DE69921297T2

DE69921297T2 - Pflanzenwachstumsmedium mit hydrophilem Membrane und Verwendung der Membrane zur Kontrolle der Feuchtigkeit

Info

Publication number: DE69921297T2
Application number: DE69921297T
Authority: DE
Inventors: Mark Christopher Ripe Village TONKIN; Andrew Mark Hemel Hempstead YOUNG; Norbert Olaf KIRCHNER
Original assignee: Design Technology and Innovation Ltd; EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Design Technology and Innovation Ltd; EIDP Inc
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: KR100856177B1; EP1362833A3; DE69928139D1; EP1290930A1; EP2028159A3; JP2002502689A; CL2010000731A1; SA99200324B1; EP1051354B1; CA2319736A1; DE69925386D1; PT1051354E; TR200002249T2; KR100635397B1; DE69921297D1; EP1291322B1; ES2254603T5; EP1614974A1; PT1291322E; ES2229678T3

Description

HINTERGRUND
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Pflanzenwachstumsmedium mit kontrollierter Feuchtigkeit und betrifft insbesondere die Verwendung einer hydrophilen Membran zur Kontrolle des Feuchtigkeitsgehalts eines Wachstumsmediums zur Aufzucht von Pflanzen oder Feldfrüchten.
2. BESCHREIBUNG DES FACHGEBIETS
Es gibt bekannte Verfahren zur Reinigung von Wasser, und die Art des verwendeten Verfahrens hängt von der Natur und der Menge der Verunreinigungen in dem Wasser ab. Zum Beispiel können Verunreinigungen sowohl in teilchenförmiger Form als auch in Lösung aus dem Wasser entfernt werden müssen. Das Ziel ist, das Wasser so zu reinigen, daß es hinreichend geringe Mengen suspendierter Teilchen, suspendierter Mikroben und gelöster Salze enthält, um den Qualitätsanforderungen an Wasser zum Trinken, für die Herstellung von Nahrungsmitteln und Getränken, für landwirtschaftliche Bewässerung und für industrielle Verwendung zu entsprechen.
Verfahren für die Reinigung von Wasser werden gewöhnlich als Filtration, Destillation oder Umkehrosmose klassifiziert. In herkömmlichen Verfahren der Teilchenfiltration werden Verunreinigungen in teilchenförmiger Form, wie beispielsweise suspendierte anorganische Teilchen, entfernt, indem poröse Konstruktionen, wie beispielsweise gewebte oder vliesartige Stoffe verwendet werden. In Fällen, in denen sehr kleine Teilchen filtriert werden müssen, werden Polymermembrane verwendet, welche mikroporös sind, daß heißt, die Membrane haben sehr kleine Löcher, durch welche die teilchenförmigen Stoffe, die filtriert werden sollen, nicht hindurchtreten können.
Wässerige Lösungen, die gelöste Salze enthalten, werden gewöhnlich durch Umkehrosmose oder Destillation gereinigt. Wenn die wässerige Lösung in der Form von Meerwasser oder Brackwasser ist, sind diese Verfahren im allgemeinen als Entsalzung bekannt. Das Verfahren der Umkehrosmose beruht auf der Anwendung von Druck auf Lösungen von Ionen durch eine semipermeable Wand hindurch. Wenn der angelegte Druck größer als der osmotische Druck der Lösung ist, wird gereinigtes Wasser von der Seite der Membran gesammelt, die nicht in Kontakt mit der Lösung ist. Umkehrosmosemembrane lassen Wasser durch sie hindurchtreten, aber weisen den Durchtritt von Salzionen zurück. In der Realität tritt ein kleiner Prozentsatz, das heißt 1%, von Meersalzen durch die Membrane hindurch. Die US-Patentschrift 5547586 offenbart ein Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser und Brackwasser unter Verwendung einer enzymunterstützten Membran. Im Gegensatz zu Umkehrosmose können Destillationsverfahren unter Verwendung von Meerwasser oder Brackwasser Wasser mit einer sehr geringen Menge von suspendierten Teilchen und gelösten Feststoffen ergeben. Jedoch bedeutet die hohe latente Verdampfungswärme von Wasser, daß Destillationsverfahren eine hohe Energiezufuhr erfordern und deshalb verglichen mit Umkehrosmoseverfahren im allgemeinen mit höheren Kosten arbeiten.
Es ist aus der US-Patentschrift 4725481 bekannt, daß ein Copolyetheresterelastomer verwendet werden kann, für sich allein oder als Teil einer Zweikomponentenfolie aus einer hydrophoben Schicht und einer hydrophilen Schicht von Copolyetheresterelastomeren, die miteinander verbunden sind, um die differentielle Überführung von Wasserdampf zu gestatten, um den Aufbau von Feuchtigkeit wie beispielsweise in einem chirurgischen Abdecktuch oder in wasserdichter Bekleidungsausstattung zu verhindern.
Die US-Patentschrift 5595662 offenbart eine Vorrichtung zur Wasserreinigung, umfassend ein Kompartiment zum Aufnehmen einer Versorgung mit unreinem Wasser; eine Zone zur Sammlung von gereinigtem Wasser und eine dichte hydrophile Membran zurischen dem Kompartiment und der Zone zur Sammlung von gereinigtem Wasser.
Die US-Patentschrift 5657577 offenbart ein Mikrovermehrungsverfahren der Aufzucht von Pflänzchen in einem flüssigen Medium innerhalb eines Behälters unter sterilen Bedingungen.
JP 09220002 offenbart ein Verfahren zum Keimen von Samen, wobei die Samen für eine Zeit und bei einer Temperatur hydratisiert werden, die lang und hoch genug sind, um die Energie der Samen zu vergrößern, aber nicht genug, um die Samen zu keimen. Die Samen werden hydratisiert, vorzugsweise indem die Samen in einen Behälter, erzeugt aus für Wasser absorptionsfähigem Flächenmaterial, getan werden und der Behälter in Bewegung gesetzt wird.
Die US-Patentschrift 4978505 offenbart ein automatisiertes System zur Aufzucht von Pflanzenmaterial.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pflanzenwachstumsmedium mit kontrollierter Feuchtigkeit, umfassend ein Wachstumsmedium und eine hydrophile Membran, umfassend eine oder mehrere Schichten von Polymeren, durch welche Wasser, enthaltend mindestens eines von suspendierten Feststoffen, gelösten Feststoffen, Schadstoffen, Salzen und biologischen Materialien, von einer Wasserquelle unter Umgebungstemperaturbedingungen hindurchgeführt wird;
wodurch die hydrophile Membran das mindestens eine von suspendierten Feststoffen, gelösten Feststoffen, Schadstoffen, Salzen und biologischen Materialien zurückhält und erlaubt, daß Wasserdampf in das Wachstumsmedium hindurchgelassen wird;
wobei die hydrophile Membran aus einer oder mehreren Polymerschichten hergestellt ist und eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate gemäß ASTM E 96-95 (Verfahren BW) von mindestens 400 g/m²/24 h, gemessen mit einer Gesamtfoliendicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s, hat; und
wobei das Polymer aus der Gruppe, umfassend Copolyetheresterelastomere, Polyether-Block-Polyamide, Polyetherurethane, Homopolymere und Copolymere von Polyvinylalkohol sowie Gemische davon, ausgewählt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer hydrophilen Membran, umfassend eine oder mehrere Polymerschichten, um den Feuchtigkeitsgehalt eines Wachstumsmediums zur Aufzucht von Pflanzen oder Feldfrüchten zu kontrollieren, wobei die hydrophile Membran eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate gemäß ASTM E 96-95 (Verfahren BW) von mindestens 400 g/m²/24 h hat, gemessen mit einer Gesamtfoliendicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s; und wobei das Polymer aus der Gruppe, umfassend Copolyetheresterelastomere, Polyether-Block-Polyamide, Polyetherurethane, Homopolymere und Copolymere von Polyvinylalkohol sowie Gemische davon, ausgewählt ist, wodurch Wasser, enthaltend mindestens eines von suspendierten Feststoffen, gelösten Feststoffen, Schadstoffen, Salzen und biologischen Materialien, von einer Wasserquelle durch die hydrophile Membran hindurchgeführt wird, derart, daß die hydrophile Membran das mindestens eine von suspendierten Feststoffen, gelösten Feststoffen, Schadstoffen, Salzen und biologischen Materialien zurückhält und erlaubt, daß Wasserdampf in das Wachstumsmedium hindurchgelassen wird.
Die Schicht oder die Schichten hydrophiler Membrane können entweder in der Form einer ungeträgerten Struktur oder aufgebracht auf oder haftend an einem Trägermaterial vorhanden sein, wobei die hydrophile Membranschicht ein Copolyetheresterelastomer, ein Polyether-Block-Polyamid, ein Polyetherurethan, Homopolymere oder Copolymere von Polyvinylalkohol oder Gemische davon sind.
Eine bevorzugte hydrophile Membranschicht wird aus einem hydrophilen Polymer hergestellt, das eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate gemäß ASTM E 96-95 (Verfahren BW) von mindestens 400 g/m²/24 h, gemessen unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s an einer Folie mit einer Gesamtdicke von 25 Mikrometern, aufweist. Eine stärker bevorzugte hydrophile Membranschicht wird aus einem hydrophilen Polymer hergestellt, das eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate gemäß ASTM E 96-95 (Verfahren BW) von mindestens 3500 g/m²/24 h, gemessen unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s an einer Folie mit einer Gesamtdicke von 25 Mikrometern, aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 und 2 sind erklärende Zeichnungen von Pflanzen, die in „Zuchtbeuteln" wachsen und in herkömmlicher Weise oder in den Beispielen 11-14 unter Verwendung von Bewässerungsbeuteln bewässert werden.
3 ist eine erklärende Zeichnung von Pflanzen, die in den Versuchen 10 und 12 von Beispiel 17 in den repräsentativen offenen Behältern wachsen.
4 ist eine erklärende Zeichnung von Pflanzen, die in Versuch 17 von Beispiel 19 in dem repräsentativen offenen Behälter wachsen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Pervaporation ist das Verfahren, wobei ein gegebenes Lösungsmittel in eine nichtporöse Membran oder Beschichtung eindringt, durch die Membran hindurch transportiert wird und anschließend von der gegenüberliegenden Oberfläche der Membran oder Beschichtung in Form von Dampf freigesetzt wird. Pervaporation unterscheidet sich deshalb von den bekannten Verfahren der Destillation, Filtration oder Umkehrosmose dadurch, daß das Produkt ein Dampf und nicht eine Flüssigkeit ist. Wenn das Lösungsmittel Wasser ist, sind nichtporöse hydrophile Membrane für Pervaporation geeignet, weil Wasser leicht von einer derartigen Membran absorbiert wird, durch sie hindurchtransportiert wird und von ihr freigesetzt wird. Dieser Wasserdampf kann dann für Anwendungen, wie beispielsweise Bereitstellung von Feuchtigkeit für ein Pflanzenwachstumsmedium, verwendet werden.
HYDROPHILE MEMBRANE
„Hydrophile Membrane" bedeutet nichtporöse Membrane, die Wasser absorbieren, d.h., die dem Wasser erlauben hindurchzutreten. Wenn es einen Feuchtigkeitsgradienten durch die hydrophile Membran gibt, kann dieses absorbierte Wasser durch die Dicke der Membran hindurch diffundieren und kann von ihrer gegenüberliegenden Seite emittiert werden. Hydrophile Membrane oder Beschichtungen, nachstehend in dieser Offenbarung zusammengefaßt als Membrane bezeichnet, zeichnen sich durch genügend hohe Wasserdampfdurchlässigkeitsraten, wie nachstehend definiert, aus, so daß Wasser, das durch die Membrane hindurchgetreten ist, direkt in Anwendungen einschließlich der Bewässerung von Pflanzen verwendet werden kann. Solche Membrane können eine oder mehrere individuelle Schichten umfassen, die aus Materialien hergestellt sind, die, ohne aber auf sie begrenzt zu sein, die gleichen oder verschiedene hydrophile Polymere einschließen. So lange wie die Wasserdampfpermeationsrate der Membran insgesamt hinreichend hoch ist, kann dieses Wasser mit einer Rate bereitgestellt werden, die mit seiner Verwendung in einer wie beschriebenen gegebenen praktischen Anwendung im Einklang ist. Die nichtporöse Natur der hier offenbarten Membrane dient dazu, alle teilchenförmigen Verunreinigungen, einschließlich Mikroben wie beispielsweise Bakterien und Viren, vom Hindurchtreten durch eine derartige Membran auszuschließen. Außerdem ist entdeckt worden, daß Membrane, die aus den beschriebenen hydrophilen Polymeren hergestellt sind, den Durchtritt gelöster Salze signifikant verringern oder verhindern. Deshalb erlaubt die Fähigkeit zur Verwendung nicht nur von Frischwasser, sondern auch von Wasser, das suspendierte oder gelöste Verunreinigungen enthalten kann, um gewünschte Mengen von gereinigtem Wasser durch Pervaporation herzustellen, daß salzhaltiges Wasser, einschließlich, ohne aber darauf begrenzt zu sein, Meerwasser oder Brackwasser, nach der Bearbeitung durch die Apparatur, die die vorliegende Erfindung verkörpert, für die Bewässerung von Ackerland und die Aufrechterhaltung von Pflanzenwachstum und/oder für die kontrollierte Freisetzung von Wasser in eine Umgebung verwendet wird.
Es wird durch den Fachmann erkannt, daß der Begriff Reinigung etwas abhängig von der Verwendung ist, für welche das gereinigte Wasser genommen werden soll. Zum Beispiel kann Wasser, das zur Aufzucht von Pflanzen verwendet werden soll, weniger rein sein als das, das für menschlichen Verbrauch erforderlich ist. Natürlich wird erkannt, daß das Reinigungsverfahren in aufeinanderfolgenden Stufen wiederholt werden kann, um die Reinheit zu erhöhen, d.h., wobei erlaubt wird, daß das Wasser mit Schadstoffen durch eine oder mehrere dickere Schichten von hydrophilen Membranen (oder sogar durch ein zusätzliches Filtrationssystem) hindurchtritt. Weiterhin kann Reinheit sich, abhängig von dem Zusammenhang der Verwendung, auf verschiedene Komponenten beziehen. Zum Beispiel ist in Wasser zur Aufzucht von Pflanzen im allgemeinen nur der Salzgehalt relevant. So sollte selbstverständlich sein, daß sich Reinigung auf das Verfahren der Herstellung von Wasser mit für seine vorgesehene Verwendung hinreichender Qualität bezieht. Im allgemeinen enthält innerhalb des Zusammenhangs der Erfindung gereinigtes Wasser, das von der Membran freigesetzt wird, weniger als etwa 1% (vorzugsweise weniger als 0,1% und niedriger) gelöste oder suspendierte Feststoffe und teilchenförmige Materialien. Im Hinblick auf gelöste Salze werden diese im allgemeinen in und auf der Membran zurückgehalten, wobei gereinigter Dampf mit einer Reinheit von weniger als etwa 1% (und typischerweise niedriger) in Hinblick auf gelöste Feststoffe von der Membran freigesetzt wird.
Die Rate, mit der Wasser durch die aus dem hydrophilen Polymer hergestellte Membran pervaporiert, hängt unter anderen Faktoren von dem Feuchtigkeitsgehalt auf der Nichtwasserseite ab. Deshalb sind Bewässerungssysteme, die auf den Membranen der vorliegenden Erfindung basieren, selbstregulierend und können in der Natur „passiv" sein, wobei unter trockenen Bedingungen mehr Wasser für die Pflanzen und unter feuchten Bedingungen weniger bereitgestellt wird.
CHARAKTERISTISCHE EIGENSCHAFTEN DER WASSERDAMPFDURCHLÄSSIGKEIT
Der Standardtest für die Messung der Rate, mit welcher eine gegebene Membran Wasser hindurchläßt, ist das ASTM-E-96-95-Verfahren BW, früher als ASTM-E-96-66-Verfahren BW bekannt und bezeichnet, das verwendet wird, um die Water Vapor Transmission Rate (Wasserdampfdurchlässigkeitsrate) (WVTR) einer Membran zu bestimmen. Für diesen Test wird ein Aufbau verwendet, der auf einem für Wasser impermeablen Becher basiert, auch „Thwing-Albert Vapometer" genannt. Dieser Becher enthält Wasser bis etwa 3/4 ± 1/4 Zoll (19 ± 6 mm) vom oberen Rand. Die Öffnung des Bechers ist wasserdicht mit einer für Wasser permeablen Membran des zu messenden Testmaterials verschlossen, wobei ein Luftspalt zurischen der Wasseroberfläche und der Membran gelassen wird. In dem BW-Verfahren wird der Becher dann umgedreht, so daß Wasser in direktem Kontakt mit der Membran ist. Die Apparatur wird in einer Testkammer bei einer kontrollierten Temperatur und Feuchtigkeit plaziert, und Luft wird dann mit einer festgelegten Geschwindigkeit über die Außenseite der Membran geblasen. Die Versuche werden doppelt durchgeführt. Die Gewichte der Aufbauten von Becher, Wasser und Membran werden über mehrere Tage gemessen und die Ergebnisse werden gemittelt. Die Rate, mit der Wasser durch die Membran hindurchdringt, wird als ihre „Wasserdampfdurchlässigkeitsrate" zitiert, gemessen als der mittlere Gewichtsverlust des Aufbaus bei einer gegebenen Membrandicke, Temperatur, Feuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit, ausgedrückt als Masseverlust pro Einheit Membranoberfläche und Zeit. Die WVTR von Membranen oder Folien gemäß dem ASTM-E-96-95-Verfahren BW wird typischerweise an einer Folie mit einer Dicke von 25 Mikrometern und mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 3 m/s, einer Lufttemperatur von 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit gemessen.
Unter den Bedingungen der Versuche zum Pflanzenwachstum, die die Erfindung verkörpern, von denen eine Auswahl nachstehend in den Beispielen 15-19 ausführlich dargestellt wird, wurden aus der Membran hergestellte Bewässerungsbeutel verwendet, um Wasser für die Aufzucht von Pflanzen bereitzustellen. In den Versuchen, die bis jetzt durchgeführt wurden, wurde gefunden, daß eine Rate der Wasserüberführung von 10 g/24 h (gleichwertig mit 70 g/m²/24 h) durch einen Bewässerungsbeutel ausreichend ist, um das Wachstum von einer oder mehreren Pflanzen aufrecht zu erhalten. Diese Rate der Wasserüberführung, die benötigt wird um das Pflanzenwachstum aufrecht zu erhalten, kann als Rate ausgedrückt werden, mit der Wasser durch eine Oberflächeneinheit der in den Versuchen verwendeten Membran während einer Zeiteinheit hindurchtrat, welche für die Zwecke dieser Offenbarung als die „mittlere Wasserüberführungsrate" angegeben wird. Unter den Bedingungen der Pflanzenwachstumsversuche, die die Erfindung verkörpern, von denen eine Auswahl nachstehend in den Beispielen 15-19 ausführlich dargestellt wird, wurde gefunden, daß eine mittlere Wasserüberführungsrate von 70 g/m²/24 h oder mehr ausreichend ist, um das Wachstum einer Pflanze aufrecht zu erhalten, wie in den Tabellen 2-6 gezeigt wird.
In diesen Versuchen waren die Bedingungen, unter denen Wasser von der Innenseite der Bewässerungsbeutel in Abwesenheit von Luftbewegung an der Oberfläche der Bewässerungsbeutel durch die Membran in das Pflanzenwachstumsmedium und in die Pflanzenwurzeln überführt wurde, die von Bewässerungsbeuteln, die in dem Wachstumsmedium vergraben waren. Unter diesen Bedingungen bewegte sich Wasserdampf von dem Inneren des Bewässerungsbeutels durch die Membran und in das Wachstumsmedium nur durch Diffusion.
HYDROPHILE POLYMERE
In dem Zusammenhang dieser Offenbarung werden die hydrophilen Membrane zur Verwendung mit der Apparatur, die die Erfindung verkörpert, aus hydrophilen Polymeren hergestellt. „Hydrophile Polymere" bedeutet gemäß der Bestimmung ISO 62 der International Standards Organization (gleichwertig mit der Bestimmung ASTM D 570 der American Society for Testing Materials) Polymere, die Wasser absorbieren, wenn sie mit flüssigem Wasser bei Raumtemperatur in Kontakt sind.
Das hydrophile Polymer ist eines oder ein Gemisch von verschiedenen Polymeren und wird aus einem Copolyetheresterelastomer oder einem Gemisch von zurei oder mehreren Copolyetheresterelastomeren, wie nachstehend beschrieben, wie beispielsweise Polymere, die von E.I. du Pont de Nemours and Company unter dem Handelsnamen Hytrel^® erhältlich sind; oder einem Polyether-Block-Polyamid oder einem Gemisch von zurei oder mehreren Polyether-Block-Polyamiden, wie beispielsweise Polymere, die von der Elf-Atochem Company in Paris, Frankreich, unter dem Handelsnamen PEBAX erhältlich sind; oder einem Polyetherurethan oder einem Gemisch von Polyetherurethanen; oder Homopolymeren oder Copolymeren von Polyvinylalkohol oder einem Gemisch von Homopolymeren oder Copolymeren von Polyvinylalkohol ausgewählt.
Ein besonders bevorzugtes Polymer für Wasserdampfdurchlässigkeit in dieser Erfindung ist ein Copolyetheresterelastomer oder ein Gemisch von zurei oder mehreren Copolyetheresterelastomeren, die eine Mehrzahl von wiederkehrenden langkettigen Estereinheiten und kurzkettigen Estereinheiten aufweisen, die Kopf-an-Schwanz durch Esterbindungen verbunden sind, wo die langkettigen Estereinheiten durch die Formel
dargestellt sind und die kurzkettigen Estereinheiten durch die Formel:
dargestellt wird, wobei:

a) G ein zureiwertiger Rest, verbleibend nach der Entfernung von endständigen Hydroxylgruppen aus einem Poly(alkylenoxid)glycol, mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 400-4000 ist;
b) R ein zureiwertiger Rest, verbleibend nach der Entfernung von Carboxylgruppen aus einer Dicarbonsäure, mit einem Molekulargewicht von weniger als 300 ist;
c) D ein zureiwertiger Rest, verbleibend nach der Entfernung von Hydroxylgruppen aus einem Diol, mit einem Molekulargewicht von weniger als etwa 250 ist; gegebenenfalls
d) der Copolyetherester 0-68 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolyetheresters, Ethylenoxidgruppen, eingebaut in die langkettigen Estereinheiten des Copolyetheresters, enthält; und
e) der Copolyetherester etwa 25-80 Gewichtsprozent kurzkettige Estereinheiten enthält.

Dieses bevorzugte Polymer ist für die Verarbeitung zu dünnen, aber festen Membranen, Folien und Beschichtungen geeignet. Das bevorzugte Polymer, Copolyetheresterelastomer und Verfahren zu seiner Herstellung sind auf dem Fachgebiet bekannt, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 4725481 für ein Copolyetheresterelastomer mit einer WVTR von 3500 g/m²/24 h oder in der US-Patentschrift 4769273 für ein Copolyetheresterelastomer mit einer WVTR von 400-2500 g/m²/24 h offenbart sind.
Das Polymer kann mit Antioxidationsmittelstabilisatoren, Ultraviolettstabilisatoren, Hydrolysestabilisatoren, Farbstoffen oder Pigmenten, Füllstoffen, antimikrobiellen Reagenzien und dergleichen compoundiert werden.
Die Verwendung von im Handel erhältlichen hydrophilen Polymeren als Membrane ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung möglich, obgleich es mehr vorzuziehen ist, Copolyetheresterelastomere mit einer WVTR von mehr als 400 g/m²/24 h, gemessen an einer Folie mit einer Dicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s, zu verwenden. Am meisten bevorzugt wird die Verwendung von Membranen, hergestellt aus im Handel erhältlichen Copolyetheresterelastomeren mit einer WVTR von mehr als 3500 g/m²/24 h, gemessen an einer Folie mit einer Dicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s.
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER HYDROPHILEN POLYMERMEMBRANE
Die hydrophilen Polymere können nach einer Anzahl von Verfahren zu Membranen einer beliebigen gewünschten Dicke verarbeitet werden. Ein verwendbarer und gut eingeführter Weg zur Herstellung von Membranen in der Form von Folien ist die Schmelzextrusion des Polymers auf einer kommerziellen Extrusionslinie. Kurz gesagt beinhaltet dieser das Erwärmen des Polymers auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt, sein Extrudieren durch eine flache oder ringförmige Düse und dann das Gießen einer Folie unter Verwendung eines Walzensystems oder das Blasen einer Folie aus der Schmelze.
Zu verwendbaren Trägermaterialien gehören gewebte, vliesartige oder gebundene Papiere, Stoffe und Filtersiebe, die für Wasserdampf permeabel sind, einschließlich derjenigen, die aus Fasern von gegen Feuchtigkeit stabilen organischen und anorganischen Polymeren, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Glasfaser und dergleichen, aufgebaut sind. Die Festigkeit der Membran wird durch das Trägermaterial sowohl erhöht als auch geschützt. Das Trägermaterial kann auf nur einer Seite der hydrophilen Polymermembran oder auf beiden Seiten angeordnet sein. Wenn das Trägermaterial auf nur einer Seite angeordnet ist, kann es in Kontakt mit dem Ursprung des Wassers oder davon entfernt sein. Typischerweise ist das Trägermaterial auf der Außenseite von Behältern, erzeugt durch die hydrophile Polymermembran, angeordnet, um die Membran am besten vor physikalischer Beschädigung und/oder Abbau durch Licht zu schützen.
Die Apparatur, die die hydrophile Polymermembran anwendet, ist nicht auf eine spezielle Form oder Gestalt begrenzt und kann, als Veranschaulichung, ein Beutel, eine Folie, ein Rohr, eine Röhre oder dergleichen sein.
ANWENDUNGEN DER ERFINDUNG
Ohne irgendeine besondere Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß die Reinigungswirkung, identifiziert als das hauptsächliche erfindungsgemäße Konzept der hydrophilen Membran, realisiert entweder in der Form einer Beschichtung oder einer ungeträgerten Membran, wenn in Kontakt mit Wasser, das suspendierte oder gelöste Verunreinigungen und Feststoffe enthalten kann, auftritt, weil in hohem Maße dipolare Moleküle wie beispielsweise Wasser, verglichen mit Ionen wie beispielsweise Natrium und Chlorid, bevorzugt absorbiert und durch die Membran oder Beschichtung transportiert werden. Wenn außerdem ein Feuchtigkeitsgradient durch die Membran existiert, wird Wasser von der Seite freigesetzt, die nicht in Kontakt mit dem Ausgangswasser ist, und kann von den Wurzeln von Pflanzen absorbiert werden.
LANDWIRTSCHAFTLICHE/GARTENBAULICHE ANWENDUNGEN.
Wenn die Membrane verwendet werden, um Feuchtigkeit für ein Wachstumsmedium zur Aufzucht von Pflanzen oder Feldfrüchten bereitzustellen, kontrollieren sie den Feuchtigkeitsgehalt, der mitgeschleppter Wasserdampf oder adsorbiertes Wasser sein kann, des Wachstumsmediums unabhängig von der Art des Ausgangswassers, das durch die Membran hindurchgeführt wird. Der Gradient des Feuchtigkeitsgehalts zurischen dem Ursprung des Wassers und dem Wachstumsmedium neigt immer in Richtung zum Gleichgewicht, so gibt es bei Bedingungen, wo das Wachstumsmedium trocken ist, eine relativ große Rate des Wassertransports durch die Membran, um Wasser für das Wachstumsmedium bereitzustellen. Unter Bedingungen, wo das Wachstumsmedium schon einen hohen Feuchtigkeitsgehalt hat, ist der Gradient durch die Membran zurischen der Wasserquelle und dem Wachstumsmedium näher am Gleichgewicht, so ist die Rate der Überführung von Wasser durch die Membran zu dem Wachstumsmedium niedriger und kann sogar null sein, wenn das Gleichgewicht erreicht ist.
Auf Grund der Natur der hydrophilen Membrane wird Wasser über die gesamte Oberfläche der Membran geführt, wie durch den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens bestimmt wird, welcher entlang der Oberfläche der Membran unbegrenzt variabel sein kann. Die Rate, mit der Wasser durch die Membran hindurchtritt, und die Bedingungen des Gleichgewichts können speziellen Wachstumsanforderungen, zum Beispiel durch Erhöhen oder Verringern der Temperatur des Ausgangswassers, angepaßt werden, indem die Dicke der Membran variiert wird oder indem die Polymerzusammensetzung von einer oder mehreren der Schichten modifiziert wird.
Die Apparatur, die mit einer Schicht der hydrophilen Membran beschichtet ist, funktioniert in der gleichen Weise wie die Apparatur mit einer ungeträgerten hydrophilen Membran, indem beide selbstregulierende Wasserfreisetzungssysteme sind, die Wasser für ein Wachstumsmedium nach Bedarf, abhängig von dem Feuchtigkeitsgehalt des Wachstumsmediums, bereitstellen.
In dem Zusammenhang dieser Offenbarung ist ein "Wachstumsmedium" ein Medium, in dem die Wurzeln von Pflanzen wachsen. Deshalb schließt der Begriff „Wachstumsmedium" natürlich vorkommende oder künstlich verbesserte Böden ein, die, ohne aber darauf begrenzt zu sein, in Landwirtschaft, Gartenwirtschaft und Hydrokultur verwendet werden. Diese Böden schließen wechselnde Mengen von Sand, Schlick, Ton und Humus ein. „Wachstumsmedium" schließt auch, ohne aber darauf begrenzt zu sein, andere Materialien ein, die für die Aufzucht von Pflanzen verwendet werden, wie beispielsweise Vermiculit, Perlit, Torfmoos, geschredderte Baumfarnstämme, geraspelte oder geschredderte Baumrinde und geschredderte Kokosnußschalen. Da die Membran dem Wachstumsmedium Feuchtigkeit in der Form von Wasserdampf bereitstellt, binden und speichern Materialien des Wachstumsmediums mit hygroskopischen Eigenschaften den Wasserdampf wirkungsvoller und können mit dieser Erfindung besser arbeiten.
Für die wirkungsvollste Bereitstellung von Feuchtigkeit für das Wachstumsmedium in der landwirtschaftlichen und gartenwirtschaftlichen Bewässerung muß die Membran dem Wachstumsmedium so nahe wie möglich sein. Typischerweise ist die Membran vollständig von dem Wachstumsmedium bedeckt, um den Kontakt zu maximieren und das Polymer vor Abbau durch Sonnenlicht zu schützen. Die Membran muß in dem Wachstumsmedium auch genügend nahe an der Wurzelzone plaziert werden, um den Pflanzen Feuchtigkeit bereitzustellen.
Die Membran kann ungeträgert sein oder auf ein Trägermaterial aufgebracht sein, um Festigkeit und Beständigkeit zu erhöhen. Die Apparates hat typischerweise mindestens eine Öffnung zum Einfüllen von Wasser. Um Feuchtigkeit für einen ausgedehnten Zeitraum bereitzustellen, hat die Apparates praktischerweise die Form eines Beutels, einer Röhre oder eines Rohrs, was erlaubt, daß das Wasser ständig oder periodisch gespült wird, um den Aufbau von Salzen oder anderen Schadstoffen zu verhindern. Wasserdampf tritt vorzugsweise durch die Membrane hindurch, wobei gelöste Salze und andere Materialien ebenso wie suspendierte teilchenförmige Stoffe, wie beispielsweise anorganisches oder organisches Material einschließlich Mikroben, wie Bakterien, Viren und dergleichen, zurückgelassen werden.
Mit der Landwirtschaft verbundene Ausführungsformen dieser Erfindung schließen das Bereitstellen von Feuchtigkeit für die Aufzucht von Pflanzen, das Keimen von Samen ein, während nicht nur schädliche Salze sondern auch Krankheitserreger, wie beispielsweise Pilze, Bakterien und Viren, die für Samen und Pflanzen gefährlich sind, ausgeschlossen werden. Dies kann erreicht werden, indem die Pflanzenwurzeln oder Samen auf einer Schicht der Membran in Kontakt mit Wasser auf der Seite, die den Wurzeln oder Samen gegenüber liegt, plaziert werden. Alternativ können die Samen zum Keimen der Samen in der hydrophilen Membran wie in einem verschlossenen Behälter eingehüllt werden und der Behälter in Kontakt mit Wasser oder einem befeuchteten Medium gesetzt werden. Dies erlaubt, daß die Samen in einer sterilen Umgebung keimen, wobei Samenverluste aufgrund von Befall durch Krankheitserreger verhindert werden.
BEISPIELE
In den Beispielen, die folgen, ist Copolyetherester A ein Polymer, das gemäß dem in der US-Patentschrift 4725481 offenbarten Verfahren hergestellt wurde, indem von 30 Teilen Dimethylterephthalat, 57 Teilen Poly(alkylen)glycol, dessen Alkylengehalt 65% Ethylen und 35% Propylen umfaßt, 9 Teilen Dimethylisophthalat, 16 Teilen Butandiol (stöchiometrische Menge) und 0,7 Teilen Trimethyltrimellitat ausgegangen wurde. Copolyetherester A enthält etwa 37 Gew.-% Poly(ethylenoxid)glycol, und die aus Copolyetherester A hergestellten Membrane zeichnen sich durch eine Wasserquellung von ungefähr 54 Gew.-% bei Raumtemperatur und eine WVTR von mindestens 10000 g/m²/24 h, gemessen an einer Folie mit einer Dicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s, aus.
Copolyetherester B ist ein Polymer, das gemäß dem in der US-Patentschrift 4725481 offenbarten Verfahren hergestellt wurde, indem von 44 Teilen Dimethylterephthalat, 51 Teilen eines Poly(alkylen)glycols, dessen Alkylengehalt 65% Ethylen und 35% Propylen umfaßt, 19 Teilen Butandiol (stöchiometrische Menge) und 0,4 Teilen Trimethyltrimellitat ausgegangen wurde. Copolyetherester B enthält etwa 33 Gew.-% Poly(ethylenoxid)glycol, und die aus Copolyetherester B hergestellten Membrane zeichnen sich durch eine Wasserquellung von ungefähr 30 Gew.-% bei Raumtemperatur und eine WVTR von mindestens 10000 g/m²/24 h, gemessen an einer Folie mit einer Dicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s, aus.
Copolyetherester C ist ein Polymer, das gemäß dem in der US-Patentschrift 4725481 offenbarten Verfahren hergestellt wurde, indem von 50 Teilen Dimethylterephthalat, 44 Teilen eines Poly(alkylen)glycols, dessen Alkylengehalt 85% Propylen und 15% Ethylen umfaßt, 21 Teilen Butandiol (stöchiometrische Menge) und 0,3 Teilen Trimethyltrimellitat ausgegangen wurde. Die aus Copolyetherester C hergestellten Membrane zeigen eine Wasserquellung von ungefähr 5 Gew.-% bei Raumtemperatur und eine WVTR von 2200 g/m²/24 h, gemessen an einer Folie mit einer Dicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s.
BEISPIELE 1-10
Die erste Gruppe von Versuchen, Beispiele 1-10, demonstriert, daß Wasserdampf durch die hydrophilen Membrane der Wasserreinigungsapparatur hindurchtritt und daß die hydrophilen Membrane Wasser durch sie hindurchtreten lassen, aber den Durchtritt von Salzionen zurückweisen. In den Beispielen wurden fünf Beutel aus hydrophiler Membran, hergestellt aus einer extrudierten Folie des hydrophilen Polymers Copolyetherester A, mit Meerwasser gefüllt und fünf Beutel aus hydrophiler Membran, die aus einer extrudierten Folie eines anderen hydrophilen Polymers Copolyetherester B hergestellt waren, wurden mit Leitungswasser gefüllt. Eine Heißschweißvorrichtung wurde verwendet, um die Beutel aus hydrophiler Membran dicht zu verschließen. Die Beutel hatten eine maximale wirksame Oberfläche, berechnet als 0,1 m².
Die Beutel wurden in einem Raum mit Umgebungstemperatur und unkontrollierter Feuchtigkeit plaziert. Die Proben 2, 3, 5, 7, 8 und 9 wurden direkt auf dem Metallboden plaziert. Die Proben 1 und 10 wurden auf Seidenpapier auf dem Boden gelegt und die Proben 4 und 6 wurden auf Nylonmaschen plaziert, um mögliche Auswirkungen von Luftströmung oder „Dochtwirkung" anzuzeigen, welche die Rate beeinflussen würden, mit welcher Wasserdampf von der Oberfläche entfernt wird. Sobald die Beutel gefüllt waren, wurde die Oberfläche der Beutel bei Berührung feucht. Die Beutel wurden vollständig verschlossen und die obere Oberfläche jedes Beutels wurde der Luft ausgesetzt.
Die Beutel wurden über einen Zeitraum von einer Woche jeden Tag gewogen und visuell inspiziert, und das gemessene Gewicht nahm täglich ab, bis nach zurischen fünf und sieben Tagen alle Beutel wasserleer waren. In diesem ersten Fall war es, da der Test ein empirischer Indikator war, schwierig, alle Faktoren, wie beispielsweise ursprüngliche Masse des Wassers, Art des Wassers, Oberfläche, Wasserkontaktfläche und Dicke der Folie, zu berücksichtigen. Wenn man jedoch alle diese Überlegungen berücksichtigt, gab es keinen offensichtlichen Unterschied in der Rate des „Wasserverlustes" für eine ähnliche Oberfläche.
Es wurde gefunden, daß die nun leeren Beutel, die ursprünglich Meerwasser enthalten hatten, auf der Innenseite einen weißen salzigen Niederschlag, sichtbar als große Kristalle, hatten. Der Beutel in Versuch 5 enthielt zum Beispiel mehr als 20 g Feststoffe. Unter Umgebungsdruck und -temperatur pervaporierten mehr als 2 Liter Wasser pro Quadratmeter pro Tag durch die Beutel. Andere Messungen ließen darauf schließen, daß Copolyetherester A imstande war, mehr als einen Liter Wasser pro Quadratmeter pro Stunde hindurchtreten zu lassen, wenn ein genügend schneller Luftstrom über die Oberfläche der hydrophilen Membran gegeben war, um den Wasserdampf zu entfernen, wenn er durch Pervaporation aus dem Beutel emittiert wurde. Es wird angenommen, daß die natürliche Evaporationsrate des Wassers der begrenzende Faktor in dem F1uß des Wassers durch den Beutel war. Die Proben 1 und 10 der Beutel aus hydrophiler Membran, die auf Seidenpapier plaziert waren, und die Proben 4 und 6 der Beutel aus hydrophiler Membran, die auf Nylonmaschen plaziert waren, setzten Wasser nicht schneller frei als die Beutel aus hydrophiler Membran, die direkt auf einem Metallboden plaziert worden waren. Es gab gleichfalls keinen merklichen Unterschied zurischen den dickeren und dünneren Folien des Polymers.
Die Ergebnisse der Beispiele sind nachstehend in Tabelle 1 zusammengefaßt.
TABELLE 1 Pervaporation von Wasser durch verschlossene Beutel aus hydrophiler Membran
BEISPIELE 11-14
In der nächsten Gruppe von Beispielen, den Beispielen 11-14, wurde die Brauchbarkeit der Verwendung von aus dem hydrophilen Polymer hergestellten hydrophilen Membranen in einer Entsalzungsapparatur bestätigt. Die Beispiele 11 und 14, 12 und 13 sind in den 1 bzw. 2 veranschaulicht.
In diesen Beispielen wurden Aufzuchtbehälter, „Zuchtbeutel" genannt, verwendet. „Zuchtbeutel" sind im Handel erhältliche, verschlossene Polyethylenbeutel mit den ungefähren Abmessungen 100 × 50 × 15 cm, die eine feuchte Bodenmischung enthalten, die für die Aufzucht von Pflanzen wie beispielsweise Tomaten im Freien geeignet ist. Wenn „Zuchtbeutel" verwendet werden, ist es Standardpraxis, sie auf dem Boden zu plazieren, wobei ihre größte Oberfläche waagerecht ist, so daß sie wie Miniaturpflanzenbetten von 100 × 50 cm Fläche und 15 cm Höhe funktionieren. Drei kleine Schlitze wurden in die Oberseite geschnitten und drei Tomatensämlinge wurden in den Boden des „Zuchtbeutels" gepflanzt, wobei ihre Schößlinge und Blätter aus der Oberseite des Beutels herausragten. Das Polyethylenmaterial des „Zuchtbeutels" diente dazu, den Boden um die Pflanzenwurzeln herum zurückzuhalten, wobei ebenso auch übermäßige Evaporation von Feuchtigkeit verhindert wurde. Tomatenpflanzen wurden ausgewählt, weil sie eine kurze, aber aktive Wachstumssaison haben und eine wesentliche Blattfläche haben, die als bequemer Indikator für die Gesundheit der Pflanze dienen würde.
Alle zurölf Tomatenpflanzen wurden mit sauberem Brunnenwasser zurei Wochen lang bewässert, um zu bestätigen, daß sie alle gesund waren, und um ihnen zu erlauben, in den „Zuchtbeuteln" eingesetzt zu werden. Die Umgebung war ein offenes Gewächshaus, das gedeckt, aber ungeheizt und voll durchlüftet war, um Wachstum im Freien ohne Regen darzustellen. Während der Versuche war allen Pflanzen erlaubt, vollständig natürlich ohne Beschneiden oder Anpfählen und ohne zusätzliche Unterstützung zu wachsen. Jeder "Zuchtbeutel", der jeweils drei Pflanzen enthielt, wurde wie folgt nach einem unterschiedlichen Verfahren bewässert:
BEISPIEL 11
Sauberes Brunnenwasser, verabreicht durch einen perforierten statischen Schlauch mit einer Reihe von Löchern, um gleichmäßige Bewässerung zu sichern.
BEISPIEL 12
Sauberes Brunnenwasser, verabreicht in einen röhrenförmigen Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran mit ungefähr einem Durchmesser von 20 cm und einer Länge von 40 cm, hergestellt aus einer Folie von Copolyetherester A. Der Bewässerungsbeutel wurde dann innerhalb des „Zuchtbeutels" entlang einer Kante von 50 cm Länge in dem Raum zurischen der Oberseite des Bodens und dem Polyethylenmaterial des „Zuchtbeutels" plaziert.
BEISPIEL 13
Meerwasser, verabreicht in einen röhrenförmigen Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran von ungefähr 20 cm Durchmesser und 40 cm Länge, hergestellt aus einer Folie von Copolyetherester A. Wie in Beispiel 13 wurde der Bewässerungsbeutel innerhalb des „Zuchtbeutels" entlang einer Kante von 50 cm Länge in dem Raum zurischen der Oberseite des Bodens und dem Polyethylenmaterial des „Zuchtbeutels" plaziert.
BEISPIEL 14
Meerwasser, verabreicht durch einen perforierten statischen Schlauch wie für Beispiel 11.
Die Oberfläche der Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran wurde auf 0,25 m² geschätzt. Diese Oberfläche stellte die Feuchtigkeit bereit, die das Wachstum der drei Tomatenpflanzen in den Beispielen 12 und 13 unterstützte.
Am Tag 1 begann die Bewässerung unter Verwendung des vorstehenden Systems. Alle Pflanzen waren grün, gesund und im Vorzug nicht unterscheidbar. Die Pflanzen in Beispiel 11 wurden täglich bewässert, ausreichend, um die Pflanzen gesund aussehend zu erhalten. Die Pflanzen in Beispiel 14 erhielten die gleiche abgemessene Menge von Wasser wie in Beispiel 11. Die Reservoire, die die Membranbewässerungsbeutel, hergestellt aus Copolyetheresterelastomer, füllten, wurden in täglichen Abständen aufgefüllt gehalten, so daß die Bewässerungsbeutel immer voll waren, Beispiel 12 mit sauberem Brunnenwasser und Beispiel 13 mit Meerwasser.
Bis zum Tag 4 zeigten alle die Pflanzen in Beispiel 14, die täglich mit Meerwasser bewässert worden waren, gelbe Fleckenbildung der Stengel und Blätter. Es gab keinen erkennbaren Unterschied zurischen den Beispielen 11 und 12 mit Brunnenwasser und dem Beispiel 13 mit Meerwasser. Alle Pflanzen in den Beispielen 11, 12 und 13 waren gesund.
Am Tag 21 waren die Pflanzen in Beispiel 14 gelb in der Farbe und sahen schlaff aus. Die Pflanzen in den Beispielen 11, 12 und 13 hatten keine sichtbaren Flecken oder Fehler.
Als die Pflanzen bis zum Tag 60 reiften, wurden an den Pflanzen in den Beispielen 11, 12 und 13 Früchte erzeugt. Die Pflanzen hatten eine reguläre Gestalt und gute und gleichmäßige Farbe. Die Pflanzen in Beispiel 14 waren am Absterben und erzeugten sehr wenige kleine schlecht geformte Früchte. Die Pflanzen in den Beispielen 11, 12 und 13 fuhren fort, gute Früchte zu tragen, einschließlich Beispiel 13, das durch die Membran der vorliegenden Erfindung, hergestellt aus Copolyetheresterelastomer, mit Meerwasser bewässert wurde. Es war kein Unterschied zurischen der Quantität oder der Qualität der Früchte an den Pflanzen in den Beispielen 11, 12 oder 13 erkennbar. Die Früchte in Beispiel 14 zeigten, in scharfem Gegensatz zu den Früchten an den anderen Pflanzen, braune und gelbe Flecken.
Die Menge von Wasser, die erforderlich war, um die aus Copolyetheresterelastomer hergestellten Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran in den Beispielen 12 und 13 „aufzufüllen", variierte signifikant abhängig vom Wetter. An einem heißen Tag erforderten die aus Copolyetheresterelastomer hergestellten Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran einen zusätzlichen halben Liter Wasser, an kühlen feuchten Tagen benötigten die Bewässerungsbeutel sehr wenig Nachfüllung. Dies zeigte, daß die Pervaporation von Wasser durch die Membran selbstregulierend war und abhängig von dem Feuchtigkeitsgehalt und der Temperatur der Luft und des Bodens in Kontakt mit der hydrophilen Membran war. In den Beispielen 12 und 13 stellten die aus Copolyetheresterelastomer hergestellten Membranbeutel den Pflanzen Feuchtigkeit durch den Boden bereit und befeuchteten auch die Luft in der Nachbarschaft der Pflanzen.
Es wird angenommen, daß es einen Aufbau von Verunreinigung und Salzgehalt in dem aus Copolyetheresterelastomer hergestellten Membranbewässerungsbeutel, der die Pflanzen von Beispiel 13 „bewässerte", gab, weil nur Wasser (mit einer Menge von gelösten Salzen, die nicht gemessen wurde, aber die offensichtlich nicht auf einem Niveau war, das schädlich für die Pflanze war) imstande war, durch die hydrophile Membran zu pervaporieren, wobei eine ständig wachsende Konzentration von Salzen in dem Meerwasser zurückgelassen wurde, das in dem Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran zurückblieb. Dies läßt darauf schließen, daß die Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran, hergestellt aus Copolyetheresterelastomer, Pflanzenwachstum für sogar längere Zeiträume als die in den Versuchen 11-14 verwendete experimentelle „Saison" aufrechterhalten können, wenn ein salzhaltiges Wasser, das verwendet werden würde, zurischendurch gespült oder aus einer größeren Ausgangsmenge ständig umlaufen gelassen werden würde, wobei so der Aufbau von Salzen in dem Ausgangswasser begrenzt werden würde.
Beim Aufschneiden der „Zuchtbeutel", nachdem die Versuche der Beispiele 11-14 abgeschlossen worden waren, war der Inhalt des „Zuchtbeutels" von Beispiel 14, das direkt mit Meerwasser bewässert wurde, noch feucht bei Berührung. Dies war auch durch die schwarze Farbe des Wachstumsmediums offensichtlich, welche den hohen Salzgehalt des Bodens nach der Bewässerung direkt mit Meerwasser anzeigt. Die Inhalte der anderen „Zuchtbeutel" in den Beispielen 11-13 waren alle trocken bei Berührung und hell in der Farbe einschließlich des Bodens in dem „Zuchtbeutel" von Beispiel 13, der durch die hydrophile Copolyetheresterelastomermembran mit Meerwasser bewässert worden war.
BEISPIELE 15-19
Weitere Versuche wurden ausgeführt, um das Wachstumspotential einer Anzahl von Pflanzen zu erkunden, die durch die Membrane der vorliegenden Erfindung unter strengen Bedingungen der Wasserverfügbarkeit für die betroffenen Pflanzen bewässert wurden. Die Ergebnisse demonstrieren klar die Brauchbarkeit einer selbstregulierenden hydrophilen für Dampf permeablen Membran gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, selbst wenn sehr strenge Wachstumsbedingungen angewendet wurden.
Zu den Pflanzen, die aufgezogen wurden, gehörten Tomaten, Radieschen, Mais und Sorghum. In diesen Versuchen werden Aufzuchtbehälter verwendet, die aus Polypropylenkunststoff Terrakotta und Sperrholz mit verschiedenen Größen und verschiedener Porosität hergestellt waren. Repräsentative Versuche sind in den 3 und 4 veranschaulicht. Der Mutterboden, der in den Beispielen 15-19 verwendet wurde, wurde auf eine Feuchtigkeit von maximal 15 Gew.-% getrocknet und der verwendete Sand war total trocken.
In den meisten Versuchen wurden poröse Aufzuchtbehälter, hergestellt aus Terrakotta oder Sperrholz, verwendet, wobei Aufzuchtbehälter, hergestellt aus Polypropylenkunststoff als Referenzen verwendet wurden. Die porösen Aufzuchtbehälter dienten dazu, um Wasserdampf zu erlauben, durch die Wände des Aufzuchtbehälters zu entweichen, um den seitlichen Wasserverlust, der typischerweise in einem Feld gefunden wird, zu simulieren. In allen Versuchen, außer in Versuch 15 von Beispiel 18, waren die Oberseiten der Aufzuchtbehälter zur Atmosphäre hin offen, so daß Wasserdampf von der Oberseite des Bodens entweichen konnte. Die Pflanzen erfuhren in der Gewächshausumgebung für den größten Teil ihrer Wachstumsperiode von rund 80 Tagen Temperturen von rund 30°C.
Diese strengen Bedingungen standen in Kontrast zu den milderen Bedingungen, unter welchen die in den Beispielen 11-14 offenbarten Versuche durchgeführt wurden. In den Beispielen 11-14 enthielten die „Zuchtbeutel"-Behälter feuchten Mutterboden, und die Behälter waren verschlossene Polyethylenbeutel. Die Polyethylenmaterialien, aus denen die „Zuchtbeutel" hergestellt waren, verhinderten den Verlust von Wasserdampf durch die Wände dieser Aufzuchtbehälter, im Gegensatz zu den aus Sperrholz und Terrakotta hergestellten poröseren Behältern, die in den Beispielen 15-19 verwendet wurden.
Wenn nicht anderweitig vermerkt, waren die in den Beispielen 15-19 verwendeten Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran wasserdichte flache horizontale Beutel, hergestellt aus 50 Mikrometer dicken Folien von Copolyetherester B. Alle Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran waren mit einem flexiblen Rohr ausgestattet, das in die Seite eingeschweißt war, in einer Weise, daß die Beutel von einem Reservoir außerhalb des Wachstumsbehälters aufgefüllt werden konnten. Die Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran waren in trockenem gedüngten Sand oder in getrocknetem gedüngten Mutterboden (maximaler Feuchtigkeitsgehalt 15 Gew.-%) zu einer Tiefe von ungefähr 10 cm vergraben, soweit nicht anderweitig vermerkt. In verschiedenen Versuchen enthielten die Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran unterschiedlich deionisiertes Wasser, Brackwasser oder Meerwasser. In allen Fällen wurden die Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran von einem außen befindlichen Reservoir durch das flexible Rohr mit deionisiertem Wasser aufgefüllt.
Die Pflanzen wurden entweder in situ innerhalb des Aufzuchtbehälters mit einer kleinen Menge von Wasser gekeimt; oder sonst wurden sie als Sämlinge in die Aufzuchtbehälter umgepflanzt. Die Versuche wurden unter Gewächshausbedingungen ausgeführt. Am Ende der Tests wurden die Pflanzen aus den Aufzuchtbehältern entnommen, vom Wachstumsmedium gereinigt und getrocknet. Die trockenen Schößlinge, Wurzeln und Früchte wurden gesondert gewogen.
Die Wachstumsversuche in den Beispielen 15-19 wurden nach rund 80 Tagen unterbrochen. Die Rate der Wasserüberführung durch die hydrophilen Polymermembrane von jedem Versuch wurde bestimmt, indem die tägliche Menge von Wasser gemessen wurde, die benötigt wurde, um jedes Reservoir aufzufüllen.
Sobald die Pflanzen die Reife erreicht hatten und sich die Rate des Wasserverlusts durch Pervaporation durch den Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran stabilisiert hatte, wurde die mittlere Wasserüberführungsrate pro Flächeneinheit der hydrophilen Polymermembran berechnet.
BEISPIEL 15
In diesem Beispiel wurden Maispflanzen in trockenem gedüngten Sand oder Mutterboden in vier Aufzuchtbehältern, identifiziert als Versuche 1, 2, 3 und 4, aufgezogen, wobei Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran, hergestellt aus Copolyetherester B, unter dem Boden in einer Tiefe von rund 10 cm vergraben waren. Die Behälter waren aus Terrakotta (Versuche 1 und 3) oder Polypropylenkunststoff (Versuche 2 und 4) hergestellt. Der Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran erstreckte sich über etwa die Hälfte des Weges den Boden von jedem Aufzuchtbehälter entlang. Drei Pflanzen wurden in jedem Behälter aufgezogen, derart, daß Pflanze A sich direkt über dem Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran befand, Pflanze B sich über dem Rand des Bewässerungsbeutels befand und Pflanze C sich entfernt von dem Bewässerungsbeutel an dem anderen Ende des Aufzuchtbehälters befand. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
TABELLE 2 Trockengewichte der Schößlinge und Wurzeln von Maispflanzen und mittlere Wasserüberführungsrate durch einen Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran
Die Gewichte der Schößlinge und Wurzeln veranschaulichen die bessere Zurückhaltung von Feuchtigkeit durch die Polypropylenkunststoffbehälter (Versuche 2 und 4), verglichen mit den poröseren Terrakottabehältern (Versuche 1 und 3). Auf Mutterboden aufgezogene Pflanzen (Versuche 1 und 2) wuchsen besser als auf Sand aufgezogene Pflanzen (Versuche 3 und 4).
Pflanze A, die sich am nächsten zu dem Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran und deshalb am nächsten zu der Wasserquelle befand, wuchs in einem viel größeren Ausmaß als Pflanze C, da sie am entferntesten von dem Bewässerungsbeutel war. Dies veranschaulicht, daß Wasser, das durch den Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran pervaporierte, Pflanzenwachstum aufrecht erhielt.
BEISPIEL 16
In vier Aufzuchtbehältern, identifiziert als Versuche 5, 6, 7 und 8, wurden vorher gekeimte Sorghumsämlinge mit einer Höhe von ungefähr 7-10 cm umgepflanzt und in trockenem gedüngten Sand oder Mutterboden aufgezogen, wobei aus Copolyetherester B hergestellte Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran unter dem Boden in einer Tiefe von rund 10 cm in Behältern aus Terrakotta (Versuche 5 und 7) oder Polypropylenkunststoff (Versuche 6 und 8) vergraben waren. Der Bewässerungsbeutel erstreckte sich etwa über die Hälfte des Weges den Boden von jedem Aufzuchtbehälter entlang.
Drei Pflanzen wurden in jedem Behälter aufgezogen, derart, daß sich Pflanze A direkt über dem Bewässerungsbeutel befand, Pflanze B sich über dem Rand des Bewässerungsbeutels aus hydrophiler Membran befand und Pflanze C sich entfernt von dem Bewässerungsbeutel an dem anderen Ende des Aufzuchtbehälters befand.
Wie vorstehend in Beispiel 15 veranschaulichen die Gewichte von Schößlingen und Wurzeln und die mittleren Wasserüberführungsraten in Tabelle 3 deutlich, daß Sorghumpflanzen, die in Mutterboden aufgezogen wurden (Versuche 5 und 6), besser wuchsen als Pflanzen, die in Sand aufgezogen wurden (Versuche 7 und 8). Pflanze A wuchs im größten Ausmaß und Pflanze C im kleinsten, was ihre Nähe zu der Wasserquelle in Form des Bewässerungsbeutels aus hydrophiler Membran widerspiegelt.
TABELLE 3 Trockengewichte von Schößlingen und Wurzeln von Sorghumpflanzen und mittlere Wasserüberführungsrate durch einen Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran
BEISPIEL 17
In vier Aufzuchtbehältern, identifiziert als Versuche 9, 10, 11 und 12, wurden vorher gekeimte Maissämlinge mit einer Höhe von ungefähr 7-10 cm umgepflanzt und in getrocknetem gedüngten Mutterboden aufgezogen, wobei Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran unter dem Boden in einer Tiefe von rund 10 cm in Terrakottabehältern vergraben waren. Zwei unterschiedliche Materialien wurden für die Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran verwendet – Copolyetherester A für Versuch 11 und Copolyetherester B für die Versuche 9, 10 und 12. Copolyetherester A absorbiert mehr als 50 Volumen-% Wasser im Vergleich zu 30%, absorbiert durch Copolyetherester B. Deshalb zeichnet sich Copolyetherester A durch höhere Wasserdampfpermeabilität als Copolyetherester B aus.
Die Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran erstreckten sich etwa über die Hälfte des Weges den Boden der Aufzuchtbehälter entlang, die in den Versuchen 9 und 11 verwendet wurden, aber erstreckten sich den ganzen Boden der Aufzuchtbehälter entlang, die in den Versuchen 10 und 12 verwendet wurden. Drei Pflanzen wurden in jedem Behälter aufgezogen, derart, daß Pflanze A sich direkt über dem Bewässerungsbeutel befand, Pflanze B sich über dem Rand des Bewässerungsbeutels aus hydrophiler Membran befand und Pflanze C sich in den Versuchen 9 und 11 entfernt von dem Bewässerungsbeutel am anderen Ende des Aufzuchtbehälters befand. Alle Pflanzen befanden sich direkt über den Bewässerungsbeuteln aus hydrophiler Membran, die in den Versuchen 10 und 12 verwendet wurden.
Verglichen mit Versuch 9 wird die Auswirkung der Vergrößerung der Oberfläche des Bewässerungsbeutels aus hydrophiler Membran durch Versuch 10 veranschaulicht, und die Auswirkung der Verwendung eines Materials mit höherer Wasserdampfpermeabilität wird durch Versuch 11 veranschaulicht. Schließlich demonstriert Versuch 12 die Auswirkung der Verwendung von Meerwasser anstatt Frischwasser innerhalb des Bewässerungsbeutels aus hydrophiler Membran mit größerer Oberfläche, wie in Versuch 10 verwendet.
Die Gewichte von Schößlingen und Wurzeln und die mittleren Wasserüberführungsraten zu den Maispflanzen in diesen Versuchen sind in Tabelle 4 angegeben. Die Werte veranschaulichen, daß die größte Verbesserung in den Wachstumsbedingungen durch Verwendung eines Bewässerungsbeutels aus hydrophiler Membran mit größerer Oberfläche (Versuch 10) erreicht wurde. Die Verwendung des stärker permeablen Copolyetheresters A für den Bewässerungsbeutel (Versuch 11) anstatt des standardmäßigen Copolyetheresters B (Versuch 9) führte ebenfalls zu größerem Pflanzenwachstum. Versuch 12 veranschaulicht, daß Maispflanzen erfolgreich aufgezogen werden konnten, auch wenn sie durch einen Beutel bewässert wurden, der Meerwasser enthielt.
TABELLE 4 Trockengewichte von Schößlingen und Wurzeln von Maispflanzen und mittlere Wasserüberführungsrate durch einen Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran
BEISPIEL 18
In drei Terrakotta-Aufzuchtbehältern, identifiziert als Versuche 13, 14 und 15, wurden vorher gekeimte Maissämlinge mit einer Höhe von rund 15 cm aufgezogen, indem Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran, hergestellt aus Copolyetherester B, verwendet wurden und unter dem Boden in einer Tiefe von rund 15 cm vergraben wurden. In einem vierten Terrakotta-Aufzuchtbehälter, identifiziert als Versuch 16, wurde ein Celebrity-Tomatensämling aufgezogen, wobei ebenfalls Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran, wie für die Versuche 13, 14 und 15 beschrieben, verwendet wurden. Die Bewässerungsbeutel erstreckten sich den gesamten Boden von jedem Aufzuchtbehälter entlang. Eine Pflanze wurde in jedem Behälter aufgezogen, die sich direkt über dem Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran befand. Verglichen mit den Behältern, die vorstehend in den Beispielen 15, 16 und 17 beschrieben sind (Abmessungen 15 × 15 × 60 cm), waren die Behälter, die für die Versuche 13, 14, 15 und 16 verwendet wurden, größer (50 × 50 × 50 cm). Alle Bewässerungsbeutel hatten die gleiche Größe und erstreckten sich den gesamten Boden der Aufzuchtbehälter entlang, so daß rund 1450 cm² Membranoberfläche für die einzelnen Pflanzen verfügbar waren, die in diesen Versuchen 13, 14, 15 und 16 verwendet wurden, verglichen mit einer Fläche von 265 cm² oder 600 cm², die für drei Pflanzen verfügbar waren, die in den Versuchen verwendet wurden, die in den Beispielen 15, 16 und 17 beschrieben sind.
In dem Referenzversuch 13 wurde ein Maissämling in getrocknetem gedüngten Mutterboden aufgezogen, der durch einen Frischwasser enthaltenden Bewässerungsbeutel bewässert wurde. In Versuch 14 wurde Meerwasser als Wasserquelle in dem Bewässerungsbeutel verwendet. In Versuch 15 wurde trockener, gedüngter Sand anstatt Mutterboden als Wachstumsmedium für die Maispflanze verwendet und der Aufzuchtbehälter wurde mit einer Lage von schwarzem Polyethylenkunststoff abgedeckt, um die Evaporation des Wassers von der Bodenoberfläche zu verzögern. Eine Celebrity-Tomatenpflanze anstatt Mais wurde in Versuch 16 verwendet, die bewässert wurde, indem Meerwasser als Wasserquelle in dem Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran verwendet wurde, während andere Faktoren die gleichen blieben wie in dem Referenzversuch 13. Gewichte von getrockneten Schößlingen und Wurzeln und mittlere Wasserüberführungsraten sind in Tabelle 5 angegeben.
TABELLE 5 Trockengewichte der Schößlinge und Wurzeln von Mais- und Tomatenpflanzen und mittlere Wasserüberführungsrate durch einen Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran
BEISPIEL 19
Sperrholz-Aufzuchtbehälter (60 × 60 × 200 cm) wurden in den Versuchen 17 und 18 verwendet. Celebrity- und Rutgers-Tomatensämlinge wurden umgepflanzt und in getrocknetem gedüngten Mutterboden aufgezogen. Die Celebrity-Tomatenpflanzen wurden als Sämlinge mit einer Höhe von rund 20 cm umgepflanzt, während die Rutgers-Tomatenpflanzen als Sämlinge mit einer Höhe von rund 10 cm umgepflanzt wurden. Diese zurei verschiedenen Arten von Tomaten wurden verwendet, um ihr Wachstumsverhalten zu vergleichen. Celebrity-Tomaten wachsen zu größeren Pflanzen und sind eine bestimmte Varietät, während Rutgers-Tomaten zu einer begrenzteren Größe wachsen und eine unbestimmte Varietät sind.
In Versuch 17 wurden Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran, hergestellt aus Copolyetherester B, unter dem Boden vergraben, zu einer Tiefe, beginnend gerade unterhalb der Oberfläche an einem der 60 cm breiten Enden von jedem Aufzuchtbehälter und fortschreitend abfallend in einem geraden Gefälle die 200-cm-Länge entlang bis zu dem Boden des Aufzuchtbehälters an dem anderen 60 cm breiten Ende. Die Standorte der Pflanzen A, B und C bildeten eine gerade Linie, derart, daß Pflanze A sich nahe dem flachen Ende befand, wo der Bewässerungsbeutel gerade unter der Oberfläche war, und Pflanze C sich nahe dem tiefen Ende befand, wo der Bewässerungsbeutel den Boden des Aufzuchtbehälters erreichte. Ähnlich bildeten die Standorte der Pflanzen W, X und Y eine gerade Linie parallel zu der, die durch die Pflanzen A, B und C gebildet wurde, derart, daß Pflanze W sich nahe dem flachen Ende befand und Pflanze Y sich nahe dem tiefen Ende des Aufzuchtbehälters befand. Die Pflanzen W, X und Y waren relativ zu den Pflanzen A, B und C versetzt, um den empfohlenen Abstand von mindestens 50 cm zurischen den Pflanzen zu erreichen.
In Versuch 18 wurden die Pflanzen einzeln mit deionisiertem Wasser aus einer Gießkanne ohne Verwendung eines Bewässerungsbeutels bewässert. Eine Menge von Wasser, ausreichend für normales Wachstum jeder Pflanze, wurde in diesem Referenzversuch verwendet.
Die relativen Gewichte der Schößlinge und Wurzeln der in Versuch 17 aufgezogenen Pflanzen demonstrierten, daß die Pflanzen A, B und W, die relativ nahe zu dem Bewässerungsbeutel waren, besser wuchsen als die Pflanzen C, X und Y, die weiter entfernt von dieser Wasserquelle waren.
Die Werte für die Gewichte von Schößlingen und Wurzeln der Versuche 17 und 18 und die mittlere Wasserüberführungsrate von Versuch 17 sind in Tabelle 6 angegeben.
TABELLE 6 Trockengewichte von Schößlingen und Wurzeln von Tomatenpflanzen und mittlere Wasserüberführungsrate durch einen Bewässerungsbeutel aus hydrophiler Membran
BEISPIELE 20 UND 21
Diese Gruppe der Beispiele 20 und 21 sollte die Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Befeuchtung demonstrieren.
In Beispiel 20 wurde ein wasserdichter verschlossener Beutel, der Leitungswasser enthielt, aus einer Folie von Copolyetherester B mit einer Dicke von 50 Mikrometern hergestellt und wurde bei Raumtemperatur auf dem Labortisch plaziert. Ein Papierhandtuch wurde oben auf dem Beutel aus hydrophiler Membran, in Kontakt mit der Membranoberfläche, plaziert und Samen von Rettich-, Salat-, Rüben-, Rosenkohl-, Spinat-, Kohl- und Veilchen-Pflanzen wurden auf dem Papierhandtuch plaziert und ein anderes Papierhandtuch wurde oben auf den Samen plaziert und der Aufbau wurde im Dunkeln gelassen. Nach fünf Tagen hatten Samen von allen vorstehenden Pflanzenspezies gekeimt, wobei sie nur die Feuchtigkeit nutzten, die aus dem Inneren des Beutels pervaporierte.
In Beispiel 21 wurde unter Verwendung einer herkömmlichen Heißschweißvorrichtung ein Sojabohnensamen zurischen zurei Schichten von hydrophiler Membran mit einer Dicke von 50 Mikrometern, hergestellt aus Copolyetherester B, verschlossen, was eine luftdichte quadratische durchscheinende Tasche mit den Abmessungen 2 × 2 cm ergab, wobei Luft um den Samen herum eingeschlossen war. Die Tasche aus hydrophiler Membran wurde dann in einem Becherglas auf Leitungswasser schwimmen gelassen und im Dunkeln bei Raumtemperatur belassen. Nach zurei Wochen wurde beobachtet, daß die Sojabohne innerhalb der Tasche von dem Wasser, das durch die hydrophile Membran in die Tasche pervaporiert war, gekeimt hatte.
BEISPIEL 22
Beispiel 22 verkörpert eine andere Anwendung, wo unter Verwendung von Wasser, das durch eine hydrophile Membran pervaporierte, Pflanzen aus Samen aufgezogen wurden. Ein offener Kunststofftrog mit den Abmessungen 60 × 45 × 3 cm wurde mit der größten Fläche waagerecht plaziert und mit Frischwasser bis zu einer Tiefe von 2 cm gefüllt. Eine hydrophile Membran mit einer Dicke von 25 Mikrometern, hergestellt aus Copolyetherester C, wurde oben über dem Trog plaziert, derart, daß sie auf der Oberfläche des Wassers schwamm, wobei sie über die Kanten des Trogs herabhing. Grassamen aus einer im Handel erhältlichen Gartenmischung wurden auf die Oberseite der hydrophilen Membran verteilt und mit ungefähr 3 mm Torfmoos bedeckt, das Kristalle eines festen Düngemittels mit langsamer Freisetzung enthielt. Der Versuch wurde mit einem durchsichtigen Kunststoffdeckel bedeckt, der Licht in den Behälter ließ.
Nach einer Woche war die Innenseite des durchsichtigen Kunststoffdeckels mit Tröpfchen von kondensiertem Wasser bedeckt worden und einige Grassamen entlang dem Rand der hydrophilen Membran, wo diese Kondensation das Torfmoos durchtränkt hatte, hatten gekeimt. Einige Samen über der Mitte der hydrophilen Membran, entfernt von dem kondensierten Wasser, hatten ebenfalls gekeimt. Um zu verhindern, daß weitere Feuchtigkeit auf dem Deckel kondensierte und in das Torfmoos lief wurde zu dieser Zeit der Deckel entfernt. Von dieser Zeit an wurde das Wasser unterhalb der hydrophilen Membran fortschreitend, einmal alle zurei oder drei Tage, wieder mit Meerwasser vom englischen Kanal aufgefüllt, wobei das Wasser, das durch die Membran und in das Torfmoos pervaporiert war, ersetzt wurde.
Nach zurei Wochen war zu sehen, daß das Gras aus dem Samen über die gesamte Oberfläche der hydrophilen Membran wuchs. Es wurde gefunden, daß zusätzliche Grassamen im Verlauf des restlichen Versuchs keimten.
Der Versuch wurde nach 14 Wochen beendet. Zu dieser Zeit hatte das Gras eine sehr dichte Wurzelmasse gebildet. Grüne, gesunde Halme von Gras mit über 18 cm Länge wuchsen in normaler Weise. Dieser Versuch zeigt, daß Gras aufgezogen werden kann, indem Wasser verwendet wird, das durch die Membran der vorliegenden Erfindung pervaporiert, wobei eine Brackwasserquelle verwendet wird.

Claims

Pflanzenwachstumsmedium mit kontrollierter Feuchtigkeit, umfassend ein Wachstumsmedium und eine hydrophile Membran, umfassend eine oder mehrere Schichten von Polymeren, durch welche Wasser, enthaltend mindestens eines von suspendierten Feststoffen, gelösten Feststoffen, Schadstoffen, Salzen und biologischen Materialien, von einer Wasserquelle unter Umgebungstemperaturbedingungen hindurchgeführt wird; wodurch die hydrophile Membran das mindestens eine von suspendierten Feststoffen, gelösten Feststoffen, Schadstoffen, Salzen und biologischen Materialien zurückhält und erlaubt, daß Wasserdampf in das Wachstumsmedium hindurchgelassen wird; wobei die hydrophile Membran aus einer oder mehreren Polymerschichten hergestellt ist und eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate gemäß ASTM E 96-95 (Verfahren BW) von mindestens 400 g/m²/24h, gemessen mit einer Gesamtfoliendicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s, hat; und wobei das Polymer aus der Gruppe, umfassend Copolyetheresterelastomere, Polyether-Block-Polyamide, Polyetherurethane, Homopolymere und Copolymere von Polyvinylalkohol sowie Gemische davon, ausgewählt ist.
Pflanzenwachstumsmedium mit kontrollierter Feuchtigkeit nach Anspruch 1, wobei die hydrophile Membran ein oder mehrere Copolyetheresterelastomere umfaßt, die eine Mehrzahl von wiederkehrenden langkettigen Estereinheiten und kurzkettigen Estereinheiten aufweisen, die Kopf-an-Schwanz durch Esterbindungen verbunden sind, die langkettige Estereinheit durch die Formel
dargestellt wird und die kurzkettige Estereinheit durch die Formel:
dargestellt wird, wobei G ein zureiwertiger Rest, verbleibend nach der Entfernung von endständigen Hydroxylgruppen aus einem Poly(alkylenoxid)glycol, mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 400-4000 ist; R ein zureiwertiger Rest, verbleibend nach Entfernung von Carboxylgruppen aus einer Dicarbonsäure, mit einem Molekulargewicht von weniger als 300 ist; D ein zureiwertiger Rest, verbleibend nach Entfernung von Hydroxylgruppen aus einem Diol, mit einem Molekulargewicht von weniger als etwa 250 ist; der Copolyetherester 0-68 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolyetheresters, Ethylenoxidgruppen, eingebaut in die langkettigen Estereinheiten des Copolyetheresters, enthält; und der Copolyetherester etwa 25-80 Gewichtsprozent kurzkettige Estereinheiten enthält.
Verwendung einer hydrophilen Membran, umfassend eine oder mehrere Polymerschichten, um den Feuchtigkeitsgehalt eines Wachstumsmediums zur Aufzucht von Pflanzen oder Feldfrüchten zu kontrollieren, wobei die hydrophile Membran eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate gemäß ASTM E 96-95 (Verfahren BW) von mindestens 400 g/m²/24h, gemessen mit einer Gesamtfoliendicke von 25 Mikrometern unter Verwendung von Luft bei 23°C und 50% relativer Feuchtigkeit mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s, hat; und wobei das Polymer aus der Gruppe, umfassend Copolyetheresterelastomere, Polyether-Block-Polyamide, Polyetherurethane, Homopolymere und Copolymere von Polyvinylalkohol sowie Gemische davon, ausgewählt ist, wodurch Wasser, enthaltend mindestens eines von suspendierten Feststoffen, gelösten Feststoffen, Schadstoffen, Salzen und biologischen Materialien, von einer Wasserquelle derart durch die hydrophile Membran hindurchgeführt wird, daß die hydrophile Membran das mindestens eine von den suspendierten Feststoffen, gelösten Feststoffen, Schadstoffen, Salzen und biologischen Materialien zurückhält und erlaubt, daß Wasserdampf in das Wachstumsmedium hindurchgelassen wird.