PT100977A

PT100977A - Fibras de vidro utilizadas como constituintes de substratos para culturas sem solo e substratos para as referidas culturas

Info

Publication number: PT100977A
Application number: PT100977A
Authority: PT
Inventors: Alain De Meringo; Bernard Kafka; Simone Rey
Original assignee: Saint Gobain Isover
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1994-01-31
Also published as: KR930702888A; NO932243D0; WO1993007741A1; ITTO920811A1; JPH06503478A; AU2947192A; FR2682556A1; FR2682556B1; FI932828A0; ITTO920811A0; NO932243L; FI932828L; EP0563371A1; FI932828A7; CA2098705A1

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA O invento refere-se a fibras de vidro destinadas a serem utilizadas no domínio da agricultura. O invento tem por objecto, mais particularmente, fibras destinadas a serem utilizadas como constituintes de um substrato para culturas sem solo.

De forma geral, um substrato para cultura sem solo deve possuir uma resistência mecânica suficiente para evitar um abatimento sob o efeito quer do desenvolvimento das raízes quer de uma solicitação mecânica devida a um efeito de molhagem e a uma circulação da solução nutritiva, no seio do substrato. Por outro lado, o substrato deve permitir uma disponibilidade da solução nutritiva para a planta e assegurar um bom arejamento das raízes. São evidentemente pretendidos um custo e uma massa volúmica tão baixos quanto possível.

Como é sabido, os substratos para cultura sem solo são fabricados a partir de lã de rocha. Estes substratos apresentam propriedades vantajosas. No entanto, a lã de rocha é obtida a partir de fibras produzidas por um processo dito de centrifugação externa. Estes processos conduzem, geralmente, a uma proporção relativamente importante de partículas incrustadas em fibras presentes no substrato e a produtos de densidade relativamente elevada, da ordem de 60 a 80 kg/m3.

Foram igualmente propostos substratos de cultura sem solo constituídos por lã de vidro. Esta lã de vidro é obtida a partir de fibras produzidas por um processo dito de centrifugação interna, detalhado no seguimento da descrição. A massa volúmica destes substratos pode ser sensivelmente menor e situa-se, com maior frequência, entre 15 e 50 kg/m3.

Foram já descritas composições de fibras de vidro respondendo às características exigidas para uma utilização como substrato para cultura sem solo.

74 434 A patente EP 201 426 descreve uma composição vidreira para fibras destinadas a serem utilizadas como substrato para cultura sem solo, que responde bem às exigências mecânicas e hídricas em matéria de cultura sem solo.

No entanto, alguns dos seus constituintes, libertados em contacto com a solução nutritiva, podem ser desfavoráveis a certos sistemas de cultura. 0 presente invento tem por objectivo fornecer fibras cuja composição vítrea apresenta características tais gue elas sejam transformadas em fibras, de acordo com o processo dito de centrifugação interna, fibras destinadas à constituição de substratos para cultura sem solo. 0 presente invento tem por objectivo proporcionar um substrato para cultura sem solo, de pequena massa volúmica, desempenhando um papel de manutenção de raízes que se impregna facilmente de solução nutritiva e que não contraria o crescimento das plantas.

Os objectivos do invento são alcançados graças a fibras cuja composição vidreira é a seguinte: sio2 55 - 70 % A1203 1 - 8 % cao 5 - 9 % MgO 1,5 - 4 % Na20 13 - 18,5 % K20 0,5 - 10 % Fe203 0 - 4 % ZnO 0 - 4 % MnO 0 - 4 % tío2 0 - 4 % P2°5 0 - 4 % Impurezas < 1 % cuja soma dos teores em B203, Li20 e F é inferior ou igual a 1%.

As impurezas compreendem todos os constituintes que não .. ν' //,/ ν . 74 434 figuram na lista precedente e que são adicionados pelas matérias primas naturais, utilizadas para elaborar estas composições vidreiras. As impurezas compreendem igualmente certos constituintes provenientes de agentes de afinação, tais como sulfatos, adicionados à mistura de matérias-primas vitrifiçáveis.

As fibras de vidro de acordo com o invento são susceptíveis de serem obtidas pelo processo dito de centrifugação interna. Este processo permite a obtenção, de forma reprodutível, de fibras praticamente isentas de partículas não incrustadas nas fibras. Por outro lado, é possível por meio destas técnicas, produzir substratos de baixa massa volúmica.

Este tipo de técnica de produção de fibras constituí o r objecto de numerosas publicações. Para maior detalhe, pode fazer-se referência nomeadamente, às patentes FR 1 382 917 e FR 2 443 436. De acordo com estas técnicas, o vidro fundido é introduzido no interior da centrífuga e é projectado, sob o efeito da força centrífuga, sobre a sua banda periférica. Sobre esta banda encontra-se distribuída uma multiplicidade de orifícios. Através desses orifícios o vidro é projectado horizontalmente. Os fios de vidro resultantes são estirados vantajosamente por correntes gasosas a fim de serem transformados em fibras.

As fibras de vidro de acordo com o invento são obtidas a partir de vidros que apresentam características físicas que permitem a formação de fibras por este processo. Estas características são definidas em seguida. Os vidros apresentam, em particular, uma viscosidade de 10^ Pa.s (1000 poise) a uma temperatura geralmente inferior a 1200°b è, de preferência, inferior a 1150°C.

Uma outra característica física importante para a produção de fibras são as temperaturas de desvitrificação, isto é, as temperaturas correspondentes à formação de cristais na massa vítrea. Estes cristais são, com efeito, susceptíveis de obturar -5- Μ1 74 434 L„i os orifícios da centrífuga.

Existem diversas temperaturas que permitem caracterizar esta desvitrificação: - a temperatura à qual a velocidade de crescimento dos cristais é nula, denominadas vulgarmente por liquidus, - a temperatura à qual a velocidade de crescimento dos cristais é máxima.

De uma maneira geral, a diferença entre a temperatura correspondente a uma viscosidade de 102 Pa.s (1000 poise) e a temperatura do liquidus é preferivelmente, superior ou igual a 50°C. É desejável obter uma velocidade de crescimento dos cristais mínima; ela é inferior a 3 micra/minuto.

Uma outra característica importante a ter em consideração é a resistência hidrolítica da composição, particularmente quando esta se destina a ser utilizada como substrato para cultura sem solo. Esta resistência é medida de acordo com o método padrão da "Deutsche Glastechnische Gesellschaft (DGG)". A DGG dos vidros que constituem as fibras de acordo com o invento é, de preferência inferior ou igual a 30 miligramas. A composição das fibras de vidro de acordo com o invento caracteriza-se por uma taxa reduzida de óxido de boro.

Efectivamente, constatou-se que quando a soma dos teores ponderais em B203, Li20 e F ultrapassa 1%, as quantidades destes elementos libertadas pelas fibras de vidro na solução nutritiva ultrapassam os limites de tolerância de certas plantas.

As composições de fibras de vidro utilizadas tradicionalmente, contêm cerca de 5% em peso de B203 e até 2 a 3% de Li20 e F. Estes elementos desempenham um papel importante nas diferentes propriedades do vidro. Em particular, permitem

74 434 diminuir a viscosidade, reduzir os riscos de desvitrificação e melhorar a resistência hidrolítica.

As composições de acordo com o invento permitem, apesar da forte diminuição da proporção deste constituinte, entenda-se a sua supressão, converter propriedades físicas e químicas correctas.

Assim, um aumento da taxa de óxidos alcalinos permite manter a viscosidade em limites aceitáveis sem provocar um aumento acentuado de desvitrificação, sendo o teor em óxido de sódio sempre igual a, pelo menos, 13%. 0 teor em Na20 não deve ultrapassar cerca de 18,5%; acima deste valor a DGG do vidro é muito elevada o que resulta negativo para as propriedades mecânicas das fibras.

Podem introduzir-se outros óxidos alcalinos na composição de fibras de acordo com o invento. Assim, o K20 e o Li20 diminuem a viscosidade, sem provocar ima diminuição importante da DGG. A viscosidade e a desvitrificação são igualmente mantidas em limites aceitáveis, graças aos óxidos alcalino terrosos CaO e MgO. Em particular, o teor em CaO deve ser pelo menos igual a 5% em peso, para evitar um aumento muito importante da viscosidade. Acima de 9%, o CaO introduz um aumento sensível dos riscos de desvitrif icação. 0 A1203 é introduzido na composição de fibras de vidro, de acordo com o invento, na razão de pelo menos 1% em peso. Isto tem essencialmente por efeito a manutenção da DGG em valores inferiores a 30 miligramas, apesar da forte proporção de óxidos alcalinos. A proporção de Al203 nas composições de acordo com o invento não excede 8%; acima deste valor a viscosidade e os riscos de desvitrificação aumentam consideravelmente.

Podem introduzir-se outros óxidos na composição de fibras 74 434

de acordo com o invento, -7- tais como ZnO,

MnO e Fe203, Ti02 e p2°5

Estes óxidos têm por efeito a fluidificação do vidro, sem afectar a desvitrificação do vidro e melhorando a DGG.

As séries de ensaios, reunidas no quadro em anexo, ilustram a influência dos constituintes presentes numa composição vítrea sobre as características físicas descritas.

As composições de vidro preferidas, de acordo com o invento, compreendem os constituintes seguintes, dentro dos limites indicados e expressos em percentagem ponderai: sio2 58 67 % Al2°3 4,5 7,5 % CaO 5 9 % MgO 1,5 4 % Na20 17 18,5 % K20 0,5 4 % Fe203 0 3 % ZnO 0 3 % MnO 0 3 % Ti02 0 3 % P2°5 0 3 % Impurezas < 1 % cuja soma dos teores em B203, Ll20 e F é inferior ou igual a 1%. Uma outra família de composições vidreiras preferidas de acordo com o invento é descrita em seguida. Estas composições diferenciam-se pela substituição de uma parte da soda por potassa, permitindo limitar a libertação de sódio pelas fibras em contacto com a solução nutritiva. Os limites são expressos em percentagem ponderai: Si02 55 65 % Al2°3 4,5 7,5 % CaO 5 8 % MgO 1,5 4 % Na20 13 17,5 % -8- .‘%&s33ams> 74 434 K20 4 10 % Fe2°3 0 3 % ZnO 0 3 % MnO 0 3 % tío2 0 3 % P2°5 0 3 % Impurezas < 1 % teores em B203, I1I2O Θ F Θ inferior a 1%. O invento refere-se igualmente a substratos para cultura sem solo, constituídos por fibras obtidas a partir de uma composição vítrea de acordo com o invento.

Estes substratos, produzidos pelo processo de centrifugação interna, apresentam, vantajosamente, uma pequena massa volúmica e são facilmente impregnados pela solução nutritiva. Estes substratos de acordo o invento, não desempenham praticamente qualquer papel nutricional para a planta e não entravam o crescimento das plantas: em contacto com a solução nutritiva nenhum elemento possível de causar danos é susceptível de se libertar num teor tal que possa entravar o crescimento das plantas.

Em particular, os inventores demonstraram que uma taxa de boro, lítio e flúor, libertados no contacto da solução nutritiva, superior a 0,5 mg/1 é nefasta para certos sistemas de cultura. Da mesma forma, as libertações excessivas de lítio e de flúor têm efeitos negativos sobre certos sistemas de cultura.

Os substratos de acordo com o invento libertam, em contacto com a solução nutritiva, um teor em boro, lítio e flúor, inferior ou igual a 0,5 mg/1. A ausência de efeitos nefastos para as plantas é testada por uma observação atenta do comportamento das plantas cultivadas bem como por uma observação do seu crescimento.

Vantajosamente, de acordo com o invento, os substratos apresentam uma estrutura particular a fim de melhorar a

74 434

-9 resistência mecânica.

Os substratos de acordo com o invento podem apresentar uma estrutura, descrita no pedido de patente FR 89 03372, na qual as fibras são orientadas segundo direcções aleatórias conferindo à matéria propriedades isotrópicas, em particular uma resistência mecânica melhorada. o pedido de patente FR 90 158909, não publicado, descreve uma outra estrutura com o fim de melhorar a resistência mecânica do substrato. Este último é constituído por uma mistura de fibras finas e de fibras mais grossas. As fibras mais grossas conferem uma resistência mecânica melhorada ao substrato.

As vantagens do invento são postas em evidência por ensaios experimentais descritos na descrição detalhada seguinte. A libertação de boro, lítio e flúor de um substrato, em contacto com a solução nutritiva é testada. Duas amostras de substratos A e B, de dimensões idênticas, de acordo com o invento (respectivamente composições 4 e 11 no quadro) são imersas, até à saturação, separadamente, durante 6 semanas num banho de solução nutritiva de composição idêntica e de pH 5,9.

Estes ensaios demonstram a influência da composição das fibras de vidro que constituem um substrato, sobre os teores em boro lítio e flúor libertados pelas ditas fibras na solução nutritiva e permitem elaborar substratos em lã de vidro compatíveis com o conjunto dos sistemas de cultura.

QUADRO | Composição | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 I 7 | 1 X 1 1 1 I 1 1 1 I 1 I | I | 1 r 1 s<°2 1 1 65,21 | r 63,9 | 62,82 | 1 64,98 | I 64,21 | I 64,21 | 64,21 | 1 ^2¾ 1 4,55 | 4,55 | 4,45 | 4,53 | 4,55 | 4,55 | 4,55 | 1 CaO | 7,65 | 7,85 | 7,75 | 7,62 | 7,65 | 7,65 | 7,65 | | MgO | 2,8 | 2,7 | 2,65 | 2,79 | 2,8 | 2,8 | 2,8 | 1 Na2° 1 18,2 l 18,4 | 18,45 | 18,14 | 18,2 | 18,2 | 18,2 | | k2° | 1,05 | 1,05 | 1 I 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1 Fe2°3 1 0,1051 1,05 | 2,4 | I 0,105 | 0,105| 0,105 | | MnO | 1 I I I 1 I 1 z"° 1 1 I I I I 1 | 1 b2°3 1 1 I 0,35 | I I 1 Ti02 1 1 I I I I 1 Lí2° 1 1 I I 1 I I 1 p2°5 1 1 I I I I | Impurezas | 1_ 1 0,435| 1 0,5 | 1 0,48 | 0,54 | _1 0,435 | _L 0,435| _L 0,435 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 | Propriedades | | 1 1 1 1 1 I 1_ 1 1 1 1_1_1_1_ 1 1 r | Temperatura a | 1 Γ 1 r 1 Γ I 1 1 | uma viscosidade| 1 1 1 I 1 | de 102 Pa.s| 1 1 1 I 1 | (1000 poises) | 1 1 1 I 1 | eo d) | I 1 1120 | I 1117 | I 1103 | 1113 | 1 1076 | t 1109 | 1 1110 | 1 1 | Liquidus (*C) | 1 1 1 1 I I I I 1 1 1 -2- 1 I I 960 | 1 970 | I 990 | 958 | | 940 | I 972 | | 1 ! 1 (1)-(2) (·« | 1 160 | I 1 147 | | 113 | I 155 | | I 136 | I 1 137 | I I I | Velocidade max | I I I I I I I I I I | de cristaliza- | I I I I I | ção </ím/mn) | 1.8 I | 1,41 | | 1,58 | 1,7 I | 1,88 | I I | 1,76 | I I | DGG (mg) | 1 29,2 | 1 1 26,5 | I 29,2 | I 30 | I I 29 | QUADRO (continuação)

Claims

74 434 -12-

REIVINDICACÕttg 1 - Fibras de vidro destinadas a ser utilizadas como constituintes de um substrato de cultura sem solo, caracterizadas por a sua composição compreender essencialmente os constituintes seguintes, cujas proporções são expressas em percentagem ponderai: sio2 55 - 70 % ai2o3 1 - 8 % cao 5 - 9 % MgO 1,5 - 4 % Na20 13 - in 00 H % k2o 0,5 - 10 % Fe2°3 0 - 4 % ZnO 0 - 4 % MnO 0 - 4 % tío2 0 - 4 % P2°5 0 - 4 % Impurezas < 1 % cuja soma dos teores em B203, Li20 e F é inferior ou igual a 1%.
2 - Fibras de vidro de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por a sua composição compreender essencialmente os constituintes seguintes, cujas proporções são expressas em percentagem ponderai: sio2 58 — 67 % Al2°3 4,5 - 7,5 % CaO 5 - 9 % MgO 1,5 - 4 % Na20 17 - 18,5 % K20 0,5 - 4 % Fe2°3 0 - 3 % ZnO 0 - 3 % MnO 0 - 3 % tío2 0 - 4 % p205 0 - 4 % Impurezas < 1 % cuja soma dos teores em B203, LÍ2O e F é inferior ou igual a 1%. 74 434 13- Θ /,, sczsgm

iy»*
3 - Fibras de vidro de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por a sua composição compreender essencialmente os constituintes seguintes, cujas proporções são expressas em percentagem ponderai: Sio^j 55 “ 65 % Al2°3 4,5 - 7,5 % CaO 5 - 8 % MgO 1,5 - 4 % Na20 13 - 17,5 % K20 4 - 10 % Fe2°3 0 - 3 % ZnO 0 - 3 % MnO 0 - 3 % tío2 0 - 3 % F2°5 0 - 3 % Impurezas < 1 % cuja soma dos teores em B203, Li20 e F é inferior ou igual a 1%.
4 - Substrato para cultura sem solo, constituído por fibras de vidro cuja composição compreende essencialmente os constituintes seguintes, cujas proporções são expressas em percentagem ponderai: sio2 55 — 70 % A1203 1 - 8 % cao 5 - 9 % MgO 1/5 - 4 % Na20 13 - 18,5 % k2o 0,5 - 10 % Fe203 0 - 4 % ZnO 0 - 4 % MnO 0 - 4 % tío2 0 - 4 % P2°5 0 - 4 % Impurezas < 1 % cuja soma dos teores em B203, Li20 e F é inferior ou igual a 1%.
5 - Substrato para cultura sem solo, de acordo com a reivindicação 4, constituído por fibras de vidro cuja composição compreende essencialmente os constituintes seguintes, cujas proporções são expressas em percentagem ponderai: sio2 58 - 67 % ai2o3 4,5 - 7,5 % CaO 5 - 9 % MgO 1,5 - 4 % Na20 17 - 18,5 % k2o 0,5 - 4 % Fe203 0 - 3 % ZnO 0 - 3 % MnO 0 - 3 % Ti02 0 - 3 % P2°5 0 - 3 % Impurezas < 1 % cuja soma dos teores em B203, Li20 e F é inferior ou igual a 1%.
6 - Substrato para cultura sem solo, de acordo com a reivindicação 4, constituído por fibras de vidro cuja composição compreende essencialmente os constituintes seguintes, cujas proporções são expressas em percentagem ponderai: sio2 55 - 65 % A1203 4,5 - 7,5 % CaO 5 - 8 % MgO 1,5 - 4 % Na2° 13 - 17,5 % K20 4 - 10 % Fe203 0 - 3 % ZnO 0 - 3 % MnO 0 - 3 % tío2 0 - 3 % P2°5 0 - 3 % Impurezas < 1 % cuja soma dos teores em B203, Li20 e F é inferior ou igual a 1%.
7 - Substrato para cultura sem solo, de acordo com as reivindicações 4, 5 e 6, caracterizado por ser constituído por fibras que, em contacto com uma solução nutritiva, libertam apenas elementos cuja natureza e concentração, na solução -15- 74 434 nutritiva, são desprovidas de efeitos susceptíveis de dificultar o crescimento das plantas.
8 - Substrato para cultura sem solo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por, quando o substrato se encontra saturado a 75% em volume por uma solução nutritiva, o teor em boro, em litio ou em fluor libertado nesta última solução, ser inferior ou igual a 0,5 mg/1. Lisboa, Por SOCIÉTÉ ISOVER SAINT-GOBAIN (Société Anonyme) = 0 AGENTE OFICIAL =