DE2365325B2

DE2365325B2 - Loosening agent for cultivated soils

Info

Publication number: DE2365325B2
Application number: DE19732365325
Authority: DE
Inventors: Juergen 8898 Schrobenhausen Graefe
Original assignee: Suenchinger Staerke 8406 Suenching GmbH
Current assignee: Suenchinger Staerke 8406 Suenching GmbH
Priority date: 1973-01-31
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2365325A1; DE2365325C3

Description

Es ist bereits bekannt, daß man Kulturböden, insbesondere schwerem Acker- oder Lehmboden, körniges oder flockiges Schaumstoffmaterial mit geschlossener, offener oder gemischter Zellstruktur zusetzen kann, um dadurch eine Auflockerung des Bodens mit besserer Aufnahmefähigkeit für Wasser und Feuchtigkeit zu erreichen. Diese Schaumstoffe werden entweder durch Verschäumen von Kunststoffen oder Kunststoffprodukten infolge Gasabspaltung bei der Härtungsreaklion, wie z. B. bei Polyurethanschäumen oder durch das Schaum-Schlag-Verfahren in Gegenwart von Härtungskatalysatoren wie z. B. bei Harnstoffmelamin- oder Phenol-Harz-Schäumen oder durch den Zusatz von gasabspaltenden Treibmitteln bei thermoplastischen Massen, wie z. B. bei Polyvinylchloridschäumen, Polystryrolschäumen, Polyäihylenschäumen, und ähnlichen, hergestellt. Sie sind für die unterschiedlichsten technischen Zwecke geeignet, vgl. Schulz »Die Kunststoffe«, Hanser-Verlag 1958, S. 370-377 und Haenle, Guank, Harsch »Praktikum der Kunststofftechnik«, Hanser-Verlag, 1972, S. 131-138. Zum Auflockern der Böden hat sich insbesondere das geschäumte Polystyrol als besonders geeignet erwiesen. Allerdings sind diese Schaumstoffe wegen der bei ihrer Herstellung verwendeten speziellen Ausgangsstoffe oder der speziellen'Maßnahmen zur Herstellung der Schaumstruktur relativ teuer und schwierig herzustellen. Viele dieser Schäume sind auch gegenüber Feuchtigkeit empfindlich und verlieren bei längerer Einwirkung von Wasser ihre Festigkeit oder Struktur. Außerdem sind sie zum Teil aus schwer zersetzlichen Kunststoffen aufgebaut, so daß sie dann, wenn sie ihre Schaumstoffstruktur verloren haben, dennoch als unnützer Fremdkörper im Boden verbleiben, was aus ökonomischer Sicht unerwünscht ist.It is already known that cultivated soils, especially heavy arable or clay soil, granular or flaky foam material with closed, open or mixed cell structure can add to thereby loosening up the soil with better absorption capacity for water and To achieve moisture. These foams are made either by foaming plastics or Plastic products as a result of gas elimination in the hardening reaction, such. B. in polyurethane foams or by the foam-impact method in the presence of curing catalysts such. B. with urea melamine or phenolic resin foams or through the addition of gas-releasing blowing agents in the case of thermoplastics Masses such as B. in polyvinyl chloride foams, polystyrene foams, Polyäihylenschäum, and similar, manufactured. They are suitable for a wide variety of technical purposes, see Schulz »Die Kunststoffe ", Hanser-Verlag 1958, pp. 370-377 and Haenle, Guank, Harsch" Internship of Kunststofftechnik ", Hanser-Verlag, 1972, pp. 131-138. To loosen up the soil, the Foamed polystyrene proved particularly suitable. However, these foams are because of the at their Production used special starting materials or the special'Measures for the production of the Foam structure relatively expensive and difficult to manufacture. Many of these foams are also opposite Moisture sensitive and lose their strength or structure with prolonged exposure to water. In addition, some of them are made of plastics that are difficult to decompose, so that when they are yours Have lost the foam structure, but still remain in the floor as a useless foreign body, something from is undesirable from an economic point of view.

Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß ein starres Schaummaterial aus earbonisiertem Kohlenhydrat, das durch Pyrolyse geformter bzw. granulierter, reiner oder technischer Stärke aber auch durch Pyrolyse von Zuckerarten, wie Saccharose, Glucose, Fructose oder Xylit erhalten werden kann, in körniger Form als Bodenauflockerungsmittel besser geeignet ist als die bisher bekannten Schaumstoffe auf Kunststoffbasis. Da dieser neuartige Schaumstoff auch relativ preiswert hergestellt werden kann, weil sowohl das Ausgangsmaterial einen billigen Rohstoff darstellt als auch das Herstellungsverfahren einfach ist und geringe Kosten verursacht, lassen sich dadurch die Kosten für die Verbesserung der Kulturböden wesentlich erniedrigen.It has now been found, surprisingly, that a rigid foam material made of earbonized carbohydrate, the pure or technical starch formed or granulated by pyrolysis, but also by pyrolysis of sugars such as sucrose, glucose, fructose or xylitol can be obtained in granular form as Soil loosening agent is more suitable than the previously known plastic-based foams. There This novel foam can also be produced relatively inexpensively, because both the starting material represents a cheap raw material and the manufacturing process is simple and low in cost caused, the costs for the improvement of the cultivated soils can thereby be significantly reduced.

Erfindungsgemäß besteht das Auflockerungsmittel aus einem zerkleinerten Schaumstoffmaterial, das hereesteiit worden ist durch trockenes Erhitzen von reiner oder technischer Stärke oder von Zuckerarten in granulierter gepreßter oder grob kristalliner Form in einem Tunnelofen mit Absaugvorrichfung für die Zersetzungsgase auf Temperaturen von 200 bis 400⁰C während 10 bis 40 Minuten und anschließend zerkleinert worden ist. Dabei können bei dem Erhitzen gegebenenfalls geringe Mengen organischer oder anorganischer Säuren oder saure Salze zugesetzt werden. Als Ausgangsmalerial werden vorzugsweise reine StärkeAccording to the invention, the loosening agent consists of a crushed foam material that has been put in by dry heating of pure or technical starch or of types of sugar in granulated, pressed or coarsely crystalline form in a tunnel oven with suction device for the decomposition gases to temperatures of 200 to 400 ⁰ C for 10 to 40 minutes and then crushed. Small amounts of organic or inorganic acids or acidic salts can optionally be added during the heating. The starting material is preferably pure starch

in oder Zucker verwendet.used in or sugar.

Bei dieser trockenen Erhitzung der Kohlehydrate tritt eine starke thermische Zersetzung der Kohlehydrate ein unter intramolekularer Abspaltung im wesentlichen von Wasser, wobei unter gleichzeitiger Aufschäumung durch den entstehenden Wasserdampf und durch das Carbonisieren der Kohlehydrate ein starres Leichtschaumstoffmaterial entsteht, das eine vernetzte Struktur besitzt und daher in Wasser und organischen Lösungsmitteln praktisch unlöslich ist. Da die Gegenwart von Protein und Schaumbildung sowie Eigenschaften des carbonisierten Materials ungünstig beeinflussen kann, weil hierbei Wachstumshemmstoffe entstehen können, muß reine Stärke verwendet werden bzw. ein im wesentlichen aus Stärke bestehendes Material wie Reis oder Sago bzw. technisch reine Zuckerarten.With this dry heating of the carbohydrates, a strong thermal decomposition of the carbohydrates occurs one with intramolecular elimination of essentially water, with simultaneous foaming a rigid lightweight foam material due to the resulting water vapor and the carbonization of the carbohydrates arises, which has a networked structure and therefore in water and organic Solvents is practically insoluble. Because the presence of protein and foaming as well as properties of the carbonized material can have an unfavorable effect, because this creates growth inhibitors pure starch must be used or a material consisting essentially of starch such as Rice or sago or technically pure sugars.

Vorzugweise wird die Erhitzung bei 230° bis 280⁰C durchgeführt, wobei aus dem Kohlehydrat, das hierbei im Falle von Stärke einen weichen, im Falle der Zuckerarten einen flüssigen Zustand durchläuft, unter Vernetzung ein dunkelbraun bis schwarz gefärbter Leichtschaumstoff entsteht, der völlig wasserunlöslich ist und dessen Poren je nach Art des verwendeten Ausgangsmaterials geschlossen oder offen sind. Der Gewichtsverlust bei der Pyrolyse beträgt etwa 20 bis 40% bezogen auf das Kohlehydratausgangsmaterial, wobei gleichzeitig eine starke Volumenvergrößerung eintritt, bis schließlich unter Erstarrung der schwarz gewordenen Masse ein sehr leichter starrer Schaumkörper aus earbonisiertem Kohlehydrat erhalten worden ist. Durch Zugabe geringer Mengen organischer oder anorganischer Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure, oder saurer Salze, wie Ammoniumsalze, läßt sich durch Verminderung des pH-Wertes des Kohlehydratmaterials die Pyrolyse und Carbonisierungsreaktion beschleunigen. Dies kann der Fall der Stärke durch Waschen oder Besprühen mit Säure erreicht werden. Auch durch Imprägnieren mit gasförmigen sauer reagierenden Stoffen oder durch Zumischen der sauren Salze zu dem Kohlehydrat kann der saure Katalysator in das Material eingebracht werden.Preferably, the heating at 230 ° is carried out up to 280 ⁰ C, whereby, which is completely insoluble in water from the carbohydrate, the soft, in the case of sugars pass through a liquid state, a dark brown arises here in the case of thickness a, with crosslinking to black color lightweight foam and the pores of which are closed or open depending on the type of starting material used. The weight loss during pyrolysis is about 20 to 40% based on the carbohydrate starting material, with a strong increase in volume at the same time, until a very light, rigid foam body made of earbonized carbohydrate is obtained with solidification of the blackened mass. By adding small amounts of organic or inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid, or acid salts such as ammonium salts, the pyrolysis and carbonization reaction can be accelerated by reducing the pH of the carbohydrate material. This can be achieved in the case of starch by washing or spraying with acid. The acidic catalyst can also be introduced into the material by impregnation with gaseous acidic substances or by adding the acidic salts to the carbohydrate.

Der durch Pyrolyse von granulierter Stärke, z. B. Kartoffel-, Mais- oder Reisstärke, erhaltene Schaum ist sehr feinporig mit offenen Poren von 0,03 bis 0,5 mm Durchmesser. Dieser Schaum saugt Wasser gut auf, wobei er etwas elastischer und weicher wird. Er kann bis zu 5000% seines Eigengewichtes an Wasser aufnehmen.The pyrolysis of granulated starch, e.g. B. potato, corn or rice starch obtained foam very fine-pored with open pores from 0.03 to 0.5 mm in diameter. This foam soaks up water well, whereby it becomes somewhat more elastic and softer. It can absorb up to 5000% of its own weight in water.

Bei Verwendung von Sago statt StärkepulverWhen using sago instead of starch powder

entstehen Produkte mit niedrigerem Schaumvolumen, ebenso bei Verwendung feucht granulierter Stärke.The result is products with a lower foam volume, also when using moist granulated starch.

bo Diese Produkte besitzen nach der Pyrolyse eine geschlossene Haut. Es entstehen hierbei Schaumkugeln, die sich für den erfindungsgemäßen Zweck gut eignen.bo These products have a closed skin. This results in foam balls which are well suited for the purpose according to the invention.

Der aus Saccharose, d. h also aus Rohr- oder Rübenzucker, erhaltene Schaum ist grobporiger mitThe one made from sucrose, d. That is, from cane or beet sugar, the resulting foam is coarser-pored

'Vi zum Teil geschlossenen Poren, die einen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm aufweisen. Dieser Schaum besitzt daher eine geringere Wasseraufnahmefähigkeit als der Siärkeschaum.'Vi partially closed pores that have a diameter from 0.5 to 2 mm. This foam therefore has a lower water absorption capacity than that Siärkeschaum.

Der aus. Dextrose durch Pyrolyse erhaltene Schaum ist feinporig wie der Stärkeschaum und hat im wesentlichen auch offene Poren. Er nimmt Wasser gut auf, wobei er relativ flexibel wird, wie z. B. ein Schwamm.The out. Dextrose foam obtained by pyrolysis is fine-pored like the starch foam and has the essentially also open pores. It absorbs water well, becoming relatively flexible, e.g. B. a Sponge.

Worauf dieser Unterschied in der Struktur der Schäume aus carbonisiertem Kohlehydrat zurückzuführen ist, konnte noch nicht völlig geklärt werden. Durch Kombination der Ausgangsstoffe lassen sich die Eigenschaften des Schaummaterials in gewünschter Weise variieren. Die Tatsache, daß bei Verwendung verschiedenen Kohlehydratmaterials ein starrer Schaumstoff mit nur unterschiedlichen Poreneigenschaften erhalten wird, zeigt, daß zwar das Kohlehydratmaterial, das in den meisten Fällen nur aus Glukoseeinheiten aufgebaut ist, bei der Pyrolyse etwa im gleichen Maße carbonisiert wird, aber dennoch bei der Pyrolyse unterschiedliche Vorgänge eintreten, die dann zur Änderung der Porenstruk tür führen.What is the reason for this difference in the structure of the carbonized carbohydrate foams has not yet been fully clarified. By combining the starting materials, the The properties of the foam material vary as desired. The fact that when using different carbohydrate material a rigid foam with only different pore properties is obtained, shows that although the carbohydrate material, in most cases only from Glucose units is built up, is carbonized in the pyrolysis to about the same extent, but still at different processes occur during pyrolysis, which then lead to a change in the pore structure.

Die absolute Wasserunlöslichkeit des carbonisierten Kohlehydratschaums und die Tatsache, daß dieser Schaum keine toxischen Stoffe an die Umgebung abgibt, macht dieses Schaummaterial besonders geeignet als erfindungsgemäßer wasserhaltender und auflockernder Zusatz zu Kulturböden. Insbesondere die carbonisierten Stärkeschäume können große Mengen an Wasser, d. h. etwa 3000 bis 5000% ihres Eigengewichts, aufnehmen. Die dunkelbraune bis schwarze Farbe der Schaumkörper ist im Hinblick auf das Warmhaltevermögen der Kulturböden auch eine günstige Eigenschaft. Der Schaum wird in erwünschter Krümelstruktur, die durch einen einfachen Zerkleinerungsvorgang des zerbrechlichen starren Leichtschaums ohne Schwierigkeiten erhalten wird, den Kulturböden zugeführt und fördert die Durchlüftung und Wasserregelung und erhöht dadurch die Ertragsfähigkeit des Bodens. Um die Wasserrückhaltefähigkeit eines Kulturbodens um beispielsweise 10% Wasser zu erhöhen, ist demnach ein Zusatz von stückigem Schaum in einer Menge von nur 0,2% erforderlich. Von dem pulverisierten Produkt sind etwa 0,5% erforderlich. Zur Einbringung von Luft in den Kulturboden lassen sich besonders die Schaumtypen auf Saccharosebasis verwenden, denn sie nehmen kein oderThe absolute water insolubility of the carbonized carbohydrate foam and the fact that this Foam does not release any toxic substances into the environment, which makes this foam material particularly suitable as a water-retaining and loosening additive according to the invention for cultivated soils. In particular the carbonized ones Starch foams can contain large amounts of water, i. H. about 3000 to 5000% of their own weight. The dark brown to black color of the foam body is in view of the heat retention capacity of the Cultivated soils are also a favorable property. The foam is created in the desired crumb structure, which is achieved through a simple crushing process of the fragile, rigid lightweight foam without difficulty is obtained, fed to the cultivated soils and promotes aeration and water regulation and increases thereby the productivity of the soil. To increase the water retention capacity of a cultivated soil, for example Increasing 10% water is therefore an addition of lumpy foam in an amount of only 0.2% required. About 0.5% of the powdered product is required. For introducing air into the In cultivation soil, the types of foam based on sucrose can be used in particular, because they do not take or

ίο nur wenig Wasser auf.ίο only a little water.

Die Schäume werden durch die Mikroorganismen im Boden nur sehr langsam abgebaut. Durch die Wahl des Ausgangsmaterials, insbesondere durch Kombination der genannten verschiedenen Kohlehydrate kann der Schaumkörper in gewünschter Weise hinsichtlich Verhältnis von offenen za geschlossenen Poren und auch hinsichtlich der Porengröße auf den gewünschten Verwendungszweck eingestellt werden. In den fertigen Schaum können auch Düngemittel eingearbeitet werden, so daß der Lockerungszusatz zugleich als Dünger dienen kann. Die bisher für die Auflockerung von Kulturböden verwendeten Kunstharzschaumstoffe besitzen demgegenüber verschiedene Nachteile. Das hierfür verwendete Polystyrolmaterial reflektiert als heller Körper die Wärmestrahlen. Außerdem besitzt Polystyrol kein Wasserhaltevermögen, da die Schäume geschlossunporig sind. Die Formaldehydharz-Schäume andererseits zersetzen sich allmählich unter Abgabe von Formaldehyd, der hemmend auf das Wachstum bzw.The foams are only broken down very slowly by the microorganisms in the soil. By the choice of starting material, particularly by combining the various carbohydrates mentioned the foam body can be adjusted to the desired use in a desired manner with respect to ratio of open za closed pores and also in terms of pore size. Fertilizers can also be incorporated into the finished foam so that the loosening additive can also serve as fertilizer. In contrast, the synthetic resin foams used to date for loosening up cultivated soils have various disadvantages. The polystyrene material used for this reflects the heat rays as a light body. In addition, polystyrene has no water retention capacity, as the foams are non-pored. The formaldehyde resin foams, on the other hand, gradually decompose, releasing formaldehyde, which inhibits growth or growth.

jo zerstörend auf die natürlichen und notwendigen Bodenbakterien einwirkt. Bereits durch Zugabe von 0,5 bis 1 Vol% eines zerkleinerten, durch Pyrolyse aus Rohr- oder Rübenzucker erhaltenen Schaumes, verbessert sich das Lufthaltevermögen des Bodens um 10%.jo has a destructive effect on the natural and necessary soil bacteria. Just by adding 0.5 Up to 1 vol% of a comminuted foam obtained from cane or beet sugar by pyrolysis is improved the air retention capacity of the soil by 10%.

Claims

Claim:

Loosening agent for cultivated soils, consisting of a crushed foam material, characterized in that it is produced by dry heating of pure or technical starch or of types of sugar in granulated, pressed or coarsely crystalline form in a tunnel oven with suction device for the decomposition gases to temperatures of 200 to 400 ^° C has been prepared for 10 to 40 minutes and then crushed.