WO2023169745A1 - Bodenverbesserer - Google Patents

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WO2023169745A1
WO2023169745A1 PCT/EP2023/052325 EP2023052325W WO2023169745A1 WO 2023169745 A1 WO2023169745 A1 WO 2023169745A1 EP 2023052325 W EP2023052325 W EP 2023052325W WO 2023169745 A1 WO2023169745 A1 WO 2023169745A1
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liquid
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plastic foam
volume
reaction chamber
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PCT/EP2023/052325
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Dirk Bertelmann
Lorenz Beer
Christian Gebhardt
Abraham Van Der Drift
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Green GeoEarth GmbH
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    • C08J2361/22—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with acyclic or carbocyclic compounds
    • C08J2361/24—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with acyclic or carbocyclic compounds with urea or thiourea

Definitions

  • the invention relates to a soil improver for increasing the liquid storage capacity of soils made from a hardened plastic foam, the plastic foam having at least predominantly open cells.
  • the invention also relates to a method for producing a plastic foam.
  • Watering plants often requires significantly more liquid than the plants actually need. This is a major problem, especially in already dry areas.
  • a major reason for inefficient irrigation is, among other things, the poor liquid storage capacity of soils.
  • stony and sandy soils such as those often found in arid and semi-arid areas, have a very low liquid storage capacity, so that a large part of the liquid cannot be used through runoff, evaporation or seepage.
  • nutrients that are important for plants are washed out of the soil.
  • gel-based water reservoirs absorb water through a chemical reaction, changing their volume.
  • the change in volume of the gel can lead to undesirable voids in the soil.
  • cured, hydrophilic foams are also known to increase the liquid storage capacity.
  • a generic liquid storage device for supplying plants with a porous storage material which consists of a foam formed by a urea resin and a surfactant with a density of 15 kg/m 3 - 60 kg/m 3 .
  • the foam can be in the form of a foam molding or preferably in the form of flakes and can be used to store a liquid, in particular water or an aqueous fertilizer solution. It should be stored as a layer in the ground or in potting soil and the roots of the plant to be supplied should be in it Essentially absorb.
  • the foam is preferably introduced into the floor as a closed layer, the layer being formed by the foam flakes or by one or more plate-shaped foam moldings. It is also possible to mix the foam in the form of flakes with the soil surrounding the root of the plant to be supplied, or to arrange it in a distributed manner.
  • the foam has open cells, which gives it hydrophilic properties. This allows it to store liquid and gradually release it into its environment, for example into the soil surrounding the root system or directly into the plant root. This foam is intended to provide a liquid storage that can be used over a large area.
  • the aim of the present invention is to solve the problem of providing a soil improver with improved properties for storing liquids in soils and with improved suitability for large-scale use.
  • the task is also achieved by a method with the features according to claim 9.
  • Plastic foams consist of a large number of cells with cell spaces that are formed by gas inclusions, whereby the cells can vary significantly in size and shape.
  • open-cell plastic foams the cells have open cell walls so that the gas inclusions form an interconnected network.
  • the openings in the cell walls are called pores and allow the plastic foam to be permeable to gases and liquids.
  • Open cells consist of a large number of cell bars that are formed around the pores and form the outer contour of a cell as a framework.
  • the bulk density of the cured plastic foam of the soil conditioner according to the invention is 5 to 15 kg/m 3 , so that the cell webs of the individual cells are very thin.
  • the plastic foam breaks down into individual fibers, especially microfibers. enabled.
  • the plastic foam itself also has a high liquid storage capacity due to its low bulk density, so that it can absorb up to 90% liquid in relation to its own volume if it partially breaks down into larger fragments in addition to fibers, which have several at least partially intact open cells can.
  • the intact plastic foam can permanently store large amounts of liquid, especially water, once absorbed for several months. 55 to 65% of the liquid originally absorbed remains in the plastic foam.
  • the plastic foam according to the invention with a lower density can permanently absorb significantly more liquid than the foam known from DE 10 2004 004 856 B3. This means that the liquid storage capacity of a soil can be significantly improved over large areas if the soil improver is incorporated into the soil.
  • the soil improver according to the invention also interacts directly with the soil and the liquid is retained in the soil through the interaction. What is essential for this is that the soil conditioner forms at least partially a fiber-soil mixture with the soil, in that the plastic foam is at least partially divided into individual parts by mechanical force before and/or during introduction into the soil and/or by action in the soil over time Fibers and microfibers break down.
  • the soil improver forms a very large contact area with it.
  • the large contact area means that when a liquid is introduced within the fiber-soil mixture, a capillary effect is created, by means of which a large amount of liquid can be retained in the soil.
  • the soil conditioner is suitable for storing water in the soil.
  • the liquid storage known from DE 10 2004 004 856 B3 stores the liquid exclusively directly in the foam itself, so that the liquid storage capacity is defined by the foam volume. Consequently, with this liquid storage in the ground, only the amount of liquid that can be absorbed directly by the liquid storage can be additionally stored.
  • the soil improver according to the invention also has the advantage that it is broken down in the soil over time by naturally occurring microfungi and then converted into substances by naturally occurring bacteria which have a fertilizing effect on the soil and can serve as nutrients for plants.
  • the soil improver can advantageously act as a fertilizer until it is completely broken down, which can take place over a period of 6-8 years, for example.
  • the cured plastic foam preferably has a bulk density of 8 to 14.5 kg/m 3 , preferably 9 to 12 kg/m 3 .
  • the compressive strength of the plastic foam according to the invention is preferably 150 to 350 g/cm 2 , in particular 200 to 300 g/cm 2 or particularly preferably 225 to 275 g/cm 2 .
  • the compressive strength of the plastic foam may be slightly different between a surface and an interior of the same plastic foam sample.
  • the information on the compressive strength of the soil improver in question relates to all areas of the plastic foam.
  • the compressive strength is defined as the end of the linear-elastic range under compressive stress, at which individual intact cells of the plastic foam fail in such a way that the soil improver is irreversibly deformed.
  • the plastic foam can break down into as many individual fibers and microfibers as possible and in this way the contact area of the soil conditioner according to the invention with the soil can be maximized, it is advantageous if the plastic foam has as many cells as possible with a corresponding number of cell webs, with the proportion of material between the Cell spaces should be as small as possible. Therefore, the cell density of the plastic foam is preferably 45 to 90 cells/cm, in particular 50 to 75 cells/cm.
  • the size of the fibers and microfibers can be influenced by the size of the cell diameter. It is an advantage if the fibers are sufficiently large so that the capillary forces can develop optimally in interaction with the soil.
  • the cell diameter of all foam cells with a diameter of at least 40 pm is ⁇ 80 pm for 5-15% of these cells, 81-100 pm for 25-35% of these cells, and 101- for 35-45% of these cells. 140 pm, for 10-20% of these cells 141-200 pm, for 1-10% of these cells 201-600 pm and for ⁇ 1% of these cells > 601 pm.
  • carbon particles are embedded in the plastic foam. By adding carbon particles, the fibers released from the soil by mechanical action or action can be longer than fibers of a comparable soil improver without the addition of carbon particles.
  • the embedded carbon has a fertilizing effect when the soil improver decomposes in the soil.
  • the carbon particles can in particular be carbon fibers and/or soot. They are contained in the plastic foam preferably in a proportion of >0.1% by weight, in particular in a proportion of >0.5% by weight. Furthermore, the proportion of carbon particles in the plastic foam is preferably ⁇ 10% by weight, in particular ⁇ 5% by weight.
  • the soil improver according to the invention is to be used in agriculture, it is fundamentally advantageous if it itself is not toxic and if it decomposes in the soil no toxic substances are produced that have a harmful effect on living beings and plants.
  • a method according to the invention for producing a plastic foam, in particular the soil improver according to the invention described above, is characterized according to claim 9 in that from a liquid A, which contains at least water and a prepolymer, and a liquid B, which contains at least water, a surface-active substance and contains a hardener, by introducing a gas, in particular atmospheric air, into the respective liquid, a prefoam A and a prefoam B are formed and both prefoams are then mixed, the mixing ratio of prefoam A and prefoam B being between 40% by volume 60% by volume and 60% by volume to 40% by volume, preferably between 45% by volume to 55% by volume and 55% by volume to 45% by volume or in particular 47.5% by volume. -% to 52.5 vol.-% and 52.5 vol.-% to 47.5 vol.-%.
  • the quantitative ratio of liquid A to liquid B is between 75% by volume and 25% by volume and 50% by volume and 50% by volume.
  • the gas is introduced into liquid A and liquid B, thereby providing a high number of bubble nuclei in the liquids.
  • two pre-foams are formed which, when mixed, form a plastic foam with a high cell density due to the high number of bubble nuclei.
  • the preview A and the preview B react with each other preferably by mixing in a tubular reaction chamber.
  • the reaction chamber advantageously has at least one open end through which the plastic foam resulting from the reaction can emerge and then harden.
  • the reaction chamber can have a reaction chamber length in the longitudinal direction and a substantially circular cross section with a reaction chamber diameter.
  • the ratio of reaction chamber diameter to reaction chamber length is preferably between 1:50 and 1:200, preferably between 1:80 and 1:120 and particularly preferably 1:100.
  • the reaction chamber diameter is in particular less than 200 mm, preferably between 10 and 50 mm.
  • the volume flow of the liquids can be between 50 and 150 ml per mm of the reaction chamber diameter, preferably 100 ml per mm of the reaction chamber diameter.
  • the preview A and the preview B can each be supplied to the reaction chamber via a separate feed channel.
  • the feed channels have a specific channel cross-sectional area, the ratio of which to the reaction chamber cross-sectional area is advantageously between 1.0 to 2.0 and 1.0 to 0.5, preferably 1 to 1.
  • the ratio of a channel length of the feed channels to the reaction chamber diameter is between 2 to 1 and 4 to 1, preferably 3 to 1.
  • the mixing of the pre-foam A and the pre-foam B as well as the promotion of the pre-foams reacting with one another and the resulting plastic foam can preferably be carried out automatically by the pre-foams flowing in. This is advantageous because in this way no further devices are required to carry out these processes, which would have an undesirable influence on production of the soil improver.
  • the gas which is preferably introduced into the liquids using a compressed air device, can be introduced into the liquids at a pressure of 1 to 2.5 bar, in particular 1 to 2.25 bar or particularly preferably 1 to 2 bar, for a stable foam formation process be introduced.
  • the prepolymer contained in liquid A is chemically and/or thermally crosslinkable, so that a soil conditioner can be formed from a hardened plastic foam.
  • the prepolymer can be a urea-formaldehyde, which serves as a carrier material and, in a cured state, ensures that the plastic foam retains its structure. It is advantageous if the proportion of urea-formaldehyde in relation to the water contained in liquid A is preferably >10% by weight, in particular >15% by weight or particularly preferred
  • liquid A can contain other substances with which, for example, the density and compressive strength of the hardened plastic foam can be influenced.
  • liquid A has a urea added to it. It is advantageous if the proportion of urea in relation to the water contained in liquid A is preferably >0.5% by weight, in particular >0.75% by weight or particularly preferably >1% by weight. Furthermore, it is preferred if the proportion of urea in relation to the water contained in the liquid A is preferred
  • the surface-active substance in the liquid B is a surfactant which enables foam formation.
  • Suitable surfactants are, in particular, but not exclusively, anionic surfactants such as alkyl benzene sulfonates, fatty alcohol ether sulfates or fatty alcohol sulfates. It is advantageous if the proportion of the surfactant in relation to the water contained in the liquid B is preferably > 5% by weight, in particular
  • the proportion of surfactant in relation to that in the liquid B water contained is preferably ⁇ 20% by weight, in particular ⁇ 15% by weight or particularly preferably ⁇ 12% by weight.
  • the hardener contained in liquid B is an acid catalyst, which causes the crosslinking of the prepolymer and thus the stabilization of the plastic foam.
  • Possible acid catalysts include, but are not limited to, phosphoric acid, citric acid and p-toluenesulfonic acid. It is advantageous if the proportion of the acid catalyst in relation to the water contained in the liquid B is preferably >15% by weight, in particular >20% by weight or particularly preferably >25% by weight. Furthermore, it is preferred if the proportion of the acid catalyst in relation to the water contained in the liquid B is preferably ⁇ 40% by weight, in particular ⁇ 35% by weight or particularly preferably ⁇ 30% by weight.
  • the liquid B can contain resorcinol as a further catalyst. It is advantageous if the proportion of resorcinol in relation to the water contained in the liquid B is preferably >0.5% by weight, in particular >1% by weight or particularly preferably >2% by weight. Furthermore, it is preferred if the proportion of resorcinol in relation to the water contained in the liquid B is preferably ⁇ 10% by weight, in particular ⁇ 5% by weight or particularly preferably ⁇ 3% by weight.
  • the process temperature of the method according to the invention is between 30 ° C and 55 ° C, in particular 35 ° C and 50 ° C or particularly preferably 40 ° C and 45 ° C.
  • the properties of the soil conditioner were determined using the following methods:
  • the bulk density p is the density of the cured plastic foam based on the mass and the total volume, which results from the sum of the volume of the solid material components Vfest and the volume of the cell spaces Vzei of the plastic foam.
  • the compressive strength of the cured plastic foam was determined by placing a cuboid sample of the plastic foam on one of its surfaces under compressive stress was loaded to plastic deformation.
  • the foam sample was loaded with a circular stamp with an area of 1 cm 2 , whereby the surface of the plastic foam that was loaded with the stamp was significantly larger than the stamp surface.
  • the cell density was determined by using a line grid of four horizontal lines in ten image recordings of different sections of a foam surface with a size of just over 3 * 4 mm, which were recorded with a microscope camera with a resolution of 48 megapixels and five vertical lines were placed, the distance between which corresponds to a distance of 1 mm on the surface of the recorded foam.
  • the recorded foam surfaces are surfaces of foam pieces cut out from the interior of a produced plastic foam. The orientation of the cut surface of the cut-out piece of foam within the plastic foam produced is irrelevant for determining the cell density. The outer surface of the plastic foam produced is not taken into account when determining the cell density.
  • the cells that at least partially intersected the line were counted along each line.
  • the diameter was estimated by calculating the average value of the largest and smallest distance of two opposing cell walls that passed through the approximate center of gravity of the cell as the cell diameter. The error that occurs when estimating is negligible due to the few cells whose average diameter is around 40 pm.
  • the average diameter can be determined by determining the area of a cell using image analysis software and deriving the diameter from the area, assuming that the area is that of an ideal circular area. In order to obtain the soil improver from a hardened plastic foam, liquid A and liquid B were first prepared separately and kept ready in containers.
  • Liquid A was prepared by mixing distilled water with, based on the amount of distilled water, 25% by weight of urea-formaldehyde (Basopor® 293) and 1% by weight of urea.
  • Liquid B was prepared by mixing distilled water with, based on the amount of distilled water, 11% by weight of an anionic surfactant, 27% by weight of phosphoric acid and 2% by weight of resorcinol.
  • a preview was formed from each liquid by using a compressed air device to introduce atmospheric air into the liquids at a volume flow of 90 l/min and at 1.5 bar.
  • the liquids were supplied in a ratio of 50% by volume to 50% by volume and with a volume flow of 3 l/min each.
  • the previewm A and the previewm B were then fed to a reaction chamber in a ratio of 50% by volume to 50% by volume.
  • the pre-foams were mixed within the reaction chamber and conveyed out of the reaction chamber to harden. What was crucial was that the liquid B or the previewm B already contained the hardener and the surfactant, so that the formation of the plastic foam began immediately when it was mixed with the previewm A, with curing starting at the same time.
  • the process temperature was approximately 42°C.
  • the ratio of the length of the feed channels in which the liquids were pre-foamed and the reaction chamber diameter was 3 to 1. Furthermore, the ratio of the feed channel cross section and reaction chamber cross section was 1 to 1, with the feed channel diameter and the reaction chamber diameter each being 20 mm. The ratio of reaction chamber diameter to reaction chamber length was 1 to 100.
  • the feed channels and the reaction chamber can be designed as hoses.
  • the cured plastic foam of the soil improver according to the invention produced using the method described as an example had a bulk density of 12.3 kg/m 3 , a compressive strength of 249.3 g/cm 2 , measured on a surface of the plastic foam, and a cell density of 59 cells/cm on.
  • the method according to the invention for producing the cured plastic foam of the soil improver according to the invention had a bulk density of 12.3 kg/m 3 , a compressive strength of 249.3 g/cm 2 , measured on a surface of the plastic foam, and a cell density of 59 cells/cm on.
  • Plastic foam in particular the soil improver according to the invention, can be carried out, for example, with a device shown in FIG.
  • Fig. 1 shows a device for carrying out the method according to the invention.
  • the device 1 shown in Figure 1 has a reaction chamber 2, to which a liquid A is supplied from the container 4.1 via the metering pump 3.1 and a liquid B from the container 4.2 is supplied via the metering pump 3.2.
  • a compressed air device 5 is arranged between the reaction chamber 2 and the metering pumps 3.1, 3.2, which introduces atmospheric air into the liquid A via the gas channel 6.1 and into the liquid B via the gas channel 6.2 and thereby pre-foams the liquids before feeding them into the reaction chamber 2, whereby a preview A and a preview B are formed.
  • the pre-foams then flow through the pressure of the compressed air device 5 and the subsequent liquids and pre-foams via the feed channels 7.1 and 7.2 into the reaction chamber 2.
  • pre-foams mix in such a way that they react with one another, whereby the formation of a plastic foam begins.
  • the resulting plastic foam exits through an open end 8 of the reaction chamber 2 and then hardens.
  • the pre-foams reacting with one another and the plastic foam resulting from the reaction are automatically moved in the reaction chamber 2 by the inflowing pre-foams towards the open end 8, so that no device is required for conveying the plastic foam.
  • the reaction chamber 2 has a reaction chamber cross-sectional area which can, for example, correspond to the respective channel cross-sectional area of the feed channels 7.1, 7.2. Furthermore, the reaction chamber 2 has a reaction chamber length L, wherein the ratio of a reaction chamber diameter RD to the reaction chamber length L can be, for example, 1 to 100. A ratio of a feed channel length ZKL to the reaction chamber diameter RD can also be, for example, 3 to 1. In this way, a plastic foam with a cellular structure can be formed in the reaction chamber 2, which leads to the soil improver according to the invention.
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Abstract

Bodenverbesserer zur Erhöhung der Flüssigkeitsspeicherkapazität von Böden aus einem ausgehärteten Kunststoffschaum, wobei der Kunststoffschaum zumindest überwiegend offene Zellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgehärtete Kunststoffschaum eine Rohdichte von 5bis 15 kg/m³ aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffschaums eines solchen Bodenverbesserers.

Description

Boden verbesserer
Die Erfindung betrifft einen Bodenverbesserer zur Erhöhung der Flüssigkeitsspeicherkapazität von Böden aus einem ausgehärteten Kunststoffschaum, wobei der Kunststoffschaum zumindest überwiegend offene Zellen aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffschaums.
Für die Bewässerung von Pflanzen wird oftmals deutlich mehr Flüssigkeit verbraucht, als die Pflanzen effektiv benötigen. Dies stellt insbesondere in ohnehin schon trockenen Gebieten ein großes Problem dar. Ein maßgeblicher Grund für die ineffiziente Bewässerung sind unter anderem schlechte Flüssigkeitsspeicherkapazitäten von Böden. Insbesondere steinige und sandige Böden, wie sie oftmals in ariden und semiariden Gebieten vorkommen, weisen eine sehr geringe Flüssigkeitsspeicherkapazität auf, sodass ein Großteil der Flüssigkeit durch Abfluss, Verdunstung oder Versickerung nicht nutzbar ist. Zusätzlich werden dadurch für Pflanzen wichtige Nährstoffe aus dem Boden ausgeschwemmt.
Zur Erhöhung der Flüssigkeitsspeicherkapazität eines Bodens sind verschiedene Produkte bekannt. So nehmen beispielsweise auf Gel basierende Wasserspeicher das Wasser durch eine chemische Reaktion auf, wobei sie ihr Volumen verändern. Die Volumenänderung des Gels kann zu unerwünschten Hohlräumen im Boden führen.
Andere Wasserspeicher basieren auf Blähton. Allerdings ist die Erhöhung der Wasserspeicherkapazität eines Bodens durch die Hinzugabe von Blähton ineffektiv, da selbst ein hoher Materialeintrag in den Boden nur mit einer vergleichsweise geringen Erhöhung der Flüssigkeitsspeicherkapazität einhergeht.
Ferner sind zur Erhöhung der Flüssigkeitsspeicherkapazität auch ausgehärtete, hydrophile Schäume bekannt. Aus der DE 10 2004 004 856 B3 ist ein gattungsgemäßer Flüssigkeitsspeicher zur Versorgung von Pflanzen mit einem porösen Speichermaterial bekannt, das aus einem durch ein Harnstoffharz und ein Tensid gebildeten Schaumstoff mit einer Dichte von 15 kg/m3 - 60 kg/m3 besteht. Der Schaumstoff kann als Schaumstoffformkörper oder vorzugsweise in Form von Flocken vorliegen und zur Speicherung einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser oder auch einer wässrigen Düngemittellösung dienen. Er soll als Schicht im Boden bzw. in Pflanzerde eingelagert sein und die Wurzeln der zu versorgenden Pflanze im Wesentlichen aufnehmen. Der Schaumstoff wird vorzugsweise als geschlossene Schicht in den Boden eingebracht, wobei die Schicht von den Schaumstoffflocken oder von einem oder mehreren plattenförmigen Schaumstoffformkörpern gebildet wird. Auch ist es möglich, den Schaumstoff in Form von Flocken mit dem Boden, welcher die Wurzel der jeweils zu versorgenden Pflanze umgibt, zu vermischen, bzw. in diesem verteilt anzuordnen. Der Schaumstoff weist offene Zellen auf, wodurch er hydrophile Eigenschaften erhält. Dadurch kann er Flüssigkeit speichern und allmählich an seine Umgebung, beispielsweise an den das Wurzelwerk umgebenden Boden oder direkt an die Pflanzenwurzel abgeben. Mit diesem Schaumstoff soll ein Flüssigkeitsspeicher bereitgestellt werden, der großflächig einsetzbar ist.
Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Bodenverbesserer mit verbesserten Eigenschaften zur Speicherung von Flüssigkeiten in Böden sowie mit einer verbesserten Eignung für die großflächige Verwendung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Bodenverbesserer aus einem ausgehärteten Kunststoffschaum mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der ausgehärtete Kunststoffschaum eine Rohdichte von 5 bis 15 kg/m3 aufweist. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß des Anspruchs 9 gelöst.
Wenn hier und im Folgenden von einem Kunststoffschaum oder einem ausgehärteten Kunststoffschaum die Rede ist, beziehen sich die mit diesem in Verbindung stehenden Begrifflichkeiten auf das nachfolgend dargelegte Verständnis zu der Struktur und dem Aufbau eines Kunststoffschaums. Kunststoffschäume bestehen aus einer Vielzahl an Zellen mit Zellräumen, die durch Gaseinschlüsse gebildet werden, wobei die Zellen in ihrer Größe und Form deutlich variieren können. Bei sogenannten offenzelligen Kunststoffschäumen weisen die Zellen geöffnete Zellwände auf, sodass die Gaseinschlüsse ein miteinander verknüpftes Netzwerk bilden. Die Öffnungen in den Zellwänden werden als Poren bezeichnet und ermöglichen, dass der Kunststoffschaum permeabel für Gase und Flüssigkeiten ist. Offene Zellen bestehen aus einer Vielzahl an Zellstegen, die um die Poren herum ausgebildet sind und als Gerüst die äußere Kontur einer Zelle bilden.
Die Rohdichte des ausgehärteten Kunststoffschaums des erfindungsgemäßen Bodenverbesserers beträgt 5 bis 15 kg/m3, sodass die Zellstege der einzelnen Zellen sehr dünn ausgebildet sind. In Verbindung mit den überwiegend offenen Zellen wird ein Zerfall des Kunststoffschaums in einzelne Fasern, insbesondere Mikrofasern, ermöglicht. Ferner weist auch der Kunststoffschaum selbst aufgrund der geringen Rohdichte eine hohe Flüssigkeitsspeicherkapazität auf, sodass dieser, sofern er neben Fasern auch teilweise in größere Fragmente zerfällt, die mehrere zumindest teilweise intakte offene Zellen aufweisen, bis zu 90 % Flüssigkeit in Bezug auf das eigene Volumen aufnehmen kann. Darüber hinaus kann der intakte Kunststoffschaum große Mengen einer einmal aufgenommenen Flüssigkeit, insbesondere Wasser, dauerhaft über mehrere Monate speichern. Dabei verbleiben 55 bis 65 % der ursprünglich aufgenommenen Flüssigkeit im Kunststoffschaum.
Es wurde überraschend festgestellt, dass der erfindungsgemäße Kunststoffschaum mit geringerer Dichte deutlich mehr Flüssigkeit dauerhaft aufnehmen kann als der aus der DE 10 2004 004 856 B3 bekannte Schaumstoff. Dadurch lässt sich die Flüssigkeitsspeicherkapazität eines Bodens über große Flächen signifikant verbessern, wenn der Bodenverbesserer in den Boden eingearbeitet wird. Außerdem wurde überraschend festgestellt, dass der erfindungsgemäße Bodenverbesserer auch unmittelbar mit dem Boden zusammenwirkt und die Flüssigkeit durch das Zusammenwirken im Boden gehalten wird. Wesentlich dafür ist, dass der Bodenverbesserer mit dem Boden zumindest teilweise ein Faser-Boden-Gemisch bildet, indem der Kunststoffschaum durch mechanische Krafteinwirkung vor und/oder bei der Einbringung in den Boden und/oder mittels Einwirkung im Boden über die Zeit zumindest teilweise in einzelne Fasern und Mikrofasern zerfällt. Der Bodenverbesserer bildet durch die Vermischung der einzelnen Fasern in dem Boden eine sehr große Kontaktfläche mit diesem aus. Die große Kontaktfläche führt dazu, dass mit der Einbringung einer Flüssigkeit innerhalb des Faser-Boden-Gemischs eine Kapillarwirkung erzeugt wird, mittels derer eine große Menge Flüssigkeit im Boden gehalten werden kann. Insbesondere ist der Bodenverbesserer dazu geeignet, Wasser im Boden zu speichern.
Der aus der DE 10 2004 004 856 B3 bekannte Flüssigkeitsspeicher speichert die Flüssigkeit ausschließlich direkt im Schaumstoff selbst, sodass die Flüssigkeitsspeicherkapazität durch das Schaumvolumen definiert ist. Folglich kann mit diesem Flüssigkeitsspeicher im Boden gesamthaft nur die Menge an Flüssigkeit zusätzlich gespeichert werden, die unmittelbar durch den Flüssigkeitsspeicher aufnehmbar ist.
Der erfindungsgemäße Bodenverbesserer weist ferner den Vorteil auf, dass er im Boden über die Zeit von natürlich im Boden vorkommenden Mikropilzen abgebaut und anschließend von ebenfalls natürlich vorkommenden Bakterien in Stoffe umgewandelt wird, die eine düngende Wirkung für den Boden aufweisen und als Nährstoffe für Pflanzen dienen können. Dabei kann der Bodenverbesserer vorteilhaft bis zu seinem vollständigen Abbau, der beispielsweise über einen Zeitraum von 6-8 Jahren erfolgen kann, als Dünger wirken.
Vorzugsweise weist der ausgehärtete Kunststoffschaum eine Rohdichte von 8 bis 14,5 kg/m3, vorzugsweise von 9 bis 12 kg/m3, auf.
Die Druckfestigkeit des erfindungsgemäßen Kunststoffschaums beträgt vorzugsweise 150 bis 350 g/cm2, insbesondere 200 bis 300 g/cm2 oder besonders bevorzugt 225 bis 275 g/cm2. Dadurch ist der ausgehärtete Kunststoffschaum vergleichsweise instabil, sodass er bereits bei einer geringen mechanischen Krafteinwirkung in einzelne Fasern und Mikrofasern zerfällt. Die Druckfestigkeit des Kunststoffschaums kann zwischen einer Oberfläche und einem Innenbereich derselben Kunststoffschaumprobe geringfügig anders sein. Die Angaben zur Druckfestigkeit des beanspruchten Bodenverbessers beziehen sich auf sämtliche Bereiche des Kunststoffschaums. Vorliegend ist die Druckfestigkeit als das Ende des linear-elastischen Bereiches bei einer Druckbeanspruchung definiert, bei dem einzelne intakte Zellen des Kunststoffschaums derart versagen, dass der Bodenverbesserer irreversibel verformt wird.
Damit der Kunststoffschaum in möglichst viele einzelne Fasern und Mikrofasern zerfallen und auf diese Weise die Kontaktfläche des erfindungsgemäßen Bodenverbesserers mit dem Boden maximiert werden kann, ist es vorteilhaft, wenn der Kunststoffschaum möglichst viele Zellen mit entsprechend vielen Zellstegen aufweist, wobei der Anteil des Materials zwischen den Zellräumen möglichst gering sein sollte. Daher beträgt die Zelldichte des Kunststoffschaums vorzugsweise 45 bis 90 Zellen/cm, insbesondere 50 bis 75 Zellen/cm.
Die Größe der Fasern und Mikrofasern ist durch die Größe des Zelldurchmessers beeinflussbar. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Fasern ausreichend groß sind, sodass sich in Zusammenwirkung mit dem Boden die Kapillarkräfte optimal ausbilden können. In einer bevorzugten Ausführung des Bodenverbesserers ist der Zelldurchmesser aller Schaumzellen mit einem Durchmesser von mindestens 40 pm bei 5-15 % dieser Zellen < 80 pm, bei 25-35 % dieser Zellen 81-100 pm, bei 35-45 % dieser Zellen 101-140 pm, bei 10-20 % dieser Zellen 141-200 pm, bei 1-10 % dieser Zellen 201- 600 pm und bei < 1 % dieser Zellen > 601 pm. In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Bodenverbesserers sind Kohlenstoffpartikel in den Kunststoffschaum eingebettet. Durch den Zusatz von Kohlenstoffpartikeln können die durch mechanische Einwirkung oder Einwirkung im Boden herauslösenden Fasern länger sein, als Fasern eines vergleichbaren Bodenverbesserers ohne den Zusatz von Kohlenstoffpartikeln. Außerdem hat der eingebettete Kohlenstoff bei der Zersetzung des Bodenverbesserers im Boden eine düngende Wirkung.
Die Kohlenstoffpartikel können insbesondere Kohlenstofffasern und/oder Ruß sein. Sie sind im Kunststoffschaum vorzugsweise mit einem Anteil von > 0,1 Gew.-%, insbesondere mit einem Anteil von > 0,5 Gew.-% enthalten. Ferner beträgt der Anteil der Kohlenstoffpartikel im Kunststoffschaum vorzugsweise < 10 Gew.-%, insbesondere < 5 Gew.-%.
Soll der erfindungsgemäße Bodenverbesserer in der Landwirtschaft eingesetzt werden, ist es grundsätzlich vorteilhaft, wenn er selbst nicht toxisch ist und bei seiner Zersetzung im Boden auch keine toxischen Stoffe entstehen, die eine schädliche Wirkung auf Lebewesen und Pflanzen haben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffschaums, insbesondere des im Vorstehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Bodenverbesserers, ist gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Flüssigkeit A, die zumindest Wasser und ein Prepolymer enthält, und einer Flüssigkeit B, die zumindest Wasser, eine oberflächenaktive Substanz und einen Härter enthält, durch die Einbringung eines Gases, insbesondere atmosphärischer Luft, in die jeweilige Flüssigkeit ein Vorschaum A und ein Vorschaum B gebildet wird und beide Vorschäume anschließend vermischt werden, wobei das Mischungsverhältnis von Vorschaum A und Vorschaum B zwischen 40 Vol.-% zu 60 Vol.-% und 60 Vol.-% zu 40 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 45 Vol.-% zu 55 Vol.-% und 55 Vol.-% zu 45 Vol.- % oder insbesondere 47,5 Vol.-% zu 52,5 Vol.-% und 52,5 Vol.-% zu 47,5 Vol.-% beträgt.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt das Mengenverhältnis von Flüssigkeit A zu Flüssigkeit B zwischen 75 Vol.-% zu 25 Vol.-% und 50 Vol.-% zu 50 Vol.-%.
Durch die Einbringung des Gases in die Flüssigkeiten A und B ist es möglich, die
Zeilenzahl und den Zelldurchmesser des nach dem Vermischen entstehenden
Kunststoffschaums des erfindungsgemäßen Bodenverbesserers zu steuern und die Zellstruktur zu beeinflussen. Das Gas wird jeweils in die Flüssigkeit A und die Flüssigkeit B eingebracht, wodurch in den Flüssigkeiten eine hohe Anzahl Blasenkeime bereitgestellt wird. Auf diese Weise werden zwei Vorschäume gebildet, die bei Vermischung aufgrund der hohen Anzahl an Blasenkeimen einen Kunststoffschaum mit einer hohen Zellendichte ausbilden.
Der Vorschaum A und der Vorschaum B reagieren vorzugsweise durch Vermischung in einer rohrförmigen Reaktionskammer miteinander. Die Reaktionskammer weist vorteilhaft mindestens ein offenes Ende auf, durch das der durch die Reaktion entstehende Kunststoffschaum austreten und anschließend aushärten kann. Ferner kann die Reaktionskammer in Längserstreckungsrichtung eine Reaktionskammerlänge sowie einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einem Reaktionskammerdurchmesser aufweisen. Dabei beträgt das Verhältnis von Reaktionskammerdurchmesser zu Reaktionskammerlänge vorzugsweise zwischen 1 zu 50 und 1 zu 200, vorzugsweise zwischen 1 zu 80 und 1 zu 120 und besonders bevorzugt 1 zu 100. Der Reaktionskammerdurchmesser beträgt insbesondere weniger als 200 mm, vorzugsweise zwischen 10 und 50 mm.
Der Volumenstrom der Flüssigkeiten kann jeweils zwischen 50 und 150 ml pro mm des Reaktionskammerdurchmessers, vorzugsweise 100 ml pro mm des Reaktionskammerdurchmessers, betragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens können der Vorschaum A und der Vorschaum B der Reaktionskammer jeweils über einen separaten Zuführkanal zugeführt werden. Dabei weisen die Zuführkanäle eine bestimmte Kanalquerschnittsfläche auf, deren Verhältnis zur Reaktionskammerquerschnittsfläche vorteilhaft zwischen 1,0 zu 2,0 und 1,0 zu 0,5, vorzugsweise 1 zu 1, beträgt. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis einer Kanallänge der Zuführkanäle zu dem Reaktionskammerdurchmesser zwischen 2 zu 1 und 4 zu 1, vorzugsweise 3 zu 1, beträgt. Durch die Geometrie und die Maße der Reaktionskammer und der Zuführkanäle wird erreicht, dass ein Kunststoffschaum mit den erforderlichen Zelldurchmessern und der erforderlichen Zelldichte ausgebildet wird, bevor dieser aus der Reaktionskammer austritt.
Das Vermischen des Vorschaums A und des Vorschaums B sowie die Förderung der miteinander reagierenden Vorschäume und des entstehenden Kunststoffschaums kann vorzugsweise selbsttätig durch die nachströmenden Vorschäume erfolgen. Dies ist von Vorteil, da auf diese Weise zur Durchführung dieser Prozesse keine weiteren Vorrichtungen erforderlich sind, die einen unerwünschten Einfluss auf die Herstellung des Bodenverbesserers haben können. Dabei kann das Gas, das vorzugsweise mit einer Druckluftvorrichtung in die Flüssigkeiten eingebracht wird, für ein stabiles Ablaufen des Schaumbildungsprozesses mit einem Druck von 1 bis 2,5 bar, insbesondere 1 bis 2,25 bar oder besonders bevorzugt 1 bis 2 bar in die Flüssigkeiten eingebracht werden.
Das in der Flüssigkeit A enthaltene Prepolymer ist chemisch und/oder thermisch vernetzbar, sodass ein Bodenverbesserer aus einem ausgehärteten Kunststoffschaum gebildet werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Prepolymer ein Harnstoff-Formaldehyd sein, das als Trägermaterial dient und in einem ausgehärteten Zustand sicherstellt, dass der Kunststoffschaum seine Struktur beibehält. Es ist von Vorteil, wenn der Anteil des Harnstoff-Formaldehyds in Bezug auf das in der Flüssigkeit A enthaltene Wasser vorzugsweise > 10 Gew.-%, insbesondere > 15 Gew.-% oder besonders bevorzugt
> 22 Gew.-% beträgt. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Anteil des Harnstoff- Formaldehyds in Bezug auf das in der Flüssigkeit A enthaltene Wasser vorzugsweise
< 35 Gew.-%, insbesondere < 30 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 27 Gew.-% beträgt.
Ferner kann die Flüssigkeit A weitere Stoffe enthalten, mit denen beispielsweise die Dichte und die Druckfestigkeit des ausgehärteten Kunststoffschaums beeinflussbar ist. Als bevorzugtes Beispiel ist der Flüssigkeit A ein Harnstoff beigemischt. Es ist von Vorteil, wenn der Anteil des Harnstoffs in Bezug auf das in der Flüssigkeit A enthaltene Wasser vorzugsweise > 0,5 Gew.-%, insbesondere > 0,75 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 1 Gew.-% beträgt. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Anteil des Harnstoffs in Bezug auf das in der Flüssigkeit A enthaltene Wasser vorzugsweise
< 5 Gew.-%, insbesondere < 3 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 2 Gew.-% beträgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die oberflächenaktive Substanz in der Flüssigkeit B ein Tensid, das die Schaumbildung ermöglicht. Als Tenside kommen insbesondere, aber nicht ausschließlich, anionische Tenside wie Alkylbenzolsulfonate, Fettalkoholethersulfate oder Fettalkoholsulfate in Betracht. Es ist von Vorteil, wenn der Anteil des Tensids in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser vorzugsweise > 5 Gew.-%, insbesondere
> 7,5 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 10 Gew.-% beträgt. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Anteil des Tensids in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser vorzugsweise < 20 Gew.-%, insbesondere < 15 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 12 Gew.-% beträgt.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn der in der Flüssigkeit B enthaltene Härter ein Säurekatalysator ist, der die Vernetzung des Prepolymers und damit die Stabilisierung des Kunststoffschaums bewirkt. Als Säurekatalysator kommen beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Phosphorsäure, Zitronensäure und p-Toluolsulfonsäure in Betracht. Es ist von Vorteil, wenn der Anteil des Säurekatalysators in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser vorzugsweise > 15 Gew.-%, insbesondere > 20 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 25 Gew.-% beträgt. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Anteil des Säurekatalysators in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser vorzugsweise < 40 Gew.-%, insbesondere < 35 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 30 Gew.-% beträgt.
Darüber hinaus kann die Flüssigkeit B in einer bevorzugten Ausgestaltung als weiteren Katalysator Resorcin enthalten. Es ist von Vorteil, wenn der Anteil des Resorcin in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser vorzugsweise > 0,5 Gew.-%, insbesondere > 1 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 2 Gew.-% beträgt. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Anteil des Resorcin in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser vorzugsweise < 10 Gew.-%, insbesondere < 5 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 3 Gew.-% beträgt.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Prozesstemperatur des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen 30 °C und 55 °C, insbesondere 35 °C und 50 °C oder besonders bevorzugt 40 °C und 45° C beträgt.
Im Folgenden wird ein Beispiel zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bodenverbesserers aus dem ausgehärteten Kunststoffschaum beschrieben.
Die Eigenschaften des Bodenverbesserers wurden mit den folgenden Methoden bestimmt:
• Bestimmung der Rohdichte: Die Rohdichte p ist die Dichte des ausgehärteten Kunststoffschaums basierend auf der Masse und dem gesamten Volumen, das sich aus der Summe des Volumens der festen Materialbestandteile Vfest und des Volumens der Zellräume Vzei des Kunststoffschaums ergibt. Die Rohdichte wurde nach der folgenden Formel berechnet: p = m / (Vfest + Vzei) .
• Bestimmung der Druckfestigkeit: Die Druckfestigkeit des ausgehärteten Kunststoffschaums wurde bestimmt, indem eine quaderförmige Probe des Kunststoffschaums an einer ihrer Oberflächen unter Druckbeanspruchung bis zur plastischen Verformung belastet wurde. Dabei wurde die Schaumprobe mit einem kreisrunden Stempel mit einer Fläche von 1 cm2 belastet, wobei die Oberfläche des Kunststoffschaums, die mit dem Stempel belastet wurde, wesentlich größer als die Stempeloberfläche war.
• Bestimmung der Zelldichte: Die Zelldichte wurde bestimmt, indem in zehn Bildaufnahmen unterschiedlicher Abschnitte einer Schaumoberfläche einer Größe von etwas mehr als 3 * 4 mm, die mit einer Mikroskop-Kamera mit einer Auflösung von 48 Megapixel aufgenommen wurden, jeweils ein Linienraster aus vier horizontalen und fünf vertikalen Linien gelegt wurde, deren Abstand zueinander einem Abstand von jeweils 1 mm auf der Oberfläche des aufgenommenen Schaums entspricht. Die aufgenommenen Schaumoberflächen sind Oberflächen von aus dem Inneren eines erzeugten Kunststoffschaums herausgeschnittenen Schaumstücken. Die Orientierung der Schnittfläche des herausgeschnittenen Schaumstücks innerhalb des erzeugten Kunststoffschaums ist für die Bestimmung der Zelldichte irrelevant. Die äußere Oberfläche des erzeugten Kunststoffschaums wird bei der Bestimmung der Zelldichte nicht berücksichtigt. Entlang jeder Linie wurden die Zellen gezählt, die die Linie zumindest teilweise geschnitten haben. Dabei wurden ausschließlich Zellen berücksichtigt, deren Zelldurchmesser größer gleich 40 pm war. Mit den derart ermittelten Zeilenzahlen wurde über alle Linien sämtlicher Bildausschnitte eine mittlere Zeilenzahl berechnet. Die mittlere Zeilenzahl wurde unter Hinzunahme der bekannten Länge der Linien in Anzahl Zellen pro Zentimeter umgerechnet, die vorliegend als Zelldichte definiert ist. Schaumfehler, wie beispielsweise Hohlräume, die durch mehrere Zellwände und Zellstege verliefen, wurden nicht als Zellen betrachtet.
• Bestimmung des Zelldurchmessers: Für die Bestimmung des Zelldurchmessers wurde der Durchmesser geschätzt, indem der Mittelwert aus der größten und der kleinsten durch den ungefähren Flächenschwerpunkt der Zelle verlaufenden Strecke zweier sich gegenüberliegenden Zellwänden als Zelldurchmesser berechnet wurde. Der Fehler, der beim Schätzen entsteht, ist aufgrund der wenigen Zellen, deren mittlerer Durchmesser bei etwa 40 pm liegt, vernachlässigbar. Alternativ lässt sich der mittlere Durchmesser dadurch bestimmen, dass die Fläche einer Zelle per Bildauswertungssoftware bestimmt wird und aus der Fläche unter der Annahme, dass die Fläche die einer idealen Kreisfläche ist, der Durchmesser abgeleitet wird. Um den Bodenverbesserer aus einem ausgehärteten Kunststoffschaum zu erhalten, wurden Flüssigkeit A und Flüssigkeit B zunächst getrennt voneinander hergestellt und in Behältern bereitgehalten.
Flüssigkeit A wurde durch das Vermischen von destilliertem Wasser mit, in Bezug auf die Menge des destillierten Wassers, 25 Gew.-% Harnstoff-Formaldehyd (Basopor® 293) und 1 Gew.-% Harnstoff hergestellt.
Flüssigkeit B wurde durch das Vermischen von destilliertem Wasser mit, in Bezug auf die Menge des destillierten Wassers, 11 Gew.-% eines anionischen Tensids, 27 Gew.- % Phosphorsäure und 2 Gew.-% Resorcin hergestellt.
Zunächst wurde aus jeder Flüssigkeit jeweils ein Vorschaum gebildet, indem mittels einer Druckluftvorrichtung atmosphärische Luft unter einem Volumenstrom von 90 l/min und mit 1,5 bar in die Flüssigkeiten eingebracht wurde. Dabei wurden die Flüssigkeiten in einem Mengenverhältnis von 50 Vol.-% zu 50 Vol.-% und mit einem Volumenstrom von jeweils 3 l/min zugeführt.
Anschließend wurden der Vorschaum A und der Vorschaum B einer Reaktionskammer in einem Verhältnis von 50 Vol.-% zu 50 Vol.-% zugeführt. Innerhalb der Reaktionskammer wurden die Vorschäume vermischt und zum Aushärten aus der Reaktionskammer hinaus gefördert. Entscheidend war, dass die Flüssigkeit B bzw. der Vorschaum B bereits den Härter und das Tensid enthielt, sodass die Bildung des Kunststoffschaumes unmittelbar bei der Vermischung mit dem Vorschaum A begann, wobei die Aushärtung gleichzeitig einsetzte. Während der Herstellung betrug die Prozesstemperatur ungefähr 42 °C.
Das Verhältnis der Länge der Zuführkanäle, in denen die Flüssigkeiten vorgeschäumt wurden, und des Reaktionskammerdurchmessers betrug 3 zu 1. Ferner betrug das Verhältnis aus Zuführkanalquerschnitt und Reaktionskammerquerschnitt 1 zu 1, wobei der Zuführkanaldurchmesser und der Reaktionskammerdurchmesser jeweils 20 mm betrug. Das Verhältnis aus Reaktionskammerdurchmesser zu Reaktionskammerlänge betrug 1 zu 100. Die Zuführkanäle und die Reaktionskammer können als Schläuche ausgeführt sein.
Der mit dem beispielhaft beschriebenen Verfahren hergestellte ausgehärtete Kunststoffschaum des erfindungsgemäßen Bodenverbesserers wies eine Rohdichte von 12,3 kg/m3, eine Druckfestigkeit von 249,3 g/cm2, gemessen an einer Oberfläche des Kunststoffschaums, und eine Zelldichte von 59 Zellen/cm auf. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des ausgehärteten
Kunststoffschaums, insbesondere des erfindungsgemäßen Bodenverbesserers, kann beispielsweise mit einer in Figur 1 dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist eine Reaktionskammer 2 auf, der über die Dosierpumpe 3.1 eine Flüssigkeit A aus dem Behälter 4.1 und über die Dosierpumpe 3.2 eine Flüssigkeit B aus dem Behälter 4.2 zugeführt wird. Zwischen der Reaktionskammer 2 und den Dosierpumpen 3.1, 3.2 ist eine Druckluftvorrichtung 5 angeordnet, die atmosphärische Luft über den Gaskanal 6.1 in die Flüssigkeit A und über den Gaskanal 6.2 in die Flüssigkeit B einbringt und die Flüssigkeiten dadurch vor der Zuführung in die Reaktionskammer 2 vorschäumt, wobei ein Vorschaum A und ein Vorschaum B gebildet wird. Anschließend strömen die Vorschäume durch den Druck der Druckluftvorrichtung 5 und der nachströmenden Flüssigkeiten und Vorschäume über die Zuführkanäle 7.1 und 7.2 in die Reaktionskammer 2. Dort vermischen sich die Vorschäume derart, dass sie miteinander reagieren, wodurch die Bildung eines Kunststoffschaums beginnt. Der entstehende Kunststoffschaum tritt durch ein offenes Ende 8 der Reaktionskammer 2 aus und härtet anschließend aus. Die miteinander reagierenden Vorschäume sowie der aus der Reaktion resultierende Kunststoffschaum werden in der Reaktionskammer 2 selbsttätig durch die nachströmenden Vorschäume in Richtung des offenen Endes 8 bewegt, sodass keine Vorrichtung für die Förderung des Kunststoffschaumes erforderlich ist.
Die Reaktionskammer 2 weist eine Reaktionskammerquerschnittsfläche auf, die beispielsweise der jeweiligen Kanalquerschnittsfläche der Zuführkanäle 7.1, 7.2 entsprechen kann. Ferner weist die Reaktionskammer 2 eine Reaktionskammerlänge L auf, wobei das Verhältnis eines Reaktionskammerdurchmessers RD zu der Reaktionskammerlänge L beispielsweise 1 zu 100 betragen kann. Auch kann ein Verhältnis einer Zuführkanallänge ZKL zu dem Reaktionskammerdurchmesser RD beispielsweise 3 zu 1 betragen. Auf diese Weise kann sich in der Reaktionskammer 2 ein Kunststoffschaum mit einer Zellstruktur ausbilden, der zu dem erfindungsgemäßen Bodenverbesserer führt. Bezugszeichenhste
1 Vorrichtung
2 Reaktionskammer
3.1 Dosierpumpe
3.2 Dosierpumpe
4.1 Behälter
4.2 Behälter
5 Druckluftvorrichtung
6.1 Gaskanal
6.2 Gaskanal
7.1 Zuführkanal
7.2 Zuführkanal
8 offenes Ende
L Reaktionskammerlänge
RD Reaktionskammerdurchmesser
ZKL Zuführkanallänge

Claims

Patentansprüche
1. Bodenverbesserer zur Erhöhung der Flüssigkeitsspeicherkapazität von Böden aus einem ausgehärteten Kunststoffschaum, wobei der Kunststoffschaum zumindest überwiegend offene Zellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgehärtete Kunststoffschaum eine Rohdichte von 5 bis 15 kg/m3 aufweist.
2. Bodenverbesserer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgehärtete Kunststoffschaum eine Rohdichte von 8 bis 14,5 kg/m3, vorzugsweise von 9 bis 12 kg/m3, aufweist.
3. Bodenverbesserer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgehärtete Kunststoffschaum eine Druckfestigkeit von vorzugsweise 150 bis 350 g/cm2, insbesondere 200 bis 300 g/cm2 oder besonders bevorzugt 225 bis 275 g/cm2 aufweist.
4. Bodenverbesserer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffschaum eine Zelldichte von 45 bis 90 Zellen/cm, insbesondere 50 bis 75 Zellen/cm, aufweist.
5. Bodenverbesserer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zelldurchmesser der Zellen des Kunststoffschaums mit einem Zelldurchmesser von mindestens 40 pm bei
5-15 % dieser Zellen < 80 pm
25-35 % dieser Zellen 81-100 pm
35-45 % dieser Zellen 101-140 pm
10-20 % dieser Zellen 141-200 pm
1-10 % dieser Zellen 201-600 pm
< 1 % dieser Zellen > 601 pm beträgt.
6. Bodenverbesserer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kunststoffschaum Kohlenstoffpartikel eingebettet sind, wobei die Kohlenstoffpartikel vorzugsweise als Kohlenstofffasern und/oder Ruß im Kunststoffschaum eingebettet sind. Bodenverbesserer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Kohlenstoffpartikeln im Kunststoffschaum > 0,1 Gew.-%, insbesondere
> 0,5 Gew.-% beträgt. Bodenverbesserer nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Kohlenstoffpartikeln im Kunststoffschaum < 10 Gew.-%, insbesondere < 5 Gew.-% beträgt. Verfahren zur Herstellung eines ausgehärteten Kunststoffschaums, insbesondere zur Herstellung eines Bodenverbesserers zur Erhöhung der Flüssigkeitsspeicherkapazität von Böden aus einem ausgehärteten Kunststoffschaum gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Flüssigkeit A, die zumindest Wasser und ein Prepolymer enthält, und einer Flüssigkeit B, die zumindest Wasser, eine oberflächenaktive Substanz und einen Härter enthält, durch die Einbringung eines Gases, insbesondere atmosphärischer Luft, in die jeweilige Flüssigkeit ein Vorschaum A und ein Vorschaum B gebildet wird und beide Vorschäume anschließend vermischt werden, wobei das Mischungsverhältnis von Vorschaum A und Vorschaum B zwischen 40 Vol.-% zu 60 Vol.-% und 60 Vol.-% zu 40 Vol.-% beträgt. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Vorschaum A und Vorschaum B vorzugsweise zwischen 45 Vol.-% zu 55 Vol.-% und 55 Vol.-% zu 45 Vol.-% oder insbesondere zwischen 47,5 Vol.-% zu 52,5 Vol.-% und 52,5 Vol.-% zu 47,5 Vol.-% beträgt. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis von Flüssigkeit A und Flüssigkeit B zwischen 75 Vol.-% zu 25 Vol.-% und 50 Vol.-% zu 50 Vol.-% beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mittels einer Druckluftvorrichtung in die jeweilige Flüssigkeit eingebracht wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit der Druckluftvorrichtung mit einem Druck von 1 bis 2,5 bar, insbesondere 1 bis 2,25 bar oder besonders bevorzugt 1 bis 2 bar eingebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaum A und der Vorschaum B in einer rohrförmigen Reaktionskammer miteinander vermischt werden, wobei ein entstehender Kunststoffschaum an mindestens einem offenen Ende der Reaktionskammer austritt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einem Reaktionskammerdurchmesser aufweist, wobei das Verhältnis des Reaktionskammerdurchmessers zu einer Reaktionskammerlänge der Reaktionskammer zwischen 1 zu 50 und 1 zu 200, vorzugsweise zwischen 1 zu 80 und 1 zu 120 und besonders bevorzugt 1 zu 100 beträgt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaum A und der Vorschaum B der Reaktionskammer jeweils über einen Zuführkanal mit einer Kanalquerschnittsfläche zugeführt werden, wobei das Verhältnis von Kanalquerschnittsfläche zu einer Reaktionskammerquerschnittsfläche zwischen 1,0 zu 2,0 und 1,0 zu 0,5, vorzugsweise 1 zu 1, beträgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vermischen des Vorschaums A und des Vorschaums B sowie die Förderung der miteinander reagierenden Vorschäume und des entstehenden Kunststoffschaums in der Reaktionskammer selbsttätig durch die nachströmenden Vorschäume erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Prepolymer der Flüssigkeit A ein Harnstoff-Formaldehyd ist, wobei der Anteil des Harnstoff-Formaldehyds in der Flüssigkeit A in Bezug auf das in der Flüssigkeit A enthaltene Wasser, vorzugsweise > 10 Gew.-%, insbesondere > 15 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 22 Gew.-%, und/oder wobei der Anteil des Harnstoff- Formaldehyds in der Flüssigkeit A in Bezug auf das in der Flüssigkeit A enthaltene Wasser, vorzugsweise < 35 Gew.-%, insbesondere < 30 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 27 Gew.-% beträgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeit A ein Harnstoff beigemischt ist, wobei der Anteil des Harnstoffs der Flüssigkeit A in Bezug auf das in der Flüssigkeit A enthaltene Wasser, vorzugsweise > 0,5 Gew.-%, insbesondere > 0,75 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 1 Gew.-% beträgt, und/oder wobei der Anteil des Harnstoffs in der Flüssigkeit A in Bezug auf das in der Flüssigkeit A enthaltene Wasser, vorzugsweise < 5 Gew.-%, insbesondere < 3 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 2 Gew.-% beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Substanz der Flüssigkeit B ein Tensid ist, wobei der Anteil des Tensids in der Flüssigkeit B in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser, vorzugsweise > 5 Gew.-%, insbesondere > 7,5 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 10 Gew.-% beträgt, und/oder wobei der Anteil des Tensids in der Flüssigkeit B, in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser vorzugsweise < 20 Gew.-%, insbesondere < 15 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 12 Gew.-% beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter der Flüssigkeit B ein Säurekatalysator ist, wobei der Anteil des Säurekatalysators in der Flüssigkeit B in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser, vorzugsweise > 15 Gew.-%, insbesondere > 20 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 25 Gew.-% beträgt, und/oder wobei der Anteil des Säurekatalysators in der Flüssigkeit B in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser, vorzugsweise < 40 Gew.-%, insbesondere < 35 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 30 Gew.-% beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit B Resorcin enthält, wobei der Anteil des Resorcin in der Flüssigkeit B in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser, vorzugsweise >
0,5 Gew.-%, insbesondere > 1 Gew.-% oder besonders bevorzugt > 2 Gew.-% beträgt, und/oder wobei der Anteil des Resorcin in der Flüssigkeit B in Bezug auf das in der Flüssigkeit B enthaltene Wasser, vorzugsweise < 10 Gew.-%, insbesondere < 5 Gew.-% oder besonders bevorzugt < 3 Gew.-% beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur zwischen 30 °C und 55 °C, insbesondere 35 °C und 50 °C oder besonders bevorzugt 40 °C und 45 °C liegt.
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