PL221725B1 - Sposób wytwarzania donicy do uprawy roślin - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania donicy do uprawy roślin.

Dostępne na rynku donice są wykonane z materiałów ceramicznych albo polimerów termoplastycznych i pełnią wyłącznie funkcję zbiorników na ziemię, w których są uprawiane rośliny. Takie donice są obojętne względem wody, to znaczy nie wykazują zdolności absorpcyjnych. Ze względu na małe objętości donic wprowadzana w czasie podlewania woda szybko odparowuje, gdyż jest słabo związana z ziemią. Aby utrzymać wymaganą wilgotność ziemi w donicach, konieczną do uprawy roślin, wymagane jest częste uciążliwe podlewanie, co przy niedoborze wody powoduje usychanie korzeni, natomiast przy nadmiernej ilości wprowadzonej wody następuje przelanie donic i następnie gnicie korzeni.

Znane są donice samonawadniające o specjalnej konstrukcji, składające się z dwóch zbiorników. Dolny zbiornik stanowi pojemnik na wodę, a górny zbiornik stanowi pojemnik na ziemię. Dla utrzymania odpowiedniego poziomu wody w dolnym zbiorniku stosuje się wskaźnik pływakowy. Woda z dolnego zbiornika zasysana jest do górnego zbiornika przez wkładki włókninowe, które z jednej strony zanurzone są w wodzie, a z drugiej ułożone na dnie zbiornika z ziemią. Efektywność nawadniania ziemi w górnym zbiorniku przez wkładki włókninowe jest ograniczona, gdyż ziemia w zbiorniku górnym kontaktuje się z wkładką włókninową tylko na dnie donicy. Donice takie wprawdzie umożliwiają zmniejszenie częstotliwości podlewania, ale złożona konstrukcja konieczna do wypełnienia funkcji konstrukcyjnych, nawadniania oraz funkcji dekoracyjnych powoduje konieczność zastosowania wieloelementowych konstrukcji i wysokie koszty produkcji.

Ze względu na duże zapotrzebowanie na donice, wynikające z potrzeby przyozdabiania mieszkań i domów kwiatami, poszukiwane są na rynku donice proste i tanie, które oprócz funkcji zbiornika na ziemię i dekoracyjnych nie wymagałyby dużego nakładu pracy dla zapewnienia optymalnych warunków wegetacji roślin.

Poszukiwane są również na rynku donice wykonane z polimerów, gdyż są wygodniejsze w użytkowaniu od donic ceramicznych.

Na rynku znane są termoplastyczne polimery stosowane do wytwarzania donic w technologiach wtryskiwania jednokomponentowego. Znane są również termoplastyczne polimery stosowane do wytwarzania donic w technologiach wtryskiwania dwukomponentowego. Są to jednak polimery spełniające jedynie funkcje konstrukcyjno-nośne, zapewniające odpowiednią sztywność ścianek w donicy, na przykład na jednowarstwowe pojemniki na ziemię wytwarzane w technologii jednokomponentowej lub funkcje ozdobne, na przykład na donice dwuwarstwowe, wytwarzane w technologii dwukomponentowej dla uzyskania różniących się kolorów warstwy zewnętrznej i warstwy wewnętrznej donicy lub jej przezroczystej warstwy zewnętrznej i kolorowej warstwy wewnętrznej.

Brak jest jednak na rynku materiałów polimerowych, które w konstrukcjach donic, oprócz właściwości konstrukcyjnych i dekoracyjnych, spełniałyby potrzebne funkcje użytkowe, takie jak magazynowanie wody i nawozów oraz kontrolowane uwalnianie ich do środowiska korzeni w długim okresie wegetacji uprawianych roślin. W celu wypełnienia tej luki na rynku donic przeznaczonych do uprawy roślin, zwłaszcza kwiatów domowych, potrzebne są nowe, odpowiednie materiały oraz sposób wytwarzania donic, umożliwiający otrzymanie produktu wypełniającego wszystkie potrzebne funkcje.

Zastosowanie kilku materiałów, których cechy odpowiadają specyficznym wymaganiom funkcjonalnym i jakościowym donic oraz technologii wtrysku wielokomponentowego, umożliwiającego przetwórstwo i łączenie tych materiałów w jeden wyrób w jednej operacji wtryskiwania umożliwi wytworzenie i dostarczenie na rynek poszukiwanego wyrobu.

O ile termoplastyczne materiały polimerowe posiadające cechy zabezpieczające funkcje konstrukcyjne i dekoracyjne są dostępne na rynku, to termoplastyczne polimery posiadające wysokoefektywne właściwości absorpcyjne względem wody i jej roztworów oraz posiadające właściwości kontrolowanej desorpcji zmagazynowanej wody i jej roztworów do ziemi oraz materiały wykazujące adhezję do materiałów polimerowych, stosowanych w konstrukcjach donic, nie są znane na rynku.

Potrzebne są zatem materiały polimerowe i sposoby ich wytwarzania z przeznaczeniem na donice, o właściwościach dużej absorpcji wody i jej roztworów oraz kontrolowanej desorpcji do ziemi, wykazujących adhezję do takich polimerów jak PP, PPC, PS, ABS, PMMA, umożliwiające zastosowanie technologii wtryskiwania dwukomponentowego.

Sposób wytwarzania donicy do uprawy roślin, wykonanej z tworzywa sztucznego, przy czym ścianka donicy co najmniej w części jest co najmniej dwuwarstwowa, a warstwa zewnętrzna donicy

PL 221 725 B1 jest warstwą nośną, konstrukcyjno-dekoracyjną, zaś jej warstwa wewnętrzna jest warstwą magazynującą wodę i/lub roztwór nawożący oraz uwalniającą je stopniowo do obszaru korzeni uprawianej rośliny, według wynalazku charakteryzuje się tym, że donicę wtryskuje się jednoczęściowo w formie wtryskowej dwukomponentowej, na wtryskarce dwukomponentowej, przy czym jako jeden z komponentów, przeznaczony na warstwę zewnętrzną donicy stosuje się standardowy polimer termoplastyczny, zaś jako drugi komponent, na warstwę wewnętrzną donicy, stosuje się bazowy polimer termoplastyczny, wykazujący właściwości adhezyjne do polimeru warstwy zewnętrznej i modyfikowany aktywnym polimerem absorpcyjnym w kontakcie z wodą i/lub jej roztworami.

Korzystnie, polimer absorpcyjny modyfikowanego bazowego polimeru warstwy wewnętrznej donicy wybiera się z grupy: poliakrylany sodowy lub potasowy, polikarboksylowe kwasy, akryloamidy i ich pochodne. Kolejne korzyści są uzyskiwane, jeśli modyfikację bazowego polimeru warstwy wewnętrznej donicy prowadzi się z zastosowaniem mieszania w mieszalniku szybkoobrotowym ciepło/zimnym przedmieszki kilku składników mieszanki, gdzie następuje ich plastyfikacja, a następnie kompoundowania z pozostałymi składnikami na wytłaczarce.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli strukturę porowatą warstwy wewnętrznej donicy wytwarza się poprzez wyługowanie wodą jednego ze składników kompoundu, korzystnie polialkoholu winylowego.

Dzięki wynalazkowi jest opracowana donica dwukomponentowa, wytwarzana sposobem wtryskiwania wielokomponentowego. Donica składa się co najmniej z dwóch warstw polimerowych, z których zewnętrzna warstwa pełniąca funkcję konstrukcyjną i dekoracyjną jest wykonana z polimeru sztywnego, takiego jak polipropylen i jego kopolimery albo polistyren i jego kopolimery, albo polimetakrylan i jego kopolimery, natomiast warstwa wewnętrzna jest wykonana z kompoundu polimerów, wykazujących właściwości absorpcyjne, umożliwiające magazynowanie wody i roztworów wodnych oraz ich kontrolowane uwalnianie w czasie. Donica dwukomponentowa z polimerów termoplastycznych zbudowana jest jako jeden zwarty element konstrukcyjny, w którym warstwa zewnętrzna spełnia funkcję konstrukcyjno-dekoracyjną, natomiast warstwa wewnętrzna spełnia funkcję magazynowania wody i roztworów soli nawożących, uwalnianych w sposób kontrolowany do środowiska korzeni uprawianych roślin. Donica wykonywana jest w jednej operacji na wtryskarce dwukomponentowej z dwóch rodzajów polimerów. Warstwa zewnętrzna wykonywana jest ze standardowych polimerów barwionych na wtryskarce, natomiast warstwa wewnętrzna wykonywana jest z kompoundu wykonanego zgodnie z wynalazkiem. Bazowym polimerem warstwy wewnętrznej jest termoplastyczny elastomer posiadający porowatą strukturę utworzoną przez wyługowany wodą jeden ze składników kompoundu wykonanego zgodnie z wynalazkiem. Na skutek tak utworzonych porów aktywny polimer absorbujący, zdyspergowany w polimerze nośnym, ma możliwość chłonięcia wody znacznie zwiększając swoją objętość. Na skutek silnego związania wody osmotycznymi siłami fizykochemicznymi nie następuje jej odparowanie do atmosfery. Zmagazynowana w warstwie wewnętrznej donicy woda uwalniana jest do korzeni uprawianych roślin w takich ilościach jakie aktualnie potrzebuje roślina.

Donica jest w postaci jednoczęściowej wypraski dwuwarstwowej, a warstwa wewnętrzna donicy jest porowata. Warstwa zewnętrzna donicy jest ze standardowego polimeru termoplastycznego, zaś jej warstwa wewnętrzna jest z bazowego polimeru termoplastycznego, korzystnie elastomeru, wykazującego właściwości adhezyjne do polimeru warstwy zewnętrznej i modyfikowanego aktywnym polimerem, absorpcyjnym w kontakcie z wodą i/lub jej roztworami. Z kolei polimerem absorpcyjnym modyfikowanego bazowego polimeru warstwy wewnętrznej donicy jest polimer wybrany z grupy: poliakrylany sodowy lub potasowy, polikarboksylowe kwasy, akryloamidy i ich pochodne. Bazowy polimer warstwy wewnętrznej donicy jest modyfikowany polialkoholem winylowym, ługowanym wodą dla utworzenia struktury porowatej tej warstwy wewnętrznej.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony poniżej w przykładach wykonania, przy czym donica jest pokazana na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia donicę w przekroju pionowym, fig. 2 - donicę w widoku z boku, fig. 3 - donicę w widoku z góry, zaś fig. 4 - donicę w widoku perspektywicznym z przodu, boku i góry.

Donica 1 jest wykonana z tworzywa sztucznego i ma kształt zbliżony do prostopadłościanu otwartego od góry oraz jest wyposażona w podstawkę 2. Ścianka donicy 1 od strony jej każdego boku i w obszarze jej dna jest dwuwarstwowa. Warstwa zewnętrzna 3 donicy 1 jest warstwą nośną, konstrukcyjno-dekoracyjną, zaś jej warstwa wewnętrzna 4 jest warstwą magazynującą wodę i roztwory soli nawożących, a także uwalniającą tę wodę i roztwory nawożące stopniowo do obszaru korzeni uprawianej rośliny. Donica 1 jest w postaci jednoczęściowej wypraski dwuwarstwowej, przy czym warstwa wewnętrzna 4 donicy 1 jest porowata.

PL 221 725 B1

Do wykonania warstwy zewnętrznej 3 donicy 1 jest zastosowany standardowy polimer termoplastyczny, taki jak PP lub PPC lub PS lub ABS lub PMMA. Warstwa wewnętrzna 4 donicy 1 jest wykonana z modyfikowanych zgodnie z wynalazkiem termoplastycznych bazowych elastomerów, takich jak TPE, dobranych zależnie od zastosowanego polimeru warstwy zewnętrznej 3 i których właściwości absorpcyjne nadawane są poprzez kompoundowanie bazowego polimeru ze specjalnymi dodatkami funkcjonalnymi.

Właściwości absorpcyjne są nadawane bazowemu polimerowi stosowanemu na warstwę wewnętrzną 4 donicy 1 poprzez wprowadzenie, w procesie jego uplastycznienia, aktywnych polimerów, które w kontakcie z wodą lub jej roztworami wykazują silne właściwości absorpcyjne. Polimerami tymi mogą być poliakrylany sodowy lub potasowy, polikarboksylowe kwasy, akryloamidy i ich pochodne.

Struktura porowata w kompoundzie bazowego polimeru z polimerami absorpcyjnymi, stanowiącego warstwę wewnętrzną 4 donicy 1 jest nadawana polialkoholem winylowym, który po wyługowaniu w kontakcie z wodą, zwalnia wolne przestrzenie wewnątrz warstwy nośnego bazowego polimeru, umożliwiające powiększenie objętości polimeru absorpcyjnego, pęczniejącego pod wpływem absorbowanej wody.

W celu umożliwienia termoplastycznego przetwórstwa polimerów absorpcyjnych wykonuje się ich plastyfikację poprzez wprowadzenie do receptury związków o niskim ciężarze cząsteczkowym, takich jak gliceryna lub glikol polietylenowy. Plastyfikacja polega na rozluźnieniu wiązań wodorowych obecnych w krystalicznej strukturze polimeru absorbującego przez wbudowanie cząsteczek gliceryny lub glikolu polietylenowego, co stwarza możliwość jego termoplastycznego przetwórstwa.

Jako środek dyspergujący stosuje się monooleinian gliceryny oraz dodatek wosku EBS.

W celu poprawy kompatybilności składników mieszaniny stosuje się kompatybilizatory, takie jak kopolimery szczepione bezwodnikiem maleinowym lub kopolimery etylenu i kwasu akrylowego.

Mieszanie składników kompoundu wykonuje się dwuetapowo.

W pierwszym etapie wykonuje się mieszanie polimerów absorbujących z plastyfikatorami i woskiem w szybkoobrotowym mikserze ciepło/zimnym w temperaturze do 80 + 120°C, w czasie 4-10 min, po czym mieszaninę schładza się do temperatury 30°C.

Polimer bazowy z kompatybilizującym podaje się proporcjonalnie do głównej gardzieli zasilającej wytłaczarki. Przedmieszka uzyskana w pierwszym etapie podawana jest przez boczny podajnik do strumienia uplastycznionych polimerów.

Rozproszenie aktywnych dodatków w matrycy polimeru bazowego odbywa się w układzie plastyfikującym wytłaczarki dwuślimakowej ZSK, wyposażonym w strefę intensywnego mieszania stopu na ślimakach. Zastosowanie takich elementów układu plastyfikującego umożliwia zabezpieczenie odpowiednich warunków szybkości ścinania, ułatwiając proces dyspergowania polimerów aktywnych w matrycy nośnego polimeru bazowego. Dobra dyspersja aktywnych substancji w bazie polimerowej jest podstawowym warunkiem poprawnej pracy absorbującej warstwy wewnętrznej 4 w donicy 1.

Opis procesu wytłaczania kompoundu absorbującego:

- Mieszanie kompozycji wykonuje się na wytłaczarce dwu ślimakowej typ ZSK.

- Konfiguracja ślimaka powinna zabezpieczyć niskie szybkości ścinania.

- Cylinder plastyfikujący wyposażony jest w 10 stref ogrzewania.

- Przedmieszka podawana jest proporcjonalnie przez boczny podajnik pomiędzy strefami 4 i 5.

- Mieszanie składników receptury odbywa się w strefach 6 i 7.

- Strefa odgazowania stopu znajduje się między strefami 8 + 9.

Profil temperaturowy:

- Strefa 1 + 3 temperatura 18 + 50°C.

- Strefa 4 + 5 temperatura 115 + 125°C.

- Strefa 6 + 8 temperatura 160 + 170°C.

- Strefa 9 + 10 temperatura 132 + 165°C.

- Temperatura stopu 155°C.

- Chłodzenie wytłoczonych nitek kompoundu wykonuje się w roztworze soli: NaCl, Na2CO3,

NaHCO3.

Uzyskany tym sposobem granulat modyfikowanego polimeru jest stosowany jako jeden z surowców do wytwarzania donicy 1 dwukomponentowej.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania donicy do uprawy roślin, wykonanej z tworzywa sztucznego, przy czym ścianka donicy co najmniej w części jest co najmniej dwuwarstwowa, a warstwa zewnętrzna donicy jest warstwą nośną, konstrukcyjno-dekoracyjną, zaś jej warstwa wewnętrzna jest warstwą magazynującą wodę i/lub roztwór nawożący oraz uwalniającą je stopniowo do obszaru korzeni uprawianej rośliny, znamienny tym, że donicę (1) wtryskuje się jednoczęściowo w formie wtryskowej dwukomponentowej, na wtryskarce dwukomponentowej, przy czym jako jeden z komponentów, przeznaczony na warstwę zewnętrzną (3) donicy (1) stosuje się standardowy polimer termoplastyczny, zaś jako drugi komponent, na warstwę wewnętrzną (4) donicy (1), stosuje się bazowy polimer termoplastyczny, wykazujący właściwości adhezyjne do polimeru warstwy zewnętrznej (3) i modyfikowany aktywnym polimerem absorpcyjnym w kontakcie z wodą i/lub jej roztworami.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że polimer absorpcyjny modyfikowanego bazowego polimeru warstwy wewnętrznej (4) donicy (1) wybiera się z grupy: poliakrylany sodowy lub potasowy, polikarboksylowe kwasy, akryloamidy i ich pochodne.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że modyfikację bazowego polimeru warstwy wewnętrznej (4) donicy (1) prowadzi się z zastosowaniem mieszania w mieszalniku szybkoobrotowym ciepło/zimnym przedmieszki kilku składników mieszanki, gdzie następuje ich plastyfikacja, a następnie kompoundowania z pozostałymi składnikami na wytłaczarce.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że strukturę porowatą warstwy wewnętrznej (4) donicy (1) wytwarza się poprzez wyługowanie wodą jednego ze składników kompoundu, korzystnie polialkoholu winylowego.