoffen kann erstmals ein strukturstabiles und
elastisches Produkt generiert werden, welches einerseits genug Wasser
speichert, um den entstehenden Staub zu binden, und andererseits
aufgrund seiner Inhaltsstoffe ortsstabil ist. Für den Einsatz
als Bodenhilfsstoff werden Feststoffe ausgewählt, die sich
jeweils positiv auf die Eigenschaften des Bodens (z. B. bei Mangelerscheinungen)
auswirken; insbesondere zu nennen sind hierbei Stoffe, die sich
förderlich auf das Wachstum von Pflanzen auswirken bzw.
den Boden (z. B. im Hinblick auf zukünftige Verwendungszwecke)
verbessern.
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Auf
den üblicherweise bei Polymerisationen dieses Typs, die
radikalisch gestartet werden, eingesetzten Katalysator Ascorbinsäure
kann aufgrund des hier beschriebenen Herstellungsprozesses unter
Verwendung von Kohlenhydraten verzichtet werden. Im Stand der Technik
sorgt Ascorbinsäure dafür, daß Polymerisationen
auch bei Monomermischungen, die unter Raumtemperatur abgekühlt
werden, überhaupt gestartet werden konnten. Somit erfüllen
die Kohlenhydrate innerhalb des Polymerisationsansatzes funktionelle
und physikalische Eigenschaften, welche im Fall der Ascorbinsäure
nicht vorliegen.
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Gegenstand
der Erfindung sind somit strukturstabile, polymere anorganisch-organische
Hybrid- bzw. Kompositmaterialien für den Einsatz im Boden,
um dort z. B. einerseits eine zusätzliche Menge an pflanzenverfügbarem
Wasser reversibel zu speichern und andererseits durch Bereitstellung
und/oder Verfügbarmachung von (zusätzlichen) Nährstoffen,
Düngern, Bioziden etc. die Eigenschaften des Bodens zu
verbessern und speziell die Fruchtbarkeit des Bodens zu erhöhen
bzw. zu verbessern. Insbesondere kommen hierbei superabsorbierende
Polymere zum Einsatz.
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Waren
superabsorbierende Polymere anfangs noch bevorzugt Produkte für
den Hygienesektor, wie eingangs geschildert, deren Wasserspeichervermögen
man auch in der Landwirtschaft nutzbringend einsetzen wollte, erkannte
man doch bald, daß deren Eigenschaftsspektrum zu einseitig
für dieses Einsatzgebiet war. Dies hatte zur Folge, daß Superabsorber
nur in geringem Maße Verwendung fanden. Nachteilig wirkten sich
für diese Polymere bei einem Einsatz im Boden z. B. ihre
mangelnde Strukturstabilität aufgrund der gelartigen Eigenschaften
im aufgequollenen Zustand, der Verlust der Quellfähigkeit
bei Vorhandensein von Erdalkalien und die Zersetzung durch UV-Strahlung
aus.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, infolge der Anbindung
der kohlenhydratbasierten Struktureinheit an die polymere Matrix
eine verbesserte biologische Abbaubarkeit sicherzustellen und bei
einer hierdurch bedingten Erhöhung des hydrophilen Charakters
gleichzeitig die Quellfähigkeit des Materials zu erhöhen.
Außerdem werden die Nachteile bezüglich der Ausbildung
einer Porenstruktur gegenüber bestehenden Verfahren beseitigt,
so daß die Wasseraufnahmefähigkeit, die auch im
Zusammenhang mit der Anzahl der vorhandenen Poren pro Volumeneinheit
steht, erhöht wird.
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Durch
den Einsatz der vorgenannten Komponenten in der Polymerisationsreaktion
ist die Möglichkeit geschaffen worden, unabhängiger
von den auf Erdöl basierenden Rohstoffen, die sich zunehmend
verknappen, polymerisieren zu können und dabei gleichzeitig
eine gleichbleibende und/oder verbesserte Qualität bezüglich
der Anforderungen an die Eigenschaften des Produktes für
den Einsatz in Böden zu garantieren.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zudem ein alkaliresistentes
Produkt bereitgestellt, welches auch noch bei stark kreide- und/oder
kalkhaltigen Böden anwendbar ist, welche aber die Quellfähigkeit der
traditionellen Superabsorber und mangelhaft neutralisierter Produkte,
insbesondere nach herkömmlichen Verfahren hergestellte
Produkte, deutlich beeinträchtigten.
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Das
Ergebnis ist eine neue anorganisch-organische Produktklasse, die
eine gleichmäßig feine Porenstruktur im gewünschten
Sinn erbringt und darüber hinaus Einfluß nimmt
auf Dichte, Elastizität, Härte und Wasseraufnahmefä higkeit,
und zwar sowohl von Wasser hohen Härtegrades als auch hoher
Leitfähigkeit.
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Daneben
wird der mineralische Anteil des erfindungsgemäßen
Kompositmaterials durch eine bisher noch nicht zum Einsatz gebrachte
Substanz ergänzt, durch die das Gesamtprodukt einen neutralen
Charakter bekommt, nämlich die kohlenhydratbasierten Struktureinheiten.
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Einerseits
erzielt man innerhalb der Polymerisationsreaktion durch Aufpfropfen
oder Ankondensieren eines natürlichen Stoffes (Kohlenhydrat)
an ein synthetisches Polymer ein Produkt mit erhöhter Hydrophilie und
mit gesteigertem Wasseraufnahmevermögen. Andererseits wird
darüber hinaus durch den Einsatz eines Naturstoffes die
biologische Abbaubarkeit gesteigert. Schließlich wird durch
die Verwendung von anorganischen Feststoffpartikeln, wie z. B. fein
gemahlenem Glas, sogenanntem Glasmehl (z. B. "einfache Art", d.
h. ohne Schwermetalle), ein absolut neutrales, strukturstabiles,
inertes Kompositmaterial produziert. Durch Verwendung des Kohlenhydrates
kann außerdem auf den Einsatz des allgemein bei Polymerisationen
häufig verwendeten Katalysators Ascorbinsäure
verzichtet und dadurch der Herstellungsprozeß vereinfacht
werden.
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Die
bisherigen Polymerisationen des Standes der Technik zeichnen sich
dadurch aus, daß die Polymerisate auf Basis von vernetzten
hydrophilen Homo- und Copolymeren aus ethylenisch ungesättigten,
Säuregruppen enthaltenden polymerisierbaren Monomeren hergestellt
werden. Die Neuerung besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung
dagegen darin, daß nicht ausschließlich Säuregruppen
enthaltende Monomere in der eigentlichen Polymerisationsreaktion
eingesetzt werden, sondern ein bestimmter Anteil durch ein Kohlenhydrat
(z. B. Saccharose) ersetzt wird. Durch diese Substitution werden
nicht nur die genannten Probleme bezüglich der Porenstruktur,
sondern auch die der biologischen Abbaubarkeit und der Quellungseigenschaften gelöst.
Weiterhin wird das Material bezüglich der Quellungseigenschaften
gegenüber dem negativen Einfluß von Salzfrachten
und schädlichen Ionen resistenter.
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Die
Nachteile der beispielsweise nach der
WO 03/000621 A1 beschriebenen
und hergestellten Produkte können somit unerwartet mittels
Verwendung von bisher unbeachteten Substanzen behoben werden, welche
der mineralstoffhaltigen, zu polymerisierenden Monomerlösung
einfach zugesetzt werden.
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Überraschend
ist insbesondere auch, daß das Kohlenhydrat – unbeeinflußt
vom Neutralisationsgrad der zu polymerisierenden Mononomermischung – ein
sehr feinporiges und hydrophiles Erzeugnis entstehen läßt.
Ebenso überraschend ist die Tatsache, daß der
bei Polymerisationen der vorliegenden Art notwendigerweise ebenfalls
einzusetzende Katalysator "Ascorbinsäure" entfallen kann
(Nach dem Stand der Technik sorgt Ascorbinsäure dafür,
daß Polymerisationen auch bei Monomermischungen, die unter
Raumtemperatur abgekühlt werden, überhaupt gestartet
werden können.). Somit erfüllt das Kohlenhydrat
innerhalb des Polymerisationsansatzes funktionelle und physikalische
Eigenschaften, welche bei Ascorbinsäure nicht vorliegen.
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Die
gewünschte Einstellung des jeweiligen Mengen- und Mischungsverhältnisses
(d. h. Polymeranteil, Anteil Kohlenhydrate, Anteile der natürlichen
Mineralstoffe etc.) wird letztlich von den Bodenverhältnissen
bestimmt werden, in denen das erfindungsgemäße
Kompositmaterial angewendet werden soll. Der Kohlenhydratanteil
sollte sich darüber hinaus auch an der eingesetzten Monomermenge
orientieren und diese im allgemeinen nicht übersteigen.
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Die
Herstellung des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels
erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung mittels Polymerisation
geeeigneter Ausgangspolymere in dem Fachmann an sich bekannter Art
und Weise (z. B. radikalische Polymerisation in wäßriger
Lösung bzw. Dispersion unter Einstellung des geeigneten
pH-Wertes), wobei die Polymerisation in Gegenwart des Kohlenhydrates,
welches in situ die Veresterung bewirkt, sowie in Gegenwart der übrigen
Inhaltsstoffe (d. h. anorganische Feststoffpartikel und gegebenenfalls
weitere Additive bzw. Zusatzstoffe der vorgenannten Art) durchgeführt
wird und die Polymerisation mit an sich bekannten Starter, insbesondere
Radikalstartern, gestartet werden kann. Für weitergehende
diesbezügliche Einzelheiten kann auch auf die Ausführungsbeispiele
verwiesen werden.
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Das
zuvor beschriebene Bodenverbesserungsmittel ermöglicht
vielfältige Verwendungsmöglichkeiten.
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So
läßt sich das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel insbesondere zur Verbesserung der Bodenqualität,
vorzugsweise zur Erhöhung des Wasseraufnahme- und/oder
Wasserspeichervermögens von Böden und/oder zur
Auflockerung von Böden, anwenden. Neben der Erhöhung
des Wasseraufnahme- und/oder Wasserspeichervermögens des
mit dem erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
behandelten Boden ist insbesondere die verbesserte Bodenauflockerung,
insbesondere Aerifizierung, hervorzuheben.
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Weiterhin
eignet sich das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
beispielsweise zur Anwendung in der Landwirtschaft, im Wein-, Garten-
und Landschaftsbau, für Sport-, Golf-, Garten-, Rasen-
und Reitplätze sowie zur Dachbegrünung.
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Des
weiteren eignet sich das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
zur Geländebefestigung (z. B. bei Hanglangen etc.), zur
Desertifikationsbekämpfung in ariden Gebieten oder zur
Pflanzenwachstumsförderung und -regulierung.
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Beispielsweise
läßt sich das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel als reversibler Wasser- und gegebenenfalls
Wirkstoffspeicher einsetzen, insbesondere in Kombination mit den
vorgenannten weiteren Inhaltsstoffen, wie Herbiziden, Pestiziden,
Fungiziden, Düngemitteln, Pflanzenwachstumsbeschleunigern
und -regulatoren sowie Mikroorganismen.
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Das
erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel eröffnet
also, wie zuvor geschildert, eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten:
So ist das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
grundsätzlich in allen Bereiche, in denen Pflanzen wachsen
können, anwendbar. Angewendet werden kann das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel als reines Pflanzsubstrat oder aber, wie
zuvor geschildert, als Additiv in Böden oder anderen Einrichtungen,
welche dem Pflanzenwachstum dienen (z. B. Faserkonstruktionen, wie
beispielsweise Matten, Vliesen etc. aus natürlichen und/oder
synthetischen Materialien). Außerdem kann das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel als Additiv für Böden
zur Verbesserung der Bodeneigenschaften und für die Staubreduktion,
z. B. in Sportarenen, auf Reitböden, Pferde- und Hunderennbahnen,
Speedwayarenen etc., Anwendung finden.
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Weiterhin
läßt sich das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel auch als Keimungsbeschleuniger in Kombination
mit Saatgut einsetzen.
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Bei
seiner Verwendung wird das Bodenverbesserungsmittel insbesondere
in den Boden eingearbeitet, vorteilhafterweise durch Vermischung
mit dem zu behandelnden Boden.
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Zur
Erzielung eines signifikanten Verbesserungseffektes sollte das erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel in einer Menge von 10 bis 1.000 g/m2, insbesondere 50 bis 500 g/m2,
vorzugsweise 75 bis 300 g/m2, besonders
bevorzugt 100 bis 250 g/m2, bezogen auf
die zu behandelnde Bodenfläche, eingesetzt werden.
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Im
allgemeinen wird das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel,
bezogen auf die zu behandelnde Bodenmenge, in einer Menge von 0,001
bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,05
bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 3 Gew.-%, eingesetzt.
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Wenn
das erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
z. B. als Pflanzsubstrat eingesetzt wird, kann es beispielsweise
in Masse, d. h. zu 100%, eingesetzt werden oder aber zusammen mit
dem Pflanzenwachstum dienenden Einrichtungen bzw. Konstruktionen
verwendet werden.
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Weitere
Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung
sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne
weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei
den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele
veranschaulicht, welche die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls
beschränken sollen.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE:
-
Beispiel 1: Herstellung eines erfindungsgemäßen
melassemodifizierten Bodenverbesserungsmittels
-
In
einem konischen Kunststoffgefäß mit einem Fassungsvolumen
von ca. 1 Liter werden 162 g Leitungswasser mit einem Härtegrad
von 20°dH, worin 4,4 g Harnstoff gelöst sind,
und 100 g Acrylsäure vorgelegt. Danach werden zu dieser
Mischung 34,0 g Kalilauge (50,0 gew.-%ig) und 14,0 g Kaliwasserglas
sowie 10,0 g Melasse zugegeben. Nach Abkühlung auf unter
10°C wird in diese Lösung ein Mineralstoffgemisch
aus 124,0 g feinem Quarzsand, 124,0 g Eifelgold und 62,0 g Bentonit
eingerührt. Zum Schluß werden 0,4 g des Vernetzers
Butandiol-1,4-diacrylat zugesetzt. Danach wird nochmals umgerührt
und die Polymerisation mit 0,06 g Kaliumdisulfit und 1,62 g Natriumperoxidisulfat,
jeweils gesättigte Lösungen, unter anfänglichem
starken Rühren gestartet. Innerhalb weniger Minuten füllt
die Masse das ganze Kunststoffgefäß aus und bildet
darüber noch einen Pilz.
-
Nach
dem Abkühlen wird der Polymerblock herausgenommen und eine
abgeschnittene kleine Scheibe mit einem Gewicht von 1,2 g in Leitungswasser
von 20°dH gelegt. Die Gewichtszunahme pro Zeit ist der nachstehenden
Tabelle 1 zu entnehmen.
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Der
verbleibende Rest wird auf eine Restfeuchte von ca. 30% getrocknet
und anschließend vermahlen (Korngröße:
2 bis 6 mm). Die Schüttdichte liegt bei 650 bis 680 g/l,
der pH-Wert (10% Wasser) bei 5 bis 7 und die Leitfähigkeit
unterhalb von 1.000 μS/cm. Der Restmonomerengehalt liegt
unterhalb von 0,1 Gew.-%. Die Hälfte des auf diese Weise
resultierenden Ansatzes wird zu Formkörpern (Pellets von
ca. 10 mm) verarbeitet.
-
Beispiel 2: Herstellung eines weiteren
erfindungsgemäßen melassemodi fizierten Bodenverbesserungsmittels mit
variierten anorganischem Feststoff und geringerem Melasseanteil
-
Es
wird der gleiche Ansatz wie in Beispiel 1 verwendet, wobei jedoch
anstelle von feinem Sand eine Mischung von Sand/Glasmehl 1:1 und
nur noch 10 g Melasse eingesetzt werden. Als Glasmehl wird Glasmehl der
Sorte ST 220 (Reidt GmbH & Co.
KG, Stolberg, Deutschland) eingesetzt.
-
Nach
dem Abkühlen wird der Polymerblock herausgenommen und eine
abgeschnittene kleine Scheibe mit einem Gewicht von 1,2 g in Leitungswasser
von 20°dH gelegt. Die Gewichtszunahme pro Zeit ist der nachstehenden
Tabelle 1 zu entnehmen.
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Beispiel 3: Herstellung eines wiederum
weiteren erfindungsgemäßen
-
melassemodifizierten Bodenverbesserungsmittels
mit nochmals verringertem Melasseanteil
-
Es
wird der gleiche Ansatz wie in Beispiel 2 verwendet, wobei jedoch
nur noch 5 g Melasse eingesetzt werden. Nach dem Abkühlen
wird der Polymerblock herausgenommen und eine abgeschnittene kleine
Scheibe mit einem Gewicht von 1,2 g in Leitungswasser von 20°dH
gelegt. Die Gewichtszunahme pro Zeit ist der nachstehenden Tabelle
1 zu entnehmen.
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Beispiel 4: Herstellung eines nichterfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittels ohne Melasseanteil
-
Es
wird der gleiche Ansatz wie in Beispiel 3 verwendet, wobei jedoch
keinerlei Melasse eingesetzt wird, d. h. der Melasseanteil vollständig
weggelassen wird. Nach dem Abkühlen wird der Polymerblock
herausgenommen und eine abgeschnittene kleine Scheibe mit einem
Gewicht von 1,2 g in Leitungswasser von 20°dH gelegt. Die
Gewichtszunahme pro Zeit ist der nachstehenden Tabelle 1 zu entnehmen. Tabelle 1: Gewichtszunahme von chipartigen
Scheiben mit 1,2 g Gewicht in Leitungswasser (20°dH) (alle
Probenkörper jeweils auf das gleiche Gewicht zugeschnitten)
Zeit/h | 3,25 | 4,92 | 7,5 | 9,5 | 12,5 | 22,5 | 25,25 | 34,5 | 67,5 |
Beispiel
1 H2O-Aufnahme in g (erfindungsgemäß) | 24 | 34 | 48 | 58 | 68 | 86 | 88 | 104 | 160 |
Beispiel
2 H2O-Aufnahme in g (erfindungsgemäß) | 22 | 32 | 44 | 52 | 62 | 72 | 80 | 94 | 144 |
Beispiel
3 H2O-Aufnahme in g (erfindungsgemäß) | 14 | 20 | 26 | 32 | 42 | 66 | 72 | 86 | 138 |
Beispiel
4 H2O-Aufnahme in g (Vergleich) | 8 | 14 | 18 | 21 | 24 | 28 | 35 | 41 | 42 |
-
Aus
Tabelle 1 geht hervor, daß das Quellungsvermögen
der erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
melasseabhängig ist und innerhalb des Beobachtungszeitraums
keineswegs erschöpft ist. Weiterhin ist bei dem nichterfindungsgemäßen
Beispiel das Quellungsvermögen deutlich verringert und
innerhalb des Beobachtungszeitraums bereits (nahezu) erschöpft.
-
In
allen vier Ausführungsbeispielen werden als anorganische
Feststoffpartikel solche mit Korngrößen unterhalb
von 200 μm eingesetzt.
-
Beispiele 5 A-C, 6 A-C und 7 A-C: Herstellung
weiterer erfindungsgemäßer Bodenverbesserungsmittel
-
Die
Beispiele 1 bis 3 werden wiederholt, wobei jedoch anstelle von Melasse
Cellulose (Beispiele 5A, 5B und 5C) bzw. Stärke (Beispiele
6A, 6B und 6C) bzw. eine Stärke/Cellulose-Mischung 1:1
(Beispiele 7A, 7B und 7C) eingesetzt wird.
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Beispiel 8: Herstellung eines erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittels mit Melasseanteil
-
Es
wird der gleiche Ansatz wie in Beispiel 1 verwendet, wobei jedoch
die Ausgangskomponenten zusammen gegeben und dieses Gemisch über
einen Aufbereitungsextruder gefahren wird. Die Polymerisation im
Extruder wird unter Zugabe von Kaliumdisulfitlösung und
Natriumperoxidisulfatlösung gestartet.
-
Beispiel 9: Vegetationsversuche mit Kresse
-
In
der zuvor beschriebenen Verfahrensweise werden drei verschiedene
erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel mit
unterschiedlichem Gehalt an kohlenhydratbasierten Struktureinheiten
(konkret: Cellulose) in Mengen von 5 Gew.-% bzw. 7,5 Gew.-% bzw.
10 Gew.-% kohlenhydratbasierter Struktureinheit, bezogen auf das
erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel (Trockengewicht),
hergestellt. Als Vergleich dient ein nichterfindungsgemäßes
Bodenverbesserungsmittel ohne kohlenhydratbasierte Struktureinheiten
gemäß
WO 2006/119828
A1 (Ausführungsbeispiel 1).
-
Die
jeweiligen Bodenverbesserungsmittel werden in Mengen von jeweils
ca. 15 Gew.-% mit Mutterboden vermischt und über 24 Stunden
maximal mit Wasser gesättigt. Anschließend wird
als Saatgut Kresse eingebracht. Bei allen drei erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittein und auch im Fall des nichterfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittels zeigt sich nach 12 Stunden eine erste
Keimung und ist nach drei Tagen die Ausbildung eines kräftig
grünen, geschlossenen Belags aus Kresse abgeschlossen.
Nach weiteren 3 Tagen bleibt bei allen drei erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmitteln der grüne Belag nach weiterem Wachstum
der Kresse vollumfänglich erhalten, während im
Fall des nichterfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels
die Kresse welk geworden ist und die Wurzeln angefault bzw. braun
gefärbt sind. Während im Fall der drei erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittel ein feuchter, strukturierter Boden mit
weißen und vitalen Wurzeln vorliegt, liegt im Fall des
nicht erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmitteln
eine gelige bis glibberige Konsistenz vor, was die Fäulnis
der Wurzeln infolge der mangelnde Belüftung erklärt.
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Das
vorangehende Beispiel wird wiederholt, jedoch mit der Abweichung,
daß die verschiedenen Bodenverbesserungsmittel als reine
Pflanzsubstrate in Masse (d. h. zu 100%) zusammen mit einer Fasermatte als
Träger eingesetzt werden. Hier ist der Unterschied noch
gravierender: Bei dem nichterfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
tritt bereits nach drei Tagen eine starke Vergelung ein, so daß bereits
am vierten Tag Wurzelfäulnis eintritt, während
im Fall der vorliegenden Erfindung auch nach sechs Tagen die Wurzelbildung
unbeeinträchtigt bleibt und eine durchgehend grüne
Fläche vorhanden ist.
-
Das
vorangehende Ausführungsbeispiel belegt die Überlegenheit
der erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
mit kohlenhydratbasierten Struktureinheiten unter teilweiser Veresterung
der Carboxylgruppen gegenüber Bodenverbesserungsmitteln
des Standes der Technik nur mit freien Carboxylgruppen in dem organischen
Polymer ohne Veresterung mit kohlenhydrathaltigen Struktureinheiten.
-
Beispiel 10: Weitere Vegetationsversuche
mit Mais
-
Drei
weitere erfindungsgemäße Bodenverbesserungsmittel
auf Polyacrylatbasis mit unterschiedlichem Gehalt an kohlenhydratbasierten
Struktureinheiten (Gewichtsanteil an kohlenhydratbasierten Struktureinheiten
[hier: Stärke] in bezug auf organisches Polymer: 20 Gew.-%
bzw. 30 Gew.-% bzw. 40 Gew.-%) sowie ein nichterfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel ohne kohlenhydratbasierte Struktureinheiten
(Ausführungsbeispiel 2 gemäß
WO 2006/119828 A1 )
werden im Vergleich getestet. Zu diesem Zweck wird ein sehr ertragsarmes
Maisfeld von 10.000 m
2 Gesamtfläche
mit sandigem Boden in fünf gleiche Parzellen je 2.000 m
2 unterteilt. Während die erste
Parzelle als Referenz dient und mit keinem Bodenverbesserungsmittel
behandelt wird, werden die übrigen vier Parzellen jeweils
mit den vorgenannten Bodenverbesserungsmitteln (d. h. drei erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel sowie ein nichterfindungsgemäßes
Bodenverbesserungsmittel) behandelt (jeweils ca. 200 g/m
2). Der Ertrag (Ernte) der Referenzparzelle
wird mit einem Referenzwert von 1 angenommen.
-
Nach
Abschluß der Vegetationsperiode wird bei dem ersten bzw.
zweiten bzw. dritten erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
eine Ertragssteigerung auf einen Wert von 6,1 bzw. 7,5 bzw. 10,0
(gegenüber Referenzwert von 1) erreicht, wohingegen diese
bei dem nichterfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
bei lediglich 2,5 liegt (jeweils bezogen auf die Referenzparzelle).
Zudem wird bei den drei erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmitteln
die Vegetationsperiode um etwa 20% bzw. 35% bzw. 40% verkürzt,
bei dem nichterfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
dagegen nur um ca. 5%. Dies belegt, daß die mit kohlenhydratbasierten
Struktureinheiten modifizierten Polymere in den betreffenden Bodenverbesserungsmitteln
eine signifikante Verbesserung der Ertragssteigerung und Verkürzung
der Vegetationsperiode gegenüber solchen Bodenverbesserungsmitteln
bewirken, welche als or ganische Polymere nichtmodifizierte organische Polymere
mit freien Carboxylgruppen aufweisen. Im Fall der erfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittel sind nach einem Jahr 60% bzw. 63% bzw.
67,5% der erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel
abgebaut, während im Fall des nichterfindungsgemäßen
Bodenverbesserungsmittels nach einem Jahr noch 100% nachweisbar
sind, was die schlechtere Bioverfügbarkeit und Bioabbaubarkeit
des nichterfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittels
belegt. Die vorangehenden Versuche belegen ebenfalls, daß über
den Gehalt an kohlenhydratbasierten Struktureinheiten, insbesondere über
das Gewichtsverhältnis organisches Polymer/kohlenhydratbasierte
Struktureinheiten, eine signifikante Steuerung erreicht werden kann.
-
Beispiel 11: Wiederum weitere Vegetationsversuche
mit Mais
-
Entsprechend
Beispiel 10 werden vier wiederum weitere erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel auf Polyacrylatbasis mit unterschiedlichem
Gehalt an kohlenhydratbasierten Struktureinheiten (Gewichtsverhältnis
organisches Polymer/kohlenhydratbasierte Struktureinheiten 1:2 bzw.
1:1 bzw. 2:1, bzw. 3:1) getestet. Zu diesem Zweck wird ein sehr
ertragsarmes Maisfeld von etwa 5.000 m2 Gesamtfläche
mit sandigem Boden in fünf gleiche Parzellen je etwa 1.000
m2 unterteilt. Während die erste
Parzelle als Referenz dient und mit keinem Bodenverbesserungsmittel
behandelt wird, werden die übrigen vier Parzellen jeweils
mit den vorgenannten Bodenverbesserungsmitteln (d. h. vier erfindungsgemäße
Bodenverbesserungsmittel) behandelt (jeweils ca. 235 g/m2). Der Ertrag (Ernte) der Referenzparzelle
wird mit einem Referenzwert von 1 angenommen. Nach Abschluß der
Vegetationsperiode wird bei dem ersten bzw. zweiten bzw. dritten
bzw. vierten Bodenverbesserungsmittel eine Ertragssteigerung auf
einen Wert von 4,3 bzw. 6,5 bzw. 7 bzw. 7,2 (gegenüber
Referenzwert von 1) erreicht, jeweils bezogen auf die Referenzparzelle.
Zudem wird bei den vier erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmitteln
die Vegetationsperiode um etwa 25% bzw. 30% bzw. 38% bzw. 40% verkürzt. Über
den Gehalt an kohlenhydratbasierten Struktureinheiten, insbesondere über
das Gewichtsverhältnis organisches Polymer/kohlenhydratbasierte
Struktureinheiten, läßt sich eine signifikante
Steuerung in bezug auf die Bodenverbesserung erreichen. Beste Ergebnisse
werden bei einem Gewichtsverhältnis organisches Polymer/kohlenhydratbasierte
Struktureinheiten ≥ 1:1 erhalten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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