KR102675242B1 - 수경 성장 매질 - Google Patents

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Abstract

약 1.8 lb/ft3(28.83 kg/m3) 내지 10 lb/ft3(160.185 kg/m3)의 건조 벌크 밀도를 가지고 수경 성장 매질(39)의 총 중량을 기준으로 적어도 약 2 내지 10 중량%의 인조 섬유 부분(24) 및, 목재 섬유를 가지는 적어도 약 90 내지 98 중량%의 천연 섬유 부분(22)을 포함하는 3차원 자가-지지 기질(39)을 포함하는 수경 성장 매질(39).

Description

수경 성장 매질
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 10월 9일에 출원된 미국 가출원 62/569,888; 및 2018년 7월 31일에 출원된 미국 가출원 62/712,356의 이익을 청구하며, 이들의 개시내용은 전문이 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 각종 수경 용품에 사용 가능한 기질 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
수경은 물 용매 중 미네랄 영양 용액을 사용하여 토양 없이 식물을 재배하는 방법과 관련된 원예의 하위세트이다. 식물은, 식물의 뿌리만이 미네랄 용액에 노출되도록 하여 기질이 전혀 없이도 재배할 수 있다. 대안적으로는, 뿌리를 토양이 없는 매질 또는 기질에 의해 지지할 수 있다. 다수 유형의 기질이 시험되어왔다. 예를 들어, 암면(rock wool) 매트, 큐브 및 슬랩이 대중화 되었다. 다른 기질로는, 버미큘라이트, 코이어 이탄(coir peat), 또는 펄라이트가 포함된다. 그러나, 유익한 미생물에 대한 지지를 제공하기 위해 고안된 우수한 수경 용액 분포능을 가지는, 보다 친환경적인 수경 성장 매질을 제공하는 것에 대한 추가의 필요가 존재한다.
본원에 개시된 수경 성장 매질은, 천연 섬유 부분 및 인조 섬유 부분을 포함한다. 천연 섬유 부분 및 인조 섬유 부분은, 특정 비율로 함께 혼합, 조합 및 압축되어 슬랩을 형성할 수 있다. 수경 성장 매질 슬랩은, 약 1.8 lb/ft3(28.83 kg/m3) 내지 4.2 lb/ft3(67.28 kg/m3)의 건조 벌크 밀도를 가질 수 있다. 슬랩은, 소비자에게로의 배송을 위한 플라스틱 주머니 내에 수용될 수 있다. 수경 성장 매질은, 재배한 과일 및 채소의 우수한 결과와 증가한 당도를 가지면서, 약 10 내지 12개월 이상 통상 지속하는 재배 시즌에 걸쳐 임의의 수경 용품을 위한 성장 매질로서 기능할 수 있다.
도 1은, 본원에 개시한 수경 성장 매질 슬랩의 천연 섬유 부분의 형성을 예시하는 모식적 순서도를 제공한다;
도 2는, 도 1에 따라 형성한 천연 섬유 및 인조 섬유 부분을 사용한 수경 성장 매질 슬랩의 형성을 예시하는 모식적 순서도를 나타낸다;
도 3은, 주머니 내 수경 성장 매질 슬랩의 모식적 사시도를 나타낸다;
도 4a 및 4b는, 수경 성장 매질을 수용한 주머니 내의 천공 물질의 비제한적인 예를 나타낸다;
도 5a 내지 5c는, 본원에 개시한 수경 성장 매질 슬랩의 비제한적인 예의 사진들이다;
도 5d는, 본원에 개시한 수경 성장 매질 살포 부분의 비제한적인 예의 사진이다;
도 6은, 본원에 개시한 천연 및 인조 섬유들에 결합할 수 있는 마이크로파 오븐 예의 도식적 묘사를 나타낸다;
도 7a 내지 9a는, 다양한 배율에서의 수경 성장 매질의 예의 입체 영상들이다;
도 7b 내지 9b는, 도 7a 내지 9a에 묘사한 각 성장 매질에 필적하는 두께이며, 동일한 배율에서 촬영한 선행 기술 기질 예의 입체 영상들이다;
도 10 내지 14는, 본원에 개시한 수경 재배 매질의 비제한적인 예 및 선행 기술 기질에 대한, 상이한 pF 값에서의 부피 물 함량(volumetric water content)을 나타낸다.
본 개시내용의 구현예를 이하에 기재한다. 그러나 개시된 구현예는 단순한 예시로서, 기타 구현예가 다양하고 대안적인 형태를 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 도면이 반드시 축척에 맞는 것은 아니다; 일부 특징부는 특정 성분의 상세사항을 나타내기 위해 과장되거나 축소되었을 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 상세사항은 제한적으로가 아니라, 단순히 당업자에게 본 발명을 다양하게 이용하도록 교시하기 위한 대표적인 기반으로서 해석되어야 한다. 당업자는, 도면 중 어느 하나를 참조하여 예시 및 기재한 각종 특성을, 하나 이상의 다른 도면에 예시한 특성과 조합하여, 명백하게 예시 또는 기재하지 않은 구현예를 생성할 수 있음을 이해할 것이다. 예시한 특성의 조합은, 통상적인 적용의 대표적 구현예를 제공한다. 그러나, 본원의 교시와 일치하는 특성들의 각종 조합 및 변형이, 특정 적용 또는 실행을 위해 필요할 수 있다.
분명하게 지시된 경우를 제외하고, 크기 또는 물질의 특성을 나타내는 본 기재의 모든 수치는 본원 개시내용의 최대 범위를 기재함에 있어 단어 "약"에 의해 수식 가능한 것으로 이해되어야 한다.
두(頭)문자 또는 기타 약어의 제 1 정의는, 동일한 약어에 대한 본원내 모든 후속 사용에 적용되며, 처음 정의된 약어의 정상적인 문법상 변이에 대해 준용하여 적용된다. 반대로 분명히 언급되지 않는 한, 특성의 측정은, 동일한 특성에 대한 이전 혹은 이후에 참조한 동일한 기법에 의해 결정된다.
본 발명의 하나 이상의 구현예와 관련하여 주어진 목적에 적합한 물질 군 또는 부류의 기재는, 그러한 군 또는 부류의 임의의 2 이상의 구성원의 혼합물이 적합한 것임을 내포한다. 화학 용어 성분의 기재는, 명세서에서 명시된 임의의 조합에 추가될 때의 성분을 의미하며, 일단 혼합된 혼합물 성분들 간의 화학적 상호작용을 반드시 배제하는 것은 아니다. 두문자 또는 기타 약어의 제 1 정의는, 동일한 약어에 대한 본원내 모든 후속 사용에 적용되며, 처음 정의된 약어의 정상적인 문법상 변이에 대해 준용하여 적용된다. 반대로 분명히 언급되지 않는 한, 특성의 측정은, 동일한 특성에 대한 이전 혹은 이후에 참조한 동일한 기법에 의해 결정한다.
수경, 또는 무토양 원예는 적어도 17세기로 거슬러 올라간다. 그 당시에, 용액 수경 또는 어떠한 기질 또는 불활성 매질도 없는 육상 식물의 재배에 대한 탐구가, 식물 성장에 필수적인 요소 및 조건에 대한 이해에 기여하였다. 물속에서의 식물 성장에 따라 수경이라는 이름을 얻었으나, 그 용어는 또한, 기질이 무토양인 한, 물과는 다른 기질 내에서 육상 식물을 재배하는 것을 포함한다. 기질의 비제한적인 예는, 기타 유형들 중에서도 팽창 점토 응집물, 그로우스톤(growstone), 코이어 또는 코코 이탄, 벼 겉껍질, 펄라이트, 버미큘라이트, 부석, 양모, 암석 또는 미네랄 울, 벽돌 조각, 폴리스티렌 포장 피너츠를 포함한다.
토양 내 재배 방법과 비교하여, 수경은 수 개의 장점을 제공한다. 예를 들어, 성장한 식물의 뿌리는, 토양 내에서 성장한 식물과 비교하여, 산소, 영양분, 및 물의 유익한 양에 대해 보다 나은 접근기회를 가질 수 있다. 그러나, 사용되어 오고 있는 특정 수경 기질들은 각종 문제점을 여전히 지닌다. 예를 들어, 폴리스티렌은, 일부 식물 및 그 과일에 흡수성인 스티렌을 방출하여, 식물 소비자에게 건강상의 위험을 초래할 수 있다. 벽돌 조각과 같은 다른 기질은, 바람직한 pH의 변화를 초래할 수 있다. 또 다른 대안적인 기질은, 식물 성장을 조절하는 호르몬에 부작용을 미칠 수 있다. 이탄과 같은 기질은 경화하여, 시간이 지남에 따라 지나치게 고밀도화될 수 있다.
상업적으로 가장 널리 이용되는 수경 기질 중의 하나는 암면이다. 미네랄 울로 또한 알려진 암면은, 단일 필라멘트 섬유의 묶음으로 방사된, 현무암과 같은 용융 암석 및 모래로 만들어진 불활성 기질이다. 섬유는 모세관 작용이 가능한 매질 내로 결합한다. 암면 성장 매질은, 수개의 배출구를 가진 플라스틱 포장으로 포장된 슬랩 또는 큐브의 형태로 사용될 수 있다. 수경 유체는, 기질의 윗 표면으로부터 공급되어, 중력에 따라 기질을 통해 스며듦에 따라 식물의 뿌리계에 도달하게 된다. 암면 물질의 단점 중의 하나는, 예를 들어 제조 또는 사용 동안의, 물질을 취급하는 사람의 피부 및 폐에 대한 기계적인 자극이다. 다른 단점으로는, 암면의 폐기가 매우 어려운 탓에 환경상 부담이 된다는 것이다. 현실적으로, 암면 슬랩은 사용 후 매립할 수 있으나, 분해되지 않는 탓에 환경상 부담이 된다. 또한 암면은 높은 pH를 가져서, 뿌리계 영역의 중성 pH에 도달하기 위해서는 수경 용액의 조절을 필요로 한다. 암면이 pH 이동에 제공됨에 따라, 암면 슬랩 pH의 전반적 유지가 요구된다. 더 나아가, 높은 보수능(water holding capacity; WHC) 덕분에, 암면은 식물 질병의 발병 및 보유에 취약하다.
따라서, 하나 이상의 상기 언급한 문제점을 극복하는 수경 성장 매질에 대한 필요가 존재한다.
하나 이상의 구현예에서, 수경 성장 매질이 개시된다. 수경 성장 매질은, 천연 섬유 부분 및 인공 또는 인조 섬유 부분의 혼합물을 포함한다. 용어 "성장 매질"(growing medium; GM)은, 성장 매질의 각 입자간의 공간에서 뿌리가 성장함에 따라, 식물이 성장 매질 내에서 뿌리계를 확립하고 뿌리 성장을 허용하도록 하는, 식물 성장을 위한 물리적 지지, 물 보유, 통기, 및/또는 영양 공급을 제공하기 위해 사용되는 기질, 구체적으로 무토양 기질, 또는 물질의 조합을 말한다.
천연 섬유 부분은, 목재 칩, 목재 섬유, 껍질, 잎, 바늘 또는 그 조합을 포함하는 하나 이상의 목재 성분을 포함할 수 있다. 목재 성분은, 침엽 및/또는 낙엽수로부터 유래될 수 있고, 예를 들어, U.S. 2,757,150에 목재 섬유에 대하여 개시된 바와 같은 임의의 간편한 방식으로 제조될 수 있다. 임의 유형의 목재 성분, 예를 들어 황색 포플라, 및 서양 레드와 같은 삼나무, 더글라스 전나무와 같은 전나무, 캘리포니아 레드우드, 및 특히 소나무의 폰데로사, 슈가, 백색 및 황색 품종과 같은 소나무와 같은 무른 나무 품종의 목재 성분을 사용할 수 있다. 기타 유용한 목재 성분은, 떡갈나무, 호두나무, 마호가니(스위테니아 마크로필라(Swietenia macrophylla), 스위테니아 마호가니(Swietenia mahagoni), 스위테니아 휴밀리스(Swietenia humilis)), 솔송나무, 더글라스 전나무, 미국 측백나무, 물푸레나무, 사시나무, 참피나무, 버터넛나무, 서어나무, 너도밤나무, 오리나무, 느릅나무, 자작나무, 솔송나무, 히코리, 낙엽송, 수엽나무, 단풍나무, 미루나무, 밤나무, Sitka 가문비나무, 플라타나스, 사사프러스, 채진목, 버드나무, 체리, 사과 등과 같은 과일 나무, 및 그들의 조합으로부터 비롯할 수 있다.
예를 들어, 목재 성분은, 섬유질 나무 껍질, 바늘, 잎, 칩, 또는 이들의 조합 뿐만 아니라, 섬유질 나무 목재 자체 또는 섬유질 나무 목재를 포함하는 섬유질 나무 목재 성분을 말할 수 있다. 용어 "껍질"은, 하나 이상의 코르크(펠름), 코르크 형성층(펠로겐), 코르크피층, 피질, 체관부, 관다발 부름켜, 및 목질부를 포함하는 복수개의 줄기 조직을 말한다.
상기 나열한 목재 성분들 이외에, 천연 섬유 부분은 이탄, 코이어 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 이탄은, 이탄토, 늪지, 진흙탕, 습지, 또는 소택지에서 수득한 부분적으로 부패한 유기 물질을 말한다. 코이어는, 코코넛 바깥 껍질로부터의 섬유를 말한다.
천연 섬유 부분은, 천연 섬유 부분의 총 중량을 기준으로, 약 95 내지 약 5 중량%의 목재 성분, 코이어, 이탄, 또는 이들의 조합과 혼합된 약 5 내지 약 95 중량%의 나무 껍질을 포함할 수 있다. 천연 섬유 부분은, 100 중량%의 섬유질 소나무 목재 성분을 포함할 수 있다. 천연 섬유 부분은, 천연 섬유 부분의 총 중량을 기준으로, 약 10 중량%의 나무 껍질, 이탄, 코이어, 또는 이들의 조합, 및 약 90 중량%의 목재 성분을 포함할 수 있다. 천연 섬유 부분은, 천연 섬유 부분의 총 중량을 기준으로, 약 20 내지 약 70 중량%의 나무 껍질 및 약 30 내지 약 80 중량%의 목재 성분을 포함할 수 있다. 대안적으로, 천연 섬유 부분은, 천연 섬유 부분의 총 중량을 기준으로, 약 50 내지 약 60 중량%의 나무 껍질 및 약 40 내지 약 50 중량%의 목재 성분을 포함할 수 있다. 천연 섬유 부분은, 천연 섬유 부분의 총 중량을 기준으로, 약 90 중량%의 나무 껍질 및 약 10 중량%의 목재 성분, 이탄, 코이어, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
천연 섬유 부분은, 예를 들어, 칩 형태의 100% 천연 제련 목재 섬유를 포함할 수 있다. 따라서, 천연 섬유 부분은 어떠한 껍질도 포함하지 않을 수 있다. 그러한 구현예는, 수경 성장 매질을 일단 관개할 때, 수경 용액의 탈색을 야기하는 성분을 갖지 않는다는 추가의 장점을 가질 수 있다. 껍질에 의해 용액의 탈색이 야기될 수 있는 반면, 껍질이 없는 천연 제련 목재 섬유는 수경 용액을 맑게 또는 본래 색을 유지하도록 하고, 따라서 영양소 수준의 모니터링을 보다 용이하게 할 수 있다. 사용한 섬유는 소나무 목재 섬유 단독 또는, 기타 천연 목재 섬유와의 조합일 수 있다.
천연 섬유 부분은, 천연 섬유 부분의 총 중량을 기준으로 약 0 내지 20, 1 내지 15, 또는 5 내지 10 중량%의 이탄, 약 0 내지 30, 5 내지 25, 또는 10 내지 20 중량%의 코이어를 포함할 수 있다. 천연 섬유 부분의 나머지는, 상기한 목재 성분으로 형성될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 천연 섬유 부분은, 천연 섬유 부분의 최대 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100 중량%가 이탄, 코이어, 또는 이들의 조합으로 형성되도록 하는, 실질적인 양의 이탄 및 코이어를 포함할 수 있다.
껍질, 코이어, 이탄, 및/또는 목재 성분은, 목재 성분, 코이어, 이탄, 및/또는 껍질 조각들의 크기가 0.25 인치(0.64 cm) 내지 약 6 인치의 길이 및 폭, 약 1 인치(2.54 cm) 내지 약 4 인치(10.2 cm)의 길이 및 폭, 또는 약 2 인치(5 cm) 내지 약 3 인치(7.6 cm)의 길이 및 폭이 되도록, 절단과 같은 각종 방식으로 예비 가공처리될 수 있다. 목재 성분, 코이어, 이탄, 및/또는 껍질 조각의 크기는 약 2 Х 2 인치(5 Х 5 cm)일 수 있다.
직경과 같은 천연 섬유 부분 중 섬유의 크기는 변형될 수 있다. 변형은 제련기 내에서 실시 가능하다.
전반적으로, 천연 섬유 부분은, 천연 섬유 부분 내 입자 분포에 일부 의거하여, 수압 전도성, 높은 기공률(porosity)을 유지하고, 식물에게 높은 백분율의 가용한 물을 제공하는 양호한 등급의 기질을 나타낸다. 천연 섬유 부분의 입자 분포의 예가, 하기 표 1에 나열되어 있다. 표 2 및 3은, 천연 섬유 부분의 추가 특성 데이터를 제공한다.
표 3의 데이터는, 본원에 전문이 참조로 포함되는 문헌[Procedures for Determining Physical Properties of Horticultural Substrates Using the NCSU Porometer by Horticultural Substrates Laboratory" Department of Horticultural Science, North Carolina State University in Raleigh, North Carolina]을 이용하여 JR Peters Laboratory(미국 펜실베이니아주 앨런타운 소재)에 의해 취득되었다.
표 3 및 본 개시내용 내 다른 곳에서의 공극(air space) 부피 퍼센트는, 물질을 포화시키고 배액하도록 한 뒤 공기로 채워지는 기질의 부피 퍼센트로 측정되는 공기 보유능을 나타낸다. 이는 물질이 가지게 되는 공기의 최소량이다. NCSU 포로미터(Porometer)를 사용한 분석을, 3 Х 3 인치(7.6 Х 7.6 cm) 알루미늄 실린더 내의 28.3 인치3(463.8 cm3) 샘플에 대해 실시하였다.
표 3 및 본 개시내용 내 다른 곳에서의 벌크 밀도는, 건조 고체의 질량 대 기질 벌크 부피의 비율을 말한다. 벌크 부피는 고체 및 기공 공간의 부피를 포함한다. 질량은 패킹된 코어(core)를 221℉ (105℃)에서 일정 중량까지 건조시킨 이후 측정하며, 부피는 실린더 내 샘플의 부피이다.
표 3 및 본 개시내용 내 다른 곳에서의 수분 함량은, 습윤 질량을 기준으로 샘플 내에서 발견되는 수분 퍼센트를 의미한다. 이는, [(습윤 중량-건조 중량)/습윤 중량] Х 100으로 계산한다. 수분 함량은 특정 샘플이 얼마나 많은 물로 구성되었는지를 나타낸다.
표 3의 밀도 데이터와 비교하여, 적어도 하나의 구현예에서, 목재 성분, 코이어, 이탄, 및/또는 껍질이 하기 기재한 공정에 의해 천연 섬유 부분으로 형성되기 이전에, 목재 성분, 코이어, 이탄, 및/또는 껍질의 초기 밀도는 약 15 lbs/ft3(240.28 kg/m3) 내지 약 35 lbs/ft3(560.65 kg/m3) 또는 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 또는 35 lb/ft3일 수 있다.
목재, 코이어, 이탄, 및/또는 껍질 성분은 추가 성분과 조합될 수 있다. 이러한 추가 성분의 예에는 비제한적으로 비료(들), 다량영양소(들), 미량영양소(들), 미네랄(들), 결합제(들), 천연 고무(들), 인조 결속 섬유(들) 등, 및 이들의 조합이 포함된다. 일반적으로, 이들 추가 성분은 전체적으로 천연 섬유 부분의 총 중량의 약 10 중량% 미만의 양으로 존재한다. 보다 바람직하게는, 추가 성분은 전체적으로 천연 섬유 부분의 총 중량의 약 1 내지 약 15 중량%의 양으로 존재한다. 천연 섬유 부분에는 토양이 존재하지 않는다. 비료, 예컨대 질소 비료, 인산염 비료, 칼륨 비료, 화합물 비료 등은 과립, 분말, 구슬 등의 형태로 이용될 수 있다. 예를 들어, 멜라민/포름알데하이드, 요소/포름알데하이드, 요소/멜라민/포름알데하이드 및 유사 축합물이 서방성 질소계 비료로서 작용할 수 있다. 더 적은 영양가를 갖지만 다른 장점, 예컨대 통기, 수분 흡수의 개선을 제공하거나 환경 친화적인 비료가 이용될 수 있다. 이러한 비료의 원천은, 예를 들어 동물 폐기물 또는 식물 폐기물일 수 있다.
영양소는 널리 공지되어 있고, 예를 들어 다량영양소, 미량영양소, 및 미네랄을 포함할 수 있다. 다량영양소의 예는 칼슘, 클로라이드, 마그네슘, 인, 칼륨 및 나트륨을 포함한다. 미량영양소의 예도 또한 널리 공지되어 있으며, 예를 들어 붕소, 코발트, 크롬, 구리, 플루오라이드, 요오드, 철, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 셀레늄, 아연, 비타민, 유기 산, 및 식물 화학물질을 포함한다. 다른 다량- 및 미량-영양소가 당업계에 널리 공지되어 있다.
결합제는 천연 또는 합성일 수 있다. 예를 들어, 합성 결합제는 다양한 중합체, 예컨대 유화 중합에 의해 생산되고 수성 분산액의 형태로 또는 분무 건조된 분말로서 이용되는 부가 중합체를 포함할 수 있다. 예에는 스티렌-부타디엔 중합체, 스티렌-아크릴레이트 중합체, 폴리비닐아세테이트 중합체, 폴리비닐아세테이트-에틸렌(EVA) 중합체, 폴리비닐알코올 중합체, 폴리아크릴레이트 중합체, 폴리아크릴산 중합체, 폴리아크릴아미드 중합체 및 이들의 음이온성- 및 양이온성-개질 공중합체 유사체, 즉 폴리아크릴아미드-아크릴산 공중합체 등이 포함된다. 분말화된 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 또한 이용될 수 있다. 이용하는 경우, 합성 결합제는 바람직하게는 수성 형태, 예를 들어 용액, 에멀젼, 또는 분산액으로 이용된다. 결합제는 성장 매질에서 일반적으로 이용되지 않지만, 이들은 수력학적으로 적용되는 성장 매질에서 유용할 수 있다.
페놀/포름알데하이드 축합물, 멜라민/포름알데하이드 축합물, 요소/포름알데하이드 축합물 등인 매우 다양한 레졸 및 노볼락-유형 수지를 포함하는 열경화성 결합제가 또한 이용될 수 있다. 이들은 대부분 수용액, 에멀젼, 또는 분산액의 형태로 공급되며, 일반적으로 상업적으로 이용 가능하다.
천연 결합제는 다양한 전분, 예컨대 옥수수 전분, 개질 셀룰로오스, 예컨대 하이드록시알킬 셀룰로오스 및 카복시알킬 셀룰로오스, 또는 천연 발생 고무, 예컨대 구아 고무, 트래거캔스 고무 등을 포함할 수 있다. 천연 및 합성 왁스가 또한 이용될 수 있다.
도 1과 관련하여, 천연 섬유 부분의 형성을 예시하는 도식적 순서도가 제공된다. 도 1에서 알 수 있듯이, 단계 a)에서 초기 조성물(14)은, 나무 껍질(10), 코이어(11), 목재 성분(12), 및/또는 이탄(13)을 함께 조합하여 초기 조성물(14)을 형성함으로써 형성된다.
단계 b)에서, 초기 조성물(14)은 가압 용기(16)에서 미생물을 사멸시키기 위해 고온으로 가열된다. 통상적으로, 가열 단계는 약 250℉ (121℃) 이하 내지 약 500℉(260℃) 이상, 약 300℉(149℃) 내지 약 400℉(204℃), 약 320℉(160℃) 내지 380℉(약 193℃) 범위의 온도에서 수행할 수 있다. 가열 단계는 미생물을 사멸시키기에 충분한 시간 동안 수행할 수 있다. 가열 단계는 약 35 lbs/in2(2.4 kg/cm2) 내지 약 120 lbs/in2(8.4 kg/cm2) 또는 약 50 lbs/in2(3.5 kg/cm2) 내지 약 100 lbs/in2(7.0 kg/cm2)의 증기압 하에서 약 1 내지 약 5분 또는 그 이상 동안 수행할 수 있다. 예를 들어, 가열 단계는 약 80 lbs/in2(5.6 kg/cm2)에서 약 3분 동안 약 300℉(149℃)의 온도에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 가열 단계는 약 3분 동안 약 300℉(149℃)의 온도에서 수행할 수 있다. 가열 단계는, 천연 섬유 부분에 박테리아 또는 기타 생물체가 존재하지 않도록 바람직하게는 실질적으로 멸균의 천연 섬유 부분을 생성한다. 가열 단계 동안의 증기 유속은 약 4000 lbs/시간(1814 kg/시간) 내지 약 15,000 lb/시간(6803 kg/시간)일 수 있다.
단계 b)를 위한 가압 용기 및 관련 공정의 예가 참조로 포함되는 미국 특허 2,757,150에 개시되며, 여기서 목재 칩은 칩을 연화시키는 가압 증기 용기로 공급된다.
단계 c)에서, 초기 조성물(14)은 제련기(18)를 통해 가공되어 천연 섬유 부분(20)을 형성한다. 제련기(18)는 천연 섬유 부분(20)을 수득하기 위해 복수의 디스크를 이용할 수 있다. 제련기(18)는 2개 이상의 디스크를 이용할 수 있으며, 그 중 하나는 그 전체 개시내용이 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 2,757,150에 제시된 바와 같이 목재, 껍질, 이탄, 코이어 섬유를 서로로부터 분리하기 위해 회전한다. 제련기(18)는 보통 단계 b)에서 이용되는 온도보다 저온에서 작동된다. 제련기(18)는 약 70℉(21℃) 내지 약 400℉(204℃), 약 150℉(66℃) 내지 약 350℉(176℃), 약 200℉(93℃) 내지 약 300℉(148℃) 범위의 온도에서 작동될 수 있다. 제련기(18)는 증기하에서 작동될 수 있다. 제련기(18)는 대기압 또는 고압, 예컨대 약 50 lb/in2(3.5 kg/cm2) 이하 내지 약 100 lb/in2(7.0 kg/cm2)의 압력에서 작동될 수 있다. 일부 추가 성분(21), 예컨대 염료 또는 계면활성제가 단계 c) 동안 첨가될 수 있다.
단계 d)에서, 천연 섬유 부분(20)은, 천연 섬유 부분(20)의 수분 함량을 천연 섬유 부분(20)의 총 중량을 기준으로 약 45 중량% 미만, 약 25 중량% 미만, 또는 약 15 중량% 미만으로 감소시키기에 충분한 시간 동안 약 400℉(204℃) 내지 약 600℉(316℃)의 온도에서 건조된다. 건조 단계는 약 1 내지 10초 길이, 약 2 내지 8초 길이, 약 3 내지 5초 길이일 수 있다. 건조 단계는 10초 초과일 수 있다. 단계 d)에서 천연 섬유 부분(20)의 건조를 위한 예시적인 설비는, 급속 튜브 건조기 내부의 균질한 입자 현탁으로 인해 상대적으로 짧은 시간에 큰 부피의 천연 섬유 부분(20)을 건조할 수 있는 급속 튜브 건조기일 수 있다. 가열된 기류 내에서 현탁되는 동안, 최대 표면 노출이 달성되어 천연 섬유 부분(20)에 균일한 수분이 제공된다. 천연 섬유 부분(20)의 수분 함량은 천연 섬유 부분(20)의 총 중량의 약 10 내지 약 50 중량%, 약 20 내지 약 40 중량%, 약 25 내지 약 35 중량%일 수 있다.
단계 b), c), 및 d)의 조합은, 멸균된 것일 수 있는 안정적인 성장 매질을 생성할 수 있다.
선택적 단계 e)에서, 천연 섬유 부분(20)이 추가 제련되며, 상기 제시한 추가 성분(21)이 첨가될 수 있다.
천연 섬유 부분은 이어서 인조 섬유 부분과 조합된다. 천연 섬유 부분은, 압축 및/또는 팽창된 형태로 제공될 수 있다. 인조 섬유 부분과 혼합되는 천연 섬유 부분은 약 1.1 내지 1.8 lbs/ft3, 1.2 내지 1.6 lbs/ft3, 또는 1.3 내지 1.5 lbs/ft3의 밀도를 가질 수 있다.
유사하게, 인조 섬유 부분은, 압축 및/또는 팽창된 형태로 제공될 수 있다. 압축된 인간-인간 섬유가 제공될 때, 섬유의 압축 및 팽창은, 인조 섬유가 약 0.45 내지 0.75 lb/ft3, 0.5 내지 0.65 lb/ft3, 또는 0.55 내지 0.6 lb/ft3의 밀도에 이르도록 하는 것이 바람직하다.
인조 섬유는, 적어도 2개의 상이한 종류의 물질 및/또는 섬유를 포함하도록 하는 2 성분 섬유일 수 있다. 인조 섬유 부분은 적어도 1개 종류의 2 성분 섬유를 포함할 수 있다. 인조 섬유 부분은 복수개의 2 성분 섬유를 포함하여, 혼합물을 형성할 수 있다. 각각의 섬유질 조각은, 제 1 섬유로 만들어진 외곽 쉘 및 제 2 섬유로 만들어진 내부 부분, 코어를 포함할 수 있다. 2 성분 섬유를 가짐으로써, 섬유의 일부가 비용융 상태에 남도록 하면서, 2 성분 섬유 일부분의 용융을 가능하게 할 수 있다. 외곽 쉘의 용융은, 내부 코어가 용융에 굴복하지 않아 인조 섬유의 구조를 보존하면서, 천연 섬유 부분에 대한 인조 섬유의 부착을 가능하게 할 수 있다. 대안적으로는, 단일성분 인조 섬유를 접착제와 조합하여 사용할 수 있다. 접착제는 상기한 접착제일 수 있다.
인조 섬유 또는 2 성분 섬유는 임의의 인공 섬유를 포함할 수 있다. 인조 섬유는, 코어, 외곽 쉘, 및/또는 단일성분으로 하기를 포함할 수 있다: 열가소성 섬유; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드와 같은 폴리올레핀; 폴리에스테르; 폴리에테르에케톤과 같은 폴리에테르; 나일론 6, 나일론 6,6과 같은 폴리아미드; 레이온, 아라미드와 같은 재생 셀룰로스; 유리 섬유, 폴리벤즈이미다졸, 탄소/흑연, 이들의 조합 등. 예를 들어, 2 성분 섬유는, 폴리에스테르 코어 및 폴리프로필렌 외곽 쉘 또는 시트 또는 폴리에틸렌 또는 선형 저밀도 폴리에틸렌 외곽 쉘을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 2 성분 섬유는 폴리프로필렌 코어 및 폴리에틸렌 외곽 쉘을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 폴리아미드 코어 및 폴리올레핀 외곽 쉘을 포함할 수 있다. 2 성분 섬유로 구조화된 인조 섬유의 비제한적인 예를 하기 표 4에 나타낸다.
인조 섬유는 소수성 또는 친수성일 수 있다. 인조 섬유는, 성장 시즌의 기간 동안 사용한 물질이 지속되지만, 이후에는 상대적으로 용이하게 생분해성인, 생분해성일 수 있다. 대안적으로, 비생분해성 인조 섬유가 사용되는 경우, 사용 이후 수경 성장 매질의 잔류 성분으로부터 인조 섬유를 분리하여 재활용 가능하다.
인조 섬유는, 약 0.9 내지 약 15, 2 내지 13, 또는 4 내지 10 또는 0.9, 1, 1.2, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 또는 15의 데니어를 가질 수 있다. 더 높은 데니어 값, 예를 들어 약 16 내지 30, 18 내지 25, 또는 20 내지 24의 데니어를 갖는 2 성분 섬유를 또한 고려할 수 있다. 상기한 값과 같은 더 미세한 데니어의 2 성분 섬유를 포함함에 따라, 더 높은 데니어의 인조 섬유를 높은 중량 백분율로 사용한 것과 비교하여, 천연 및 인조 섬유의 충분하거나 또는 훨씬 더 효율적인 결합을 달성하면서, 2 성분 섬유의 보다 낮은 중량 백분율을 포함할 수 있음을 예상치 않게 발견하게 되었다.
2 성분 섬유의 길이는, 길이들의 혼합이 인간-인간 섬유 부분에 포함될 수 있도록 가변일 수 있다. 대안적으로, 인조 섬유 부분 내에는, 상당히 유사한 길이의 섬유들을 포함시킬 수 있다. 인조 섬유의 길이는 약 0.5 내지 5 인치, 1 내지 4 인치, 또는 1.5 내지 3 인치 또는 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 또는 5 인치일 수 있다.
인조 섬유의 코어 물질은, 약 130℃ 내지 260℃, 150℃ 내지 220℃ 또는 180℃내지 200℃의 융점을 가질 수 있다. 원형 프로필을 가지는 섬유의 기하에 대해 중앙에 코어를 위치시킬 수 있는 한편, 또한 제 1 섬유 및 제 2 섬유를 가지는 섬유를 제 1 섬유와 제 2 섬유가 외곽 쉘의 일부를 형성하도록 나란히 배치하여 사용할 수 있다. 제 1 섬유 대 제 2 섬유의 비율은 약 80:20 내지 20:80, 70:30 내지 30:70, 60:40 내지 40:60, 또는 약 50:50일 수 있다.
인조 섬유는 전체적 섬유 혼합물(28)의 벌크 밀도를 낮추기 위하여 포함된다. 나아가, 인간-인간 섬유는 천연 섬유 부분에 추가의 구조를 제공하여, 수경 성장 매질이 압축 및 포트 수축에 저항할 수 있도록 한다. 그 결과, 수경 성장 매질은, 10 내지 12개월 또는 그 이상의 지속된 성장 기간에 걸쳐 그의 구조를 유지하며, 유기 성분들이 시간에 따라 붕괴하여 몰락한 구조에 따라 그 자체상에 주저앉지 않아, 고도로 산소화된 채로 수경 성장 매질이 남아있다. 따라서 인조 섬유 부분은, 시간에 따라 유기 부분 분해를 겪는 유기 성분을 포함하는 기타 수경 성장 매질들과 다르게, 개시한 수경 성장 매질이 전체 성장 기간에 걸쳐 안정적이면서도 산소화된 채로 남도록 보장한다. 인조 섬유를 포함하는 것은, 수경 성장 매질 내의 유기 물질의 존재에 의해 야기되는 기공률 감소를 방지한다.
도 2와 관련하여, 단계 f)에서, 팽창된 천연 섬유 부분(22) 및 팽창된 인조 섬유 부분(24)이 조합된다. 팽창된 천연 섬유 부분(22) 및 팽창된 인조 섬유 부분(24)의 조합은, 핀 믹서(26)에 연결되는 컨베이어 벨트 상에서, 또는 핀 믹서(26) 내에서 직접 실행되어 섬유 혼합물(28)을 형성할 수 있다.
섬유 혼합물(28)은 섬유 혼합물(28)의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 2 내지 30 중량%, 5 내지 20 중량% 또는 10 내지 15 중량%의 인조 섬유 부분을 포함할 수 있다. 섬유 혼합물(28)은, 섬유 혼합물(28)의 총 중량을 기준으로 약 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 또는 30 중량%의 인조 섬유 부분을 포함할 수 있다. 따라서 섬유 혼합물(28)은, 섬유 혼합물(28)의 총 중량을 기준으로 적어도 약 70 내지 98 중량%, 80 내지 95 중량%, 또는 85 내지 90 중량%의 천연 섬유 부분을 포함할 수 있다. 섬유 혼합물(28)은, 섬유 혼합물(28)의 총 중량을 기준으로 약 99.5, 99, 98.5, 98, 97.5, 97, 96.5, 96, 95.5, 95, 94, 93, 92, 91, 90, 89, 88, 87, 86, 85, 84, 83, 82, 81, 80, 79, 78,77, 76, 75, 74, 73, 72, 71, 또는 70 중량%의 천연 섬유 부분을 포함할 수 있다. 상기한 바와 같이, 인조 섬유의 데니어가 더 미세할수록, eju 낮은 중량 백분율의 인조 섬유가 혼입될 수 있다. 예를 들어, 약 4 데니어의 2 성분 섬유 약 2 중량%를 약 98 중량%의 천연 섬유 부분과 조합할 수 있다.
인조 섬유와 천연 섬유의 결합을 추가로 지원하기 위해, 한 종류 이상의 화학 결합제를 포함시킬 수 있다. 화학 결합제는 상기한 것들을 포함하고, 천연 결합제, 합성 결합체 또는 이들 결합제의 조합을 포함할 수 있다.
단계 f) 동안, 핀 믹서(26) 내 섬유 혼합물(28)의 벌크 밀도가 약 0.6 내지 1.5 lb/ft3, 0.8 내지 1.2 lb/ft3, 또는 1 내지 1.1 lb/ft3 또는 약 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 lb/ft3에 도달한다. 이들 값으로부터 명백한 바와 같이, 인조 섬유 부분(24)을 포함하는 것은, 전체적 섬유 혼합물(28)의 벌크 밀도를 상당히 감소시킨다. 섬유 혼합물(28)은, 추가의 가공처리 없이 육상 식물의 재배에 사용될 수 있다.
그러나, 슬랩, 블록, 큐브, 또는 수경 재배에 적합하고, 분배자 또는 소비자로의 이송에 간편한 다른 모양의 형태로 섬유 혼합물(28)을 수경 성장 매질 내에서 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 과정은, 천연 섬유 부분(22) 및 인조 섬유 부분(24)을 암면 슬랩과 같은 선행 기술 슬랩과 유사 또는 상이한 크기의 블록(40) 내로 결합시키도록 열 및/또는 압력을 가한다.
따라서, 단계 g)에서, 섬유 혼합물(28)의 계량된 부피가 분리 응축기(30)로 이송된다. 이러한 이송은, 섬유 혼합물(28)을 공기/물질 분리 응축기(30)로 공기 리프팅함에 의해 구성할 수 있다. 섬유 혼합물(28)은 컨베이어 벨트 상에서 연속되어, 미리 규정된 공간 내에서 계량된 부피가 축적될 때까지 섬유 혼합물(28)이 벨트 상에서 축적된다. 예를 들어 축적된 부피는, 약 5 내지 20, 10 내지 18, 또는 12 내지 15 인치의 깊이 또는 두께 d 1 에 도달할 수 있다. 깊이는, 원하는 제품의 크기에 따라 변화할 수 있다.
단계 h)에서, 계량된 부피는,d 1 보다 30 내지 90%, 40 내지 80%, 또는 50 내지 70% 더 낮은 미리 결정된 압축 두께 d 2 로 느슨한 계측된 부피를 압축하는 일련의 롤러(32)를 통과하게 된다. d 2 는 약 1 내지 6, 2 내지 5, 또는 3 내지 4 인치 두께이며, 슬랩을 닮은 모양을 갖는 압축된 매트릭스(34)를 규정한다. 압축된 매트릭스(34)는, 느슨한 계측된 부피의 원래 두께의 약 100 내지 500%, 200 내지 400%, 또는 300 내지 350%인 두께를 가진다. 예를 들어, 느슨한 계측된 부피는, 단계 j)의 종료시 약 12 인치의 두께를 가질 수 있다. 롤러(32) 통과 이후, 압축된 매트릭스(34)는 약 3 인치(400%) 또는 4 인치(300%)의 두께를 가질 수 있다.
연이어, 단계 i)에서는, 압축된 매트릭스(34)가 오븐(36)으로 진행하여 천연 섬유 부분(22) 및 인조 섬유 부분(24)에 결합하고, 이들 2종류 섬유 간의 밀접한 결합을 형성한다. 오븐 온도는, 적어도 인조 섬유의 외곽 쉘 또는 인조 섬유의 외곽 쉘과 같은 최저의 융점을 가지는 인조 섬유의 저융점 성분의 융점값을 갖는 온도로 세팅된다. 예를 들어, 인조 섬유가 저융점 제 1 섬유(제 1 물질)를 포함하는 2 성분 섬유일 때, 오븐은, 적어도 저융점 제 1 섬유의 융점과 동일한 온도에 세팅되어야만 한다. 그러한 온도는, 제 2 섬유(코어의 물질과 같은 제 2 물질)가 비용융 상태에 머무른 채로, 제 1 섬유의 용융을 초래할 것이다. 인조 섬유 부분(24)이 그 구조를 유지하며 천연 섬유 부분(22)에 대한 지지를 제공하면서, 천연 및 인조 섬유들은 함께 부착된다.
오븐은, 내포되거나 또는 열려있을 수 있으며, 이는 단계 i)의 기간을 결정한다. 예를 들어, 매트릭스 물질(34)이 오븐 내 4변 몰드 내에 있는 경우, 단계 i)는 약 5 내지 20분, 7 내지 15분, 또는 9 내지 10분과 같이 수 분간 지속될 수 있다. 만약 매트릭스(34)가 몰드 내에 놓여있지 않아 매트릭스(34)를 통해 더운 공기가 통과할 수 있는 경우, 단계 i)는 2 내지 5분과 같이 보다 짧은 시간이 소요될 수 있다.
천연 섬유 부분(22) 및 인조 섬유 부분(24)의 결합은, 가열, 전자식 가열, RF(라디오 주파) 가열, 또는 고주파 가열을 사용하여 실시 가능하다. 사용한 유전 가열은 마이크로파를 이용할 수 있다. 마이크로파는, 1미터 내지 1밀리미터 범위 파장내의; 300 MHz(100 cm) 및 300 GHz(0.1 cm)의 진동수를 가지는 전자기복사의 한 형태이다. 예를 들어, 하나 이상의 마이크로파 오븐을 단계 i) 및/또는 본원에 기재한 기타 처리단계에서 이용 가능하다. 하나 이상의 마이크로파 오븐(들)은, 약 2.45 GHz(파장 12.2 cm) 내지 약 915 MHz(파장 32.8 cm) 또는 433.92 MHz의 진동수를 이용할 수 있다. 기타 진동수 및 파장들이 고려된다. 마이크로파 오븐(들)은, 길쭉한 몸체를 특징으로 하는 마이크로파 터널 오븐일 수 있다. 마이크로파 오븐(들)은 마이크로파 건조기일 수 있다. 마이크로파 오븐은 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다.
마이크로파 오븐의 비제한적인 도식적 예를 도 6에 나타낸다. 마이크로파 오븐(50)은 발전기(52), 도파관(54), 및 어플리케이터(56)를 포함할 수 있다. 발전기(52)는 915 MHz 또는 2450 MHz와 같은 상기 언급한 진동수에서 에너지를 생성한다. 발전기(52)는, 울타리 내에 수용될 수 있는 마그네트론, 전자석, 동력 공급 유닛, 순환기, 물 부하를 포함할 수 있다. 울타리는, 바닥과 같은 단단한 표면 상에 설치 가능하다. 발전기(52)의 냉각을 위해 물의 흐름을 이용할 수 있다.
도파관(54)은 발전기(52)로부터 어플리케이터(56)로 마이크로파 에너지를 전달한다. 도파관(54)은 복수개의 상호 연결된 부분을 포함할 수 있다. 도파관(54)은, 약 30 m(100 피트)까지의 거리에서, 어플리케이터(56)로부터 이격되어 발전기(52)가 별도의 영역에 위치할 수 있도록 한다. 도파관(54)은 하나 이상의 수동 튜빙 토막을 포함하여, 조작자로 하여금 섬유의 유전 특성 및 온도에 따라 섬유의 마이크로파 에너지 흡수를 최적화할 수 있도록 한다.
마이크로파 오븐은 수동 또는 자동으로 제어 가능하다. 자동으로 조작시, 마이크로파 오븐(52)은 발전기 동력 출력, 반사 동력, 섬유 배출 온도, 이들의 조합 등과 같은 하나 이상의 변수를 조정할 수 있는 제어 시스템(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 제어 시스템은, 하나 이상의 프로그램화 가능한 컨트롤러(PLC), 스크린 컨트롤 패널, 데이터 획득, 동력 모니터링, 온도 모니터링, 습도 모니터링 등을 위한 장치들을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 나아가, 하나 이상의 과정 제어 문제의 해결에 있어서 확인, 기록 및/또는 보조가 가능한 하나 이상의 경보 사양을 포함할 수 있다.
어플리케이터(56)는, 어플리케이터(56)를 통과하는 물질 주위의 마이크로파를 포함하고 분배한다. 섬유 물질은, 어플리케이터(56)를 통해, 어플리케이터(56)를 통한 물질의 균일한 움직임을 보조할 수 있는 컨베이어 벨트(58) 상에서 이동할 수 있다. 컨베이어 벨트(58)는, 미리 결정된 또는 가변의 속도 제어를 가질 수 있다. 어플리케이터(56)는 다중-모드 장치일 수 있다. 어플리케이터(56)는 각종 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 어플리케이터(56)는 길쭉할 수 있다. 어플리케이터(56)는 터널, 중공 도관, 또는 홈(recess)과 같은 모양일 수 있다. 어플리케이터(56)는, 미리 결정된 원하는 수준의 물질의 건조 또는 탈수를 수용하기 위한 배기 팬(fan)을 하나 이상 갖거나 갖지 않을 수 있다.
따라서, 천연 섬유 부분(22) 및 인조 섬유 부분(24)은 예를 들어 컨베이어 벨트(58) 상에서 어플리케이터(56)를 통과하면서 어플리케이터(56) 내에서 가열 및/또는 결합될 수 있다. 섬유는 따라서 마이크로파 에너지를 효율적으로 흡수하여, 안정성 및/또는 멸균성이 되는 것 뿐 아니라, 본 출원에서 논의된 원하는 최종 온도 및 수분 함량을 달성할 수 있다.
상기 기재한 과정은 천연 섬유 부분(22) 및 인조 섬유 부분(24) 블렌드의 약 1 내지 10 pcf, 2 내지 8 pcf, 또는 4 내지 6 pcf를 이용할 수 있다. 상기 과정은 또한 약 5 내지 125 kW, 10 내지 100 kW, 또는 15 내지 75 kW의 동력을 이용할 수 있다. 상기 과정은 915 MHz와 같은 상기 언급한 것 이외에 약 300 MHz 내지 6000 MHz의 조작 진동수를 이용할 수 있다. 마이크로파 오븐의 크기, 통과하는 섬유의 양, 밀도, 수분 함량 및 기타 특성에 따라, 섬유(22 및 24)의 블렌드를 약 1 내지 10분, 2 내지 8분, 또는 3 내지 6분 이내에 마이크로파 오븐을 통과시킬 수 있다.
추가의 열원을 마이크로파 오븐과 함께 사용할 수 있다. 추가의 열원은 유전 가열을 또한 이용할 수 있다. 단계 i)의 가열은 신속 및/또는 균일할 수 있다. 유전 가열은, 고온이 요구되는 본원에 기재된 과정의 임의의 다른 단계에서도 사용할 수 있다.
일련의 롤러(38)가 외곽 쉘 물질의 용융으로 인해 이제 적어도 부분 용융한 압축된 매트릭스(34)에 압력을 가하도록, 제 1 섬유의 용융 직후, 단계 j)가 이어진다. 롤러(38)는 동일 또는 상이한 크기를 가질 수 있다. 롤러(38)는 부드럽거나 또는 부드럽지만은 않은 질감을 가질 수 있다. 단계 j) 동안 적어도 일부의 롤러(38)가 가열될 수 있다. 일련의 롤러(38)로부터의 압력은, 매트릭스(34)로 하여금 압축된 매트릭스(34) 내에서 인조 섬유가 천연 섬유에 결합하고, 그 구조를 유지하게 할 수 있다. 롤러(38)에 의해 가해지는 압력은 단계 f)의 섬유 혼합물(28)의 원래 벌크 밀도의 약 2.5 내지 3.5배일 수 있다.
압축된 매트릭스(34)는, 롤러(38)로부터의 압력이 해제되기 이전에 냉각될 수 있다. 약 18℃(64℉) 내지 약 21℃(70℉)의 대략 실온인 주위 공기에 대한 노출, 또는 롤러(38) 내의 매트릭스(34) 상에 냉각 공기를 통과시킴으로써 냉각을 제공할 수 있다.
냉각 이후, 단계 k)에서, 수경 성장 매질(39)의 압축된 매트릭스(34)는 그 구조를 유지함으로써, 과일, 허브 및/또는 야채를 온도 조절 환경에서 키우는 원예 용품에 사용 가능한 3차원의 수경 성장 매질 슬랩, 재배 슬랩, 구조, 또는 기질(40)을 형성한다. 슬랩이라는 용어는, 수경 성장 매질 기질의 모양에 보통 관련된다. 슬랩은 보통 직사각형 모양을 가질 수 있다. 그러나 슬랩은, 정사각형, 다각형, 원형, 타원형 등과 같은 임의의 다른 모양을 가질 수 있다. 슬랩은 3차원적인 것이다.
단계 l)에서, 슬랩(40)을 포장, 커버, 피복 또는 주머니(42)에 위치시켜, 온실에서 사용시 성장 매질의 건조를 감소시키며, 이는 슬랩(44)을 형성한다. 소비자로의 배송을 위해 복수개의 슬랩(44)을 축적 및 펠릿화 할 수 있다. 그러나, 수경 성장 기질은, 도 5a 내지 5c에서 알 수 있는 바와 같이, 주머니가 포함되지 않은 경우일지라도 그 구조 및/또는 배치를 유지한다. 수경 성장 매질은, 경작자가 살포 큐브, 식물 또는 종자를 기질 내에 삽입하는 것에 의해 추가로 압축 가능하고, 기질은 압력이 해제된 이후 그 모양을 유지하고 그의 압축 전 상태로 복원될 것이다. 본원에 개시된 수경 성장 매질은 따라서 자가-지지 구조로서, 추가의 도움 없이 그의 모양 및/또는 구조를 유지할 수 있다. 주머니(42)는 느슨하고, 적어도 한 변이 개방된 것일 수 있다. 대안적으로, 주머니(42)는 밀봉된 주머니로서, 주머니(42) 내에 슬랩(44)을 내포할 수 있다. 적어도 하나의 구현예에서, 전체 4개의 변들 미만으로 주머니(42)에 의해 슬랩(44)이 내포된다. 예를 들어, 슬랩(44)은, 그 바닥변, 하나 이상의 변 상에서 플라스틱 피복에 부착되거나, 또는 오로지 상부에만 놓여진 플라스틱 피복을 가질 수 있다. 또한 대안적으로, 슬랩(44)은 수송을 위한 주머니 내에 느슨히 놓여지지만, 주머니의 커버 없이 수경 목적으로 사용될 수 있다.
슬랩(44)의 예를 도 3에서 알 수 있다. 슬랩은 다양한 크기를 가질 수 있다. 각각의 슬랩은, 특정 용품의 필요에 따라 일정 또는 다양한 크기를 가질 수 있다. 크기의 예는, 약 6(15.24 cm) 내지 8 인치(20.32 cm) 내지 12 인치(30.48 cm)의 폭 w, 약 36(91.44 cm) 내지 40 인치(101.6 cm) 내지 78.7 인치(200 cm)의 길이 l, 및 약 3(7.62 cm) 내지 4 인치(10.16 cm)의 높이 h를 포함할 수 있다. 높이와 같은 크기는, 주머니(44)의 길이에 걸쳐 균일할 수 있다. 대안적으로, 주머니(4)의 특정 부분은 나머지 부분들보다 낮은 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 모서리 주위의 하나 이상의 부분은 나머지 부분들보다 더 낮은 높이를 가질 수 있다.
다른 예는, 식물 자체를 수용할 수 있도록 고안된 하나 이상의 부분으로, 이러한 목적을 위한 하나 이상의 영역이 슬랩 내에 각인된 것으로서, 그러한 영역은 둘러싼 영역들보다 최대 약 50%로 더 낮은 높이를 가지는 것이다. 그러한 영역 또는 부분은 수경 성장 매질 덩어리 내에서 동공, 속을 비운 공간, 미충전 공간 또는 구멍을 형성할 수 있다. 동공은, 수경 성장 기질 구조의 몸체 내의 잘라낸 부분 또는 홈으로 정의될 수 있다. 동공은 슬랩 높이와 동일한 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 동공 또는 홈은 슬랩 높이보다 더 얕을 수 있다. 동공은, 슬랩 높이의 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 45, 50, 55%인 특정 깊이 di에 이를 수 있다. 동공(148)의 예를 도 5a 내지 5c에서 알 수 있다. 동공 또는 홈의 비제한적 크기의 예는 약 1 내지 20 cm, 2 내지 15 cm, 또는 5 내지 10 cm의 직경 및 약 2 내지 20 cm, 5 내지 15 cm, 또는 7 내지 10 cm의 깊이를 포함할 수 있다. 나아가, 뿌리 부피의 대부분을 수용함을 의미하는 영역은, 슬랩 평균 높이에 비하여 최대 약 25% 만큼 증가된 높이를 가질 수 있다.
동공은, 다양한 크기 및/또는 모양을 가질 수 있고, 살포 또는 성장 부분 수용에 충분할 만큼 클 수 있다. 살포 부분은 살포 부분 내에서 묘목이 발아할 수 있도록 고안된다. 전체 살포 부분은, 식물이 보다 큰 뿌리 영역 내에서 뿌리내릴 준비가 되었을 때, 슬랩 내로 이후 첨가될 수 있고, 예를 들어 동공 내로 삽입될 수 있다.
슬랩은 하나 이상의 동공을 포함할 수 있다. 동공은 동일 또는 상이한 크기 및/또는 모양을 가질 수 있다. 동공의 구성은 복수개의 슬랩 내에서 상이 또는 동일할 수 있고, 규칙, 불규칙, 대칭, 비대칭일 수 있다.
살포 부분은, 큐브이거나, 원형, 직사각형, 타원, 다각형, 규칙, 불규칙, 대칭, 또는 비대칭 단면을 가지는 것과 같은 상이한 모양을 가질 수 있다. 살포 부분은 각종 크기 및 모양, 예를 들어 1 Х 1 Х 1 인치, 2 Х 2 Х 2 인치, 4 Х 4 Х 4 인치, 6 Х 6 Х 6 인치를 가질 수 있다. 살포 부분은, 하나 이상의 종자를 수용하기 위한 살포 부분의 상측에서 동공을 포함할 수 있다. 동공은, 살포 부분 상측 중심에 존재할 수 있다. 살포 부분의 비제한적 예는, 도 5d에 묘사한 살포 큐브(200)이다.
살포 부분은, 상기 기재한 과정에 따라 제조 가능하며, 본원에 기재한 물질을 포함할 수 있다. 그러나 살포 부분은, 슬랩을 형성하는 수경 성장 매질과는 본원에 기재한 하나 이상의 생물, 물리, 화학 및/또는 생물리 특성상 상이할 수 있다. 그러한 특성은, 건조 벌크 밀도, 부피 물 함량, 공극 퍼센트, 전체 기공률 등일 수 있다.
예를 들어, 살포 부분은, 슬랩의 건조 벌크 밀도보다 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 또는 60% 더 높을 수 있는 건조 벌크 밀도를 가질 수 있다. 살포 부분의 보다 큰 밀도는, 물에 대한 더 높은 수요와 같은 종자 또는 묘목의 특정 요구사항을 수용하는 장점을 가질 수 있다. 살포 부분은, 건조 벌크 밀도 증가의 결과, 물의 보유 증가를 가질 수 있다.
대안적으로는, 형성한 슬랩을 더 작은 구조물로 절단하여 살포 부분을 형성할 수 있다. 레이저 또는 기타 절단 수단에 의해 절단을 실시할 수 있다. 슬랩(44)의 최종 크기에 따라, 다수의 구멍(46)을 주머니(42)에 형성할 수 있다. 대안적으로, 주머니(44)는, 소비자에 의해 구멍(46)을 형성할 수 있는 천공 부분과 같은 약화된 영역(46)을 포함한다. 구멍(46)은 과량의 수경 액체를 배수하여 식물 성장을 위해 공급하도록 작용할 수 있다. 대안적으로, 적어도 일부의 구멍(46)이, 주머니(44) 내에 배치된 수경 성장 매질 내에 식물(들)을 위치시키도록 작용할 수 있다. 그러한 구멍(46)은, 더 낮은 두께의 슬랩 부분 위에 놓여질 수 있고, 각각의 그러한 부분은 식물 및/또는 살포 큐브를 바로 수용할 수 있는 홈, 움푹함, 패임, 각인 또는 동공을 형성한다.
주머니(42)는 상기한 열가소성플라스틱과 같은 플라스틱으로 제조될 수 있다. 대안적으로, 주머니(42)는, 10 내지 12개월 이상과 같은 성장 시즌 기간 이상 동안 미분해 상태로 지속할 수 있는 천연 물질로 제조될 수 있다. 그러한 물질은, 상기한 종류의 직조 섬유를 포함하여, 이는, 얇은 생분해성 플라스틱 호일 라이너와 조합될 수 있다. 그러한 물질의 사용은, 개시한 수경 성장 매질 슬랩 전체의 생태학적 폐기 덕분에, 개시한 수경 성장 매질의 환경 친화성을 훨씬 더 증가시킬 것이다.
수경 성장 매질(39) 슬랩(144)의 예가 도 5a 내지 5c에 묘사되어있다. 슬랩(144)의 사시도가 도 5a에 주어져있다. 슬랩(144)의 상부도가 도 5c에 나타나있다. 슬랩(144)는, 살포 큐브 또는 식물과 같은 살포 부분을 수용하기 위한 홈(148)을 포함한다. 홈(148)은 직사각형 모양 슬랩(144)에 대해 중앙인 것이다. 슬랩(144)의 비제한적인 크기의 예는 10 cm Х 22 cm Х 18 cm이다. 홈의 깊이 dp는 약 5 cm이다. 도 5b는 슬랩(144) 및 그의 섬유질 구조의 상세도를 나타낸다.
수경 성장 매질 슬랩의 벌크 밀도는, 암면 슬랩 또는 수경 목적 이외로 사용되는 성장 매질과 같은 다른 수경 매질의 밀도보다 더 낮다. 예를 들어, 개시한 수경 매질의 벌크 밀도는 5.5 lb/ft3 미만, 5.4 lb/ft3 미만, 5.3 lb/ft3 미만, 5.2 lb/ft3 미만, 5.1 lb/ft3 미만, 5.0 lb/ft3 미만, 4.8 lb/ft3 미만, 4.6 lb/ft3 미만, 4.5 lb/ft3 미만, 4.4 lb/ft3 미만, 4.2 lb/ft3 미만, 4.0 lb/ft3 미만, 3.8 lb/ft3 미만, 3.5 lb/ft3 미만, 3.2 lb/ft3 미만, 3.0 lb/ft3 미만, 2.8 lb/ft3 미만, 2.5 lb/ft3 미만, 2.0 lb/ft3 미만일 수 있다. 개시한 수경 매질의 벌크 밀도는 약 1.5 내지 15, 1.8 내지 10, 2 내지 5, 또는 2.2 내지 3.0 lb/ft3일 수 있다. 개시한 수경 매질의 벌크 밀도는 약 1.5, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.1, 4.2, 4.5, 4.8, 5.0, 5.2, 5.5, 5.7, 5.9, 6.0, 6.2, 6.5, 6.8, 7.0, 7.2, 7.5, 7.7, 8.0, 8.2, 8.5, 8.7, 9.0, 9.2, 9.5, 9.7, 10.0, 10.2, 10.5, 10.7, 11.0, 11.2, 11.5, 11.7, 12.0, 12.5, 13.0, 13.5, 14.0, 14.5, 15.0 lb/ft3일 수 있다. 개시한 수경 매질의 건조 벌크 밀도는 15.0 lb/ft3 이하, 14.0 lb/ft3 이하, 13.0 lb/ft3 이하, 12.0 lb/ft3 이하, 11.0 lb/ft3 이하, 10.0 lb/ft3 이하, 9.0 lb/ft3 이하, 8.0 lb/ft3 이하, 7.0 lb/ft3 이하, 6.0 lb/ft3 이하, 5.0 lb/ft3 이하, 4.0 lb/ft3 이하, 3.8 lb/ft3 이하, 3.6 lb/ft3 이하, 3.4 lb/ft3 이하, 3.2 lb/ft3 이하, 3.0 lb/ft3 이하, 2.8 lb/ft3 이하, 2.6 lb/ft3 이하, 2.4 lb/ft3 이하, 2.2 lb/ft3 이하, 2.0 lb/ft3 이하일 수 있다.
수경 성장 매질의 총 기공률은 약 85 내지 99 부피%, 90 내지 97 부피%, 또는 92 내지 95 부피%일 수 있다. 수경 성장 매질의 총 기공률은 약 85, 85.5, 86, 86.5, 87, 87.5, 88, 88.5, 89, 89.5, 90, 90.5, 91, 91.5, 92, 92.5, 93, 93.5, 94, 94.5, 95, 95.5, 96, 96.5, 97, 97.5, 98, 98.5, 또는 99 부피% 초과일 수 있다.
예의 수경 성장 매질 슬랩, 암면 슬랩, 및 비-수경 성장 매질의 각종 특성의 비교가 하기 표 5에 나열되어 있다. 표 5의 WHC는 변형된 ASTM D7367(수압 식재를 위한 섬유 멀치의 WHC 결정을 위한 표준 시험법)에 따라 결정하였다. 슬랩 중량을 슬랩 부피로 나누어 밀도를 측정하였다.
표 5에 예시된 바와 같이, 개시한 수경 성장 매질 슬랩은, 암면 슬랩 및 비-수경 성장 매질과 비교하여 매우 감소된 밀도를 가진다. 롤러 세트 및 열처리를 포함한 상기 기재한 과정에 의해 달성된 밀도 감소는, 오랜 성장 시즌에 걸친 식물의 적절한 지지를 가능하게 하는 충분히 강한 구조를 보장한다. 더 낮은 밀도는 또한, 다수의 매우 얇은 뿌리를 포함한 강건한 뿌리계를 가지는 뿌리 구조를 지지한다. 복잡한 뿌리계는 머리카락을 닮은 얇고 미세한 뿌리로 분화되는 보다 얇은 뿌리를 가진다. 미세 섬유질 시스템은 따라서 그의 다수의 말단을 통해 보다 많은 영양분을 흡수할 수 있게 된다. 이와 비교하여, 수경 성장 매질 슬랩에 대해 제공된 값을 초과하는 밀도를 가지는 기질은, 보다 두꺼운 뿌리의 성장을 야기하며, 이는 수경 액체로부터 영양분을 흡수하는 데 덜 효과적이다.
수경 성장 매질 슬랩의 WHC는 다른 장점을 나타낸다. 수경 성장 매질 슬랩은, 충분한 기공 공간, 산소화를 제공하는 능력 및 뿌리계 및 슬랩을 통해 수경 액체를 스며들게 하는 능력을 가진다. 암면 슬랩 연관 WHC와 같은 더 높은 WHC 값은, 슬랩 내의 물 보유 연장, 슬랩 및 뿌리계의 산소화 감소로 나타나며, 이는 종국에는, 바람직하지 않는 식물 질병 및 기생충 또는 피시움(Pythium)과 같은 균류의 발생 기회의 증가로 나타난다.
수경 성장 매질의 용기 용적 또는 총 WHC는 약 40 내지 80, 50 내지 75, 또는 60 내지 65 중량%일 수 있다. 용기 용적은 약 80, 75, 70, 65, 60, 55, 또는 50 중량% 미만일 수 있다. 용기 용적은 약 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 또는 85 내지 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45 내지 40 중량%일 수 있다.
수경 성장 매질의 공극 퍼센트는 약 30 내지 60, 40 내지 55, 또는 50 내지 53일 수 있다. 공극 퍼센트는 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 또는 60일 수 있다.
pF 0.5에서의 수경 성장 매질의 부피 물 함량은 약 50 내지 70%, 55 내지 65%, 또는 60 내지 63%일 수 있다. pF 1에서의 수경 성장 매질의 부피 물 함량은 약 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 또는 70%일 수 있다. pF 0.5에서의 수경 성장 매질의 부피 물 함량은 95, 92, 90, 88, 85, 82, 80, 78, 75, 72, 70, 67, 65, 62, 60, 58, 55, 50, 또는 45% 미만일 수 있다.
pF 1에서의 수경 성장 매질의 부피 물 함량은 약 25 내지 70%, 30 내지 60%, 또는 40 내지 50%일 수 있다. pF 1에서의 수경 성장 매질의 부피 물 함량은 약 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 또는 70%일 수 있다. pF 1에서의 수경 성장 매질의 부피 물 함량은 80, 78, 75, 72, 70, 67, 65, 62, 60, 58, 55, 52, 50, 48, 45, 42, 40, 38, 35, 또는 32% 미만일 수 있다.
pF 0.5에서의 수경 성장 매질의 부피 수중 산소는 약 15 내지 50%, 20 내지 40%, 또는 30 내지 35%일 수 있다. pF 1에서의 수경 성장 매질의 부피 물 함량은 약 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50%일 수 있다. pF 0.5에서의 수경 성장 매질의 부피 수중 산소는 5, 7, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 33, 34% 초과일 수 있다.
pF 1에서의 수경 성장 매질의 부피 수중 산소는 약 50 내지 80%, 60 내지 75%, 또는 65 내지 70%일 수 있다. pF 1에서의 수경 성장 매질의 부피 물 함량은 약 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 또는 80%일 수 있다. pF 1에서의 수경 성장 매질의 부피 수중 산소는 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 또는 70% 초과일 수 있다.
도 7a 내지 9b에 추가로 예시된 바와 같이, 본원에 개시한 수경 성장 매질의 가능한 기공 공간은, 암면의 그것과는 상이하다. 도 7a 내지 9b는, 본 개시내용의 수경 성장 매질 및 필적하는 두께의 암면 슬랩의, 각종 배율에서의 비제한적인 예를 나타낸다. 기호 "a"의 도면은 수경 성장 매질을 나타내고, 기호 "b"의 도면은 각 "a" 도면과 동일한 배율에서의 암면을 나타낸다.
도 7a 및 7b에서는 본원에 개시한 수경 성장 매질(도 7a) 및 암면(도 7b) 모두가 11.25배로 확대되고; 도 8a 및 8b에서는 배율이 20배이고, 도 9a 및 9b에서는 배율이 50배였다. 수경 성장 매질은 천연 섬유 및 인조 섬유의 조합을 나타내며, 이들은 식물 성장에 이용되는 풍부한 기공 공간을 특징으로 하는 섬유질 구조를 함께 형성한다. 이와 비교하여, 암면(도 7b) 기공 공간은 제한적이며, 섬유는 더 얇다.
제한된 기공 공간 및 더 얇은 섬유에 추가하여, 암면 슬랩은 도 7b, 8b, 및 9b에서 검은 덩어리로 뚜렷이 보이는 유리 노듈의 형태의 폐기 물질을 특징으로 한다. 유리 노듈은 비-방사 암면을 나타내는 비-섬유질 물질이다. 이러한 노듈은 슬랩내 중요한 공간을 차지한다. 노듈은 기공을 갖지 않으므로, 노듈 영역 내에서의 뿌리 성장을 허용하지 않는다. 그 결과, 뿌리 확립과 식물 성장에 적합하지 않은 폐기 물질이 암면 슬랩 내에 포함된다.
반면, 수경 성장 매질은, 뿌리계에서 이용가능한 중요한 공간을 차지할 유리 노듈 또는 유사한 폐기 물질 없이 완전히 섬유질인 구조를 특징으로 한다. 개시한 수경 성장 매질은, 수경 성장 매질을 통한 식물 뿌리 성장을 차단 또는 방해하는 임의의 폐기 물질, 유리 노듈, 큰 덩어리, 비-섬유질 물질 또는 기타 물질을 갖지 않는다.
개시한 수경 성장 매질 슬랩의 장점은 또한, 수경 액체의 화학을 손상하거나 액체가 슬랩으로 진입함에 따라 변색하는 물질 또는 토양이 섬유질 계에 존재하지 않아, 수경 액체를 재활용할 수 있는 능력에 있다. 수경 액체는, 수경 성장 매질 슬랩을 통한 스며듦 이후에도 맑게 남는다. 이는, 수경 액체에 색채를 부여하고 재활용에 대해 부적합하게 하는 탄닌을 포함하는 코코 슬랩 또는 코코 성장 주머니와 같은 다른 기질과 극명하게 대비된다.
수경 성장 매질 슬랩의 추가의 장점은 높은 강열 감량(loss at ignition)이다. 개시한 수경 성장 매질 슬랩은, 예를 들어 오랜 성장 시즌 종결시 및/또는 식물 수명 종결시에 소각될 수 있다. 소각한 수경 성장 매질 슬랩은 따라서, 예를 들어 추운 계절 동안 온실용 열 발생을 위해 생물-노(bio-furnace) 안에서 연료로 사용될 수 있다. 반면, 암면은 미네랄 성분으로부터 제조되어 소각될 수 없다. 암면과 반대로, 수경 성장 매질 슬랩은 따라서 환경적으로 처분 가능하다.
상기 설명한 바와 같이, 인조 섬유는, 수경 성장 매질 내에 유기 부분, 천연 섬유 부분을 제공할 수 있게 하는 능력자이다. 천연 섬유 부분을 포함하는 것은, 식물 성장 및 과일 및 채소의 특성에 결정적이다. 예를 들어, 개시한 수경 성장 매질 내에서 성장시킨 특정 식물은, 동일 환경 조건 하에서 암면과 같은 선행 기술 수경 기질 내에서 성장시킨 동일 종의 과일과 비교하여, 미성숙 및/또는 성숙 과일의 당도가 약 15 내지 20%까지 증가함을 나타내었다. 본 개시내용을 단일 이론에 제한하지 않으면서, 무기 물질에 비해 유기 매트릭스 내에서 유익한 미생물이 번성할 수 있으므로, 천연 섬유 부분의 존재가 상기 현상에 기여하는 것으로 추측된다.
수경 성장 매질에서 성장시킨 각종 육상 식물종 과일의 당도를 정량함에 있어서, 다양한 방법을 실행할 수 있다. 다수의 과일 및 야채에서, 당도는 당 농도에 의해 종종 지배되는 바람직한 성질이므로, 당 및 당도의 검증 및 정량은 각종 방식으로 측정 가능하다. 예를 들어, 원예 제품의 당도 또는 당 함량을 특성화하기 위해 각종 지수를 사용할 수 있다. 이들 지수 중에서 가장 널리 측정되는 것은, 당의 양, 당 조성, 총 가용성 고체 및 가용성 고체 함량, 적정가능 산도에 대한 가용성 고체 비율, BrimA, 당도 지수, 총 당도 지수이다. 이들 지수 하나 이상을, 관능 평가, 굴절계, 비중계, 전자 혀, 고압 액체 크로마토그래피 또는 이들의 조합에 의해 평가할 수 있다.
상기 언급한 지수들을 평가하기 위하여 사용하는 방법과 무관하게, 개시한 수경 성장 매질에서 성장시킨 과일은, 암면과 같은 선행 기술 기질 내에서 동일한 시간 제한 내에 동일 또는 필적하는 조건 하에서 성장시킨 동일한 과일에 비해 더 높은 당도를 가지는 것으로 일관되게 평가된다.
실시예
실시예 1-4
실시예 1 및 2는, 암면 슬랩과 비교하여 총 기공률, 용기 총 보수능(WHC), 공극 백분율 및 건조 벌크 밀도를 평가하기 위한 상기 기재한 포로미터 및 Hyprop 테스트로 시험하였다.
실시예 1 및 2의 특성을 하기 표 6에 나열한다.
건조 벌크 밀도 및 공극 %는, Naaldwijk, NL의 연구 스테이션(Wever, G. and J. A. Kipp, 1998, Characteristics of the hydrophysical behavior of stonewool. Proc. 16th World Congress of Soil Science, Montpellier, France, 전문이 본원에 포함됨)에 의해 개발된 예비형성된 물질에 대한 프로토콜에 따라 계산하였다. 예비형성된 물질에 대한 프로토콜은 느슨한 물질의 건조 벌크 밀도에 대한 프로토콜(EN 13039, 2011) 및 느슨한 물질의 기공 밀도에 대한 프로토콜 EN 13041, 1999)을 채용하였다.
실시예 1, 2, 4, 및 5와 비교예 A를 상이한 pF 값에서의 물질의 물 및 공기 함량의 밸런스를 평가하도록, pF 스케일에 대해 추가로 평가하였다. pF는 식물이 성장에 사용하는 에너지량과 연관된다. 0.5 내지 2의 pF에서, 식물은 성장 물질로부터 수분을 얻기 위한 충분한 에너지를 가지면서 성장할 수 있다. pF 1은, 에너지 면에서 가장 밸런싱된 값을 나타낸다. 따라서, pF 값은 기질에 공급되는 흡입 또는 미리 결정된 수분 함량을 추출하기 위해 필요한 흡입량과 연관된다. pF 시험은 따라서 특정 기질로부터 물을 흡수하고자 하는 식물을 모사하는 것이다. 더 낮은 압력이 측정될수록, 기질로부터 수분을 빨아들이기 위해 식물은 더 적은 에너지를 소비해야 한다. 시험 결과는 하기 표 8 및 도 10 내지 14에 개시된다.
도 10 내지 14에서, x 축 상의 -3 cm 값은 0.5 pF 값에 해당하고; x 축 상의 -10 cm 값은 1.0 pF 값에 해당한다. pF 0.5 내지 pF 1, 잠정적으로 pF 2의 느린 물 방출을 나타내는 점진적 커브를 가지는 수경 성장 매질을 제공하는 것이 바람직하다. 점진적 커브를 가지는 수경 성장 매질은, 시간 내에 물과 공기의 적절한 밸런스 또는 식물 뿌리계에 더 밸런싱된 물의 이용가능성을 제공하고, 따라서, 식물 뿌리가 식물 성장을 위해 산소를 요구함에 따라, 보다 효과적인 식물의 확립을 가능하게 한다.
표 8 및 도 10 내지 14에서 알 수 있는 바와 같이, 본원에 개시한 수경 성장 매질은 산소 이용가능성을 최적화한다. 실시예 1, 2, 4, 및 5의 수경 성장 매질과 비교하여, 비교예 A는, 매우 높은 경사의 커브를 가지며 pF 1에서 70% 초과의 부피 물 함량을 보유한다. 70% 초과의 부피 물 함량에서, 식물 뿌리계는 산소가 결핍되고, 이는 뿌리 확립 및 식물 성장에 부정적 영향을 미친다.
도 10 내지 14는, 비교예 A의 암면 물질(도 14)과 비교하여 pF 1의 더 낮은 압력에서 수경 성장 매질이 더 많이 산소화되고, 또한 암면 슬랩의 물 제공 능력이 압력 증가에 따라 급격히 감소함에 반하여, 높은 압력에서조차도(pF 2) 물을 제공함을 추가로 예시한다.
실시예 6 내지 11
고추 성장 시험으로 실시예 6 내지 11을 테스트하였다. 실시예 6 내지 11과 비교예 B 및 C의 특성을 하기 표 9에 나열한다.
실시예 6 내지 11과 비교예 B 및 C를 하기의 명세조건을 가지는 고추 성장 시험으로 테스트하였다. 각 성장 슬랩의 플롯 크기는 100 cm Х 20 cm Х 7 cm였다. 시험은, 설치일 및 수확일을 포함하여 84일 동안 지속되었다. 시험은 가을의 중간에서 겨울의 중간까지 계절 동안 실시하였다. 각 실시예 및 비교예는 4개의 복사본을 가졌다. 보조 조명 제공 없이 자연 일광만을 제공하였다. 실시예 및 비교예는 완전 랜덤화하였다. 관개는 필요한 대로 제공하였다. 재배한 종은, 스프린터(Sprinter) F1 그린 고추 내지 레드 벨을 포함하였다. 사용한 비료는, pH 6.3, EC 약 1200 μS/cm 농축 믹스 160 ppm(16-4-17, 15.5-0-0, 10-0-0)을 포함하였다. 시험의 각종 결과를 하기 표 10에 개시한다.
실시예 12 내지 15
오이 성장 시험으로 실시예 12 내지 15를 테스트하였다. 실시예 12 내지 15와 비교예 D 및 E의 특성을 하기 표 11에 나열한다.
실시예 12 내지 15와 비교예 D 및 E 를 하기의 명세조건을 가지는 오이 성장 시험으로 테스트하였다. 각 성장 슬랩의 플롯 크기는 36.56 cm Х 15.24 cm Х 10.16 cm 또는 14" Х 6" Х 4"였다. 시험은, 설치일 및 수확일을 포함하여 8주, 구체적으로 95일 동안 지속되었다. 시험은 겨울의 중간에서 봄의 중간까지 계절 동안 실시하였다. 각 실시예 및 비교예는 5개의 복사본을 가졌다. 보조 조명 제공 없이 자연 일광만을 제공하였다. 실시예 및 비교예는 완전 랜덤화하였다. 비료 주입은 하기와 같이 제공하였다: 150 ppm(20-10-20); 100 ppm(16-4-17), 30 ppm(15.5-0-0 Cal-trade), 30 ppm(10-0-0 Mag-trate). ppm은 작물의 단계에 기초하여 변화시켰다: 5-12-26; 15.5-0-0 Cal-trate; 10-0-0 Mag-trate. 재배한 종은 오이 "엘지(Elsie)"를 포함하였다. 시험의 각종 결과를 하기 표 12 개시한다.
예시적인 구현예를 상기에 기재하였지만, 이러한 구현예가 본 발명의 모든 가능한 형태를 기재하는 것으로 의도하는 것이 아니다. 오히려, 명세서에서 사용된 단어는 제한이 아니라 설명과 관련된 단어이고, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 변화가 이루어질 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 다양한 실시 구현예들의 특징들을 조합하여 본 발명의 추가적인 구현예를 형성할 수 있다.

Claims (22)

1.8 lb/ft3(28.83 kg/m3) 내지 10 lb/ft3(160.185 kg/m3)의 건조 벌크 밀도를 가지고 수경 성장 매질(39)의 총 중량을 기준으로 적어도 2 내지 10 중량%의 인조 섬유 부분(24) 및, 정제된 목재 섬유를 가지는 적어도 90 내지 98 중량%의 천연 섬유 부분(22)을 포함하는 3차원 자가-지지의, 토양이 없는(soil-less) 수경 기질(39)
을 포함하는 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 수경 성장 매질(39)은 90 내지 99 부피%의 총 기공률을 가지는 것인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 수경 성장 매질(39)은 30 내지 60 퍼센트의 공극을 가지는 것인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 수경 성장 매질(39)은 pF 1에서 25 내지 70%의 부피 물 함량을 가지는 것인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 수경 성장 매질(39)은 pF 1에서 50 내지 80%의 부피 수중 산소를 가지는 것인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 수경 성장 매질(39)의 총 보수능은 40 내지 80 중량%인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 인조 섬유 부분(24)은 적어도 한 종류의 2 성분 섬유를 포함하는 것인 수경 성장 매질(39).
제7항에 있어서, 상기 2 성분 섬유는 제1 물질을 가지는 외곽 쉘 및 제2 물질을 가지는 코어를 포함하고, 상기 제1 물질이 상기 제2 물질보다 낮은 융점을 가지는 것인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 3차원 자가-지지 기질(39)은 슬랩(40)을 형성하는 것인 수경 성장 매질(39).
제9항에 있어서, 상기 슬랩(40)은 적어도 하나의 홈(148)을 포함하는 것인 수경 성장 매질(39).
제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈(148)은 5 내지 20 cm의 직경 및 5 내지 10 cm의 깊이를 가지는 것인 수경 성장 매질(39).
제9항에 있어서, 상기 슬랩은 1.8 lb/ft3(28.83 kg/m3) 내지 5 lb/ft3(80.09 kg/m3)의 건조 벌크 밀도를 가지는 것인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 3차원 자가-지지 기질(39)은 살포 큐브를 형성하는 것인 수경 성장 매질(39).
제13항에 있어서, 상기 살포 큐브는 3.6 lb/ft3(57.6 kg/m3) 내지 10 lb/ft3(160.185 kg/m3)의 건조 벌크 밀도를 가지는 것인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 수경 성장 매질(39)은 멸균된 것인 수경 성장 매질(39).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인조 섬유 부분의 느슨한 계측된 부피를 상기 천연 섬유 부분과 조합하고 섬유를 미리 결정된 두께로 감소시켜 압축된 매트릭스를 형성하는 단계,
상기 압축된 매트릭스를 고온에 노출시켜 상기 섬유의 적어도 일부분을 용융하는 단계, 및
상기 압축된 매트릭스에 압력을 가하여 상기 수경 성장 매질의 3차원 구조를 생성하는 단계
를 포함하는 방법으로 제조되는 수경 성장 매질(39).
제16항에 있어서, 상기 방법은, 하나 이상의 구멍을 가진 플라스틱 주머니 내로 상기 수경 성장 매질을 삽입하는 단계를 추가로 포함하는 것인 수경 성장 매질(39).
제16항에 있어서, 상기 방법은, 멸균 및/또는 안정화 단계를 추가로 포함하는 것인 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 천연 섬유 부분은, 상기 천연 섬유 부분의 상기 총 중량을 기준으로, 5 내지 25 중량%의 양의 코코넛 코이어를 더 포함하는 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 상기 천연 섬유 부분은 14.899:1 내지 30.602:1의 1.18 mm의 체(sieve)에서의 섬유의 평균 길이 대 폭 비율 및 300 ㎛의 체에서의 39.615:1 내지 55.507:1의 섬유의 평균 길이 대 폭 비율을 가지는 수경 성장 매질(39).
제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈은 상기 슬랩의 높이의 5-55%와 동일한 깊이를 가지는 수경 성장 매질(39).
제1항에 있어서, 주머니를 포함하며, 상기 자가-지지의, 토양이 없는 수경 기질은 상기 주머니에 둘러싸이는, 수경 성장 매질(39).
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