DE4035249A1 - Formteil aus gebundener mineralwolle zur kultivierunng von pflanzen - Google Patents

Formteil aus gebundener mineralwolle zur kultivierunng von pflanzen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Formteil aus gebundener Mineral­ wolle zur Kultivierung von Pflanzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung eines sol­ chen Formteils gemäß Anspruch 10 sowie die Verwendung eines solchen Formteils für die extensiv bewässerte Begrünung erd­ bodenfreier Unterlagen, insbesondere für die Dachbegrünung.
Bei der Herstellung von Mineralwollevliesen ist neben der Zerfaserung selbst die Bildung des Vlieses als solches ein wichtiger Verfahrensschritt. Bekanntlich wird hierbei im Anschluß an den Zerfaserungsvorgang auf die erzeugten Mine­ ralfasern ein duroplastisches Bindemittelharz gesprüht, das später unter Wärmeeinwirkung aushärtet und den Mineralwolle­ produkten ihre Formstabilität verleiht. Gleichzeitig wird bei dem Zerfaserungsvorgang ein Faser-/Gas-/Luft-Gemisch erzeugt, das zur Abtrennung der Fasern in einen kastenförmi­ gen sogenannten Fallschacht eingeführt wird, welcher boden­ seitig ein gasdurchlässiges umlaufendes Transportband besitzt, auf dem sich das Mineralwollevlies bildet. Unter dem Transportband befindet sich eine Absaugvorrichtung, die einen bestimmten Unterdruck erzeugt.
Trifft nun das Bindemittel enthaltende Faser-/Gas-/Luft- Gemisch auf das Transportband auf, so wird das mit Bindemit­ telpartikeln versehene Gas-/Luft-Gemisch unterhalb des Transportbandes abgesaugt und die Fasern legen sich als Wol­ lebahn auf diesem ab. In einem Wäscher wird anschließend dieses abgesaugte Gemisch dahingehend mit Wasser behandelt, daß die in dem Gemisch enthaltenen Feststoffe, wie Faser­ reste und Bindemittelpartikel, abgeschieden werden. Dieses sogenannte, durch Feststoffe nunmehr angereicherte Prozeß­ wasser läuft anschließend über Filter, auf denen die Fest­ stoffe abgeschieden werden. Das so gereinigte Prozeßwasser wird dann dem Wäscher wieder zugeführt, wobei etwaige Ver­ dampfungsverluste durch Frischwasserzufuhr ersetzt werden.
Die bei der genannten Herstellung erhaltene, mit einem duro­ plastischen Bindemittelharz gebundene Mineralwollebahn weist aufgrund der späteren Aushärtung bei ca. 200°C und weiterer Polymerisation - neben einer vorteilhaften mechanischen Festigkeit - hydrophobe Eigenschaften auf. Eine derartige Hydrophobierung ist insbesondere für Formteile aus gebunde­ ner Mineralwolle erwünscht, die im Baugewerbe zur Wärme- und Schalldämmung eingesetzt werden, da sowohl an die mechani­ sche Festigkeit als auch an die Wasserresistenz dieser Pro­ dukte hohe Anforderungen gestellt werden müssen.
Sollen jedoch Formteile aus gebundener Mineralwolle, z. B. als Substrat für die Kultivierung von Pflanzen in erdeloser Kultur verwendet werden, so ist es erforderlich, daß Form­ teile in der Lage sind, Wasser bzw. wäßrige Nährlösung zu adsorbieren bzw. in ihre Kapillarräume aufzunehmen, damit die Pflanzenwurzeln oder gar auf die Mineralwolle aufgeleg­ tes Saatgut hinreichend mit Wasser bzw. Nährlösung versorgt werden. Konventionell hergestellte Formteile aus gebundener Mineralwolle erfüllen diese Erfordernisse an die Hydrophilie wegen des typischerweise verwendeten hydrophobierenden Bin­ demittelharzes jedoch nicht. Hierzu war es notwendig, den Mineralwolleprodukten mit geeigneten Zusätzen die erwünsch­ ten hydrophilen Eigenschaften zu verleihen.
Aus der EP-A-02 01 426 ist es bekannt, mit einem duroplasti­ schen Bindemittelharz gebundene Mineralfasern, die zu Pflan­ zenkultursubstratblöcken weiterverarbeitet werden sollen, mit einem nicht-ionischen Tensid auf Basis von ethoxylierten Fettalkoholen zu imprägnieren.
Ferner ist es aus der DE-OS 20 57 945 bekannt, Mineralwolle­ produkte während der Herstellung durch Aufbringen einer Mischung aus Phenol-Formaldehyd- oder Harnstoff-Formaldehyd- Harz und einem Tensid auf die Fasern wasseraufnehmend zu machen.
Hydrophilierungsmittel, welche die bekannten Tenside enthal­ ten, weisen jedoch den Nachteil auf, daß es bei Verwendung eines Prozeßwasserkreislaufes zu Ausflockungen - hauptsäch­ lich von Phenolharzen - kommt, was zu Verstopfungen der Fil­ ter führt. Ein solcher Störfall kann zu einem unerwünschten Ausfall der gesamten Produktionslinie führen, da zwangsläu­ fig sowohl zeit- als auch kostenintensive Reinigungsarbeiten am Prozeßwasserkreislaufsystem anfallen.
Neben den Schwierigkeiten, die im Prozeßwasserkreislauf mit Tensiden enthaltenden Hydrophilierungsmitteln auftreten, besitzen diese den weiteren Nachteil, daß sie wegen des Gehalts an Tensiden im Laufe der Zeit selbst aus der Mine­ ralwolle ausgewaschen werden, so daß die Formteile aus gebundener Mineralwolle ihre hydrophilen Eigenschaften ver­ lieren und aufgrund des Gehaltes an Bindemittelharz wieder hydrophob werden. Außerdem ist die Tenside enthaltende gebundene Mineralwolle zwar leichter benetzbar; das Wasser wird aber nicht an der Mineralwolle adsorbiert oder von ihr auf sonstige Weise festgehalten, sondern fließt wegen der Wirkung der Tenside unverzüglich wieder ab bzw. verdunstet sofort wieder, so daß für das Pflanzenwachstum nur sehr kurze Zeit zur Verfügung steht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Formteil aus gebundener Mineralwolle zur Kultivierung von Pflanzen mit guter mechanischer Festigkeit zur Verfügung zu stellen, welches die Wirkung eines Wasserspeichers hat und welches hydrophile Eigenschaften besitzt, die es auch unter Bewitte­ rungsbedingungen nicht verliert.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, im Hinblick auf das Verfahren zur Herstellung eines Formteils durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 11.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, erdbodenfreie Unterlagen, wie Dächer, Wände, Straßen und Wege bei extensiver Bewässerung durch Regen zu begrünen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 14.
Das vorgeschlagene Formteil aus gebundener Mineralwolle weist den Vorteil auf, daß es leicht Wasser in flüssiger oder gasförmiger Form, z. B. als Regen, Gießwasser, Nebel oder in der Atmosphäre enthaltenen gasförmigen oder tröpf­ chenförmigen Wasserdampf aufnimmt. Weiterhin adsorbiert es das aufgenommene Wasser, so daß dieses weder abfließen noch unter üblichen Witterungsbedingungen verdampfen kann. Es dient also als Wasserspeicher. Jedoch vermögen Pflanzen so starke Saugkräfte für Wasser aufzubringen, daß sie die Adsorptionskräfte überwinden und unter ihrer Einwirkung das Wasser desorbiert wird, so daß es in Trockenzeiten den Pflanzen zur Verfügung steht.
Als reversible Wasser adsorbierende, wasserunlösliche Mittel eignen sich im Rahmen der Erfindung sowohl anorganische als auch organische Mittel.
Als anorganische Mittel sind z. B. verschiedene Tonminera­ lien, Aluminiumoxid Al2O3 bzw. AlO(OH) sowie deren Hydrate, und Siliziumdioxid SiO2 einsetzbar, die große Mengen an Was­ ser reversibel adsorbieren können.
Als besonders geeignet haben sich gefällte Kieselsäure sowie durch Flammenhydrolyse hergestellte hochdisperse pyrogene Kieselsäure erwiesen, die beispielsweise unter den Handels­ bezeichnungen "AerosilR" oder "Cab-O-SilR" vertrieben wird. Solche durch Flammenhydrolyse von SiCl4 gewonnenen Kiesel­ säuren besitzen eine sehr große, nahezu porenfreie Oberflä­ che, die z. B. 100 bis 500 m2/g betragen kann.
Als organische Wasser adsorbierende, wasserunlösliche Mittel eignen sich vor allem sogenannte "Superabsorber", z. B. Acrylamid/Acrylsäure-Copolymerisate, die unter der Bezeich­ nung "StockosorbR" vertrieben werden.
Die erfindungsgemäß einsetzbare pyrogene Kieselsäure vermag ein Vielfaches ihres Gewichtes von Wasser auf ihrer sehr großen Oberfläche reversibel zu adsorbieren. Sie ist dabei vollständig unlöslich im Gegensatz zu der Kieselsäure, die neben einem Tensid gemäß dem Verfahren der EP-A-03 54 748 auf Steinwolle aufgebracht wird. So behandelte Steinwolle stellt nach diesem Stand der Technik ein Kultursubstrat dar, von dem sich das langzeitlösliche Siliziumdioxid nach und nach in der der Pflanze zugeführten Nährlösung auflöst und so z. B. als Wachstumsförderer aktiv wird.
Im Gegensatz dazu wird das erfindungsgemäß verwendete Wasser adsorbierende wasserunlösliche Mittel nicht aufgelöst und verbleibt somit auf der Mineralwolle. Es wird auch nicht ausgespült, da es (vermutlich über Wasserstoffbrückenbindun­ gen) unter Bewitterungsbedingungen irreversibel an die Mine­ ralwolle angelagert ist. Außerdem enthält das erfindungsge­ mäße Formteil keine Tenside, welche nach dem Stand der Tech­ nik in Formteilen aus gebundener Mineralwolle zur Kultivie­ rung von Pflanzen enthalten sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird in Übereinstimmung mit der wissenschaftlichen physikalisch-chemischen Nomenkla­ tur in der Beschreibung und den Patentansprüchen unter reversibler "Wasseradsorption" eine reversible Anlagerung von Wasser in gasförmiger oder flüssiger Form an dem festen, Wasser adsorbierenden Mittel verstanden. Im kommerziellen und teilweise auch technischen Bereich wird eine solche Adsorption häufig auch mit "Absorption" bezeichnet.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile werden sowohl die anorganischen als auch die organischen Wasser adsorbierenden Mittel in Wasser suspendiert, wobei die Sus­ pension vorzugsweise mit einem Hochleistungsdispergiergerät, z. B. der Handelsmarke "Ultraturrax", dispergiert wird. Bei der Herstellung der Mineralwolle wird die Suspension auf die Fasern im Fallschacht oder auf dem darunterlaufenden Trans­ portband aufgegeben. Im Fallschacht werden die noch heißen Fasern mit Bindemittelharz besprüht. Das reversibel Wasser adsorbierende wasserunlösliche Mittel wird vorzugsweise nicht zusammen mit dem Bindemittelharz, sondern im Anschluß daran noch im Fallschacht oder auf dem Transportband auf die Mineralwolle aufgesprüht, damit der Kontakt mit dem flüssi­ gen Bindemittelharz die Wirksamkeit des Mittels nicht beein­ trächtigen kann. Es ist jedoch möglich, das Wasser adsorbie­ rende wasserunlösliche Mittel vor dem oder auch gleichzeitig mit dem Bindemittelharz auf die Mineralwolle aufzusprühen.
Die Suspension des Wasser adsorbierenden, wasserunlöslichen Mittels in Wasser kann bis 20 Gew.-% Feststoff, vorzugsweise 3 bis 7 Gew.-% Feststoff enthalten. Eine wäßrige Suspension von 4 bis 5 Gew.-% Feststoff hat sich in der Praxis besonders gut bewährt.
Das Wasser adsorbierende Mittel wird auf die Mineralwolle in einer Menge von mindestens 0,05%, bezogen auf das Gewicht der Mineralwolle, zugesetzt. Größere Mengen erhöhen jedoch die Adsorptionsfähigkeit, so daß vorzugsweise 0,1 bis 1% des Wasser adsorbierenden Mittels, bezogen auf das Gewicht der Mineralwolle, zugesetzt werden.
Ein besonderer Vorteil des auf die Mineralwolle aufgebrach­ ten reversibel Wasser adsorbierenden, wasserunlöslichen Mit­ tels liegt darin, daß es sich weder zersetzt noch verflüch­ tigt, wenn die Mineralwollebahn - wie allgemein üblich - zur Aushärtung des Bindemittels durch einen Tunnelofen mit einer Umgebungstemperatur von ca. 200°C geführt wird. Auch wird seine Wasseradsorptionsfähigkeit durch diese Wärmebehandlung nicht wesentlich beeinträchtigt.
Das Formteil aus gebundener Mineralwolle kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Filz vorliegen. Dies ermöglicht die Anpassung an Unebenheiten auf der Unterlage.
Die Verwendung des Formteils aus gebundener Mineralwolle in Form einer Platte mit einer Rohdichte von über 50 kg/m3, insbesondere über 70 kg/m3 weist den Vorteil auf, daß solche Platten in großem Maßstab und kostengünstig hergestellt wer­ den können und darüberhinaus bei Bedarf mit solcher Festig­ keit erzeugt werden können, daß sie begehbar sind.
Es ist auch möglich, dem Formteil ein Düngemittel in Form eines Langzeitdüngers zuzugeben. Dieser wird bei Feuchtig­ keit, z. B. Regen oder Nebel gelöst und somit für die Pflanze verfügbar. Ebenso ist es möglich, ein Pflanzen­ schutzmittel, z. B. ein Fungizid zusammen mit dem Wasser adsorbierenden wasserunlöslichen Mittel oder auch getrennt hiervon dem Formteil zuzusetzen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Dach mit den erfindungsgemäßen Formteilen mindestens teilweise bedeckt und mit Saatgut oder Pflanzen bestückt. Dabei ist es, insbesondere wenn Saatgut zur Keimung verwendet werden soll, unter Umständen günstig, das Saatgut auf die Mineral­ wolleplatten aufzubringen und diese anschließend mit einer Humusschicht zu bedecken, um es vor Vogelfraß oder Windver­ wehung zu schützen. Da die Mineralwolleplatten mechanisch stabil sind, können sie - bei hinreichender Abstützung - für begehbare Dachabdeckungen verwendet werden.
Ferner weisen solche Mineralwolleplatten eine gute Witte­ rungsstabilität auf.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung eines Ausführungsbei­ spieles.
Beispiel
Als Formteil aus gebundener Mineralwolle soll eine Mineral­ wolleplatte hergestellt werden:
Hierzu wird eine Basaltschmelze - als Mineralschmelze - in bekannter Weise, beispielsweise im Düsenblasverfahren, zer­ fasert. Im Anschluß an den Zerfaserungsvorgang wird eine wäßrige Suspension von AerosilR aufgesprüht. AerosilR ist eine pyrogene Kieselsäure und besitzt eine Oberfläche von 200 bis 500 m2/g. Die wäßrige Aerosil-Suspension war folgen­ dermaßen hergestellt worden: 4% Aerosil wurde auf einem Ultraturrax in Wasser suspendiert.
Im Anschluß an die Behandlung der Mineralfasern mit der Aerosil-Suspension wird die erzeugte Mineralwollebahn in bekannter Weise zu Mineralwolleplatten als Formteil aus gebun­ dener Mineralwolle zur Kultivierung von Pflanzen weiterver­ arbeitet.
Wie oben angegeben, wird die wäßrige Dispersion des reversi­ bel Wasser adsorbierenden, wasserunlöslichen Mittels als 4 bis 5%-ige Suspension hergestellt und aufgesprüht.
Die mittels des oben beschriebenen reversibel Wasser adsor­ bierenden Mittels hergestellten Mineralwolleplatten weisen als Dachbegrünungsplatten eine Abmessung von ca. 60×100×10 cm auf, wobei ihre Rohdichte ca. 70 kg/m3 beträgt.
Die hydrophilen Eigenschaften der hergestellten Mineral­ wolleplatten sind z. B. durch den sogenannten Sinktest meßbar. Weisen die Formteile aus gebundener Mineralwolle hydrophile Eigenschaften auf, so müssen sie nach ca. 30 bis 240 s abgesunken sein, was sämtliche Mineralwolleplatten tun, wenn sie mit dem reversibel Wasser adsorbierenden, was­ serunlöslichen Mittel der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.
Ein weiteres Maß für die hydrophilen Eigenschaften von Mine­ ralwolleprodukten ist die kapillare Wasseraufnahme. In diesem Test werden die zu untersuchenden Mineralwollepro­ dukte an ihren Stirnseiten mit Paraffin abgedichtet und mit ihrer Ober- bzw. Unterseite auf die Wasseroberfläche eines Wasserbades von ca. 20°C gelegt. Die kapillare Wasserauf­ nahme beträgt für die erfindungsgemäß hergestellten Mineral­ wolleplatte nach 30 s zwischen 100 und 200 g/dm2, nach 1 h zwischen 190 und 225 g/dm2 und nach 24 h zwischen 230 und 250 g/dm2.
Um eine Verwendung der mit dem reversibel Wasser adsorbie­ renden, wasserunlöslichen Mittel hergestellten Mineralwolle­ platten zur Dachbegrünung zu gewährleisten, wurden die Mine­ ralwolleplatten auf ihre Tauglichkeit als Dünge- und Auf­ wuchssubstrat untersucht.
Hierbei stellt sich heraus, daß bei Anzuchtversuchen mit Tomatensamen eine Keimungsrate von über 90% erreicht wurde.
Außerdem lagen nur zahlenmäßig geringe Wurzeldeformationen vor, so daß die erhaltenen Mineralwolleplatten sich ausge­ zeichnet als Dünge- und Aufwuchssubstrat für Kulturpflanzen eignen.
Zum Zwecke von Dachbegrünungen ist es erforderlich, die Dachkonstruktion mit einer wasserdichten Folie abzudecken und dann hierauf erfindungsgemäß hergestellte Mineralwolle­ platten flächendeckend aufzulegen, wodurch eine einwandfreie Dachabdeckung gewährleistet ist, da die Formteile aus gebun­ dener Mineralwolle der vorliegenden Erfindung gleichzeitig eine gute mechanische Stabilität aufweisen.
Bei einer Dachabdeckung von Steildächern ist es dabei zweck­ mäßig, zwischen den parallel zur Traufe verlaufenden Stoß­ flächen der Dachbegrünungsplatten durchgehende wasserdichte Streifen, z. B. aus normalen Mineralfaserplatten, einzule­ gen, damit auf die Platten auftreffendes Regenwasser aus diesen nicht sofort in Richtung Traufe abfließen kann.

Claims (16)

1. Formteil aus gebundener Mineralwolle zur Kultivierung von Pflanzen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Mine­ ralwolle ein reversibel Wasser adsorbierendes, was­ serunlösliches Mittel angelagert ist.
2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser adsorbierende Mittel eine anorganische Ver­ bindung ist.
3. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser adsorbierende Mittel pyrogene Kieselsäure ist.
4. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser adsorbierende Mittel gefällte Kieselsäure ist.
5. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser adsorbierende Mittel ein organischer Superabsorber ist.
6. Formteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Superabsorber ein Acrylamid/Acrylsäure-Copolymer ist.
7. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeich­ net durch einen Gehalt von mindestens 0,5% des Wasser adsorbierenden Mittels, bezogen auf das Gewicht der Mineralwolle.
8. Formteil nach einem der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines Filzes vorliegt.
9. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form einer Platte mit einer Dichte von über 50 kg/m3, insbesondere über 70 kg/m3 vorliegt.
10. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Düngemittel und gegebenen­ falls ein Pflanzenschutzmittel enthält.
11. Verfahren zur Herstellung eines Formteils nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man im Anschluß an den Zerfaserungsvorgang einer Mineral­ schmelze das Wasser adsorbierende Mittel getrennt vom Bindemittel, insbesondere danach, zu der Mineralwolle gibt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser adsorbierende Mittel in Form einer wäß­ rigen Suspension aufsprüht.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit Bindemittel und Wasser adsorbierendem Mit­ tel versehene Mineralwolle einer thermischen Behandlung unterzieht.
14. Verwendung eines Formteils nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für die extensive Begrünung von erdbodenfreien Unterlagen.
15. Verwendung eines Formteils nach Anspruch 14 für die Dachbegrünung.
16. Verwendung eines Formteils nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dach mit Formteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mindestens teilweise bedeckt und mit Saatgut oder Pflanzen bestückt wird, wobei gegebe­ nenfalls die Formteile mit einer Schutzschicht, insbe­ sondere aus Humus oder dergleichen, bedeckt werden.
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