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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur
Verstärkung
der Produktivität von
Pflanzen. Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Bereitstellung
eines verbesserten Pflanzenwachstumsmediums in der Pflanzenwurzelzone
oder um die Pflanzenwurzelzone durch die Applikation von bestimmten
Ethern von Methyloxiran-Oxiran-Copolymer-Surfactants
auf das Medium. Dieses Verfahren ist speziell bei der schnellen
Verstärkung
der Infiltration von Wasser in das Medium und der Gleichmäßigkeit
des Wassers durch das Medium wie auch bei der Verbesserung der Langzeithydrophilie
von wasserabweisendem Medium wirksam.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Mehrzahl der Pflanzen erhält
den größten Teil
ihres Nährstoffbedarfs
aus dem Pflanzenmedium, indem sie wachsen. Das Pflanzenwachstumsmedium
wird durch sein Vermögen,
Ionen auszutauschen, charakterisiert. Pflanzenwurzeln beziehen ihre
Nährstoffe
aus dem Wachstumsmedium durch den Übergang von Nährstoffionen
innerhalb des Mediums zu Stellen an den Wurzeln der Pflanzen. In
Abwesenheit eines wässrigen
Transfermediums, d.h. Feuchtigkeit, sind Pflanzen nicht fähig, gut
zu wachsen oder auch zu überleben.
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Landwirte
und Agronome müssen
mit allen Typen an Pflanzenwachstumsmedien, z.B. Sand, natürliche Erde,
Gartenböden
und verschiedene Boden-Mimetika, Boden-freie Pflanzenkultursubstrate,
die alle allgemein im Folgenden als Boden bzw. Erde bezeichnet werden,
arbeiten; allerdings ist wasserabweisender Boden ("water repellent soil" (WRS)) für alle,
die auf diesem Gebiet arbeiten, von großem Nachteil. Wasserabweisender
Boden verzögert
die Wasserinfiltration in die Bodenmatrix; er liegt oft als lokale
trockene Flecken ("local
dry spots" (LDS))
vor und kann ganze Bereiche der oberen Schichten des Bodensubstrats
für eine
Wasserpenetration im Wesentlichen unzugänglich machen. Unter Regenfall-
oder Bewässerungbedingungen
können
aus der Wasserabstoßung
des Bodens entsetzliche Folgen für
die Umwelt resultieren, z.B. Oberflächenablauf oder Lecken von
Wasser und wässrigen
Zusammensetzungen, die Pestizide und/oder Düngemittel enthalten, in ursprüngliche
Gebiete und/oder Trinkwasserreservoire.
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Ein
Merkmal von Böden,
speziell Ackerböden,
ist, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens während einer trockenen Periode,
d.h., einer Periode von Tagen oder Wochen mit sehr wenig bis keinem
Regen, einen sehr niedrigen Level erreichen kann, an welchem Punkt
der Boden unfähig
wird, durch die Aufbringung von Wasser über Regen oder Berieselung
allein wieder befeuchtet zu werden, und somit wird der Boden nicht
langer ein akzeptables Pflanzenwachstumsmedium. Unter Fachleuten
bedeutet das, dass der Boden unter den kritischen Wassergehalt ("Critical Water Content" (CWC)) gefallen
ist.
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Das
Wasserabweisungsvermögen
eines Bodens ist nicht nur eine Funktion des Anfangswassergehalts
des Bodens, sondern ist auch eine Funktion der Bodenteilchengröße, z.B.
ist Sand für
ein Wasserabweisungsvermögen
anfälliger
als Ton, sowie des Typs an organischem Material, das in dem Boden
enthalten ist. Dieses organische Material induziert Wasserabweisungsvermögen in den
Böden auf
verschiedenen Wegen, z.B. durch Bereitstellung von hydrophoben organischen
Substanzen, die aus Pflanzenabfall ausgeleckt sind; organischen
Substanzen, die irreversibel getrocknet wurden; und/oder hydrophoben
mikrobiellen Nebenprodukten.
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Bevor
Wasser gleichmäßig in eine
Bodenmatrix infiltrieren oder durch diese perkolieren wird, muss
ein kontinuierlicher Wasserfilm auf den Bodenpartikeln sein. Mit
andere Worten, der Boden muss zuerst angefeuchtet werden, bevor
Wasser durch ihn fließen
wird. Landwirte haben realisiert, dass der Level des kritischen Wassergehalts
modifiziert werden kann und das Wasserabweisungsvermögen dieser
Böden durch
die Verwendung von Netzmittel-Surfactant-Zusammensetzungen, speziell
von Zusammensetzungen, die nicht-ionische Surfactants enthalten,
verringert werden kann. Allerdings variiert der Wirksamkeitsgrad
bei Surfactant-Chemikalien und -formulierungen signifikant. Um das
Wasserabweisungsvermögen
zu verbessern und/oder die Infiltration zu verstärken, werden häufig hohe
Raten an Netzmitteln angewendet bzw. ausgebracht; solche erhöhten Raten
können
für Pflanzen
schädlich
werden. Beispielsweise tendieren die Surfactants, die zur Erhöhung der
Feuchtigkeitslevel im Boden verwendet werden, dazu, nicht tief in
den Boden einzudringen, d.h., sie bleiben in den oberen Regionen
des Bodens und werden schnell biologisch abgebaut, was zahlreiche
Ausbringungen erfordert. Darüber
hinaus hat die Erhöhung
der Konzentration der Surfactants, die derzeitig bei ursprünglich wasserabweisendem
Boden als notwendig erachtet wird, einen schweren negativen Einfluss
auf die Umgebung, speziell Toxizität für Pflanzengewebe, und hat eine
negative Wirkung auf die Pflanzenwachstumseigenschaften des Bodens.
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"Obgleich eine steigende
Zahl von Forschern von dem Auftreten und den Folgen des Wasserabweisungsvermögens bei
einem weiten Bereich von Böden
Kenntnis haben, ist dies noch ein vernachlässigtes Gebiet in der Bodenwissenschaft" (Dekker et al.,
International Turfgrass Society Research Journal, Band 9, 2001, Seiten
498-505).
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Landwirte
bzw. Agrarwissenschaftler suchen weiter nach einer Zusammensetzung,
die, wenn sie auf ein Pflanzenwachstumsmedium aufgetragen ist, welches
für eine
inakzeptable Trocknung empfindlich ist, i) schnell und gleichmäßig tief
in die Mediummatrix penetrieren würde; ii) eine signifikante
Rückfeuchtung
bzw. Wiederbefeuchtung des Mediums ermöglichen würde, d.h., den kritischen Wassergehalt
speziell um die Pflanzenwurzelzone modifizieren würde; iii)
eine lang anhaltende Wirkung unter Reduzierung der Notwendigkeit
für häufige Anwendungen
bereitstellen würde,
und iv) bei niedrigeren Konzentrationesleveln als derzeit verwendete
Surfactants wirksam waren, wodurch die negativen Einflüsse, die
Chemikalien auf die Umgbung haben können, verringert werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt die oben aufgezählten Vorteile bereit und verstärkt überraschenderweise
Pflanzenwachstum, speziell Pflanzendichte, -farbe und -qualität, und zwar
ohne die Notwendigkeit von Düngemittelanwendungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine graphische Darstellung der Resultate für die WDPT-Infiltrationszeit,
die durch die Tests in Beispiel V erhalten wurden und die in Tabelle
V angegeben sind.
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2 ist
eine graphische Darstellung der Resultate für die MED-Infiltrationszeit,
die durch die Tests in Beispiel VI erhalten wurden und die in Tabelle
VI angegeben sind.
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3 ist
eine graphische Darstellung der Resultate für die MED-Infiltration, die
bei Straußgras-Rasen erhalten
wurden, die in Beispiel VII erläutert
sind und in Tabelle VII angegeben sind.
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4-6 sind
graphische Darstellungen der Straußgras-Rasen-Qualitätsresultate,
die durch die Tests in Beispiel VIII erhalten wurden und in den
Tabellen VIIIA, B und C angegeben sind.
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Die 7 und 8 sind
graphische Darstellungen der Volumenprozente an Wasser und der Präzipitationsresultate,
die durch die Tests an Fairway-Rasen, die in Beispiel XIII erläutert sind,
erhalten wurden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verstärkung der
Pflanzenproduktivität
durch Verbesserung bestimmter wünschenswerter
Charakteristika des Pflanzenwachstumsmediums bereit. Das Verfahren besteht
in der Anwendung einer wirksamen Menge einer Zusammensetzung, die
einen C1-C4-Alkylether
von Methyloxiran-Oxiran-Copolymer umfasst, auf das Medium. Diese
Zusammensetzungen weisen unerwarteterweise deutlich erhöhte wässrige Rückfeuchtungsinfiltrationsraten,
-tiefen und -langlebigkeit, speziell bei wasserabweisendem Boden,
im Vergleich zu dem früher
auf diesem Fachgebiet Erreichten auf.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich spezifisch auf die Entdeckung,
dass Pflanzenwachstumsmedium durch den Zusatz einer biologisch wirksamen
effektiven Menge von C1-C4-Alkylether von Methyloxiran-Oxiran-Copolymer
zu dem Medium deutlich verbessert werden kann. Es wurde festgestellt,
dass diese Surfactants es möglich
machen, dass Feuchtigkeit schnell und tief in die Mediummatrix eindringt,
und dass sie eine signifikante Rückfeuchtung
eines ursprünglich
trockenen Mediums, speziell eines Mediums, das als in hohem Maße wasserabweisend
identifiziert wurde, realisieren können. Diese Zusammensetzungen
weisen auch eine langsamere biologische Abbaufähigkeit auf als die der Hydroxyl-terminierten
Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren
und stellen somit inhärente
Eigenschaften einer langsamen Freisetzung bereit. Schließlich und überraschenderweise
produziert das resultierende Wachstumsmedium Pflanzen, speziell
Monocotylen, und ganz speziell Gräser mit enorm verbesserter
Qualität
und Dichte im Vergleich zu denen, die mit den ähnlichen, im Stand der Technik
verwendeten, landwirtschaftlichen Hydroxyl-terminierten Methyloxiran-Oxiran-Copolymer-Netzmitteln
erhalten werden.
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Zusätzlich wurde
festgestellt, dass Zusammensetzungen, die diese Verbindungen enthalten, über einen
weiten Konzentrationsbereich hochwirksam sind, was bei der Erreichung
eines maximalen agronomischen und/oder hydrologischen Nutzens von
kritischer Bedeutung ist, während
gleichzeitig negative Umwelteinflüsse minimiert werden.
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C
1-C
4-Alkylether von
Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren können in einfacher Weise durch
auf dem Fachgebiet bekannte Veretherungsverfahren, wie z.B. das,
das im
US-Patent Nr. 4 922 029 gelehrt
wird, erreicht werden. Als spezifisches Beispiel wird die Umwandlung
eines Methyloxiran-Oxiran-Copolymers, das eine Hydroxylterminierung
hat, in einen Methylether des Copolymers in einfacher Weise durchgeführt, indem es
mit Natriumhydroxid und Methylchlorid umgesetzt wird, obgleich es
möglich
ist, metallisches Natrium anstelle des Natriumhydroxid und/oder
andere Methylhalogenide oder Dimethylsulfat anstelle von Methylchlorid zu
verwenden. In jedem Fall wird die Methyletherbildung durch die Bildung
eines Salzes als Nebenprodukt, das von dem Produkt abgetrennt wird,
begleitet. Das Salz kann durch herkömmliche Mittel, z.B. Filtration,
Dekantieren, Extraktion und/oder Destillation abgetrennt werden.
In einigen Fällen
ist es vorteilhaft, die Methylierung in zwei oder mehr Schritten
mit einer Salzabtrennung nach jedem Schritt durchzuführen.
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Im
Stand der Technik wurde vorgeschlagen, dass Ether von Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren
als Lösungsmittel,
industrielle Reinigungsmittel, hydraulische Flüssigkeiten, Beschleuniger oder
Katalysatoren für
ionische organische Reaktionen, Gleitmittel für synthetische Textilien, Solubilisierungsmittel
für anorganische Salze
und Adjuvantien zur Verstärkung
der pestizidalen, d.h., schädlichen
Aktivität
in Blattanwendungen – die Antithese
der vorliegenden Erfindung – verwendet
werden können;
allerdings sind die Rückfeuchtungsverbesserungen,
die durch Anwendung bzw. Ausbringung der Verbindungen dieser Erfindung
auf Pflanzenwachstumsmedium und/oder wasserabweisende Böden verwirklicht
werden und die resultierende Erhöhung
in der Qualität
und Dichte der Pflanzen, die eine solche verbesserte Mediummatrix
verwenden, vollständig
unerwartet, da es im Stand der Technik nichts gibt, was nahe legt,
dass C1-C4-Alkylether von Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren
in einer solchen Art verwendet werden könnten oder derartige überraschende
Resultate erzielen würden.
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Die
C1-C4-Alkylether
von Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren der vorliegenden Erfindung umfassen
vor einer Veretherung die geradkettigen polymeren Glycole, die z.B.
durch die Addition von Ethylenoxid an Propylenoxid erhalten werden.
Die Polymethyloxirankerne, die hydrophob sind, haben Einheiten von
wenigstens etwa 9 und haben massenmittlere Molekulargewichte im
Bereich von etwa 950 bis etwa 4.000. Das Oxiran wird mit etwa 10
Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent an den Kern addiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das massenmittlere Molekulargewicht des Polymethyloxirankerns
etwa 1500 bis etwa 2000 mit einer Oxiranaddition von etwa 20 bis
etwa 40 Gewichtsprozent.
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Auf
dem Fachgebiet wurde beobachtet, dass die Bodenbenetzungsgeschwindigkeit
mit Erhöhung
des hydrophoben Molekulargewichts und Abnahme des HLB-Werts innerhalb
jedes bestimmten Hydroxyl-terminierten Methyloxiran-Oxiran-Copolymer-Strukturtyps,
d.h., die ge raden Copolymere, die Umkehrcopolymeren, die Copolymeren
auf Diamin-Basis und die Umkehrpolymeren auf Diamin-Basis; leicht
zunimmt (die Benetzungszeit nimmt ab).
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Anders
ausgedrückt,
im Allgemeinen zeigen Hydroxyl-terminierte Methyloxiran-Oxiran-Surfactants mit einem
niedrigeren HLB-Wert und einem höheren
durchschnittlichen Molekulargewicht die kürzesten Infiltrationszeiten
durch eine Säule
mit hydrophobem Boden. Dieser Trend gilt für alle vier Surfactant-Strukturtypen, und
es wird erwartet, dass er für
die Alkylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren dieser Erfindung
gilt.
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Die
bevorzugten Alkylether von Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren zur Verwendung
in dieser Erfindung sind solche, die einen HLB-Wert von kleiner
als oder gleich 10, ein durchschnittliches Molekulargewicht von
2.000 bis 8.000 und einen Prozentwert der Hydrophilie von weniger
als 10 bis 40 haben. Die am meisten bevorzugten Blockcopolymere
sind solche, die einen HLB-Wert von kleiner als oder gleich 10,
ein durchschnittliches Molekulargewicht von 2.000 bis 8.000 und
eine prozentuale Hydrophilie von weniger als 10 bis 20 haben.
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Die
Konzentration der Polymerether-Netzmittelzusammensetzungen dieser
Erfindung in den wässrigen
Formulierungen, die auf das Pflanzenwachstumsmedium aufzubringen
sind, ist nicht kritisch. Konzentrationen der Netzmittelzusammensetzung
von bis zu 200.000 ppm werden in dieser Erfindung in Betracht gezogen,
da solche Konzentrationen für
die meisten Pflanzen unschädlich
sind. Somit wird die Konzentration des Polymer-Netzmittels in wässrigen
Formulierungen im Bereich von etwa 200.000 bis etwa 2 ppm, vorzugsweise von
etwa 120.000 bis etwa 5 ppm, reichen.
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Es
wurde festgestellt, dass die wirksamsten Ausbringungsraten bzw.
Anwendungsraten der Polymerether auf Pflanzenwachstumsmedien im
Bereich von etwa 0,001 bis etwa 128 Fluidunzen pro 1000 Quadratfuß; vorzugsweise
von etwa 0,1 bis etwa 32 Fluidunzen pro 1000 Quadratfuß, und am
bevorzugtesten von etwa 0,2 bis etwa 16 Fluidunzen pro 1000 Quadratfuß liegen.
Diese Ausbringungsraten stellen einzelne Ausbringungen bzw. Anwendungen
oder die kumulativen Mengen, die aus mehreren Anwendungen resultieren, innerhalb
eines begrenzten, aber biologisch wirksamen Zeitraums dar.
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Eines
der überraschenden
Merkmale der Verwendung dieser Alkylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymer-Zusammensetzung
ist die herausragende Wirksamkeit bei sehr niedrigen Konzentrationen:
eine äußerst wünschenswerte
umweltfreundliche Eigenschaft. In jedem Fall werden geeignete Konzentrationslevel leicht
von Fachleuten bestimmt werden.
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Außerdem besteht
bei Hydroxyl-terminierten Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren die Tendenz,
dass sie auf dem Feld ziemlich schnell durch Mikroben biologisch
abgebaut werden, welche eine biosynthetische Fähigkeit entwickelt haben, sie
zu nutzen. Die Mikroorganismen greifen die Hydroxylgruppen von jedem
Ende an. Sie scheinen die Molekülkette
nicht zwischen den Repetierblöcken
zu spalten. Es wurde festgestellt, dass, wenn die Hauptkette dieser
Methyloxiran-Oxiran-Copolymere als Alkylether terminiert ist, eine
weniger schnelle biologische Abbaubarkeit auftritt, was in einem
Phänomen
der langsamen Freisetzung resultiert. In der Tat wur de festgestellt,
dass der biologische Abbau der Methylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymere ziemlich moderat
ist, d.h., etwa 30 bis 40% CO2 nach 28 Tagen.
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Resultate,
die unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erzielt wurden,
werden unten beispielhaft angeführt;
zunächst
werden jedoch Definitionen und die Testverfahren, die verwendet
wurden, erläutert.
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Das
allgemein anerkannte Verfahren zur Klassifizierung des Wasserabweisungsvermögens von
Böden ist
das unter Verwendung des Wassertröpfchenpenetrationstests (Water
Droplet Penetration Test (WDPT)). Bei diesem Test werden Tropfen
von destilliertem Wasser auf die geglättete Oberfläche einer
Bodenprobe platziert, und die Zeit, die vergeht, bis die Tropfen
vollständig
absorbiert sind, wird bestimmt. Alle WDPTs werden unter kontrollierten
Bedingungen üblicherweise
bei einer konstanten Temperatur von etwa 20°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit
von etwa 50% durchgeführt.
Diese Tests werden normalerweise wenigstens dreimal wiederholt.
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Um
den WPDT an Feldproben durchzuführen,
werden Bodenkerne mit einer 2 cm-Bodensonde
in einer Tiefe von 15 cm gesammelt. Für jede Parzelle werden fünf Kerne
gesammelt. Die Kerne werden für
2 Wochen bei Raumtemperatur getrocknet. Die Kerne werden horizontal
auf einen Arbeitstisch gelegt und mit einer Pipette wird ein 35
Mikroliter-Tropfen destilliertes Wasser verteilt und in 1 cm-Intervallen
entlang des Kerns platziert, beginnend an der Deckschicht-Luft-Grenzfläche und
endend bei 6 cm. Es wird eine Stoppuhr verwendet, um die Zeit (in
Sekunden) zu bestimmen, die es dauert, bis der Wassertropfen vollständig in
den Bodenkern eingedrungen ist. Obgleich das Wasserabweisungsvermögen eine
relative Eigenschaft ist, die in der Intensität schwankt, ist auf dem Fachgebiet
allgemein anerkannt, dass ein Boden als wasserabweisend anzusehen
ist, wenn der WPDT fünf
Sekunden überschreitet.
Dies erlaubt es, dass Böden
qualitativ klassifiziert werden und als entweder benetzbar oder
wasserabweisend bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung ist
speziell bei der schnellen Erhöhung
der Hydrophilie von wasserabweisendem Boden wirksam.
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Ein
anderes Verfahren, das verwendet wird, um den Grad des Wasserabweisungsvermögens eines Pflanzenwachstumsmediums
zu bestimmen, ist der "Molarity
of Ethanol Droplet"-Test (MED). Dieser
Test bestimmt die Molarität,
bei der ein wässriges
Ethanoltröpfchen
einen Boden in 10 Sekunden infiltrieren wird. Da dies eines der
einfachsten und am wenigsten Zeit in Anspruch nehmenden Verfahrens
zur Bestimmung des Wasserabweisungsvermögens ist, wird es üblicherweise
verwendet. Es basiert auf der Tatsache, dass Ethanol bei steigender
Konzentration den Flüssigkeit-Substrat-Kontaktwinkel
verringert und dadurch die Infiltrationsrate in den Boden erhöht. So werden
hydrophobe Überzüge auf Wachstumsmediumspartikeln
rasch durch Ethanol befeuchtet, und die Fähigkeit des Mediums, zu benetzen,
nimmt zu, wenn die Konzentration an Ethanol in der wässrigen
Lösung
zunimmt. Das Wasserabweisungsvermögen kann beginnen, zu einem
Problem zu werden, wenn die Molarität etwa 2,1 übersteigt und wird als ein
schwerwiegendes Problem angesehen, wenn sie über 3,0 liegt.
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Ein
einfacher Labortest, der "Stohhalm-Test" bzw. "Straw Test", der von Aquatrols
Corporation of America entwickelt wurde, kann verwendet werden,
um die Anfangswirksamkeit einer Netzmittelzusammensetzung auf wasserabweisendem
Boden aufzuzeichnen. (International Turfgrass Society Research Journal
7. Intertec Pubishing corp. 1993, Kapitel 67, Seiten 485-488). Der Strohhalm-Test
besteht darin, klare Plastiktrinkhalme (19 cm lang und 0,5 cm Durchmesser)
zu nehmen und diese in der Mitte zu falten, so dass eine scharfe "V"-Form erhalten wird, d.h., keine flachen
Falten. Es wird Klebeband verwendet, um die zwei Arme des Strohhalms
in dieser "V"-Position zu halten.
Ein Arm des Strohhalms wird mit hydrophobem Boden gefüllt, während der
Strohhalm leicht auf eine feste Oberfläche geklopft wird, um ein gleichmäßiges Absetzen
des Bodens in den Strohhalm sicherzustellen. Die resultierende Bodensäule wird
mit Baumwolle zugestöpselt,
und die Strohhalme werden auf einem flachen Träger angeordnet. Testlösungen mit
ausgewählten
Konzentrationen werden einzeln mit einer Pasteur-Kapillarpipette in jeden der leeren
Arme der Strohhalme eingeführt.
Der Arm, der die Säule
aus hydrophobem Boden enthält,
wird horizontal auf die Trägeroberfläche gelegt;
das Klebeband wird entfernt und der Arm wird in Richtung der Trägeroberfläche gesenkt,
bis der Arm in einem 25°-Winkel
zur Oberfläche
ist.
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An
der Oberfläche
wird ein Keil oder Träger
fixiert, um sicherzustellen, dass der Winkel des Strohhalms während des
Tests aufrecht erhalten wird. Eine Stoppuhr wird gestartet, sobald
eine Testlösung
mit dem hydrophoben Boden in Kontakt kommt, und die Zeit wird aufgezeichnet,
die benötigt
wird, um eine Länge
von 6 cm der Bodensäule
zu befeuchten. Üblicherweise
wird destilliertes Wasser als Standard verwendet. Dieser Strohhalm-Test
ist gegenüber
Konzentrationen, die so niedrig wie 10 ppm sind, empfindlich.
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Es
gibt ein Verfahren zur Evaluierung von Feldparzellen, speziell Rasengrasfeld-Parzellen, für Landwirte
und/oder Forscher auf dem Gebiet der Agrarforschung, um den Pflanzen
in jedem Behandlungsbereich ein numerisches "Qualitäts"-Rating zuzuordnen. Ein Qualitäts-Rating
basiert in großem
Umfang auf der Erfahrung des Landwirts/Forschers, berücksichtigt
aber auch eine Unzahl von Faktoren. Betrachtete Faktoren umfassen
Rasenfarbe, -dichte, -turgeszenz, Fehlen einer Erkrankung oder lokalisierter
trockener Flecken und wie aufrecht die Blattspreiten stehen. Ratings
basieren im Allgemeinen auf einer Skala von 1 bis 9, und dies ist auch
die Skala, die in den folgenden Beispielen verwendet wird, wobei
1 ein toter/brauner Rasen wäre,
6,5 ein minimal akzeptables Rating für Golf oder andere Fälle für feinen
Rasen wäre
und 9 die höchstmögliche Rasenqualität wäre.
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Mit
dem Ausdruck "zur
Rückbefeuchtung
wirksame Menge" ist
gemeint, dass die Menge des Alkylethers des Methyloxiran-Oxiran-Copolymers,
die in Kontakt mit dem Boden ist, so ist, dass es eine messbare Verstärkung der
Benetzungseigenschaften des Bodens gibt.
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Mit
dem Ausdruck "biologisch
wirksame, effektive Menge" ist
gemeint, dass die Menge des Alkylethers des Methyloxiran-Oxiran-Copolymers,
das mit dem Boden in Kontakt ist, so ist, dass es eine messbare
Verstärkung
des Pflanzenwachstums, z.B. der Qualität und/oder der Dichte, die
aus der Verwendung des behandelten Bodens resultiert, gibt.
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Außer in den
Durchführungsbeispielen
oder wo es anders angegeben ist, sind alle Zahlen, die Mengen an
Ingredientien oder Reaktionsbedingungen, die hierin verwendet werden,
ausdrücken,
so zu verstehen, als wären
sie in allen Fällen
mit dem Ausdruck "etwa" modifiziert. Alle
Messungen in Unzen sollen Fluidunzen wiedergeben, wenn nichts anderes
angegeben ist.
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Die
Erfindung wird nun anhand einer Reihe spezifischer Beispiele beschrieben,
welche lediglich als für die
Verfahren und Zusammensetzungen dieser Erfindung erläuternd anzusehen
sind und nicht als beschränkend
für den
Umfang derselben anzusehen sind. Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozent,
wenn nichts anderes angegeben ist.
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Beispiel 1
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Es
wurde eine Soxhlet-Extraktion im Mikromaßstab an wasserabweisenden
Bodenproben durchgeführt,
wobei ein im Handel erhältliches
Hydroxy-terminiertes Methyloxiran-Oxiran-Copolymer (im Folgenden als Vergleichsprodukt
1 aka CP1 identifiziert) und ein Methylether eines Methyloxiran-Oxiran-Copolymers (hierin
als ACA identifiziert), beide mit einem Molekulargewicht von etwa
2500, an wasserabweisenden Bodenproben verwendet wurden, um die
relative Fähigkeit
der Verbindungen zu bestimmen, Komponenten einer Bodenprobe zu solubilisieren.
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Hydrophober
Boden wurde von einer Stelle in New Jersey Pine Barrens erhalten
und in einem Konvektionsofen für
sieben Tage bei 70°C
getrocknet. Der Boden wurde dann gesiebt, um unerwünschtes
Lockermaterial zu entfernen und eine Partikelgröße von weniger als 500 Mikrometer
zu erreichen. Etwa 2,50 Gew.-% Surfactant wurde auf den Boden geladen
und lufttrocknen gelassen.
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Es
wurde eine Soxhlet-Extraktionsapparatur im Mikromaßstab aufgebaut,
die drei Hauptkomponenten umfasste, d.h., eine zentrale Kammer zur
Aufnahme einer Celluloseextraktionsprobenhülse mit einem Seitenarm zum
Siphonieren von Lösungsmittel
und zum Extrahieren zurück
in einen Destillationsrundkolben, an welchem die zentrale Kammer
montiert ist. Der Destillationskolben hat einen Seitenarm, der die
Dämpfe
zu einem Kühler
trägt,
welcher direkt oberhalb der zentralen Kammer montiert und an dieser
befestigt ist.
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Vier
Gramm des mit Surfactant-behandelten Boden wurden in die 10 × 50 mm-Hülse gegeben
und mit destilliertem Wasser als Lösungsmittel unter Verwendung
der obigen Apparatur extrahiert. Die Hülse wird zuerst in die zentrale
Kammer gegeben, und das Wasser wird in Destillationskolben erhitzt.
Die Dampfe steigen durch den Seitenarm des Kolbens und treten in
den Kühler
ein, wo sie sich verflüssigen,
tropfen von der Spitze des Kühlers
in die Hülse,
welche den mit Surfactant behandelten Boden enthält. Die Flüssigkeit bleibt in der zentralen
Kammer, nimmt an Volumen zu und extrahiert Material aus dem behandelten
Boden, bis die Flüssigkeit
den oberen Teil des Seitenarms erreicht. An diesem Punkt bewirkt
der hydrostatische Druck im Inneren der Kammer, dass das Wasser
und der Extrakt zurück
in den Destillationskolben ablaufen. Dieser Prozess wird fortgesetzt,
bis der gesamte Extrakt aus dem behandelten Boden entfernt ist.
Das Standard-Vorgehen für
dieses Verfahren besteht darin, eine Stunde extrahieren zu lassen.
Eine Analyse des prozentualen Anteils an Feststoffen wurde eingesetzt,
um die Menge an nicht-flüchtigem
Material zu quantifizieren, die aus dem mit Surfactant behandelten
Boden entfernt worden war. Diese Daten wurden dann in den Prozentwert
der Ausbeute umgewandelt, welcher das Verhältnis der extrahierten Menge
gegenüber
der Gesamtmenge an Surfactant, die hätte extrahiert werden können, ausgedrückt als
Prozent, ist. Die Resultate sind in Tabelle I unten angegeben. Tabelle I
Produkt | Prozent
Ausbeute |
CP1 | 84,74 |
ACA | 200,86 |
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Die
obigen Resultate zeigen, dass mehr Feststoffe aus dem hydrophoben
Boden extrahiert wurden, der mit dem Methylether eines Methyloxiran-Oxiran-Copolymers,
d.h. ACA, behandelt worden war, als aus dem Boden extrahiert wurden,
der mit dem Methyloxiran-Oxiran-Copolymer
behandelt worden war, welches Hydroxy-terminiert war. Überraschenderweise
wurden mehr Feststoffe aus dem mit ACA behandelten Boden extrahiert
als ursprünglich
auf den Boden aufgeladen worden waren. Offensichtlich verstärkt das
Methylether-terminierte Copolymer die Löslichkeit von bestimmten Verbindungen
im Boden und erleichtert somit ihre Entfernung durch Extraktion.
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Beispiel II
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Der
wasserabweisende Boden, der in den folgenden Tests eingesetzt wird,
wird hergestellt, indem ein hydrophiler Sand mit Octadecyltrichlorsilan
(OTS) beschichtet wird, wie es von Bauters et al., 1998, Soil Sci. Soc.
Am. J. 62: 1185-1190, beschrieben wurde.
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Unter
Verwendung des vorstehend beschriebenen Strohhalm-Tests wird die
Zeit in Sekunden bestimmt, die destilliertes Wasser benötigt, um
durch eine 6 cm-Säule
dieses wasserabweisenden Bodens zu penetrieren, und zwar erfolgte
die Bestimmung in drei Wiederholungen.
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Die
Resultate sind in Tabelle II angegeben. Tabelle II
Behandlung | Wiederholung
1 | Wiederholung
2 | Wiederholung
3 | Mittelwert |
Destilliertes
Wasser | 604.800
s | 691.200
s | 604.800
s | 633.600
s |
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Diese
Zahlen geben die Basislinien-Hydrophobie dieses Mineralbodens an
und dienen als Kontrolle bei der Quantifizierung der Leistungsfähigkeit
von getesteten Netzmittelzusammensetzungen.
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Da
die Werte für
die Infiltrationszeit, die mit dem vorliegenden, oben hergestellten
Mineralboden erhalten wurden, alle sieben Tage überschreiten (86.400 Sekunden
pro Tag), ist dieser Boden offensichtlich extrem hydrophob, d.h.,
klar wasserabweisend.
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CP1
und ACA werden in den unten angegebenen Konzentrationen unter Verwendung
des vorstehend beschriebenen Strohhalm-Tests untersucht, um die
Fähigkeit
der Surfactants, die Infiltration-Benetzungszeit der Säule aus
wasserabweisendem Boden, die oben beschrieben wurde, zu bestimmen.
Die Resultate der Tests sind in der Tabelle IIA unten angegeben. Tabelle IIA
Produkt | Gesamtkonzentration
in Wasser (ppm) |
| |
8000 | 6000 | 4000 |
|
ACA | 24,86 | 55,33 | 76,33 |
CP1 | 44,80 | 62,33 | 97,33 |
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Beispiel III
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Es
wird eine zweite Reihe von Strohhalm-Tests durchgeführt, wobei
ein extrem wasserabweisender Boden verwendet wird, der durch Beschichten
eines Basissandes, ausgewählt
aus einer anderen, aber ähnlichen
Charge wie der in Beispiel II verwendeten, mit Octadeyltrichlorsilan
(OTS), wie in Beispiel II beschrieben.
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CP1
und ACA werden in den unten angegebenen Konzentrationen erneut unter
Verwendung des Strohhalm-Tests untersucht, um die Fähigkeit
der Surfactants zu ermitteln, die Infiltrations-Benetzungsrate eines
zweiten wasserabweisenden Bodens, der oben beschrieben wurde, zu
beeinflussen. Jeder Test wird dreimal wiederholt. Die Resultate
der Tests sind in der Tabelle III unten in Sekunden angegeben. Tabelle III
Produkt | Gesamtkonzentration
in Wasser (ppm) |
| |
8000 | 6000 | 4000 |
|
ACA | Wiederholung
1 | 145 | 150 | 285 |
| Wiederholung
2 | 189 | 155 | 122 |
| Wiederholung
3 | 175 | 220 | 201 |
| Mittelwert | 170 | 175 | 202 |
CP1 | Wiederholung
1 | 227 | 320 | 375 |
| Wiederholung
2 | 147 | 220 | 219 |
| Wiederholung
3 | 370 | 340 | 315 |
| Mittelwert | 248 | 293 | 303 |
-
Beispiel IV
-
Eine
dritte Serie von Strohhalm-Tests wird unter Verwendung eines anderen
in hohem Maße
wasserabweisenden Bodens durchgeführt, der einzeln durch Auswahl
einer dritten Charge von Basissand, ähnlich dem in den Beispielen
II und III oben verwendeten Chargen, und Behandeln desselben mit
OTS, wie in Beispiel II oben beschrieben, hergestellt wurden.
-
CP1
und ACA werden in Konzentrationen von 8000 ppm erneut unter Verwendung
des Strohhalm-Tests untersucht, um ihre Fähigkeit zu ermitteln, die Infiltrations-Benetzungsrate
des dritten wasserabweisenden Bodens, der oben beschrieben wurde,
zu beeinflussen. Der Test wird sechsmal wiederholt. Die Resultate
der Tests sind in Tabelle IV unten in Sekunden angegeben. Tabelle IV
Produkt | Wiederh.
1 | Wiederh.
2 | Wiederh.
3 | Wiederh.
4 | Wiederh.
5 | Wiederh.
6 | Mittelwert |
ACA | 10 | 11 | 15 | 14 | 8 | 18 | 12,67 |
CP1 | 41 | 30 | 28 | 23 | 24 | 42 | 31,33 |
-
Die
obigen Resultate des Strohhalm-Tests zeigen die herausragenden und
unerwarteten Zunahmen bei den Infiltrationsraten, die mit dem Methylether
der Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren
dieser Erfindung im Vergleich zu ähnlichen Hydroxy-terminierten
Copolymeren bei den getesteten Konzentrationen erzielt werden, wenn
sie auf den wasserabweisenden Boden aufgetragen werden.
-
Beispiel V
-
Feldversuche
wurden mit einem nativen Sandboden durchgeführt, um die relative Wirkung
auf das Wasserabweisungsvermögen
im Boden zu vergleichen, das mit ACA, dem Methylether von Methyloxiran-Oxiran-Copolymer
von Beispiel I erzielt wird, gegenüber dem, das mit einem handelsüblichen
Surfactant erhältlich ist,
welches eine 95:5%-Mischung eines Hydroxy-terminierten polymeren Polyoxyalkylen
und Oxoalkenyl-Hydroxy-Polyoxyalkandiyl als Boden-Surfactant ist (im
Folgenden als Vergleichsprodukt 2 aka CP2 bezeichnet). CP2 wurde
mit einer Rate von 6 Unzen/1000 Quadratfuß aufgetragen, und ACA wurde
in Raten von 2, 4, 6 und 8 oz (Unzen)/1000 Quadratfuß aufgetragen.
Jede Behandlung wurde über
einen ungeführen
Zeitraum von vier Monaten monatlich angewendet. Die Versuche wurden
an Straußgras
mit Fairway-Höhe durchgeführt. Zweitausend
Einzeldatenpunkte wurden alle zwei Wochen gesammelt, insgesamt etwa
18.000 Datenpunkte. Die Infiltrationszeiten für die Proben wurden durch das
WDPT-Verfahren bestimmt. Die gemittelten Resultate dieser Feldversuche
sind in Tabelle V angegeben und in
1 als Infiltrationszeiten
in Sekunden versus Tage nach Anfangsbehandlung (DAT) graphisch dargestellt. Tabelle V WDPT-Infiltrationszeiten (s)
Produkt/DAT | 11 | 30 | 45 | 58 | 72 | 86 | 100 | 114 | 125 |
CP2
@ 6 Unzen | 122 | 191 | 124 | 137 | 116 | 79 | 95 | 62 | 57 |
ACA
@ 2 Unzen | 272 | 271 | 120 | 169 | 140 | 105 | 41 | 82 | 28 |
ACA
@ 4 Unzen | 212 | 168 | 54 | 102 | 54 | 57 | 19 | 40 | 10 |
ACA
@ 6 Unzen | 94 | 156 | 43 | 45 | 77 | 28 | 9 | 38 | 10 |
ACA
@ 8 Unzen | 138 | 252 | 34 | 31 | 21 | 18 | 13 | 8 | 8 |
-
Beispiel VI
-
Es
wurde ein Satz von Feldversuchen durchgeführt, um die relative Wirkung
auf das Wasserabweisungsvermögen
bei Boden, der mit ACA, dem Methylether des Methyloxiran-Oxiran-Copolymers
von Beispiel I realisierbar ist, gegenüber a) einer Kontrolle und
b) derjenigen, die mit einem handelsüblichen Surfactant erhalten
wird, welches ein Produkt ist, das 100% Hydroxy-terminierte polymere
Polyoxyalkylene ist (Vergleichsprodukt 3, im Folgenden als CP3 bezeichnet),
zu vergleichen. CP3 wurde mit einer Rate von 6 Unzen/1000 Quadratfuß angewendet,
und ACA wurde in Raten von 2, 4 und 6 Unzen/1000 Quadratfuß angewendet.
Dieser Versuch wurde an einer USGA-Spezifikations-Sandwurzelzone,
die wasserabweisend war, durchgeführt. Der Rasentyp war Straußgras. Über einen
Zeitraum von vier bis viereinhalb Monate wurden 2000 Einzeldatenpunkte
alle zwei Wochen gesammelt, etwa 18.000 Datenpunkte insgesamt. Die
Infiltrationszeiten für
die Proben wurden durch das MED-Verfahren bestimmt. Die aus diesen
Feldversuchen gemittelten Resultate sind in Tabelle VI angegeben
und in
2 als Wasserabweisungsvermögen (Molarität) versus
Daten graphisch dargestellt. Tabelle VI Wasserabweisungsvermögen (Molarität)
Produkt/Datum | Jun
8 | Jun 22 | Jul
6 | Jul 20 | Aug 3 | Aug 17 | Aug 31 | Sep 14 | Sep 28 | Okt 12 | Okt 26 |
Kontrolle | 3,8 | 3,7 | 2,9 | 2,3 | 3,1 | 3,7 | 3,4 | 3,1 | 3,6 | 3,5 | 3,6 |
CP3
@ 6 Unzen | 3,7 | 3,0 | 2,4 | 2,1 | 2,5 | 2,7 | 2,3 | 2,5 | 2,9 | 3,2 | 3,2 |
ACA
@ 2 Unzen | 3,7 | 3,3 | 2,9 | 2,2 | 2,5 | 2,4 | 2,3 | 2,3 | 2,7 | 2,9 | 3,0 |
ACA
@ 4 Unzen | 3,6 | 2,2 | 2,0 | 1,4 | 2,1 | 1,5 | 2,1 | 1,8 | 2,1 | 2,6 | 2,9 |
ACA
@ 6 Unzen | 3,7 | 1,9 | 1,9 | 1,0 | 1,7 | 1,3 | 1,5 | 1,5 | 1,9 | 2,2 | 2,7 |
-
Die
Beispiele V und VI veranschaulichen die Überlegenheit des Methylethers
des Methyloxiran-Oxiran-Copolymers gegenüber den CP2- und CP3-Technologien
bei der Verringerung und der Behandlung des Boden-Wasserabweisungsvermögens. Die
Alkylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymere dieser Erfindung können in
deutlich niedrigeren Raten als die der CP2- und CP3-Surfactants ausgebracht bzw.
angewendet werden und erreichen noch eine Leistungsfähigkeit,
die gleich derjenigen solcher im Handel verfügbaren Copolymer-Surfactants
ist und diese sogar übersteigt.
Die Versuche zeigen auch, dass die Wirksamkeit bei der Verringerung
des Boden-Wasserabweisungsvermögens
mit der Behandlungsrate in Korrelation steht, d.h., wenn die Rate
des Methylethers des Methyloxiran-Oxiran-Copolymers zunimmt, nimmt
auch die Wirksamkeit bei der Verringerung des Boden-Wasserabweisungsvermögens zu.
-
Beispiel VII
-
Ein
viermonatiger Feldversuch wurde an einem Rasen auf wasserabweisendem
Sand, angelegt entsprechend den Spezifikationen der U.S. Golf Association
(USGA), durchgeführt.
Der Rasentyp war Straußgras.
Der Versuch wurde entwickelt, um die Wirksamkeit von ACA im Vergleich
zu der, die durch die Verwendung eines handelsüblichen Surfactant bei der
Bereitstellung einer Verringerung des Wasserabweisungsvermögens über eine
Saison für
dieses anfänglich
wasserabweisende Rasenmedium zu bestimmen. Das im Handel verfügbare Vergleichs-Surfactant war eine
Zusammensetzung, von der angenommen wird, dass sie eine Mischung
90:10 eines Hydroxy-terminierten, geradkettigen Methyloxiran-Oxiran-Copolymers
mit 10% Hydrophilie, einem Molekulargewicht von etwa 2.000 und einem
HLB-Wert von 3 und einem Alkoholethoxylat ist. Dieses im Handel
verfügbare
Surfactant wird im Folgenden als Vergleichsprodukt 4 aka CP4 identifiziert.
ACA wurde während
der Jahreszeit (Saison) viermal mit 4 Unzen/1000 Quadratfuß aufgebracht.
CP4 wurde mit einer Rate von 8 Unzen/1000 Quadratfuß zum Beginn
des Versuchszeitraums und eine Woche später angewendet bzw. aufgebracht.
Die Resultate für
das Wasserabweisungsvermögen
dieser Tests über
die viermonatige Saison, bestimmt durch das MED-Verfahren, sind
in Tabelle VII unten angegeben und in
3 graphisch
dargestellt. Tabelle VII
Produkt/Wochen | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
Kontrolle | 2,9 | 2,8 | 2,9 | 2,7 | 2,8 | 2,9 | 2,6 | 2,6 | 2,7 | 2,9 | 3,0 |
CP4 | 3,0 | 0,8 | 1,4 | 1,6 | 1,7 | 2,0 | 2,3 | 2,3 | 2,3 | 2,7 | 2,6 |
ACA | 3,0 | 1,8 | 2,5 | 1,2 | 1,7 | 1,1 | 1,4 | 1,4 | 1,8 | 1,9 | 2,4 |
-
Obgleich
die Behandlung mit höherer
Rate im Allgemeinen eine größere Anfangsverringerung
beim Bodenabweisungsvermögen
lieferte, nahm ihre Wirksamkeit mit Fortschreiten der Saison eher
schnell ab.
-
Die
obigen Resultate sind für
die verstärkte,
länger
anhaltende Reduzierung des Wasserabweisungsvermögens typisch, welche durch
die Verwendung von mehreren Anwendungen mit niedriger Rate mit den
Alkylethern von Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren erreicht werden
kann, im Gegensatz zu getrennten Anwendungen mit hoher Rate einer
Surfactant-Formulierung eines handelsüblichen Hydroxy-terminierten
Methyloxiran-Oxiran-Copolymers.
-
Beispiel VIII
-
Es
wurden Feldversuche an einer wasserabweisenden Rasenmischung gemäß USGA-Spezifizierung durchgeführt, um
zu bestimmen, ob die Alkylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren dieser
Erfindung eine messbare Wirkung auf die Qualität des Pflanzenwachstums haben
und, wenn dies der Fall ist, zu welchem Ausmaß. Zu Vergleichszwecken wurden
auch Resultate für
Parzellen ohne Surfactant-Behandlung und für Parzellen, die Ausbringungen
bzw. Anwendungen von CP2 erhalten hatten, gemessen. Der Rasen, der
Gegenstand der Versuche war, war ursprünglich mit "Crenshaw"-Flechtstraußgras gesät worden. Die Resultate sind
in den Tabellen VIIIA, VIIIB und VIIIC angegeben und graphisch in
den
4 bis
6 dargestellt, die das "Qualitäts"-Rating für den Rasen
alle zwei Wochen nach Behandlung (WAT) zeigen. Die Anwendungsraten bzw.
Ausbringungsraten waren wie in den Tabellen und Figuren angegeben.
Jedes Surfactant wurde während der
Jahreszeit bzw. der Saison viermal angewendet. Tabelle VIIIA
Produkt/WAT | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
Kontrolle | 6,9 | 6,3 | 6,5 | 6,1 | 5,5 | 5,6 | 5,4 | 5,4 | 5,6 | 5,6 |
CP2
@ 4 Unzen | 7,3 | 6,8 | 6,8 | 6,9 | 6,8 | 6,5 | 6,6 | 6,4 | 6,3 | 6,5 |
CP2
@ 6 Unzen | 7,1 | 6,8 | 6,9 | 6,9 | 6,8 | 6,5 | 6,8 | 6,6 | 6,4 | 6,4 |
ACA
@ 2 Unzen | 7,3 | 6,9 | 6,9 | 6,8 | 6,4 | 6,3 | 6,6 | 6,4 | 6,3 | 6,3 |
ACA
@ 4 Unzen | 7,1 | 7,3 | 6,9 | 6,9 | 6,5 | 6,8 | 6,8 | 6,8 | 6,6 | 6,4 |
ACA
@ 6 Unzen | 7,1 | 7,0 | 7,1 | 7,4 | 7,4 | 7,1 | 7,1 | 7,4 | 7,0 | 6,9 |
-
Tabelle
VIIIB und Tabelle VIIIC zeigen zusammen mit ihren jeweiligen graphischen
Darstellungen, die in den
5 und
6 gezeigt
sind, die Anzahl an Wochen nach Behandlung in Zwei-Wochen-Intervallen,
die der Straußgras-Rasen
ein Qualitäts-Rating
von 6,5 oder höher
bzw. 7,0 oder höher
aufrecht hielt. Tabelle VIIIB
Produkt | Wochen
nach Behandlung mit Qualitäts-Rating
von 6,5 oder höher |
Kontrolle | 2 |
CP2
@ 6 Unzen | 16 |
ACA
@ 2 Unzen | 8 |
ACA
@ 4 Unzen | 18 |
ACA
@ 6 Unzen | 20 |
Tabelle VIIIC
Produkt | Wochen
nach Behandlung mit Qualitäts-Rating
von 7,0 oder höher |
Kontrolle | 1 |
CP2
@ 6 Unzen | 2 |
ACA
@ 2 Unzen | 2 |
ACA
@ 4 Unzen | 4 |
ACA
@ 6 Unzen | 18 |
-
Die
obigen Resultate zeigen die signifikante Verbesserung der Rasenqualität, die durch
die Alkylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren der vorliegenden
Erfindung erhalten und aufrecht erhalten werden können, im
Vergleich zu den Resultaten, die mit den engsten Methyloxiran-Oxiran-Copolymer-Homologen,
d.h., den Hydroxy-terminierten Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren, erhalten
werden. Wenn die Anwendungsrate erhöht wird, nimmt nicht nur das
Qualitäts-Rating
zu, sondern das Qualitäts-Rating
erhöht
sich bei Raten von vier und sechs Unzen pro 1000 Quadratfuß dramatisch.
Bei einer Rate von sechs Unzen wurde eine ausgezeichnete Rasenqualität für über vier
Monate aufrecht erhalten, was von äußerster wirtschaftlicher Bedeutung
und äußerst überraschend
ist.
-
Beispiel IX
-
Es
wurden Feldstudien an Rasenparzellen durchgeführt, die aus nativem Sandboden
bestanden, um die Wirkungen von Ausbringungen der Alkylether der
Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren
der vorliegenden Erfindung auf lokale trockene Flecken (Local Dry
Spots (LDS)) zu bestimmen. Zum Vergleich wurden außer für keine
Behandlung weitere Diagramme erstellt, d.h., Kontrolldiagramme und
solche für
Behandlungen mit CP2-Surfactant-Zusammensetzungen mit 6 Unzen pro
1000 Quadratfuß Fläche. Das
ACA-Surfactant wurde in den in Tabelle IX angegebenen Raten angewendet.
Die Behandlungen wurden monatlich über vier Monate angewendet.
Der Anfangsprozentwert der Parzellen, die die lokalen trockenen
Flecken enthielten, wurde mit 6% bestimmt. Die Messungen des LDS-Prozentwerts
wurden über
einen Zeitraum von zweieinhalb Monaten von Juni bis September durchgeführt. Tabelle
IX gibt die durchschnittlichen LDS-Level an, die am Ende der Versuche
beobachtet wurden. Tabelle IX
Produkt | Finale
lokale trockene Flecken (Prozentwerte) |
Kontrolle | 11 |
CP2
@ 6 Unzen | 6,7 |
ACA
@ 2 Unzen | 2,0 |
ACA
@ 4 Unzen | 1,0 |
ACA
@ 6 Unzen | 1,5 |
-
Offensichtlich
gelang es dem Methylether des Methyloxiran-Oxiran-Copolymers der
vorliegenden Erfindung, den Prozentwert der lokalen trockenen Flecken
in den getesteten Parzellen signifikant zu verringern, wodurch die
Gleichmäßigkeit
und Konsistenz des Rasens verbessert wurde. Es sollte betont werden,
dass die ACA-Anwendungen mit 2 Unzen pro 1000 Quadratfuß Fläche eine
LDS-Bekämpfung
lieferten, die derjenigen weit überlegen
war, die durch das handelsübliche
Surfactant CP2 mit 6 Unzen pro 1000 Quadratfuß Fläche erreicht wurde.
-
Beispiel X
-
Chemien,
die das Boden-Wasserabweisungsvermögen tief im Boden verringern,
verstärken
die Wasserbewegung von der Oberfläche des Bodens und tiefer zu
der Wurzelzone der Pflanzen. Diese Feuchtigkeitspenetration ist
ein hochwünschenswertes
Attribut bei jedem Pflanzenwachstumsmedium, und so wurde eine Reihe
von Tests entwickelt, um zu bestimmen, wie wirksam die Alkylether
der Methyloxiran-Oxiran-Copolymere dieser Erfindung im Vergleich
zu den CP2- und CP4-Surfactants dahingehend sind, dass sie die Penetration
von Oberflächenwasser
in den Boden fördern.
-
Eine
Reihe von Feldparzellen wurde mit einem wasserabweisenden Grün, das gemäß den USGA-Spezifikationen
angelegt worden war, entwickelt, und nachdem Kontrollparzellen identifiziert
worden waren, wurden bestimmte Parzellen mit CP2 (4 und 6 Unzen/1000
Quadratfuß,
angewendet monatlich über
4 Monate) behandelt; andere Parzellen wurden bei Versuchsbeginn
und eine Woche später
mit CP4 mit einer Anwendungsrate von 8 Unzen/1000 Quadratfuß behandelt,
und der Rest der Parzellen wurde mit ACA mit Anwendungsraten bzw.
Ausbringungsraten von 2, 4, 6 und 8 Unzen/1000 Quddratfuß monatlich
für 4 Monate
behandelt. Alle zwei Wochen nach Versuchsbeginn und während des
gesamten Versuchszeitraums von 20 Wochen wurden WDPT-Messungen in
1 cm-Intervallen angesammelten Bodenkernen durchgeführt, um
die tiefste Tiefe in Zentimeter zu bestimmen, bei der die Benetzung
deutlich schneller war als bei der Kontrolle. Die Resultate dieser
Tests, die die oben definierten Messungen in 14 Tage-Intervallen für jede Behandlung
angeben, sind unten in Tabelle X angegeben.
-
Die
folgende Bezeichnung gibt die tiefste Stelle am Kern an, die sich
deutlich von der unbehandelten Kontrolle unterschied; "0" gibt den oberen Teil des Kerns an der
Luft/Thatch-Grenzfläche an,
und ein negativer Wert gibt die tiefste fortlaufende Tiefe (in Zentimetern)
an, bei der das Wasserabweisungsvermögen signifikant niedriger ist
als bei der Kontrolle. Tabelle X
Produkt/DAT | 14 | 28 | 42 | 56 | 70 | 84 | 98 | 112 | 126 | 140 |
|
CP2
@ 4 Unzen | –2 | –3 | 0 | 0 | –2 | –1 | –2 | –4 | 0 | –3 |
CP2
@ 6 Unzen | –2 | 0 | 0 | 0 | –2 | –2 | –2 | –4 | 0 | –2 |
CP4
@ 8 + 8 Unzen | –4 | –2 | 0 | 0 | –2 | –1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
ACA
@ 2 Unzen | 0 | 0 | 0 | 0 | –2 | –4 | –1 | –2 | –1 | –2 |
ACA
@ 4 Unzen | –2 | –1 | –1 | –1 | –2 | –2 | –4 | –4 | –4 | –3 |
ACA
@ 6 Unzen | –2 | –1 | –1 | –2 | –4 | –4 | –4 | –4 | –4 | –3 |
ACA
@ 8 Unzen | –3 | –3 | –1 | –3 | –4 | –4 | –4 | –4 | –4 | –3 |
-
Die
Resultate der Tiefen-Messungsversuche zeigen, dass Alkylether von
Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren
das Aufnahmevermögen
für Feuchtigkeit
tiefer in Bodenmatrizes verbessern; und die Böden befeuchten sich leichter
und über
einen längeren
Zeitraum als bei Verwendung der CP2- und CP4-Technologien.
-
Beispiel XI
-
Um
die Fähigkeit
der Alkylether der Copolymere dieser Erfindung, Bodenmatrizes zu
durchdringen und ein verringertes Wasserabweisungsvermögen bei
substanziellen Tiefen unterhalb der Oberfläche zu charakterisieren, wurde
eine Reihe von Tests an wasserabweisenden Grüns gemäß USGA-Spezifikation mit Anwendungen
von ACA und CP1 durchgeführt,
wobei beide mit einer Rate von 8 Unzen pro 1000 Quadratfuß in zwei
Ausbringungen, jeweils im Abstand von einer Woche, angewendet wurden. "Molarity of Ethanol Drop"-Tests wurden an
Proben durchgeführt,
die in verschiedenen Tiefen, d.h., 0-1 cm und 1-2 cm, von behandeltem
Boden (und unbehandelter Kontrolle) alle zwei Wochen über einen
Gesamttestzeitraum von 20 Wochen genommen wurden. Die MED-Resultate
sind in Tabelle XI für
jede Tiefe und Behandlung im Vergleich zu der unbehandelten Kontrolle
angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Buchstabensuffizes,
die die MED-Werte begleiten, nicht identisch sind, man mit einem
95% Konfidenzlevel feststellen kann, dass die Zahlen signifikant
unterschiedlich sind. Tabelle XI
Produkt/Wochen | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
Tiefe:
0-1 cm | | | | | | | | | | |
CP1 | 0
c | 1,5
b | 1,4
b | 1,4
b | 2,0
b | 2,1
b | 2,2
a | 2,4
a | 2,7
a | 2,8
a |
ACA | 0,1
b | 1,3
b | 1,2
b | 1,4
b | 1,7
b | 2,1
b | 2,0
a | 1,9
b | 2,5
a | 2,5
a |
Kontrolle | 2,8
a | 2,9
a | 2,7
a | 2,8
a | 2,9
a | 2,6
a | 2,6
a | 2,7
a | 2,9
a | 3,0
a |
|
Tiefe:
1-2 cm | | | | | | | | | | |
CP1 | 0,2
b | 0,5
b | 0,5
b | 0,1
b | 0,5
b | 1,1
a | 1,3
a | 0,7
b | 1,1
a | 1,0
a |
ACA | 0,1
b | 0,4
b | 0,5
b | 0,2
b | 0,8
b | 0,8
b | 1,0
a | 0,7
b | 1,2
a | 1,2
a |
Kontrolle | 1,4
a | 1,4
a | 1,3
a | 1,5
a | 1,4
a | 1,5
a | 1,4
a | 1,5
a | 1,4
a | 1,4
a |
-
Sowohl
CP1 als auch ACA verringerten das Boden-Wasserabweisungsvermögen in den
Tiefen mit 0-1 und 1-2 cm in der Wurzelzone. In der Tiefe mit 0-1
cm war CP1 (im Vergleich zur Kontrolle) bei 6 von 10 Messdaten (bis
zu 12 Wochen) wirksam, während
ACA bei insgesamt 7 von 10 Daten (bis zu 12-16 Wochen) wirksam war.
Tiefer in der Wurzelzone (1-2 cm) wurde das Boden-Wasserabweisungsvermögen durch
CP1 bei 6 von 10 Daten signifikant reduziert, wohingegen ACA das
Wasserabweisungsvermögen
bei 7 von 10 Daten verringerte. In beiden Fällen lieferte ACA eine länger andauernde
Leistungsfähigkeit
als die nicht-modifizierte Version. Diese längere Leistungsfähigkeit
ist wahrscheinlich durch die langsamere Rate des biologischen Abbaus für ACA bedingt.
-
Beispiel XII
-
Es
wurde bewiesen, dass ACA langsam biologisch abgebaut wird (30-40% über 28 Tage).
Der folgende Assay soll die Folge davon auf die Surfactant-Leistungsfähigkeit
in behandelten Böden
bestimmen.
-
Ein
wiederholter Versuch wurde an einem Straußgras mit Fairway-Höhe, das
auf einem sandigen Boden in der Übergangszone
gewachsen war, durchgeführt.
Surfactant-Anwendungen wurden monatlich, beginnend im frühen Mai,
dann in Intervallen von etwa 28 Tagen für die nächsten vier Monate mit der
letzten Ausbringung im späten
September angewendet. Sechs Monate später (März) wurden Bodenkernproben
aus behandelten und unbehandelten Parzellen entnommen und das Boden-Wasserabweisungsvermögen wurde durch
WDPT bestimmt.
-
Die
folgende Tabelle XII gibt die Resultate des WPDT-Tests in der 0,1
cm-Region des Bodenprofils an. Es wird betont, dass, wenn Buchstabensuffizes,
die die zweiten WPDT-Werte begleiten, nicht identisch sind, man
mit einem 95%-Konfidenzlevel feststellen kann, dass die Zahlen signifikant
verschieden sind. Tabelle XII
Produkt | WPDT-Werte
(s) | 95%
Konfidenzlevel |
Kontrolle | 111,4 | b |
CP2
@ 4 Unzen | 78,5 | ab |
CP2
@ 6 Unzen | 52,8 | ab |
ACA
@ 2 Unzen | 49,2 | ab |
ACA
@ 4 Unzen | 28,3 | a |
ACA
@ 6 Unzen | 20,7 | a |
ACA
@ 8 Unzen | 27,1 | a |
-
Sechs
Monate nach der letzten Behandlungsausbringung wurden statistisch
signifikante Unterschiede (LSD, p = 0,1) beim Boden-Wasserabweisungsvermögen zwischen
Behandlungen beobachtet. Das Boden-Wasserabweisungsvermögen bei
mit CP2 (4 Unzen und 6 Unzen/1000 Quadratfuß) und ACA (2 Unzen/1000 Quadratfuß) behandelten
Böden war
statistisch äquivalent
zu der unbehandelten Kontrolle. Allerdings wurde bei Böden, die
mit höheren
Raten an ACA (4 Unzen/1000 Quadratfuß oder mehr) behandelt wurden,
wurde ein signifikant niedrigeres Boden-Wasserabweisungsvermögen gefunden. Die Bedeutung
dieser Feststellung ist, dass Böden,
die fünf "In Saison"-Behandlungen von
ACA mit 4 Unzen oder höher
erhalten, während
der Wintermonate benetzbar bleiben werden, wenn Berieselungssysteme
abgestellt sind. Agronomisch und hydrologisch gibt die beobachtete "Langzeit"-Verringerung des
Boden-Wasserabweisungsvermögens
klar an, dass durch diese Chemie der kritische Wassergehalt über längere Zeiträume modifiziert
werden kann. Dies bedeutet, dass ein Regenfall, der auftreten kann,
ein höheres
Potential hat, behandelte Böden
wirksam und schnell zu infiltrieren. In Regionen, in denen es Wasserbeschränkungen
gibt, oder bei Trockenheit kann diese Erhöhung der Benetzbarkeit einen
beachtlichen Einfluss auf die Wasserkonservierung und die Wiederbeladung
der Wurzelzone haben.
-
Wenn
man versucht, die Wasser-Inputs zu maximieren und die Outputs zu
beschränken,
können
die indirekten Folgen dieser Beobachtungen auf die Erfindung heftig
sein.
-
Beispiel XIII
-
Drei
Bodenparzellen mit 8' × 10', die ein Fairway-Rasengras
enthalten, das auf einem sandigen nativen Boden gewachsen war, wurden über einen
Zeitraum von zweieinhalb Monaten ausgewählt und beobachtet. Bei Beginn
des Testzeitraums wurde eine Parzelle mit CP2-Surfactant in einer Rate von 6 Unzen
pro 1000 Quadratfuß behandelt;
die zweite Parzelle erhielt eine Anwendung bzw. Ausbringung von
ACA-Surfactant, ebenfalls mit 6 Unzen/1000 Quadrat fuß; und die
dritte Parzelle blieb als Kontrolle unbehandelt. Während des gesamten
Testzeitraums wurden kontinuierliche Messungen des natürlichen
als Regen fallenden Niederschlags, den die Flächen erhielten, sowie des Bodenwassers
in Volumenprozent bei einem Level 4 cm unter der Oberfläche durchgeführt. Die
Resultate der kontinuierlichen Daten-Auftragungen sind in 7 gezeigt. Darüber hinaus
wurde die Gesamtmenge der Wasserzunahme, die während des gesamten Versuchszeitraums
realisiert wurde, ausgedrückt
in Millimeter Wasser, gemessen und für vier verschiedene Schichten
des Bodens errechnet, d.h., in der Schicht 0-7 cm, der Schicht 7-15
cm, der Schicht 15-25 cm und der Schicht 25-35 cm. Diese Daten sind
im Balkendiagramm in 8 dargestellt.
-
Es
wurde beobachtet, dass selbst bei zahlreichen Niederschlagstagen
der Boden beim 4 cm-Level in der unbehandelten Parzelle bis zu dem
Punkt getrocknet war, bei dem er unfähig war, mit Wasser allein
wieder befeuchtet zu werden, d.h., er hatte den kritischen Wassergehalt
erreicht. Bei den Parzellen, die mit den Surfactants behandelt worden
waren, erhöhte
sich jedoch nach jedem Niederschlagsereignis der Volumenprozentwert
des Wassers im Boden, d.h., der Boden wurde wieder befeuchtet. Beide
Surfactants waren fähig,
die CWC-Level des Bodens zu modifizieren.
-
Interessanterweise
war bei jedem neuen Niederschlagsereignis das Wasservolumen, das
von dem Boden gehalten wurde, welcher mit der Hydroxy-terminierten
CP2-Surfactant-Zusammensetzung
behandelt worden war, am Anfang mehr als das in dem Boden, der mit
dem Alkylether-ACA-Copolymer behandelt worden war; allerdings fielen
die zuerst genannten Level in einem kurzen Zeitraum ab und die Wasservolumenlevel wurden
in den zwei behandelten Parzellen vergleichbar.
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Die
Daten von 8, welche die gesamte Zunahme
an Wasser während
des Testzeitraums in vier Schichten widerspiegeln, bestätigten die
obige Beobachtung beim 4 cm-Level. Das CP2-Surfactant machte es möglich, dass
der Boden mehr Wasser zurückhielt,
wenn über
den gesamten Testzeitraum gemessen wurde, als der Boden, der mit
dem ACA-Surfactant behandelt worden war.
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Man
würde erwarten,
dass das zusätzliche
Wasser die Rasenqualität
und -dichte erhöhen
würde;
es wurde allerdings beobachtet, dass dies überraschenderweise nicht der
Fall war. Das Qualitäts-Rating
des Rasens, der in dem Boden gewachsen war, der mit dem Alkylether
des Methyloxiran-Oxiran-Copolymer ACA behandelt worden war, war
demjenigen des Rasens, der in dem Boden gewachsen war, der mit CP2,
dem Hydroxyl-terminierten Methyloxiran-Oxiran-Copolymer, behandelt worden war, weit überlegen.
-
Um
die visuellen Beobachtungen objektiv zu bestätigen, wurden 50 cm × 50 cm-Flächen auf
jeder der Testparzellen skizziert, und es wurde eine physikalische
Zählung
der Anzahl der Grasschösslinge
pro Quadratinch für
jede Fläche
durchgeführt.
Die Resultate waren eindrucksvoll, wie es in der folgenden Tabelle
XII gezeigt ist. Tabelle XII
Rasenparzelle | Schösslinge
pro Quadratinch |
Kontrolle | 7 |
CP2-behandelt
@ 6 Unzen/1000 Quadratfuß | 14 |
ACA-behandelt
@ 6 Unzen/1000 Quadratfuß | 21 |
- i) Obgleich beide, die CP2-Surfactant-Zusammensetzung
und die ACA-Surfactant-Zusammensetzung,
fähig waren,
das Wasserabweisungsvermögen
des Bodens zu verringern und den kritischen Wassergehalt des Bodens
zu modifizieren; und ii) die mit ACA behandelten Böden weniger
Wasser, ausgedrückt
als Volumen, als die CP2-behandelten Böden hielten, waren die Rasenqualität und -dichte
bei dem mit ACA behandelten Boden signifikant besser als die, die
mit CP2-behandeltem Boden erreicht wurden. Mit anderen Worten, die
C1- bis C4-Alkylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymere
verbessern, wenn sie zu Boden gegeben werden, die Pflanzenwachstumscharakteristika
des Bodens signifikant und in unerwarteter Weise.
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Eine
Analyse des Bodenwassergehalts zeigte auch an, dass in der 5 cm-Tiefe
in horizontalen Ebenen ein sehr homogener Feuchtigkeitsgehalt bei
den mit ACA behandelten Böden
existierte, d.h., 90% der Messungen des Feuchtigkeitsgehalts lagen
im Bereich von 16 bis 24 Volumenprozent. Zufällig entspricht dies ziemlich
genau der USGA-Empfehlung für
physikalische Eigenschaften von 15-25% Feuchtigkeitsgehalt in der Wurzelzone.
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Obgleich
die Erfinder keine Bindung oder Beschränkung auf das Folgende eingehen
möchten,
wird angenommen, dass die in den Beispielen bereitgestellten experimentellen
Daten, die oben angegeben sind, anzeigen, dass eine Reihe von das
Wachstum begünstigenden
Charakteristika und/oder Eigenschaften von Böden, die mit Alkylethern der
Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren
behandelt wurden, unerwartet verstärkt worden waren.
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Zu
Beginn legen die Mikroextraktionsresultate in Beispiel I stark nahe,
dass die Alkylether-Copolymere dieser Erfindung bestimmte Komponenten
im Boden möglicherweise
Nährstoffverbindungen
für die
Pflanzen solubilisierten. Die Beispiele II, III, IV, X, XI, XII
und XIII zeigen schnelle und penetrierende Wiederbenetzungseigenschaften,
die mit den Alkylether-Copolymeren
assoziiert sind, die jedoch keine übermäßigen Wassermengen im Boden
halten, d.h., der Boden wird möglicherweise
besser durchlüftet
als gesättigter,
wasserdurchtränkter
Boden – ein
allgemeiner Mangel, der mit der Verwendung von vielen agrochemischen
Surfactants verbunden ist.
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In
der Summe und als Resultate dieser Phänome wird angenommen, dass,
wenn die Alkylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymere dieser Erfindung
zu dem Pflanzenwachstumsmedium gegeben werden, das Medium, das die
Pflanzenwurzelzone umgibt und in dieser ist, durch schnelles und
gleichmäßiges Bereitstellen von
zusätzlichen
solubilisierten Nährstoffen
mit ausreichend Feuchtigkeit verstärkt wird, i) um kontinuierlich Wasser
per se der Pflanze zuzuführen
und ii) um als Transportmechanismus für die zusätzlich solubilisierten Nährstoffe
zu dienen. Alternativ oder zusätzlich
können
die Alkylether der Copolymere die Wurzeltransportmechanismen direkt
beeinträchtigen.
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Es
wird auch nahe gelegt, dass die Charakteristika dieser Alkylether-Copoylmere
der langsamen Freisetzung, wie sie oben diskutiert wurden, auch
zu der erhöhten
Qualität
und Dichte der Pflanzen, zur Kontinuität der Konzentration im Boden
mit seinen erwarteten Verstärkungseigenschaften
beitragen, den Stress vermeiden, den Pflanzen bei einer schnellen
und/oder konstanten Umgebungsveränderung
durchmachen.
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Es
wird antizipiert, dass die Alkylether der Methyloxiran-Oxiran-Copolymeren
dieser Erfindung auch mit Boden-Wirkstoffen oder auf den Boden gerichteten
Pestiziden vermischt werden können.
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Es
wird auch antizipiert, dass die flüssigen Zusammensetzungen der
vorliegenden Erfindung auch in fester Form, z.B. in Pulverform oder
Granulatform, verwendet werden können,
indem sie entweder mit inertem Füllstoffmaterial,
biologischen Wirkstoffen, z.B. Pestiziden, und/oder anderen Additiven,
z.B. Adjuvantien, in Verfahren, die dem Fachmann auf dem Gebiet
der wasserdispergierbaren oder trocken ausbringbaren Agrochemikalien
bekannt sind, versetzt und/oder vermischt werden. Auf diese Weise
können
die Zusammensetzungen in fester Form in das Pflanzenwachstumsmedium
abgegeben werden, und es kann eine zusätzliche Kontrolle der Freisetzung
der Zusammensetzungen erreicht werden, wenn diese gewünscht wird.