TWI566686B - 適用於植物之生長基質及其製備方法 - Google Patents

適用於植物之生長基質及其製備方法 Download PDF

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Description

適用於植物之生長基質及其製備方法
本發明係有關於一種包含聚乳酸之生長基質。本發明更有關於一種製備生長基質之方法。
於苗圃產業及溫室栽培業中，經常使用基質(例如盆栽堆肥)作為栽種植物之媒介。特別是關於玻璃下之盆栽之栽種以及容器中之行道樹之栽種。所使用之基質主要包含碎狀泥煤之粗糙部分，其係用於使土壤具有空氣。
泥煤在園藝上的使用是具有爭議性的，特別是由於因為泥煤之萃取以及於萃取、運輸及分解之過程中所排放之二氧化碳所造成之群落生態之損害。此外，可用之泥煤，例如黑泥煤，係變得愈來愈稀少。據估計，天然泥煤僅足夠再供給15年。更進一步地，泥煤係為僅能再生至一定程度之原料，此為其不良之特性。
另一使用於園藝上之生長基質為岩棉。然而，岩棉為非常昂貴之生長基質。此基質之另一缺點為可能由於其發出之微塵粒經由吸入而累積於肺部，進而危害健康。再一缺點則為此材料難以分解。
於園藝中，對於可再生之生長基質有持續地需求，其具有關於植物栽種之優良特性，且其可於使用後以簡易方式排放。
WO 2010/028037、WO 2009/011905以及NL 1017460係揭露了包含聚乳酸之生長基質。
WO 2010/028037係揭露了基於高聚物纖維(polymer fiber)，例如聚乳酸纖維之基質。WO 2009/011905係揭露了基於纖維球之基質。所述纖維可包含聚乳酸。
NL 1017460係揭露了一種生長媒介，其可基於泡沫化之聚乳酸。根據NL 1017460之基質係藉由擠壓發泡以獲得。於製程中，係添加發泡劑至擠壓機中且由於擠壓機內外之壓力差，將聚合物壓出擠壓機外部而直接地泡沫化。擠壓發泡之缺點為僅能有一種形狀，且形狀及其維度係依據擠壓機而定。更進一步地，控制所獲得之基質之多孔性以達到所需之多孔性或達到近似所需之多孔性係非常困難。
因此，本發明之目的係提供一種可再生之生長基質，其基材並不稀有，其具有關於植物栽種之優良特性，且其使用不具有對自然及環境之副作用。
本發明之另一目的係提供可以不同形式製備之基質。
本發明之另一目的係提供製備生長基質之方法，其基材並不稀有，其具有關於植物栽種之優良特性，且其使用不具有對自然及環境之副作用。
藉由本發明提供前述之生長基質，其特徵在於聚乳酸(polylactic acid)係為微粒狀聚乳酸泡沫，可達成一或多個上述目的。
聚乳酸(PLA)係為可再生之生物可分解之材料，其特別是使用於包裝工業。聚乳酸係為基於乳酸單體之聚合物之總稱，其結構變化可根據其成分，由完全非晶形經由半晶形至晶形。聚乳酸可由例如乳製品或玉米而產生。
乳酸為組成聚乳酸之單體，且此單體存在有兩種異構物，亦即L乳酸及D乳酸。因此，聚乳酸包含一部分之L乳酸單體以及一部分之D乳酸單體。於聚乳酸中，L與D乳酸單體之比率係藉由其特性以決定。術語D值或D含量亦可使用。其係指D乳酸單體於聚乳酸中之比率。市售之聚乳酸具有之L-D比率係介於100：0至75：25之間，亦即，D含量介於0至25%之間，換句話說，介於0至0.25之間。若聚乳酸含有超過12%之D乳酸，其將無法結晶而因此為完全非晶形。若D含量不超過5%，聚乳酸係為半晶形。聚乳酸之晶性可藉由示差掃描測熱法(DSC)以決定。術語"半晶形"可理解為聚合物可結晶亦可融熔。因此可陳述，D含量愈低，聚乳酸之晶性愈高。D含量可藉由已知之方法以測定，例如所謂的R乳酸測定法，在聚合物完全水解之後利用氣液層析法(GLC)。另一標準方法為經由光旋度(於氯仿(chloroform)中利用Jasco DIP-140旋光儀於589nm之波長中測量)之測定。
本發明之發明者發現，包含微粒狀聚乳酸泡沫之生長基質為可再生之生長基質，其基材並不稀有，其具有關於植物栽種之優良特性，且其使用不具有對自然及環境之副作用。由於乳酸係泡沫化，其可立即地吸收且釋放水氣及任何有益於植物生長之物質。微粒狀聚乳酸之結構使得植物可良好地生根且提供植物足夠之力量以生長。
本發明之發明者發現，微粒狀聚乳酸泡沫具有良好特性，使其適用於作為生長基質。因此微粒狀聚乳酸泡沫具有良好的保水能力，其快速地吸水，其具有良好通風性且其相當能保持營養成分。
根據本發明之生長基質之另一優點為聚乳酸之特性可隨著因應植物之各型態而有所不同之生長條件而調整，或隨著栽種特定型態之植物之特定需求而調整。
微粒狀聚乳酸泡沫之另一優點為其製備方式可選擇不同形式。因此，可製備聚乳酸泡沫之鬆散顆粒，其可隨後用於基質中之鬆散顆粒。此方式之優點為顆粒可混合例如土壤或泥煤。另一選擇為將顆粒壓縮(或稱為"融合")至所需之形狀。於壓縮過程中，控制所獲得之基質之多孔性是可能的。其使得產生適用於不同植物之基質或滿足栽種特定型態之植物之特定需求為可能。因此，舉例而言，根據本發明之基質可以盆栽形式製備或可製作為板狀。
術語"微粒狀聚乳酸泡沫"因此應理解為不僅意指鬆散顆粒狀之聚乳酸泡沫，也意指藉由壓縮/融合鬆散之聚乳酸泡沫顆粒所獲得之基質。術語"微粒狀聚乳酸泡沫"因此應理解為意指顆粒形式之聚乳酸泡沫以及藉由聚乳酸泡沫顆粒之融合以形成之所有模件。
現參考數個較佳實施例以及圖式，將更詳細地說明本發明。
第1圖係顯示具有開放單元結構或封閉單元結構之聚乳酸泡沫顆粒。
第2圖係顯示聚乳酸形成具有封閉單元結構之顆粒。
第3圖係顯示藉由融合聚乳酸泡沫顆粒所獲得之平板。
第4圖係為各種基質之保水度之示意圖。
根據本發明之生長基質較佳地包含相對於基質之總重量具有10-100重量百分比(wt.%)之微粒狀聚乳酸泡沫。本發明之發明者發現當使用該百分比之聚乳酸泡沫時，結果將為呈現對於植物及種子生長具良好特性，例如良好通風性之良好生長基質。
可使用於根據本發明之生長基質中之微粒狀聚乳酸泡沫可為非晶形或半晶形聚乳酸或兩者之混合。聚乳酸係為市售之非晶形或半晶形聚乳酸，例如品牌IngeoTM(例如IngeoTM 6060D、Natureworks)或Synterrae(例如Synterra PLLA 1510、Synbra Technology BV)。
亦可能將聚乳酸與其他(生物可分解之)聚合物及/或填充物混合。舉例而言，丁二醇(butanediol)、己二酸(adipinic acid)及對苯二甲酸(terephthalic acid)(可由Ecoflex之BASF獲得)之共聚酯(copolyester)、澱粉、石灰、麥粉、陶土或纖維素。
於本發明之一實施例中，填充物係包含生石灰、纖維素、滑石、石灰、雲母、石墨、煙灰、活性碳以及碳。上述材料之一或更多可添加至生長基質中，以使其具有多孔性及/或更有效。如此可以調整生長基質之特性為特定植物類型之最佳生長條件。
於本發明之一實施例中，生長基質更包含聚乳酸纖維。由於其結構，此形式之聚乳酸具有作為生長基質之優良特性。聚乳酸纖維係藉由使液態 聚乳酸流經小尺寸之模件且將其擠壓為纖維以紡出。接著，纖維係直接以壓縮空氣冷卻。
生長基質可更包含回收之聚乳酸。藉由回收聚乳酸可減輕環境之負擔。回收之聚乳酸可由例如包裝材料以獲得。藉由利用生長基質中之所述包裝材料，則不需無謂地損失所述材料。
根據本發明之生長基質可包含選自天然材料、非天然材料或兩者之組合之額外之材料。較佳地，天然材料可包含土壤、泥煤、椰糠、珍珠岩、蛭石、澱粉及澱粉泡沫、基於大麻、禾草、纖維素、蘆葦、乾草、稻草之天然纖維以及紙板。非天然材料較佳地包含岩棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫、紙泡沫、聚丙烯(polypropylene)泡沫、聚乙烯(polyethylene)泡沫。藉由添加其他材料至生長基質，可獲得對特定植物類型具有良好特性之生長基質。因此，可以添加材料以增強基質之多孔性及/或效果。
於本發明之一實施例中，生長基質包含一或多個營養劑，其基於氮、磷、鈣或硫、填充劑、粘合劑、著色劑、保存劑、營養劑、植物保護產品(除草劑，殺蟲劑，殺菌劑)或其組合。營養劑及養分對植物生長很重要。該些營養劑及新的處方可根據所栽種於生長基質上之植物以調整，以獲得最佳營養劑媒介。例如可添加植物保護產品以防蟲或防菌。例如可添加保鮮劑以增加生長基質之保存時間。例如藉由微粒狀聚乳酸泡沫以及水以吸收所述添加劑。
微粒狀聚乳酸泡沫較佳地具有封閉單元或開放單元結構。此結構特別使得聚乳酸泡沫可吸收及釋放充足的水份及有益植物生長之物質。由觀察可得知，開放單元結構之微粒狀聚乳酸泡沫對於水具有良好的吸收及排放性。因此，較佳地，微粒狀聚乳酸泡沫具有開放單元結構。
於本發明之一實施例中，藉由將聚乳酸與水溶性添加劑，例如聚乙烯乙二醇、蔗糖、葡萄糖、麥粉及澱粉混合以獲得開放單元聚乳酸泡沫。在起泡期間或起泡後，可洗出(washed out)所述添加劑，以於封閉單元結構中形成孔洞，且再度獲得具有良好吸水性之開放單元。
於本發明之一實施例中，可由微粒狀聚乳酸獲得聚乳酸。如前述說明，聚乳酸具有生物可分解性。
於一實施例中，微粒狀聚乳酸泡沫係塗佈塗料。為避免基質由於塗料之存在而使其成為生物無法分解，較佳地塗料亦具生物可分解性。
塗料較佳地包含聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate)、聚乙酸乙烯酯聚合物(polyvinyl acetate-based polymer)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚己酸內酯(polycaprolactone)、聚酯(polyester)、聚酯醯胺(polyester amide)、蛋白質材料(protein-based material)、多醣(polysaccharide)、天然蠟或脂肪以及丙烯酸酯(acrylate)或其組合。塗料亦可為非晶形聚乳酸或其與其他塗料之組合。
舉例而言，聚乙酸乙烯酯基之塗料及聚合物可為Wacker Chemie之Vinnex及Vinnapas。
本發明更有關於微粒狀聚乳酸之作為適用於植物之生長基質。生長基質較佳地為本發明之前述說明中之生長基質。
本發明更有關於製備包含聚乳酸之適用於植物之生長基質，該方法包含下列步驟：i)提供微粒狀發泡性聚乳酸；ii)將由步驟i)所獲得之微粒狀發泡性聚乳酸置於特定溫度及壓力條件下以獲得微粒狀聚乳酸泡沫。
利用該方法可獲得根據本發明之生長基質。於完成步驟ii)之後，可獲得聚乳酸泡沫之鬆散顆粒。
於本發明之一實施例中，於步驟i)中可提供以發泡劑浸漬之微粒狀發泡性聚乳酸泡沫。發泡劑較佳地可包含甲基第三丁基醚(MTBE)、氮氣、空氣、(異)戊烷、丙烷、丁烷及其相似物或其組合。發泡劑較佳地可為二氧化碳。
根據本發明之方法可更包含一或多個下列步驟：iii)藉由崩解單元結構或洗出水溶性添加劑以調整微粒狀聚乳酸泡沫之單元結構；及/或iv)提供塗料於泡沫化之微粒狀聚乳酸。
藉由步驟iii)可獲得具有開放單元結構之微粒狀聚乳酸泡沫。
藉由步驟iv)可獲得具有前述優點之微粒狀聚乳酸泡沫。於根據本發明之方法中，於步驟i)之前，可較佳地藉由使微粒狀聚乳酸置於接觸液體以提供塗料於微粒狀聚乳酸；較佳地可使微粒狀聚乳酸置於接觸包含肥料、營養劑、礦物基促進生長添加劑或其組合之液體。肥料、營養劑、礦物基促進生長添加劑之存在係提供所製備之基質足夠的營養值以促進植物生長。
根據本發明之方法可更包含下列步驟：v)壓縮於步驟iv)中所獲得之材料，以獲得板狀生長基質；vi)選擇性地形成模件，而製備適合作為生長基質之多孔性或少孔性模件。
該基質係非常適合用於水耕農業。由於其製程可影響模件之多孔性，可產生具有不同程度之多孔性之基質。其使得可產生具有不同程度之水和空氣的通透性之基質。水和空氣係為根據不同植物類型而變化之參數。
所獲得之微粒狀聚乳酸泡沫之模件係藉由融合微粒狀聚乳酸泡沫之鬆散顆粒以獲得。其優點為利用根據本發明之方法，其可能藉由使微粒狀聚乳酸顆粒融合以獲得具有所需形狀之模件，另一方面，於習知之方法中，僅 能獲得受限於擠壓機之形狀。因此於NL 1017460中僅能獲得藉由擠壓發泡而獲得之泡沫平板。因此，所述平板並非基於微粒狀聚乳酸泡沫。
於本發明之一實施例中，微粒狀聚乳酸泡沫係與額外之材料混合。所述額外材料較佳地包含天然材料、非天然材料或其組合；天然材料可較佳地包含土壤、泥煤、椰糠、珍珠岩、蛭石、澱粉及澱粉泡沫、基於大麻、禾草、纖維素、蘆葦、乾草、稻草之天然纖維以及紙板；非天然材料較佳地包含岩棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫、紙泡沫、聚丙烯(polypropylene)泡沫、聚乙烯(polyethylene)泡沫。其有益於產生根據本發明之生長基質。
於根據本發明之方法中，微粒狀聚乳酸泡沫較佳地混合填充物。填充物可包含生石灰、纖維素、滑石、石灰、雲母、石墨、煙灰、活性碳以及碳。上述之一個或更多之材料可與聚乳酸混合以使其具多孔性及更有效。其使得可調整生長基質之特性為特定植物類型之最佳生長條件。
若提供塗料於微粒狀發泡性聚乳酸，顆粒間可有良好之融合，舉例而言，若製造所形成之模件。若需要良好之融合，塗料較佳地可包含聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate)、聚乙酸乙烯酯聚合物(polyvinyl acetate-based polymer)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚己酸內酯(polycaprolactone)、聚酯(polyester)、聚酯醯胺(polyester amide)、蛋白質材料(protein-based material)、多醣(polysaccharide)、天然蠟或脂肪以及丙烯酸酯(acrylate)或其組合。塗料亦可為非晶形聚乳酸或其與其他塗料之組合。
本發明因此使得栽種植物於包含微粒狀聚乳酸泡沫之基質為可能。較佳地，生長基質為根據本發明前述說明之基質。此方法之優點為所使用 之生長基質為可再生的、其基材不稀有、其對於植物生長具有良好特性以及其使用不會造成對自然及環境之副作用。
利用根據本發明之例如以種植或播種之方式提供種子、切枝、植物或其他植物材料至基質之方法，可獲得樹木、灌木、花或糧食作物。較佳地，係有關於樹木、灌木、花或糧食作物。
本發明更有關於微粒狀聚乳酸泡沫作為適用於植物之生長基質。一或更多上述實施例可用於此方面。
藉由數個示例，將詳細地說明本發明。所述示例不已此為限。後附之申請專利範圍亦為揭露之部分。
示例
示例1：
微粒狀發泡性聚乳酸係藉由在Berstdroff ZE75A擠壓機上擠壓Synterra BF 1505、基於具有150kDA分子量(錳，相對於聚苯乙烯而測量)之95%之L乳酸及5%之D乳酸之共聚物以獲得，並將其轉換為微顆粒。微顆粒接著於高溫下浸漬二氧化碳，之後其擴展以利用蒸汽形成聚乳酸泡沫。以該方式獲得之微粒狀聚乳酸泡沫根據發泡條件具有開放單元結構或封閉單元結構(如第1圖及第2圖)。由於對於聚乳酸泡沫之水的吸收與分離具有正面效應，開放單元結構係為較佳的。
示例2：
將由示例1之聚乳酸泡沫之鬆散顆粒與土壤混合，其後評估各種盆栽植物之生長。聚乳酸泡沫之穩定性大致可與新鮮椰子相比。具有各種作物之溝槽系統中之生長測試顯示出作物之生長可與標準基質上之作物相比。
更進一步地，藉由使聚乳酸泡沫顆粒融合所獲得之平板(如第3圖所示)係作為適用於茄子之生長基質。茄子展現了良好的生長。
示例3：
微粒狀發泡性聚乳酸係藉由在Berstdroff ZE75A擠壓機上混合Synterra BF 1505、基於具有水溶性添加劑之具有150kDA分子量(錳，相對於聚苯乙烯而測量)之95%之L乳酸及5%之D乳酸之共聚物(表1之原料3)以獲得。因此所獲得之微顆粒係於壓力容器中利用蒸汽浸漬二氧化碳並擴展。於擴展之過程中，水溶性添加劑溶解，形成開放單元結構。測量以該方式獲得之微粒狀聚乳酸(第1圖之pPLA)泡沫之保水度。於第4圖中，保水度係表示為水的體積/基質的體積%。測量樣本之說明已於表1提供。樣本1及樣本7係為不具微粒狀聚乳酸泡沫之控制樣本。樣本2-6混合50%之盆栽堆肥(原料1)以及50%之微粒狀聚乳酸泡沫(原料2)。所使用之盆栽堆肥係混合50%之苔蘚(0-40mm)、25%之混合纖維(篩選出之白色和黑色泥煤纖維)以及25%之綠色纖維(纖維化之松木木片)，其具有保持在5.5之PH值。
各樣本之顆粒係以其外部表現評估為：非常良好、良好或粗劣。
由結果可顯示微粒狀聚乳酸泡沫與盆栽堆肥之各種混合物吸水性良好，且當使用較良好之顆粒時可改善吸水性。由結果可顯示微粒狀聚乳酸係適合使用作為植物之生長基質且吸水性可至少由顆粒之粗糙度以影響。
示例顯示結合泥煤或土壤之微粒狀聚乳酸泡沫係適合作為植物之生長基質。其更顯示板狀微粒狀聚乳酸可作為生長基質。

Claims (11)

  1. 一種適用於植物之包含聚乳酸(polylactic acid)之生長基質，其特徵在於：聚乳酸係為一微粒狀聚乳酸泡沫，其中該微粒狀聚乳酸泡沫相對於該生長基質之總重量係存有10-100重量百分比(wt.%)之量。
  2. 根據申請專利範圍第1項之生長基質，其中該微粒狀聚乳酸泡沫具有一封閉單元(closed cell)或一開放單元(open cell)之結構。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之生長基質，其中該微粒狀聚乳酸泡沫具有一開放單元結構，其係藉由崩解一封閉單元結構之泡沫或藉由洗出水溶性添加劑而獲得。
  4. 一種製備包含聚乳酸泡沫之適用於植物之特別生長基質之方法，該方法包含下列步驟：i)提供一微粒狀發泡性聚乳酸；ii)將於步驟i)所獲得之該微粒狀發泡性聚乳酸置於特定溫度及壓力條件下，以獲得一微粒狀聚乳酸泡沫，其中該微粒狀聚乳酸泡沫相對於該生長基質之總重量係存有10-100重量百分比(wt.%)之量。
  5. 一種製備包含聚乳酸泡沫之適用於植物之特別生長基質之方法，該方法包含下列步驟：i)提供一微粒狀發泡性聚乳酸； ii)將步驟i)之該微粒狀發泡性聚乳酸與一水溶性添加劑混合以形成一混合物；iii)將步驟ii)獲得的該混合物置於特定溫度及壓力條件下，以獲得一微粒狀聚乳酸泡沫；以及iv)藉由洗出該水溶性添加劑而調整該微粒狀聚乳酸泡沫之單元結構。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該水溶性添加劑係選自由聚乙烯乙二醇、蔗糖、葡萄糖、麥粉、澱粉及其組合所組成之群組。
  7. 根據申請專利範圍第5項之方法，其中步驟i)包含提供以一發泡劑浸漬之該微粒狀發泡性聚乳酸，其中該發泡劑較佳地包含二氧化碳(CO2)。
  8. 根據申請專利範圍第5項之方法，其包含下列步驟：v)壓縮於步驟iv)中所獲得之材料，以獲得一板狀生長基質；vi)選擇性地形成一模件，因而製造適合用作為生長基質之一多孔性模件或一少孔性模件。
  9. 根據申請專利範圍第8項之方法，其中步驟i)包含提供以一發泡劑浸漬之該微粒狀發泡性聚乳酸，其中該發泡劑較佳地包含二氧化碳。
  10. 根據申請專利範圍第5至9項中任一項之方法，其中於步驟i)之前，藉由使該微粒狀聚乳酸置於接觸一液體而提供一塗料於該微粒狀聚乳酸。
  11. 根據申請專利範圍第5至9項中任一項之方法，其中該微粒狀 聚乳酸係混合選自一天然材料、一非天然材料或其組合之一額外材料，該天然材料選自由土壤、泥煤、椰糠、珍珠岩、蛭石、澱粉及澱粉泡沫、基於大麻、禾草、纖維素、蘆葦、乾草、稻草之天然纖維以及紙板所組成之群組；該非天然材料選自由岩棉、玻璃棉、聚丙烯(polypropylene)泡沫、聚乙烯(polyethylene)泡沫所組成之群組。
TW101140001A 2011-10-29 2012-10-29 適用於植物之生長基質及其製備方法 TWI566686B (zh)

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NL1039140A NL1039140C2 (nl) 2011-10-29 2011-10-29 Groeisubstraat voor planten.

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