Пенополиуретан, используемый для улучшения почвы
Изобретение относится к выращиванию растений, а именно к добавкам в субстрат. Субстрат для выращивания растений содержит почву и/или другую природную среду для выращивания растений и пенополиуретановые хлопья в качестве добавки. Пенополиуретан имеет плотность от 25 до 100 кг/м3, прогиб под действием сжимающей нагрузки (CLD) при 40% от 5 до 50 кПа, увеличение объема при насыщении водой не более чем 25% и водно-буферную емкость, составляющую от 35 до 80%. Хлопья пенополиуретана имеют размеры в интервале от 0,1 до 100 мм. При использовании в анаэробных условиях количество почвы и/или другого природного субстрата и хлопьев пеноматериала в субстрате для выращивания растений таково, что объёмное соотношение пенополиуретановых хлопьев в субстрате для выращивания растений находится в интервале от 10:90 до 90:10 (об.%), причем объемный % вычисляется в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений, содержащего хлопья. При использовании в аэробных условиях количество пенополиуретановых хлопьев в субстрате для выращивания растений составляет от 15 до 60 об.% полиуретановых хлопьев, при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений. Субстрат используют в целях уменьшения выделения метана и других парниковых газов. Субстрат используют для выращивания риса. Субстрат используют для выращивания растений в аэробных условиях, в которых повышается водоудержание. Обеспечивается повышение водопоглощения и водоудержания в субстрате. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает пенополиуретан, используемый в качестве добавки, которая вводится в субстрат для выращивания растений, чтобы повышать, например, водопоглощение и водоудержание в объеме субстрата для выращивания растений.
Более конкретно, настоящее изобретение предлагает полиуретановые хлопья, которые можно добавлять в почву или другую природную среду для выращивания растений, чтобы повышать водопоглощение и водоудержание в объеме субстрата для выращивания растений.
Пенополиуретан, более конкретно, полиуретановые хлопья согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве добавки, вводимой в субстраты для выращивания растений, чтобы выращивать такие растения, как овощи и висящие плоды, и в результате этого значительно повышать урожайность плодов и овощей.
Пенополиуретан, более конкретно, полиуретановые хлопья согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве добавки, вводимой в субстраты для выращивания растений, чтобы выращивать рис и в результате этого значительно уменьшать выделение газообразного метана (уменьшать выделение парниковых газов).
Уровень техники, к которой относится изобретение
Существуют известные среды для выращивания растений, содержащие пенополиуретаны.
Европейский патент № 939092 описывает открыто ячеистые пенополиизоцианураты для фиксации и опоры растений.
Патент США № 3798836 описывает нерастворимый в воде открыто ячеистый пенополиуретановый матричный материал, в котором содержатся диспергированные термопластические частицы.
Патент США № 3889417 описывает гидрофильный пеноматериал, получаемый в реакции форполимера с большим количеством воды. Этот пеноматериал можно использовать в целях садоводства. Применяемый водный индекс составляет от 1300 до 78000. Аналогичный способ описывает международная патентная заявка № 96/16099, в которой отсутствует особое определение в отношении изоцианатного индекса и водного индекса; в представленных примерах водный индекс составлял более чем 1700, и изоцианатный индекс составлял менее чем 6. Используемые форполимеры состояли из многоатомных спиртов, у которых молекулярная масса составляла, по меньшей мере, 1000.
Патент США № 3970618 описывает субстрат для выращивания растений, причем данный субстрат представляет собой имеющий низкую плотность (18 кг/м3) гидрофильный пенополиуретан, который образуют в процессе реакции полиизоцианат и многоатомный спирт при низком изоцианатном индексе, причем многоатомный спирт имеет гидроксильное число, составляющее от 900 до 1800, а полиизоцианат представляет собой полиизоцианат типа толуолдиизоцианата (TDI).
Патент США № 5155931 описывает пеноматериал, используемый в качестве субстрата для выращивания растений, причем данный пеноматериал образуют в процессе реакции органический изоцианат, который предпочтительно представляет собой TDI, и многоатомный спирт пот изоцианатном индексе, составляющем от 90 до 120.
Патент США № 6479433 описывает среду для выращивания растений в садоводстве, которую образуют в процессе реакции форполимер и вода в присутствии выбранного материала в качестве наполнителя.
Международная патентная заявка № 2011/042284 описывает гибкие пенополиуретаны, используемые в качестве субстратов для выращивания растений. Эти пеноматериалы имеют плотность, составляющую от 25 до 70 кг/м3, прогиб под действием сжимающей нагрузки при 40% (CLD), составляющий от 5 до 15 кПа, и увеличение объема при насыщении водой, составляющее не более чем 25%. Эти пеноматериалы образуются при низком изоцианатном индексе, составляющем от 20 до 70, и при высоком водном индексе, составляющем от 200 до 400, и это означает, что существует очень сильная конкуренция между способными реагировать с изоцианатом компонентами в композиции в отношении реакции с присутствующими изоцианатными компонентами, в результате чего может происходить вспенивание (стекающей воды), когда пеноматериал используется в качестве субстратного материала.
Патент США № 6460473 и европейский патент № 823203 описывают использование имеющего низкую плотность гибкий пенополиуретан для выращивания рисовой рассады.
Международная патентная заявка № 2010/099431 описывает гидропоническое устройство для исследования растений. Помимо прочих растений здесь упоминается рис, причем полиуретан можно использовать в качестве субстрата для проращивания.
Перечисленные выше документы предшествующего уровня техники не затрагивают экологические проблемы, связанные с традиционным способом выращивания риса, согласно которому газообразный метан высвобождается из среды для выращивания растений, и соответствующее решение представляет собой уменьшение выделения газообразного метана.
Кроме того, документы предшествующего уровня техники не описывают пенополиуретановые материалы (изделия), подходящие для смешивания с почвой или другими природными субстратами для выращивания растений в целях повышения водоудержания почвы, чтобы, таким образом, уменьшать количество воды, требуемой для выращивания растений или получения урожая растений (таких как томаты, пшеница, травяные растений и оливы), например, в полупустынных и пустынных климатических условиях, где является ограниченным доступное количество воды, и в то же самое время повышать или, по меньшей мере, поддерживать урожайность растений.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению, предлагается субстрат для выращивания растений, причем вышеупомянутый субстрат для выращивания растений содержит почву и/или другие природные среды для выращивания растений и пенополиуретановые хлопья в качестве добавки.
Согласно вариантам осуществления, полиуретановые хлопья состоят из пенополиуретана, у которого плотность составляет от 25 до 100 кг/м3, прогиб под действием сжимающей нагрузки (CLD) при 40% составляет от 5 до 50 кПа, увеличение объема при насыщении водой составляет не более чем 25%, и водно-буферная емкость составляет от 35 до 80%, причем данные хлопья имеют размеры в интервале от 0,1 до 100 мм.
Согласно вариантам осуществления, пенополиуретан, который используется для изготовления хлопьев согласно настоящему изобретению, имеет CLD в интервале от 5 до 15 кПа, плотность свободной пены, составляющую от 25 до 70 кг/м3, и водно-буферную емкость, составляющую от 40 до 60%.
Согласно вариантам осуществления, пенополиуретан, который используется для изготовления хлопьев согласно настоящему изобретению, имеет CLD, составляющий, по меньшей мере, 20 кПа, предпочтительно, по меньшей мере, 25 кПа, плотность свободной пены, составляющую от 20 до 50 кг/м3, эластичность, составляющую не более чем 30%, и увеличение объема при насыщении водой, составляющее не более чем 20%.
Согласно вариантам осуществления, пенополиуретан, который используется для изготовления хлопьев согласно настоящему изобретению, имеет эластичность, составляющую не более чем 40%, предпочтительно не более чем 30%, прогиб под действием сжимающей нагрузки (CLD) при 40%, составляющий, по меньшей мере, 16 кПа, предпочтительно, по меньшей мере, 20 кПа и предпочтительнее, по меньшей мере, 25 кПа, плотность свободной пены, составляющую, по меньшей мере, 20 кг/м3, предпочтительно 20 до 50 кг/м3, и увеличение объема при насыщении водой, составляющее не более чем 25% и предпочтительно не более чем 20%.
Согласно вариантам осуществления, хлопья согласно настоящему изобретению предпочтительно имеют размеры в интервале от 1 до 50 мм, предпочтительно от 10 до 30 мм и предпочтительнее от 12 до 20 мм.
Согласно вариантам осуществления, хлопья согласно настоящему изобретению могут быть покрыты добавками, такими как удобрения, отверждающие вещества и т. д.
Согласно вариантам осуществления, полиуретановые хлопья присутствуют в субстрате для выращивания растений в количестве, составляющем от 15 до 60 об.%, предпочтительно от 15 до 50 об.% и предпочтительнее от 20 до 30 об.% полиуретановых хлопьев при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений, в котором содержатся хлопья и почва и/или другая природная среда для выращивания растений.
Согласно вариантам осуществления, предлагается использование субстрата для выращивания растений согласно настоящему изобретению, в котором пенополиуретановые хлопья присутствуют в субстрате для выращивания растений в количестве, составляющем от 15 до 60 об.%, предпочтительно от 15 до 50 об.% и предпочтительнее от 20 до 30 об.% полиуретановых хлопьев при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений для выращивания растений в аэробных условиях.
Согласно вариантам осуществления, предлагается использование субстрата для выращивания растений согласно настоящему изобретению, в котором пенополиуретановые хлопья присутствуют в субстрате для выращивания растений в количестве, составляющем от 15 до 60 об.%, предпочтительно от 15 до 50 об.% и предпочтительнее от 20 до 30 об.% полиуретановых хлопьев при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений для повышения водоудержания субстрата для выращивания растений посредством добавления полиуретановых хлопьев в почву и/или другие природные среды для выращивания растений.
Согласно вариантам осуществления, полиуретановые хлопья присутствуют в субстрате для выращивания растений в таком количестве, что объемное соотношение хлопьев пеноматериала в субстрате для выращивания растений находится в интервале от 10:90 до 90:10 (об.%) и предпочтительно от 80:20 до 40:60 (об.%).
Согласно вариантам осуществления, предлагается использование субстрата для выращивания растений согласно настоящему изобретению, в котором пенополиуретановые хлопья присутствуют в субстрате для выращивания растений в таком количестве, что объемное соотношение хлопьев пеноматериала в субстрате для выращивания растений находится в интервале от 10:90 до 90:10 (об.%) и предпочтительно от 80:20 до 40:60 (об.%) в целях уменьшения выделения метана и других парниковых газов.
Согласно вариантам осуществления, предлагается использование субстрата для выращивания растений согласно настоящему изобретению в целях уменьшения выделения метана в процессе выращивания риса, причем вышеупомянутый процесс включает выращивание риса в смеси, содержащей воду, питательные вещества, пенополиуретановые хлопья по любому из пунктов 1-6 формулы настоящего изобретения, причем объемное соотношение хлопьев пеноматериала в субстрате для выращивания растений находится в интервале от 10:90 до 90:10 (об.%) и предпочтительно от 80:20 до 40:60 (об.%).
Независимые и зависимые пункты формулы изобретения определяют отличительные и предпочтительные особенности настоящего изобретения. Отличительные особенности зависимых пунктов формулы изобретения могут сочетаться с отличительными особенностями независимых или других зависимых пунктов формулы изобретения, насколько это является целесообразным.
Перечисленные выше и другие характеристики, отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения становятся очевидными из следующего подробного описания, в сочетании с которым следует рассматривать сопровождающие чертежи, которые иллюстрируют, в качестве примера, принципы настоящего изобретения.
Определения и термины
В контексте настоящей заявки представленные ниже термины имеют следующие значения:
1) Изоцианатный индекс или индекс NCO или индекс представляет собой соотношение изоцианатных групп и способных реагировать с изоцианатными группами атомы водорода, которые присутствуют в композиции, представленное как процентное соотношение:
([группы NCO]/[активные атомы водорода])⋅100%.
Другими словами, изоцианатный индекс выражает процентное содержание изоцианата, которое фактически используется в композиции, по отношению к количеству изоцианата, которое теоретически требуется для реакции с количеством способных реагировать с изоцианатными группами атомов водорода, которое используется в композиции.
Следует понимать, что изоцианатный индекс, который упоминается в настоящем документе, рассматривается с точки зрения фактического процесс пенообразования, в котором участвуют изоцианатный ингредиент и способные реагировать с изоцианатными группами ингредиенты, используемые на данной стадии реакции. Здесь учитываются только свободные изоцианатные группы и свободные способные реагировать с изоцианатными группами атомы водорода (в том числе атомы водорода воды), которые присутствуют на фактической стадии пенообразования.
Водный индекс представляет собой соотношение (Y/X)⋅100%, в котором Y представляет собой количество воды в граммах, которое фактически используется в композиции, и X представляет собой полное количество воды в граммах, которое теоретически требуется в той же самой композиции для того, чтобы получался изоцианатный индекс, составляющий 100.
2) Выражение "способные реагировать с изоцианатными группами атомы водорода", которое используется в настоящем документе для цели вычисления изоцианатного индекса, означает суммарное количество атомов водорода гидроксильных групп и аминогрупп, которые присутствуют в реакционно-способных композициях согласно настоящему изобретению в форме многоатомных спиртов, полиаминов и/или воды. Это означает, что для цели вычисления изоцианатного индекса в фактический процесс пенообразования считается, что одна гидроксильная группа содержит один реакционно-способный атом водорода, и одна молекула воды содержит два реакционно-способных атома водорода.
3) Термин "пенополиуретаны", который используется в настоящем документе, как правило, означает ячеистые материалы, которые образуют в процессе реакции полиизоцианаты и соединения, содержащие способные реагировать с изоцианатными группами атомы водорода, где используются пенообразующие вещества, и, в частности, он означает ячеистые материалы, которые образует вода как реакционно-способное пенообразующее вещество, когда реагируют вода и производящие изоцианатные группы мочевинные соединения и диоксид углерода, и в результате этого получаются содержащие полимочевину и полиуретан пеноматериалы.
4) Термин "номинальное число гидроксильных групп", или "номинальное число функциональных групп", или "число гидроксильных групп", которое используется в настоящем документе, означает функциональность (число гидроксильных групп в расчете на молекулу) многоатомного спиртового соединения при том предположении, что она представляет собой функциональность (число реакционно-способных атомов водорода в расчете на молекулу) одного или нескольких инициаторов, которые используются в процессе его изготовления, хотя на практике она оказывается несколько меньше вследствие ненасыщенности некоторых концевых групп. Термин "эквивалентная масса" означает молекулярную массу в расчете на способный реагировать с изоцианатной группой атом углерода в молекуле.
5) Слово "средний" означает "среднечисленный".
6) "Плотность" измеряется для образцов пеноматериалов, изготовленных в атмосферных условиях без использования вспомогательных пенообразующих веществ и в соответствии со стандартом ISO 845.
7) "Твердость" определяется как прогиб под действием сжимающей нагрузки (CLD) при 40%, измеряемый в соответствии со стандартом ISO 3386/1 при том условии, что твердость измеряется для сухих и неразрушенных образцов в течение первого цикла.
8) "Набухание пеноматериала" (ΔV) представляет собой процентное увеличение объема образцов пеноматериалов при насыщении водой на 100%:
где V2 представляет собой объем пеноматериала без поглощенной воды, и V1 представляет собой объем пеноматериала при максимальной абсорбции воды в условиях температуры 23°C и относительной влажности 50%. Для определения V1 пеноматериал выдерживается в воде в течение 24 часов в условиях атмосферного давления и температуры 23°C.
9) "Эластичность" измеряется в соответствии со стандартом ISO 8307 при том условии, что эластичность измеряется для сухих и неразрушенных образцов.
10) "Значения водоудержания" согласно настоящему изобретению измеряются посредством значений pF. В контексте настоящего изобретения значениям pF соответствуют объемы воды, которая удерживается в пеноматериале после того, как образец пеноматериала выдерживается в воде в течение заданного периода, и получается насыщенный водой образец пеноматериала, а затем на насыщенный водой пеноматериал воздействует пониженное давление на различных уровнях в течение заданного периода. На кривой pF измеренный объемное содержание воды, удерживаемой в пеноматериале, представлено на оси Y в зависимости от действующего пониженного (отрицательного) давления, которое представлено на оси X. На кривой pF значение pF0 соответствует объему воды, удерживаемой в насыщенном водой образце пеноматериала после того, как на вышеупомянутый образец пеноматериала в течение заданного периода воздействует давление, составляющее 0 см водяного столба. На кривой pF значение pF1 соответствует объему воды, удерживаемой в насыщенном водой образце пеноматериала после того, как на вышеупомянутый образец пеноматериала в течение заданного периода воздействует давление, составляющее -10 см водяного столба (981 Па). На кривой pF значение pF1,5 соответствует объему воды, удерживаемой в насыщенном водой образце пеноматериала после того, как на вышеупомянутый образец пеноматериала в течение заданного периода воздействует давление, составляющее -32 см водяного столба (3138 Па).
Значения pF0 и pF1, взятые с кривой pF, являются подходящими, чтобы вычислять водоудержание и, таким образом, доступность воды в пенополиуретане. Кроме того, значения pF0 и pF1 определяются следующим образом:
где Vf представляет собой начальный объем (мл), который имеет (сухой) образец пеноматериала, Vu представляет собой водопоглощение (которое измеряется в мл и означает объем воды, удерживаемой в насыщенном водой образце пеноматериала после того, как на вышеупомянутый образец пеноматериала в течение заданного периода воздействует давление, составляющее 0 см водяного столба) образца пеноматериала, когда он насыщается водой, и Vr-1 представляет собой объем (мл) воды, удерживаемой после того, как на насыщенный водой образец пеноматериала воздействует давление, составляющее -10 см водяного столба (981 Па) в течение заданного периода.
Значения Vf, Vu и Vr-1 определяются следующим образом: вырезается образец пеноматериала, имеющий заданные размеры, такие как 100×120×75 мм или 100×120×60 мм (длина × ширина × высота). Таким образом, значение Vf образца составляет 900 мл или 720 мл. Сухая масса образца пеноматериала определяется при температуре 105°C. Затем образец пеноматериала выдерживается в течение заданного периода, составляющего 6 часов, в условиях атмосферного давления и температуры 23°C в ванне с водой таким образом, что 1 см образца в направлении высоты выступает над поверхностью воды.
Затем образец полностью погружается в ванну с водой и выдерживается в течение 18 часов в условиях атмосферного давления и температуры 23°C. После этого образец помещается на сито с размером ячеек от 0,5 до 1 см в таких же условиях давления и температуры и выдерживается для стока воды в течение 30 минут.
Наконец, снова определяется масса образца пеноматериала, в котором содержится остаточная вода, и вычисляется значение Vu с учетом плотности воды, составляющей 1 кг/дм3. Затем насыщенный водой образец выдерживается в течение 24 часов в закрытом контейнере в условиях температуры 23°C, где на нижнюю поверхность образца воздействует давление, составляющее менее чем атмосферное давление, например, -10 см водяного столба (981 Па), при измерении от полувысоты образца пеноматериала в целях измерения значения pF1.
Наконец, повторно определяется масса образца, и вычисляется объем Vr-1 воды, удерживаемой в образце, с учетом плотности воды, составляющей 1 кг/дм3.
Устройство, которое может быть использовано для измерения значений pF и является подходящим для создания условий, в которых давление ниже атмосферного воздействует на нижнюю поверхность образца, представляет собой так называемую "песочницу", которая поставляется нидерландской компанией Eijkelkamp (www.eijkelkamp.com) и используется для измерений значений pF.
Вычисление содержания воды в расчете на объем также описывает стандарт ISO 11274 для образцов почвы после того, как на образцы почвы воздействует метрическое давление (см. раздел 5.5), и этот стандарт можно также применять для вычисления содержание воды в образцах пеноматериалов согласно настоящему изобретению. Здесь метрическое давление означает приложенное пониженное давление, выраженное в сантиметрах водяного столба.
11) "Водно-буферная емкость" (WBC, %) может определяться как разность значений pF0 и pF1,5 (в литературе предшествующего уровня техники также определяется как разность значений Φ0 и Φ32), где
и где Vf представляет собой начальный объем (мл), который имеет (сухой) образец пеноматериала, Vu представляет собой водопоглощение (которое измеряется в мл и означает объем воды, удерживаемой в насыщенном водой образце пеноматериала), и Vr-1 представляет собой объем (мл) воды, удерживаемой после того, как на насыщенный водой образец пеноматериала воздействует давление, составляющее -32 см водяного столба (3138 Па) в течение заданного периода. Значения Vf, Vu и Vr-1 определяются таким способом, как описано в пункте 10.
12) "Ненасыщение" смеси многоатомных спиртов, которая используется в процессе согласно настоящему изобретению, выражается в миллиэквивалентах ненасыщенных групп в расчете на грамм многоатомного спирта (мэкв/г) и определяется в соответствии со стандартом ISO 17710.
13) "Аэробные условия" означают присутствие кислорода или выращивание в присутствии кислорода. Аэробные почвы содержат насыщенный кислородом воздух, который поддерживает окислительные реакции, такие как разложение органических веществ почвы и циркуляция питательных веществ. Большинство встречающихся в природе почв являются аэробными.
14) "Анаэробные условия" означают отсутствие кислорода или выращивание при отсутствии кислорода. Почвы, которые оказываются затопленными или насыщенными водой, имеют анаэробные условия, потому что в них практически отсутствует содержащий кислород воздух для осуществления окислительных реакций. Например, "гибридная почва", используемая на рисовых полях, представляет собой почву, которая образуется в условиях насыщения водой, затопления или пребывания в воде в течение достаточно продолжительного времени в пределах вегетационного периода, чтобы в ее верхней части развивались анаэробные условия.
15) "Скрепленные пенополиуретановые хлопья" представляют собой пенополиуретан согласно настоящему изобретению, который сначала разрезается на пенополиуретановые хлопья и после этого покрывается полиизоцианатом (или форполимером) на основе связующей композиции, в которой содержится, например, метилендиизоцианат, а затем осуществляется прессование и отверждение.
16) "Субстрат для выращивания растений" означает субстрат, подходящий, чтобы выращивать растения, причем данный субстрат содержит, по меньшей мере, почву и/или другую природную среду для выращивания растений. Таким образом, природная среда для выращивания растений и почва здесь рассматриваются как основные компоненты субстрата для выращивания растений. Субстрат для выращивания растений согласно настоящему изобретению всегда содержит пенополиуретановые хлопья в качестве дополнительного компонента в субстрате для выращивания растений.
Подробное описание
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили способ, позволяющий повышать водоудержание почвы (или другой природной среды) и в то же самое время уменьшать количество воды, требуемой для выращивания растений. Эта задача решается, когда используются в сочетании определенный пенополиуретан и почва (или другая природная среда для выращивания растений), в частности, посредством добавления и/или замешивания хлопьев (частиц, имеющих заданный размер) определенного расширенного пенополиуретана в определенном количестве в почву (или другую природную среду для выращивания растений). Это представлено ниже в подробном описании как использование пенополиуретановых хлопьев в субстрате для выращивания растений в "аэробных условиях".
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили способ уменьшения количества метана, выделяющегося в связи с традиционным выращиванием риса. Эта задача решается, когда используются в сочетании определенный пенополиуретан и почва (или другая природная среда для выращивания растений), в частности, посредством добавления и/или замешивания хлопьев (частиц, имеющих заданный размер) определенного расширенного пенополиуретана в определенном количестве в почву (или другую природную среду для выращивания риса. Дополнительное использование хлопьев пеноматериала может обеспечивать более экономичное потребление воды в связи с выращивание риса. Это также представлено ниже в подробном описании как использование пенополиуретановых хлопьев в субстрате для выращивания растений в "анаэробных условиях".
В качестве полиуретановых хлопьев согласно настоящему изобретению могут присутствовать крошки или гранулы, или любые другие имеющие правильную или неправильную форму частицы различного или одинакового размера, или любые другие подходящие формы. Как правило, средний размер частиц хлопьев находится в интервале от 0,1 до 100 мм, предпочтительно в интервале от 1 до 50 мм (не более чем 50 мм), предпочтительнее в интервале от 10 до 30 мм и наиболее предпочтительно в интервале от 12 до 20 мм. Хлопья, имеющие медианный диаметр, составляющий приблизительно 15 мм, являются идеально подходящими для смешивания с почвой и/или другими природными субстратами.
Согласно вариантам осуществления, полиуретановые хлопья согласно настоящему изобретению можно повторно скреплять, получая скрепленные хлопья в форме листов, которые могут представлять собой плоские листы или листы в форме яичной скорлупы. Скрепленные хлопья в такой форме могут оказаться весьма пригодными для использования в ситуациях, в которых имеют значение прочность и твердость среды для выращивания растений, например, для использования в изготовлении зеленой кровли.
Согласно вариантам осуществления, количество, в котором пенополиуретановые хлопья используются в аэробных условиях, является таким, что хлопья присутствуют в субстрате для выращивания растений в количестве, составляющем от 15 до 60 об.%, предпочтительно от 15 до 50 об.% и предпочтительнее от 20 до 30 об.% полиуретановых хлопьев при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений (в котором содержатся хлопья и почва и/или другие природные среды для выращивания растений).
Присутствие пенополиуретановых хлопьев в субстрате для выращивания растений в количествах, составляющих от 15 до 60 об.% полиуретановых хлопьев по отношению к объему субстрата для выращивания растений, может приводить к повышению урожайности соответствующей культуры до 200% и более в зависимости от данной культуры (включая, в частности, водолюбивые растения, такие как томаты и огурцы), когда применяется нормального орошение, по сравнению с выращиванием культурных растений, для которого используется контрольный субстрат для выращивания растений (почва) без добавления полиуретановых хлопьев. Когда при орошении уменьшение количества воды составляет от 40 до 75%, урожайность растений, выращиваемых на субстрате для выращивания растений, содержащем от 15 до 60 об.% полиуретановых хлопьев в почве, составляет 100% по сравнению с контрольным субстратом для выращивания растений (почвой) в случае применения котором нормального орошения (в зависимости от выращиваемой культуры).
Согласно вариантам осуществления, количество пенополиуретановых хлопьев для использования в анаэробных условиях в целях сокращения выделения метана (CH4) составляет не менее чем 20 об.%, предпочтительно не менее чем 40 об.% и наиболее предпочтительно не менее чем 50 об.% при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений (в котором содержатся хлопья и почва и/или другая природная среда для выращивания растений). Присутствие более чем 50 об.% полиуретановых хлопьев в почве не приводит к какому-либо значительному отличию роста растений (например, при выращивании риса) по сравнению с контрольной почвой без добавления полиуретановых хлопьев. В случае применения в анаэробных условиях полиуретановые хлопья могут сокращать выделение метана до 80% при использовании полиуретановых хлопьев в количестве 75 об.% (оставшиеся 25% составляет почва или другая природная среды для выращивания растений) без учета объема воды.
Согласно вариантам осуществления, использование полиуретановых хлопьев согласно настоящему изобретению в анаэробных условиях может включать выращивание риса на смеси полиуретановых хлопьев с водой, питательными веществами и почвой. Количества воды и питательных веществ выбирают обычным способом специалисты в данной области техники таким образом, чтобы оптимизировать выращивание риса. В качестве питательных веществ выбираются вещества, которые обычно используются, такие как биомасса и удобрения, такие как нитраты и фосфаты. Аналогичным образом, в качестве почвы выбирается почва обычно используемых типов. Количество, в котором в субстрате для выращивания растений содержатся почва (или другая природная среда для выращивания растений) и хлопья пеноматериала, является таким, что объемное соотношение хлопьев пеноматериала в субстрате для выращивания растений находится в интервале от 10:90 до 90:10 (об.%) и предпочтительно от 80:20 до 40:60 (об.%), причем объемное процентное содержание определяется при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений, содержащего хлопья.
Хлопья пеноматериала согласно настоящему изобретению можно использовать в необработанном виде, или они могут быть обработанными; например, на хлопья можно наносить покрытия, в которых содержатся добавки, такие как крахмальное покрытие, покрытие, содержащее удобрения, и т. д., до и/или после дробления или измельчения пенополиуретана согласно настоящему изобретению.
Пенополиуретан, подходящий для использования в качестве полиуретановых хлопьев согласно изобретению
Пенополиуретаны, подходящие при использовании в субстратах для выращивания растений согласно настоящему изобретению, предпочтительно в качестве полиуретановых хлопьев, должны иметь хорошие характеристики водоудержания и низкий уровень набухания при насыщении водой на 100%. Таким образом, пенополиуретаны, подходящие для использования в почве согласно настоящему изобретению, должны иметь хорошие свойства смачивания, водоудержания и высвобождения воды.
Водопоглощение и, в частности, водоудержание пенополиуретана можно измерять, определяя значения pF (измеренное объемное содержание воды, удерживаемой в пеноматериале при применении давления, например, значение pF0 представляет собой количество удерживаемой воды в пеноматериале после того, как давление, составляющее 0 см водяного столба, воздействует на пеноматериал в течение 30 минут.
Пенополиуретан, подходящий для использования в субстратах для выращивания растений согласно настоящему изобретению, может представлять собой гибкий пенополиуретан, у которого плотность составляет от 25 до 70 кг/м3, прогиб под действием сжимающей нагрузки при 40% (CLD) составляет от 5 до 15 кПа, увеличение объема при насыщении водой составляет не более чем 25%, и водно-буферная емкость составляет от 40 до 60% (в настоящей заявке называется термином "пенополиуретан типа I"). Предпочтительно пеноматериалы имеют плотность, составляющую от 26 до 60 кг/м3, и прогиб под действием сжимающей нагрузки при 40% (CLD), составляющий от 5 до 12 кПа. Кроме того, более предпочтительные пеноматериалы имеют увеличение объема при насыщении водой, которое составляет не более чем 15%. Этот пенополиуретан описывает международная патентная заявка № 2011/042284, которая включается в настоящем документе посредством ссылки.
Пенополиуретан типа I, подходящий для использования в качестве полиуретановых хлопьев в субстратах для выращивания растений согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет значение pF0, составляющее, по меньшей мере, 60% и предпочтительно находящееся в интервале от 60 до 80%, причем данное значение pF0 измеряется после того, как на насыщенный водой образец пеноматериала, имеющий размеры 100×120×75 мм, в течение 30 минут воздействует давление, составляющее 0 см водяного столба.
Приведенная ниже таблица 1 кратко представляет типичные свойства пеноматериала, подходящего для изготовления полиуретановых хлопьев согласно настоящему изобретению.
| Таблица 1 Типичные свойства пенополиуретана типа I, подходящего для изготовления полиуретановых хлопьев согласно настоящему изобретению. |
||
| Типичные свойства | Метод исследования | Значение |
| Плотность пеноматериала (кг/м3) | ISO 845 | 29-39 |
| Твердость пеноматериала (при измерении в первом цикле сжатия на 40%) | ISO 3386-1 | 7-12 кПа |
| Исследование набухания (увеличение объема через 24 часа) | 10-20% | |
| Водопоглощение (г через 24 часа) | ≥25 | |
| Значение pH | 6-8 | |
| Значение pF0 | ISO 11274 (*) | 60-80% |
| Водно-буферная емкость (WBC) (pF0-pF1,5) | ISO 11274 | 40-60% |
| Определение микробиологической устойчивости | DIN EN 12225 | 100% |
| Определение устойчивости к окислению | DIN EN 13438 | 100% |
| Определение химической устойчивости | DIN EN 14030 | 100% |
| (*) Исследованный образец пеноматериала имел размеры 10×12×7,5 см |
В качестве альтернативы, пенополиуретан, подходящий для использования в субстратах для выращивания растений согласно настоящему изобретению, может представлять собой пенополиуретан, у которого эластичность составляет не более чем 40%, прогиб под действием сжимающей нагрузки (CLD) при 40% составляет, по меньшей мере, 16 кПа, плотность свободной пены составляет, по меньшей мере, 20 кг/м3, увеличение объема при насыщении водой составляет не более чем 25%, и водно-буферная емкость составляет, по меньшей мере, от 40 до 80% и более (в настоящей заявке называется термином "пенополиуретан типа II"). Предпочтительно пенополиуретан имеет CLD, который составляет, по меньшей мере, 20 кПа и предпочтительнее, по меньшей мере, 25 кПа, плотность, которая составляет от 20 до 50 кг/м3, эластичность, которая составляет не более чем 30%, и увеличение объема при насыщении водой, которое составляет не более чем 20%.
Пенополиуретан типа II, подходящий для использования в качестве полиуретановых хлопьев в субстратах для выращивания растений согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет значение pF0, составляющее, по меньшей мере, 70%, предпочтительно, по меньшей мере, 80% и предпочтительнее, по меньшей мере, 90%, причем данное значение pF0 измеряется после того, как на насыщенный водой образец пеноматериала, имеющий размеры 100×120×75 мм, в течение 30 минут воздействует давление, составляющее 0 см водяного столба.
Пенополиуретан типа II согласно настоящему изобретению может иметь значение pF1 в интервале от 10% до 90%, причем данное значение pF1 измеряется после того, как на насыщенный водой образец пеноматериала, имеющий размеры 100×120×75 мм, в течение 24 часов воздействует давление, составляющее -10 см водяного столба (981 Па).
Способ изготовления пенополиуретана, подходящего для использования в качестве полиуретановых хлопьев согласно изобретению
Далее представлены технологические процессы изготовления пенополиуретанов типа I и типа II, подходящих в изготовлении полиуретановых хлопьев для использования в субстратах для выращивания растений в аэробных и/или анаэробных условиях. Эти процессы представлены в качестве примера, но они не предназначаются, чтобы ограничивать настоящее изобретение.
Многоатомные спирты, которые можно использовать в качестве многоатомного спирта в описанных ниже процессов, включают соединения, которые образуются в результате полимеризации этиленоксида и пропиленоксида в присутствии, если это необходимо, многофункциональных инициаторов.
В технике являются известными полиизоцианаты, которые можно использовать как полиизоцианаты или полиизоцианатные форполимеры в представленных ниже процессах. Они образуются в реакции фосгена и смеси полиаминов, получаемых в результате кислотной конденсации анилина и формальдегида. Примерные подходящие имеющиеся в продаже полиизоцианаты представляют собой, в том числе, SUPRASEC® MPR (4,4'-дифенилметандиизоцианат от компании Huntsman) и SUPPRASEC® 2185 (полимерный MDI, имеющий изоциататный индекс составляет 30,7% и содержащий приблизительно 37,7 мас.% диизоцианата от компании Huntsman), а также смеси вышеупомянутых продуктов.
Пенополиуретан типа I, подходящий для использования в качестве полиуретановых хлопьев в субстратах для выращивания растений согласно настоящему изобретению, можно изготавливать, осуществляя процесс, который включает реакцию при изоцианатном индексе, составляющем от 20 до 70, и при водном индексе, составляющем от 200 до 400, в которой участвуют:
- полиизоцианатный форполимер, у которого изоцианатное число составляет от 20 до 30 мас.%, и который образуют в процессе реакции полиизоцианат, содержащий от 30 до 80 мас.% дифенилметандиизоцианата (MDI) и от 20 до 70 мас.% гомологов данного диизоцианата, причем данные гомологи имеют число изоцианатных функциональных групп, составляющее 3 или более, причем оба значения вычисляются по отношению к количеству полиизоцианата, и многоатомный спирт, у которого средняя молекулярная масса составляет от 62 до 1000, и среднее номинальное число гидроксильных функциональных групп составляет от 2 до 4,
- полиоксиэтилен-полиоксипропиленовый многоатомный спирт или смесь, содержащая такие многоатомные спирты, причем данные многоатомные спирты или их смесь имеет среднее номинальное число гидроксильных функциональных групп, составляющее от 2 до 4, среднюю молекулярную массу, составляющую от 2000 до 8000, и среднее содержание оксиэтиленовых групп, составляющее от 25 до 50 мас.% при вычислении по отношению к массе данного многоатомного спирта или смеси, соответственно,
- вода и
- необязательно способные реагировать с изоцианатными группами удлиняющие полимерные цепи вещества и/или сшивающие вещества, у которых средняя молекулярная масса составляет от 60 до 1999,
причем необязательно присутствуют вспомогательные вещества и добавки, которые используются в области техники полиуретанов.
Пенополиуретан типа II, подходящий для использования в качестве полиуретановых хлопьев в субстратах для выращивания растений согласно настоящему изобретению, можно изготавливать, осуществляя процесс, который включает реакцию при изоцианатном индексе, составляющем от 90 до 150, предпочтительно при индексе, составляющем от 95 до 120, и предпочтительнее при индексе, составляющем приблизительно от 100 до 110, в которой участвуют:
- полиизоцианат и/или форполимеры, основу которых составляют полиизоцианаты (имеющие изоцианатное число от 10 до 30%), в том числе дифенилметандиизоцианат (MDI) и соответствующие гомологи, у которых число изоцианатных функциональных групп составляет 3 или более, причем количество диизоцианата, вычисленное по отношению к суммарному количеству диизоцианатов и гомологов составляет от 20 до 80 мас.%, предпочтительно от 25 до 70% предпочтительнее от 25 до 55 мас.% MDI и от 80 до 20%, предпочтительно от 75 до 30% и предпочтительнее от 75 до 45 мас.% гомологов MDI, причем оба количества вычисляются по отношению к суммарному массовому количеству полиизоцианатов, и
- первый полиоксиэтилен-полиоксипропиленовый многоатомный спирт, у которого среднее номинальное число гидроксильных функциональных групп составляет от 2 до 6, средняя молекулярная масса составляет от 2000 до 12000, и содержание оксиэтиленовых групп составляет более чем 50 мас.%, что вычисляется по отношению к массе данного многоатомного спирта, и
- второй полиоксиэтилен-полиоксипропиленовый многоатомный спирт, у которого среднее номинальное число гидроксильных функциональных групп составляет от 2 до 6, средняя молекулярная масса составляет от 2000 до 6000, содержание оксиэтиленовых групп составляет от 20 до 45 мас.% при вычислении по отношению к массе этого многоатомного спирта, и
- содержание воды от 2 до 7 мас.%, и
причем котором массовое соотношение первого и второго используемых многоатомных спиртов находится в интервале от 60:40 до 20:80 и предпочтительно в интервале от 49:51 до 20:80.
Суммарное содержание оксиэтиленовых групп в первом и втором многоатомных спиртах в вышеупомянутом процессе составляет предпочтительно менее чем 50 мас.% при вычислении по отношению к суммарной массе первого и второго простых полиэфиров. Первый и второй простополиэфирные многоатомные спирты можно сначала смешивать, образуя устойчивую дисперсию, содержащую простополиэфирные многоатомные спирты, перед их добавлением в полиизоцианатную композицию. Первый и второй простополиэфирные многоатомные спирты являются известными в технике и/или имеются в продаже. Примерные простополиэфирные многоатомные спирты первого типа представляют собой Daltocel® F442, F444 и F555 (все от компании Huntsman), у которых содержание оксиэтиленовых групп составляет более чем 60 мас.%. Примерный простополиэфирный многоатомный спирт второго типа представляет собой Jeffol® G11-56 от компании Huntsman. Daltocel и Jeffol представляют собой товарные знаки компании Huntsman Corporation или ее дочерних предприятий, которые были зарегистрированы в одной или нескольких, но не во всех странах.
Полиизоцианаты, используемые для изготовления пенополиуретана типа II, можно получать, смешивая в соответствующих относительных количествах SUPRASEC®MPR (4,4'-дифенилметандиизоцианат от компании Huntsman) и SUPRASEC® 2185 (полимерный MDI, имеющий изоциататный индекс составляет 30,7% и содержащий приблизительно 37,7 мас.% диизоцианата от компании Huntsman). Можно также использовать смеси SUPRASEC® 2185 и SUPRASEC® MI 20 (от компании Huntsman), содержащие приблизительно 80 мас. ч. 4,4'-MDI, приблизительно 20 мас. ч. 2,4'-MDI и менее чем 2 мас. ч. 2,2'-MDI.
Использование полиизоцианата, у которого число функциональных групп составляет 3 и более, является преимущественным в процессе изготовления пенополиуретанов типа II, чтобы получать высокие значения pF1 (значения pF1, составляющие не менее чем 50%), потому что изоцианаты, у которых число функциональных групп составляет 3 и более, образуют пеноматериалы, которые содержат относительно более закрытые поры (мембраны ячеек) и, таким образом, имеют улучшенные свойства водоудержания.
Кроме того, способные реагировать с изоцианатными группами удлиняющие полимерные цепи вещества и/или сшивающие вещества, у которых средняя молекулярная масса составляет от 60 до 1999, можно вводить в вышеупомянутые процессы, чтобы изготавливать пенополиуретаны типа I и типа II. Примеры таких соединений представляют сбой бутандиол, этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, дипропиленгликоль, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, циклогександиметанол, глицерин, триметилолпропан, 1,2,6-гексантриол, пентаэритрит, сорбит, а также полиоксиэтиленовые многоатомные спирты, полиоксипропиленовые многоатомные спирты, полиоксиэтилен-полиоксипропиленовые многоатомные спирты и их смеси, у которых средняя молекулярная масса составляет приблизительно 200, 600 и 1000, а также смеси таких соединений. Количество, в котором используются эти удлиняющие полимерные цепи вещества и/или сшивающие вещества, составляет до 20 и предпочтительно до 10 мас. ч. на 100 мас. ч. вышеупомянутой смеси простополиэфирных многоатомных спиртов, у которых средняя молекулярная масса составляет 2000 и более.
Количество воды (содержание воды), которое используется в процессе согласно настоящему изобретению, чтобы изготавливать пенополиуретан типа I и типа II, находится предпочтительно в интервале от 2 до 7 мас.% и предпочтительнее в интервале от 3,5 до 6 мас.%.
Кроме того, в процессах изготовления пенополиуретанов типа I и типа II можно использовать катализатор, который ускоряет образование уретановых групп. Предпочтительно он используется в количестве, составляющем от 0,1 до 2 мас.% по отношению к суммарной массе всех способных реагировать с изоцианатами ингредиентов. Такие катализаторы являются общеизвестными в технике. Соответствующие примеры представляют собой аминные катализаторы, такие как триэтилендиамин, N,N-диметилэтаноламин, бис(N,N-диметиламиноэтиловый) эфир, 2-(2-диметиламиноэтокси)-этанол, N,N,N'-триметил-N'-гидроксиэтилбисаминоэтиловый эфир, N-(3-диметиламинопропил)-N,N-диизопропаноламин, N,N'-диэтилпиперазин и 1-(бис(3-диметиламинопропил)амино-2-пропанол, а также содержащие органические группы соединения металлов, такие как октаноат олова(II) и дилаурат дибутилолова. Кроме того, можно использовать смеси катализаторов.
Необязательно пенополиуретаны типа I и типа II согласно настоящему изобретению можно изготавливать в присутствии добавок и вспомогательных веществ, которые используются в области техники полиуретанов, такие как огнезащитные вещества, поверхностно-активные вещества, другие пенообразующее вещества, подавляющие дымообразование вещества, красящие вещества, технический углерод, противомикробные вещества, антиоксиданты, смазки, облегчающие выемку изделий из форм, наполнители и удобрения.
Пенополиуретаны типа I и типа II согласно настоящему изобретению изготавливают, объединяя и смешивая все ингредиенты и обеспечивая осуществление реакции. Пеноматериалы можно изготавливать, осуществляя процесс свободного пенообразования, процесс формования, процесс изготовления блоков, процесс изготовления многослойных материалов или процесс распыления. Когда пеноматериалы изготавливаются в форме, используется внешнее покрытие, которое составляет не более чем 100% и предпочтительно не более чем 50%. Когда используется процесс формования, пеноматериалы могут проявлять предпочтительную морфологию; когда два изделия из одинакового пеноматериала помещают друг на друга, и оба изделия насыщают водой, то нижнее изделие будет абсорбировать воду в меньшем количестве из верхнего изделия из пеноматериала, чем пеноматериал предшествующего уровня техники, изготовленный без данного внешнего покрытия.
Ингредиенты, используемые для изготовления пенополиуретанов типа I и типа II согласно настоящему изобретению, можно вводить независимо в смесительную головку пенообразующего устройства. Предпочтительно способные реагировать с изоцианатами ингредиенты предварительно смешивают, необязательно совместно с добавками и вспомогательными веществами, которые используются в области техники полиуретанов, прежде чем они смешиваются с полиизоцианатом.
Чертежи
Фиг. 1 иллюстрирует уменьшение выделения газообразного метана в процессе выращивания риса согласно настоящему изобретению, где 75 об.% полиуретановых хлопьев согласно настоящему изобретению добавляют в почву, по сравнению с выделением газообразного метана в процессе выращивания риса на почве без добавления полиуретановых хлопьев.
Фиг. 2 иллюстрирует схему устройства для осуществления эксперимента 2.
Фиг. 3 иллюстрирует воздействие различных режимов орошения на урожайность растений, выращиваемых на субстрате для выращивания растений с добавлением полиуретановых хлопьев по сравнению с воздействием различных режимов орошения на урожайность растений, выращиваемых на субстрате для выращивания растений без добавления полиуретановых хлопьев.
Фиг. 4 иллюстрирует результаты урожайности и роста, получаемые для оливковых деревьев, выращиваемых на субстратах для выращивания растений, имеющих различное содержание добавляемых полиуретановых хлопьев согласно настоящему изобретению.
Примеры
Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано следующими экспериментами и примерами.
Эксперимент 1. Выращивание риса
Пенополиуретан изготавливали следующим образом.
Полиизоцианат реагировал со смесью, содержащей 7,9 мас. ч. Daltocel® F442, 47,5 мас. ч. Daltocel® F489, 0,6 мас. ч. Jeffcat® DPA и 0,05 мас. ч. Jeffcat® ZF-10 (поставщик Huntsman; Daltocel® и Jeffcat® представляют собой товарные знаки компании Huntsman Corporation или ее дочернего предприятия, зарегистрированного в одной или нескольких, но не всех странах) и 0,25 мас. ч. Tegostab® B 8724 LF (поверхностно-активное вещество от компании Evonik) и 5,1 мас. ч. воды, при изоцианатном индексе 39,5 и водном индексе 280.
Используемый полиизоцианат представлял собой форполимер, полученный в процессе реакции 54 мас. ч. Suprasec® 2185 и 36 мас. ч. Suprasec® MPR (полиизоцианаты от компании Huntsman) и 10 мас. ч. Polyol 3380 (полиоксиэтилентриол от компании Perstorp, имеющий гидроксильное число, составляющее 382 мг KOH/г), и имеющий изоцианатное число, составляющее приблизительно 25,9 мас.%.
Пеноматериал имел плотность, составляющую приблизительно 30 кг/м3, CLD при 40%, составляющий 8,4 кПа, увеличение объема при насыщении водой, составляющее приблизительно 17%, и WBC, составляющее приблизительно 67%.
Получаемый таким способом пеноматериал разрезали, изготавливая хлопья, у которых средний размер частиц составляет не более чем 25 мм (размер ячеек сита).
Рис выращивали следующим образом (пример 1, который представляет собой сравнительный пример без использования пеноматериала): в контейнер, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда и размеры 100×100×15 см, помещали почвенный слой, имеющий толщину 12 см и содержащий гумус, причем поверх слоя гумуса помещали слой глины, толщина которого составляла приблизительно 1 см. В почву, которую покрывал слой воды глубиной 2 см, засевали 500 рисовых зерен. Солнечный свет имитировали оранжерейная лампа Bio Green Sirus X400 (ультрафиолетовая лампа) и инфракрасный нагреватель Tansun RIO IP мощностью 2000 Вт. Ультрафиолетовую лампу использовали в течение 12 часов в сутки.
В другом примере выращивания растений (пример 2) вместо почвы использовали смесь, содержащую такую же почву и вышеупомянутые пенополиуретановые хлопья в объемном соотношении 25/75. Этот пример выращивания осуществляли одновременно с описанным выше примером.
В течение периода выращивания количество выделяемого метана измеряли методом, аналогичным методу, который описан в статье Acta Meteorologica Sinica, 1990 г., т. 4, № 3, с. 265-275. В примере 1 количество выделяемого метана было приблизительно в 9 раз больше, чем соответствующее количество в примере 2.
Эксперимент 2. Добавление полиуретановых хлопьев в почву и воздействие на урожайность томатов, выращиваемых на этой почве
Основная цель данного исследования заключалась в том, чтобы определить урожайность растений и уменьшение расхода воды (орошения) при использовании различных концентраций введенных в почву хлопьев согласно настоящему изобретению (изготовленных с использованием пенополиуретана типа I). Для осуществления данного эксперимента использовали различные земельные участки, на которых в почву вводили е различные количества (об.%) хлопьев, и почву обрабатывали различным образом (профиль глубины), используя хлопья согласно настоящему изобретению.
Основные характеристики почвы, которую использовали в данных полевых экспериментах, заключались в том, что почва имела следующий состав:
- 38% частиц ила от 2 до 50 мкм);
- 42% частиц глины от 0 до 2 мкм;
- 20% частиц песка от 50 до 2000 мкм.
Для каждого участка (образца) осуществляли пять стадий следующим образом:
- снимали слой почвы толщиной 10 см и оставляли его для использования в качестве слоя, защищающего от ультрафиолетового излучения;
- разрыхляли почву, используя мотоблок, до глубины, соответствующей количеству почвы, подлежащей смешиванию с хлопьями;
- помещали полученную разрыхленную почву в смеситель (бетономешалку);
- добавляли в смеситель требуемый объем/массу хлопьев, слегка смачивали их водой во избежание их уноса ветром;
- перемешивали оба компонента;
- равномерно распределяли полученную смесь по соответствующему участку;
- покрывали участок защищающего от ультрафиолетового излучения слоя толщиной 10 см, используя почву, полученную на стадии 1.
Чтобы упростить работу, различные участки располагали в форме матрицы, имеющей 12 столбцов и 15 рядов. Участки имели площадь, составляющую 16 м2, и в обоих направлениях их разделяли буферные полосы, ширина которых составляла приблизительно 2 м (фиг. 2 иллюстрирует схему участка). В пределах каждого участка существовали три области:
1. "Буферная область" представляет собой область, которая не используется для эксперимента, но используется для отделения различных участков друг от друга. В этой области отсутствуют хлопья, внедренные в почву.
2. "Область отбора образцов" представляет собой область, из которой отбираются образцы почвы и выращиваемых растений, и которая предпочтительно располагается вблизи границы с областью измерения, чтобы не воздействовать на область фактических измерений урожайности и других параметров. В этой области в почве присутствуют добавленные хлопья, и используется режим орошения, описываемый моделью.
3. "Область измерения" представляет собой область, в которой осуществляется измерение урожайности и других параметров. В этой области в почве присутствуют добавленные хлопья, и используется режим орошения, описываемый моделью.
Устанавливали оросительную систему, посредством которой удовлетворялись требования орошения каждого участка. Орошение осуществляли капельным методом, используя трубы, имеющие мелкие отверстия, и один клапан для каждой зоны орошения (число таких зон составляло 21). Количество воды измеряли, используя расходомер, установленный на основной трубе. Все клапаны открывались одновременно и закрывались, когда заданное количество воды поступало на каждую отдельную зону орошения. Чтобы упростить установку и управление оросительной системы, участки, для которых требовался одинаковый уровень орошения, имели общую границу.
На каждом участке выращивали томаты. Все томатные растения имели высоту от 10 до 12 см и двухнедельный возраст во время пересадки в почву. В течение первых двух или трех недель орошение осуществляли, используя 100% оптимального количества воды для подачи на все участки, чтобы обеспечивать развитие корневой системы растений. После этого орошение различных участков осуществляли, как определяет таблица требуемого орошения (таблица 2). Таблица 3 кратко представляет количество (об.%) хлопьев согласно настоящему изобретению, которые вводили в почву на каждом участке.
| Таблица 2 Требуемое орошение каждого участка в эксперименте 2 |
||||||||||||
| A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | |
| 1 | 20% | 20% | 20% | 35% | 35% | 35% | 35% | 35% | 35% | 20% | 20% | 20% |
| 2 | 35% | 35% | 35% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 35% | 35% | 35% |
| 3 | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% |
| 4 | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% |
| 5 | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | Запасной | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | Запасной |
| 6 | Запасной | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | Запасной |
| 7 | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% |
| 8 | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% |
| 9 | 35% | 35% | 35% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 35% | 35% | 35% |
| 10 | 20% | 20% | 20% | 35% | 35% | 35% | 35% | 35% | 35% | 20% | 20% | 20% |
| 11 | 20% | 20% | 20% | 35% | 35% | 35% | 35% | 35% | 35% | 20% | 20% | 20% |
| 12 | 35% | 35% | 35% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 35% | 35% | 35% |
| 13 | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% | 60% |
| 14 | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% | 85% |
| 15 | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | Запасной | Запасной | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% |
| Таблица 3 Объемное процентное содержание хлопьев, введенных в почву на каждом участке в эксперименте 2 |
||||||||||||
| A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | |
| 1 | - | 40% | - | 55% | - | 25% | - | 25% | 55% | - | 40% | - |
| 2 | 55% | - | 25% | 40% | 40% | 15% | 40% | 40% | - | 25% | - | 55% |
| 3 | 40% | - | 65% | 40% | 40% | - | 40% | - | 65% | 40% | 15% | 40% |
| 4 | 55% | - | 25% | 55% | - | 25% | - | 55% | 55% | 25% | - | 25% |
| 5 | 40% | - | 40% | 75% | - | Запасной | 65% | - | 40% | 65% | - | Запасной |
| 6 | Запасной | 40% | - | 40% | 75% | - | 40% | - | 75% | 40% | - | Запасной |
| 7 | 55% | - | 25% | 55% | - | 25% | - | 55% | 55% | 25% | - | 25% |
| 8 | 40% | - | 65% | 40% | 40% | - | 40% | - | 65% | 40% | 15% | 40% |
| 9 | 55% | - | 25% | 40% | 40% | 15% | 40% | 40% | - | 25% | - | 55% |
| 10 | - | 40% | - | 55% | - | 25% | - | 25% | 55% | - | 40% | - |
| 11 | - | 40% | - | 55% | - | 25% | - | 25% | 55% | - | 40% | - |
| 12 | 55% | - | 25% | 40% | 40% | 15% | 40% | 40% | - | 25% | - | 55% |
| 13 | 40% | - | 65% | 40% | 40% | - | 40% | - | 65% | 40% | 15% | 40% |
| 14 | 55% | - | 25% | 55% | - | 25% | - | 55% | 55% | 25% | - | 25% |
| 15 | - | 65% | - | 40% | 65% | Запасной | Запасной | 40% | - | 75% | 40% | - |
Приведенная ниже таблица 4 кратко представляет результаты эксперимента 2. Каждое значение в данной таблице соответствует урожайности томатов на томатных растениях (урожайность томатов учитывает только массу плодов).
| Таблица 4 Краткое представление результатов эксперимента 2. Средняя урожайность представляет собой результаты нескольких измерений на участках, имеющих одинаковые условия орошения |
||||||||||
| 100% ETM | 85% ETM | 60% ETM | 35% ETM | 20% ETM | ||||||
| С хлопьями | Без хлопьев | С хлопьями | Без хлопьев | С хлопьями | Без хлопьев | С хлопьями | Без хлопьев | С хлопьями | Без хлопьев | |
| Средняя урожай-ность (тонн/ гектар) |
85,7 | 42,0 | 50,2 | 36,3 | 41,3 | 31,7 | 31,8 | 23,7 | 24,1 | 17,3 |
| Уровень орошения (мм) | 603 | 603 | 500 | 500 | 399 | 399 | 248 | 248 | 202 | 202 |
Фиг. 3 иллюстрирует воздействие различных режимов орошения на урожайность растений, выращиваемых на почве, содержащей добавленные полиуретановые хлопья, по сравнению с урожайностью растений, выращиваемых на почве без добавленных полиуретановых хлопьев. Другими словами, данный график показывает, что при использовании одинакового уровня орошения (100% ETM) увеличение урожайности, составляющее приблизительно 200%, может быть достигнуто за счет добавления хлопьев в почву. В случае добавления в почву хлопьев согласно настоящему изобретению можно обеспечивать уменьшение орошения, составляющее 60% ETM, и одинаковую урожайность в сопоставлении со сравнительной почвой, в которой отсутствовали добавленные хлопья (причем почва без добавления хлопьев получала орошение, составляющее 100% ETM).
Эксперимент 3. Воздействие введения полиуретановых хлопьев в почву на урожайность оливок на оливковых деревьях.
Фиг. 4 иллюстрирует результаты воздействия введения в почву полиуретановых хлопьев согласно настоящему изобретению на урожайность оливок.
В результате введения в почву 20 об.% полиуретановых хлопьев согласно настоящему изобретению (вычислено как соотношение объема хлопьев и суммарного объема хлопьев и почвы) обеспечивается оптимальная урожайность (наибольшее число оливок). Полиуретановые хлопья в количестве 20 об.%, по-видимому, стимулирует урожайность оливковых деревьев, причем максимальное число оливок было достигнуто при введении в почву полиуретановых хлопьев в количестве 20 об.%, в то время как более крупные плоды (но в меньшем количестве) были получены при введении в почву полиуретановых хлопьев в количестве 30 об.%.
1. Субстрат для выращивания растений, в котором содержатся:
- почва и/или другая природная среда для выращивания растений и
- пенополиуретановые хлопья в качестве добавки,
в котором пенополиуретан имеет плотность от 25 до 100 кг/м3, прогиб под действием сжимающей нагрузки (CLD) при 40% от 5 до 50 кПа, увеличение объема при насыщении водой не более чем 25% и водно-буферную емкость, составляющую от 35 до 80%, и в котором хлопья имеют размеры в интервале от 0,1 до 100 мм, и где при использовании в анаэробных условиях количество почвы и/или другого природного субстрата и хлопьев пеноматериала в субстрате для выращивания растений таково, что объёмное соотношение пенополиуретановых хлопьев в субстрате для выращивания растений находится в интервале от 10:90 до 90:10 (об.%), причем объемный % вычисляется в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений, содержащего хлопья, и где, при использовании в аэробных условиях, количество пенополиуретановых хлопьев в субстрате для выращивания растений составляет от 15 до 60 об.% полиуретановых хлопьев, при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений.
2. Субстрат по п. 1, в котором пенополиуретан имеет CLD в интервале от 5 до 15 кПа, плотность свободной пены от 25 до 70 кг/м3, и водно-буферную емкость от 40 до 60%.
3. Субстрат по п. 1, в котором пенополиуретан имеет CLD, составляющий, по меньшей мере, 20 кПа, предпочтительно, по меньшей мере, 25 кПа, плотность свободной пены от 20 до 50 кг/м3, эластичность не более чем 30% и увеличение объема при насыщении водой не более чем 20%.
4. Субстрат по п. 1, в котором пенополиуретан имеет эластичность не более чем 40%, предпочтительно не более чем 30%, прогиб под действием сжимающей нагрузки (CLD) при 40%, по меньшей мере, 16 кПа, предпочтительно, по меньшей мере, 20 кПа и предпочтительнее, по меньшей мере, 25 кПа, плотность свободной пены, по меньшей мере, 20 кг/м3, предпочтительно 20 до 50 кг/м3 и увеличение объема при насыщении водой не более чем 25%, предпочтительно самое большее 20%.
5. Субстрат по любому из пп. 1-4, в котором хлопья имеют размеры в интервале от 1 до 50 мм, предпочтительно от 10 до 30 мм, предпочтительнее от 12 до 20 мм.
6. Субстрат по любому из пп. 1-4, в котором полиуретановые хлопья покрыты добавками, такими как удобрение, отверждающие вещества.
7. Субстрат по любому из пп. 1-4, в котором хлопья присутствуют в субстрате для выращивания растений в количестве предпочтительно от 15 до 50 об.% и предпочтительнее от 20 до 30 об.% при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений, содержащего хлопья.
8. Субстрат по любому из пп. 1-4, в котором объемное соотношение хлопьев пеноматериала в субстрате для выращивания растений находится в интервале предпочтительно от 80:20 до 40:60 (об.%), причем объемное процентное соотношение вычисляется в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата для выращивания растений, содержащего хлопья.
9. Субстрат по любому из пп. 1-4, в котором количество хлопьев пеноматериала в субстрате для выращивания растений, используемом в анаэрбных условиях, в целях сокращения выделения метана составляет не менее чем 20 об.%, предпочтительно не менее чем 40 об.% и наиболее предпочтительно не менее чем 50 об.% при вычислении в расчете на объем хлопьев по отношению к полному объему субстрата.
10. Использование субстрата по любому из пп. 1-6, 9 в целях уменьшения выделения метана и других парниковых газов.
11. Использование субстрата по любому из пп. 1-6, 9 в целях выращивания риса.
12. Использование субстрата по любому из пп. 1-6, 7 в целях выращивания растений в аэробных условиях, в которых повышается водоудержание.
