FI127883B

FI127883B - Komposiittirakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi

Info

Publication number: FI127883B
Application number: FI20165637A
Authority: FI
Inventors: Kari Silokangas; Jorma Kautto; Janne Kangas
Original assignee: Vapo Oy
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2019-04-30
Also published as: FI20165637A; US20190208718A1; EP3503714A1; WO2018037165A1; CA3034751A1

Abstract

Esillä olevan keksinnön mukaisesti on aikaansaatu komposiittirakenne, joka käsittää toisiinsa sekoittuneina olennaisesti läpi koko rakenteen: turvekuituja, turvepartikkeleita, turveagglomeraatteja tai näiden seoksia, jotka on saatu kasvuturpeesta fraktioimalla tai turpeen hienoaineksesta valmistamalla; ja polymeerikuituja, joka komposiittirakenne on lämpökäsitelty polymeerikuitujen sitomiseksi toisiinsa ja turvekuitujen, turvepartikkeleiden, turveagglomeraattien tai näiden seosten stabiloimiseksi paikoilleen komposiittirakenteessa. Lisäksi on aikaansaatu menetelmä komposiittirakenteen valmistamiseksi.

Description

Komposiittirakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi

KEKSINNÖN ALA [0001] Esillä oleva keksintö liittyy turvetta sisältäviin komposiittirakenteisiin, 5 erityisesti kasvualustoihin ja eristelevyihin.

TEKNIIKAN TASO [0002] Ammattimaisessa kasvihuonevihannesviljelyssä käytetään nykyisin pääsääntöisesti turvepohjaisia tai mineraalivillapohjaisia kasvualustoja. Vihannesviljelyn kasvualustat ovat tyypillisesti kooltaan rajoitettuja, levymäisiä tuotteita, joiden tarkoitus on 10 mahdollistaa kasvien veden ja ravinteiden saanti tarjoamalla viljelykasvin juuristolle optimaalinen kasvu- ja tartuntapinta sekä toimimalla kasvatuksen aikaisena ravinteiden ja veden varastona. Juuriston kasvun ja toiminnan tehokkuuden kannalta kasvualustan rakenteellisella koostumuksella on tarkat vaatimukset esimerkiksi sen huokoisuuden suhteen. Kasteluveden mukana kasville annetaan oikea määrä ravinteita tehokkaan kasvun 15 sekä laadukkaan ja runsaan sadon tarpeisiin. Optimaalinen kasvualusta toimii viljelyssä kasvin ravinne- ja vesipuskurina, jolloin liiallista ylikastelua ei tarvita eikä turhaa ravinteiden huuhtoutumista ei tapahdu. Näin kaikki ravinteet tulevat tehokkaasti kasvin käyttöön ja mahdollinen ravinteiden ja veden hukka jää mahdollisimman pieneksi. Lisäksi hyvä kasvualusta ehkäisee kasvitautien puhkeamista ja leviämistä. Viljelyn jälkeen 20 käytetty kasvualusta tulisi olla helposti kierrätettävissä hyötykäyttöön. Tyypillisesti lähes kaikki kaupoissa myytävät tomaatit, kurkut, paprikat, salaatit ja yrtit kasvatetaan teollisesti valmistetuissa kasvualustoissa.

[0003] Turvepohjaisten kasvualustojen hyviä ominaisuuksia ovat niiden erinomainen veden ja ravinteiden pidätyskyky, edullisuus, luonnonmukaisuus, kierrätettävyys käytön 25 jälkeen sekä luontainen kasvua edistävä ja tauteja ehkäisevä mikrobitoiminta. Haittana on huono käsiteltävyys automaattilaitteissa, rakenteen tiivistyminen pitkäkestoisessa viljelyssä ja joillakin markkina-alueilla yleinen turpeenvastainen mielipide. Irtoturpeen käsittely on usein käsityötä. Irtoturpeen lisäksi turvepohjaisia kasvualustoja puristetaan helpommin käsiteltäviksi ja kuljetettaviksi levyiksi. Turvelevytkään eivät haurautensa vuoksi sovellu 30 automaattikäsittelyyn eikä niistä voida valmistaa edullisesti koneelliseen taimituotantoon sopivia kylvö- tai taimikuutioita.

20165637 prh 13 -02- 2019 [0004] Lasivilla-/mineraalivillatyyppisten kasvualustojen etuna on niiden sopivuus pitkälle automatisoituun taimituotantoon ja viljelyyn. Niiden inaktiivisuuden vuoksi ne sopivat hyvin esimerkiksi ns. kiertovesiviljelyyn. Inaktiivisten kasvualustojen haittana on niiden huono veden ja ravinteiden pidätyskyky jolloin viljelyssä ravinteita ja vettä menee 5 runsaasti hukkaan. Haittana on myös niiden hävitettävyys käytön jälkeen: mineraalivillaa ei voida polttaa eikä se kompostoidu. Lisäksi mineraalivilla ei sisällä luontaisia, kasvua edistäviä hyötymikrobeja.

[0005] Kasvihuoneviljelyssä pyritään nykyisin korkeaan tuotantotehokkuuteen, mikä tarkoittaa tuotannon automatisointia kaikissa vaiheissa. Tyypillisesti korkean 10 automaatioasteen tuotantoa tarvitaan ns. massakasvien viljelyssä, kuten tomaatin, kurkun ja salaatin viljelyssä.

[0006] Tomaatin ja kurkun viljelyssä siemenet kylvetään isommassa alustalevyssä olevaan ns. kylvökuutioon, joka on kooltaan esimerkiksi n. 3 cm x 3 cm x 4 cm kokoinen kasvualustapala. Alustalevyssä, jossa kylvökuutioita voi olla esimerkiksi 150 kappaletta, 15 voidaan kylvökuutioita käsitellä tehokkaammin. Siemenet kylvetään automaattisella kylvökoneella kylvökuutioihin, jonka jälkeen kylvökuutiot viedään alustalevyissä erilliseen idätyshuoneeseen. Idätyshuoneessa pystytään järjestämään optimiolosuhteet siemenen nopealle ja tasaiselle itämiselle. Kylvökuution on oltava koneellista käsittelyä varten riittävän vahvaa materiaalia. Irtoturpeesta tai puristetusta turvelevystä tehdyt kylvökuutiot 20 soveltuvat rajoituksin tähän tarkoitukseen.

[0007] Tämän jälkeen, kun siemen on itänyt, se siirretään varsinaista taimikasvatusta varten ns. taimikuutioon. Taimikuutio on tyypillisesti kooltaan n. 10 cm x 10 cm x 6 cm kokoinen kasvualustapala, jonka keskellä on kylvökuutiolle sopiva istutusreikä. Taimikuutiot levitetään ja harvennetaan taimiviljelypöydille kasvihuoneeseen. Myös kaikki 25 nämä työvaiheet voidaan toteuttaa automaation avulla. Kasvihuoneessa taimikuutiossa kasvavia taimia lannoitetaan, kastellaan ja pidetään sopivissa lämpö- ja valaistusolosuhteissa. Taimikasvatusvaiheen jälkeen, kun taimet ovat kasvaneet oikeaan kokoon ja juurtuneet hyvin taimikuutioon, ne ovat valmiita toimitettavaksi viljelijälle istutettavaksi varsinaiseen tuotantokasvualustaansa.

[0008] Taimikuutiossa on tyypillisesti pohjassa uritus, jonka tehtävä on varmistaa ravinneliuoksen kulkeutuminen esteettä taimikasvatuksen aikana kuution ali ja siten varmistaa juuriston optimaalinen kehitys. Toiseksi urituksen tehtävä on pienentää

20165637 prh 13 -02- 2019 ravinneliuoksen kanssa kosketuksessa olevaa pinta-alaa, jotta juuristo ei tukehdu liikaan kasteluveteen. Lisäksi taimikuution reunoissa on erotuskerros esimerkiksi muovia, jonka tehtävänä on estää kuutioiden juurtuminen toisiinsa kiinni ennen harvennusta taimikasvatuksen aikana.

[0009] Varsinainen tuotantokasvualusta on levymäinen, tyypillisesti muovipussiin pakattu turve- tai mineraalivillalevy. Pussin pinnassa on esileikatut aukot taimikuutioita varten. Viljelylevyn päälle istutetun taimikuution pintaan työnnetään kasvihuoneessa taimien istutuksen jälkeen tippukastelusuutin veden ja ravinteiden antamista varten.

[0010] Salaatinviljely voidaan toteuttaa siten, että salaatit ja yrtit toimitetaan kauppaan joko kasvualustassaan tai ilman sitä. Kasvualustanisissa tuotteissa turve ruukutetaan muoviseen ruukkuun, joka mahdollistaa sen automaattisen käsittelyn viljelyn aikana. Kun salaatti toimitetaan ilman kasvualustaa, leikattuna ja umpinaiseen pussiin pakattuna, se voidaan istuttaa ja kasvattaa myös pitkissä kasvualustalevyissä, joiden käsittely onnistuu automaatiolaittein.

[OOH] Jotta em. automaattikäsittelyt olisivat mahdollisia, kasvualustojen tulee olla riittävän lujia ja muokattavissa automaatiolaitteita varten sopivaan muotoon. Tässä tarkoituksessa mineraalivillasta valmistettu kasvualusta on tällä hetkellä kaikissa edellä kuvatuissa kasvatusvaiheissa ylivoimainen. Irtoturpeen käyttö automaatiolaitteissa on vaikeaa ja irtoturpeesta puristetut levyt liian hauraita automaattisin laittein käsiteltäväksi.

[0012] Toisaalta turvekasvualustassa on monia ominaisuuksia, jotka ovat esim, kasvin terveyden, tuotannon ja ympäristön kannalta parempia kuin mineraalivillassa. Mikäli pystyttäisiin yhdistämään turpeen hyvät kasvualustaominaisuudet ja mineraalivillan käsiteltävyys, voitaisiin saada aikaan ylivoimainen tuote kasvihuonetuotantoa varten.

[0013] Kaikkien tuotantoketjussa olevien kasvualustamateriaalien tulisi käytettävyyden kannalta olla yhteensopivia ja mielellään samaa materiaalia. Tämä helpottaa myös käytettyjen kasvualustojen kierrätystä ja hävitystä.

[0014] Markkinoilla tunnetaan valmistusmenetelmiä, joilla luonnonkuiduista tai kierrätyskuidusta ja polyesteri (PES) bi-komponenttikuidusta voidaan valmistaa eristemateriaaleja (esim, www.angleitner-doa.at).

20165637 prh 13 -02- 2019 [0015] Turvetta on käytetty paitsi kasvualustoissa myös muissa komposiittirakenteissa, kuten mm. erilaisten eristelevyjen, akustiikkalevyjen (www.konto.fi) ja non-wovenin valmistukseen. Näille ratkaisuille on tyypillistä, että turvetta ei fraktioida käyttötarkoitukseensa paremmin sopivaksi vaan käytetään 5 epäpuhtauksista puhdistettua turvetta sellaisenaan.

[0016] Julkaisussa Fl 122883 (B) esitetään muotopuristeen valmistaminen turpeesta ja polyesteristä.

[0017] Julkaisussa WO 2008065233 (AI) esitetään turpeesta ja polyesteristä valmistettu öljynimeytysrakenne.

[0018] Julkaisussa Fl 10169 (UI) esitetään kasvualustan vedenpidätyskerros, joka koostuu irtoturpeesta ja urea-aldehydipolymeerivaahdosta.

[0019] Julkaisussa US 2009019765 AI kuvataan kasvualusta, joka voi sisältää polymeerikuitupalloja, koheesionedistäjää, esimerkiksi sulatettavaa sideainetta, ja turvetta.

[0020] Julkaisussa US 4676871 A kuvataan kuivarainauksella valmistettu levy, joka 15 sisältää turvetta ja polyesterikuituja.

[0021] Julkaisussa CA 2868935 kuvataan vaahtorainauksella valmistettu komposiittirakenne, joka sisältää turvetta.

[0022] Julkaisussa WO 2011015714 AI kuvataan luonnonkuitupohjainen lämmöneriste, joka käsittää orgaanisia kuituja ja synteettisiä sideainekuituj a.

[0023] Julkaisussa US 2006185235 AI kuvataan kasvatuskitti, joka käsittää kasvatusmaton, joka voi sisältää turvetta.

[0024] Julkaisussa US 2003051398 AI kuvataan kasvualusta, joka voi sisältää biohajoavia ja ei-biohajoavia polymeerikuituja.

[0025] Julkaisussa GB 1513645 A kuvataan öljyä absorboiva materiaali, joka 25 sisältää turvetta ja olefiinipolymeeriä.

keksinnön lyhyt kuvaus

20165637 prh 13 -02- 2019 [0026] Keksintö on määritelty itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Edullisia suoritusmuotoja on määritelty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

[0027] Keksinnön erään näkökohdan mukaisesti on aikaansaatu komposiittirakenne, joka käsittää toisiinsa sekoittuneina olennaisesti läpi koko komposiittirakenteen: 5 turvekuituja, turvepartikkeleita, turveagglomeraatteja tai näiden seoksia, jotka on saatu turpeesta fraktioimalla tai turpeen hienoaineksesta valmistamalla; ja polymeerikuituja, joka komposiittirakenne on lämpökäsitelty polymeerikuitujen sitomiseksi toisiinsa ja turvekuitujen, turvepartikkeleiden, turveagglomeraattien tai näiden seosten stabiloimiseksi paikoilleen komposiittirakenteessa, joka komposiittirakenne sisältää turvekuituja, 10 turvepartikkeleita tai turveagglomeraatteja vähintään 50 % komposiittirakenteen kuivapainosta, ja jonka komposiittirakenteen tiheys on 30 - 120 kg/m³.

[0028] Keksinnön erään toisen näkökohdan mukaisesti on aikaansaatu menetelmä komposiittirakenteen valmistamiseksi kuivarainauksella, jossa menetelmässä: muodostetaan seos, joka käsittää turvekuituja, turvepartikkeleita, turveagglomeraatteja tai 15 näiden seoksia ja polymeerikuituja toisiinsa kauttaaltaan sekoittuneina; seos levitetään viiran päälle kerrokseksi; ja kerros lämpökäsitellään polymeerikuitujen sitomiseksi toisiinsa ja turvekuitujen, turvepartikkeleiden, turveagglomeraattien tai näiden seosten stabiloimiseksi paikoilleen, jolloin saatu komposiittirakenne sisältää turvekuituja, turvepartikkeleita tai turveagglomeraatteja vähintään 50 % komposiittirakenteen 20 kuivapainosta, jolloin valmiin komposiittirakenteen tiheys on 30 - 120 kg/m³.

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS [0029] Kuvio 1 esittää kaupallisia mineraalivillasta valmistettuja kylvökuutioita alustalevyssä.

[0030] Kuviossa 2 on turvekuitukomposiitista valmistettu taimikuutio esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti.

[0031] Kuviot 3A ja 3B esittävät kaupallisia kasvualustalevyjä. 3A on mineraalivillasta valmistettua levyä ja 3B on puristetusta turpeesta valmistettua levyä pakattuna muovipussiin.

20165637 prh 13 -02- 2019 [0032] Kuviossa 4 on pitkää turvekuitua esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti.

[0033] Kuviossa 5 on turvekuitukomposiittivillaa esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti.

[0034] Kuvio 6 esittää tomaatintaimia turvekuitukomposiittitaimikuutioissa esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti.

[0035] Kuviossa 7 on esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti turvekuitukomposiittivillasta valmistettu tuotantokasvualusta, jossa on kaupallisia mineraalivillasta tehtyjä taimikuutioita. Kuviossa 7 tomaatintuotanto on käynnissä ja 10 kuvassa näkyy hyvin kehittynyt tomaatin juuristo.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS [0036] Turve on kasviperäistä massaa, joka sisältää myös kuitumaisia jakeita. Nämä jakeet ovat eristettävissä erilaisilla fraktiointimenetelmillä. Turvekuituja on eristettävissä 15 eripituisia jakeita: pisimmät kuidut ovat useiden kymmenien millimetrien pituisia. Lisäksi turpeessa on muitakin partikkeleita ja agglomeraatteja, joiden koko on tyypillisesti 1-20 mm. Esillä olevassa keksinnössä on havaittu, että turpeesta on mahdollista valmistaa sellaisia fraktioita, jotka soveltuvat erityisen hyvin komposiittirakenteen valmistamiseen sidekuituina toimivien polymeerikuitujen kanssa. Tällaiset komposiittirakenteet soveltuvat 20 esimerkiksi kasvualustakäyttöön automaattisin tuotantolaittein käsiteltäväksi tai lämmönja ääneneristeeksi.

[0037] Edullisessa suoritusmuodossa keksinnön mukainen huokoinen komposiittirakenne on valmistettu kuivarainauksella (air-laid forming) seuraavasti: muodostetaan seos, joka käsittää turvekuituja, turvepartikkeleita, turveagglomeraatteja tai 25 näiden seoksia ja polymeerikuituja toisiinsa kauttaaltaan sekoittuneina; seos levitetään viiran päälle kerrokseksi; ja kerros lämpökäsitellään polymeerikuitujen sitomiseksi toisiinsa ja turvekuitujen, turvepartikkeleiden, turveagglomeraattien tai näiden seosten stabiloimiseksi paikoilleen, jolloin saadaan valmis, levymäinen komposiittirakenne.

[0038] On mahdollista, että turvekuidut, turvepartikkelit tai turveagglomeraatit 30 tarttuvat polymeerikuituihin lämpökäsittelyssä tai vaihtoehtoisesti ne voivat stabiloitua

20165637 prh 13 -02- 2019 muodostuvaan huokoiseen polymeerirakenteeseen mekaanisesti. Molemmat mekanismit ovat myös mahdollisia.

[0039] Viira voi olla esimerkiksi muovi- tai metalliverkko tai muu vastaava verkkomainen rakenne, joka soveltuu seoksen ajamiseen keksinnön mukaisessa 5 prosessissa.

[0040] Seos voidaan muodostaa esimerkiksi kuivaseostamalla tai jollakin muulla sopivalla seostusmenetelmällä.

[0041] Lämpökäsittelyn onnistumiseksi turvekuidut, turvepartikkelit, turveagglomeraatit tai näiden seokset on kuivattava sopivaan kosteuspitoisuuteen ennen 10 valmistusprosessia, tyypillisesti 10 - 30 %:iin.

[0042] Joissakin suoritusmuodoissa komposiittirakenne käsittää karkeaa turveainesta, joka koostuu turvekuiduista, turvepartikkeleista, turveagglomeraateista tai näiden seoksista, jotka on saatu joko kasvuturpeesta fraktioimalla tai turpeen hienoaineksesta valmistamalla. Esimerkiksi halutun kokoisia turveagglomeraatteja voidaan 15 valmistaa hienoista turvefraktioista sopivalla sideaineella.

[0043] ”Agglomeraateilla” tarkoitetaan toisiinsa liittyneitä partikkeleja ja/tai kuituja, jotka muodostavat kooltaan yksikkötekijöitään suurempia kappaleita.

[0044] On erityisen edullista, että komposiittirakenteessa olevat turvekuidut, turvepartikkelit ja turveagglomeraatit ovat riittävän suuria pysyäkseen paikoillaan 20 polymeerikuiturakenteessa eivätkä irtoa siitä merkittävässä määrin valmistusprosessissa tai tuotteen jatkokäsittelyn aikana. Irtoaminen merkitsee tuotteen massatappioita ja pölyämistä.

[0045] Mitä enemmän polymeerikuituja on suhteessa turvepartikkeleihin, sitä tiheämmäksi rakenteen polymeeriverkko muodostuu ja sitä paremmin se pidättää 25 turvepartikkeleita paikoillaan rakenteessa. Mikäli halutaan minimoida polymeerikuituj en määrä tuotteessa, polymeeriverkko harvenee, jolloin on vastaavasti turvekuitujen, haluttuun kokoon fraktioitujen turvepartikkelien tai turveagglomeraattien kokoa lisättävä ja turpeen hienoaineksen määrää raaka-aineessa vastaavasti vähennettävä.

[0046] Esillä olevan keksinnön ainakin joissakin suoritusmuodoissa on pystytty 30 aikaansaamaan komposiittirakenne, jossa karkeajakoinen turveaines on stabiloitu

20165637 prh 13 -02- 2019 paikoilleen siten, että korkeintaan 1 % turveaineksesta irtoaa rakenteesta painovoiman tai tuotteen normaalin jatkokäsittelyn vaikutuksesta.

[0047] Turvekuitujen lisäksi rakenteessa voidaan käyttää muita sopivan pituisia luonnonkuituja, esimerkiksi sammalta, selluloosaa, hiiltä, puukuitua, pellavaa, 5 ruokohelpeä, kookoskuitua tai hamppukuitua. Näiden lisäkuitujen avulla tuotteen ominaisuuksia voidaan hienosäätää tietyille kasveille tai erilaisille viljelymenetelmille sopiviksi. Esimerkiksi sammaleen lisääminen parantaa tuotteen vedenottokykyä. Hamppuja kookoskuidun lisääminen vahvistaa vastaavasti alustan rakennetta ja vaikuttaa sen huokoisuuteen.

[0048] Erään suoritusmuodon mukaisesti komposiittirakenne on lämpökäsitelty lämpötilassa, jossa valitut polymeerikuidut tarttuvat toisiinsa joko polymeerin itsensä tai kuidun pinnassa olevan muun liima-aineen vaikutuksesta.

[0049] Erään suoritusmuodon mukaisesti polymeerikuitu on bi-komponentti-PESkuitu. Se on kaksikerroskuitu, jossa on lämpöä paremmin kestävä jäykkä ydin ja sen 15 pinnassa alemmassa lämpötilassa sulava/pehmenevä muovimateriaali. Edullisesti lämpökäsittelyn aikana lämpötila nostetaan korkeintaan sellaiseen lämpötilaan, jossa kuidun pintakerrokset tarttuvat toisiinsa ja jäykempi kuidun ydin ei merkittävästi reagoi lämmittämiseen.

[0050] Eräässä suoritusmuodossa bi-komponentti-PES-kuidun asemesta käytetään 20 jotakin toista bi-komponenttimuovikuitua tai muuta vastaavaa muovikuitua, joka on edullisesti biohajoava tai kompostoituva muovilaatu, jolloin kasvualustasta tulee vieläkin ympäri stöystävälli sempi.

[0051] Keksinnössä on havaittu, että turvekuiduilla voidaan korvata muut luonnonkuidut tai kierrätyspaperikuidut tai ainakin osa niistä ja silti saavuttaa 25 ominaisuuksiltaan vastaava tai parempi komposiittirakenne, joka toimii esimerkiksi eristeenä tai kasvualustana.

[0052] Keksinnössä on havaittu, että komposiittirakenne soveltuu hyvin tuotantokasvualustojen, kylvökuutioiden ja taimikuutioiden valmistamiseen. Tuotteet poikkeavat valmisteknisesti toisistaan lähinnä tiheyden, paksuuden ja lisäaineistuksen 30 suhteen.

20165637 prh 13 -02- 2019 [0053] Tehdyissä kasvatuskokeissa mm. tomaatin taimet ovat kasvaneet vähintään yhtä hyvin keksinnön mukaisesti valmistetussa rakenteessa kuin kaupallisessa referenssituotteessa.

[0054] Keksinnön mukaisen rakenteen, kuten levyn koko, tiheys ja huokoisuus ovat 5 muokattavissa, joten kasvien juuristolle on löydettävissä oikeat kasvuolosuhteet rakenteen valmistusparametreja ja raaka-ainekoostumusta muuttamalla.

[0055] Erään suoritusmuodon mukaisesti keksinnön mukaisen rakenteen keskimääräinen huokoisuus ja/tai huokoskoko on läpi koko rakenteen olennaisesti yhtenäinen. On edullista, että rakenne on huokoisuuden ja/tai tiheyden suhteen 10 homogeeninen ja että kuidut ovat sekoittuneet toisiinsa koko rakenteen läpi, jäijestymättömästi, jolloin polymeerikuidut pystyvät tukemaan turvemateriaalia tehokkaasti.

[0056] Edullisesti komposiittirakenteessa ei ole kerroksitta!suutta eikä erillisiä turvetai polymeerikerroksia. Ei-kerroksittaisuus tarkoittaa sitä, että sekä turvekuidut että 15 polymeerikuidut ovat jakautuneet rakenteessa tasaisesti ja rakenne on koostumukseltaan homogeeninen. Etuna on, että polymeerikuidut pystyvät tukemaan rakenteen haluttuun tilavuuteen ja huokoisuuteen ja estämään rakenteen painumisen kasaan. Polymeerikuiduista erillään oleva turvemateriaali painuisi kasaan maatuessaan, jolloin levyn huokoisuus pienenisi ja toimivuus esimerkiksi kasvualustana heikkenisi.

[0057] ”Huokoisuudella” tarkoitetaan ei-kiinteän aineen (huokosten ja nesteen) kokonaistilavuuden suhdetta materiaalin (kiinteän ja ei-kiinteän) kokonaistilavuuteen.

[0058] Keksinnön mukaista kasvualustamateriaalia voidaan käyttää esimerkiksi seuraavien kasvien kasvattamiseen kasvihuoneissa tai muovitunneleissa: tomaatti, kurkku, paprika, salaatti, yrtit ja mansikka.

[0059] Koska levyn pääraaka-aine on kasvuturvepohjainen, se määrittää tuotteen kasvualustaominaisuudet lähelle tavallisen kasvuturpeen ominaisuuksia ollen kuitenkin mekaanisilta ominaisuuksiltaan verrattavissa mineraalivillakasvualustoihin. Näin ollen ratkaisussa yhdistyvät kasvuturpeen ja mineraalivillan hyvät puolet kasvualustana.

[0060] Erään suoritusmuodon mukaisesti polymeerikuitujen osuus viiralle 30 levitettävässä seoksessa on 5 - 50 paino-%, edullisesti 10 - 20 paino-%.

20165637 prh 13 -02- 2019 [0061] Erään suoritusmuodon mukaisesti turvekuitulevyä voidaan valmistaa sekoittamalla turvekuitua ja bi-komponentti-PES-kuitua sopivassa suhteessa toisiinsa. Tehdyissä koeajoissa on havaittu, että PES-kuidun määrä viiralle levitettävässä seoksessa on edullisesti 5-50 paino-%, edullisimmin 10-20 paino-%.

[0062] Eräässä suoritusmuodossa turvekuidun pituus, turvepartikkelien koko tai turveagglomeraattien koko valitaan siten, että se toimii tuotannossa mahdollisimman hyvin. Edullisesti valmistuksessa käytettävä turvemateriaali sisältää ainakin 10 %, esimerkiksi ainakin 20 % turvekuituja tai turveagglomeraatteja, joiden pituus on vähintään 8 mm. Tällöin turvepohjaiset ainesosat pysyvät hyvin kiinni tuotantoprosessin aikana 10 syntyvässä polymeerikuitumatriisissa.

[0063] Menetelmä mahdollistaa myös muiden kuitujen tai materiaalien seostamisen levyyn. Esimerkiksi sellukuitua, hiiltä, puukuitua, pellavaa, ruokohelpeä, sammalta, ruohokuitua tai muita luonnonkuituja voidaan käyttää. Tällä tavoin voidaan valmistaa kasvualustoja markkinoille, joissa turvetta ei haluta primäärisesti käyttää kasvualustoissa 15 tai halutaan tuoda tuotteeseen erikoisominaisuuksia tietyille kasveille.

[0064] Erään suoritusmuodon mukaisesti kasvualusta sisältää 80 - 90 %, esimerkiksi noin 85 % turvekuitua kasvualustan kuivapainosta ja loput polymeerikuitua.

[0065] Erään suoritusmuodon mukaisesti polymeerikuitu on termoplastinen polymeerikuitu.

[0066] Erään suoritusmuodon mukaisesti polymeerikuitu on bi-komponentti-PESkuitu. Tämän suoritusmuodon etuna on, että kasvualusta voidaan hävittää polttamalla täydellisesti.

[0067] Erään suoritusmuodon mukaisesti polymeerikuitu on kompostoituva polymeerikuitu, joka hajoaa ravinteiksi, tai biohajoava polymeerikuitu, jonka polymeerit 25 pilkkoutuvat pienemmiksi bakteerien ja sienien vaikutuksesta. Tämän suoritusmuodon etuna on, että kasvualusta voidaan hävittää kompostoimalla.

[0068] Erään suoritusmuodon mukaisesti polymeerikuitu on PLA tai PHA tai muu biohajoava muovi tai sen johdannainen.

[0069] Erään suoritusmuodon mukaisesti polymeerikuitujen pituus on 10-50 mm.

20165637 prh 13 -02- 2019 [0070] Erään suoritusmuodon mukaisesti kasvualusta ei sisällä kierrätyspaperikuitua. Kierrätyspaperi sisältää painoväri- ja paperikemikaaleja, jotka voivat päätyä ravintokasveihin ja vaikuttaa esimerkiksi kasvualustan happamuuteen ja sitä kautta sen viljelyominaisuuksia heikentävästi. Lisäksi selluloosakuitu homehtuu helposti koetuessaan, mikä lisää kasvitautiriskejä ja saattaa tuoda altistumisriskin puutarhojen työntekijöille.

[0071] Erään suoritusmuodon mukaisesti kasvualustan tiheys on 30 - 120 kg/m³.

[0072] Erään suoritusmuodon mukaisesti ennen lämpökäsittelyä turvekuituihin, turvepartikkeleihin, turveagglomeraatteihin, polymeerikuituihin, seokseen ja/tai kerrokseen 10 lisätään yhtä tai useampaa seuraavista: kostutusainetta, lannoitetta, humushappoa, kalkkia.

ESIMERKIT [0073] Esimerkki 1 [0074] Seuraavassa on kuvattu esimerkinomainen lämmön- ja ääneneristelevyn sekä akustiikkalevyn valmistusprosessi. Sekoittamalla turve- ja muut luonnonkuidut ja bikomponentti-PES-kuitu sopivassa suhteessa keskenään ja muodostamalla kuitujen kuljetusilman avulla seoksesta tasapaksu kerros viiran päälle (ns. air-laid-forming) sekä lämpökäsittelemällä viiralla oleva kerros (ns. thermo bonding), muodostuu eristevillaa. Lämpökäsittely vaiheessa käytettävä lämpötila riippuu käytettävästä muovikuidusta ja voi olla esimerkiksi välillä 150 °C - 200 °C, esimerkiksi noin 160 °C. Tällaiselle eristevillalle on tyypillistä, että bi-komponentti-PES-kuidun pintakerros on sitonut kuidut toisiinsa ja jäykkä ydin tekee levystä kimmoisan ja ryhdissään pysyvän. PES-kuitumatriisi sitoo itseensä myös muut kerrokseen lisätyt kuidut, jolloin lopputuloksena on käyttötarkoitukseensa nähden riittävän kestävä, huokoinen ja hyvin lämpöä/ääntä eristävä levy. Tuotannon sopivassa vaiheessa eristeen toiselle tai molemmille puolille on suihkutettavissa palonestokemikaaleja, esimerkiksi boorihappoa, eristeen palonestoluokituksen parantamiseksi. Tyypillisesti eristelevyn tiheys on 30 - 100 kg/m³, edullisimmin 30 - 50 kg/m³. Levy on tuotantoprosessin jälkeen leikattavissa rakennusstandardeihin sopiviin mittoihin, esimerkiksi kokoon 565 mm x 870 mm, jolloin se soveltuu asennettavaksi k600- ja k900-runkorakenneväleihin. Tyypillisesti

20165637 prh 13 -02- 2019 lämmöneristelevyt ovat 50 mm, 75 mm, 100 mm tai 150 mm paksuja, mutta ne voidaan valmistaa myös muihin paksuuksiin.

[0075] Esimerkki 2 [0076] Seuraavassa on kuvattu esimerkinomainen kasvualustan valmistusprosessi.

Ensin muodostetaan seos turvekuiduista ja PES-kuidusta. Tarvittaessa PES-kuitukimput karstataan auki. Kun kuituseos on muodostettu, siitä muodostetaan viiran päälle halutun paksuinen kerros esimerkiksi edellä mainitulla air-laid-forming -tekniikalla. Prosessi on siis jatkuvatoiminen. Kerros viedään viiran avulla uuniin, jossa rainan molemmilla puolilla on viira. Uunissa on pituussuunnassa halutunlainen lämpötilaprofiili, jonka avulla PES10 kuidun ulkopinta saatetaan sopivaan tarttumislämpötilaan (thermo bonding -vaihe). Eräillä kaupallisilla bi-komponentti-PES-kuiduilla haluttu loppulämpötila on n. 150 °C. Puristamalla viirojen avulla kerrosta kokoon levy saadaan haluttuun paksuuteen ja tiheyteen. Uunin loppupäässä on jäähdytysosa, jossa kerros jää muotoonsa. Tyypillisesti kasvualustamateriaalin tiheys on 50 - 120 kg/m³, edullisimmin 60 - 100 kg/m³, jolloin 15 rakenteen tiheys on optimaalinen veden ja ravinteiden liikkumiselle kasvualustassa ja sitä kautta kasvien juuriston kehitykselle. Valmistustekniikalla tuotteen tiheyttä voidaan hienosäätää kullekin kasvilajille sopivaksi. Tyypillinen kasvualustan paksuus on välillä 20 - 200 mm, edullisesti 50 - 120 mm.

[0077] Ennen uunia tuotteeseen voidaan suihkuttaa kostutusaineita lopputuotteen 20 vettymisen nopeuttamiseksi kasvihuoneessa, lannoitteita tai humushappoja. Kasvualustan kalkitseminen voidaan tehdä esimerkiksi esisekoittamalla kalkki johonkin kuitukomponenttiin, esimerkiksi turvekuituun. Nämä vaiheet voivat olla tarpeellisia kasvualustan ominaisuuksien säätämiseksi.

[0078] Uunin ulostulon jälkeen raina leikataan haluttuun leveyteen ja pituuteen 25 käyttötarkoituksen mukaan. Tyypillisesti tuotantokasvualustat ovat n. 200 mm leveitä, jolloin on edullista, että levylinjalla levy pituusleikataan suoraan tähän mittaan tai sen monikertaan, esim. 600 mnriin.

[0079] Levyä voidaan jatkojalostaa jälkipuristamalla, jolloin levyn paksuutta, tiheyttä, pinnan laatua ja muotoa voidaan säätää. Jälkipuristus on tehtävä lämmön avulla, 30 jotta levy jää puristuksen jälkeen haluttuun paksuuteen.

[0080] Levyn pintaan voidaan kiinnittää myös kangasta tai harsomaista kudosta, jonka tehtävänä on vähentää pinnan pölyämistä. Pintamateriaali tarttuu levyn pintaan lämmön avulla ja PES-kuidun ulkokerros toimii liimana. Levyn pintaan voidaan ruiskuttaa sopivia sideaineita, esimerkiksi tärkkelysliimaa, lateksia tai PVA:ta vähentämään pinnan 5 pölyämistä.

[0081] Esimerkki 3 [0082] Turvekuidun pituusjakauma vaihtelee sen mukaan, missä turve on tuotettu, minkälaisissa olosuhteissa turve on ollut, ja mikä on turpeen maatumisaste. Taulukossa 1 on esitetty tyypillisiä aumaturpeen kokojakaumia (%-osuuksina painosta), josta 10 turvekuidun ja -partikkelien fraktiointi suoritetaan. Aumaturpeella tarkoitetaan turvetuotantoalueelta kerättyä, n. 45 - 50 % kosteuspitoisuuteen turvekentällä kuivattua turvetta, joka on koottu varastokasoihin eli aumoihin myöhempää käyttöä varten. Varastoaumat peitetään muovilla kastumisen välttämiseksi. Aumoista voidaan ottaa raakaainetta jatkokäsittelyyn myös talvella, mikä ei olisi suoraan turvetuotantoalueilta 15 mahdollista esimerkiksi Suomen ilmasto-olosuhteissa: alueet ovat jäässä ja lumen peittämät. Turvekentällä tehty kuivaus helpottaa myös kuljettamista, jatkokäsittelyä ja parantaa turpeen säilyvyyttä. Edellä mainituista olosuhteista riippuen kunkin yksittäisen turvejakeen osuus voi vaihdella välillä 0-70 %, tyypillisesti välillä 10-50 %.

20165637 prh 13 -02- 2019 [0083] Taulukko 1

jaekoko	0-1 mm	1-4 mm	4-8 mm	8-16 mm	> 16 mm
Auma 1	15 %	35 %	13 %	22%	15 %
Auma 2	29%	47 %	8%	12%	4%
Auma 3	15 %	26 %	10%	20%	29%

20165637 prh 13 -02- 2019 [0084] Kuhunkin tuotteeseen parhaiten soveltuva turvelaatu valitaan suotyypin, maatumisasteen ja kussakin aumassa olevan raaka-aineen ominaisuuksien perusteella.

[0085] Esimerkki 4 [0086] Esimerkin 1 mukaisen levymäisen komposiittirakenteen on havaittu toimivan hyvin myös öljynimeytyksessä. Tunnetusti turve on kuivuttuaan hyvin öljyjä imevä materiaali ja pystyy pidättämään tiettyjä öljylaatuja jopa yli 10-kertaisesti oman painonsa verran. Esimerkin 1 mukainen rakenne kykenee pidättämään öljyjä, ja sitä voidaan siten 10 käyttää öljyvahinkojen torjunnassa. Levymäisenä tai rullattavana materiaalina sitä on helppo levittää öljynimeytykseen ja kerätä käytetyt levyt talteen. Käytetty, öljyä sisältävä komposiittilevy on hävitettävissä polttamalla.

[0087] Esimerkki 5 [0088] Esimerkin 1 mukaista komposiittilevyä on testattu myös likaisen veden, kuten hule- ja muiden valumavesien suodatuksessa. Esimerkiksi taajamissa hulevesiin kertyy liikenteen ja teollisuuden seurauksena raskasmetalleja, jotka voivat kulkeutua vesistöihin. Turpeella on tunnetusti kyky sitoa raskasmetalleja. Tehdyissä suodatuskokeissa on havaittu, että Esimerkin 1 mukaisen komposiittilevyn raskasmetallien pidätyskyky on vähintään yhtä hyvä kuin luonnon turpeella, ja lisäksi keksinnön mukaisen 20 menetelmän avulla suodatinrakenteiden valmistaminen on huomattavasti helpompaa verrattuna irtoturpeeseen. Mikrobikasvustoa pystyy kiinnittymään komposiittirakenteen ainesosien pinnoille, jolloin mikrobit pystyvät poistamaan vedestä mm. typpeä ja fosforia.

Lisäksi vedessä olevaa kiintoainesta jää suodatinlevynä toimivan komposiittirakenteen huokosiin. Näin ollen Esimerkissä 1 kuvattu komposiittirakenne toimii sekä fysikaalisena, 25 kemiallisena että biologisena suodatinmateriaalina.

TEOLLINEN KÄYTTÖKELPOISUUS [0089] Esillä olevan keksinnön ainakin jotkut suoritusmuodot ovat teollisesti käyttökelpoisia kasvualustojen, lämmöneristelevyjen, akustiikkalevyjen, 5 öljynimeytyslevyjen ja biovedensuodatinlevyjen valmistamisessa.

LYHENTEET

PES	polyesteri
PLA	polylaktaatti
10 PH A	polyhydroksialkanoaatti

20165637 prh 13 -02- 2019

VIITEJULKAISUT

Patenttijulkaisut

Fl 122883 (B)

WO 2008065233 (AI)

Fl 10169 (UI)

Ei-patenttij ulkai sut:

www.konto.fi www.angleitner-doa.at www.zimmer-usa.com

Claims

Patenttivaatimukset

1. Komposiittirakenne, tunnettu siitä, että se käsittää toisiinsa sekoittuneina olennaisesti läpi koko komposiittirakenteen:

- turvekuituja, turvepartikkeleita tai turveagglomeraatteja tai näiden seoksia, jotka on saatu turpeesta fraktioimalla tai turpeen hienoaineksesta valmistamalla; ja

- polymeerikuituja, joka komposiittirakenne on lämpökäsitelty polymeerikuitujen sitomiseksi toisiinsa ja turvekuitujen, turvepartikkeleiden, turveagglomeraattien tai näiden seosten stabiloimiseksi paikoilleen komposiittirakenteessa, ja joka komposiittirakenne sisältää turvekuituja, turvepartikkeleita tai turveagglomeraatteja vähintään 50 % komposiittirakenteen kuivapainosta, ja jonka komposiittirakenteen tiheys on 30 - 120 kg/m³.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen komposiittirakenne, joka on kauttaaltaan huokoinen ja ei-kerroksittainen.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen rakenne, joka on valmistettu kuivarainauksella (air-laid forming).
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen komposiittirakenne, jossa polymeerikuidut käsittävät polyesterikuituja, edullisesti bi-komponentti-polyesterikuituja.
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen komposiittirakenne, jossa polymeerikuidut käsittävät biohajoavia tai kompostoituvia polymeerejä, esimerkiksi PLA:ta tai PHA:ta.
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen komposiittirakenne, joka sisältää turvekuituja, turvepartikkeleita tai turveagglomeraatteja 80 - 90 % komposiittirakenteen kuivapainosta.
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen komposiittirakenne, joka lisäksi käsittää muuta luonnonkuitua tai luonnonmateriaalia, edullisesti valittuna joukosta: sammal, sellukuitu, hiili, puukuitu, pellava, ruokohelpi, kookos, hamppu.

20165637 prh 13 -02- 2019
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen komposiittirakenne, jonka tiheys on 60 100 kg/m³.
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen komposiittirakenne, joka on kasvualusta tai osa sitä.
10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen komposiittirakenne, joka on lämmöntai ääneneristelevy tai akustiikkalevy tai öljynimeytyslevy tai biovedensuodatinlevy tai osa niitä.
11. Menetelmä komposiittirakenteen valmistamiseksi kuivarainauksella, tunnettu siitä, että:

- muodostetaan seos, joka käsittää turvekuituja, turvepartikkeleita tai turveagglomeraatteja tai näiden seoksia ja polymeerikuituja toisiinsa kauttaaltaan sekoittuneina;

- seos levitetään viiran päälle kerrokseksi; ja

- kerros lämpökäsitellään polymeerikuitujen sitomiseksi toisiinsa ja turvekuitujen, turvepartikkeleiden, turveagglomeraattien tai näiden seosten stabiloimiseksi paikoilleen, jolloin saatu komposiittirakenne sisältää turvekuituja, turvepartikkeleita tai turveagglomeraatteja vähintään 50 % komposiittirakenteen kuivapainosta, jolloin valmiin komposiittirakenteen tiheys on 30 - 120 kg/m³.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, jossa turvekuidut, turvepartikkelit tai turveagglomeraatit on saatu fraktioimalla turpeesta.
13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, jossa turveagglomeraatit on valmistettu turpeen hienoaineksesta.
14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11 - 13 mukainen menetelmä, jossa lämpökäsittelyn jälkeen kerros puristetaan haluttuun paksuuteen, esimerkiksi 10 300 mm:n paksuuteen, edullisesti 50 - 120 mm:n paksuuteen.

20165637 prh 13 -02- 2019
15. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista 11-14 mukainen menetelmä, jolloin valmiin komposiittirakenteen tiheys on 60 - 100 kg/m³.
16. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista 11-15 mukainen menetelmä, jolloin valmis komposiittirakenne on kauttaaltaan huokoinen ja ei-kerroksittainen.
17. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11-16 mukainen menetelmä, jossa ennen lämpökäsittelyä turvekuituihin, turvepartikkeleihin, turveagglomeraatteihin, polymeerikuituihin, seokseen ja/tai kerrokseen lisätään yhtä tai useampaa seuraavista: kostutusainetta, lannoitetta, humushappoa, kalkkia.
18. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11 - 17 mukainen menetelmä, jossa polymeerikuidut käsittävät polyesterikuituja, edullisesti bi-komponentti-polyesterikuituja.
19. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11-18 menetelmä, jossa polymeerikuitujen pituus on 10-50 mm.
20. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11 - 19 mukainen menetelmä, jossa polymeerikuitujen osuus seoksessa on 5 - 50 paino-%, edullisesti 10 - 20 paino-%.
21. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11-20 mukainen menetelmä, jossa seos lisäksi käsittää muuta luonnonkuitua tai luonnonmateriaalia, edullisesti valittuna joukosta: sammal, sellukuitu, hiili, puukuitu, pellava, ruokohelpi, kookos, hamppu.
22. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11 - 21 mukainen menetelmä, jossa lämpökäsittely suoritetaan lämpötilassa, joka on korkeintaan yhtä suuri kuin polymeerikuitujen tai niiden ulkopinnan tarttumislämpötila.
23. Komposiittirakenne, joka on saatu jonkin edellisen patenttivaatimuksen 11-22 mukaisella menetelmällä.