DE102006058065A1

DE102006058065A1 - Bewässerungsverfahren und -system für hydrogelhaltige Böden

Info

Publication number: DE102006058065A1
Application number: DE102006058065A
Authority: DE
Inventors: Aloys Prof. Dr. Hüttermann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-06-19
Also published as: AU2007329022A1; WO2008068212A1; US20100050506A1; AU2007329022B2; EP2099285A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die gezielte Bewässerung von hydrogelhaltigen Böden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bewässerungssysteme und -Verfahren, insbesondere von Bewässerungssystemen und Verfahren, welche bei hydrogelhaltigen Böden eingesetzt werden.
Der Einsatz von Hydrogelen in Böden ist seit längerem Stand der Technik. In diesem Kontext sei u.a. auf die DE 198 13 425 A1 bzw. die US 6,484,441 B1 verwiesen, welche durch Zitierung hiermit inkorporiert werden.
Einige vorteilhafte Eigenschaften von Hydrogelen, welche diese für den Einsatz in Böden interessant machen, ist deren Fähigkeit zur Wasserspeicherung. Aus diesem Grund wurde bereits mehrfach vorgeschlagen, Hydrogele auch in ariden oder semi-ariden Gegenden einzusetzen. Anwendungsgebiete sind u.a. der Anbau von Nutzpflanzen, aber auch Rasenanlagen, insbesondere Golfplätze.
Bei einer Vielzahl diesen Anwendungen hat sich jedoch herausgestellt, dass trotz Einsatz von Hydrogelen die verwendete Wassermenge noch zu hoch ist
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Bewässerungsverfahren und -System für hydrogelhaltige Böden zu schaffen, bei denen der Einsatz der verwendeten Wassermenge noch optimiert werden kann.
Diese Aufgabe wird ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Demgemäß wird ein Verfahren zum Bewässern von hydrogelhaltigen Böden vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bewässerungsbedarf mit einer Wassermenge pro Quadratmeter von ≥0,5 l/m² und ≤15 l/m² mit einer Rate von ≥20 bis ≤50 l/h bewässert wird.
Durch ein solches Verfahren kann bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung dadurch, dass die Bewässerungsmenge pro Quadratmeter begrenzt ist, verhindert werden, dass Wasser in tiefere Bodenschichten eindringt und für den Einsatzzweck verloren wäre, welches ansonsten bei Vorhandensein von Hydrogelen im Boden der Fall wäre
Der Ausdruck „hydrogelhaltig" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet oder umfasst insbesondere, dass Hydrogele vor einer Bepflanzung des Bodens in den Boden eingearbeitet wurden.
Der Ausdruck „Hydrogel" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet oder umfasst insbesondere ggf. wasserenthaltende, aber wasserunlösliches Polymere, deren Moleküle chemisch, z. B. durch kovalente oder ionische Bindungen, oder physikalisch, z. B. durch Verschlaufen der Polymerketten, zu einem dreidimensionalen Netzwerk verknüpft sind und welche in der Lage sind bei Zugabe von Wasser oder wässrigen Lösungen unter Volumenzunahme zu quellen.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass bei Bewässerungsbedarf mit einer Wassermenge pro Quadratmeter von ≥1 l/m² und ≤9 l/m² , noch bevorzugt ≥5 l/m² und ≤8 l/m² bewässert wird. Dies hat sich bei vielen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass bei Bewässerungsbedarf mit einer Rate von ≥30 bis ≤40 l/h bewässert wird.
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 3 gelöst. Demgemäß wird Verfahren zum Bewässern von hydrogelhaltigen Böden vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Saugdrucks von ≥200 mbar in Wurzelnähe und/oder eines Teilausschnitts im Bereich von ≥5 bis ≤50 cm Bodentiefe mit einer Rate von ≥20 bis ≤50 l/h bewässert wird.
Der Ausdruck „Saugdruck" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere das mit üblichen Potentiometern gemessene Wasserpotential des Bodens.
Der Ausdruck „Wurzelnähe" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere den Bodenbereich der von den Wurzeln der oberirdisch wachsenden Pflanzen durchdrungen ist.
Der Ausdruck „eines Teilausschnitts im Bereich von ≥5 bis ≤50 cm Bodentiefe" beinhaltet oder umfasst insbesondere mindestens einen gewählten Punkt im Bereich von ≥5 bis ≤50 cm Bodentiefe, an dem der Saugdruck gemessen wird.
Durch ein solches Verfahren kann bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung dadurch, dass nur bei einem Mindestsaugdruck bewässert wird, sichergestellt werden, dass die Pflanzen, welche im hydrogelhaltigen Boden angebaut sind, das Wasser optimal nutzen und somit kein Wasser verschwendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei Vorliegen eines Saugdrucks von ≥500 mbar, bevorzugt ≥800 mbar in Wurzelnähe und/oder eines Teilausschnitts im Bereich von ≥5 bis ≤50 cm Bodentiefe bewässert. Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, da so die Aufnahmekapazität der Pflanzen für das Wasser nochmals erhöht ist.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass bei Bewässerung beendet wird, wenn der Saugdruck unter ≤50 mbar absinkt. Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, da so die Wasserzufuhr oftmals optimal ist und nicht unnötig Wasser in die tieferen Bodenschichten gelangt.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass bei Bewässerungsbedarf mit einer Rate von ≥30 bis ≤40 l/h, bewässert wird.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass der Saugdruck kontinuierlich oder in Abständen von ≥5 s und ≤10 min, bevorzugt ≥1 min und ≤5 min gemessen wird.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass eine Bewässerung durchgeführt, wenn der Saugdruck in Wurzelnähe von ≥50 mbar und ≤200 mbar beträgt wird und die Bewässerung beendet wird, wenn der Saugdruck ausserhalb dieser Grenzen liegt. Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, da so die Wasserzufuhr oftmals noch optimiert werden kann.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass eine Bewässerung durchgeführt, wenn der Saugdruck in Wurzelnähe von ≥50 mbar und ≤500 mbar, noch bevorzugt ≤800 mbar beträgt wird und die Bewässerung beendet wird, wenn der Saugdruck ausserhalb dieser Grenzen liegt.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass mit einer Wassermenge pro Quadratmeter von ≥0,5 l/m² und ≤15 l/m², bevorzugt ≥1 l/m² und ≤9 l/m², noch bevorzugt ≥5 l/m² und ≤8 l/m² bewässert wird.
Eine vorteilhafte und insofern bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens beinhaltet, dass Sprinkler und/oder Tröpfchenbewässerung verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausserdem auf ein Bewässerungssystem für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Hydrogelgehalt in Gew% von ≥0,05% bis ≤1% des trockenen Bodens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befinden sich ≥90% des Hydrogels in einer Bodentiefe von ≥5 bis ≤50 cm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Boden mindestens ein superabsorbierendes Hydrogel, bevorzugt in zumindest teilweise gequollener Form.
Unter „suberabsorbierendes Hydrogel" (im folgenden auch einfach „Superabsorber" genannt) im Sinne der vorliegenden Erfindung werden auch und insbesondere Materialien verstanden, für die auch Bezeichnungen wie „hochquellfähiges Polymer" „Hydrogel" (oft auch für die trockene Form verwendet), „Hydrogel bildendes Polymer", „Wasser absorbierendes Polymer", „absorbierendes gelbildendes Material", „quellfähiges Harz", „wasserabsorbierendes Harz" oder ähnliche gebräuchlich sind.
Weiterhin werden unter „suberabsorbierendes Hydrogel" (im folgenden auch einfach „Superabsorber" genannt) im Sinne der vorliegenden Erfindung vernetzte hydrophile Polymere, insbesondere Polymere aus (co)polymerisierten hydrophilen Monomeren, Pfropf(co)polymere von einem oder mehreren hydrophilen Monomeren auf einer geeigneten Pfropfgrundlage, vernetzte Cellulose- oder Stärkeether, vernetzte Carboxymethylcellulose, teilweise vernetztes Polyalkylenoxid oder in wässrigen Flüssigkeiten quellbare Naturprodukte, wie beispielsweise Guarderivate verstanden.
Bevorzugt weist der mindestens eine Superabsorber eine Quellfähigkeit in destilliertem Wasser von mindestens ≥80 g/g, vorzugsweise mindestens ≥120 g/g und in besonders bevorzugter Form mindestens ≥180 g/g sowie eine CRC („Centrifuge Retention Capacity") von mindestens ≥40 g/g, vorzugsweise mindestens ≥80 g/g und in besonders bevorzugter Form mindestens ≥100 g/g auf.
Bevorzugt wird der mindestens eine Superabsorber durch Polymerisation einer Monomerlösung, enthaltend

a) mindestens ein ethylenisch ungesättigtes, säuregruppentragendes Monomer,
b) mindestens einen Vernetzer,
c) wahlweise ein oder mehrere mit dem Monomeren a) copolymerisierbare ethylenisch und/oder allylisch ungesättigte Monomere und
d) wahlweise ein oder mehrere wasserlösliche Polymere, auf die die Monomere a), b) und gegebenenfalls c) zumindest teilweise aufgepfropft werden können,

Geeignete Monomere a) sind beispielsweise ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure, oder deren Derivate, wie Acrylamid, Methacrylamid, Acrylsäureester und Methacrylsäureester. Besonders bevorzugte Monomere sind Acrylsäure und Methacrylsäure. Ganz besonders bevorzugt ist Acrylsäure.
Die Monomere a), insbesondere Acrylsäure, enthalten vorzugsweise bis zu 0,025 Gew.-% eines Hydrochinonhalbethers. Bevorzugte Hydrochinonhalbether sind Hydrochinonmonomethylether (MEHQ) und/oder Tocopherole.
Unter Tocopherol werden insbesondere Verbindungen der folgenden Formel verstanden
wobei R³ Wasserstoff oder Methyl, R⁴ Wasserstoff oder Methyl, R⁵ Wasserstoff oder Methyl und R⁴ Wasserstoff oder einen Säurerest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Bevorzugte Reste für R⁶ sind Acetyl, Ascorbyl, Succinyl, Nicotinyl und andere physiologisch verträgliche Carbonsäuren. Die Carbonsäuren können Mono-, Di- oder Tricarbonsäuren sein.
Bevorzugt ist alpha-Tocopherol mit R³ = R⁴ = R⁵ = Methyl, insbesondere racemisches alpha-Tocopherol. R⁶ ist besonders bevorzugt Wasserstoff oder Acetyl. Insbesondere bevorzugt ist RRR-alpha-Tocopherol.
Die Monomerlösung enthält bevorzugt höchstens 130 Gew.-ppm, besonders bevorzugt höchstens 70 Gew.-ppm, bevorzugt mindesten 10 Gew.-ppm, besonders bevorzugt mindesten 30 Gew.-ppm, insbesondere um 50 Gew.-ppm, Hydrochinonhalbether, jeweils bezogen auf Acrylsäure, wobei Acrylsäuresalze als Acrylsäure mit berücksichtigt werden. Beispielsweise kann zur Herstellung der Monomerlösung eine Acrylsäure mit einem entsprechenden Gehalt an Hydrochinonhalbether verwendet werden.
Die Vernetzer b) sind Verbindungen mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen, die in das Polymernetzwerk radikalisch einpolymerisiert werden können. Geeignete Vernetzer b) sind beispielsweise Ethylenglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldiacrylat, Allylmethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Triallylamin, Tetraallyloxyethan, Di- und Triacrylate, gemischte Acrylate, die neben Acrylatgruppen weitere ethylenisch ungesättigte Gruppen enthalten, oder Vernetzermischungen.
Geeignete Vernetzer b) sind insbesondere N,N'-Methylenbisacrylamid und N,N'-Methylenbismethacrylamid, Ester ungesättigter Mono- oder Polycarbonsäuren von Polyolen, wie Diacrylat oder Triacrylat, beispielsweise Butandiol- oder Ethylenglykoldiacrylat bzw. -methacrylat sowie Trimethylolpropantriacrylat und Allylverbindungen, wie Allyl(meth)acrylat, Triallylcyanurat, Maleinsäurediallylester, Polyallylester, Tetraallyloxyethan, Triallylamin, Tetraallylethylendiamin, Allylester der Phosphorsäure sowie Vinylphosphonsäurederivate, wie sie beispielsweise in EP 343 427 A2 beschrieben sind. Weiterhin geeignete Vernetzer b) sind Pentaerythritoldi-, Pentaerythritoltri- und Pentaerythritoltetraallylether, Polyethylenglykoldiallylether, Ethylenglykoldiallylether, Glycerindi- und Glycerintriallylether, Polyallylether auf Basis Sorbitol, sowie ethoxylierte Varianten davon. Im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar sind Di(meth)acrylate von Polyethylenglykolen, wobei das eingesetzte Polyethylenglykol ein Molekulargewicht zwischen 300 und 1000 aufweist.
Besonders vorteilhafte Vernetzer b) sind jedoch Di- und Triacrylate des 3- bis 15-fach ethoxylierten Glycerins, des 3- bis 15-fach ethoxylierten Trimethylolpropans, des 3- bis 15-fach ethoxylierten Trimethylolethans, insbesondere Di- und Triacrylate des 2- bis 6-fach ethoxylierten Glycerins oder Trimethylolpropans, des 3-fach propoxylierten Glycerins oder Trimethylolpropans, sowie des 3-fach gemischt ethoxylierten oder propoxylierten Glycerins oder Trimethylolpropans, des 15-fach ethoxylierten Glycerins oder Trimethylolpropans, sowie des 40-fach ethoxylierten Glycerins, Trimethylolethans oder Trimethylolpropans.
Ganz besonders bevorzugte Vernetzer b) sind die mit Acrylsäure oder Methacrylsäure zu Di- oder Triacrylaten veresterten mehrfach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glycerine. Besonders vorteilhaft sind Di- und/oder Triacrylate des 3- bis 10-fach ethoxylierten Glycerins. Ganz besonders bevorzugt sind Di- oder Triacrylate des 1- bis 5-fach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glycerins. Am meisten bevorzugt sind die Triacrylate des 3- bis 5-fach ethoxylierten und/oder propoxylierten Glycerins. Diese zeichnen sich durch besonders niedrige Restgehalte (typischerweise unter 10 Gew.-ppm) im wasserabsorbierenden Polymer aus und die wässrigen Extrakte der damit hergestellten wasserabsorbierenden Polymere weisen eine fast unveränderte Oberflächenspannung (typischerweise mindestens 0,068 N/m) im Vergleich zu Wasser gleicher Temperatur auf.
Mit den Monomeren a) copolymerisierbare ethylenisch ungesättigte Monomere c) sind beispielsweise Acrylamid, Methacrylamid, Crotonsäureamid, Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Dimethylaminopropylacrylat, Diethylaminopropylacrylat, Dimethylaminobutylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoneopentylacrylat und Dimethylaminoneopentylmethacrylat.
Als wasserlösliche Polymere d) können Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Stärke, Stärkederivate, Polyglykole, formal ganz oder teilweise aus Vinylaminmonomeren aufgebaute Polymere wie teilweise oder vollständig hydrolysiertes Polyvinylamid (sogenanntes „Polyvinylamin") oder Polyacrylsäuren, vorzugsweise Polyvinylalkohol und Stärke, eingesetzt werden.
Die Polymerisation wird wahlweise in Gegenwart üblicher Polymerisationsregler durchgeführt. Geeignete Polymerisationsregler sind beispielsweise Thioverbindungen, wie Thioglykolsäure, Mercaptoalkohole, z. B. 2-Mercaptoethanol, Mercaptopropanol und Mercaptobutanol, Dodecylmercaptan, Ameisensäure, Ammoniak und Amine, z. B. Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Triethylamin, Morpholin und Piperidin.
Die Monomere (a), (b) und gegebenenfalls (c) werden, wahlweise in Gegenwart der wasserlöslichen Polymere d), in 20 bis 80, vorzugsweise 20 bis 50, insbesondere 30 bis 45 Gew.-%iger wässriger Lösung in Gegenwart von Polymerisationsinitiatoren miteinander (co)polymerisiert. Als Polymerisationsinitiatoren können sämtliche unter den Polymerisationsbedingungen in Radikale zerfallende Verbindungen eingesetzt werden, z. B. Peroxide, Hydroperoxide, Wasserstoffperoxid, Persulfate, Azoverbindungen und die sogenannten Redoxinitiatoren. Bevorzugt ist der Einsatz von wasserlöslichen Initiatoren. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, Mischungen verschiedener Polymerisationsinitiatoren zu verwenden, z. B. Mischungen aus Wasserstoffperoxid und Natrium- oder Kaliumperoxodisulfat. Mischungen aus Wasserstoffperoxid und Natriumperoxodisulfat können in jedem beliebigen Verhältnis verwendet werden. Geeignete organische Peroxide sind beispielsweise Acetylacetonperoxid, Methylethylketonperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, tert.-Amylperpivalat, tert.-Butylperpivalat, tert.-Butylperneohexanoat, tert.-Butylperisobutyrat, tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, tert.-Butylperisononanoat, tert.-Butylpermaleat, tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylper-3,5,5-tri-methylhexanoat und tert.-Amylperneodekanoat. Weitere geeignete Polymerisationsinitiatoren sind Azostarter, z. B. 2,2'-Azobis-(2-amidinopropan)dihydrochlorid, 2,2'-Azobis-(N,N-dimethylen)isobutyramidin-dihydrochlorid, 2-(Carbamoylazo)isobutyronitril und 4,4'-Azobis-(4-cyanovaleriansäure). Die genannten Polymerisationsinitiatoren werden in üblichen Mengen eingesetzt, z. B. in Mengen von 0,01 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 2 Mol-%, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomere.
Die Redoxinitiatoren enthalten als oxidierende Komponente mindestens eine der oben angegebenen Perverbindungen und eine reduzierende Komponente, beispielsweise Ascorbinsäure, Glukose, Sorbose, Ammonium- oder Alkalimetallhydrogensulfit, -sulfit, -thiosulfat, -hyposulfit, -pyrosulfit oder -sulfid, Metallsalze, wie Eisen-II-ionen oder Silberionen oder Natriumhydroxymethylsulfoxylat. Vorzugsweise verwendet man als reduzierende Komponente des Redoxinitiators Ascorbinsäure oder Natriumpyrosulfit. Bezogen auf die bei der Polymerisation eingesetzte Menge an Monomeren verwendet man 1·10^-5 bis 1 Mol-% der reduzierenden Komponente des Redoxinitiators und 1·10^-5 bis 5 Mol-% der oxidierenden Komponente. Anstelle der oxidierenden Komponente oder zusätzlich kann man auch einen oder mehrere wasserlösliche Azostarter verwenden.
Bevorzugt wird ein Redoxinitiator bestehend aus Wasserstoffperoxid, Natriumperoxodisulfat und Ascorbinsäure eingesetzt. Beispielsweise werden diese Komponenten in den Konzentrationen 1·10^-2 Mol-% Wasserstoffperoxid, 0,084 Mol-% Natriumperoxodisulfat und 2,5·10^-3 Mol-% Ascorbinsäure bezogen auf die Monomere eingesetzt.
Die wässrige Monomerlösung kann den Initiator gelöst oder dispergiert enthalten. Die Initiatoren können dem Polymerisationsreaktor jedoch auch getrennt von der Monomerlösung zugeführt werden.
Die bevorzugten Polymerisationsinhibitoren benötigen für eine optimale Wirkung gelösten Sauerstoff. Daher können die Polymerisationsinhibitoren vor der Polymerisation durch Inertisierung, d.h. Durchströmen mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff, von gelöstem Sauerstoff befreit werden. Dies geschieht mittels Inertgas, welches im Gleichstrom, Gegenstrom oder dazwischenliegenden Eintrittswinkeln eingeleitet werden kann. Eine gute Durchmischung kann beispielsweise mit Düsen, statischen oder dynamischen Mischern oder Blasensäulen erzielt werden. Vorzugsweise wird der Sauerstoffgehalt der Monomerlösung vor der Polymerisation auf weniger als 1 Gew.-ppm, besonders bevorzugt auf weniger als 0,5 Gew.-ppm, gesenkt. Die Monomerlösung wird wahlweise mit einem Inertgasstrom durch den Reaktor geführt.
Bevorzugt wird der mindestens eine Superabsorber durch Polymerisation einer wässrigen Monomerlösung und wahlweise einer anschließenden Zerkleinerung des Hydrogels erhalten. Geeignete Herstellverfahren sind z.B.

• Gelpolymerisation im Batchverfahren bzw. Rohrreaktor und anschließender Zerkleinerung im Fleischwolf, Extruder oder Kneter.
• Polymerisation im Kneter, wobei durch beispielsweise gegenläufige Rührwellen kontinuierlich zerkleinert wird.
• Polymerisation auf dem Band und anschließende Zerkleinerung im Fleischwolf, Extruder oder Kneter.
• Emulsionspolymerisation, wobei bereits Perlpolymerisate relativ enger Gelgrößenverteilung anfallen.
• In-situ Polymerisation einer Gewebeschicht, die zumeist im kontinuierlichen Betrieb zuvor mit wässriger Monomerlösung besprüht und anschließend einer Photopolymerisation unterworfen wurde.

Die Umsetzung wird vorzugsweise in einem Kneter oder auf einem Bandreaktor durchgeführt.
Ein im Rahmen dieser Erfindung insbesondere bevorzugter Prozess ist die kontinuierliche Gelpolymerisation. Dabei wird zunächst eine Monomermischung hergestellt, indem zur Acrylsäurelösung in zeitlich und/oder räumlich getrennter Zugabefolge das Neutralisationsmittel, optionale Comonomere und/oder weitere Hilfsstoffe zugegeben werden, und die Mischung dann in den Reaktor überführt wird, oder bereits im Reaktor vorgelegt wird. Als letzte Zugabe erfolgt die Eindosierung des Initiatorsystems zum Start der Polymerisation. Im sich anschließenden kontinuierlichen Polymerisationsverfahren erfolgt die Reaktion zum Polymergel (d.h. dem im Lösungsmittel der Polymerisation – üblicherweise Wasser – zum Gel gequollenen Polymer), das im Falle einer gerührten Polymerisation bereits im Vorfeld zerkleinert wird. Das Polymergel wird anschließend getrocknet, falls erforderlich, auch gebrochen gemahlen und gesiebt und zur weiteren Oberflächenbehandlung transferiert.
Die Säuregruppen der erhaltenen Hydrogele sind üblicherweise teilweise neutralisiert, im Allgemeinen zu mindestens ≥25 Mol-%, vorzugsweise zu mindestens ≥27 Mol-% und in besonders bevorzugter Form mindestens ≥40 Mol-% sowie im Allgemeinen höchstens ≤85 Mol-%, vorzugsweise höchstens ≤80 Mol-% und in besonders bevorzugter Form höchstens ≤75 Mol-%, wozu die üblichen Neutralisationsmittel verwendet werden können, vorzugsweise Alkalimetallhydroxide, Alkalimetalloxide, Alkalimetallcarbonate oder Alkalimetallhydrogencarbonate sowie deren Mischungen. Statt Alkalimetallsalzen können auch Ammoniumsalze verwendet werden. Natrium und Kalium als Alkalimetalle besonders bevorzugt sind, ganz besonders bevorzugt jedoch Natriumhydroxid, Natriumcarbonat oder Natriumhydrogencarbonat sowie deren Mischungen. Üblicherweise wird die Neutralisation durch Einmischung des Neutralisationsmittels als wässrige Lösung oder bevorzugt auch als Feststoff erreicht. Beispielsweise kann Natriumhydroxid mit einem Wasseranteil deutlich unter ≤50 Gew.-% als wachsartige Masse mit einem Schmelzpunkt oberhalb ≥23°C vorliegen. In diesem Fall ist eine Dosierung als Stückgut oder Schmelze bei erhöhter Temperatur möglich.
Die Neutralisation kann nach der Polymerisation auf der Stufe des Hydrogels durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Neutralisation auf den gewünschten Neutralisationsgrad vollständig oder teilweise vor der Polymerisation durchzuführen. Bei teilweiser Neutralisation vor der Polymerisation werden im Allgemeinen mindestens ≥10 Mol-%, vorzugsweise mindestens ≥15 Mol-% sowie im Allgemeinen höchstens ≤40 Mol-%, vorzugsweise höchstens ≤30 Mol-% und in besonders bevorzugter Form höchstens ≤25 Mol-% der Säuregruppen in den eingesetzten Monomeren vor der Polymerisation neutralisiert, indem ein Teil des Neutralisationsmittels bereits der Monomerlösung zugesetzt wird. Der gewünschte Endneutralisationsgrad wird in diesem Fall erst gegen Ende oder nach der Polymerisation, vorzugsweise auf der Stufe des Hydrogels vor dessen Trocknung eingestellt. Die Monomerlösung wird durch Einmischen des Neutralisationsmittels neutralisiert. Das Hydrogel kann bei der Neutralisation mechanisch zerkleinert werden, beispielsweise mittels eines Fleischwolfes oder vergleichbaren Apparats zum Zerkleinern gelartiger Massen, wobei das Neutralisationsmittel aufgesprüht, übergestreut oder aufgegossen und dann sorgfältig untergemischt wird. Dazu kann die erhaltene Gelmasse noch mehrmals zur Homogenisierung gewolft werden.
In bevorzugter Form wird die Monomerlösung vor Polymerisation durch Zugabe des Neutralisationsmittels auf den gewünschten Endneutralisationsgrad eingestellt.
Die aus der Polymerisation erhaltenen Gele werden wahlweise einige Zeit, beispielsweise mindestens ≥30 Minuten, vorzugsweise mindestens ≥60 Minuten und in besonders bevorzugter Weise mindestens ≥90 Minuten sowie im Allgemeinen höchstens ≤12 Stunden, vorzugsweise höchstens ≤8 Stunden und in besonders bevorzugter Form höchstens ≤6 Stunden bei einer Temperatur von im Allgemeinen mindestens ≥50°C und vorzugsweise mindestens ≥70°C sowie im Allgemeinen höchstens ≤130°C und vorzugsweise höchstens ≤100°C gehalten, wodurch sich ihre Eigenschaften oft noch verbessern lassen.
Das neutralisierte Hydrogel wird dann mit einem Band- oder Walzentrockner getrocknet bis der Restfeuchtegehalt vorzugsweise unter ≤15 Gew.-%, insbesondere unter ≤10 Gew.-% liegt, wobei der Wassergehalt gemäß der von der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) empfohlenen Testmethode Nr. 430.2-02 "Moisture Content" bestimmt wird. Der trockene Superabsorber enthält folglich bis zu ≤15 Gew.-% Feuchtigkeit, vorzugsweise höchstens ≤10 Gew.-%. Entscheidend für die Einstufung als „trocken" ist insbesondere für Handhabung als Pulver (etwa zur pneumatischen Förderung, Abfüllung, Siebung oder sonstigen Verfahrensschritten aus der Feststoffverfahrenstechnik) ausreichende Rieselfähigkeit. Wahlweise kann zur Trocknung aber auch ein Wirbelbetttrockner oder ein beheizter Pflugscharmischer verwendet werden. Um besonders farblose Produkte zu erhalten, ist es vorteilhaft bei der Trocknung dieses Gels einen schnellen Abtransport des verdampfenden Wassers sicherzustellen. Dazu ist die Trocknertemperatur zu optimieren, die Luftzu- und -abführung muss kontrolliert erfolgen, und es ist in jedem Fall auf ausreichende Belüftung zu achten. Die Trocknung ist naturgemäß umso einfacher und das Produkt umso farbloser, je höher der Feststoffgehalt des Gels ist. Der Lösungsmittelanteil bei der Polymerisation wird daher so eingestellt, dass der Feststoffgehalt des Gels vor der Trocknung daher im Allgemeinen bei mindestens ≥20 Gew.-%, vorzugsweise bei mindestens ≥25 Gew.-% und in besonders bevorzugter Form bei mindestens ≥30 Gew.-% sowie im Allgemeinen bei höchstens ≤90 Gew.-%, vorzugsweise bei höchstens ≤85 Gew.-% und in besonders bevorzugter Form bei höchstens ≤80 Gew.-% liegt. Besonders vorteilhaft ist die Belüftung des Trockners mit Stickstoff oder einem anderen nicht-oxidierenden Inertgas. Wahlweise kann aber auch einfach nur der Partialdruck des Sauerstoffs während der Trocknung abgesenkt werden, um oxidative Vergilbungsvorgänge zu verhindern. Im Regelfall führt aber auch eine ausreichende Belüftung und Abführung des Wasserdampfes zu einem noch akzeptablen Produkt. Vorteilhaft hinsichtlich Farbe und Produktqualität ist in der Regel eine möglichst kurze Trocknungszeit.
Das getrocknete Hydrogel (das kein Gel mehr ist (auch wenn oft noch so genannt), sondern ein trockenes Polymer mit superabsorbierenden Eigenschaften, das unter den Begriff „Superabsorber" fällt) wird vorzugsweise gemahlen und gesiebt, wobei zur Mahlung üblicherweise Walzenstühle, Stiftmühlen, Hammermühlen, Schneidmühlen oder Schwingmühlen eingesetzt werden können. Die Partikelgröße des gesiebten, trockenen Hydrogels beträgt vorzugsweise unter ≤1000 μm, besonders bevorzugt unter ≤900 μm, ganz besonders bevorzugt unter ≤850 μm, und vorzugsweise über ≤800 μm, besonders bevorzugt über ≥90 μm, ganz besonders bevorzugt über ≥100 μm.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße (Siebschnitt) von ≥106 bis ≤850 μm. Die Partikelgröße wird gemäß der von der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association) empfohlenen Testmethode Nr. 420.2-02 "Particle size distribution" bestimmt.
Die so hergestellten trockenen superabsorbierenden Polymere werden üblicherweise als „Grundpolymere" bezeichnet und vorzugsweise anschließend oberflächennachvernetzt. Die Oberflächennachvernetzung kann in an sich bekannter Weise mit getrockneten, gemahlenen und abgesiebten Polymerpartikeln geschehen. Hierzu werden Verbindungen, die mit den funktionellen Gruppen des Grundpolymers unter Vernetzung reagieren können, meist in Form einer Lösung auf die Oberfläche der Grundpolymerpartikel aufgebracht. Geeignete Nachvernetzungsmittel sind beispielsweise:

• Di- oder Polyepoxide, etwa Di- oder Polyglycidylverbindungen wie Phosphonsäurediglycidylester, Ethylenglykoldiglycidylether oder Bischlorhydrinether von Polyalkylenglykolen,
• Alkoxysilylverbindungen,
• Polyaziridine, Aziridin-Einheiten enthaltende Verbindungen auf Basis von Polyethern oder substituierten Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Bis-N-Aziridinomethan,
• Polyamine oder Polyamidoamine sowie deren Umsetzungsprodukte mit Epichlorhydrin,
• Polyole wie Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol, Glycerin, Methyltriglykol, Polyethylenglykole mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 200-10000, Di- und Polyglycerin, Pentaerythrit, Sorbit, die Oxethylate dieser Polyole sowie deren Ester mit Carbonsäuren oder der Kohlensäure wie Ethylencarbonat oder Propylencarbonat,
• Kohlensäurederivate wie Harnstoff, Thioharnstoff, Guanidin, Dicyandiamid, 2-Oxazolidinon und dessen Derivate, Bisoxazolin, Polyoxazoline, Di- und Polyisocyanate,
• Di- und Poly-N-methylolverbindungen wie beispielsweise Methylenbis(N-methylolmethacrylamid) oder Melamin-Formaldehyd-Harze,
• Verbindungen mit zwei oder mehr blockierten Isocyanat-Gruppen wie beispielsweise Trimethylhexamethylendiisocyanat blockiert mit 2,2,3,6-Tetramethyl-piperidinon-4.

Bei Bedarf können saure Katalysatoren wie beispielsweise p-Toluolsulfonsäure, Phosphorsäure, Borsäure oder Ammoniumdihydrogenphosphat zugesetzt werden.
Besonders geeignete Nachvernetzungsmittel sind Di- oder Polyglycidylverbindungen wie Ethylenglykoldiglycidylether, die Umsetzungsprodukte von Polyamidoaminen mit Epichlorhydrin, 2-Oxazolidinon und N-Hydroxyethyl-2-oxazolidinon.
Die Oberflächennachvernetzung (oft auch nur „Nachvernetzung") wird üblicherweise so durchgeführt, dass eine Lösung des Oberflächennachvernetzers (oft auch nur „Nachvernetzer") auf das Hydrogel oder das trockene Grundpolymerpulver aufgesprüht wird.
Als Lösungsmittel für den Oberflächennachvernetzer wird ein übliches geeignetes Lösungsmittel verwendet, beispielsweise Wasser, Alkohole, DMF, DMSO sowie Mischungen davon. Besonders bevorzugt sind Wasser und Wasser/Alkohol-Mischungen wie zum Bespiel Wasser/Methanol, Wasser/Isopropanol, Wasser/1,2-Propandiol und Wasser/1,3-Propandiol.
Das Aufsprühen einer Lösung des Nachvernetzers wird vorzugsweise in Mischern mit bewegten Mischwerkzeugen, wie Schneckenmischern, Paddelmischern, Scheibenmischern, Pflugscharmischern und Schaufelmischern, durchgeführt werden. Besonders bevorzugt sind Vertikalmischer, ganz besonders bevorzugt sind Pflugscharmischer und Schaufelmischer. Geeignete und bekannte Mischer sind beispielsweise Lödige^®-, Bepex^®-, Nauta^®-, Processall^®- und Schugi^®-Mischer. Ganz besonders bevorzugt werden Hochgeschwindigkeitsmischer, beispielsweise vom Typ Schugi-Flexomix^® oder Turbolizer^®, eingesetzt.
Nach Aufsprühen der Vernetzer-Lösung kann wahlweise ein Temperaturbehandlungsschritt, im Wesentlichen zur Ausführung der Oberflächennachvernetzungsreaktion (dennoch meist nur als „Trocknung bezeichnet") nachfolgen, bevorzugt in einem nachgeschalteten beheizten Mischer („Trockner"), bei einer Temperatur von im Allgemeinen mindestens ≥50°C, vorzugsweise mindestens ≥80°C und in besonders bevorzugter Form mindestens ≥90°C sowie im Allgemeinen höchstens ≤250°C, vorzugsweise höchstens ≤200°C und in besonders bevorzugter Form höchstens ≤150°C. Die mittlere Verweilzeit (also die gemittelte Verweilzeit der einzelnen Superabsorberpartikel) des zu behandelnden Superabsorbers im Trockner beträgt im Allgemeinen mindestens ≥1 Minute, vorzugsweise mindestens ≥3 Minuten und in besonders bevorzugter Form mindestens ≥5 Minuten sowie im Allgemeinen höchstens ≤6 Stunden, vorzugsweise höchstens ≤2 Stunden und in besonders bevorzugter Weise höchstens ≤1 Stunde. Dabei werden neben der eigentlichen Trocknung sowohl etwaige vorhandene Spaltprodukte als auch Lösungsmittelanteile entfernt. Die thermische Trocknung wird in üblichen Trocknern wie Hordentrocknern, Drehrohröfen oder beheizbaren Schnecken, vorzugsweise in Kontakttrocknern durchgeführt. Bevorzugt ist die Verwendung von Trocknern, in denen das Produkt bewegt wird, also beheizten Mischern, besonders bevorzugt Schaufeltrocknern, ganz besonders bevorzugt Scheibentrocknern. Geeignete Trockner sind beispielsweise Bepex^®-Trockner und Nara^®-Trockner. Überdies können auch Wirbelschichttrockner eingesetzt werden. Die Trocknung kann aber auch im Mischer selbst erfolgen, durch Beheizung des Mantels oder Einblasen eines vorgewärmten Gases wie Luft. Es kann aber auch beispielsweise eine azeotrope Destillation als Trocknungsverfahren benutzt werden. Die Vernetzungsreaktion kann sowohl vor als auch während der Trocknung stattfinden.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird zusätzlich die Hydrophilie der Partikeloberfläche der Grundpolymere durch Ausbildung von Komplexen modifiziert. Die Bildung der Komplexe auf der äußeren Schale der Partikel erfolgt durch Aufsprühen von Lösungen zwei- oder mehrwertiger Kationen, wobei die Kationen mit den Säuregruppen des Polymers unter Ausbildung von Komplexen reagieren können. Beispiele für zwei- oder mehrwertige Kationen sind formal ganz oder teilweise aus Vinylaminmonomeren aufgebaute Polymere wie teilweise oder vollständig hydrolysiertes Polyvinylamid (sogenanntes „Polyvinylamin"), dessen Amingruppen stets – auch bei sehr hohen pH-Werten – teilweise zu Ammoniumgruppen protoniert vorliegen oder Metallkationen wie Mg²⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Sc³⁺, Ti⁴⁺, Mn²⁺, Fe^2+/3+, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Y³⁺, Zr⁴⁺, La³⁺, Ce⁴⁺, Hf⁴⁺, und Au³⁺. Bevorzugte Metall-Kationen sind Mg²⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺ und La³⁺, und besonders bevorzugte Metall-Kationen sind Al³⁺, Ti⁴⁺ und Zr⁴⁺. Die Metall-Kationen können sowohl allein als auch im Gemisch untereinander eingesetzt werden. Von den genannten Metall-Kationen sind alle Metallsalze geeignet, die eine ausreichende Löslichkeit in dem zu verwendenden Lösungsmittel besitzen. Besonders geeignet sind Metallsalze mit schwach komplexierenden Anionen wie zum Beispiel Chlorid, Nitrat und Sulfat, Hydrogensulfat, Carbonat, Hydrogencarbonat, Nitrat, Phosphat, Hydrogenphosphat, Dihydrogenphosphat und Carboxylat, wie Acetat und Lactat. In besonders bevorzugter Form wird Aluminiumsulfat verwendet. Als Lösungsmittel für die Metallsalze können Wasser, Alkohole, DMF, DMSO sowie Mischungen dieser Komponenten eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Wasser und Wasser/Alkohol-Mischungen wie zum Bespiel Wasser/Methanol, Wasser/Isopropanol, Wasser/1,2-Propandiol und Wasser/1,3-Propandiol.
Die Behandlung des Grundpolymeren mit Lösung eines zwei- oder mehrwertigen Kations erfolgt in gleicher Weise wie die mit Oberflächennachvernetzer, einschließlich des wahlweisen Trocknungsschritts. Oberflächennachvernetzer und polyvalentes Kation können in einer gemeinsamen Lösung oder als getrennte Lösungen aufgesprüht werden. Das Aufsprühen der Metallsalz-Lösung auf die Superabsorberpartikel kann sowohl vor als auch nach der Oberflächennachvernetzung erfolgen. In einem besonders bevorzugten Verfahren erfolgt die Aufsprühung der Metallsalz-Lösung im gleichen Schritt mit dem Aufsprühen der Vernetzer-Lösung, wobei beide Lösungen getrennt nacheinander oder gleichzeitig über zwei Düsen aufgesprüht werden, oder Vernetzer- und Metallsalz-Lösung vereint über eine Düse aufgesprüht werden können.
Sofern im Anschluss an die Oberflächennachvernetzung und/oder Behandlung mit Komplexbildner ein Trocknungsschritt durchgeführt wird, ist es vorteilhaft, aber nicht unbedingt notwendig, das Produkt nach der Trocknung zu kühlen. Die Kühlung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen, bequemerweise wird das Produkt dazu kontinuierlich in einen dem Trockner nachgeschalteten Kühler gefördert. Dazu kann jeder zur Abfuhr von Wärme aus pulverförmigen Feststoffen bekannte Apparat verwendet werden, insbesondere jede oben als Trocknungsapparat erwähnte Vorrichtung, sofern sie nicht mit einem Heizmedium, sondern mit einem Kühlmedium wie etwa mit Kühlwasser beaufschlagt wird, so dass über die Wände und je nach Konstruktion auch über die Rührorgane oder sonstige Wärmeaustauschflächen keine Wärme in den Superabsorber eingetragen, sondern daraus abgeführt wird. Bevorzugt ist die Verwendung von Kühlern, in denen das Produkt bewegt wird, also gekühlten Mischern. beispielsweise Schaufelkühlern, Scheibenkühlern oder Paddelkühler wie etwa in Nara^®- oder Bepex^®-Kühlern. Der Superabsorber kann auch in der Wirbelschicht durch Einblasen eines gekühlten Gases wie kalter Luft gekühlt werden. Die Bedingungen der Kühlung werden so eingestellt, dass ein Superabsorber mit der für die Weiterverarbeitung gewünschten Temperatur erhalten wird. Typischerweise wird eine mittlere Verweilzeit im Kühler von im Allgemeinen mindestens ≥1 Minute, vorzugsweise mindestens ≥3 Minuten und in besonders bevorzugter Form mindestens ≥5 Minuten sowie im Allgemeinen höchstens ≤6 Stunden, vorzugsweise höchstens ≤2 Stunden und in besonders bevorzugter Weise höchstens ≤1 Stunde eingestellt und die Kühlleistung so bemessen, dass das erhaltene Produkt eine Temperatur von im Allgemeinen mindestens ≥0°C, vorzugsweise mindestens ≥10°C und in besonders bevorzugter Form mindestens ≥20°C sowie im Allgemeinen höchstens ≤100°C, vorzugsweise höchstens ≤80°C und in besonders bevorzugter Form höchstens ≤60°C aufweist.
Optional kann noch eine weitere Modifizierung der Superabsorber durch Zumischung feinteiliger anorganischer Feststoffe, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid und Eisen(II)-oxid erfolgen, wodurch die Effekte der Oberflächennachbehandlung noch weiter verstärkt werden. Besonders bevorzugt ist die Zumischung von hydrophilem Siliziumdioxid oder von Aluminiumoxid mit einer mittleren Größe der Primärteilchen von ≥4 bis ≤50 nm und einer spezifischen Oberfläche von ≥50-≤450 m²/g. Die Zumischung feinteiliger anorganischer Feststoffe erfolgt bevorzugt nach der Oberflächenmodifizierung durch Vernetzung/Komplexbildung, kann aber auch vor oder während diesen Oberflächenmodifizierungen durchgeführt werden.
Wahlweise wird Superabsorber mit weiteren üblichen Zusätzen und Hilfsstoffen versehen, die Lagerungs- oder Handhabungseigenschaften beeinflussen. Beispiele dafür sind Einfärbungen, opake Zusätze, um die Sichtbarkeit gequollenen Gels zu verbessern, was in manchen Anwendungen wünschenswert ist, Zusätze zur Verbesserung des Fließverhaltens des Pulvers, Tenside oder Ähnliches. Oft wird dem Superabsorber Entstaubungs- oder Staubbindemittel zugegeben. Entstaubungs- oder Staubbindemittel sind bekannt, beispielsweise werden Polyetherglykole wie Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von ≥400 bis ≤20 000 g/Mol, Polyole wie Glycerin, Sorbit, Neopentylglykol oder Trimethylolpropan, die wahlweise auch ≥7 bis ≤20-fach ethoxyliert sind, verwendet. Auch ein endlicher Wassergehalt des Superabsorbers kann durch Wasserzugabe eingestellt werden, sofern gewünscht.
Die Feststoffe, Zusätze und Hilfsstoffe können jeweils in separaten Verfahrensschritten zugegeben werden, meist ist jedoch die bequemste Methode, sie dem Superabsorber im Kühler zuzugeben, etwa durch Aufsprühen einer Lösung oder Zugabe in feinteiliger fester oder in flüssiger Form.
Der oberflächennachvernetzte Superabsorber wird wahlweise in üblicher Weise gemahlen und/oder gesiebt. Mahlung ist hier typischerweise nicht erforderlich, meist ist aber zur Einstellung der gewünschten Partikelgrößenverteilung des Produkts das Absieben von gebildeten Agglomeraten oder Feinkorn angebracht. Agglomerate und Feinkorn werden entweder verworfen oder vorzugsweise in bekannter Weise und an geeigneter Stelle in das Verfahren zurückgeführt; Agglomerate nach Zerkleinerung. Die Partikelgröße der Superabsorberpartikel beträgt vorzugsweise höchstens ≤1000 μm, besonders bevorzugt höchstens ≤900 μm, ganz besonders bevorzugt höchstens ≤850 μm, und vorzugsweise mindestens ≥80 μm, besonders bevorzugt mindestens ≥90 μm, ganz besonders bevorzugt mindestens ≥100 μm. Typische Siebschnitte sind beispielsweise ≥106 bis 850 μm oder ≥150 bis ≤850 μm.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausserdem auf eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder eines Bewässerungssystems für

– Nutzpflanzenanbau
– Rasenflächen
– Golfplätze
– Gemüseanbau
– Baumwollplantagen

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile und Komponenten unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Beispiele und Zeichnungen, in denen die hier gelöste Problematik und die erfindungsgemäße Bewässerung dargestellt sind. In den Zeichnungen, welche sich auf die Beispiele beziehen, zeigt:
1. Ein Besipiel für die Wasserverteilung bei einer heute üblichen Bewässerung;
2 ein Diagramm der kumulierten Regenmenge (in mm) gegen die Infiltrationsrate in mm/h für drei verschiedene Hydrogelkonzentrationen;
3 ein Diagramm des Wassergehaltes für einen hydrogelhaltigen Testboden einmal bei Bewässerung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einmal bei einem Kontrollversuch; und
4 ein Diagramm des Wassergehaltes für einen hydrogelhaltigen Testboden zwei Wochen nach Bewässerung, einmal bei Bewässerung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einmal bei einem Kontrollversuch.
1 zeigt die Verteilung des Wassers im Boden nach einer heute üblichen Bewässerung. Ein Baum – Ilex europaeus – ist in einen Container gepflanzt worden, der mit humusreicher Braunerde gefüllt ist. (1). In diesen Boldenkörper sind Tensiometer eingebracht, die den Wassergehalt des Bodens in den Bodentiefen 20 cm (I), 60 cm (II), 110 cm (III) und 150 cm (IV) messen Die Wassergehalte werden als negative Wasserspotentiale gemessen, je höher der absolut gemessene Wert der Wassrpotentiale ist, je niedriger ist der Wassergehalt im Boden. Aus den Kurven ergibt sich Wasserverteilung nach einer heute in der gärtnerischen Praxis üblichen Bewässerung:
Die in den Bodentiefen 110 und 150 cm gemessenen Wasserpotentiale sinken nach der Bewässerung deutlich ab und verbleiben auch auf diesem niedrigen Wert, nachdem der Baum das in den oberen Bodenschichten vorhandene Wasser durch die Blätte in die Luft abgegeben hat (Kurven der Wasserpotentiale in den Bodentiefen 20 und 60 cm). Dieser Sachverhalt zeigt eindeutig, dass bei einer üblichen Bewässerung wie sie zur Zeit der Stand der Technik ist, ein erheblicher Teil des aufgegebenen Wassers in untere Bodenschichten verlagert wird und so den Pflanzen nicht mehr zur Verfügung steht.
2 zeigt ein Diagramm der kumulierten Regenmenge (in mm) gegen die Infiltrationsrate in mm/h für drei verschiedene Hydrogelkonzentrationen.
Der zugrundeliegende Versuch wurde in einem üblichen Regensimulator durchgeführt (Volcani-Modell). Der Boden wurde in einen Kasten von 10 cm Höhe eingebracht, der nach oben hin offen war und nach unten hin ein Trichtersieb aufwies. Bei einer Beregnung lief das in den Boden eindringende Wasser nach unten ab und wurde gemessen werden. Da der Kasten eine Neigung hatte, lief das nicht in den Boden eindringende Wasser oben ab und wurde getrennt aufgefangen.
Es wurden folgende Versuche durchgeführt:

1. Es wurde ein Testboden eingebracht, der kein Hydrogel enthielt.
2. Der Testboden wurde mit 0,4% Hydrogel versetzt
3. Der Testboden wurde mit 0,6% Hydrogel versetzt.

Die jeweils aufgetragene Regenmenge war in allen Versuchen identisch.
Wie 2 zeigt, wurde im Hydrogel-freien Boden die geringste Infiltrationsrate gemessen, in die Hydrogel-haltigen Böden drang wesentlich mehr Wasser ein. Dies zeigt, dass auch die Zugabe von Hydrogel in die oberen Bodenschichten den Prozess der bei einer üblichen Bewässerung unerwünschten Infiltration des Wassers in tiefere Bodenschichten wie in 2 gezeigt, nicht nur nicht verhindert sondern – völlig überraschenderweise – sogar noch fördert, indem er die Infiltrationsrate erhöht.
3 zeigt dass bei einer erfindungemäßen Bewässerung das Wasser nicht in die unteren, wurzelfreien, Bodenschichten eindringt.
In vier Zylindern von 30 cm Durchmesser wurde eine 20 cm dicke Schicht trockener Testboden (Wassergehalt: 3%) eingebracht und nach oben durch ein Siebplatte mit einer Maschenweite von 1 mm abgedeckt. Auf diese Siebplatte wurde eine weitere 20 cm dicke Schicht von Testboden aufgebracht, dem 0,4% Hydrogel zugemischt war.
Anschließend wurden Zylinder 1a und 1b mit 6 Liter Wasser wie in einer Gärtnerei üblich mit einer Gießkanne bewässert, die Aufbringungszeit dauerte etwa eine Minute, die Kanne war mit einem handelsüblichen Giessaufsatz versehen. Das entspricht einer Aufbringungsrate von 360 l pro Stunde.
Auf die obere Bodenschicht in den Zylindern 2a und 2b wurden die 6 Liter Wasser innerhalb von 10 Minuten aufgesprüht, wobei die Tropfengröße erheblich geringer als bei einer üblicherweise in einer Gärtnerei verwendeten Gießkanne war. Das entspricht einer Aufbringungsrate von 36 l pro Stunde.
Nach 2 Stunden wurden in den Zylindern 1a und 2a die durch die Siebplatte voneinander getrennten Böden entnommen und der Wassergehalt darin bestimmt. Der Wassergehalt ist in 3 angegeben (1 = Zylinder 1a, Kontrolle, 2 = Zylinder 2a, erfindungsgemäße Bewässerung)
3 zeigt, dass bei der schnellen Bewässerung fast die Hälfte des Wassers in die untere Bodenschicht durchgesickert ist, während bei der langsamen Bewässerung durch Aufsprühen fast alles Wasser im oberen – hydrogelhaltigen – Boden verblieb.
Die beiden verbliebenen Zylinder mit den bewässerten Böden wurden zwei Wochen offen bei einer Temperatur von Durchschnittlich 30°C in einem Gewächshaus ohne Feuchtigkeitsregulierung aufbewahrt. Danach wurden wiederum die Böden getrennt und die Wassergehalte bestimmt. Der Wassergehalt ist in 3 angegeben (1 = Zylinder 1b, Kontrolle, 2 = Zylinder 2b, erfindungsgemäße Bewässerung)
4 zeigt, dass zwischen den Böden mit Hydrogelzumischung und denen ohne Hydrogel kein Ausgleich in den Wassergehalten stattgefunden hat. In allen Böden hat der Wassergehalt infolge der Verdunstung in dem Gewächshaus abgenommen, die schon direkt nach dem Bewässern gemessenen Unterschiede in den Wassergehalten blieben jedoch erhalten.
Testmethoden
Zentrifugenretentionskapazität („CRC", „Centrifuge Retention Capacity"):
Die Centrifuge Retention Capacity (CRC) wird gemäß der von der EDANA (European Disposables and Nonwovens Association, Avenue Eugène Plasky 157, 1030 Brüssel, Belgien) empfohlenen und von dort erhältlichen Testmethode Nr. 441.2-02 "Centrifuge Retention Capacity" bestimmt.

Claims

Verfahren zum Bewässern von hydrogelhaltigen Böden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bewässerungsbedarf mit einer Wassermenge pro Quadratmeter von ≥0,5 l/m² und ≤15 l/m² mit einer Rate von ≥20 bis ≤50 l/h bewässert wird
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Bewässerungsbedarf mit einer Wassermenge pro Quadratmeter von ≥1 l/m² und ≤9 l/m² bewässert wird.
Verfahren zum Bewässern von hydrogelhaltigen Böden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Saugdrucks von ≥200 mbar in Wurzelnähe und/oder eines Teilausschnitts im Bereich von ≥5 bis ≤50 cm Bodentiefe mit einer Rate von ≥20 bis ≤50 l/h bewässert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Bewässerung beendet wird, wenn der Saugdruck unter ≤50 mbar absinkt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Saugdruck kontinuierlich oder in Abständen von ≥5 s und ≤10 min gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei eine Bewässerung durchgeführt, wenn der Saugdruck in Wurzelnähe von ≥50 mbar und ≤200 mbar beträgt wird und die Bewässerung beendet wird, wenn der Saugdruck ausserhalb dieser Grenzen liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei mit einer Wassermenge pro Quadratmeter von ≥0,5 l/m² und ≤15 l/m² bewässert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Sprinkler und/oder Tröpfchenbewässerung verwendet wird.
Bewässerungssystem für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Bewässerungssystem nach Anspruch 9, wobei der Hydrogelgehalt in Gew% von ≥0,05% bis ≤1% des trockenen Bodens beträgt.
Bewässerungssystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei sich ≥90% des Hydrogels in einer Bodentiefe von ≥5 bis ≤50 cm befinden.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Bewässerungssystems nach Anspruch 9 für – Nutzpflanzenanbau – Rasenflächen – Golfplätze – Gemüseanbau – Baumwollplantagen