PL236101B1 - Metoda formowania biodegradowalnej doniczki do hodowli roślin - Google Patents

Abstract

Opisana i przedstawiona na rysunku jest metoda formowania biodegradowalnej doniczki wykonanej na bazie biowęgla. Doniczkę formuje się z wodnej zawiesiny cząstek biowęgla i materiału włókninowego najlepiej włókien roślinnych wraz z wodorozpuszczalnym lepiszczem w postaci żywicy mocznikowo-formaldehydowej lub białka sieciowanego formaldehydem. Do przygotowania zawiesiny używa się też soli mineralnych służących do odżywiania rośliny. Do takiej zawiesiny wprowadza się formę zbudowaną w ten sposób, że ma porowatą przegrodę o kształcie doniczki i wymusza przepływ zawiesiny przez tą przegrodę. W rezultacie na przegrodzie formy tworzy się warstwa cząstek biowęgla i włókien, które następnie po wyjęciu formy z zawiesiny suszy się i wygrzewa w celu utrwalenia kształtu doniczki. Gotową doniczkę zrzuca się z formy za pomocą strumienia powietrza wprowadzanego do wnętrza formy.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania biodegradowalnej doniczki do hodowli roślin z luźnego surowca i utrwalanie kształtu doniczki. Obecnie naczynia do uprawy sadzonek i roślin wykonywane są z różnych materiałów jak ceramika, drewno, różne metale i tworzywa sztuczne. Tradycyjne sposoby wytwarzania takich doniczek są właściwe do rodzaju materiału takiej doniczki. Doniczki biodegradowalne, wytworzone sposobem według wynalazku, wykonywane z biowęgla zwanego niekiedy toryfikatem czyli silnie lub kompletnie zwęglonej biomasy i wymagają specjalnej metody formowania.

Cechą odróżniającą doniczki biodegradowalne od klasycznych, trwałych doniczek jest to, że ulegają one stopniowemu rozpadowi, zwłaszcza po umieszczeniu ich w wilgotnej glebie. Rosnące w nich sadzonki mogą być rozsadzane do gruntu wraz z doniczką. Doniczka taka zbudowana jest z materiałów naturalnych i łatwo ulegających procesom biodegradacji, przez co stają się one składnikiem gleby, poprawiają jej strukturę i dostarczają dodatkowo do gleby składników nawozowych. Struktura ścianek takiej biodegradowalnej doniczki ulega w glebie stopniowo rozluźnieniu i nie stanowi bariery dla rozwijających się korzeni sadzonki. Korzenie te są w stanie przerastać ściankę i rozwijać się dalej szeroko w glebie otaczającej doniczkę. Zastosowanie takich doniczek powoduje wiele korzyści. Rośliny przesadzane do gruntu wraz z taką biodegradowalną doniczką nie doznają szoku związanego z przesadzaniem i szybciej adaptują się do nowych warunków wzrostu w gruncie. Unika się ryzyka uszkodzenia korzenia przy wyjmowaniu sadzonek z doniczki. Sama doniczka wykonana z biowęgla dostarcza roślinie składniki pokarmowe, a po rozpadzie w glebie przyczynia się do poprawy jakości tej gleby.

Inne biodegradowalne doniczki wykonywane są z papieru, jak w dokumencie US 8,474,181, poprzez zgrzewanie warstwy papieru ze specjalnie zmodyfikowaną biodegradowalną folią polietylenową. Wątpliwe jest osiąganie pełnej degradacji takiego elementu polimerowego w strukturze doniczki, a ponadto do jego wytwarzania potrzebne są produkty ropopochodne jak polietylen. Innym rodzajem doniczki biodegradowalnej są te wykonywane z naturalnych materiałów włóknistych jak np. włókno kokosowe. Formowanie takich doniczek odbywa się na gorąco w formie, w której ściska się stemplem najczęściej płaskie runo uformowane wcześniej z włókien roślinnych. W takim rozwiązaniu konieczne jest wstępne formowanie płaskiego runa z materiału włóknistego, a po uformowaniu doniczki należy obcinać nadmiar materiału na jej brzegach. Wymaga to większego nakładu pracy i dłuższego czasu na uformowanie doniczki. Osobną trudność stanowi dostępność włókien tego typu wytwarzanych jedynie w krajach tropikalnych. W opisie patentowym patencie PL 52275 przedstawiono opis metody formowania biodegradowalnych doniczek z wilgotnej mieszaniny torfu i miazgi drzewnej w stosunku 1:1, poprzez wyciskanie ich w formach i późniejsze suszenie. Metoda ta ma wadę polegającą na pozostawaniu dużej ilości wody w uformowanym wyrobie, co powoduje bardzo długi okres suszenia oraz wzrost kosztów energii na przyspieszenie takiego suszenia.

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania biodegradowalnej doniczki do hodowli roślin, wytwarzanej z biowęgla z dodatkiem materiału włóknistego oraz wodorozpuszczalnego lepiszcza i dodatków nawozowych w postaci soli mineralnych, charakteryzujący się tym, że w zawierającej mineralne sole nawozowe w ilości od 1 g do 50 g na 1 kilogram użytego biowęgla, wodnej zawiesinie cząstek biowęgla o stężeniu od 1% do 80%, korzystnie o stężeniu od 5% do 50%, zawierającej materiał włóknisty, korzystnie z naturalnych włókien roślinnych, w wodnym roztworze lepiszcza o stężeniu od 1% do 50%, korzystnie o stężeniu od 10% do 40%, zanurza się formę z porowatą przegrodą o kształcie odpowiadającym kształtowi doniczki i wymusza się przepływ zawiesiny przez przegrodę porowatą doniczki tak długo, aż na porowatej powierzchni formy utworzy się stanowiąca ściankę doniczki warstwa cząstek zawiesiny o grubości od 1 mm do 20 mm, korzystnie od 2 mm do 8 mm, a następnie formę wyjmuje się z zawiesiny i poddaje się ją suszeniu dla usunięcia co najmniej 50% początkowej zawartości wilgoci i wygrzaniu przed okres od 0,5 minuty do 60 minut, korzystnie od 1 minuty do 30 minut w podwyższonej temperaturze, korzystnie od 90°C do 150°C.

Materiał włóknisty, korzystnie z naturalnych włókien roślinnych, ma włókna o długości od 1 mm do 50 mm, korzystnie o długość od 2 mm do 10 mm i stosuje się go w ilości od 0,1% do 20%, korzystnie od 0,2% do 10% w stosunku do ilości biowęgla w zawiesinie.

Korzystnie, do wodnej zawiesiny cząstek biowęgla dodaje się mineralnych soli nawozowych w ilości od 5 g do 30 g na 1 kg użytego biowęgla.

PL236 101 B1

Korzystnie, suszenie doniczki poprzedza przepuszczanie powietrza przez utworzoną na formie warstwę cząstek tworzących ściankę doniczki, w kierunku tym samym co wcześniejszy kierunek przepływu zawiesiny, a wywołane wytworzoną różnicą ciśnień od 0,005 MPa do 0,5 MPa, korzystnie od 0,05 do 0,3 MPa.

Korzystnie, doniczkę zdejmuje się z formy za pomocą strumienia powietrza wprowadzanego do wnętrza formy poprzez rurę ssawną.

Biodegradowalne doniczki wytworzone sposobem według wynalazku formowane są z biowęgla. Cały proces wytwarzania doniczek składa się z dwóch etapów. W pierwszym etapie przygotowywany jest surowiec, a w drugim etapie zachodzi formowanie i wykańczanie doniczki.

Przygotowanie surowca polega na wytworzeniu znanymi metodami wodnej zawiesiny rozdrobnionych cząstek biowęgla wraz z dodatkiem materiału włóknistego z rozdrobnionych naturalnych włókien roślinnych. Frakcja włókien roślinnych obejmuje(ale nie wyczerpuje) takie materiały jak pulpa papierowa, ścier i/lub pył drzewny, rozdrobnione włókna roślinne jak len, konopie włókna palmowe i kokosowe. Materiał włóknisty jest wstępnie odpowiednio przygotowywany, zmiękczany i rozdrabniany, aby tworzył wraz ze składnikiem węglowym tj. z biowęglem, lejną zawiesinę. Przygotowanie surowcowej zawiesiny wykonuje się w odpowiednim zbiorniku z mieszadłem, które może dodatkowo służyć do rozdrabniania zastosowanego surowca. Do zawiesiny surowca dodaje się także najlepiej wodorozpuszczalnego lepiszcza jak np. biodegradowalne żywice mocznikowo formaldehydowe czy sieciowany formaldehydem klej kolagenowy opisywany np. w krajowym Zgłoszeniu Patentowym PL411849. Zawiesina surowca może być dodatkowo wzbogacana składnikami nawozowymi jak sole NPK oraz mikroelementami jak np. miedź i cynk, służącymi poprawie rozwoju sadzonek roślin. Tak przygotowana zawiesina jest poddawana łagodnemu mieszaniu aby utrzymywać stałe, równomierne stężenie cząstek surowca w całej objętości zawiesiny.

Formowanie doniczek wykonywane jest na formie wykonanej z przegrody porowatej i uformowanej tak aby odzwierciedlała wewnętrzny kształt doniczki. Rysunek formy pokazano na Fig. 1. Forma ma kształt naczynia i składa się z połączonych ze sobą litej pokrywy 1, rury ssawnej 2 i porowatej ścianki 3. Forma taka zanurzana jest w zawiesinie surowca, a następnie wymuszany jest przepływ zawiesiny do wnętrza formy np. poprzez wytworzenie podciśnienia w formie poprzez rurę ssawną 2. Na powierzchni formy osadzają się cząstki zawiesiny tworząc warstwę 4 złożoną z cząstek biowęgla oraz cząstek materiału włóknowego. Cząstki zawiesiny tworzą na powierzchni porowatej ścianki formy warstwę o równej grubości. Przykład tak uformowanej warstwy na powierzchni porowatej ścianki formy pokazano na Fig. 2. Poprzez kontrolę ilości surowca filtrowanego na porowatej ściance formy można kontrolować grubość ścianek formowanej doniczki. Po utworzeniu na powierzchni formy warstwy cząstek o żądanej grubości formę wyjmuje się z zawiesiny, a następnie stosując podciśnienie w formie, przepuszcza powietrze przez warstwę depozytu na powierzchni formy. Prowadzi to do usunięcia dużej ilości wody spomiędzy cząstek w warstwie depozytu. Tak uformowaną i odsączoną z nadmiaru wody doniczkę suszy się w warunkach naturalnych lub w ogrzewanej suszarni. Suszenie doniczki można także realizować przed zdjęciem doniczki z formy np. poprzez umieszczenie jej w ciepłym powietrzu i zasysanie go do wnętrza formy. Zrzucanie gotowej doniczki z formy wykonuje się wytwarzając nadciśnienie wewnątrz formy przez mrę ssawną. Uformowaną i osuszoną doniczkę poddaje się wygrzaniu w podwyższonej temperaturze, w której następuje utwardzenie zastosowanego lepiszcza i utrwalenie kształtu doniczki. Wygrzewanie doniczki można prowadzić na formie przed jej zdjęciem z formy lub po zdjęciu z formy. Wygrzewanie doniczki przez odpowiedni czas można prowadzić dowolnymi znanymi technikami, albo przepuszczając przez ściankę doniczki gorące powietrze, albo umieszczając doniczkę w komorze grzewczej. Ostatnią operacją jest studzenie doniczki, które można wykonać dowolnymi znanymi sposobami.

P r z y k ł a d 1

W zbiorniku z mieszadłem przygotowano wodną zawiesinę zawierającą 800 kg wody, 160 kg biowęgla w formie zmielonej i przesianej wcześniej na sicie o cząstkach 0,5 mm, 76 kg włókien celulozowych, 220 kg wodorozpuszczalnej żywicy mocznikowo-formaldehydowej przygotowanej osobno znanymi metodami z 60 kg mocznika i 160 kg 40% roztworu formaldehydu oraz 5 kg uniwersalnego nawozu ogrodniczego Azofoska. Składniki zawiesiny mieszano łagodnie przez 30 minut. Do tak przygotowanej zawiesiny zanurzono formę doniczki o kształcie ściętego stożka o wysokości 12 cm, średnicy podstawy 10 cm i średnicy górnej krawędzi 12 cm, wykonaną z siatki metalowej o oczkach 0,1 mm. Wytwarzając podciśnienie wewnątrz formy wymuszono przepływ zawiesiny przez siatkę formy i odłożenie się na niej warstwy cząstek zawiesiny o grubości średniej 3 mm. Nie przerywając podsysania wewnątrz formy wyjęto ją z zawiesiny utrzymując w pozycji pionowej do góry dnem przez cztery minuty. W tym czasie

PL 236 101 B1 nastąpiło odessanie większości roztworu spomiędzy cząstek zawiesiny tworzących ściankę doniczki. Doniczkę umieszczono w komorze z gorącym powietrzem o temperaturze 130°C,ciągle zasysając powietrze do wnętrza formy. Po sześciu minutach nastąpiło osuszenie doniczki oraz sieciowanie żywicy wiążącej materiał ścianek doniczki. Wtedy zastosowano nadciśnienie wewnątrz doniczki, które zrzucało gotową doniczkę z formy. Ciepłą doniczkę pozostawiono do naturalnego ostygnięcia. W miarę wytwarzania kolejnych, ciecz odsysaną w formie zawracano do zbiornika z zawiesiną surowca i okresowo uzupełniano w zbiorniku frakcje biowęgla i włókien celulozowych, tak aby ich stężenie w zawiesinie było zbliżone do początkowego.

P r z y k ł a d 2

W zbiorniku z mieszadłem przygotowano wodną zawiesinę zawierającą 500 kg wody, 150 kg biowęgla w formie zmielonej i przesianej wcześniej na sicie o cząstkach 6 mm, 45 kg rozdrobnionych włókien lnianych pociętych na długość do 4 mm. Następnie wlano 180 kg kleju z kolagenu sieciowanego formaldehydem przygotowanego wg opisu ze zgłoszenia patentowego nr PL411849 oraz 5 kg uniwersalnego nawozu ogrodniczego Azofoska. Składniki zawiesiny mieszano łagodnie przez 30 minut. Do tak przygotowanej zawiesiny zanurzono formę doniczki o kształcie ściętego stożka o wysokości 16 cm, średnicy podstawy 7 cm i średnicy górnej krawędzi 8 cm, wykonaną z siatki metalowej o oczkach 0,1 mm. Wytwarzając podciśnienie wewnątrz formy wymuszono przepływ zawiesiny przez siatkę formy i odłożenie się na niej warstwy cząstek zawiesiny o grubości średniej 4 mm. Nie przerywając podsysania wewnątrz formy wyjęto ją z zawiesiny utrzymując w pozycji pionowej do góry dnem przez cztery minuty. W tym czasie nastąpiło odessanie większości roztworu spomiędzy cząstek zawiesiny tworzących ściankę doniczki. Doniczkę wraz z formą umieszczono w komorze suszarniczej o temperaturze 135°C na okres 30 minut, bez zaciągania powietrza do wnętrza formy. Po tym czasie formę z doniczką wyjęto z komory suszarniczej i doniczkę zrzucono z formy niewielkim strumieniem powietrza podawanym do wnętrza formy poprzez rurę ssawną. Ciepłą doniczkę pozostawiono do ostygnięcia w warunkach otoczenia.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób formowania biodegradowalnej doniczki do hodowli roślin, wytwarzanej z biowęgla z dodatkiem materiału włóknistego oraz wodorozpuszczalnego lepiszcza i dodatków nawozowych w postaci soli mineralnych znamienny tym, że w zawierającej mineralne sole nawozowe w ilości od 1 g do 50 g na 1 kilogram użytego biowęgla, wodnej zawiesinie cząstek biowęgla o stężeniu od 1% do 80%, korzystnie o stężeniu od 5% do 50%, zawierającej materiał włóknisty, korzystnie z naturalnych włókien roślinnych, w wodnym roztworze lepiszcza o stężeniu od 1% do 50%, korzystnie o stężeniu od 10% do 40%, zanurza się formę z porowatą przegrodą o kształcie odpowiadającym kształtowi doniczki i wymusza się przepływ zawiesiny przez przegrodę porowatą doniczki tak długo, aż na porowatej powierzchni formy utworzy się stanowiąca ściankę doniczki warstwa cząstek zawiesiny o grubości od 1 mm do 20 mm, korzystnie od 2 mm do 8 mm, a następnie formę wyjmuje się z zawiesiny i poddaje się ją suszeniu dla usunięcia co najmniej 50% początkowej zawartości wilgoci i wygrzaniu przed okres od 0,5 minuty do 60 minut, korzystnie od 1 minuty do 30 minut w podwyższonej temperaturze, korzystnie od 90°C do 150°C.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał włóknisty, korzystnie z naturalnych włókien roślinnych, ma włókna o długości od 1 mm do 50 mm, i stosuje się go korzystnie o długość od 2 mm do 10 mm i stosuje się go w ilości od 0,1% do 20%, korzystnie od 0,2% do 10% w stosunku do ilości biowęgla w zawiesinie.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do wodnej zawiesiny cząstek biowęgla dodaje się mineralnych soli nawozowych w ilości od 5 g do 30 g na 1 kg użytego biowęgla.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że suszenie doniczki poprzedza przepuszczanie powietrza przez utworzoną na formie warstwę cząstek tworzących ściankę doniczki, w kierunku tym samym co wcześniejszy kierunek przepływu zawiesiny, a wywołane wytworzoną różnicą ciśnień od 0,005 MPa do 0,5 MPa, korzystnie od 0,05 do 0,3 MPa.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doniczkę zdejmuje się z formy za pomocą strumienia powietrza wprowadzanego do wnętrza formy poprzez rurę ssawną