NL9002467A - Werkwijze voor het bereiden van een substraatmateriaal, alsmede het verkregen substraatmateriaal. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het bereiden van een substraatmateriaal, alsmede het verkregen substraatmateriaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van een substraatmateriaal, in het bijzonder ten behoeve van de plantenteelt, alsmede op het verkregen substraatmateriaal.

Substraatmateriaal voor plantenteelt zonder aarde of voor plantenteelt op artificiële oppervlakken voor het kweken van groenten, bloemen, klein fruit en siergewassen, zijn algemeen bekend en bestaan in het algemeen uit minerale wolprodukten. Het nadeel van deze bekende materialen is dat ze na gebruik als afval dienen te worden gestort. Hergebruik is na langdurig gebruik bij deze materialen problematisch.

Gevonden werd nu, een werkwijze voor het bereiden van een substraatmateriaal, welke werkwijze is gekenmerkt, doordat polyurethaan-etherschuimvlokken met een stortgewicht van 15 tot 40 kg/m3 bij voorkeur 22 tot 25 kg/m3 en met een celstructuur met zowel open als half open cellen in een menginrichting worden vermengd met een prepolymeer op basis van polyurethaan in een gewichtsverhouding van een gewichtsdeel prepolymeer op 7 tot 15 gew. dln polyurethaanetherschuimdeeltjes en desgewenst hulpstoffen en vervolgens al dan niet onder toevoeging van activatoren en al dan niet onder verhitting worden gepolymeriseerd, het verkregen mengsel homogeen wordt verdeeld en in een vormpers tot een stortgewicht van 60 tot 140 kg/m3, bij voorkeur 22 tot 25 kg/m3, onder verwarming met stoom van 100 tot 140°C gedurende 5 tot 20 minuten wordt samengeperst en het gevormde mengsel aaneen wordt geschuimd tot blokken met een stortgewicht van 65 tot 110 kg per m3. Bij voorkeur wordt het mengsel aaneen geschuimd tot blokken met een stortgewicht van 75 tot 85 kg/m3, in het bijzonder 80 kg/m3. Bij dit stortgewicht wordt een uitstekend wateropnemend en watervasthoudend vermogen verkregen.

Het verwarmen geschiedt doelmatig door stoom langs de onderzijde te leiden.

Bij voorkeur worden schuimvlokken met een deeltjesgrootte van 1 tot 40 mm toegepast. Voor het regelen van het gedrag van het substraat kunnen stoffen die de stofabsorptie regelen, planten voedende elementen, pH bufferende stoffen en/of voedingsmiddelen absorberende hulpstoffen worden toegevoegd. Vanzelfsprekend dienen de gebruikte bestanddelen niet fytotoxisch te zijn.

Als vochtabsorberende middelen zijn veen, polyacrylamideverbindin-gen en/of cellulose bijzonder geschikt.

Als meststoffen kunnen traagwerkende organische meststoffen, traagwerkende minerale meststoffen en/of bodem verbeterende middelen op basis van silicium worden toegevoegd.

Voordeel kan ook worden verkregen door het toevoegen van bloedmeel, hoommeel en/of beendermeel.

Het verkregen substraatmateriaal volgens de uitvinding kan in de gewenste afmetingen worden gesneden. Dit snijden kan op een op zichzelf bekende wijze geschieden.

De werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd onder toepassing van gerecirculeerde grondstoffen. De substraatmaterialen blijken langdurig met goede opbrengsten beteelbaar te zijn zonder oogst-derving gedurende meerjarig gebruik. Door de stevigheid van het materiaal is de kwetsbaarheid verminderd, waardoor het materiaal goed kan worden gestapeld en desgewenst worden betreden. Het materiaal geeft geen stof af en vermijdt daardoor allergische reacties. Het substraatmateriaal kan snel en economisch worden gereinigd, de temperatuur, vochthoe-veelheid en het evenwicht in de voedingselementen (EC-pH) zijn beter. regelbaar. Door de hoge coherentie en de vochtspanningscurve (pF curve) wordt het benodigde volume ten behoeve van de plantenteelt verminderd.

Het substraat volgens de uitvinding is bijzonder milieuvriendelijk doordat het gerecirculeerd kan worden. Het materiaal volgens de uitvinding geeft verder de mogelijkheid van gasuitwisseling (02-C02), heeft een goed watervasthoudend vermogen, neemt het water voldoende snel op, heeft een goede elasticiteit waardoor een constante densiteit wordt bereikt ook bij ondeskundig gebruik van het materiaal en tenslotte is het materiaal vrij van fytotoxische stoffen en wordt niet door water, zouten en zuren in gangbare concentraties aangetast.

Voor het materiaal worden materialen met open en half open cellen toegepast. De gasuitwisseling is afhankelijk van de grootte van de cellen, welke weer samenhangt met de dichtheid en uiteraard heeft de grootte van de cellen invloed op de snelheid waarmee water wordt opgenomen. Onder materiaal met half open cellen worden cellen verstaan die naast de steunstructuur, ten dele (dus niet volledig) door een membraan zijn afgesloten.

In verband met de vereiste snelle wateropname, dat wil zeggen een verzadiging moet in enkele minuten kinnen worden bereikt, om de voeding van de planten voldoende snel toe te kunnen dienen, is een materiaal met open en half open cellen met een celgrootte van gemiddeld 16 tot 28 cellen per cm, wat overeenkomt met schuim met een stortgewicht van 18 tot 35 kg per m3 gewenst.

Het toegepaste schuim is een zacht schuim, hieronder wordt een schuim verstaan dat een behoorlijke mate van elasticiteit vertoond. In het algemeen verstaat men onder zachte schuimen schuimen met een densiteit tot 60 kg/m3 met een behoorlijke elasticiteit.

In verband met de plantenteelt moet uiteraard worden uitgegaan van materialen, die niet behandeld zijn met brandvertragende stoffen, bacterie- en schimmelwerende middelen, kleurstof op basis van zware metalen en andere reactieve stoffen. Uiteraard moeten de materialen ook bestand zijn tegen aantasting van water, zouten en zuren in de normale gebruikelijke waterige voedingsoplossingen met pH 3 tot 9 en EC (is gelijk elektrische geleidbaarheid) van 0-20 in S/cm2. De materialen worden verkregen onder toepassing van polyurethaanethervlokken, met een deeltjesgrootte van 1 tot 40 mm. Te grote vlokken leiden tot een verslechtering van de homogeniteit van het verkregen substraat. Voor het bereiken van de gewenste grootte kunnen de polyurethaanethervlokken worden vermalen. De grootte van deze vlokken houdt eveneens verband met het uiteindelijke watervasthoudende vermogen en de coherentie van de substraat .

Om de plantvriendelijke eigenschappen van de vlokken volledig te behouden dient het substraatmateriaal door middel van een soortgelijk bindschuim te worden gebonden. Binding door middel van verhitting of contactlijmbinding blijkt de gasuitwisseling en het watervasthoudend vermogen aan te tasten en bovendien fytotoxisch te zijn.

Gevonden werd, dat er een geschikte binding kan worden verkregen door toepassing van een gewichtsdeel prepolymeer op 7 tot 15 gew. dln polyurethaanetherschuimdeeltjes en hulpstoffen. Voor de binding wordt een polyurethaanprepolymeer op basis van polyisocyanaten en polyolen toegepast.

Geschikte polyisocyanaten zijn difenylmethaan-4,4'-diisocyanaat, tolueen-2,4-diisocyanaat, tolueen-2,6-diisocyanaat, naftyleen-1,4-diiso-cyanaat, trifenylmethaan-4,4 *, 4"-triisocyanaat, hexamethyleen-1,6-diisocyanaat alsmede condensatieprodukten van deze polyisocyanaten. Het meest geschikte polyisocyanaatmengsel is tolueen-2,4-diisocyanaat en tolueen-2,6-diisocyanaat in een verhouding van 80 : 20. In de handel is dit mengsel onder meer verkrijgbaar als desmodur T 80.

Geschikte polyolen zijn condensatieprodukten van propyleenoxyde en ethyleenglycol, propyleenglycol, trimethylolpropaan of hydroxygroep houdende esters van deze verbindingen met bijvoorbeeld adipinezuur of ftaalzuur. Bijzonder geschikt is een polyol op basis van propyleenoxyde met een molecuulgewicht van 3000 tot 5000. Een dergelijk polyol kan als desmophen 3800 of 7160 met een molecuulgewicht van 3500 plus of min 300 in de handel worden verkregen.

Het gewenste stortgewicht wordt bepaald door het watervasthoudend vermogen, de wortelpenetratie, de coherentie van het materiaal en de gasuitwisseling. Bij een stortgewicht beneden 60 kg per m3 is het watervasthoudend vermogen onvoldoende en is de coherentie van het materiaal onvoldoende, hoewel een uitstekende penetratie wordt bereikt.

Bij een dichtheid groter dan 140 kg per m3 is de wateropname te traag, is de wortelpenetratie moeizaam en is de gasuitwisseling ontoereikend.

In verband met de gebruikswaarde is de pF curve van belang. Dit is de vochtspanning, en is de negatieve log uit SM waarbij SM is gelijk de zuigspanning uitgedrukt in cm's waterkolom boven het freatisch vlak. Dit is bij grondloze plantenteelt te vinden bij de drainagegaten in de folie of in de goten is het de bovenkant van het laagje water. Onder het freatisch vlak neemt de zuigspanning de vorm aan van een hydrostatische druk en dan geldt pF kleiner dan 0.

Hoogte (cm) boven freatisch vlak pF - waarde 1,0 0,00 3,0 0,48 11.0 1,04 18.0 1,23 70.0 1,85 100,0 2,00 1000,0 10,00 (absoluut maximum, nooit haalbaar)

Het bijzondere van het substraat volgens de uitvinding is dat het materiaal bijzonder geschikt is voor de plantenteelt zonder aarde, een grote elasticiteit en sterkte heeft, een hypermeerjarig gebruik mogelijk is en de goede regelbaarheid groter voordelen biedt dan ten opzichte van bekende substraten. Voorts is het materiaal eenvoudig recirculeerbaar. Indien het materiaal voor hergebruik na teelt dient te worden voorbereid kan het materiaal worden drooggewalst en worden gespoeld. Hierbij worden de bij het teeltproces geaccumuleerde zouten en achtergebleven wortelse-creties verwijderd. Het is mogelijk het materiaal te stomen tot een temperatuur van 180°C waarbij eventueel aanwezige bacteriën, fungi en virussen worden gedood. Door deze snelle en volledige reinigingsmethode is het mogelijk tot het eind van de teelt de benodigde voedingsstoffen toe te dienen waardoor de bestuurbaarheid van de teelt gehandhaafd blijft.

Indien ondanks het mogelijke hergebruik, het materiaal om welke reden dan ook zou worden afgedankt kunnen de matten opnieuw worden vermalen en als zodanig als grondstof dienen voor diverse toepassingen.

Uit het substraatmateriaal volgens de uitvinding worden de blokken gesneden en/of gezaagd naar voor plantensoort en kunstmatig voedingssysteem specifieke afmetingen. Van materiaal met een stortgewicht van 80 (+ of -20%) kg/m3, dat meestal geen hulpstoffen bevat, worden matjes in een dikte van 0,5 tot 1,5 cm gemaakt voor het laten kiemen en opgroeien van diverse kleine saladegroenten, zoals tuinkers, waterkers, veldsla, kervel en andere kruiden.

Van ditzelfde materiaal wordt in een dikte van 0,5 tot 10 cm substraat elementen vervaardigd voor de hydrocultuur van groenten zoals tomaten, paprika's, komkommers, meloenen, aubergines, courgettes, bonen en bloemen, zoals rozen, anjers, chrysanten, gerbera's, diverse orchideeën en andere gewassen. Met een stortgewicht van 100 (+ of - 20%) kg/m3 worden dezelfde toepassingen als boven bereikt maar dit wordt minder algemeen toegepast.

Het materiaal kan verder op op zichzelf bekende wijze op kweek-blokjes en steunelementen voor diverse gewassen in diverse voedingssystemen worden verwerkt.

Test met waterkers:

Een monster van een in aanmerking komend polyetherschuim van ongeveer 2 cm dikte wordt in een recipiënt gelegd. Dit monster wordt met zuiver water met een pH van ongeveer 6 verzadigd. Hierop wordt dan waterkerszaad uitgestrooid. Voor een goede test moet minimaal 30% van het monsteroppervlak met min. 2 zaadjes/cm2 worden bestrooid. De recipiënt wordt afgedekt, doch zodanig dat er beperkt licht bij de zaadjes op het polyetherschuimmonster kan komen. Deze recipiënten worden in een geklimatiseerde ruimte gebracht. Bij een temperatuur van 12 a 18°C kan na een 10 a 12 dagen de kieming en ontwikkeling van de waterkers worden nagegaan. Een goede kieming en een goede wortelontwikkeling, welke het schuim penetreert zijn absolute voorwaarden tot geschiktheid. Het monster wordt als goed beoordeeld indien een wortelvorming van 1 tot 3 cm in een schuim van een witte kleur zichtbaar is. Het blad/stengels moet tot 1 cm zijn gegroeid.

Indien geen voldoende wortelvorming aanwezig is, geen of kleine bladgroei is opgetreden, de wortel niet wit is en het blad of de stengel verdikt zijn, voldoet het materiaal niet. Oorzaken van onvoldoende resultaten kunnen zijn de aanwezigheid van plantonvriendelijke in water oplosbare stoffen, een te hoog stortgewicht, of een foute temperatuur. Bij de monsters volgens de uitvinding werden goede resultaten waargenomen.

Test met tomaat en/of (bloemkool):

Een monster van het te onderzoeken polyetherschuim met een dikte van 2 cm wordt in een recipiënt met geperforeerde bodem gelegd. Deze recipiënt wordt aangevuld met een voor plantenteelt geschikt natuurlijk of kunstmatig substraat. Hierin wordt een drie a vier weken oude tomaat en/of boekelplant geplant. Deze recipiënt wordt in een andere ruimere recipiënt gezet. Buiten de eerste recipiënt wordt in de ruimere recipiënt zuiver water toegevoegd, zodanig dat de planten steeds het water door het broze polyetherschuim op moeten zuigen. Indien de planten er langere tijd op moeten staan wordt een minimale hoeveelheid voeding meegegeven. Dit is echter niet essentieel voor het welslagen van de proeven.

De recipiënten met hun planten staan in een geklimatiseerde ruimte met voldoende licht. Bij een temperatuur van minimaal 18°C kan na 18 dagen de groeiontwikkeling van de planten worden nagegaan. Essentieel is dat de bladeren geen symptomen van verbranding vertonen en dat de wortels het monster polyetherschuim hebben gepenetreerd.

Indien het stortgewicht van het polyetherschuim te hoog ligt, penetreren zowel de wortels van de waterkers als de wortels van de tomaat en/of bloemkoolplant het schuim niet meer en blijven erop liggen of groeien er omheen.

Het materiaal wordt als goed beoordeeld indien na 21 dagen bij 18 a 21°C een gave wortelpenetratie in het substraat wordt geconstateerd en gave bladeren zijn ontwikkeld. Bij ongeschikt materiaal ontstaan geen gezonde wortels en vertonen bladeren verdrogingsverschijnselen aan de bladrand.

De bovenbeschreven proeven kunnen ook worden toegepast om na te gaan of gerecirculeerd materiaal geschikt is voor voorwerking volgens de uitvinding. Op relatief eenvoudige wijze leveren de bovenbeschreven proeven het resultaat zonder dat zeer uitgebreide laboratoriumanalyses noodzakelijk zijn.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het bereiden van een substraatmateriaal, met het kenmerk, dat polyurethaanetherschuimvlokken met een stortgewicht van 15 tot 40 kg per m3 en met een celstructuur met zowel open als half open cellen in een menginrichting vermengt met een prepo-lymeer op basis van polyurethaan in een gewichtsverhouding van 1 gew.dl prepolymeer op 7 tot 10 gew. dln polyurethaanether schuimdeeltjes en desgewenst hulpstoffen en vervolgens al dan niet onder toevoeging van activatoren en al dan niet onder verhitting polymeriseert, het verkregen mengsel homogeen verdeelt en in een vorm onder verwarming met stoom van 100 tot 140°C gedurende 5-20 minuten samenperst en het gevormde mengsel aaneenschuimt tot blokken met een stortgewicht van 65 tot 110 kg/m3.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt, doordat men schuimvlokken met een deeltjesgrootte van 1 tot 40 mm toepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men polyurethaanetherschuimvlokken met een stortgewicht van 22 tot 25 kg/m3 toepast.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat men het gevormde mengsel aaneen schuimt tot blokken met een stortgewicht van 75 tot 85 kg/m3.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat men stoffen die de vochtabsorptie regelen, plantenvoedende elementen, pH-bufferende stoffen en/of voedingsmiddelen absorberende hulpstoffen toevoegt.

6. Werkwijze volgens conclusie 5,m et het kenmerk, dat men veen, polyacrylamide verbindingen en/of cellulose toevoegt.

7. Werkwijze volgens conclusie 5, gekenmerkt, doordat men traagwerkende organische meststoffen, traagwerkende minerale meststoffen en/of bodemverbeterende middelen op basis van silicium toevoegt.

8. Werkwijze volgens conclusie 5, gekenmerkt, doordat men bloedmeel, hoornmeel en/of beendermeel toevoegt.

9. Substraatmateriaal verkregen volgens conclusie 1-8.