DE69611792T2

DE69611792T2 - Wasseraufsaugendes pflanzenwuchssubstrat mit furanharz

Info

Publication number: DE69611792T2
Application number: DE69611792T
Authority: DE
Inventors: Frank De Groot; Brede Husemoen
Original assignee: Rockwool International AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2016-08-31
Also published as: JP2002503947A; EP0849987A1; EP0849987B1; DE69611792D1; CA2230791C; US6032413A; ES2154833T3; PL185080B1; AU6986396A; PL328077A1; CA2230791A1; WO1997007664A1; GR3035723T3; JP3819031B2; DK0849987T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrophiles Pflanzenwachstumssubstrat, insbesondere ein Substrat auf Basis einer kohärenten Matrix aus Mineralwolle, die aufgrund der Verwendung eines bestimmten gehärteten Harzes hydrophil ist.
Pflanzenwachstumssubstrate können die Form von in einer Schale aufgenommenen Propfen, von Würfeln, deren aufrechten Seitenflächen von einer Folie umgeben sind, oder von in Plastik eingewickelten Platten haben.
Die heutzutage verwendeten Pflanzenwachstumssubstrate auf Basis einer koharenten Matrix aus Mineralwolle verwenden als gehärtetes Bindemittel allgemein ein Phenol-Formaldehydharz. Aufgrund der Verwendung dieser Art von Bindemitteln muss die Matrix aus Mineralwolle mit einem sogenannten Benetzungsagens versehen werden, um dem Substrat hydrophile Eigenschaften zu verleihen. Das heisst, die Matrix kann Wasser innerhalb einer relativ kurzen Zeit bis zu Sättigungsmengen absorbieren.
DE-A-40 24 727 betrifft ein Pflanzenwachstumssubstrat, aufweisend eine kohärente hydrophile Matrix aus Mineralwollfasern, die miteinander über ein Bindemittel auf Basis eines Phenol- Formaldehydharzes verbunden sind. Diesem bekannten Wachstumssubstrat werden durch Verwendung eines hydrophilen Mittels hydrophile Eigenschaften verliehen.
US-A-3854988 betrifft ein Verfahren zum Binden von Produkten aus Mineralwolle unter Verwendung eines Copolymers auf Basis von Harnstoff-Formaldehyd. Ein Copolymer wird durch Zugabe von Furfurylalkohol und Polyethylenglycol gebildet. Diese Copolymerharzlösung wird mit Fasern aus Mineralwolle kontaktiert.
Obwohl diese Art von bekannten Pflanzenwachstumssubstraten vielseitig verwendet wird, gibt es stetige Forschung, um Pflanzenwachstumssubstrate, insbesondere die Phytotoxizität der verwendeten Chemikalien, zu verbessern. Diese Phytotoxizität kann zum Beispiel auf das verwendete Benetzungsagens oder auf das Bindemittel zurückzuführen sein.
Demgemäß betrifft die Erfindung Pflanzenwachstumssubstrate, die eine kohärente hydrophile Matrix aus Mineralwollefasern aufweisen, die miteinander über ein Bindemittel auf Furanharzbasis verbunden sind, sowie die Verwendung von Produkten, die unter Verwendung eines Furanharzes hergestellt sind, zum Kultivieren von Pflanzen.
Die Pflanzenwachstumssubstrate gemäß der Erfindung enthalten eine kohärente Matrix aus Mineralwolle. Als Mineralwolle können Steinwolle, Glaswolle und/oder Schlackenwolle verwendet werden. Diese Matrizen werden unter Verwendung herkömmlicher Herstellungsverfahren hergestellt, die nur von der Ausgangswolle abhängen.
Für die erfindungsgemäßen Pflanzensubstrate kann eine kohärente Matrix aus Mineralwolle verwendet werden. Die Kohärenz wird durch Härten des angewendeten Furanharzes derart erhalten, daß die Fasern mechanisch miteinander verbunden werden, wobei die Verbindungen im wesentlichen wasserresistent sind. Es ist jedoch anzumerken, daß das Pflanzenwachstumssubstrat aus einem sogenannten Granulat bestehen kann, das die Form von Flocken aus Mineralwolle hat, die jeweils eine Mehrzahl von Fasern aufweisen, und deren Größe 0,2-5 cm beträgt.
Wird das erfindungsgemäße Pflanzenwachstumssubstrat gehärtet und als eine kohärente Matrix ausgebildet, so kann das Substrat (das eine höhere Dichte aufweist) eine Druckfestigkeit von bis zu 50 kPa haben, wie beispielsweise eine Druckfestigkeit in dem Bereich von 10-45 kPa.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter hydrophiler Eigenschaft zu verstehen, daß Wasser in einem beträchtlichen Ausmass/Menge absorbiert wird, was durch den sogenannten Sinktest in Wasser, dem kein Surfactant zugegeben wird, oder durch Aufbringen mechanischer Kraft auf das Substrat gemessen werden kann. Es ist anzumerken, dass das Pflanzenwachstumssubstrat der Erfindung auch dann gute (hydrophile) Pflanzenwachstumseigenschaften hat, wenn kein Benetzungsmittel verwendet wird.
Die Furanharze, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, gehen auf das Polymerisieren mindestens eines Furanmoleküls mit der allgemeinen Formel
zurück. In dieser allgemeinen Formel sind A und B polymerisierbare Gruppen. Aufgrund der Polymerisation werden Dimer-, Oligomer- und Polymermoleküle gebildet, bei denen die Furanringstruktur von mindestens einer anderen Furanstruktur durch die Gruppe A und/oder B getrennt ist. Desweiteren kann der Furanring weniger ungesättigt sein, d. h. er kann nur eine oder keine Kohlenstoff-Kohlenstoffdoppelbindung an der 2-, 3- oder 4-Position in der Ringstruktur aufweisen.
Die polymerisierbaren Gruppen A und B können ausgewählt sein aus: Wasserstoff, C&sub1;-C&sub1;&sub0; Alkylgruppen, polysubstituierten Vinylradikalen, polysubstituierten aromatischen Gruppen, Ketonen, Anhydriden, polysubstituiertem Furfuryl, Hydroxylen, Aldehyden, Carboxylsäuren, Estern, Aminen, Iminen, Alkynen, Alkylhaliden, aromatischen Haliden, olefinischen Haliden, Ethern, Thiolen, Sulfiden, Nitrilen, Nitro-Gruppen, Sulfonen, Sulfonsäuren, und Mischungen davon.
Demgemäß enthalten die sich wiederholenden Gruppen in dem durch Polymerisation erhaltenen Produkt:
Furan, Furfuryl, Furfurylalkohol,
5-Hydroxymethyl-2-Furancarboxyaldehyd,
5-Methyl-2-Furancarboxyaldehyd, 2-Vinylfuroat,
5-Methyl-2-Vinylfuroat; 5-Tertbutyl-2-Vinylfuroat,
2-Furfurylmethacrylat, 2-Furfurylmethylmethacrylat,
2-Vinylfuran, 5-Methyl-2-Vinylfuran,
2-(2-Propylen)Furan (oder 2-Methylvinylidenfuran),
5-Methyl-2-Methylvinylidenfuran;
Furfurylidenaceton, 5-Methyl-2-Furfuryliden, Aceton,
2-Vinyltetrahydrofuran, 2-Furyloxiran,
5-Methyl-2-Furyloxiran, Furfurylvinylether,
5-Methyl-Furfurylvinylether,
Vinyl-2-Furylketon,
Bis-2,5-Carboxyaldehydfuran,
Bis-2,5-Hydroxymethylfuran,
5-Hydroxymethyl-2-Ethylfuranacrylat,
2,5-Furandicarboxylsäure,
2,5-Furandisäuredichlrorid,
2,5-Furandicarboxylsäure Dimethylester,
2,5-Furanmethylamin,
5-Carboxy-2-Furanamin,
5-Methylester-2-Furanamin,
Bis-(2,5-Methylenisocyanatfuran>
Bis (2,5-Isocyanatfuran),
2-Isocyanatfuryl, und
2-Methylenisocyanatfuryl.
Die Furanharze können als Konzentrat oder in verdünnter Form in einem geeigneten Lösungsmittel wie beispielsweise Wasser verwendet werden. Der Feststoffanteil in einer Furanharzzusammensetzung kann beim Injizieren ab 1 Gew.-%, im allgemeinen weniger als 40 Gew.-%, beispielsweise 2-30 Gew.-%, wie 5-20 Gew.-%, betragen. Ein geeignetes Furanharz-Bindemittel ist ein Farez M (TM)-Typ von QO-Chemicals. Aufgrund der Verwendung dieser Furanharze hat das Pflanzenwachstumssubstrat eine hervorragende bräunliche Farbe. Die Dichte des Substrats beträgt ca. 10-150 kg/mb wie beispielsweise 40-120 kg/m³.
Das Furanharz kann durch Polymerisation, wie beispielsweise durch Polyadditions-Polymerisation und Kondensations- Polymerisation gebildet werden. Diese Polymerisierungen sind im Stand der Technik bekannt.
Um die Viskosität des zu verwendenden Polymerisationspräparates zu reduzieren, kann ein Hilfslösungsmittel verwendet werden.
Geeignete Hilfslösungsmittel sind organische Mono-, Di- und Polysäuren wie beispielsweise Lävulinsäure und Maleinsäure. Hilfslösungsmittel können in einer Menge bis zu 15 Gew.-%, wie beispielsweise 2-10 Gew.-% oder im allgemeinen 4-8 Gew.-%, verwendet werden.
Um ein Furanharz zu härten, kann die Furanharzzusammensetzung einen Katalysator enthalten. Beispiele sind anorganische und organische Säuren wie beispielsweise Chlorwasserstoffsäure und Maleinsäure. Andere Beispiele von Katalysatoren sind Friedel- Crafts-Katalysatoren wie beispielsweise Aluminiumchlorid.
Andere Beispiele sind Salze anorganischer und organischer Säuren wie Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat und das Harnstoffsalz von Toluolsulfonsäure. Je nach Art des Katalysators kann bis zu 20 Gew.-%, im allgemeinen in dem Bereich von 1-15 Gew.-%, wie beispielsweise 8-10 Gew.-%, verwendet werden.
Um die Kohäsion zum Binden auf der Oberfläche der Faser oder des Fasermaterials zu verbessern, kann ein Kupplungsmittel enthalten sein. Beispiele von Kupplungsmitteln sind Silane oder Organotitanate und Organozirkonäte. Beispiele geeigneter Silankupplungsmitteln sind N-Methyl-3-Aminopropyl- Trimethoxysilan und 3-Aminopropyl-Triethoxysilan.
Desweiteren können Surfactante und Extender in der Furanharzzusammensetzung verwendet werden.
Um die Staubbildung während der Herstellung des Pflanzensubstrats und während der Handhabung eines Minerals zu vermeiden, kann ein hydrophobes Öl zugefügt werden, das gebildete Substrat behält jedoch seine hydrophilen Eigenschaften bei.
Anstatt der Verwendung nur furanähnlicher Moleküle bei der Polymerisierungsreaktion können auch Copolymerisierungen, bei denen andere Monomere verwendet werden, wie beispielsweise Formaldehyd und Phenol, eingesetzt werden. Durch Verwendung dieser Co-Monomere können die hydrophilen Eigenschaften des Harzes wunschgemäß angepaßt werden. Formaldehyd und Phenol können in mehreren Mengen bis zu 50%, im allgemeinen in einer Menge von 1-45%, wie beispielsweise 2-30%, wie beispielsweise 5-10%, verwendet werden. Durch die Verwendung dieser Monomere kann die hydrophile Eigenschaft wunschgemäß dementsprechend eingestellt werden. Wenn andere Monomere in der Bindemittelzusammensetzung enthalten sind, so ist jedoch Formaldehyd ein bevorzugtes Monomer.
Wird Formaldehyd als Co-Monomer verwendet, so ist es bevorzugt, daß die Furanharzzusammensetzung ein Formaldehyd-Spülmittel wie beispielsweise Ammoniak oder Harnstoff enthält. Je nach Menge des verwendeten Formaldehyds kann Ammoniak und/oder Harnstoff in Mengen bis zu 5 Gew.-%, wie beispielsweise 0,1-3 Gew.-%, insbesondere 0,5-2 Gew.-%, vorhanden sein.
Bevorzugt ist ein Furanharz auf Furfurylalkohol-Basis und enthält eine kleine Menge von Formaldehyd, Katalysatoren, Formaldehyd-Spülmittel und Kupplungsmittel.
Diese Furanharzzusammensetzung wird verwendet und wird auf Steinwollfasern nach deren Herstellung appliziert, während diese noch in der Luft schweben. Furanharz wird in einer solchen Menge appliziert, daß der Harzanteil des Pflanzenwachstumssubstrats etwa 1-10 Gew.-%, wie beispielsweise 1,5-5 Gew.-%, insbesondere 2-3,5 Gew.-% beträgt.
Es ist anzumerken, daß, sogar dann, wenn während der Herstellung des erfindungsgemäßen Pflanzenwachstumssubstrates 0,2-0,5% des Tränköls verwendet wurde, die Absorption von Wasser sich nicht ändert und immer noch etwa 100% betrug.
Nachstehend gibt Tabelle 1 Eigenschaften des Pflanzenwachstumssubstrates gemäß der Erfindung an, die auf Basis eines Furanharzes, insbesondere eines Furfurylalkoholharzes, sind. Tabelle 1
Die folgenden Beispiele zeigen die Eignung der hydrophilen Pflanzenwachstumssubstrate gemäß der Erfindung, welche hydrophile Pflanzenwachstumssubstrate das Furanharz-Bindemittel enthalten. Es ist zu betonen, daß die erfindungsgemäßen Substrate auf Basis des Furanharz-Bindemittels kein Benetzungsmittel enthalten. Im Gegensatz dazu enthalten die herkömmlichen Substrate auf Phenolharzbasis, die zu Vergleichszwecken in dem Beispiel verwendet werden, traditionelle Benetzungsmittel. Diese Beispiele sind als beispielgebend zu verstehen, um die Erfindung zu erläutern, und sollen den Umfang der Erfindung nicht darauf beschränken.

Beispiel 1

Das Pflanzenwachstumssubstrat wurde in herkömmlicher Weise in einer Dichte von 45 und in einer Dichte von 100 kg/m³ hergestellt und wurde für Pflanzenwachstum verwendet (Furanharzanteil etwa 3 Gew.-%). Gurkenpflanzen wurden auf diesen Substraten zum Wachsen gebracht und ergaben Pflanzen, die in ähnlicher Weise wie Pflanzen, die auf Pflanzenwachstumssubstraten auf Phenol-Formaldehydharzbasis und mit einem Benetzungsmittel gezogen wurden, Gurken wachsen ließen und ergeben haben.

Beispiel 2

Ähnliche Wachstumssubstrate der Erfindung, wie sie in Beispiel 1 verwendet werden, (weiterhin enthaltend 0,5% Tränköl) wurden zum Ziehen von Gartenkresse (herkömmliche Nahrungsmittellösung; EC = 1, pH 6,7) verwendet. Im Gegensatz zu einem Standard- Wachstumssubstrat oder Granulat wurden keine Wachstumsunterschiede bis zu nach acht Tagen beobachtet. Bei einem Toxizitätstest wurden nach acht Tagen keine Wachstumsunterschiede beobachtet.

Beispiel 3

Erfindungsgemäße Wachstumsblöcke mit einer Standardgröße mit Furanharz als Bindemittel wurden bei Fortpflanzungstesten in einem Gewächshaus untersucht. Die Wachstumsblöcke enthielten 2 Gew.-% Furanharz, und während ihrer Herstellung wurde kein Mineralöl zugegeben. Da die hydrophilen Eigenschaften der Wachstumsblöcke unabdingbar sind, wurde die Sinkzeit der Blöcke während der Herstellung gemessen, und hervorragende Sinkzeiten von nur 8-12 Sekunden wurden erhalten. Tomaten und Gurken wurden getestet und die Ergebnisse wurden mit denjenigen von Wachstumsblöcken verglichen, die aus derselben Mineralwolle aber mit phenolischem Harz als Bindemittel bestanden.
Bei Tomaten wurden die Tomatenpflanzen 13 Tage nach der Aussaat in die Wachstumsblöcke gepflanzt und die Ergebnisse wurden 23 Tage nach der Aussaat gesammelt.
Für Gurken hat der Aussaat nach der Sättigung stattgefunden und die Ergebnisse wurden 22 Tage nach dem Aussaat gesammelt.
Die Pflanzenwachstumsergebnisse (Frischgewicht [g/Pflanze]) sind wie folgt: Tomatenpflanzen 136,2 g/Pflanze; bzw. 116,2 g/Pflanze für Furanharz bzw. für phenolisches Harz.
Für Gurken haben die Furanharz aufweisenden Wachstumsblöcke 82,3 g/Pflanze ergeben, und Wachstumsblöcke mit phenolischem Harz ergaben 81,5 g/Pflanze.

Beispiel 4

Wachstumsuntersuchungen bei vollem Maßstab in Platten mit Gurke, Tomate und Paprika ergaben wie in Tabelle 2 gezeigt Ergebnisse aus Fortpflanzungstesten. Die Platten enthielten 2- 3,3 Gew.-% Bindemittel und das Ergebnis ist für das Wachstumssubstrat mit Furanharz in Prozent des Ergebnisses für das Wachstumssubstrat mit Phenolharz angegeben. Tabelle 2

Beispiel 5

Wachstumsuntersuchungen in vollem Maßstab bei Bauern mit Gurke, Tomate und Paprika ergaben die folgenden Schlußfolgerungen, die nach 4-6 Monaten nach der Aussaat beurteilt wurden. Es gab einen signifikanten Unterschied zwischen mit Furanharz verbundenen Platten und mit phenolischem Harz verbundenen Platten hinsichtlich der Durchdringungsresistenz, des pH- Wertes, des Wassergehalts und der elektrischen Leitfähigkeit. Das mit Furanharz gebundene Material weist eine bessere anfängliche Verwurzelung, eine etwas frühere Fruchtbildung und eine bessere Plattenfestigkeit auf.

Claims

1. Pflanzenwachstumssubstrat, aufweisend eine kohärente, hydrophile Matrix aus Mineralwollfasern, die miteinander über ein Bindemittel verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel auf Furanharzbasis ist.

2. Substrat wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei das Furanharz durch Polymerisierung mindestens eines Furanmoleküls mit der allgemeinen Formel:

und/oder seinen weniger ungesättigten Analogien erhalten wird, wobei jeweils A und B eine polymerisierbare Gruppe sind.

3. Substrat wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei A und B unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt sind, enthält: Wasserstoff, C&sub1;-C&sub1;&sub0; Alkylgruppen, polysubstituierte Vinylradikale, polysubstituierte aromatische Gruppen, Ketone, Anhydride, polysubstituierte Furfuryl, Hydroxyle, Aldehyde, Carboxylsäuren, Ester, Amine, Imine, Alkyne, Alkylhalide, aromatische Halide, Olefinhalide, Ethere, Thiole, Sulfide, Nitrile, Nitro-Gruppen, Sulfone, Sulfonsäuren und Mischungen davon.

4. Substrat gemäß Anspruch 2-3, wobei das Furanmolekül Furfurylalkohol ist.

5. Substrat wie in Anspruch 1-4 beansprucht, wobei das Furanharz ein Hilfslösungsmittel enthält.

6. Substrat gemäß Anspruch 1-5, wobei das Furanharz einen Polymerisationskatalysator enthält.

7. Substrat gemäß Anspruch 1-6, wobei das Furanharz ein Ankopplungsmittel enthält.

8. Substrat gemäß Anspruch 1-7, wobei das Furanharz einen Surfactanten, ein Farbmittel und/oder einen Extender enthält.

9. Substrat gemäß Anspruch 1-8, wobei das Furanharz durch Copolymerisierung erhalten wird.

10. Substrat gemäß Anspruch 1-9, wobei die Polymerisation weiterhin Formaldehyd und/oder Phenol enthält.

11. Substrat gemäß Anspruch 10, wobei das Furanharz ein Formaldehyd-Spülmittel enthält.

12. Substrat gemäß Anspruch 1-11, das eine Dichte von 15-150 kg/m³ hat.

13. Substrat gemäß Anspruch 1-12, wobei das Bindemittel gehärtet ist.

14. Verwendung einer kohärenten, hydrophilen Matrix aus Mineralwollfasern, die miteinander über ein Bindemittel verbunden sind, als Pflanzenwachstumssubstrat, gekennzeichnet dadurch, daß das Bindemittel auf Furanharzbasis ist.

15. Verwendung gemäß Anspruch 14, wobei das Bindemittel gehärtet ist.