ES2899601T3

ES2899601T3 - Método para preparar un medio de crecimiento hortícola

Info

Publication number: ES2899601T3
Application number: ES18786131T
Authority: ES
Inventors: Cody Schoener; Yasmin N Srivastava
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-22
Publication date: 2022-03-14
Anticipated expiration: 2038-09-22
Also published as: BR112020005686B1; DK3687279T3; WO2019067330A1; EP3687279B1; EP3687279A1; BR112020005686A2; PT3687279T; US20200229360A1

Abstract

Un método para preparar un medio de cultivo hortícola, que comprende: A. formar una mezcla que contiene a) de un 10 a un 99 por ciento en peso, basado en los pesos combinados de los componentes a) y b), de al menos un material de relleno en forma de partículas, b) de un 90 a un 1 por ciento en peso, basado en los pesos combinados de los componentes a) y b), de un cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato, de manera que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato es un producto de reacción de al menos un polímero de óxido de etileno con terminación de hidroxilo con un exceso de un poliisocianato orgánico que incluye al menos un 80% en peso de diisocianato de difenilmetano, en el cual al menos un 60% en peso de diisocianato de difenilmetano es diisocianato de 4,4'-difenilmetano, en el que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato tiene antes del curado con humedad un contenido de isocianato de un 5 a un 15% en peso y contiene de un 35 a un 50 por ciento en peso de unidades de oxietileno basado en el peso de cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato, y c) de un 10 a un 90 por ciento en peso de agua, basado en los pesos combinados de los componentes a), b) y c) y B. solidificar la mezcla obtenida en la etapa A sometiendo a curado con humedad el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato para formar un polímero de poliuretano-urea poroso en el que está intercalado el material en forma de partículas.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para preparar un medio de crecimiento hortícola

La presente invención se refiere a un método para preparar un medio de cultivo hortícola.

Las plantas y/o plántulas y/o semillas de plantas se pueden plantar y cultivar en un medio de crecimiento ligado que incluye un aglutinante sintético y un sólido en forma de partículas tal como suelo. Estos medios de crecimiento adoptan la forma de un sólido poroso, típicamente deformable, en el que las partículas de suelo u otro sólido en forma de partículas están ligadas por medio del aglutinante. La estructura porosa proporciona espacio para el crecimiento de las raíces y permite que el aire y el agua penetren fácilmente en el medio de crecimiento. La estructura porosa y la naturaleza hidrófila del aglutinante contribuyen a que el medio de crecimiento retenga agua.

Dicho medio de crecimiento puede sustituir a medios sueltos tales como el suelo común. Debido a que el aglutinante mantiene unido el sólido en forma de partículas, se forma una masa cohesiva que se puede conformar mediante moldeo u otros procesos para dar lugar a cualquier forma y dimensión apropiadas. No es necesario que el medio de cultivo esté contenido en una maceta u otro recipiente. Debido a esto, el medio de crecimiento es ideal para su uso en aplicaciones emergentes tales como una infraestructura verde decorativa, ejemplos de las cuales incluyen paredes verdes y cubiertas verdes, en las que las plantas en crecimiento forman una superficie exterior. Otras aplicaciones incluyen tapetes de semillas para facilitar el crecimiento de plantas o mejorar la producción de césped desde el crecimiento hasta la instalación.

Una ventaja adicional de los sistemas de crecimiento ligados es que se incorporan fácilmente nutrientes, fertilizantes u otros aditivos de crecimiento.

Con frecuencia se utiliza un polímero de poliuretano hidrófilo como material aglutinante. Estos polímeros aglutinantes se forman por medio de curado con humedad de un cuasi-prepolímero con terminación de isocianato. Generalmente, se combinan el cuasi-prepolímero, el agua y normalmente un material de suelo. Los grupos isocianato del cuasiprepolímero reaccionan con una parte del agua para generar el aglutinante de poliuretano. Esta reacción genera dióxido de carbono, que queda atrapado en el polímero y forma celdas.

El cuasi-prepolímero utilizado industrialmente en estas aplicaciones casi siempre está basado en diisocianato de tolueno. Los cuasi-prepolímeros basados en diisocianato de tolueno tienen diversos atributos que resultan particularmente deseables en la preparación de medios de crecimiento ligados. Cuando se curan, el polímero resultante exhibe una estructura de poro beneficiosa que favorece la retención y absorción de agua y un rápido remojado. No obstante, en ocasiones, algunas propiedades físicas tales como la resistencia al desgarro resultan inapropiadas.

A pesar del buen comportamiento de estos sistemas de aglutinante, existe el deseo de reducir o eliminar el diisocianato de tolueno de los mismos. Las principales alternativas al diisocianato de tolueno disponibles comercialmente son diisocianato de difenilmetano (MDI) y el denominado "MDI polimérico" (o "PMDI"), que es una mezcla de diisocianato de difenilmetano y homólogos superiores de MDI con puentes de metileno que tienen tres o más grupos fenilisocianato por molécula. Los documentos US 6479433 B, US 4402725 A, US 3805531 A y DE 2521277 A1, por ejemplo, describen el uso de cuasi-prepolímeros elaborados usando MDI polimérico para producir medios de crecimiento ligados.

Hasta la fecha, los sistemas de aglutinante basados en cuasi-prepolímeros MDI o PMDI no son sustitutos satisfactorios de los sistemas basados en diisocianato de tolueno. Los prepolímeros MDI y PMDI tienden a tener una reactividad mucho más baja, lo que hace que experimenten curado de forma mucho más lenta. Se aprecia en este caso que la reacción de curado generalmente no está catalizada en las presentes aplicaciones, debido al deseo de evitar la incorporación de compuestos metálicos y aminas volátiles, que pueden contribuir al olor, pueden lixiviar a partir del medio de crecimiento y tener efectos negativos sobre el crecimiento de la planta.

Además, se aprecia la tendencia de los medios de crecimiento ligados fabricados a partir de prepolímeros basados en MDI o PMDI a carecer de características de rendimiento importantes. Por lo general, presentan densidades más altas y menor resistencia al desgarro.

Sigue siendo deseable sustituir los prepolímeros basados en diisocianato de tolueno en aplicaciones de medios de crecimiento ligados.

En un aspecto, la presente divulgación se refiere a un medio de crecimiento hortícola que comprende:

a) de un 25 a un 99 por ciento en peso, basado en los pesos combinados de los componentes a) y b), de un material de relleno en forma de partículas, en el que el material de relleno en forma de partículas está intercalado en

b) de 75 a de 1 por ciento en peso, basado en los pesos combinados de los componentes a) y b), de polímero de poliuretano-urea poroso formado mediante curado con humedad de un cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato, de forma que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato es un producto de reacción de al menos un polímero de óxido de etileno con terminación de hidroxilo con un exceso de un poliisocianato orgánico que incluye al menos un 80% en peso de diisocianato de difenilmetano, del cual al menos un 60% en peso de diisocianato de difenilmetano es 4,4'-diisocianato de difenilmetano, en el que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato tiene antes del curado por humedad un contenido de isocianato de un 5 a un 15% en peso y contiene de un 35 a un 50 por ciento en peso de unidades de oxietileno, basado en el peso del cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato.

La invención es un método de preparación de dicho medio de cultivo hortícola, que comprende:

A. formar una mezcla que contiene

a) de 10 a un 99 por ciento en peso, basado en los pesos combinados de los componentes a) y b), de al menos un material de relleno en forma de partículas, b) de un 90 a un 1 por ciento en peso, basado en los pesos combinados de los componentes a) y b), de un cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato, de manera que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato es un producto de reacción de al menos un polímero de óxido de etileno con terminación de hidroxilo con un exceso de un poliisocianato orgánico que incluye al menos un 80% en peso de diisocianato de difenilmetano, de manera que del difenilmetano diisocianato al menos un 60% en peso es diisocianato de 4,4'-difenilmetano, en el que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato tiene antes del curado por humedad un contenido de isocianato de un 5 a un 15% en peso y contiene de un 35 a un 50 por ciento en peso de unidades de oxietileno, basado en el peso del cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato, y c) de un 10 a un 90 por ciento en peso de agua, basado en los pesos combinados de los componentes a), b) y c) y

B. solidificar la mezcla obtenida en la etapa A por medio de curado con humedad del cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato para formar un polímero de poliuretano-urea poroso en el que está intercalado el material de relleno en forma de partículas.

El material de relleno en forma de partículas es cualquier material que sea sólido a una temperatura de al menos 50 °C, esté en forma de partículas y no inhiba el crecimiento de la planta u hongo cultivado en el medio de crecimiento hortícola. El material de relleno en forma de partículas puede contener o no uno o más nutrientes para la planta u hongo.

Por tanto, los materiales de relleno apropiados en forma de partículas incluyen materiales que son inertes al crecimiento de plantas u hongos, tales como materiales inorgánicos como arena, arcilla, una sílice hidratada tal como vermiculita y/o perlita, biotita, flogopita, partículas de espuma poliméricas (aparte del aglutinante), caliza, yeso, mica, obsidiana hidratada, tierra de diatomeas, otras rocas trituradas, negro de humo, grafito y similares. También se incluyen materiales orgánicos o materiales que incluyen uno o más componentes orgánicos tales como suelo, musgo (tal como turba y/o musgo sphagnum), materia vegetal triturada o picada, estiércol, coco y otras fibras vegetales, basura, corteza de árbol triturada, virutas de madera, serrín, moliendas de café, humus, carbón vegetal, coque, carbón y similares. El material relleno en forma de partículas puede consistir o incluir pellas de fertilizante u otras composiciones nutritivas en forma de pellas.

El material de relleno en forma de partículas también puede incluir aditivos funcionales sólidos tales como fungicidas sólidos, insecticidas, pigmentos, herbicidas selectivos y similares.

Se pueden usar mezclas de dos o más de los materiales de relleno en forma de partículas anteriores.

El tamaño de partícula puede ser, por ejemplo, de hasta 10 milímetros (dimensión más larga) según se determina mediante métodos de tamizado.

El cuasi-prepolímero es un producto de reacción de un poliisocianato orgánico que incluye diisocianato de difenilmetano (MDI) y un poliéter que contiene grupos de oxietileno. Por "cuasi-prepolímero" se entiende que el producto de reacción es una mezcla de poliisocianato orgánico libre (sin reaccionar) y moléculas de prepolímero con terminación de isocianato formadas en la reacción de las moléculas de poliéter y poliisocianato orgánico. La cantidad de poliisocianato orgánico libre puede constituir, por ejemplo, al menos un 5 por ciento, al menos un 10 por ciento, al menos un 15 por ciento o al menos un 20 por ciento del peso total del prepolímero, hasta un 50 por ciento, hasta un 35 por ciento, hasta un 30 por ciento o hasta un 25 por ciento del mismo.

El MDI constituye al menos un 80% del peso de poliisocianato orgánico. Puede constituir al menos un 85%, al menos un 90% o al menos un 95% del mismo, y puede constituir hasta un 100% o hasta un 99% del mismo. El MDI contiene diisocianato de 4,4'-difenilmetano (4,4'-MDI) o una mezcla del mismo con diisocianato de 2,4'-difenilmetano (2,4'-MDI). Al menos un 60%, al menos un 70%, al menos un 75% o al menos un 80% del peso de MDI puede ser el isómero-4,4'. El isómero-4,4' puede constituir hasta un 100%, hasta un 99%, hasta un 98% del peso de MDI.

En algunas realizaciones, el poliisocianato orgánico puede tener una funcionalidad promedio de isocianato expresada en número de 1,95 a 2,15, preferentemente de 1,95 a 2,05, y un peso equivalente de isocianato de 123 a 128, preferentemente de 124 a 126.

El poliisocianato orgánico puede contener hasta un 20% en peso, preferentemente hasta un 10% en peso, hasta un 5% en peso o hasta un 2% en peso, de otros compuestos que contienen isocianato, aunque cualquiera o la totalidad esos otros compuestos pueden estar ausentes. Ejemplos de otros compuestos que contienen isocianato incluyen diisocianato de 2,2'-difenilmetano (que a menudo está presente en niveles muy pequeños en productos de MDI disponibles comercialmente), poli(isocianatos de metileno y fenileno) que tienen tres o más anillos, diisocianato de tolueno, uno o más poliisocianatos alifáticos, y similares, así como compuestos que contienen isocianato que contienen, por ejemplo, enlaces biuret, alofanato, urea, uretano, isocianurato y/o carbodiimida,

El poliisocianato orgánico puede contener al menos un 60% en peso, al menos un 70% en peso o al menos un 80% en peso de diisocianato de 4,4'-difenilmetano.

El poliisocianato orgánico más preferido es un producto de MDI que contiene al menos un 60% en peso, al menos un 70% en peso o al menos un 80% en peso de 4,4'-MDI, hasta un 40% en peso, preferentemente hasta un 30% en peso, o hasta un 20% en peso de 2,4'- MDI y de un 0 a un 2 por ciento en peso de otros compuestos de isocianato.

El poliéter usado para preparar el cuasi-prepolímero contiene grupos de oxietileno. De manera apropiada, es un homopolímero de óxido de etileno con terminación de hidroxilo o un copolímero de bloques o aleatorio de óxido de etileno con terminación de hidroxilo y óxido de 1,2-propileno. El poliéter puede contener, por ejemplo, al menos un 50% o al menos un 60% en peso de grupos oxietileno y hasta un 100% en peso de grupos oxietileno. Un poliéter de particular interés es un homopolímero de poli (óxido de etileno). Otro es un copolímero aleatorio o de bloques de óxido de etileno y óxido de 1,2-propileno que contiene de un 50 a un 95%, preferentemente de un 60 a un 95% de grupos oxietileno y consiguientemente de un 5 a un 50%, preferentemente de un 5 a un 40% de grupos 2-metiloxipropileno.

El(los) poliéter(es) puede(n) contener nominalmente, por ejemplo, un número promedio de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula. Una funcionalidad promedio de hidroxilo nominal preferida es de 2 a 3 y una funcionalidad promedio de hidroxilo nominal más preferida es de 2 a 2,5 o de 2 a 2,25. La funcionalidad nominal hace referencia al número de grupos hidroxilo en el(los) compuesto(s) iniciador(es) usado(s) para producir el(los) poliéter(es).

El peso equivalente de poliéter es preferentemente al menos 300 o al menos 450, y puede ser, por ejemplo, hasta 6000, hasta 3000 o hasta 2000. Un intervalo de peso equivalente especialmente preferido es de 500 a 1800.

Se puede usar una mezcla de dos o más poliéteres para preparar el cuasi-prepolímero.

Opcionalmente, está presente un agente de ramificación y/o expansor de cadena cuando se forma el cuasiprepolímero. Dicho agente de ramificación o expansor de cadena puede tener un peso equivalente de hidroxilo de hasta 250 o hasta 125, y puede tener al menos 3 grupos hidroxilo por molécula en el caso de un agente de ramificación y exactamente dos grupos hidroxilo por molécula en el caso de un expansor de cadena. Si estos apenas están presentes, de manera apropiada, su presencia es en una cantidad de hasta 5, preferentemente hasta 2, partes en peso por cada 100 partes en peso de poliéteres.

El peso equivalente y el contenido de oxietileno del(de los) poliéter(es) se escogen junto con la cantidad de poliisocianato orgánico para producir un cuasi-prepolímero que tiene un contenido de isocianato de un 5 a un 15% en peso del cuasi-prepolímero y un contenido de oxietileno de un 30 a un 50% en peso del cuasipolímero. El contenido de isocianato puede ser al menos un 6% o al menos un 7% y puede ser, por ejemplo, hasta un 12%, hasta un 10% o hasta un 9%.

El contenido de isocianato del cuasi-prepolímero se puede determinar utilizando métodos de valoración bien conocidos.

El contenido de oxietileno del cuasi-prepolímero se calcula de manera apropiada a partir del contenido de oxietileno del(de los) poliéter(es) y los pesos de los materiales de partida reactivos, es decir, los pesos de poliéter(es) y poliisocianato orgánico usados en la preparación del cuasi-prepolímero, así como también los pesos de cualquier agente de ramificación y/o expansores de cadena que se puedan usar.

De manera apropiada, el cuasi-prepolímero se prepara mezclando el poliisocianato orgánico y el(los) poliéter(es) y sometiendo la mezcla a condiciones en las que los grupos isocianato y los grupos hidroxilo reaccionan para formar enlaces uretano. De manera apropiada, esta reacción se lleva a cabo a una temperatura elevada (tal como de 60 a 180 °C) y preferentemente bajo una atmósfera inerte tal como nitrógeno, helio o argón. La reacción se continúa generalmente hasta que el prepolímero alcanza un contenido de isocianato constante, lo que indica el consumo de esencialmente todos los grupos hidroxilo del poliéter.

Preferentemente, el cuasi-prepolímero se prepara en ausencia sustancial de un catalizador de uretano, es decir, un catalizador para la reacción de un grupo isocianato con un grupo hidroxilo para formar un uretano. En particular, la mezcla de reacción contiene preferentemente no más de 1 parte por millón en peso de metales y no más de 100 partes por millón de compuestos amínicos. Por consiguiente, el cuasi-prepolímero resultante contiene cantidades igualmente pequeñas de dichos materiales (si es que contiene alguna). El(los) poliéter(es) preferentemente no tiene(n) iniciación de amina y no contiene(n) de otro modo grupos amina que exhiben actividad como catalizadores de uretano.

El medio de crecimiento hortícola se produce formando una mezcla que incluye el material de relleno en forma de partículas, el cuasi-prepolímero y agua, y sometiendo la mezcla a curado por medio de reacción de agua con los grupos isocianato del cuasi-prepolímero. Esta reacción forma un polímero de aglutinante. El resultado es un medio de crecimiento sólido poroso en el que el sólido en forma de partículas está intercalado en el aglutinante.

La cantidad de sólido en forma de partículas puede ser al menos un 10, al menos un 20, al menos un 25, al menos un 30, al menos un 35, o al menos un 40% del peso combinado de sólido en forma de partículas y cuasi-prepolímero. La cantidad de partículas sólidas puede ser hasta un 99%, hasta un 90%, hasta un 80%, hasta un 75%, hasta un 65% o hasta un 60%, sobre la misma base.

Por consiguiente, la cantidad de cuasi-prepolímero en la mezcla puede ser al menos un 1 %, al menos un 2%, al menos un 5%, al menos un 10%, al menos un 15%, al menos un 25%, al menos un 35% o al menos un 40% del peso combinado de sólido en forma de partículas y cuasi-prepolímero y puede ser hasta un 90%, hasta un 80%, hasta un 75%, hasta un 70%, hasta un 65% o hasta un 60% del mismo.

El agua constituye al menos un 10% del peso combinado del sólido en forma de partículas, el cuasi-prepolímero y agua. Puede constituir al menos un 20%, al menos un 35%, al menos un 40%, o al menos un 50%, y hasta un 90%, hasta un 80% o hasta un 75% del mismo. Estas cantidades de agua son muy superiores a las necesarias para someter el cuasi-prepolímero a curado. Se cree que el exceso de agua ocupa espacio durante la reacción de curado, moderando así el aumento de temperatura exotérmica y también contribuyendo a la porosidad.

La mezcla puede contener otros ingredientes, que se consideran opcionales y se pueden omitir. Estos incluyen uno o más tensioactivos, que preferentemente están presentes en una cantidad que constituye, por ejemplo, de un 0,1 a un 5, especialmente de 0,5 a un 3 por ciento con respecto al peso total de todos los componentes de la mezcla de reacción excepto agua. Los tensioactivos pueden funcionar, por ejemplo, contribuyendo a modular la porosidad del medio de cultivo, afectando al tamaño, contenido de las celdas abiertas y la tortuosidad del sistema de poros. La estructura de los poros afecta a características tales como la retención de agua y las tasas de retención, las tasas de hidratación, la capacidad de filtrado y la permeabilidad de oxígeno a través del medio de cultivo.

Resultan adecuados diversos tipos de tensioactivos, incluidos, por ejemplo, tensioactivos de silicona de diversos tipos y diversos tensioactivos aniónicos, catiónicos, bipolares y no iónicos. Una clase de disolventes de particular interés son los copolímeros de bloques de óxido de etileno y un óxido de alquileno superior tal como óxido de 1,2-propileno y óxido de 1,2-butileno. Dichos copolímeros de bloques pueden contener, por ejemplo, de un 40 a un 90% en peso de unidades de oxietileno y tener pesos moleculares de 1500 a 12.000. Dichos copolímeros de bloques pueden tener uno o más grupos hidroxilo. Los ejemplos de copolímeros de bloques apropiados incluyen los comercializados por The Dow Chemical Company con el nombre comercial Tergitol™ y los comercializados por BASF con el nombre comercial Pluronics™.

La mezcla de reacción puede contener uno o más agentes de ramificación y/o expansores de cadena como se ha descrito anteriormente, pero estos son opcionales y se pueden omitir. Si se usan, preferentemente están presentes en una cantidad de hasta 5 partes en peso o hasta 2 partes en peso, por cada 100 partes en peso del cuasi-prepolímero.

La mezcla de reacción también puede contener diversos ingredientes funcionales líquidos tales como fertilizantes, nutrientes, fungicidas, insecticidas, pigmentos, herbicidas selectivos y similares. Si están presentes, estos constituyen preferentemente hasta un 10% o hasta un 5% del peso total de la mezcla de reacción.

Preferentemente, la mezcla de reacción está desprovista de un catalizador de curado, es decir, un catalizador para la reacción de grupos isocianato frente a agua.

La mezcla se puede preparar combinando los ingredientes en cualquier orden, aunque es preferible añadir agua o el cuasi-prepolímero al final para evitar una reacción prematura antes de que se puedan combinar todos los ingredientes. De este modo, por ejemplo, se puede formar primero el material de relleno en forma de partículas para dar lugar a una suspensión mediante combinación con agua (e ingredientes opcionales, si los hubiera), seguido de adición del cuasiprepolímero. Alternativamente, el cuasi-prepolímero y el sólido en forma de partículas (y los ingredientes opcionales, si los hubiera) se pueden combinar, seguido de adición del agua, teniendo en cuenta que en este caso es preciso secar con precaución el sólido en forma de partículas antes de la combinación con el cuasi-prepolímero con el fin de evitar la reacción prematura. Los ingredientes opcionales solubles en agua se pueden añadir en cualquier caso junto con agua o por separado.

El curado ocurre de forma espontánea al mezclar el agua con el cuasi-prepolímero. La temperatura de curado puede ser tan baja como 0 °C o tan alta como 100 °C. Las temperaturas cercanas a temperatura ambiente o ligeramente elevadas resultan totalmente apropiadas y generalmente preferidas. Por tanto, la temperatura de curado puede ser de al menos 15 °C o al menos 20 °C y hasta 50 °C, 40 °C o 35 °C. La reacción de curado produce dióxido de carbono gaseoso que forma celdas en el aglutinante curado y, de este modo, contribuye a la porosidad deseada del medio de cultivo hortícola. Se produce una expansión de la mezcla de reacción a medida que tiene lugar el curado debido a la formación de este gas de dióxido de carbono.

La etapa de curado se puede llevar a cabo en un molde para formar un medio de crecimiento conformado. El molde puede adoptar la forma de "superficie plana" o bandeja que contiene múltiples compartimentos, cada uno de los cuales tiene dimensiones internas que definen el tamaño y la forma de los medios de cultivo individuales. Las superficies planas de este tipo son particularmente útiles para producir "tacos" individuales para el cultivo de una única planta u hongo.

El tamaño de dicho taco puede variar de manera considerable. Un taco puede tener, por ejemplo, una altura (de parte superior a parte inferior, estando definida la parte superior como la superficie a partir de la cual emerge o emergerá la planta u hongo) de 12 mm a 300 mm o más. El área de la sección transversal más grande (tomada perpendicular a la altura) de un taco puede ser, por ejemplo, de 6 mm a 150 mm.

Por supuesto, se pueden producir cuerpos más grandes del medio de crecimiento hortícola, si se pretende que alberguen especies de plantas u hongos más grandes u organismos múltiples. Por ejemplo, el medio de cultivo hortícola se puede conformar para dar lugar a tapetes que tengan áreas superficiales (medidas en la superficie superior) de, por ejemplo, 0,02 metros cuadrados o cualquier tamaño arbitrariamente mayor. Estos tapetes se pueden producir como material de rollo para plantaciones masivas, como césped, instalaciones para cubiertas verdes o en plantaciones de campo.

Se pueden producir cuerpos más grandes y a continuación se pueden fabricar de forma adicional, mediante corte, trituración, torneado u otros métodos, para formar cuerpos más pequeños con geometrías específicas.

Otras etapas de fabricación útiles pero opcionales incluyen machacado (para abrir las celdas) y perforación u otros métodos de conformación de orificios para, por ejemplo, insertar una semilla o espora.

Una ventaja del medio de cultivo hortícola de la divulgación es su perfil de curado deseable, que lo hace bien adaptado para su uso en procesos continuos y automatizados. Por ejemplo, el medio de crecimiento puede exhibir un tiempo libre de adhesividad, medido como se describe en los siguientes ejemplos, de 2 a 4 minutos. Puede presentar un tiempo de aumento, medido de nuevo de acuerdo con el método descrito en los ejemplos, de 4 a 10 minutos, y en las realizaciones preferidas de 4-1/2 a 8 minutos o de 4-1/2 a 7 minutos. Estas características de curado brindan suficiente tiempo abierto para combinar los ingredientes, mezclarlos y descargarlos en una forma o molde, al tiempo que brindan tiempos de ciclo cortos y tasas de producción rápidas.

El medio de cultivo hortícola curado se caracteriza por ser poroso (cuando se seca) y, cuando se seca, por ser capaz de absorber y retener la humedad del líquido. Un medio de crecimiento seco de la divulgación puede exhibir una captación de agua de al menos 500 por ciento en peso, basado en el peso del medio de crecimiento seco, cuando se mide como se indica en los siguientes ejemplos. La captación de agua puede ser de al menos un 600% hasta un 1000% o más. La densidad en húmedo puede ser, por ejemplo, de 0,25 a 1,5 g/cm3 o de 0,5 a 0,75 g/cm3, medido como se indica en los siguientes ejemplos.

Otra ventaja del medio de cultivo hortícola de la divulgación es su excelente resistencia mecánica y resistencia a la manipulación y deformación, incluso cuando está saturado con agua. Este atributo viene indicado por su resistencia al desgarro en húmedo, que puede ser, por ejemplo, al menos 0,5 lb-f-/in (libra fuerza por pulgada, 87,5 N/m), al menos 1,0 lb-f/in (175 N/m)/m) o al menos 1,2 lb-f/in (210 N/m) y en algunas realizaciones puede ser de hasta 3 lb-f/in (525 N/m).

Las plantas y/u hongos se cultivan en el medio de crecimiento hortícola de la divulgación.

Se intercala en el medio una semilla de planta, una plántula, un esqueje, un cultivo calloso, una planta en crecimiento y/o una espora de un hongo. La semilla de planta, plántula o espora del hongo se cultivan a continuación en el medio de cultivo hortícola para producir una planta u hongo enraizado en el medio de cultivo hortícola.

Por "cultivado" se entiende simplemente que el organismo intercalado en el medio de crecimiento hortícola se somete a condiciones tales que el organismo crece y se convierte en una planta u hongo, según sea el caso. El crecimiento típicamente incluye al menos el desarrollo de una estructura de raíz (o hifas y/o un micelio, en el caso de un hongo) que se extiende al medio de crecimiento. Un organismo que desarrolla dicha estructura extendiéndose hacia el medio de crecimiento está "enraizado" en el medio de crecimiento. El crecimiento típicamente incluye también el desarrollo y/o crecimiento adicional (en el caso de una plántula o planta en crecimiento) de una parte aérea del organismo. En general, las condiciones de crecimiento vienen dictadas por el organismo particular que se cultiva, pero en general incluyen al menos la exposición a agua y una temperatura de crecimiento de 0 a 50 °C y más típicamente de 10 a 40 °C. Las condiciones pueden incluir además la exposición a la luz (en el caso de plantas) u oscuridad (en el caso de determinados hongos).

El tipo de planta que se puede cultivar en el medio de cultivo hortícola no está particularmente limitado. Una planta puede ser monocotiledónea o dicotiledónea. Puede ser una planta ornamental, una planta de jardinería o una planta productora de alimentos. Una planta productora de alimentos puede ser, sin limitación, una hierba, un vegetal con floración, un vegetal de hoja o un vegetal de brassica. La planta puede ser aquella que tenga usos industriales o produzca partes de planta que tengan usos industriales, tal como algodón, lino, cáñamo, balsa, pino, roble, arce o tabaco, entre muchos otros. La planta puede ser una cubierta vegetal, tal como un césped. La planta puede ser una que haya sido modificada genéticamente para generar un producto químico industrial, farmacéutico u otro producto útil. Los hongos apropiados incluyen, por ejemplo, setas comestibles y/o medicinales, trufas y similares.

La etapa de intercalado se puede llevar a cabo simultáneamente con la etapa de curado, curando la mezcla de agua/material de relleno/cuasi polímero en presencia de la semilla de planta, plántula, esqueje, cultivo calloso, planta en crecimiento y/o espora de hongo. Alternativamente, la etapa de intercalado se puede llevar a cabo después de completar la etapa de curado.

Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar la invención, pero no se pretende limitar su alcance. Todas las partes y porcentajes están en peso a menos que se indique lo contrario.

Ejemplos 1 -5 y 3-A y Muestras Comparativas A-C

A. Formación de cuasi-prepolímeros

Los Cuasi-prepolímeros (QP) 1-5 y los Cuasi-prepolímeros Comparativos AC se preparan de la siguiente manera general, a partir de los ingredientes indicados en la Tabla 1. El(los) poliol(es) se seca(n) hasta un contenido de humedad de menos de 250 ppm por medio de calentamiento a 100 °C durante la noche con agitación bajo nitrógeno. Se añade una traza de cloruro de benzoílo a los polioles secos y se agita. El(los) poliisocianato(s) se calienta(n) por separado a 50 °C y se combinan con el(los) poliol(es). La mezcla de reacción resultante se calienta a 75 °C bajo nitrógeno hasta que se obtiene un contenido de isocianato constante. El cuasi-prepolímero se enfría a continuación a temperatura ambiente y se almacena bajo nitrógeno.

El contenido de NCO se mide de acuerdo con ASTM D5155. El contenido de oxietileno del cuasi-prepolímero se calcula a partir del correspondiente a los materiales de partida. El contenido de p,p'-(4,4'-) del(de los) isocianato(s) se calcula a partir del correspondiente a los isocianatos de partida. Los valores resultantes son los que se muestran en la Tabla 1.

El Poliol A es un copolímero de óxido de etileno y óxido de propileno que tiene una funcionalidad de hidroxilo nominal de 2 y un peso molecular promedio expresado en número de aproximadamente 2.400 g/mol. Contiene un 64% de grupos oxietileno. El poliol A se encuentra disponible comercialmente como poliol UCON™ PCL-270 de The Dow Chemical Company.

El Poliol B es un copolímero de óxido de etileno y óxido de propileno que tiene una funcionalidad de hidroxilo nominal de 3 y un peso molecular promedio expresado en número de aproximadamente 5.000 g/mol. Contiene un 75% de grupos oxietileno. El poliol B se encuentra disponible comercialmente como poliol VORANOL™ CP-1421 de The Dow Chemical Company.

El Poliol C es un homopolímero de óxido de etileno nominalmente difuncional de peso molecular 1000. Contiene un 100% de grupos oxietileno. El poliol C se encuentra disponible comercialmente como poliol Carbowax™ 1000 de The Dow Chemical Company.

El Poliol D es trimetilolpropano.

El Isocianato A es una mezcla de un 98% de 4,4'-MDI y un 2% de 2,4'-MDI. Tiene un contenido de isocianato de un 33,5%. El isocianato A está disponible de The Dow Chemical Company como poliisocianato ISONATE™ 125M.

El Isocianato B es una mezcla de un 50% de 4,4'-MDI y un 50% de 2,4'-MDI. Tiene un contenido de isocianato de un 33,5%. El isocianato B se encuentra disponible en The Dow Chemical Company como ISONATE™ 50 O, P poliisocianato.

El Isocianato C es una mezcla de un 80% de diisocianato de 2,4-tolueno y un 20% de diisocianato de 2,6-tolueno.

Tabla 1

B. Preparación de medios de crecimiento hortícolas

Los Ejemplos 1-5 de Medio de Crecimiento Hortícola y los Medios Comparativos A-C se preparan a partir de Cuasiprepolímeros 1-5 y A-C, respectivamente.

La Disolución de Tensioactivo A es un copolímero de bloques de óxido de etileno/óxido de propileno que tiene un peso molecular de aproximadamente 2500 y una funcionalidad de hidroxilo nominal de 2, diluido con agua en una proporción de 1 parte de copolímero con respecto a 9 partes de agua.

La Disolución de Tensioactivo B es una mezcla 1:9 de un copolímero de tribloque de óxido de etileno/óxido de propileno/óxido de etileno y agua. El bloque central de poli(óxido de propileno) del copolímero tiene un peso molecular de 1750. Los bloques externos de poli(óxido de etileno) constituyen un 80% del peso total del copolímero. El copolímero tiene una funcionalidad hidroxilo nominal de 2.

El Material de Relleno es una mezcla física de musgo de turba sphagnum, perlita y caliza, disponible comercialmente en SunGro Horticulture.

Se combinan 14,3 partes de material de relleno, 7,2 partes de disolución de tensioactivo A, 3,1 partes de disolución de tensioactivo B y 629 partes de agua a temperatura ambiente. A continuación, se añade el cuasi-prepolímero (12,5 partes) a temperatura ambiente. No hay catalizador de uretano presente. La mezcla resultante se homogeneiza con un mezclador de alta velocidad durante 16 segundos y luego se deja reaccionar y se somete a formación de espuma en un molde de caja abierta. El medio de cultivo hortícola resultante en cada caso se deja acondicionar durante la noche a temperatura ambiente.

El Medio de Crecimiento Hortícola 3-A se prepara de la misma manera, usando el Prepolímero 3, excepto que se omiten las disoluciones de tensioactivo. La mezcla de reacción contiene 14 partes de cuasi-prepolímero 3, 16 partes de material de relleno y 70 partes de agua.

Las características de curado de estas formulaciones se evalúan midiendo el tiempo libre de adhesividad y el tiempo de aumento. El tiempo libre de adhesividad se determina comprimiendo periódicamente un depresor de lengua contra la superficie superior de la mezcla de reacción espumante. El tiempo que transcurre desde el comienzo de la formación de espuma visible hasta que la mezcla de reacción ya no se adhiere al depresor de lengua es el tiempo libre de adhesividad. El tiempo que transcurre desde el comienzo de la formación de espuma visible hasta que la altura de la espuma deja de aumentar es el tiempo de aumento.

La captación de agua se mide cortando el medio de crecimiento curado en muestras de ensayo de 1 pulgada x 1 pulgada x 2 pulgadas (2,54 cm x 2,54 cm x 5,08 cm). Las muestras de ensayo se secan a 80 °C durante un mínimo de 16 horas y se pesan de forma inmediata. Las dimensiones de la muestra de ensayo seca se miden en cada caso y se utilizan para calcular el volumen de la muestra de ensayo seca. La densidad seca se obtiene dividiendo el peso medido entre el volumen calculado.

Las muestras pesadas se colocan en un trípode de 800 ml relleno con 300 ml de agua y se dejan en remojo durante la noche. Las muestras de ensayo remojadas se sacan del agua y se dejan reposar en condiciones ambientales hasta que el agua deja de gotear. A continuación, las muestras se frotan con una toalla de papel para eliminar el agua de la superficie y se pesan. El porcentaje de captación de agua se calcula como:

Captación de Agua (%) = ((Peso^frotado,seco- Peso^seco) / (Peso^seco)* 100

en donde Peso^frotado,secoindica el peso de la muestra de ensayo remojada después de eliminar el agua de la superficie y el Peso^secoes el peso de la muestra de ensayo seca antes del remojado. A continuación, se determina la densidad en húmedo midiendo las dimensiones de la muestra remojada, calculando su volumen y dividiendo Peso^frotado,secoentre el volumen calculado.

La resistencia al desgarro en húmedo se mide de acuerdo con ASTM D3574, Ensayo F en muestras cortadas que tienen dimensiones de 6 pulgadas x 1 pulgada x 1 pulgada (15,24 cm x 2,54 cm x 2,54 cm) con un corte de 1,5 pulgadas (3,81 cm), utilizando una velocidad de desplazamiento de cruceta de 500 mm/min. Las muestras de ensayo se preparan para el ensayo equilibrando en una sala de temperatura constante/humedad constante durante la noche, sumergiendo en agua desionizada durante 5 minutos y secando mediante frotado durante 30 segundos. Los resultados del ensayo anterior se indican en la Tabla 2.

Tabla 2

La Muestra Comparativa C representa una formulación típica basada en diisocianato de tolueno (TDI). Sus tiempos de aumento y sin adhesividad se adaptan bien al procesado industrial de medios de crecimiento ligados, y su densidad en húmedo y captación de agua reflejan los objetivos de la industria.

La Muestra Comparativa B muestra el efecto de usar un MDI con alto contenido de o,p'-. El sistema experimenta curado muy lentamente en comparación con el sistema basado en TDI (Comp. C) y no resulta apropiado para aplicaciones industriales.

La Muestra Comparativa A muestra el efecto de usar un prepolímero de MDI que tiene un contenido de oxietileno muy elevado. El sistema experimenta curado de manera mucho más rápida que el sistema basado en TDI, lo que dificulta el procesado. A pesar del curado rápido, este medio de crecimiento no desarrolla suficiente resistencia mecánica. Sus propiedades mecánicas son tan malas que la resistencia al desgarro no se puede medir utilizando el método ASTM.

Los Ejemplos 1 -5 exhiben un excelente equilibrio de reactividad y propiedades. Los tiempos sin adhesividad y aumento están muy en línea con los del control basado en TDI, al igual que las densidades en seco y la captación de agua. La resistencia al desgarro mejora mucho con respecto al control basado en TDI, siendo de 5 a 10 veces mayor. Esto permite una manipulación más robusta, facilita la utilización de equipos de manipulación automatizados y prolonga la vida útil.

Claims

REIVINDICACIONES

1 Un método para preparar un medio de cultivo hortícola, que comprende:

A. formar una mezcla que contiene

a) de un 10 a un 99 por ciento en peso, basado en los pesos combinados de los componentes a) y b), de al menos un material de relleno en forma de partículas, b) de un 90 a un 1 por ciento en peso, basado en los pesos combinados de los componentes a) y b), de un cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato, de manera que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato es un producto de reacción de al menos un polímero de óxido de etileno con terminación de hidroxilo con un exceso de un poliisocianato orgánico que incluye al menos un 80% en peso de diisocianato de difenilmetano, en el cual al menos un 60% en peso de diisocianato de difenilmetano es diisocianato de 4,4'-difenilmetano, en el que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato tiene antes del curado con humedad un contenido de isocianato de un 5 a un 15% en peso y contiene de un 35 a un 50 por ciento en peso de unidades de oxietileno basado en el peso de cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato, y c) de un 10 a un 90 por ciento en peso de agua, basado en los pesos combinados de los componentes a), b) y c) y

B. solidificar la mezcla obtenida en la etapa A sometiendo a curado con humedad el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato para formar un polímero de poliuretano-urea poroso en el que está intercalado el material en forma de partículas.
2. - El método de la reivindicación 1, en el que el cuasi-prepolímero con funcionalidad de isocianato tiene antes del curado con humedad un contenido de isocianato de un 6 a un 15% en peso.
3. - El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el poliisocianato orgánico contiene al menos un 95% en peso de diisocianato de difenilmetano.
4. - El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que al menos un 80% de diisocianato de difenilmetano es diisocianato de 4,4'-difenilmetano.
5. - El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material de relleno en forma de partículas constituye de un 10 a un 75 por ciento en peso del peso combinado de los componentes a) y b).
6. - El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el material de relleno incluye uno o más de arena, arcilla, sílice hidratada, biotita, flogopita, partículas de espuma poliméricas, caliza, yeso, mica, obsidiana hidratada, tierra de diatomeas, negro de humo, grafito, suelo, musgo, materia vegetal triturada o cortada, estiércol, fibra vegetal, basura, corteza de árbol triturada, virutas de madera, serrín, moliendas de café, humus, carbón vegetal, coque o carbón.