DE2365325C3

DE2365325C3 - Loosening agent for cultivated soils

Info

Publication number: DE2365325C3
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: 1978-10-26
Also published as: DE2365325B2; DE2365325A1

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 Härtungsreaktion, wie z. B. bei Polyurethanschäumen oder durch das Schaum-Schlag-Verfahren in Gegenwart von Härtungskatalysatoren wiez. B. bei Harnstoffmelamin- oder Phenol-Harz-Schäumen oder durch den Zusatz von gasabspaltenden Treibmitteln bei thermoplastischen Massen, wie z. B. bei Polyvinylchloridschäumen, Polystryrolschäumen, Polyäthylenschäumen, und ähnlichen, hergestellt. Sie sind für die unterschiedlichsten trihnischen 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 during the curing reaction, such as. 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, polyethylene foams, and similar, manufactured. They are suitable for the most varied of Trihnic purposes, see Schulz »Die Plastics «. Hanser-Verlag 1958, pp. 370-377 and Haenle, Guank, Harsch »Internship of the Kunststofftechnik ", Hanser-Verlag, 1972. pp. 131-138. The foamed polystyrene in particular has proven to be particularly suitable for loosening up the soil. However, these foams are because of the special raw materials used in their manufacture or the special measures for making the foam structure relatively expensive and difficult to manufacture. Many of these foams are also sensitive to moisture and lose weight over time Exposure to water their strength or structure. In addition, some of them are difficult to decompose Plastics built up so that if they have lost their foam structure, they are still considered Useless foreign bodies remain in the ground, which is undesirable from an economic point of view.

Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß ein starres Schaummaterial aus carbonisiertem 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 Bodenauflockerungsmittcl 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 Rosten für die Verbesserung der Kulturboden wesentlich erniedrigen.It has now been found, surprisingly, that a rigid foam material made of carbonized 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 Bodenauflockerungsmittcl 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 rusts for the improvement of the cultivated soil can thereby be significantly reduced.

Erfindungsgemäß besteht das Auflockerungsmittcl aus einem zerkleinerten Schaumstoffmatcrial. das hergestellt worden ist durch trockenes Erhitzen vonAccording to the invention, the loosening agent consists of a comminuted foam material. the has been prepared by dry heating of

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35 reiner oder technischer Stärke oder von Ziickerarten in granulierter gepreßter oder grob kristalliner Form in einem Tunnelofen mit Absaugvorrichtung 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 Ausgangsmaterial werden vorzugsweise reine Stärke oder Zucker verwendet. 35 pure or technical starch or from Ziickerarten in granulated, pressed or coarsely crystalline form in a tunnel furnace with suction device for the decomposition gases to temperatures of 200 to 400 ⁰ C for 10 to 40 minutes and then comminuted. Small amounts of organic or inorganic acids or acidic salts can optionally be added during the heating. Pure starch or sugar are preferably used as the starting material.

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 Jegenwart 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 Zuci.eranen.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. Since the present of protein and foam formation as well as the properties of the carbonized material have an unfavorable effect because this can result in growth inhibitors, pure starch must be used or a Material consisting essentially of starch such as rice or sago or technically pure courgettes.

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 carbonisiertem 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 carbonized 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, /.. 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 foam obtained by pyrolysis of granulated starch, / .. B. potato, corn or rice starch, is 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 Stärkepulver entstehen Produkte mit niedrigerem Schaumvolumen, ebenso bei Verwendung feucht granulierter Stärke. Diese Produkte besitzen nach der Pyrolyse eine geschlossene Haut. Es entstehen hierbei Schaumkiigcln, die sich für den erfinciungsgemaßen Zweck gui eignen.Using sago instead of starch powder results in products with a lower foam volume, also when using moist granulated starch. These products have a after pyrolysis closed skin. Foam balls are created here, which are suitable for the purpose according to the invention.

Der aus Saccharose, d. h also aus Rohr- oder Rübenzucker, erhaltene Schaum ist grobporiger mit zum Teil geschlossenen Poren, die einen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm aufweisen. Dieser Schaum besitzt daher eine geringere Wasseraufnahmefähigkeit als der Stärkeschaum.The one made from sucrose, d. h so from pipe or Beet sugar, the foam obtained is coarser-pored with partially closed pores that have a diameter from 0.5 to 2 mm. This foam therefore has a lower water absorption capacity than that Starch foam.

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 foam obtained from dextrose by pyrolysis is fine-pored like the starch foam and has a essentially also open pores, it absorbs water well, whereby it becomes relatively flexible, like e.g. Sponge.

Worauf dieser Unterschied in der Struktur der Schäume aus carbonisiertem Kohlehydrat zurückzuführen ist, konnte nuch 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 Kohlehydratmaierial, 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 Porenstruktur führen.What is the reason for this difference in the structure of the carbonized carbohydrate foams could not be fully clarified. By combining the starting materials, 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 maierial, which in most cases is only made up of glucose units, for example in pyrolysis is carbonized to 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 KohlehydratschaurDÄ 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 Warmhallevermögen der Kulturböden auch eine günstige Eigenschaft. Der Schaum wird in erwünschter Krümelsiruktur, die durch einen einfachen Zcrkleinerungsvorgang des zerbrechlichen starren Leichtschaums ohne Schwierigkeiten erhalten wird, den Kulturboden zugeLnrt 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 einThe absolute water insolubility of the carbonized carbohydrate SchaurDÄ 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 absorb large amounts of water, i.e. around 3000 to 5000% of their own weight. The dark brown to black color of the foam body is in view of the warm hall ability of the Cultivated soils are also a favorable property. The foam is in the desired crumb structure, which through a simple process of shredding the fragile, rigid, lightweight foam without difficulty is preserved, the cultivated soil is fed and promoted the aeration and water regulation and thereby increases the productivity of the soil, To the Increasing the water retention capacity of a cultivated soil by, for example, 10% water is therefore a

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 oderAddition of lumpy foam required in an amount of only 0.2%. From the powdered product are about 0.5% required. The foam types in particular can be used to introduce air into the culture soil Use sucrose base because they don't take or

in nur wenig Wasser auf.in just 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 zu 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 alsThe foams are only broken down very slowly by the microorganisms in the soil. By choosing the Starting material, in particular by combining the various carbohydrates mentioned, can Foam body in the desired manner in terms of the ratio of open to closed pores and can also be adjusted to the desired purpose with regard to the pore size. In the finished Foam fertilizers can also be incorporated, so that the loosening additive also acts as fertilizer can serve. The synthetic resin foams previously used for loosening up cultivated soils have on the other hand, various disadvantages. The polystyrene material used for this reflects as

r> heller Körper die Wärmestrahlen. Außerdem besitzt Polystyrol kein Wasserhaltevermögen, da die Schäume geschlossenporig sind. Die Formaldehydharz-Schäume andererseits zersetzen sich allmählich unter Abgabe von Formaldehyd, der hemmend auf das Wachstum bzw.r> light body the heat rays. In addition, polystyrene has no water retention capacity because the foams are closed pore. The formaldehyde resin foams, on the other hand, gradually decompose to give off Formaldehyde, which inhibits growth or

jn 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 Luflhaltevermögen des Bodens um 10%.jn 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 floor increases by 10%.

Claims

Claim:

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