ES2219528T3 - Sustratos de crecimiento para plantas. - Google Patents

Abstract

Sustrato de crecimiento para plantas que comprende fibras vítreas realizadas por el hombre (fibras MMV), en el que el producto se impregna con un agente humectante, caracterizado porque el agente humectante es un tensioactivo no iónico de éster de poliglicol con ácido graso.

Description

Sustratos de crecimiento para plantas.

La presente invención se refiere a sustratos para el crecimiento de plantas según el preámbulo de la reivindicación 1, basados en fibras vítreas realizadas por el hombre, que son hidrófilas debido al uso de un agente humectante seleccionado, al uso de tales productos y a su producción.

Desde hace muchos años se conocen los sustratos de crecimiento para plantas, que se basan en fibras vítreas realizadas por el hombre, tales como lana mineral de piedra, lana de vidrio o lana mineral de escoria. Estos sustratos se pueden proporcionar en forma de trozos u otros productos sólidos, o en forma de material granulado.

Estos productos generalmente comprenden un aglutinante, a menudo un aglutinante a base de fenol-formaldehído, que proporciona integridad al producto. Los productos se someten al curado a elevadas temperaturas en un horno de curado después de la aplicación del aglutinante.

Es esencial que estos sustratos sean capaces de recoger y de retener el agua, y para este fin es bien conocida la inclusión de un agente humectante. En el pasado se han realizado diversas sugerencias generales para agentes humectantes adecuados. Los ejemplos incluyen el documento DD292828, que sugiere una sulfobetaína, y el documento JP-A-2/166724, que incluye una larga lista de tensioactivos no iónicos. El documento JP-A-3/280811 describe otros materiales diversos que incluyen bentonita y polímeros absorbentes del agua.

Sin embargo, en la práctica, a pesar de estas muchas sugerencias, durante muchos años se ha usado en productos comerciales, como agente humectante, un único producto tensioactivo. Este es Tritón CF-10, que es una mezcla de tensioactivos no iónicos de 85% en peso de alquilarilpoliéter, 15% en peso de octilfenoxipolioxietanol y menos de 3% en peso de polietilenglicol.

Durante este período, este tensioactivo ha demostrado ser el más eficaz. En particular, exhibe una baja fitotoxicidad con respecto a las plantas, y una buena estabilidad térmica, así como también da como resultado productos que tienen una buena resistencia en seco y en húmedo.

Sin embargo, existen algunos inconvenientes por cuanto se ha sugerido que sus productos de ruptura son dañinos para la salud y, de este modo, medioambientalmente indeseables. Esta preocupación no está relacionada con la fitotoxicidad, que para Tritón CF-10 es baja.

Adicionalmente, los sustratos de crecimiento se someten habitualmente a humectación en una línea de humectación en la que se aplica al sustrato una pulverización de gotitas de agua. El exceso de agua y el agua que pasa a través del producto se recogen y se recicla al sistema de pulverización. El uso de Tritón CF-10 como agente humectante puede conducir a la espumación en el sistema de pulverización, lo que es indeseado por los usuarios finales. Esto ocurre a pesar del hecho de que el tensioactivo es descrito por sus proveedores como un tensioactivo poco espumante.

Sería deseable proporcionar agentes humectantes contra los que no se puede alegar que son medioambientalmente indeseables. También sería deseable producir productos que muestren poca espumación en la línea de humectación, que mantengan una baja fitotoxicidad y que tengan una buena termoestabilidad, humectabilidad y resistencia del producto.

En el documento WO97/07664 se describe un sistema alternativo que usa un aglutinante hidrófilo, de forma que no se requiere en absoluto ningún agente humectante. Esta es una solución al problema, pero no es apropiada para cada aplicación.

El objeto se logra mediante la presente invención gracias a un sustrato de crecimiento para plantas según se caracteriza en la reivindicación 1.

Otras ventajas de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes.

Según la invención, se proporciona un sustrato de crecimiento para plantas que comprende fibras vítreas realizadas por el hombre, estando el producto impregnado con un agente humectante que es un tensioactivo no iónico de éster de poliglicol con ácido graso. Generalmente tales tensioactivos se representan mediante la fórmula I, RC(O)O[CH_{2}CH_{2}O]_{n}H, en la que R es una cadena grasa y n es al menos 1, generalmente al menos 2.

Sorprendentemente se ha encontrado que esta clase particular de tensioactivos, de entre los muchos materiales tensioactivos no iónicos conocidos, da una combinación particularmente adecuada de propiedades al sustrato de crecimiento cuando se usa en lugar de Tritón CF-10, y de hecho tiene ventajas sobre el mismo.

No está sometida a ninguna precaución con respecto a su compatibilidad medioambiental. Además, se ha encontrado sorprendentemente que tiene un nivel más bajo de fitotoxicidad que el Tritón CF-10.

La liberación de formaldehído a partir de productos en los que el material aglutinante se basa en formaldehído generalmente es indeseable, y se encuentra que los productos de la invención no muestran aumento en la liberación de formaldehído, e incluso pueden mostrar una liberación reducida de formaldehído.

Los productos muestran una buena hidrofilia.

Es importante que cualquier tensioactivo escogido como agente humectante sea térmicamente estable debido a que los productos de este tipo se someten rutinariamente a temperaturas elevadas durante el proceso de curado del aglutinante. Se ha encontrado que los tensioactivos particulares usados en la invención tienen una excelente estabilidad térmica, a pesar del hecho de que la bibliografía comercial asociada con algunos de ellos advierte frente a la exposición a temperaturas por encima de 40ºC.

Además, los productos muestran una buena resistencia en húmedo y en seco.

En particular, los productos que contienen los agentes humectantes definidos pueden conducir a menores dificultades de espumación en la línea de humectación. Adicionalmente, el agente humectante parece mostrar diferentes propiedades de distribución del agua y propiedades de liberación y recogida del agua, las cuales pueden ser ventajosas en ciertas circunstancias.

El agente humectante usado en la invención es un éster no iónico de poliglicol con ácido graso. En la fórmula I anterior, R es una cadena grasa. Generalmente tiene al menos 6 átomos de carbono, preferiblemente al menos 8 átomos de carbono, lo más preferible al menos 10 ó 12 átomos de carbono. Se prefieren particularmente longitudes de cadena de al menos 15 átomos de carbono. Puede ser lineal o ramificado, y puede contener grupos cíclicos. Generalmente es alifático. R puede contener dobles o triples enlaces de carbono, y de este modo puede ser alquenilo o alquinilo, así como alquilo. Preferiblemente es alquilo o alquenilo lineal, más preferiblemente alquenilo. Los grupos alquenilo pueden estar monoinsaturados o pueden tener una insaturación mayor, pero preferiblemente están monoinsaturados. Un grupo R particularmente preferido es C_{17}H_{33}. Preferiblemente, la insaturación está en el C_{9}.

El valor de n representa el número de grupos etoxi. De este modo, n es al menos 1, y preferiblemente es al menos 3, más preferiblemente 4 a 10, en particular 6 a 8. Generalmente, n es no mayor que 12.

Los tensioactivos comercialmente disponibles a menudo están formados, en la práctica, de una mezcla de ésteres de poliglicol con ácido graso que tienen una mezcla de cadenas de ácidos grasos. Tales tensioactivos comercialmente disponibles se pueden usar en la invención, como también las mezclas de tensioactivos. Cuando el tensioactivo usado comprende una mezcla de diferentes moléculas de éster de poliglicol con ácido graso, preferiblemente al menos el 50%, más preferiblemente al menos el 60% y lo más preferible al menos el 70% de las moléculas (en peso del tensioactivo total de éster poliglicólico) es de los tipos preferidos expuestos anteriormente. En particular, las moléculas que tienen cadenas grasas de al menos 6, preferiblemente al menos 8, más preferiblemente al menos 10 ó 12, en particular al menos 15 átomos de carbono, forman preferiblemente al menos estas cantidades preferidas del peso total de tensioactivo.

Un tensioactivo no iónico particularmente preferido, de éster de poliglicol con ácido graso, que cumple la fórmula I anterior, es un tensioactivo comercialmente disponible vendido con el nombre Rewopal EO 70 de Goldschmidt. Éste comprende predominantemente éster de poliglicol con ácido oleico, en el que R es C_{17}H_{33} y n es, como media, de 6,5 a 7,5. El material comercialmente disponible está formado de ácido oleico como material de partida. El ácido oleico es de origen de semillas. Comprende ácidos grasos que tienen la siguiente composición:

menos de C_{14}, hasta 1%,

C_{14} hasta 3%,

C_{15} hasta 1%,

C_{16} 3 a 6%,

C_{16:1} 3 a 7%,

C_{17} hasta 2%,

C_{18} hasta 2%,

C_{18:1} 65 a 74%,

C_{18:2} 7 a 14%,

C_{18:3} hasta 2%,

C por encima de 18, hasta 3%.

En el producto de la invención, el agente humectante se añade en cantidades generalmente convencionales. Cuando se miden basadas en el volumen máximo de agua que puede ser retenido en el producto, las cantidades adecuadas son de 1 a 20 ppm, preferiblemente 5 a 100 ppm, más preferiblemente 10 a 50 ppm. Estos valores se calculan como mg de agente humectante por kg de agua, suponiendo que todo el volumen del producto se llena con agua. De este modo, se supone que un bloque de tamaño de 10 cm por 10 cm por 6,5 cm contiene 650 ml (650 g) de agua.

Como alternativa, la cantidad se puede medir basada en el peso de fibras. En este caso, las concentraciones adecuadas son de 100 hasta 600 ppm (mg/kg), preferiblemente 150 hasta 500 ppm, más preferiblemente 200 hasta 450 ppm, en particular 300 hasta 400 ppm.

Las fibras MMV (= vítreas realizadas por el hombre) pueden ser cualesquiera fibras adecuadas para la producción de sustratos de crecimiento para plantas. Pueden ser de lana mineral de piedra, lana de vidrio o lana mineral de escoria. Preferiblemente, son lana mineral de piedra. Las composiciones adecuadas incluyen las descritas en los documentos WO96/14274 y WO96/14454. En particular, pueden contener niveles de alúmina por encima de 16%, preferiblemente por encima de 18%.

El producto generalmente se proporciona con un aglutinante que da integridad al producto. Los aglutinantes preferidos son resinas curables de formaldehído, tales como resina de fenol-formaldehído, urea-formaldehído y fenol-urea-formaldehído.

El producto se puede proporcionar en cualquier forma conocida adecuada para los sustratos de crecimiento. Comprende una matriz de fibras MMV. Éstas se pueden formar mediante cualquier técnica convencional, por ejemplo mediante fibración centrífuga de una masa fundida que tiene la composición deseada.

La matriz de fibras MMV puede estar en forma de copos u otros materiales granulados que se pueden verter en una bandeja, cazuela u otro medio para retener la forma del sustrato. Sin embargo, generalmente, la matriz de fibras y el sustrato de crecimiento para plantas tienen una forma tridimensional predeterminada. Por ejemplo, puede ser un tapón o cubo (por ejemplo, para la siembra o propagación de esquejes o plántulas de cultivo de tejidos) o un trozo (que puede ser un cubo, tablero, oblongo o cualquier otra forma deseada). Generalmente, el sustrato de crecimiento para plantas se obtiene recogiendo fibras minerales, formadas mediante un proceso de formación de fibras, como una banda en presencia de un aglutinante, si es necesario enrollando de forma cruzada esta banda para obtener un bloque de material fibroso, y curando el aglutinante a fin de formar un bloque de material fibroso, sustancialmente rígido. El bloque de material fibroso rígido se puede cortar entonces o se le puede dar cualquier forma deseada, o se puede granular.

Cuando el bloque de material fibroso y el sustrato de crecimiento para plantas tiene una forma tridimensional predeterminada, la densidad está habitualmente en el intervalo de 15 a 150 kg/m^{3}, a menudo alrededor de 40 hasta 100 kg/m^{3}.

El aglutinante se incorpora habitualmente en la banda inicial y en el bloque de material fibroso, pulverizándolo en las fibras a medida que se forman y se recogen en una banda. El aglutinante puede incluir un catalizador para promover el curado de la resina y/o silicona (por ejemplo, como se describe en el documento WO97/07664), para mejorar aún más la adhesión entre la resina de aglutinante y las fibras.

El agente humectante se añade generalmente en la misma etapa.

La resina normalmente se cura calentando el bloque de material fibroso que contiene la matriz de fibras y el agente de enlace sin curar; pero en algunos casos el aglutinante se puede autocurar, sin calentar.

Si se desea, se puede incorporar un depurador de formaldehído en la composición del aglutinante.

Los sustratos de crecimiento para plantas según la invención muestran una buena hidrofilia. Ésta se puede medir por medio del valor del tiempo de hundimiento. Para un ensayo estándar del tiempo de hundimiento, se toma una muestra de producto, que es un cilindro de 5 a 6 cm de diámetro y que tiene una profundidad de 7,5 cm, tomada desde el fondo de un tablero (u otra forma del producto). Esta muestra se coloca con su superficie plana sobre la superficie de un volumen de agua, y se mide la velocidad a la que la muestra se hunde en el agua. Generalmente, la velocidad no es mayor que 0,6 s/mm, preferiblemente no mayor que 0,4 s/mm, más preferiblemente no mayor que 0,2 s/mm.

En general, la cantidad de agente humectante requerida en los productos según la invención es mayor que la cantidad de Tritón CF-10, si se requiere el mismo tiempo de hundimiento. Sin embargo, en la presente invención, los agentes humectantes reivindicados muestran una fitotoxicidad muchísimo menor que Tritón CF-10, y de este modo esta cantidad adicional de agente humectante no da lugar a problemas de fitotoxicidad.

Se encuentra que, cuando se analiza el crecimiento de las plantas en presencia del agente humectante reivindicado, y se mide, por ejemplo, por medio de la longitud de la primera hoja, la fitotoxicidad de los tensioactivos reivindicados es significativamente menor que la mostrada incluso por Tritón CF-10, que se ha usado con éxito durante muchos años. Los resultados muestran que la fitotoxicidad de Rewopal EO 70 es sustancialmente la misma que para un control sin agente humectante.

Los productos de la invención presentan buena estabilidad térmica. La estabilidad térmica del agente humectante se analiza colocando un volumen predeterminado de agente humectante en agua, a una concentración predeterminada, en una cápsula de Petri en un horno a 105ºC hasta que se evapora el agua. La muestra se coloca entonces en un horno durante 10 minutos a diversas temperaturas diferentes. La temperatura inicial estudiada es 150ºC, y las temperaturas de ensayo subsiguientes son 175ºC, 200ºC, 225ºC y 250ºC. Después de cada sesión de ensayo, la muestra se deja enfriar, y el agente humectante se disuelve en diclorometano hasta el mismo volumen que el volumen inicial en agua. A esto se añade una sal de cobalto. Esto da como resultado la formación de un complejo azul, y la absorción por la muestra se mide mediante un espectrofotómetro. Cuanto mayor es la degradación del agente humectante, menor es la absorción. Preferiblemente, el agente humectante, y un producto que lo contiene, puede soportar estas temperaturas, es decir, muestra niveles bajos de degradación. Los productos de la invención pueden soportar preferiblemente temperaturas de al menos 200ºC, más preferiblemente al menos 225ºC, lo más preferible al menos 250ºC.

Los agentes humectantes de la invención muestran un comportamiento de eliminación por lavado que es diferente del mostrado por Tritón CF-10. En particular, cuando se mide la distribución de agua a lo largo de la altura del trozo, a un contenido de agua de 50% de un trozo que contiene Tritón CF-10, esta distribución es esencialmente la misma en un producto no lavado y en un producto lavado. Sin embargo, en un producto de la invención, la distribución de agua a lo largo de la altura del trozo se hace más uniforme después del lavado.

Los tensioactivos usados en la invención, especialmente Rewopal EO 70, muestran un comportamiento poco espumante, que los hacen más eficaces como tensioactivos en el sustrato.

Una ventaja potencial adicional del producto es que tiende a tener un aspecto más seco, a medida que proporciona agua, que el que lo tiene un producto en el que Tritón CF-10 es el agente humectante. No está claro porqué aparece este efecto, y no está claro que esto sea debido a que el producto es secante, pero un aspecto seco puede ser considerado ventajoso por algunos usuarios finales.

Los tensioactivos usados en la invención tienen una buena resistencia a la compresión. Por ejemplo, un trozo seco de grosor 10,3 cm, densidad 70 kg/m^{3} y contenido de aglutinante de 2,5%, puede mostrar una resistencia a la compresión a lo largo del grosor de al menos 100 N/cm^{2}, preferiblemente al menos 150 N/cm^{2}, más preferiblemente al menos 180 N/cm^{2}; a lo largo de la anchura, de al menos 10 N/cm^{2}; y a lo largo de la longitud, de al menos 10 N/cm^{2}, preferiblemente al menos 20 N/cm^{2}. Para el mismo tablero, la resistencia a la compresión en húmedo a lo largo del grosor es preferiblemente al menos 100 N/cm^{2}, más preferiblemente al menos 140 N/cm^{2}; la resistencia a la compresión en húmedo a lo largo de la anchura es preferiblemente al menos 10 N/cm^{2}; y la resistencia a la compresión en húmedo a lo largo de la longitud es preferiblemente al menos 20 N/cm^{2}.

En un aspecto preferido, el hidrófobo tiene una longitud de cadena carbonada de al menos 15 carbonos.

En un aspecto preferido adicional, el agente humectante es un tensioactivo etoxilado no iónico que tiene un grado medio de etoxilación de 4 a 9, preferiblemente 6 a 8.

Los productos de la invención se pueden usar en cualquiera de los sistemas convencionales en los que se usan sustratos de crecimiento. En particular, se suministra un nutriente acuoso al sustrato, de forma continua o discontinua, y las plantas se hacen crecer en él.

La invención es de particular valía cuando el sustrato de crecimiento para plantas se satura con agua en una línea de humectación en la que se aplica una pulverización de gotitas de agua al producto, y el agua escurrida se recircula al sistema de pulverización.

Ejemplos Ejemplo 1

Se fibra una masa fundida de lana mineral de piedra que tiene una composición que comprende al menos 18% de alúmina, usando una hiladora en cascada. Las fibras se pulverizan con el aglutinante resínico (resina de fenol-urea-formaldehído) y el agente humectante. Las fibras pulverizadas se recogen como una banda que entonces se enrolla de forma cruzada para formar un bloque de material fibroso. El bloque de material fibroso, enrollado de forma cruzada, se comprime y se cura en un horno para producir un trozo final que se corta hasta el tamaño deseado. En el producto final, el nivel de agente humectante es aproximadamente 30 a 40 ppm, basado en el volumen máximo de agua en el producto. El agente humectante es Rewopal EO 70. El nivel de aglutinante es aproximadamente 2,5%. El producto final está en forma de un tablero de 103 mm de grosor. La densidad es 70 kg/m^{3}.

Ejemplo comparativo 1

Se obtiene un producto sustancialmente de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que el agente humectante es Tritón CF-10, y la cantidad en el producto final es aproximadamente 15 ppm.

Se mide la distribución de agua a lo largo de la altura del trozo, a un contenido de agua de 50%, para los productos del Ejemplo 1 y del Ejemplo comparativo 1.

Para el Ejemplo 1, la distribución es la siguiente: 5,3 cm, 35%; 3,8 cm, 43%; 2,3 cm, 56%; 0,8 cm, 66%.

Para el Ejemplo comparativo 1, la distribución es la siguiente: 5,3 cm, 37%; 3,8 cm, 46%; 2,3 cm, 55%; 0,8 cm, 62%.

Los productos se lavan entonces con agua, y se mide nuevamente la distribución de agua a lo largo de la altura del trozo, a un contenido de agua de 50%.

Para el producto del Ejemplo 1, la distribución es la siguiente: 5,3 cm, 42%; 3,8 cm, 46%; 2,3 cm, 56%; 0,8 cm, 56%.

Para el Ejemplo comparativo 1, la distribución de agua es la misma que antes del lavado.

De este modo, se puede observar que la distribución de agua en el producto de la invención se modifica para hacerse más uniforme a lo largo de la altura, al lavar.

Ejemplo comparativo 3

También se ensayaron otros diversos materiales como agentes humectantes potenciales, pero mostraron los siguientes resultados:

a) Laurapal 0205, alcohol C_{10-12} etoxilado: fitotoxicidad comparable con Tritón CF-10, pero inestable a temperaturas por encima de 175ºC.

b) Sulfosuccinato de diisooctilo sódico, tensioactivo aniónico: altamente fitotóxico.

c) Tensioactivo no iónico de poliéter trisiloxano modificado: térmicamente inestable por encima de 175ºC, fitotóxico.

d) Surfinol 465 tetrametildecindiol etoxilado, grado medio de etoxilación 10: no fitotóxico pero termoestabilidad menor que Tritón CF-10.

e) Surfinol 440, como (d), pero con un grado medio de etoxilación de 3,5: fitotoxicidad comparable con Tritón CF-10, pero inestable por encima de 225ºC.

f) Plurafac LF300, tensioactivo no iónico de alcohol C_{13} etoxilado: fitotóxico, térmicamente tan estable como Tritón CF-10.

De este modo, se puede observar que los otros diversos materiales tensioactivos no iónicos muestran una elevada fitotoxicidad en comparación con los agentes humectantes usados en la invención, y en comparación con Tritón CF-10. Aquellos que muestran una baja fitotoxicidad muestran baja termoestabilidad, incluso aunque algunos se lanzan en el mercado como térmicamente estables.

Se encuentra que los agentes humectantes de la invención, de entre todos los posibles agentes humectantes, muestran la combinación deseada de propiedades.

Claims (13)

1. Sustrato de crecimiento para plantas que comprende fibras vítreas realizadas por el hombre (fibras MMV), en el que el producto se impregna con un agente humectante, caracterizado porque el agente humectante es un tensioactivo no iónico de éster de poliglicol con ácido graso.

2. Producto según la reivindicación 1, en el que el ácido graso tiene una longitud de cadena de carbono de al menos 15 carbonos.

3. Producto según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en el que el tensioactivo presenta un grado medio de etoxilación de 4 a 9, preferiblemente 6 a 8.

4. Producto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente humectante tiene la fórmula RC(O)O[CH_{2}CH_{2}O]_{n}H, en la que R es un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo lineal o ramificado, cíclico o no cíclico, que tiene al menos 6 átomos de carbono, preferiblemente al menos 8 átomos de carbono, y n es al menos 1, preferiblemente al menos 4.

5. Producto según la reivindicación 4, en el que R es un grupo alquilo o alquenilo lineal no cíclico que tiene al menos 15, preferiblemente al menos 16, átomos de carbono.

6. Producto según la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el que R es un grupo alquenilo monoinsaturado.

7. Producto según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que R es un grupo C_{17}H_{33}, preferiblemente insaturado en C_{9}.

8. Producto según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que n tiene un valor de 4 a 10, preferiblemente de 6 a 8.

9. Producto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cantidad de agente humectante está comprendida entre 1 y 200 ppm, preferiblemente entre 5 y 100 ppm, más preferiblemente entre 10 y 50 ppm, en peso basado en volumen de producto.

10. Producto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presenta un tiempo de hundimiento no mayor que 0,6 s/mm, preferiblemente no mayor que 0,4 s/mm, más preferiblemente no mayor que 0,2 s/mm.

11. Uso de un producto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, como sustrato de crecimiento.

12. Uso según la reivindicación 11, que comprende humedecer el producto en una línea de humectación aplicando al producto una pulverización de gotitas de agua, comprendiendo el proceso de humectación recircular al sistema de pulverización el agua escurrida.

13. Procedimiento para la producción de un sustrato de crecimiento para plantas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende producir fibras vítreas realizadas por el hombre, y aplicar a las fibras el agente humectante según la reivindicación 1.