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Behandlung von Böden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung
der Krümelstabilität der Oberfläche landwirtschaftlich genutzter Böden.
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Die bei der Behandlung von . Böden auftretenden Probleme sind in der
USA.-Patentschrift 2 625 529
dargelegt. Danach wird die Oberfläche von Ackerböden
verbessert durch Vermischen des Bodens mit einer kleinen Menge synthetischer, wasserlöslicher
Polymerer mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht über io ooo. Diese Polymeren
sind für diesen Zweck wirksam, jedoch verhältnismäßig teure Substanzen, so daß ihre
Anwendbarkeit begrenzt ist. Nachteilig wirkt sich die hohe Viskosität wäßriger Lösungen
dieser Polymeren aus, da dadurch ihre Anwendbarkeit in dieser Form erschwert wird.
Andererseits nehmen diese Polymeren, da sie hygroskopisch
sind,
Wasser auf und werden gummiartig, z. B. wenn sie in fester Form auf den Boden aufgebracht
werden. Diese gummiartigen Massen lassen sich nur schwer in den Boden einarbeiten,
und ihr Aufbringen auf den Boden ist schwierig.
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Die Erfindung schlägt eine. neue Klasse von Substanzen als Zusatzstoffe
zum. Boden zur Verbesserung der Krümelstabilität vor, die im Vergleich mit den oben
beschriebenen Polymeren Substanzen von verhältnismäßig niedrigem Molekulargewicht
sind, die im übrigen nicht unbedingt wasserlöslich sein müssen. Diese von den bisher
verwendeten Polymeren durchaus verschiedenen Stoffe stabilisieren Bodenkrümel, gegen
die Einwirkung von Wasser und verbessern auch auf sonstige Weise den Ackerboden.
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Die unerwünschte Wirkung des Wassers auf Bodenkrümel ist zusammengesetzter
Natur. Zunächst verursacht Wasser, daß die Bodenkrümel zerfallen oder zu Primärbodenteilchen
oder kleineren Krümeln abgebaut werden. Dann neigen diese primären Bodenteilchen
und sehr kleinen Bodenkrümel dazu, die Kapillarporen des Bodens zu verstopfen. Dieses
Verstopfen beeinflußt die Dränage, Belüftung, Zerreibbarkeit; den Erosionswiderstand
und das Wasserhaltevermögen des Bodens ungünstig. In Böden mit- hoher Krümelstabilität
sind diese Wirkungen weniger ausgesprochen.
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Eine solche hohe Krümelstabilität des Bodens wird gemäß der Erfindung
erreicht durch Einarbeiten von o,oo5 bis 2 °/o einer Harzsäureverbindung, insbesondere
einer Harzsäure oder eines harzsauren Salzes, z. B. eines anorganischen und Aminsalzes-einer
Harzsäure, in den Boden. -Unter Harzsäure sind zu verstehen unter anderem Holzharze,
handelsübliche Abietinsäure, die Abietinsäure von Tallöl, gegebenenfalls isoliert,
die hydrierten, oxydierten, wärmebehandelten, polymerisierten oder dehydrierten
Produkte von Harzsäuren und die verschiedenen Harzsäuren, die Abfall- und Nebenprodukte
enthalten. Die Salze -der Harzsäuren können irgendwelche Metallsalze sein, vorzugsweise
Natrium-, Zink-, Kupfer-, Ammoniüm-, Calcium-, Magnesium-. und Kaliumsalze. Brauchbar
sind auch die Barium-, Kobalt-, Blei- und Eisensalze. Von. den Aminsalzen der Harzsäure
können verwendet werden z. B. Äthanolamin-, Butylamin-, 2-Äthylhexylamin-, Äthylamin-,
Äthylendiamin-, Diäthylentriamin- und Tetraäthylenpentaminsalze., Die Wasserlöslichkeit
ist .für die Verbesserung der Krümelstabilität des Bodens kein Erfordernis; von
den bevorzugten - Harzsäuresalzen sind die Natrium-, Ammonium- und Kaliumsalze wasserlöslich,
die Zink-, Kupfer-, Magnesium- und Calciumsalze jedoch in Wasser unlöslich.
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Umfangreiche Versuche zeigten, daß die Harzsäuren und ihre Salze als
Bodenbehandlungsmittel einmalig sind; es wurde eine große Reihe von Salzen organischer
Säuren geprüft und gefunden, daß sie praktisch keine Wirkung haben, mit Ausnahme
eben der Harzsäuresalze.
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Einige Ergebnisse zeigt die Tabelle I; der verwendete Boden hatte
eine sehr schlechte natürliche Krümelstabilität. Tabelle I Erhaltung der Krümel
von-Calhoun-Schlammboden, behandelt mit o,i °% (bezogen auf das Trockengewicht des
Bodens) der Natriumsalze von verschiedenen organischen Säuren
| Krümel- - |
| Behandeltes Material erhaltung |
| Kontrolle, keine Behandlung ....... ' 1,6 . |
| Natriumbarbitarat ................. 1,4 |
| Natriumsuccinamat ................ 1,5 |
| Natriumcitrat ...................... i,0 |
| Natriumgallat ..................... 1,4 |
| Natriumbenzoat ................... 1,2 |
| Natriümglykolat ................... 1,3 |
| Natriumtannat .................... 1,2 |
| Natriumsalz der handelsüblichen |
| Abietinsäure..................... g,7 . |
Im folgenden wird der Test für die Krümelstabilität beschrieben.
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Der für die Krümelstabilitätsprobe verwendeteBoden wird zuerst bei
70° unter Vakuum getrocknet und dann pulverisiert, so daß er durch ein 2o-Maschen-Sieb
hindurchgeht. Zu 50 g dieses Bodens wird eine Lösung oder Dispersion von
0,05 g (oder andere Probemenge) des Behandlungsmaterials in 15 ml Leitungswasser
hinzugegeben. Die Masse wird mit einem steifen Spatel gut gemischt und durch ein
io-Maschen-Sieb gepreßt. Die ausgepreßten Fäden werden dann in einem Druck-Konvektionsofen
bei Zimmertemperatur und Druck ungefähr 48 Stunden getrocknet. 25 g dieses Materials
werden dann ausgewogen und in ein graduiertes iooo-ml-Gefäß, das 6oo ml Wasser enthält,
gebracht. Der Zylinder wird dann einmal umgestülpt und 3o Minuten stehengelassen.
Dann wird der Zylinder dreißigmal umgestülpt und der. Inhalt auf ein 6o-Maschen-Sieb
gegossen. Das Sieb und sein Inhalt werden dann in ein und aus einem mit Wasser gefüllten
Gefäß dreißigmal gehoben und wieder herabgelassen: Die Bodenmenge, bezogen auf das
Trockengewicht, die auf dem Sieb bleibt, wird dann bestimmt. Das Gewicht dieses
Bodens gibt durch 25 dividiert und reit ioo multipliziert die prozentuale Bodenkrümel=
stabilität oder Bodenkrümelerhaltung.
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Die Wirkung der Bodenbehandlungsmittel für die Verbesserung der Bödenkrümelstabilität
variiert mit der Art des Bodens; die Wirkung der erfindungsgemäßen Bodenbehandlungsmittel
stimmt mit dieser Regel überein.
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Die Prüfung einer Bodenbehandlung bei nur wenigen Bodenarten charakterisiert
im allgemeinen die Wirkung der Bodenbehandlungsmittel nicht hinreichend.
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Die Böden werden nach Beschaffenheitsklassen und Bodenreihen klassifiziert.
Eine solche Klassifizierung nach Beschaffenheitsklassen ist die Unterteilung in
Sade, lehmige Sande, sandige Lehme, sandige Tonlehme, Lehme, Schlammlehme, Schlamme,
schlammige Tonlehme, schlammige Tone, tonige Lehme, sandige Tone, Tone. .
Die
Harzsäuren und ihre Salze wurden als Bodenkrümelstabilisierungsmittel an zahlreichen
Böden geprüft, die fast alle Klassen der Bödenbeschaffenheit darstellen. Sie sind
in Übereinstimmung mit anderen Bodenbehandlungsmitteln wirksamer bei Böden mit mittlerer
Beschaffenheit und verhältnismäßig weniger wirksam bei Sanden und Tonen.
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Die Zusatzstoffe gemäß der Erfindung sind für die Behandlung -von
Böden fast aller Arten der Bodenbeschaffenheit verhältnismäßig stark wirksam; bei
Schlammen sind sie nur mäßig wirksam.
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In der folgenden Tabelle II werden Prüfungen der Bodenkrümelstabilität
für alle Arten der Bodenbeschaffenheit angegeben, unter Verwendung von Natriumabietat
im Vergleich mit einem handelsüblichen Bodenbehandlungsmittel, ° ein gemischtes
Calcium-Natriumsalz eines Vinylacetat-Maleinsäureanhydridmischpolymeren (»Krilium«
6). Die Tabelle gibt sowohl die Bodenbeschaffenheit an als auch die Zahl der geprüften
Böden jeder Klasse. Die Ergebnisse sind ein Durchschnitt der Testwerte jeder Klasse.
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Die Harzsäuren undf ihre Salze sind wirksam auch bei verhältnismäßig
geringen Konzentrationen; sie sind in der Tat bei niederen Konzentrationen wirksamer
als die zur Zeit verwendeten Bodenbehandlungsmittel.
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Da zur Zeit das Verhältnis des Preises der Harzsäuren und ihrer Salze
zu dem von synthetischen Polyelektrolyten ungefähr i : io ist, sind die Behandlungskosten
pro Hektar zur Erreichung einer bestimmten Krümelstabilität bei Verwendung der Harzsäuren
und ihrer Salze viel geringer als bei Verwendung der zur Zeit verwendeten synthetischen
Polyelektrolyte. Die untenstehende Tabelle III zeigt die Wirkung derKonzentration
desBodenbehandlungsmittelsauf die Erhaltung der Bodenkrümel; die Wirksamkeit dar
Natriumsalze der Harzsäuren beginnt bei Konzentrationen über o,5 °% abzufallen oder
konstant zu werden.
| Tabelle II |
| Bodenkrümelstabilitätsproben |
| mit verschiedenen Böden |
| °% Erhaltung der Krümel |
| Beschaüenbeitsklasse und Anzahl der Böden, die in
0,10/0 0,1% |
| jeder Klasse geprüft werden Kontrolle Natrium- salz von |
| Harzsäure lium« 6 |
| Sande und lehmige |
| Sande (4) .......... 23,86 6o,83 36,55 |
| Sandige Lehme (4) . .. 26,15 72,8 53,85 |
| Feine sandige Lehme (8) 17,34 67,8 59,01 |
| Sehr feine sandige |
| Lehme (2) ......... 8,31 83,0 46,2o |
| Lehme (3) ........... =7,43 70,9 76,0o |
| Schlammlehme (26) ... 8,0i 49,2 61,22 |
| Schlamme (2) ........ 3,95 18,1 50,70 |
| Schlammige Ton- |
| lehme (4) .......... 4,93 64,7 4150 |
| Schlammige Tone (2) .. 8,6o 75,9 30,40 |
| Tonige Lehme (42) .... 26,86 53,6 52,70 |
| Tone (9) ............. 49,34 59,9 58.46 |
| Durchschnitt |
| des Ganzen ........ 20,90 57,09 55,08 |
| Tabelle III - . |
| Krümelerhaltung von Paulding-Ton, behandelt mit verschiedenen
Konzentrationen |
| der Bodenbehandlungsmittel |
| % Konzentration, bezogen auf das Bodentrockengewicht |
| Material .......... 0,005 0,01 0,05 o,i 0,2 0,5
1,0 |
| »Krilium(c 6 ....... 31,6 33,9 35,2 54,5 - 93,3 - |
| Natrium »Tallex(z1) 24,3 36,7 50,9 59,7 62,7 74,0 57.6 |
| »Vinsol NVX«2) ... - - 33,8 4512 48,9 61,8 60,o |
| »Tallso«3) ......... - - 35,8 43,2 52,0 47,0 49,8 |
| Natrium »Liqro«4) - - 48,3 45,5 51,1 58,4 61,8 |
| 1) »Tallex« -ist eine kristalline Abietinsäure, die von anderen
Bestandteilen des destillierten Tallöls abgetrennt ist. (West |
| Virginia Pulp and Paper Company). |
| a) »Vinsol NVX« ist das Natriumsalz von Vinsol-Harz, das eine
harzige Destillationsrückstandssäure ist, Erweichungspunkt |
| (ASTM) x06° C. (Hercules Powder Company). |
| a) »Tallso« ist das rohe Natriumsalz von »Liqro«, das 35°/o
Feuchtigkeit und eingeschlossene schwarze Flüssigkeit enthält. |
| »Liqro« wird angegeben als undestilliertes Gesamttallöl. Die
Menge des in diesen Versuchen verwendeten »Tallso« ist- auf die |
| darin enthaltene Trockenmasse bezogen. (West Virginia Pulp
and Paper Company). |
| 4) »Liqro« wird angegeben als undestilliertes Gesamttallöl.
(West Virginia Pulp and Paper Company). |
Im allgemeinen sind die reineren Substanzen die wirksamsten, jedoch zeigen auch
Materialien, die nur 40 °% Harzsäure enthalten, eine beträchtliche Wirkung. Im allgemeinen
sind die Salze der Harzsäuren wirksamere Bodenbehandlungsmittel als die Harzsäuren
selbst.
Die folgende Tabelle IV zeigt einige Prüfungsresultate von
verschiedenen Salzen der Abietinsäure und von Harzsäure enthaltenden Substanzen.
| Tabelle IV |
| Wirkung verschiedener Harzsäuzederivate, zugefügt |
| zu Paulding-Tonboden in Mengen von o;i °%, bezogen |
| auf das Trockengewicht des Bodens |
| Durch- |
| Behandlungsmaterial schnittliche |
| Krümel- |
| erhaltung °% |
| Kontrolle .......:................. . 2o,8 |
| Salze von handelsüblicher Abietinsäure |
| Ammroniumabietat .....'............ 45,4 |
| Bariumabietat ...........:......... 33,5 |
| Calciumabietat .................... 43,2 |
| Kobaltabietat ..................... 26,3 |
| Cupriabietät ....................:. 53,6 |
| Ferriabietat ....................... . _ 31,6 |
| Magnesiumabietat ................. 42,5 |
| Kaliumabietat :................... 53,8 |
| Natriumabietat................... . 59,0 |
| Zinkabietat ....................... 54,8 |
| Bleiabietat.-.... ................. 36,5 |
| Natriumsalz eines handelsüblichen ge- |
| reinigten Tallöls ................. 37,9 |
| Ammoniumsalz. eines anderen handels- |
| üblichen gereinigten Tauöls : . . . . . . 30,6 |
| Natriumsalz -einer Destillationsrück- - |
| stand-Harzsäure ..... ............. -45,2 |
| Natriumsalz von handelsüblicher |
| Abietinsäure .................... 33,9 |
| Butylaminsalz einer bandelsüblichen |
| Abietinsäure .................... 45,1 |
lEs gibt jeweils einen optimalen Wassergehalt des Bodens, bei dem die Zugabe des
Bodenbehandlungsmittels am günstigsten ist. Das Bodenbehandlungsmittel ist bei allen
Bodenfeuchtigkeitskonzentrationen, die in der Praxis auftreten, wirksam; beste Resultate
werden jeweils bei einem optimalen Bodenfeuchtigkeitsgehalt erhalten. Der Feuchtigkeitsgehalt
des Bodens soll bei Zufügung des ' Bodenverbesserungsmittels stets unterhalb der
plastischen Grenze sein. Ist der Bodenfeuchtigkeitsgehalt oberhalb der plastischen
Grenze, so trocknet der Boden zu einer harten Masse und hat keinen landwirtschaftlichen
Wert.
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Da die Harzsäuren und ihre Salze in großen Mengen mit geringen Kosten
erhältlich sind und .da sie bei niedrigen Konzentrationen wirksam sind, kann die
Bodenbehandlung, nun mit viel geringeren Kosten unter Erreichung eines gegebenen
Grades. der Bodenkrümelstabilität durchgeführt werden. Überdies sind die erfindungsgemäßen
Substanzen, im Vergleich mit dein wasserlöslichen Polyelektrolyt; nicht hygroskopisch
und geben keine Lösungen mit hoher Viskosität. Sie können' also sowohl als Pulver
wie als Lösung viel leichter aufgebracht werden. Die erfindungsgemäßen Substanzen
haben auch den Vorteil, daß sie in wasserlöslicher Form angewendet werden können,
wie z. B. das Natriumsalz von Harzsäure, und später in die wasserunlösliche Form
umgewandelt werden; entweder durch das normalerweise im Boden vorhandene Calcium
oder durch Zugabe von Kalk. Diese wasserunlöslichen Formen behalten einen großen
Teil ihrer Wirksamkeit bei, gehen aber nicht durch Auslaugen verloren.