DE4016824A1

DE4016824A1 - Prodn. of shaped articles from inorganic granules - for use as plant growth substrate

Info

Publication number: DE4016824A1
Application number: DE4016824A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: MUELLER LIEWIG GmbH
Current assignee: MUELLER-LIEWIG GMBH, 6711 GROSSNIEDESHEIM, DE
Priority date: 1990-05-26
Filing date: 1990-05-26
Publication date: 1991-01-31

Abstract

The following is claimed: a process for producing shaped articles from inorganic granules of any form as a substrate for raising and cultivating plants, pref. for use in the large-scale cultivation of useful plants. Pref. the granules may comprise coarse sand, fine grit, pumice, expanded vermiculite, perlite, porous glass and/or porous clay. Biodegradable binders, e.g. crosslinked poly-peptides, polysaccharides, polyuronides, polyvinyl alcohol or weakly crosslinked vinyl polymers (e.g. poly(meth)acrylic acid, polyvinylpyrrolidione, polyvinyl acetate, polyvinylacetamide or their reaction prods. with maleic anhydride), as well as binders such as acrylate/acrylic acid copolymers and polyurethanes, may be used.

Description

Die Erfindung betrifft neuartige Körper, die als Unterlage zur Aufzucht und Kultur von Pflanzen, vorzugsweise bei der Massenkultur von Nutzpflanzen in Hydrokulturen, Verwendung finden können.The invention relates to novel bodies that serve as a base for rearing and Cultivation of plants, preferably in the mass culture of useful plants in Hydroponics, can be used.

Solche Körper werden beispielsweise verwendet bei der Kultur von Gurken, Tomaten u. ä. unter Glas. Dabei werden diese Körper so angeordnet, daß sie teilweise oder vollständig in großflächigen Bassins in Nährsalzlösungen eingetaucht sind und von der Nährsalzlösung durchströmt werden können.Such bodies are used, for example, in the cultivation of cucumbers, Tomatoes u. under glass. These bodies are arranged so that they partially or completely in large basins in nutrient salt solutions are immersed and can flow through the brine.

Die Körper sollen eine gleichmäßige Entwicklung und Nährstoffversorgung der Wurzeln ermöglichen und gleichzeitig der Pflanze den notwendigen Halt geben.The body is said to have an even development and nutrient supply of the roots and at the same time the necessary support for the plant give.

Nach Abschluß der Vegetationsphase der Pflanze werden die Körper und damit auch die Reste der Pflanzen entfernt.After the vegetation phase of the plant is complete, the body and this also removes the remains of the plants.

Solche Körper sind bekannt und werden in großem Umfang verwendet. Ein bekanntes System dieser Art besteht aus Formteilen aus locker gepreßter Mineralfaser. Es hat sich für die beschriebene Anwendung gut bewährt.Such bodies are known and are widely used. A known system of this type consists of molded parts from loosely pressed Mineral fiber. It has proven itself well for the application described.

Ein großer Nachteil dieses und ähnlicher Systeme besteht aber in der Tat sache, daß diese bekannten Körper nicht zerfallen können, sondern deponiert werden müssen. Dadurch entstehen erhebliche Umweltprobleme.However, there is a major disadvantage of this and similar systems thing that these known bodies can not decay, but deposited Need to become. This creates significant environmental problems.

Die Körper nach der anspruchsgemäßen Erfindung beseitigen diese Nachteile der bekannten und verwendeten Systeme auf einfache, wirtschaftliche und umweltfreundliche Weise. Sie werden in den nachstehenden Beispielen be schrieben.The bodies according to the invention as claimed overcome these disadvantages of the known and used systems on simple, economical and environmentally friendly way. You will be in the examples below wrote.

Examples example 1

Durch Abformen unter Druck in einer kubischen Form mit einer Kantenlänge von ca. 100 mm wird ein Formkörper aus geschäumtem Glasgranulat (Handels bezeichnung PORAVER) hergestellt. PORAVER ist ein kugelförmiges Granulat. Verwendet wird ein Granulat mit einer Kornverteilung zwischen 1-3 mm, ohne Feinkornanteil. In dem Körper ist ein Hohlraum angeordnet, der zur Aufnahme des Samens oder eines Setzlinges in einem beliebigen Substrat dient.By molding under pressure in a cubic shape with an edge length A molded body made of foamed glass granulate (commercial designation PORAVER). PORAVER is a spherical granulate. Granules with a grain size between 1-3 mm are used, without fine grain content. A cavity is arranged in the body which leads to the Picking up the seed or a seedling in any substrate serves.

Das Granulat wird mit einem Bindemittel aus einer teilweise mit Methacryl säure veresterten Gelatine in wäßriger Lösung, der ein Diacrylat als zu sätzliches Vernetzungsmittel und ein Radikalketteninitiator beigemischt ist, benetzt und in der Wärme - bei ca. 70-80 Grad - durch Copolymerisation der Acrylgruppen ausgehärtet.The granules are made with a binder made from a methacrylate acid esterified gelatin in aqueous solution containing a diacrylate additional crosslinking agent and a radical chain initiator added is wetted and in the heat - at approx. 70-80 degrees - by copolymerization the acrylic groups hardened.

Der resultierende Körper - siehe auch Skizze 1 der Anlage - ist sehr gut geeignet als Substrat für die Aufzucht und Kultur von Pflanzen in Nähr salzlösungen der bereits beschriebenen Art. Da der Hauptteil der Binde mittelkomposition nach wie vor aus dem Protein (Polypeptid) Gelatine besteht, wird der Körper während der Vegetationsphase bereits mit Mikro organismen besetzt, der biologische Abbau beginnt. Nach Abschluß der Vegetationsphase kann der Körper dann entweder bis zum völligen Zerfall und der Verrottung der Pflanzenreste auf einer Deponie zwischengelagert werden oder direkt, eventuell nach einer groben mechanischen Vorzer kleinerung, normaler Erde beigemischt und zur Bodenverbesserung verwendet (z. B. untergepflügt) werden.The resulting body - see also sketch 1 of the system - is very good suitable as a substrate for growing and growing plants in nutrients salt solutions of the kind already described. Since the main part of the bandage middle composition still from the protein (polypeptide) gelatin exists, the body is already micro with the vegetation phase organisms occupied, biodegradation begins. After completion of the The body can then either grow until it completely decays and the rotting of the plant remains in a landfill be or directly, possibly after a rough mechanical preliminary reduction, mixed with normal earth and used for soil improvement (e.g. plowed in).

Das verwendete Bindemittel - acrylmodifizierte Gelatine - wird durch Umsetzung von Gelatine mit halogenierten Acrylaten/Methacrylaten - vorzugsweise aus Acrylsäure-/Methacrylsäurechlorid - in Gegenwart ge eigneter Katalysatoren, z. B. von tertiären Aminen wie Pyridin oder Chino lin, hergestellt. Verfahren und Technik sind aus der allgemein zu gänglichen Literatur bekannt.The binder used - acrylic-modified gelatin - is made by Implementation of gelatin with halogenated acrylates / methacrylates - Preferably from acrylic acid / methacrylic acid chloride - in the presence of ge suitable catalysts, e.g. B. of tertiary amines such as pyridine or chino lin, manufactured. Procedures and techniques are common to the known literature.

Die Beständigkeit gegen biologischen Abbau und die Wasserfestigkeit des Bindemittels wird durch zusätzliche Vernetzung der reaktiven Acrylgruppen mit mehrfunktionellen Acryl-/Methacrylmonomeren oder Acryl-/Methacryloli gomeren (Beispiel: Ethylenglykoldiacrylat) verbessert und kann in weiten Bereichen beliebig gesteuert werden.The resistance to biodegradation and the water resistance of the Binder is made by additional crosslinking of the reactive acrylic groups with multifunctional acrylic / methacrylic monomers or acrylic / methacryloli gomere (example: ethylene glycol diacrylate) improved and can in wide areas can be controlled as desired.

Als Radikalketteninitiator werden übliche Peroxyde - z. B. Natriumper sulfat - verwendet. Werden übliche Reduktionsmittel - z. B. Triethanolamin - mitverwendet, kann auch bei niedrigen Temperaturen und ohne Wärmezufuhr gehärtet/polymerisiert werden. As a radical chain initiator usual peroxides - z. B. sodium per sulfate - used. Are common reducing agents - z. B. Triethanolamine - can also be used at low temperatures and without heat be cured / polymerized.

Beim biologischen Abbau des Körpers nach Beispiel 1 wird der Protein anteil vollständig zerstört. Es verbleiben die anorganischen Bestandteile und Bruchstücke des Polymers. Diese Acryl-/Methacrylcopolymere sind in keiner Weise schädlich für die Bodenbiologie oder das Grundwasser. Chemisch ganz ähnliche Acryl-/Methacrylpolymere werden seit Jahren bei spielsweise als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft verwendet oder als Flockungsmittel bei der Abwasserbehandlung eingesetzt.When the body biodegrades according to Example 1, the protein part completely destroyed. The inorganic components remain and fragments of the polymer. These are acrylic / methacrylic copolymers in no way harmful to soil biology or groundwater. Chemically very similar acrylic / methacrylic polymers have been used for years used for example as a soil conditioner in agriculture or as Flocculants used in wastewater treatment.

Statt dem beschriebenen Bindemittel aus modifizierter Gelatine können nach chemisch im Prinzip gleicher Technik modifizierte natürliche Hochpolymere, z. B. Polysacharide wie Stärke oder Cellulose, Proteine wie Casein, Stoffe wie z. B. Galaktane, Mannane, Galaktomannane, Alginate oder der chemisch ähnlich wie Polysacharide strukturierte Polyvinylalkohol verwendet werden.Instead of the modified gelatin binder described natural modified according to the same principle High polymers, e.g. B. polysaccharides such as starch or cellulose, proteins such as Casein, substances such as B. galactans, mannans, galactomannans, alginates or the chemically structured polyvinyl alcohol, similar to polysaccharides be used.

Vernetzung und damit verbesserte Wasserbeständigkeit kann dabei auch über andere Reaktionsmechanismen wie z. B. durch Acetylisierung erreicht werden.Cross-linking and thus improved water resistance can also be achieved other reaction mechanisms such as B. can be achieved by acetylation.

Aus Preisgründen und wegen der einfachen Herstellung wird aber das aus führlich beschriebene System der acrylmodifizierten Gelatine derzeit bevorzugt.For price reasons and because of the simple manufacture, however, this will be eliminated currently described system of acrylic-modified gelatin prefers.

In gleicher Art können Körper mit Granulaten aus anderen, in den An sprüchen 2.0 bis 2.2 beschriebenen Stoffen hergestellt werden. Da der Herstellungsprozeß grundsätzlich gleich ist, wird auf eine beispielhafte Darstellung verzichtet. Anzumerken ist allerdings, daß der Bindemittel bedarf für die Verfestigung der Granulate stark von der Oberflächen struktur und dem Saugverhalten der verschiedenen Granulate abhängt. Ein Stoff mit glatter, dichter Oberfläche (Kies, Poraver) benötigt selbstverständlich weniger Bindemittel als ein poröser Stoff wie z. B. Vermiculit oder Perlit.In the same way, bodies with granules from others, in the An Proverbs 2.0 to 2.2 fabrics are produced. Since the Manufacturing process is basically the same, is based on an exemplary Not shown. It should be noted, however, that the binder required for the solidification of the granules strongly from the surfaces structure and the suction behavior of the various granules. A fabric with a smooth, dense surface (gravel, poraver) is required of course less binder than a porous material such as. B. Vermiculite or pearlite.

Example 2

Bei der Herstellung von Körpern nach Beispiel 2 wird ähnlich verfahren wie in Beispiel 1 genau beschrieben. Als Bindemittel werden jedoch keine modifizierten Naturstoffe verwendet. Statt dessen werden Acryl-/Methacryl monomere oder -oligomere vorgeschlagen, die durch gezielten Einbau von Carboxylgruppen hydrophil gemacht sind. Solche Verbindungen/Gemische können durch radikalische Polymerisation ausgehärtet werden und eignen sich ebenfalls hervorragend als Bindemittel für Formkörper nach der an spruchsgemäßen Erfindung.In the production of bodies according to Example 2, the procedure is similar to described in detail in Example 1. However, none are used as binders modified natural products used. Instead, use acrylic / methacrylic monomers or oligomers proposed by the targeted incorporation of Carboxyl groups are made hydrophilic. Such compounds / mixtures can be cured by radical polymerization and are suitable are also excellent as binders for molded articles after invention according to claim.

Durch die eingebauten Carboxylgruppen wird das entstehende Polymer be dingt wasserlöslich. Die Wasserlöslichkeit kann durch Vernetzung mit mehrfunktionellen Monomeren soweit zurückgedrängt werden, daß ein auch bei Wasserlagerung zunächst stabiler Körper entsteht. Due to the built-in carboxyl groups, the resulting polymer will be is water-soluble. The water solubility can be crosslinked with polyfunctional monomers are pushed back so far that a Water storage initially creates a stable body.

Durch Neutralisierung der Carboxylgruppen mit einer in Wasser gelösten Base oder einem basischen Salz, z. B. Natriumcarbonat, wird aber ein schnelles Aufbrechen der Polymerkette erreicht. Die Bindung wird dadurch zerstört. Die entstehenden wasserlöslichen/wasserquellbaren Acrylreste sind nicht toxisch und stören die Bodenchemie und -biologie nicht, sie werden langsam vollständig abgebaut.By neutralizing the carboxyl groups with one dissolved in water Base or a basic salt, e.g. B. sodium carbonate, but will the polymer chain is broken quickly. The bond is thereby destroyed. The resulting water-soluble / water-swellable acrylic residues are non-toxic and do not interfere with soil chemistry and biology are slowly completely degraded.

Bindemittel und Verfahren der beschriebenen Art sind aus der Literatur und hier vor allem durch die Arbeiten der Firma Belland AG, CH-Solothurn, als "Belland-Polymertechnologie" oder "Belland-Polymere" bekannt.Binders and methods of the type described are from the literature and above all through the work of Belland AG, CH-Solothurn, known as "Belland polymer technology" or "Belland polymers".

Example 3

Bei Herstellung von Körpern nach Beispiel 3 wird das gewählte Granulat mit einem Bindemittel aus einer Mischung eines mehrfunktionellen Iso cyanates, bevorzugt technisches Diphenylmethandiisocyanat (MDI), mit hydroxylgruppenhaltigen Polyestern oder Naturstoffen wie Rizinusöl be netzt. Durch Reaktion dieser Komponenten entstehen wie bekannt Poly urethane.When producing bodies according to Example 3, the selected granulate with a binder from a mixture of a multifunctional iso cyanates, preferably technical diphenylmethane diisocyanate (MDI), with hydroxyl-containing polyesters or natural substances such as castor oil nets. The reaction of these components produces poly, as is known urethane.

Es ist bekannt, daß Polyurethane, die als Polyolkomponente ausschließlich Polyester oder Stoffe wie Rizinusöl enthalten, anfällig gegenüber hydro lytischem Abbau sind und mikrobiell ebenfalls zerstört werden können (Literatur dazu: Vieweg, Kunststoffhandbuch Bd. VII "Polyurethane", Hanser Verlag).It is known that polyurethanes are used exclusively as polyol components Contain polyester or substances like castor oil, susceptible to hydro are lytic degradation and can also be microbially destroyed (Literature: Vieweg, Plastics Handbook Vol. VII "Polyurethane", Hanser Verlag).

Die Bindemittelkomponente kann sowohl in allgemein bekannter Technik als mit Feuchtigkeit härtendes, einkomponentiges Isocyanat-Prepolymer, her gestellt durch Umsetzung eines Polyols - bevorzugt eines Polyols auf Basis der erwähnten Polyester oder mit Rizinusöl - angewendet werden, (Literatur dazu: Vieweg, Kunststoffhandbuch Bd. VII "Polyurethane" Hanser Verlag) oder im Zweikomponentenverfahren als Mischung beider Kom ponenten kurz vor der Verarbeitung zum Einsatz kommen.The binder component can be either in generally known technology or moisture-curing, one-component isocyanate prepolymer made by reacting a polyol - preferably a polyol based of the polyester mentioned or with castor oil - are used, (Literature: Vieweg, Plastics Handbook Vol. VII "Polyurethane" Hanser Verlag) or in the two-component process as a mixture of both com components are used shortly before processing.

Um eine weitere Verbesserung der angestrebten Eigenschaften - geringe lang fristige Beständigkeit der Bindung - zu erreichen, ist es zweckmäßig, bei Bindemitteln, die in Form von zwei Komponenten verarbeitet werden, nicht das stöchiometrisch richtige Verhältnis zwischen Isocyanat und Polyester- /Rizinuspolyol zu wählen, sondern das Isocyanat im Unterschuß zu verwen den. To further improve the desired properties - low long timely durability of the bond - it is useful to achieve at Binders that are processed in the form of two components are not the stoichiometrically correct ratio between isocyanate and polyester / To choose castor polyol, but to use the isocyanate in the deficit the.

Ein beispielhaftes Polyurethanbindemittel auf Basis MDI/Rizinusöl kann danach bestehen aus 100 GT Rizinusöl (OHZ 4.85) und 25-30 GT MDI. Dieses Bindemittel besitzt noch eine sehr gute Klebefähigkeit gegenüber allen verwendeten Granulaten, die hydrolytische Beständigkeit ist aber bereits deutlich schlechter als bei der stöchiometrisch richtigen Um setzung im Verhältnis Rizinus = 100 : MDI = 36,5 für die gleiche Rizinusöl qualität.An exemplary polyurethane binder based on MDI / castor oil can then consist of 100 GT castor oil (OHZ 4.85) and 25-30 GT MDI. This binder still has a very good adhesiveness to all granules used, but the hydrolytic resistance is already significantly worse than with the stoichiometrically correct Um Setting in the ratio castor = 100: MDI = 36.5 for the same castor oil quality.

Weiter kann der angestrebte Effekt des schnellen Abbaus der Bindung durch hydrolytische Spaltung des Bindemittels durch bestimmte Katalysatoren, die auch für die Beschleunigung der Polyaddition zwischen Isocyanat und Polyol eingesetzt werden können, erreicht werden. Beispielhaft für solche Verbindungen stehen schwer flüchtige tertiäre Amine - vor allem solche mit freien Hydroxylgruppen und Salze zweiwertiger Metalle. Beispielhaft für solche Verbindungen werden genannt Triethanolamin und Zinnoctoat.Furthermore, the desired effect of the rapid breakdown of the bond can hydrolytic cleavage of the binder by certain catalysts, which is also used to accelerate polyaddition between isocyanate and polyol can be used can be achieved. Exemplary for such compounds are difficult to volatile tertiary amines - especially those with free hydroxyl groups and salts of divalent metals. Examples of such compounds are triethanolamine and Tin octoate.

Schließlich ist noch anzumerken, daß die Fertigung der Körper keineswegs nur durch Abformen einzelner Körper in Formkästen etc. erfolgen kann. Es ist natürlich auch möglich, Formlinge durch Strangpressen einer mit den beschriebenen Bindemitteln benetzten Granulatmasse herzustellen, wobei durch Beheizen einzelner Zonen des Extruders gezielt gehärtet werden kann. Auch andere Techniken der Formgebung, die hier nicht näher erklärt werden müssen, sind selbstverständlich möglich und können angewendet werden.Finally, it should be noted that the manufacture of the body is by no means can only be done by molding individual bodies in mold boxes etc. It is of course also possible to use molded articles by extrusion to produce the described granules wetted granules, wherein can be hardened by heating individual zones of the extruder. Other shaping techniques that are not explained here in more detail are of course possible and can be applied.

Claims

1. Process for the production of shaped bodies from inorganic granules any shape as a substrate for growing and growing plants, preferably for use in the mass culture of useful plants.

1.1 The method according to claim 1, characterized in that the granules shaped body has a free pore volume, making it light can be rooted, the root development is not hindered and the Plant provides sufficient support.

2. The method according to claim 1, characterized in that both as granules naturally occurring minerals - e.g. B. coarse sand, fine gravel, pumice as well as artificially expanded minerals such as B. expanded mica - known as "vermiculite" or expanded volcanic igneous material (liparite), known as perlite can be used.

2.1 The method according to claim 1, characterized in that also as granules artificially produced inorganic bodies, e.g. B. made of blown glass (Foam glass) or expanded clay, can be used.

2.2 The method according to claim 1 and 2, characterized in that mixtures The granules described can be used to make certain properties shafts of the bodies to be manufactured - e.g. B. Weight, strength - the requirements to adapt to changes in practice.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that as a bandage agents are used for the granules substances, one initially Allow water-resistant binding, but after a certain amount of time exposure to light, oxygen, moisture and / or microorganism nisms can be broken down.

3.1 The method according to claims 1-3, characterized in that as a bandage medium known modified natural substances such. B. networked Polypeptides, polysaccharides, polyuronides or chemically similar to these structured connections such as B. polyvinyl alcohol can be used can.

3.2 The method according to claims 1-3, characterized in that as a bandage reaction products known per se from the chemistry of vinyls are used, the polymers are so weakly crosslinked that they under the effects of the environmental influences mentioned under 3. Examples of such compounds include esters and sticks compounds of acrylic and methacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, Polyvinyl acetate, polyvinyl acetamide or reaction products of such ver bindings with anhydrites, e.g. B. Maleic anhydrite.

3.3 The method according to claims 1-3, characterized in that as a bandage can be used with polymers that are inherently water-resistant, but their water solubility through targeted treatment with a "solvent mediators "can be achieved. Such binders are, for example Mixed polymers of acrylic esters with acrylic acids.

3.4 The method according to claims 1-3, characterized in that as a bandage reaction products known per se from isocyanates with saturated Polyesters or certain natural products are used that are free Have hydroxyl groups.

3.4.1 Method according to claims 1-3.4, characterized in that the bandage means according to claim 3.4 known catalysts such. B. salts divalent metals or low volatility amines, which negatively affect the stability of the resulting reaction product and accelerate degradation through hydrolysis.