DE202011002784U1

DE202011002784U1 - Hydrogelkomposit-Suspension

Info

Publication number: DE202011002784U1
Application number: DE202011002784U
Authority: DE
Original assignee: ISOLDE M GLIENKE; Isolde M Glienke 10557 Berlin); Inotec Glienke and Glienke GbR
Current assignee: E&w Greenland International De GmbH
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2021-02-17

Abstract

Hydrogelkomposit in Form einer gebrauchsfertigen Suspension (Hydrogelkomposit-Suspension) und/oder als Suspensions-Konzentrat zum Verdünnen mit Wasser und/oder anderen Flüssigkeiten und/oder als Feststoffmischung ausgebildet zur Herstellung einer Hydrogelkomposit-Suspension durch Vermischen mit Wasser und/oder einer anderen Flüssigkeit, zur Einbringung/Anwendung und/oder Behandlung insbesondere aber nicht ausschließlich, in/von Boden- und Erdstrukturen, vorzugsweise zur Verbesserung und/oder der Erhöhung deren Wasserspeicher- und/oder -Abgabevermögen, vorzugsweise bei semi-ariden und/oder ariden Bodenstrukturen und/oder der Wasser- und Nährstoffversorgung von Kulturpflanzen dienend, vorzugsweise bestimmt zur Einbringung mittels druckfreier und/oder Druckapplikation in den Wurzelbereich von Bäumen und/oder Sträuchern, enthaltend:
a) mindestens ein natürliches und/oder synthetisches Superabsorberpolymer (SAP),
b) mindestens einen mineralischen Zuschlagstoff und/oder Bodenhilfsstoff aus der Gruppe der Eruptivgesteine und/oder Sedimentgesteine,
dadurch gekennzeichnet,
dass das enthaltene SAP als Hydrogel ausgebildet ist und/oder wird und die Partikelgröße der SAP-Hydrogel-Partikel < 2500 μm ist und Gesteinspartikel, gewonnen aus einem expandierten (geblähten) Quarzporphyrglas aus der Gruppe der Eruptivgesteine, enthalten sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung umfasst, unter Verweis auf Anspruch 1 und die erfindungsgemäßen Unteransprüche, eine Hydrogelkomposit-Suspension (HGKS) in Form einer gebrauchsfertigen Suspension (Hydrogelkomposit-Suspension) und/oder diese in Form eines Suspensions-Konzentrates zum Verdünnen mit Wasser und/oder anderen Flüssigkeiten vorliegend und/oder diese als eine Feststoffmischung zur Herstellung einer Hydrogelkomposit-Suspension durch Vermischen mit Wasser und/oder einer anderen Flüssigkeit vorliegend, zur Einbringung/Anwendung und/oder Behandlung insbesondere aber nicht ausschließlich, in Boden- und Erdstrukturen, vorzugsweise zur Verbesserung und/oder der Erhöhung deren Wasserspeicher- und/oder -Abgabevermögen, vorzugsweise bei semi-ariden und/oder ariden Bodenstrukturen, vorgesehen ist und/oder der Wasser- und Nährstoffversorgung von Kulturpflanzen dient, vorzugsweise zur Einbringung mittels druckfreier und/oder Druckapplikation in den Wurzelbereich von Bäumen und/oder Sträuchern.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält mindestens ein natürliches und/oder synthetisches Superabsorber-Polymer (SAP), vorzugsweise und erfindungsgemäß ausgebildet als Hydrogelkomposit (HGK) und mindestens einen mineralischen Zuschlagstoff und/oder Bodenhilfsstoff aus der Gruppe der Eruptivgesteine und/oder Sedimentgesteine, wobei mindestens ein Eruptivgesteinsbestandteil in expandierter (geblähter) Form vorliegt. Weitere anorganische und/oder organische Stoffe, insbesondere Pflanzenährstoffe und/oder das Wachstum von Pflanzen fördernde Stoffe können enthalten sein und/oder zugesetzt werden.
Stand der Technik
Der Stand der Technik kann unter starker Wichtung des Anwendungsbereiches Bodenverbesserungsmittel und Langzeit-Wasserspeicher für den Agrarbereich, wie folgt, aus der Vielzahl der einschlägigen Veröffentlichungen und Schutzrechten und -Anmeldungen aufgezeigt werden. In den zitierten Patentschriften wird die angestrebte Wirkung von SAP, Hydrogelkompositen (HGK) und SAP-Hybridmaterialen (SHM) in_Zusammensetzung und Anwendung offengelegt und die Stoffgruppe der Superabsorberpolymere (SAP) und deren Eigenschaften ausführlich erläutert, so dass im Rahmen der vorliegenden Erfindungsbeschreibung, soweit dies nicht für die Lehre der Erfindung relevant ist, verzichtet werden.
Allen Produkten und auch den Verfahren ist gemein, dass die SAP, HGK und SHM als Pulver, Granulat, Pellets und/oder Formteile vorliegen und in diesen Ausbildungen in das Erdreich eingebracht und/oder im Wurzelbereich von Pflanzen, wie beispielsweise Sträucher und/oder Bäume mit ausgeprägtem starken Wurzelwerk appliziert werden.
Nachstehende Abkürzungen werden teilweise in der Beschreibung und auch bei den Patentansprüchen nach der Lehre verwendet. Die aufgeführten Begriffsdefinitionen dienen dem besseren Verständnis und der Abgrenzung der Erfindungslehre vom bekannten Stand der Technik.

SAP: = Superabsorberpolymer für natürliche und synthetische Polymere, die mit Wasser Hydrogele bilden. Dies sind beispielsweise vernetzte Kalium- und Nartriumsalze der Polyacrylsäure, Copolymere und Propfpolymere der Acrylsäure und die Salze der Copolymerisate auf der Basis von Acrylsäure und Acrylamid und deren Salze, sowie natürliche Hydrogel bildende Polymere und deren Salze auf der Basis nachwachsender Rohstoffe wie beispielsweise Kartoffelstärke und Polysacchariden allgemein. Superabsorber (SAP) können ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser absorbieren, wobei sie zu einem Hydrogel aufquellen. Polymerketten, vor allem von Polyacrylsäure, werden durch vereinzelte kovalente Bindungen untereinander verknüpft. Diese leichte Vernetzung ist notwendig, um die Unlöslichkeit des Polymers in Wasser zu gewährleisten.
HG: = Hydrogel. Ein Hydrogel ist ein in Wasser oder in wässrigen Flüssigkeiten gequollenes hydrophiles polymeres Netzwerk. Die Eigenschaften dieser Gele sind abhängig von der Wechselwirkung zwischen Netzwerk und umgebender Flüssigkeit.
HGK: = Hydrogelkomposit. Darunter wird verstanden, feine SAP-Partikel, die in eine hochporöse mineralische Matrix eingelagert oder von dieser umhüllt sind, die auch als Träger für die fein gemahlenen Zuschläge, wie z. B. Lava-Urgesteinsmehl, dient. Das SAP ist durch Wasser aktiviert und bereits teilweise zum Hydrogel ausgebildet.
SHM: = SAP-Hybridmaterial ist ein Superabsorberpolymer (SAP) bei dem die meist mineralischen Zuschlagstoffe, wie z. B. Lavamehl, vor der Polymerisation den Monomeren zugegeben werden und bei der Polymerisation in der Polymermatrix fest gebunden oder eingelagert werden. Wasserhaltige SHM-Hydrogele sind überwiegend zähe, schwammartige Massen, die nur sehr schwer zu zerkleinern sind.

In der Europäischen Patentschrift EP 1 399 397 B1 wird die Herstellung und Anwendung eines typischen SAP-Hybridmaterials, mit vor der Polymerisation eingebrachten mineralischen Füllstoffen, beschrieben und die Anwendungsmöglichkeiten und die Formgebung offenbart. Diese SHM liegen nicht als Suspension vor oder daraus können keine Suspensionen hergestellt werden.
In der PCT-Anmeldung WO 002010003399 A1 wird vorgeschlagen, alle anorganische, mineralische und auch organische Feststoffe, nachträglich an SAP zu binden und/oder diese anzulagern und die resultierenden HGK beispielsweise als Granulate, Pellets usw. auszuformen und in dieser Form in den Boden einzubringen.
Im Deutschen Patent Nr. DE 196 54745 C2 wird die Herstellung von porösen Superabsorberpolymeren (SAP) auf der Basis nachwachsender Rohstoffe beschrieben. Diese SAP zeigen aber bei der Anwendung im Agrarbereich den nachteiligen Effekt einer zusammenballenden, homogenen und stabilen Gelbildung, die zum Verschlammen des Pflanzbodens führt und die feinen Wurzeln der Pflanzen schädigt und den Wurzeln der Pflanzen nicht das für das Wachstum erforderliche Wasser, Mineralstoffe und Spurenemelente zur Verfügung stellen. Diese SAP liegen nicht als Suspension vor und es können daraus auch keine stabilen, zur Applikation im Wurzelbereich geeigneten HGK-Suspensionen hergestellt werden.
Es wird u. a. in der Fachliteratur empfohlen, das SAP das in den Bereich des Wurzelwerks nachträglich appliziert werden soll, vorher mit Wasser zu befeuchten und anzuquellen und dann mittels Lanzenapplikatoren in den Wurzelbereich einzubringen. Eine Abmischung mit Wirkstoffen und mineralischen Zuschlägen und/oder anderen Wirkstoffen ist hierbei nicht möglich und letztlich kommt es bei der Einbringung im Wurzelbereich nicht zu einer Feinverteilung der SAP-Partikel, sondern zu einer konzentrierten, punktuellen Gelbildung, die nicht erwünscht ist und auch zu Verdichtungen im dem das Wurzelwerk umgebenden Erdreich führt.
Erfindungsaufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydrogelkomposit (HGK) zu finden, das in der Ausbildung als stabile wässrige Suspension oder als Suspension auf der Basis einer anderen Flüssigkeit vorliegt und/oder eine Feststoffmischung des Typs HGK zu finden, aus der durch Zugabe von Wasser und/oder anderen Flüssigkeiten stabile Suspensionen hergestellt werden können, mit denen es vorzugweise möglich ist, durch drucklose Applikation und/oder mittels Druckapplikation SAP-Partikel in Kombination mit beispielsweise fein gemahlenen Gesteinsmehlen und/oder anderen Zuschlag- und Wirkstoffen einzubringen.
Diese Suspension, die als Hydrogelkomposit-Suspension zur Anwendung kommt, muss gewährleisten, dass die darin enthaltenen SAP-Partikel bereits als Hydrogel ausgebildet sind aber kein homogenes Gel bilden, also als einzelne Hydrogel-Partikel vorliegen, so dass sich diese zusammen mit den anderen Zuschlag- und Wirkstoffen sehr gut im Erdboden, vorzugsweise im Wurzelbreich von Sträuchern und Bäumen verteilen und mit dem umgebenden Erdreich verbinden, ohne dass es zu einer Verdichtung und/oder Verschlammung kommt. Diese Anforderungen gelten auch für entsprechende Suspensionskonzentrate und/oder Feststoffmischungen zur Herstellung von Hydrogelkomposit-Suspensionen.
Darstelllung und Ausführungen der Erfindung
Überraschend wurde unter Verweis auf Anspruch 1 gefunden, dass die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst wird, dass die erfindungsgemäße Hydrogelkomposit-Suspension und/oder für deren Herstellung erforderliche Feststoffmischung das SAP als Hydrogelpartikel ausgebildet enthalten muss und die Partikelgröße der Hydrogel-Partikel darf nicht > 2500 μm sein und es muss expandiertes Perlit in Form von hochporösen, offenzelligen und unregelmäßig ausgebildeter Partikel, gewonnen durch brechen und/oder mahlen und/oder als Abrieb und/oder als Bruchstücke von Zell- und/oder Porenwandungen von expandierten Perlitperlen, enthalten sein.
Es wurde außerdem gefunden, dass diese Perlitpartikel eine Partikelgröße < 500 μm haben müssen, so dass sich diese in der Suspension nicht absetzen und verhindern, dass sich SAP-Hydrogel-Partikel zu einer stabilen Hydrogelmasse vereinigen. Ausserdem wurde gefunden, dass enthaltene Mineral- und/oder Gesteinsmehle eine Partikelgröße von < 100 μm haben müssen, so dass sich diese in der Suspension nicht absetzen sondern an die geblähten Perlitpartikel anlagern und/oder von diesen in der Schwebe gehalten werden.
Bevorzugt werden nach der Lehre der Erfindung zur Ausbildung einer stabilen Suspension, dass die Partikelgröße d₅₀ der geblähten Perlitpartikel größer ist als die Partikelgröße d₅₀ der ungeblähten Mineral- und Gesteinsmehle.
Zum expandierten (geblähten) Perlit ist erläuternd auszuführen: Das ungeblähte mineralische Perlit gehört zur Gruppe vulkanischer Ryolite (Eruptivgestein) oder Quarzporphyrgläser. Es ist ein Naturglas, welches aus Lava entstand und im Kontakt mit Wasser bzw. Wasserdampf und gleichzeitigem starkem Druck sehr schnell abgekühlt ist. Rohperlit (ungeblähtes Perlit) auch Perlgestein genannt, enthält durchschnittlich zwei bis sechs Prozent Wasser, das unter Einwirkung von Temperaturen größer 700°Celsius durch die explosionsartige Verdampfung des Wassers im Gestein expandiert und sich bis zum zwanzigfachen seines ursprünglichen Volumens aufbläht. Geblähtes Perlit hat eine Porenstruktur mit vielen Poren, deren Porenwände, also die Zellwände, durchlässig, porös sind.
Handelsübliches, geblähtes Perlit hat, je nach Form und Ausgangskorngröße des gemahlenen Rohperlit, eine unregelmäßige, kugelähnliche Formgebung und eine Partikelgröße zwischen 10 und 6000 μm und ein Porenvolumen von cirka 95 Volumenprozent.
Wird geblähtes Perlit also die Perlitkugeln/Perlitperlen gemahlen und/oder gebrochen oder unter Druck mechanisch belastet, beispielsweise zur Verwendung als Filterhilfsmittel, liegt dieses in Form von Partikeln vor in unregelmäßig geformten, hochporösen Flocken (Partikeln), deren Struktur mit Cellulosefasern verglichen werden kann. Die Schüttgewichte solcher Perlitpartikel, beziehungsweise Perlitflocken, liegen zwischen 50 und 90 kg/m³.
Ein weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass hydrophiles, expandiertes kugelförmiges Perlit mit einer Partikelgröße von mindestens 10 μm und maximal 500 μm als Bodenauflockerungmittel und/oder Wirkstoffträger zugesetzt ist,
Eine weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Ausbildung ergibt sich unter Bezug auf Anspruch 8 und 9, dass die hydrophilen Perlitkügelchen mit flüssigen Wirk- und/oder Zusatzstoffen befüllt sind und die an der Oberfläche zugänglichen Porenöffnungen durch eine Beschichtung, beispielsweise mit Wasserglas oder der durch ein anderes Oberflächencoating, verschlossen sind.
Dies ist, unter Bezug auf Anspruch 7, also dem möglichen Zuschlag von Pflanzennährstoffen und/oder -Strärkungsmittel und/oder Düngemittel, und/oder Insektizide und/oder Pestiziden und/oder Fungiziden und/oder Mikroorgansimen eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung, die es ermöglicht diese Wirkstoffe ungelöst in der erfindungsgemäßen Stoffzusammensetzung und/oder Suspension zu suspendieren, so dass diese erst nach der Applikation freigesetzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass nichtionische und/oder anionische und/oder kationische Tenside und/oder Netzmittel enthalten sind. Dies vorzugsweise zum Zwecke der Verbesserung des Benetzungs- und Bindevermögens der erfindungsgemäßen Suspension im Erdreich und zur Verbesserung der Suspensionsstabilität.
Als Suspensionsträger wird vorzugsweise Wasser eingesetzt aber es können auch andere Trägerflüssigkeiten Verwendung finden.
Ausführungsbeispiele
Die vielfältigen möglichen Ausführungen der Erfindung ergeben sich zwangläufig aus der offenbarten Lehre der Erfindung und dem beschreibenden Teil der Schutzrechtsansprüche 1 bis 11.

Erfindungstypische, beispielhafte Ausführungsformen sind in der Tabelle 1 aufgelistet. Die Herstellungstechnologien sind nicht Gegenstand der Schutzrechtsanmeldung sondern Stand der Technik, so dass diese nicht aufgeführt und beschrieben werden. Tabelle 1 Ausführungsbeispiele – Zusammensetzungen

lfd. Nr.	Rohstoff	Kenndaten Rohstoff	Anteil Gew.-%	Form	Anmerkung
1	Hydrogel-Partikel HG	SAP-Kalium-Polyacrylat Partikelgröße d₅₀: 1000 μm	10	Suspension	mittelviskos, stabil
	Perlit	Perlit-Partikel gebläht Partikelgröße d₅₀: 150 μ	10
	Lavamehl, fein	Partikelgröße d₅₀: 30 μm	10
	Wasser	dem.	70
2	Hydrogel-Partikel HG	SAP-Kalium-Polyacrylat Partikelgröße d₅₀: 1200 μm	40	Feststoff-Mischung, feindispers	Suspensions-Herstellung
	Perlit	Perlit-Partikel gebläht Partikelgröße d₅₀: 150 μ	20
	Lavamehl, fein	Partikelgröße d₅₀: 30 μm	20
	Wasser	dem.	20
3	Hydrogel-Partikel HG	SAP-Kalium-Polyacrylat Partikelgröße d₅₀: 850 μm	10	Suspension	mittelviskos, stabil
	Perlit (Partikel)	Perlit-Partikel gebläht, Partikelgröße d₅₀: 150 μm	10
	Perlit (Perlen)	Kugelförmig, gebläht Partikelgröße d₅₀: 80 μm	2,5
	Lavamehl, fein	Partikelgröße d₅₀: 30 μm,	10
	Wasser	dem.	67,5

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1399397 B1 [0006]
WO 002010003399 A1 [0007]
DE 19654745 C2 [0008]

Claims

Hydrogelkomposit in Form einer gebrauchsfertigen Suspension (Hydrogelkomposit-Suspension) und/oder als Suspensions-Konzentrat zum Verdünnen mit Wasser und/oder anderen Flüssigkeiten und/oder als Feststoffmischung ausgebildet zur Herstellung einer Hydrogelkomposit-Suspension durch Vermischen mit Wasser und/oder einer anderen Flüssigkeit, zur Einbringung/Anwendung und/oder Behandlung insbesondere aber nicht ausschließlich, in/von Boden- und Erdstrukturen, vorzugsweise zur Verbesserung und/oder der Erhöhung deren Wasserspeicher- und/oder -Abgabevermögen, vorzugsweise bei semi-ariden und/oder ariden Bodenstrukturen und/oder der Wasser- und Nährstoffversorgung von Kulturpflanzen dienend, vorzugsweise bestimmt zur Einbringung mittels druckfreier und/oder Druckapplikation in den Wurzelbereich von Bäumen und/oder Sträuchern, enthaltend: a) mindestens ein natürliches und/oder synthetisches Superabsorberpolymer (SAP), b) mindestens einen mineralischen Zuschlagstoff und/oder Bodenhilfsstoff aus der Gruppe der Eruptivgesteine und/oder Sedimentgesteine, dadurch gekennzeichnet, dass das enthaltene SAP als Hydrogel ausgebildet ist und/oder wird und die Partikelgröße der SAP-Hydrogel-Partikel < 2500 μm ist und Gesteinspartikel, gewonnen aus einem expandierten (geblähten) Quarzporphyrglas aus der Gruppe der Eruptivgesteine, enthalten sind.
Nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die expandierten Gesteinspartikel natürlich und/oder industriell geblähte Perlitpartikel sind.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die expandierten Perlitpartikel in Form von hochporösen, offenzelligen und unregelmäßig ausgebildeten Partikel, gewonnen durch brechen und/oder mahlen und/oder als Abrieb und/oder als Bruchstücke der Zellwandungen und/oder Porenwandungen von expandierten Perlitperlen (Perlitkugeln) vorliegen.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die expandierten Perlitpartikel eine Partikelgröße < 500 μm ausweisen.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass expandiertes, hydrophiles kugelförmiges Perlit (Perlitperlen) mit einer Teilchengröße d₅₀ von mindestens 10 μm und maximal 500 μm enthalten ist.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die enthaltenen Mineral- und/oder Gesteinsmehle eine Partikelgröße < 100 μm haben.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Pflanzennährstoffe und/oder -Stärkungsmittel und/oder Düngemittel und/oder Insektizide und/oder Pestizide und/oder Bakterizide und/oder Fungizide und/oder Mikroorganismen enthalten sind.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des expandierten, kugelförmigen Perlit mit flüssigen Wirk- und/oder Zusatzstoffen befüllt sind.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Poreneingänge an der Oberfläche des expandierten, kugelförmigen Perlit durch eine aufgebrachte Beschichtung (Oberflächencoating) verschlossen sind.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße d₅₀ der ungeblähten Mineral- und/oder Gesteinsmehle kleiner ist als die Partikelgröße d₅₀ der geblähten Perlitpartikel.
Nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nichtionische und/oder anionische und/oder kationische Tenside und/oder Netzmittel enthalten sind.