可潤濕且不可浸出的泥炭蘚、制備方法及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明披露了一種泥炭蘚組合物，其具有改善的持水能力、親水性和/或抗浸出性能，并且其包含一種或多種多糖，所述多糖例如為瓜爾膠和/或瓜爾膠衍生物。本發(fā)明還披露了制備該泥炭蘚組合物的方法以及使用該泥炭蘚組合物的方法。
【專利說明】可潤濕且不可浸出的泥炭蘚、制備方法及使用方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求于2011年8月9日提交的美國臨時申請N0.61/521,509的優(yōu)先權(quán)，該臨時申請以引用的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及泥炭蘚(peat moss)領(lǐng)域，更具體而言，本發(fā)明涉及提高泥炭蘚的可潤濕性。
[0004]根據(jù)本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在泥炭蘚行業(yè)中通常使用表面活性劑作為潤濕劑。例如，在美國專利5，867，937中，Templeton描述了使用EO-PO聚合物和二氧化硅來削弱植物生長所用的無土混合物中的泥炭蘚、樹皮和巖棉的疏水性，以促進更容易、更快、且更均勻地澆灌該混合物而不會損傷植物。Hagen等人的美國專利6，455，149描述了水膨脹型泥炭丸粒，其包含泥炭蘚、pH調(diào)節(jié)劑、潤濕劑、以及任選的操作添加劑，并且其體密度(bulk density)優(yōu)選為約300kg/m3至約600kg/m3。所述潤濕劑可為非離子表面活性劑，例如為共聚的烷氧化物(alkane oxides),如環(huán)氧乙燒-環(huán)氧丙烷共聚物(E0-P0)。在泥炭蘚領(lǐng)域之外,人們已使用和提出了多種多樣的土壤添加劑來防止蒸發(fā)、促進種子發(fā)芽、以及減少排水，例如2011年4月26日提交的PCT/CN2011/073298描述了向目標土壤區(qū)域引入本體添加劑(bulkadditive)以及使該目標土壤區(qū)域的表層與表面添加劑接觸，其中所述本體添加劑例如為瓜爾膠、未洗的或洗過的瓜爾豆膠、或者聚合物(例如聚丙烯酰胺和聚(甲基)丙烯酸)。
[0005]我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用表面活性劑(例如EO-PO共聚物與二氧化硅以及其他的烷氧化物共聚物)確實會改善泥炭蘚的親水性，但是它們不能充分改善泥炭蘚抗浸出(leaching)的能力。
[0006]發(fā)明概述
[0007]本發(fā)明的一個目的是改善泥炭蘚的持水能力、親水性以及抗浸出能力。
[0008]該目的、以及通過以下說明將會變得明顯的其他目的是通過本發(fā)明而實現(xiàn)的，本發(fā)明的一個方面包括一種組合物，該組合物包含泥炭蘚以及一種或多種多糖。
[0009]在一些實施方案中，所述多糖為瓜爾膠和/或瓜爾膠衍生物(本文中統(tǒng)稱為“瓜爾膠”)。
[0010]在另一個方面，本發(fā)明包括一種改善泥炭蘚的持水能力、親水性和/或抗浸出能力的方法，該方法包括添加一種或多種多糖的步驟。
[0011]本發(fā)明的再一個方面包括一種園藝方法，該方法包括在組合物中栽培需要水和養(yǎng)分的種子或植物，其中所述組合物包含含有所述養(yǎng)分的泥炭蘚、以及包含一種或多種多糖。
[0012]附圖簡要說明
[0013]圖1是示出水滴滲透測試的結(jié)果的圖。
[0014]圖2是第二幅示出水滴滲透測試的結(jié)果的圖。
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明所得的樣品以及對比樣品的照片。
[0016]圖4是示出30秒的最大持水量(g)的圖。[0017]發(fā)明詳述
[0018]術(shù)語“泥炭蘚”一般是指密集地生長在沼澤地上的吸收性大的苔蘚(泥炭蘚(Sphagnaceae )科,泥炭蘚(Sphagnum)屬),在沼澤地中，其下部緩慢腐爛而形成泥炭沉積物。泥炭蘚廣泛應(yīng)用于園藝，特別是用于包裹植物以及用于堆肥。天然泥炭蘚包含對于植物生長和保藏有益的養(yǎng)分，但公知的是，天然泥炭蘚為疏水性的，在干燥狀態(tài)下難以被潤濕。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，將不同量的一種或多種多糖添加到泥炭蘚中，所得的組合物具有上述改善的持水能力、親水性和/或抗浸出能力。
[0020]合適的多糖包括瓜爾膠、未洗的瓜爾豆膠、洗過的瓜爾豆膠、陽離子瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠(CM瓜爾膠)、羥乙基瓜爾膠(HE瓜爾膠)、羥丙基瓜爾膠(HP瓜爾膠)、羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHP瓜爾膠)、疏水改性的瓜爾膠(HM瓜爾膠)、疏水改性的羧甲基瓜爾膠(HMCM瓜爾膠)、疏水改性的羥乙基瓜爾膠(HMHE瓜爾膠)、疏水改性的羥丙基瓜爾膠(HMHP瓜爾膠)、陽離子疏水改性的羥丙基瓜爾膠(陽離子HMHP瓜爾膠)、疏水改性的羧甲基羥丙基瓜爾膠(HMCMHP瓜爾膠)、疏水改性的陽離子瓜爾膠(HM陽離子瓜爾膠)、瓜爾膠羥丙基三甲基氯化銨、羥丙基瓜爾膠羥丙基三甲基氯化銨、淀粉、玉米、小麥、水稻、馬鈴薯、木薯、糯玉米、高粱、糯高粱、西米、糊精、甲殼素、殼聚糖、藻酸鹽組合物、黃原膠、角叉菜膠、肉桂膠、羅望子膠、陽離子纖維素、陽離子聚丙烯酰胺、陽離子淀粉、刺梧桐樹膠、阿拉伯樹膠、果膠、纖維素、羥基纖維素、羥烷基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、任意前述物質(zhì)的衍生物或任意前述物質(zhì)的組合等。
[0021]其中，優(yōu)選的多糖是陽離子瓜爾膠，包括合成的聚丙烯酰胺、諸如淀粉、纖維素等的多糖。陽離子羥丙基瓜爾膠是目前優(yōu)選的瓜爾膠。在陽離子羥丙基瓜爾膠的一個優(yōu)選實施方案中，陽離子取代度(DS)為約0.01至約3。在陽離子羥丙基瓜爾膠的另一個實施方案中，陽離子DS為約0.01至1.5。在陽離子羥丙基瓜爾膠的一個優(yōu)選實施方案中，陽離子DS為約0.01至0.5。在一個實施方案中，輕丙基化(hydroxyproylation)程度、分子取代水平(MS)為約0.1至2，更典型的為約0.1至I`。
[0022]瓜爾膠的用量可不同，但是在優(yōu)選的實施方案中，其用量(以重量計)介于100和
30,000份瓜爾膠/百萬份(PPM)泥炭蘚之間，更優(yōu)選為介于約500和10，000PPM之間。
[0023]我們已發(fā)現(xiàn)，在泥炭蘚中摻入多糖顯著地降低了水滴滲透時間測試(WDPT)中的水潤濕時間。經(jīng)處理的泥炭蘚所具有的這種有益的潤濕效果即使在經(jīng)過若干次洗滌過程后仍然得以保留。在泥炭蘚中摻入多糖減少了泥炭蘚的主要成分在洗滌過程中的損失。此外，經(jīng)處理的泥炭蘚具有增強的持水能力。
[0024]可通過各種各樣的方法將瓜爾膠摻入泥炭蘚中，例如，通過向泥炭蘚基體噴射或混入受控濃度的瓜爾膠粉末、溶液、懸浮液、和/或預(yù)混物來將瓜爾膠摻入泥炭蘚中，這包括一個或多個靜態(tài)步驟或混合步驟。所得的泥炭蘚可被干燥或者以被處理時的狀態(tài)包裝，然后輸送到要應(yīng)用泥炭蘚的地方。也可以在應(yīng)用位置處直接將瓜爾膠原位施加到泥炭蘚基體上。
[0025]在諸如植物生長、栽培等應(yīng)用中，泥炭蘚-瓜爾膠組合物可作為基體，或者與其他組分混合以作為混合基體。
[0026]例子
[0027]采用以下實驗規(guī)程和程序來進行實驗，所述實驗證明通過瓜爾膠添加物的處理，使得泥炭蘚親水化、抗浸出以及提高了持水能力(WHC):
[0028]A.材料:泥炭蘚:標準褐色(Lambert Peat Moss公司? );瓜爾膠添加物(Rhodial，陽離子改性羥丙基瓜爾膠，Jaguar牌)；表面活性劑對照物:E0-P0_E0，二壬基酚乙氧基化物，去離子水(DI水)。
[0029]B.設(shè)備:托盤(44”X24”);塑料膜(Wrap Seal?);布氏漏斗(直徑:5.5cm);兩種濾網(wǎng):網(wǎng)眼尺寸-2555um ;真空瓶(2L)和適配器；真空計:Ashcroft?低真空計，30〃H20至0及0至一7.5kPa ;實驗室真空或真空泵(Interdynamics VCP?.-10空氣調(diào)節(jié)用0.8CFM小型真空泵)；噴射瓶:VWR?可調(diào)式噴射瓶；標準實驗室配置:刮刀，燒杯，燒瓶，小瓶，天平(Denver Instrument?, 0-4000克,精密度:0.01克),計時器；數(shù)碼相機(可選)。
[0030]C.稈序:對于瓜爾膠添加物，稱重2.80g并加入397.2mL DI水中。攪拌過夜。將備用液(stock solution)儲存在冰箱中。使用前振蕩。在一周內(nèi)使用。對于表面活性劑對照物，通過將2.0克表面活性劑加入198mL DI水中來制備1%的備用液；用塑料膜覆蓋托盤；稱重100克泥炭蘚，并將其均勻地鋪在塑料膜上，形成厚度約為0.5cm的層；用噴射瓶將測試溶液或?qū)φ杖芤?總體積為200mL)噴射在泥炭蘚上；手動混合泥炭蘚以確保均勻地潤濕；對于以1%的比例處理的情況(其他劑量要相應(yīng)地調(diào)節(jié)稀釋比);對于瓜爾膠添加物，將142.9mL備用液稀釋至總體積為200mL ;對于表面活性劑對照物，將IOOmL備用液稀釋至總體積為200mL ;使所得的混合物在環(huán)境條件下干燥。
[0031]D.親水 化測試(毛細管上升測試):將2.0克泥炭蘚(處理過的泥炭蘚和對照的泥炭蘚)裝入70mL的小瓶中；輕輕地叩擊小瓶以確保緊密堆積；在刮刀的輔助下將30mL的DI水加入到各個小瓶中，以確保使水沿著小瓶的瓶壁向下流；開啟計時器或者用相機拍攝圖像/錄像。記錄泥炭蘚被完全潤濕所用的時間。將濕泥炭蘚和液體存留以備下一項測試使用。
[0032]E.抗浸出泖丨試:將2層濾網(wǎng)裝入布氏漏斗中(網(wǎng)眼尺寸較小的濾網(wǎng)放在網(wǎng)眼尺寸較大的濾網(wǎng)之下)。記錄漏斗和濾網(wǎng)的重量。將6mL水加入到漏斗中，使得濾網(wǎng)被潤濕。將處于30mL DI水中的2.0克完全被潤濕的泥炭蘚(得自上一步驟)轉(zhuǎn)移到漏斗中。將濾液收集在配有適配器的真空瓶中。用64mL的DI水涮洗小瓶。水的總體積:100mL。對過濾系統(tǒng)施加低真空(800Pa)達3分鐘。將濾液合并，并轉(zhuǎn)移到250mL的小瓶中，以檢查液體的顏色。將泥炭蘚和漏斗存留以備下一項測試使用。
[0033]F.WHC測試:向上沭漏斗施加真空(3000Pa)汰3分鐘。記錄濕泥炭蘚和漏斗的重量?？鄣袈┒泛蜑V網(wǎng)的重量，計算得到保留在泥炭蘚中的水含量?？晒┨娲氖?，將得自步驟I的濕泥炭蘚轉(zhuǎn)移到105°C的爐中干燥，直至達到恒重。相應(yīng)地，通過測定泥炭蘚干燥過程中的重量損失計算出WHC。
[0034]G.水滴滲誘時間(WDPT)測試:將測試物加入到皮氏培養(yǎng)皿中，振動或者輕輕地叩擊培養(yǎng)皿以確保表面光滑。在表面上滴一滴30微升的水，同時開啟計時器。當水滴完全進入測試物中的時候停止計時器。記錄時間。重復步驟3和4，以總共對10個水滴進行測量。將時間平均值記為WDPT時間。
[0035]實施例1 -增強的潤濕件[0036]經(jīng)瓜爾膠處理的泥炭蘚的性能測試:水滴滲透時間(WDPT)
【權(quán)利要求】
1.一種組合物，所述組合物包含泥炭蘚以及一種或多種多糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述多糖為瓜爾膠和/或瓜爾膠衍生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，在所述組合物中，相對于每一百萬(PPM)重量份的泥炭蘚，所述瓜爾膠和/或瓜爾膠衍生物占約100至30，000重量份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，在所述組合物中，相對于每一百萬(PPM)重量份的泥炭蘚，所述瓜爾膠和/或瓜爾膠衍生物占約500至10，000重量份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述多糖選自由以下物質(zhì)組成的組:瓜爾膠，未洗的瓜爾豆膠，洗過的瓜爾豆膠，羧甲基瓜爾膠(CM瓜爾膠)，羥乙基瓜爾膠(HE瓜爾膠)，羥丙基瓜爾膠(HP瓜爾膠)，羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHP瓜爾膠)，疏水改性的瓜爾膠(HM瓜爾膠)，疏水改性的羧甲基瓜爾膠(HMCM瓜爾膠)，疏水改性的羥乙基瓜爾膠(HMHE瓜爾膠)，疏水改性的羥丙基瓜爾膠(HMHP瓜爾膠)，陽離子疏水改性的羥丙基瓜爾膠(陽離子HMHP瓜爾膠)，疏水改性的羧甲基羥丙基瓜爾膠(HMCMHP瓜爾膠)，疏水改性的陽離子瓜爾膠(HM陽離子瓜爾膠)，瓜爾膠羥丙基三甲基氯化銨，羥丙基瓜爾膠羥丙基三甲基氯化銨，以及非瓜爾膠多糖如淀粉、玉米、小麥、水稻、馬鈴薯、木薯、糯玉米、高粱、糯高粱、西米、糊精、甲殼素、殼聚糖、藻酸鹽組合物、黃原膠、角叉菜膠、肉桂膠、羅望子膠、陽離子纖維素、陽離子聚丙烯酰胺、陽離子淀粉、刺梧桐樹膠、阿拉伯樹膠、果膠、纖維素、羥基纖維素、羥烷基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素，它們的衍生物和它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的組合物，其中所述多糖選自由陽離子改性瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠、烷基瓜爾膠和陽離子改性的羥丙基瓜爾膠組成的組。
7.一種改善泥炭蘚的持水能力的方法，包括向所述泥炭蘚中摻入一種或多種多糖。
8.一種改善泥炭蘚的親水性、增強抵抗養(yǎng)分和/或殺蟲劑從泥炭蘚中浸出的方法，包括向所述泥炭蘚中摻入一種或多種多糖。
9.一種增強抵抗養(yǎng)分和/或殺蟲劑從泥炭蘚中浸出的方法，包括向所述泥炭蘚中摻入一種或多種多糖。
10.一種改善泥炭蘚的持水能力、親水性、增強抵抗養(yǎng)分從泥炭蘚中浸出和/或增強抵抗殺蟲劑從泥炭蘚中浸出的方法，包括向所述泥炭蘚中摻入一種或多種瓜爾膠和/或瓜爾膠衍生物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括向泥炭蘚基體上或泥炭蘚基體中噴射或混入受控濃度的瓜爾膠粉末、溶液、懸浮液、和/或預(yù)混物。
12.—種植物栽培方法，包括將植物種植在泥炭蘚基體中，所述泥炭蘚基體在泥炭蘚中包含一種或多種瓜爾膠和/或瓜爾膠衍生物。
【文檔編號】B32B5/16GK103781347SQ201280039128
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月9日
【發(fā)明者】陳志云, 讓-克里斯托夫·卡斯坦 申請人:羅地亞管理公司