耐用纤维植物生长容器和相关材料与方法与流程
发明人：dagfinnandersen,johnward，和heraldreiersen
相关申请的交叉参考
本申请要求2015年1月19日提交的美国临时专利申请号62/105,068的权益，为了所有目的，其全部公开内容在本文中特意通过参考引入。
发明背景
可生物降解的植物生长容器或花盆常用于生长幼苗。当幼苗接近成熟时，整个花盆可以移植到地下。这是有利的，因为与生长介质一起栽培整个花盆避免需要干扰幼苗的根团，进而最小化或预防移植震动。可生物降解花盆，例如泥炭和椰子壳纤维盆的另一优点是，根部能通过盆壁渗透，这将有助于在田野里直接栽培盆。而采用塑料或高树脂盆在盆壁没有引入孔的情况下是不可能的。
可生物降解花盆也可在自动化幼苗生产中使用。然而，许多目前可获得的可生物降解花盆缺少自动化工艺所要求的结构强度，这通常牵涉通过机器臂来提升和移植盆。可生物降解花盆的缺陷也可产生对自动化机械的挑战，从而使得机器臂难以抓握和运输盆。进一步地，在自动化工艺中牵涉的盆常常遭受热和湿气，因盆吸湿和变弱导致引起溶胀。变弱的盆可在生产过程中因盆断裂导致产生问题，或者引起进一步下游的分配链问题。例如，在运输到零售商之前，在温室工作台上储存时，含幼苗的可生物降解盆可进一步遭受湿气和热，或者在运输过程中本身经历这种条件。
由于许多可生物降解花盆具有结构缺点，因此常常使用塑料花盆。对于直接移植到地下来说，不期望使用合成塑料花盆，从而要求移植幼苗和进而引起应力。常常针对单一用途设计，合成的塑料盆在使用之后不断被丢弃。塑料花盆坐落于垃圾堆内，在此它们需要花费多年分解。可获得生物塑料盆，但常常花费太长的时间分解，以致于无法允许直接移植到地下。生物塑料盆还通常不允许根部渗透，这意味着在植物根部到达周围土壤内之前的时间中，盆必须降解。
期望具有便于自动化处理的可生物降解花盆，它可耐受储存和运输条件，且可由最终用户直接移植到地下。
发明概述
本文描述了可生物降解的植物生长容器，或花盆，它包括诸如聚乙烯醇(pva)，聚乙酸乙烯酯(pvac)，蜡乳液，或其组合之类的添加剂。添加剂可以在生产过程中掺入到可生物降解花盆内，或者添加剂可浸渍在不含添加剂的可生物降解花盆内。本文还描述了制造可生物降解花盆的方法和操作盒(kit)。
在本文描述的一个特别的实施方案中，描述了一种可生物降解花盆，它包括诸如蜡乳液，pvac，pva或其组合之类的添加剂。可生物降解花盆可由可生物降解花盆材料，例如泥炭纤维，椰子壳纤维，麦秆，纸浆，甘蔗渣纤维，木纤维，亚麻，洋麻，剑麻，消化过的粪肥，及其组合制造。合适的消化过的粪肥包括，但不限于，来自牛，猪，羊，鸡，火鸡或类似动物的消化过的粪肥。在一些实施方案中，可生物降解花盆由泥炭和纸浆制造。在一些实施方案中，可生物降解花盆进一步包括山梨酸钾和/或石灰。
本文中使用的蜡乳液可包括提供增加的断裂力强度，疏水性，抗真菌生长或这些性能的任何组合的任何蜡乳液。该蜡乳液可以是阴离子，非离子或阳离子的蜡乳液。在优选的实施方案中，乳液的分散相是石蜡。蜡乳液可具有最多约45％的不挥发物含量，但一些合适的阳离子乳液可具有略微较大的不挥发物含量。在本文描述的某些方面中，有用的蜡乳液具有约25％至约45％的不挥发物含量。对于阴离子乳液来说，蜡乳液的ph范围可以是约8.0至约12.5，或者对于阳离子乳液来说，可以是约4.0至约6.5。蜡乳液的分散相(固体蜡含量)可以是最多约45％。蜡乳液的粘度可以是最多约450厘泊(cps)。在本文描述的一个特别的方面中，蜡乳液的粘度低于200cps。在特别的实施方案中，蜡乳液是或者
可生物降解花盆可包括蜡乳液，其浓度为最多约20％干重蜡/干重可生物降解花盆材料。可调节在盆内蜡乳液的浓度，以提供具有所需特征，例如增加的拉伸强度，疏水性，或抗真菌生长或依赖时间的可生物降解性的可生物降解花盆。
在某些实施方案中，可生物降解花盆包括pva，当在实验室中浸泡盆时，其浓度为最多约10％(w/v)，或者当在工厂中制造盆时，其浓度为最多10％(w/w；重量pva/重量干盆生物材料)。(参见本文中实施例关于实验室方法和工厂方法的描述)。类似于蜡乳液，可调节pva的浓度，以提供具有所需拉伸强度或依赖时间的可生物降解性的可生物降解花盆。较高的pva浓度通常导致较高的断裂点强度和湿强度，以及盆较长的降解时间。
在某些实施方案中，可生物降解花盆包括pvac，当在实验室中浸泡盆时，其浓度为最多约10％(w/v)，或者当在工厂中制造盆时，其浓度为最多10％(w/w；重量pvac/重量干盆生物材料)。可调节pvac的浓度，以提供具有所需拉伸强度或依赖时间的可生物降解性的可生物降解花盆。较高的pvac浓度通常导致较干燥的盆，从而吸收(takeup)较少的水。
在另一特别的方面中，本文提供制造可生物降解花盆的方法，该方法包括提供选自泥炭纤维，椰子壳纤维，麦秆，纸浆，甘蔗渣纤维，木纤维，亚麻，洋麻，剑麻，消化过的粪肥(来自牛，猪，羊，鸡，火鸡或类似动物)，及其组合中的至少一种可生物降解花盆材料；提供选自蜡乳液，pva，和pva中的一种或多种添加剂；混合至少一种可生物降解花盆材料和一种或多种添加剂到水性浆液内；和使用该水性浆液，形成可生物降解花盆。可通过泵送或者真空沉积水性浆液到模具或模型，例如筛网模具(screenmold)内，形成可生物降解花盆。然后使用真空除去湿气，高温或者这二者，干燥所形成的盆。
使用本文描述的方法制造的可生物降解花盆可包括本文中描述的一种或多种添加剂，其浓度足以提供具有所需降低拉伸强度(湿强度或干强度)，疏水性和抗真菌生长的盆。
在再一方面中，本文提供改进已有可生物降解花盆的方法，该方法包括提供一种可生物降解花盆，其中该可生物降解花盆包括选自泥炭纤维，椰子壳纤维，麦秆，纸浆，甘蔗渣纤维，木纤维，亚麻，洋麻，剑麻，消化过的粪肥(来自牛，猪，羊，鸡，火鸡或类似动物)及其组合中的至少一种可生物降解花盆材料；提供含选自蜡乳液，聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇，石灰及其组合中的一种或多种添加剂的水溶液；和在该水溶液中浸泡可生物降解花盆。用石灰添加ph至约ph7或以上也可防止一些真菌，例如，但不限于，具有低ph生长最佳值的对泥炭特异的真菌。这一方法改进已有的可生物降解花盆的拉伸强度(湿强度或干强度)，疏水性和抗真菌生长。
可调节水溶液内添加剂的浓度，得到具有所需增加水平的拉伸强度(通过添加蜡乳液，石灰，pvac，和/或pva)，疏水性(通过添加蜡乳液和/或pvac)，抗真菌生长(同样通过用石灰调节ph至约ph7或以上)，和依赖时间的降解的可生物降解花盆。改变溶液内添加剂的浓度会影响浸渍或涂布盆的添加剂量。这些可通过改变已有的可生物降解花盆的浸泡时间来进一步改变。优选地，在浸泡步骤之后，干燥改进的可生物降解花盆。
在再一实施方案中，本文描述了改进可生物降解花盆的操作盒，该操作盒包括选自蜡乳液，聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇，用于调节ph的石灰及其组合中的一种或多种添加剂；和使用一种或多种添加剂来改进可生物降解花盆的说明书。该说明书提供如本文所描述的，实施改进已有可生物降解花盆的方法的步骤。操作盒可进一步包括一种或多种已有的可生物降解花盆。这些盆由泥炭纤维，椰子壳纤维，麦秆，纸浆，甘蔗渣纤维，木纤维，亚麻，洋麻，剑麻，消化过的粪肥(来自牛，猪，羊，鸡，火鸡或类似动物)及其组合制造。操作盒也可进一步包括至少一种容器，例如桶以供在一种或多种添加剂内浸泡一个或多个可生物降解花盆。
附图简述
该专利或申请文件包含用彩色完成的一个或多个附图和/或一个或多个照片。当请求且付必要的费用后，由专利局提供用彩图和/或照片公布的这一专利或专利申请的复制品。
图1a-1d：在水中浸泡盆之后在质构分析仪上实验室制造的pva盆的负载试验。
图1a：显示标准泥炭盆(金线；4)，用1％(w/v)pva制造的泥炭盆(绿线；3)；用2％(w/v)pva处理过的泥炭盆(红线；2)和添加了5％(w/v)pva溶液的泥炭盆(黑线；1)在水中浸泡10分钟之后的负载测试结果的力图表。
图1b：显示如图1a中描述但在水中1小时之后的相同盆组合物的负载测试结果的力图表。
图1c-1d：显示如图1a中描述但分别在水中24小时和7天之后的相同盆组合物的负载测试结果的力图表。
图2：在水中浸泡24小时之后，在织构分析仪内实验室制造的蜡乳液的负载测试。描绘了显示标准泥炭盆(紫线；5)，用5％(v/v)717315蜡乳液(黑线；4)，3％(v/v)717315蜡乳液(红线；1)，5％(v/v)809395蜡乳液(绿线；2)，和3％(v/v)809395蜡乳液(金线；3)制造的泥炭盆的力图表。
图3：在水中浸泡24小时之后，在织构分析仪内实验室制造的蜡乳液盆/pva盆的负载测试。描绘了标准泥炭盆(金线；4)，用2％(w/v)pva(黑线；1)，3％(v/v)71731蜡乳液(红线；2)，3％(v/v)71731，和1.5％(w/v)pva(绿线；3)制造的泥炭盆的力图表。
图4a-4b：在织构分析仪冲击力测量之后，润湿的实验室制造的泥炭盆的照片。在织构分析仪中测试之前，首先在水中培育泥炭盆24小时。从左到右是标准泥炭盆(最左端)，然后用2％(w/v)pva处理过的泥炭盆，用3％(v/v)蜡乳液71731处理过的泥炭盆，和最右侧是用3％(v/v)71731和1.5％(w/v)pva二者处理过的泥炭盆。
图5：显示不同实验室制造的泥炭盆的吸水性的柱状图。针对不同类型的干燥泥炭盆(如图3-4中所描述的)，阐述了泥炭盆的重量(单位：克)(暗灰色柱)，和在水中浸渍24小时的泥炭盆(亮灰色柱)。湿的泥炭盆的重量包括所吸收的水量。
图6：显示在实验室制造的蜡乳液泥炭盆vs标准泥炭盆的植物生长试验的照片。蜡乳液71731泥炭盆在左侧和标准泥炭盆在右侧。泥炭盆用容器混合物(jiffymix#1)填充，并用普通的毒芹或加拿大铁杉(tsugacanadensis)栽培。栽培了的泥炭盆在外储存4个月。
图7a-7b：显示在不同实验室制造的泥炭盆中植物生长试验的照片。
图7a：1％(w/v)pva处理过的盆在最左侧，和标准泥炭盆在最右侧。中间的盆用1％(w/v)pva和3％(v/v)71731处理。泥炭盆用容器混合物(jiffymix#1)填充，并用百日菊-一种观赏性开花的一年生植物栽培。
图7b：左侧的泥炭盆用3％(v/v)71731蜡乳液处理，并与图7a中照相的相同标准泥炭盆(右侧)相比较。在温度范围为23-29℃的户外夏季气候条件下，在规则地顶部浇水情况下，使植物生长约5周。
图8：显示通过用1％(w/v)pva和5％(v/v)71731蜡乳液制造的实验室制造的泥炭盆的根部渗透的照片。百日菊-一种观赏性一年生植物栽培在用容器混合物(jiffymix#1)填充的1％(w/v)pva泥炭盆内，证明根部通过盆壁表面渗透(蓝色箭头)，而右侧在5％(v/v)71731蜡乳液泥炭盆内栽培的风铃草在其中盆开始分解处出现根部渗透(红色箭头)。
图9a-9b：在水中浸泡最多14天之后，工厂制造的蜡乳液-制造的泥炭盆的物理分析。
图9a：显示用不同蜡乳液制造的泥炭盆的拉伸断裂点的试验结果的线图。
图9b：显示用不同蜡乳液制造的泥炭盆的吸水性的试验结果的线图。
图10a-10b：显示在工厂制造的蜡乳液泥炭盆内植物生长试验的照片。
图10a：从左到右：用71731蜡乳液(0.5％，v/v)制造的盆，用80939蜡乳液盆(0.5％，v/v)制造的盆，和标准泥炭盆。
图10b：标准泥炭盆在左侧，和用0.5％(v/v)71731乳液制造的泥炭盆在右侧。
图11a-11b：在水中浸泡最多7天之后，工厂制造的蜡乳液-制造的泥炭盆的物理分析。
图11a：显示用不同蜡乳液制造的泥炭盆的拉伸断裂点的试验结果的线图。
图11b：显示用不同蜡乳液制造的泥炭盆的吸水性的试验结果的线图。
图12a-12b：在水中浸泡1小时之后，在织构分析仪内工厂制造的蜡乳液盆/pva盆的负载测试。
图12a：显示没有处理的标准泥炭盆(蓝绿线；7)，用1％(w/v)pva制造的泥炭盆(紫线；6)，用2％(w/v)pva制造的泥炭盆(蓝线；5)，用0.25％(v/v)71731蜡乳液制造的泥炭盆(金线；4)，用0.5％(v/v)71731蜡乳液制造的泥炭盆(绿线；3)，用0.25％(v/v)71731和2％(w/v)pva制造的泥炭盆(红线；2)，用0.5％(v/v)71731和2％(w/v)pva制造的泥炭盆(黑线；1)的负载试验结果的力图。
图12b：用0.25％(v/v)71731蜡乳液制造的椰子壳纤维盆(紫线；6)，用0.5％(v/v)71731蜡乳液制造的盆(蓝线；5)，用1％(w/v)pva制造的盆(金线；4)，用2％(w/v)pva制造的盆(绿线；3)，用0.25％(v/v)71731和2％(w/v)pva制造的盆(红线；2)，和用0.5％(v/v)71731和2％(w/v)pva制造的盆(黑线；1)的负载试验结果的力图。
图13：显示在水中浸泡1小时之后，实验室制造的蜡乳液盆/pva盆的照片。从左到右：用0.5％v/v71731制造的盆(最左侧)；用0.25％(v/v)71731制造的盆；用0.5％(v/v)71731和2％(w/v)pva制造的盆；用0.25％(v/v)71731和2％(w/v)pva制造的盆；和用1％(w/v)pva制造的盆(最右侧)。
图14：在水中浸泡24小时之后，实验室制造的pva/pvac盆的负载测试。黑线(标记1)显示用10％(w/v)pvac(获自henkel的aquencela0276)制备的泥炭盆的负载测试。红线(标记2)显示用2％(w/v)pva制备的泥炭盆的负载测试。绿线(标记3)显示标准泥炭盆的负载测试。
图15：在水中最多7天乳液蜡泥炭板的吸水。该图展示了在水中1，2，和7天之后，下述试验泥炭板的吸水(％湿重增加)：1.不具有石灰和we73550的标准制造配方。2.具有0.8％(w/w)石灰和73550的板。3.具有0.8％(w/w)石灰，73550，和2％(w/w)山梨酸钾的板。4.具有2x石灰(1.6％；w/w)和we71731的板。5.不具有石灰和71731的板。6.具有0.8％(w/w)石灰和71731的板。7.具有0.8％(w/w)石灰，71731，和2％(w/w)山梨酸钾的板。8.具有1.1％(w/w)pvac(获自henkel的aquencela0276)的板。9.具有pvac(1.1％(w/w)；la0276)，和we71731的板。当添加蜡乳液时，包括19％(w/w)73550或12％(w/w)71731，和该百分比基于泥炭与纸浆的重量。
图16：显示添加了化学品的工厂制造的蜡乳液71731泥炭盆的照片。最左侧：2％(w山梨酸盐/w泥炭-纸浆)山梨酸钾。中间：2％(w/w)pva(具有高聚合度的pvas:selvole575和selvol350的混合物)。最右侧：三倍浓度的71731蜡乳液(1.5％(v/v))。向盆中添加jiffy基底混合物和水，和盆的底部保持恒定在水下(离底部1-2cm)4周。
图17a-17c：在用外加化学品制造的蜡乳液71731泥炭盆内的植物生长(6周之后)。图17a:左侧盆2％(w/w)山梨酸钾；右侧盆2％(w/w)pva(与图16中一样)。图17b-17c示出了对于具有山梨酸钾的盆(图17b)来说，具有根部渗透，但对于pva(图17c)来说，根部保持在盆内部。
图18：在水中浸没96小时之后，具有外加的化学品的71731蜡乳液盆的负载试验/穿孔试验(图16)。黑线(标记1)代表具有2％(w/w)pva的71731乳液(22.9n；图16中的细节)。红线(标记2)代表具有2％(w/w)山梨酸钾(13.1n)的泥炭盆。绿线(标记3)代表三倍浓度的71731蜡乳液(12.5n)。
图19：具有外加化学品的工厂制造的蜡乳液(71731)泥炭和纸浆盆的照片。从左侧起：r2＝标准71731蜡乳液盆；标准＝标准泥炭盆(没有蜡乳液)；wp2c＝具有仅仅ctmp和添加0.5％(w/w)pvac(va710；intercol)的71731蜡乳液(没有泥炭)；r2a＝具有添加1％(w/w)pva(汇集的va101/va102；intercol)的标准71731蜡乳液盆；r2c＝具有外加的0.5％(w/w)pvac(va710；intercol)的标准71731蜡乳液盆。在拍照片之前，盆完全浸没在水中1小时。暗淡的颜色反映了盆吸水。
图20a-20b：具有外加化学品的工厂制造的蜡乳液盆上出现的霉菌。图20a:左侧：r2c＝具有外加的0.5％(w/w)pvac(va710；intercol)的标准71731蜡乳液盆。中间：r2a＝具有外加的1％(w/w)pva(汇集的va101/va102；intercol)的标准71731蜡乳液盆。右侧：wp2c＝具有仅仅ctmp和具有外加的0.5％(w/w)pvac(va710；intercol)的71731蜡乳液。图20b：ph调节至ph7的用具有浆液的71731蜡乳液制造的两个盆。一些未溶解石灰的白点在左侧盆上是可视的。在盆内部是jiffy基底混合物和水。盆的底部保持恒定在水下(离底部1-2cm)1周(图20a)和4周(图20b)。
图21a-21b：在水中完全浸没1小时之后，具有外加的化学品的71731蜡乳液盆的负载测试/穿孔。图21a：在遭受穿孔试验之后盆的照片。图21b：拉伸测量/负载测试结果。wp2c盆-黑线(标记1；58.1n)。r2c盆-红线(标记2；35.4n)。r2a盆-绿线(标记3；34.2n).r2盆-金线(标记4；24.0n)。标准盆-暗蓝线(标记5；11.9n)。盆的细节在图19中。
图22a-22b：在水中完全浸没最多7天之后具有外加化学品的71731蜡乳液盆的物理分析。用pva或pvac制造盆。图22a：随着时间流逝的拉伸强度。测试用加入到71731蜡乳液中的不同添加剂制造的泥炭盆的拉伸断裂点。图22b：随着时间流逝的吸水。在水中培育所述时间之后称重盆。盆的细节在图19中。
图23：在水中完全浸没最多7天之后，实验室制造的添加了不同类型pvac的71731蜡乳液盆板的吸水性。用不同类型1％(wpvac/w泥炭和纸浆)pvac，分别地，duracet300(franklinadhesives&polymers)，daratak56l(owensboro)，和aquencela0276乳液(henkel)制造的泥炭板。在水中培育所述时间之后，称重具有pvac和71731的泥炭板。
优选实施方案的详细说明
本文描述了可生物降解的植物生长容器或花盆，它包括诸如聚乙烯醇(pva)，聚乙酸乙烯酯(pvac)，蜡乳液，调节ph的石灰或其组合之类的添加剂。在生产过程中，可将该添加剂掺入到可生物降解植物盆内，或者可将该添加剂浸渍在无添加剂的可生物降解花盆内。本文还描述了制造可生物降解花盆的方法和试剂盒。
应当理解，描述了制造本发明公开内容的可生物降解花盆的多种非限制性方法，亦即，(i)“实验室”或浸泡方法，和(ii)“工厂”和浆液方法。这些术语绝对不意欲限制，相反，仅仅用于澄清和方便。换句话说，通过“工厂”方法制造的本发明公开内容的可生物降解花盆不需要在照字面的工厂内制造，和通过“实验室”方法制造的本发明公开内容的可生物降解花盆不需要在照字面的实验室内制造。此外，要理解，生产可生物降解花盆的其他方法是可能的且完全在本发明公开内容的范围内。添加剂通常被描述为基于生产方法，以不同浓度单位表达的用量掺入。例如，通过“实验室”方法制造的可生物降解花盆包括以重量/体积或"w/v"给出的浓度，而通过“工厂”方法制造的可生物降解花盆包括以重量/重量，或"w/w"给出的浓度。
在本文描述的某些实施方案中，可生物降解花盆包括一种或多种添加剂，所述添加剂可包括，但不限于pva，pvac，蜡乳液，和石灰。
本文中所使用的"聚乙烯醇"和"pva"是指通式为[ch2ch(oh)]n的水溶性合成聚合物。pva可以以固体或者以水溶液形式供应。在特别的实施方案中，pva以纯度为99％的超细等级固体形式提供。可由水解聚乙酸乙烯酯，制造pva。可完全水解pva(所有-oh基)，但也可仅仅部分水解(例如，85-90％-oh基)，具有例如10-15％的乙酸酯基。可商购的pva的合适的实例包括，但不限于，selvol165sf(sekisui)，其粘度为62-72cps(高分子量)；selvole575(sekisui)，其粘度为180,000-215,000；selvol350(sekisui)，其粘度为62-72cps且分子量为172,000-186,000；va101(intercol)；和va102(intercol)。
"聚乙酸乙烯酯"和"pvac"是指通式为[c4h6o2]n的脂族聚合物。pvac通常具有白色，在水中不可溶，且以乳液形式销售。可商购的pvac的合适的实例包括，但不限于va710乳液，它为50％固体/升；aquencela0276乳液(henkel)；
本文中所使用的“乳液”是指包括两个不混溶相的非均相体系，其中一个(分散相)以微小的液滴形式密切地分散在另一个(连续相)内。"蜡乳液"是指其中分散相是蜡的乳液。任何合适的液体可用作特定蜡的连续相。一般地，连续相是水或另一溶剂。
本文中有用的蜡乳液可以是提供增加的拉伸强度，疏水性或这些性能的任何组合的任何蜡乳液。在优选的实施方案中，乳液中的分散相是石蜡。蜡乳液可具有最多约45％的不挥发物含量。在本文描述的某些方面中，有用的蜡乳液具有约25％至约45％的不挥发物含量。阴离子蜡乳液的ph范围可以是约8.0至约12.5，和阳离子蜡乳液为ph4-6。蜡乳液中分散相(固体蜡含量)可以是最多约45％。蜡乳液的粘度可以是最多约450厘泊(cps)。在本文描述的特别方面中，蜡乳液的粘度低于200cps。
在某些非限制性实例中，蜡乳液是
在其他非限制性实例中，蜡乳液是
在其他非限制性实例中，蜡乳液是
在其他非限制性实例中，蜡乳液是
在其他非限制性实例中，蜡乳液是
许多其他蜡乳液和蜡分散体可用于生产本发明公开内容的可生物降解花盆。
含一种或多种添加剂的可生物降解花盆可由任何有机纤维材料制造。该有机纤维材料，或可生物降解花盆材料可以是例如泥炭纤维，椰子壳纤维，麦秆，纸浆，甘蔗渣纤维，木纤维，亚麻，洋麻，剑麻，消化过的粪肥(来自牛，猪，羊，鸡，火鸡或类似动物)或其组合。这一列举并不意味着限制，因为也可使用许多其他有机纤维材料。在某些实施方案中，纸浆是化学-热机械纸浆。在优选的实施方案中，可生物降解花盆包括泥炭纤维。在另一优选的实施方案中，可生物降解花盆包括泥炭纤维和纸浆，例如化学-热机械纸浆。可生物降解花盆也可包括其他有机材料，例如消化过的粪肥。
可生物降解花盆优选包括一种或多种添加剂，其浓度能增加可生物降解花盆的断裂点强度(对于湿或干的盆来说)，疏水性，抗真菌生长，依赖时间的降解，和这些性能的任何组合，相对于标准可生物降解花盆。标准可生物降解花盆是具有与它与之相比较的盆相同的通用组成，但缺少一种或多种添加剂的盆。
本文描述的可生物降解花盆的蜡含量可随盆所需的特征来选择。例如，较高的蜡含量通常导致具有较高拉伸强度的盆(参见本文中的实施例)，且可影响盆的分解速率和疏水性。蜡含量也可影响根部渗透盆壁的能力，其中较高的蜡浓度潜在地负面影响根部渗透，只要盆保持抗水性即可。因此可选择蜡含量，提供具有所需拉伸强度，分解速率，疏水性和根部渗透特征的可生物降解花盆。
本文描述的可生物降解花盆可包括蜡乳液。采用浓度为最多约20％干重蜡/干重可生物降解花盆材料的蜡乳液，制造盆。在特别的实施方案中，采用浓度为约2％至约15％干重蜡/干重可生物降解花盆材料的蜡乳液，制造可生物降解花盆。在优选的实施方案中，采用浓度为约10.7％干重蜡/干重可生物降解花盆材料，制造可生物降解花盆。可生物降解花盆内蜡乳液的最终浓度将取决于若干因素，例如蜡乳液的吸收速度，以及蜡乳液和盆内纤维之间的疏水相互作用。
类似于可生物降解花盆中的蜡含量，可随盆的所需特征而选择调节ph的石灰，pva含量，和pvac含量。例如，较高的pva含量或pvac含量通常导致盆具有较高的湿盆拉伸强度(参见本文的实施例)，和较好的耐水性，且可影响盆的分解速度。进一步地，已知pva刺激根部，和因此可正面影响根部渗透含pva的可生物降解花盆壁的能力。pvac疏水且倾向于使得可生物降解花盆更加干燥。因此，可选择pva含量pvac来提供具有所需拉伸强度，分解速度，吸水率，和根部渗透特征的可生物降解花盆。调节泥炭的ph到ph>7可部分保护泥炭避免霉菌，这将再次增加分解时间，因为霉菌/真菌也造成盆的降解。
可采用浓度为最多约10％pva(pva溶质重量/体积水溶剂，当在实验室中，盆在pva溶液内浸泡时，或者重量pva/干重可生物降解花盆材料，当盆在工厂中制造时)的pva，制造本文描述的可生物降解花盆。在特别的实施方案中，采用浓度为约0.01％(w/w)至约10.0％(w/w)pva/可生物降解花盆材料的pva，制造可生物降解花盆。在优选的实施方案中，可采用浓度为约0.1％至约5.0％pva/重量可生物降解花盆材料的pvaw/w，制造可生物降解花盆。在可生物降解花盆内pva的最终浓度将取决于若干因素，例如pva的吸收速度，以及pva和在盆内纤维之间的相互作用。
可采用浓度为最多约10％pvac(乳液内的干物质pvac重量/水溶剂体积，当在实验室中，盆在pvac乳液内浸泡时，或者乳液内的pvac重量/干重可生物降解花盆材料，当在工厂中制造盆时)的pvac，制造本文描述的可生物降解花盆。在特别的实施方案中，采用浓度为约0.01％(w/w)至约10.0％(w/w)pvac/可生物降解花盆材料的pvac，制造可生物降解花盆。在优选的实施方案中，采用w/w浓度为约0.1％至约5.0％pvac/可生物降解花盆材料的pvac，制造可生物降解花盆。在可生物降解花盆内pvac的最终浓度将取决于若干因素，例如pvac的吸收速度，以及pvac和在盆内纤维之间的相互作用。
可采用蜡乳液以及pva和pvac二者之一或这二者的组合，且对于泥炭基盆来说，还调节ph至约7(或以上)，制造可生物降解花盆。与仅仅用pva或pvac制造的那些相比，仅仅用蜡乳液处理过的可生物降解的泥炭花盆倾向于具有略微较高的拉伸强度，而对于可生物降解的椰子壳纤维盆来说，效果相反(参见本文的实施例和图12)。然而，蜡乳液和pva对可生物降解盆的拉伸强度具有添加剂影响(图12)。采用蜡乳液和pva二者制造的盆因此可允许甚至更精细地控制所需的特征，且可允许使用较低的添加剂浓度，以实现所需的特征，例如高拉伸强度。例如，若期望可生物降解花盆具有高的拉伸强度，但具有适中的疏水性和仍然便于根部渗透，则可选择低的蜡乳液含量(例如，0.25％，v/v)以及适中的pva浓度(例如2％)。包括pva以及蜡乳液将导致适中的疏水性(图4，7，和13)，同时pva会刺激根部生长。增加量的添加蜡乳液将确保较高的疏水程度，并导致干盆改进的拉伸强度(参见，例如图12)。采用pvac和蜡乳液二者制造的盆倾向于是比较干燥的盆，因为这一组合是疏水的(图15)。采用pvac制造的盆吸收的水少于不具有pvac制造的盆。
在某些实施方案中，采用约5％干重蜡/干重可生物降解花盆材料和2％(w/w)pva/可生物降解花盆材料，制造可生物降解花盆。在某些实施方案中，采用约5％干重蜡/干重可生物降解花盆材料和2％(w/w)pvac/可生物降解花盆材料，制造可生物降解花盆。在其他实施方案中，采用约11％干重蜡/干重可生物降解花盆材料和2％(w/w)pva/可生物降解花盆材料，制造可生物降解花盆。在其他实施方案中，采用约11％干重蜡/干重可生物降解花盆材料和2％(w/w)pvac/可生物降解花盆材料，制造可生物降解花盆。
要意识到，当制造可生物降解花盆时，溶液内添加剂的浓度可以变化，以便实现具有特定所需特征的盆。在溶液内添加剂的浓度可影响添加剂被盆吸收的速度，和添加剂被盆吸收的量。
本文还描述了制造可生物降解花盆的方法。一种方法包括提供至少一种可生物降解花盆材料，提供一种或多种添加剂，混合至少一种可生物降解花盆材料和一种或多种添加剂到水性浆液内，和采用该水性浆液形成可生物降解花盆。本文提到的这一方法有时称为工厂法。
可生物降解花盆材料可以是以上描述的那些中的任何一种。在特别的实施方案中，可生物降解花盆材料包括在2000升水中，15kg干燥化学-热机械纸浆(ctmp)和14.7kg干泥炭。这导致具有约15g/l可生物降解花盆材料的混合浓度的浆液。然而，可在本文描述的方法中使用各种混合浓度的可生物降解花盆材料。例如，可使用约10g/l至约20g/l的可生物降解花盆材料量。
在另一实施方案中，可生物降解花盆材料包括比值为约55:45的泥炭和化学-热机械纸浆。增加ctmp部分的浓度会增加可生物降解盆的强度。较弱的纤维需要较大部分的ctmp。要意识到，可在本文描述的方法中使用本文描述的任何可生物降解花盆材料，及其等价物。
本文描述的方法可按比例放大，且可在任何所需的规模下进行。例如，如本文中的实施例所描述的，可生成约2000升的水性浆液。可以随待生产的盆的尺寸和数量来调节该方法的规模。
一种或多种添加剂可以是以上描述的蜡乳液，pva，pvac，调节ph的石灰，或其组合。可改变一种或多种添加剂的浓度，以便实现以上所述的具有特定所需特征的可生物降解花盆。例如，可在最终的水性浆液内存在浓度为在溶液内最多约20％干重蜡/干重可生物降解花盆材料的蜡乳液。在其中所使用的水溶液体积为2000l和可生物降解花盆材料量为约15g/l的体系中，这意味着要使用约20升蜡乳液，其中蜡乳液具有约31％的干燥蜡含量。这相当于约1.0％(v/v)的蜡乳液浓度。在特别的实施方案中，蜡乳液在水性浆液内的存在浓度为约0.1％(v/v)至约1.0％(v/v)。在某些优选的实施方案中，蜡乳液在水性浆液内的存在浓度为约0.25％(v/v)至约0.5％(v/v)。
在某些实施方案中，pva或pvac之一或二者在水性浆液内的存在浓度(w/w)为最多约10％。在其他实施方案中，pva或pvac在水性浆液内的存在浓度(w/w)为约0.01％至约5％。在某些优选的实施方案中，pva或pvac在水性浆液内的存在浓度为约1％(w/w)至约2％(w/w)。
可按照任何顺序，将一种或多种添加剂掺入到水性浆液内。例如，可添加一种或多种添加剂到在水中混合的可生物降解花盆材料内，或者反之亦然，可在添加可生物降解花盆材料之前，在水溶液内悬浮一种或多种添加剂。在一个实施方案中，将100％的一种或多种添加剂添加到在待使用的混合物总体积的50％内混合的100％可生物降解花盆材料中。然后在添加剩余50％的水溶液之前，混合这些组分。这一实施方案允许在添加剩余水溶液之前，一种或多种添加剂被可生物降解花盆材料吸收。在另一实施方案中，将100％的一种或多种添加剂加入到在待使用的水溶液的总体积的100％内混合的100％可生物降解花盆材料中。
可将所得水性浆液形成为可生物降解花盆。例如，可将该水性浆液泵送或真空沉积到盆的所需形式的一个或多个筛网模具内。在特别的实施方案中，使用类似于在美国专利no.2,922,476中描述的那种形成可生物降解花盆的方法，在本文中通过参考将其全文引入。
通过本文描述的方法生产的可生物降解花盆可具有任何尺寸或形状。例如，盆可以是圆形，椭圆形，正方形，矩形，六边形，三角形，或八边形，且可具有任何所需的尺寸。
本文描述的制造可生物降解花盆植物的方法可进一步包括干燥所形成的可生物降解花盆。这将从盆中除去过量的水。可通过本领域已知的任何方法，例如通过真空，通过加热，或者其组合，干燥可生物降解花盆。在特别的实施方案中，在加热至介于约200℃至约350℃之间的任何高温下的烘箱，窑，炉，或其他加热外壳内，干燥所形成的可生物降解花盆。所要求的温度将取决于在所形成的盆内残留的水量，和形成盆所使用的可生物降解花盆材料。pva在较高温度下形成交联。因此，加热具有外加pva的盆使得它们更加结实，且分子内，和可能地以及分子间pva交联到可生物降解花盆材料上。在其中可生物降解花盆材料是泥炭和纸浆的混合物的特别的实施方案中，可使用约250℃至约310℃的高温。在优选的实施方案中，可在高温下干燥之前，通过真空从所形成的盆中除去过量湿气。
本文描述的制造可生物降解花盆植物的方法可进一步包括后挤压步骤。在后挤压步骤中，所形成的盆或所形成且干燥的盆被转移到新的模具内，并在约130℃至约190℃的高温下挤压约0.25秒至约1秒。在特别的实施方案中，在约160℃的温度下挤压盆约0.5秒。这一后挤压步骤导致具有光滑表面的可生物降解花盆，它提供容易自动化分配，并改进在自动化系统中使用的盆特征。
通过本文提供的方法生产的盆具有优越的拉伸强度，疏水性，和抗真菌生长特征，当与标准可生物降解花盆相比时。
本文还提供改进可生物降解花盆的方法。已有的可生物降解花盆可通过在含本文描述的一种或多种添加剂的水溶液内浸泡它来改进，所述添加剂包括蜡乳液，调节ph的石灰，pva，和pvac。这一方法有时在本文中称为实验室方法。已有的可生物降解花盆可由泥炭纤维，椰子壳纤维，麦秆，纸浆，甘蔗渣纤维，木纤维，亚麻，洋麻，剑麻，消化过的粪肥(来自牛，猪，羊，鸡，火鸡或类似动物)，或其组合，或任何其他有机材料组成。通过在含一种或多种添加剂的水溶液内处理或浸泡已有的可生物降解花盆，已有盆的拉伸强度，疏水性，和抗真菌生长可得到改进，相对于未处理的盆。
通过用一种或多种添加剂浸泡或处理已有的可生物降解花盆，添加剂被浸渍到盆内，或者在盆纤维的表面上形成一层。如上所述和在实施例中，可改变可生物降解花盆中的添加剂含量，以便提供具有特定所需特征(例如，增加的拉伸强度和/或疏水性)的盆。在特别的实施方案中，在约0.01％至约10％的w/v浓度下，在含pva和/或pvac的水溶液内浸泡盆。在其他实施方案中，在约1％至约5％的浓度下，在含pva和/或pvac的水溶液内浸泡盆。在优选的实施方案中，在约2％(w/v)pva和/或pvac的水溶液内浸泡盆。
在其他实施方案中，盆在其内浸泡的水溶液包括浓度为约0.1％至约10％体积/体积的蜡乳液。在再一实施方案中，在水溶液中蜡乳液的浓度为约0.25％至约5％体积/体积。所使用的蜡乳液可具有约20％至约40％的干蜡含量。在特别的实施方案中，蜡乳液具有约31％的干蜡含量。
也可使用添加剂的各种组合。在水溶液内添加剂的浓度可以改变，以便实现具有一种或多种所需特征的改进的盆。
除了调节水溶液内添加剂的浓度以外，通过浸泡盆不同量的时间，可以改变在已有的可生物降解花盆内浸渍或涂布的添加剂量。例如，可在含添加剂的水溶液内浸泡已有的可生物降解花盆范围为约30分钟至约36小时的时间。然而，浸泡未处理过的可生物降解花盆长的时间段可能牺牲它们的结构完整度(参见例如图1)。因此，必须平衡添加剂浓度/处理时间，以便生产具有充足的添加剂吸收/涂布和拉伸强度的盆。未处理的盆可浸泡范围为约12小时至约36小时，或者如在优选的实施方案中，约24小时的时间。
可在浸泡之后，干燥在含添加剂的水溶液内浸泡的可生物降解花盆。在某些实施方案中，在加热至介于约150℃至约250℃之间的任何高温下的烘箱，窑，炉，或其他加热外壳内，干燥处理过的盆。在其他实施方案中，在介于190℃至约215℃的高温下干燥处理过的盆。在优选的实施方案中，在约204℃的温度下干燥盆。可干燥盆消除过量湿气所要求的任何时间段。可通过人工检测，确定干燥。在特别的实施方案中，在204℃下干燥盆约45分钟。也可允许处理过的盆在室温下干燥。
本文还提供改进已有可生物降解花盆的操作盒。操作盒包括一种或多种添加剂，例如在本文中描述的那些，其中包括蜡乳液，调节ph的石灰，pva，和/或pvac，和改进已有可生物降解花盆的说明书。该说明书包括本文描述的改进可生物降解花盆方法的说明。
操作盒可进一步包括诸如由至少一种可生物降解花盆和至少一个容器之类的元件，所述可生物降解花盆由诸如泥炭纤维，椰子壳纤维，麦秆，纸浆，甘蔗渣纤维，木纤维，亚麻，洋麻，剑麻，消化过的粪肥(来自牛，猪，羊，鸡，火鸡或类似动物)，或其组合之类的一种或多种材料制成，其中该容器的尺寸能容纳至少一种可生物降解花盆植物和充足的含添加剂的水溶液，以浸泡至少一个可生物降解花盆。
可由实验室，温室，苗圃，或个体使用这种操作盒，以便增强或者在其他情况下改进已有的可生物降解花盆。
实施例
下述实施例起到更加详细地解释本发明公开内容的作用。这些实施例不应当解释为对本发明公开内容的穷举或排除。
实施例i
材料和方法
聚乙烯醇。聚乙烯醇(pva)购自sekisui(kentucky,usa；商品名-selvol；超细等级-99％纯度)。
蜡乳液。蜡乳液
水浸渍可生物降解花盆。称重干燥盆(或板)并完全浸渍在水中预定时间段。从水中取出盆/板，并通过在薄织物上静置5分钟，允许过量液体排干。测量潮湿的盆/板的重量，并与其干重相比较。这起到确定盆(或板)吸水速度的方法的作用。
可生物降解花盆的断裂点测量。断裂强度是能耐受特别地在伸张中的最大应力且没有断裂的材料。拉伸强度是在拉伸或牵拉的同时，在故障或断裂之前，材料可耐受的最大应力。
使用获自lloydmaterialstesting(bognorregis,uk)的lloydinstrumentslf-plus单一柱子的通用测试机，以测量可生物降解花盆的负载/断裂强度(织构分析仪)。使用精确负载测量和快速数据获取的微处理控制。负载池用于通过0力测量的拉伸，压缩，和循环。以牛顿为单位，相对于纵向拉伸，测量负载，单位毫米(mm)。
在从可生物降解花盆中切割的长条上测量拉伸强度。长条的宽度维持在1英寸。从每一盆中切割至少两个长条。在室温下操作获自comtenindustries(st.petersburg,fl)的拉伸仪器model922h。将可生物降解花盆的长条固定在夹具中，并根据制造者的说明书加工。施加压力，直到长条断裂开，并记录最高测量值(单位kg)。这是拉伸断裂点值。
植物生长试验。用容器混合物(jiffymix#1,jiffyproductsamerica,lorain,oh)填充可生物降解花盆。
将获自burpeeseedco.(warminster,pa)的百日菊"candycanered"种子栽培在数量为105个用jiffyseedmix17-1填充的托盘中。在约6天之后，种子发芽并生长额外14天，直到根部填充基底空腔。然后将百日菊植物填塞物移植到具有jiffymix#1-容器混合物的可生物降解花盆内。在正常的夏季温度时间段期间，户外放置盆，并生长，直到认为是最终的植物。在这一时间段期间，进行盆的表面霉菌和根部渗透的观察。
制造可生物降解花盆。通过本发明的公开内容，描述形成可生物降解花盆和尤其泥炭盆的方法的实例。在美国专利no.2,922,476中还公开了形成可生物降解花盆的装置与方法的实例，在本文中通过参考将其全文引入。
实验室制造的可生物降解花盆。将预制的可生物降解花盆浸泡在或者pva(例如1，2，或5％；w/v)或者乳液(例如，3％或5％；v/v)的水溶液内。典型地，一个盆浸泡在水溶液中24小时。然后在烘箱内在204℃下干燥该盆45分钟，或者直到干燥的时间段(通过人工检查确定)。
工厂制造的可生物降解花盆。筛网筛分(screen-sift)泥炭，或其他基底混合物，生产纤维。例如，8等级的网眼提供约8％至12％重量的泥炭纤维，8/70等级的组合网眼提供约88％至92％重量的泥炭纤维，和70等级的网眼提供约0.5％至2.5％重量的泥炭纤维。混合泥炭与水和纸浆。添加液体蜡乳液(0.5％v/v)或pva溶液(1-2％w/v)到泥炭/水/纸浆混合物中。最初在100％全部添加剂体积下与50％全部水体积一起，添加添加剂，预混，以允许所选添加剂被泥炭和纸浆吸收，然后用剩余的50％全部水体积加满。
例如，为了在工厂中制造0.5％(v/v)蜡乳液泥炭盆混合物，独立地在solvo罐内进行预混。最终具有水的泥炭盆预混物包括15kg干ctmp(化学-热机械纸浆)，14.7kg干泥炭，2000升水，和10升71731mod(蜡乳液；约31％干重)。这相当于约0.5％蜡(v/v)乳液混合物，或最初约10.7％蜡/干物质(w/w；干重蜡vs.干重泥炭纸浆)。对于0.25％乳液(v/v)来说，相对于2000升水，仅仅使用5升乳液。对于这一大规模制造的盆来说，与本文描述的实验室生产相比，所使用的起始量的蜡-乳液下降10倍体积。如下所述，制造最终的泥炭盆混合物：首先，添加10升蜡乳液到起始1000升水中；然后添加15kgctmp并混合360秒；然后添加14.7kg泥炭并进一步混合310秒；最后添加剩余的1000升水，形成浆液。总的混合时间为850秒。
该浆液适合于泵送/真空浸泡到盆的所需形式的筛网模具内。从所形成的盆中真空除去水。然后在烘箱内干燥所形成的盆。在优选的实施方案中，在加热至约250-310℃的烘箱内干燥所形成的盆。特别地在烘箱正面，温度非常高，和在干燥时间段的最后，温度缓慢下降到约100℃。在烘箱内干燥盆约30分钟。这一干燥工序与标准泥炭盆所使用的相同。
为了制造10cm的圆形泥炭盆，例如，就机器速度，烘箱内温度，和干燥时间来说，运行与标准盆相同的程序(没有蜡乳液添加剂)。没有遇到在橡胶杯上悬挂盆或者在型材内干燥的问题。添加蜡乳液没有影响生产。
或者，以泥炭对纸浆55/45的重量比，将添加剂(蜡乳液或pva；独立地每次一种)加入到浆液中。可一起混合这一浆液任何所需的持续时间。例如，在进一步加工之前，可混合浆液约14分钟。
在一些情况下，在通过施加另一加热步骤，盆从烘箱中出来之后，进行盆的任选的后挤压。将盆置于新模具内，并在160℃下挤压0.5秒。这得到光滑表面的盆，从而允许容易地自动化分配。
在备选的实施方案中，可根据美国专利no.2,922,476中公开的装置与方法，形成增强的泥炭或椰子壳纤维盆，其中在形成盆之前，用添加剂增强形成盆所使用的纤维纸浆。加热具有这些化学品的泥炭或椰子壳纤维使得蜡乳液在泥炭表面上形成疏水层，它浸渍具有耐水层的盆纤维，直到疏水层断裂。一旦加热，则pva交联，进而生成比较结实的可生物降解花盆。也可用pva替代一些纸浆/纤维素，以节约生产成本。
实验室制造的可生物降解花盆显示出增加的拉伸强度，疏水性，和抗真菌性。
在水中浸泡实验室制造的盆不同的时间，然后测试负载-强度。尽管在技术上进行力/断裂点测量，但可作为强度因子，观察随距离的拉伸性能。图1阐述了实验室制造的pva泥炭盆(1-5％w/v)和在水中浸泡或者10分钟(图1a)，1小时(图1b)，24小时(图1c)，或7天(图1d)的标准泥炭盆的负载测试。仅仅在1小时之后，标准泥炭盆变弱。对于pva盆来说，在水中7天之后，仅仅对于最低浓度的pva(1％)来说，观察到相同的效果。加入到泥炭盆中的较大浓度2％(w/v)和5％(w/v)pva使得该盆甚至在水中7天之后保持其结构完整度。图2阐述了在24小时之后蜡乳液泥炭盆(3-5％v/v)和标准泥炭盆的负载测试。标准泥炭盆在24小时之后已经变弱，而含两种不同蜡乳液71731mod和80939m之一的泥炭盆保持其结构完整度。含pva(1.5％w/v)和71731mod(3％v/v)二者的泥炭盆也保持比标准泥炭盆(图3)长的盆强度。
在没有破碎的情况下，压缩具有pva，蜡乳液或其组合的泥炭盆，而标准泥炭盆的基座破碎，并从侧壁中释放，当施加力时(图4a-4b；在两个面板中的最左侧处的标准泥炭盆)。
图4中描绘的泥炭盆的颜色证明各种盆之间吸水性的差别。最暗的盆，标准泥炭盆和具有2％w/vpva的泥炭盆是最湿的。具有3％v/v蜡乳液71731mod的泥炭盆显示出最浅的颜色，从而表明最小的吸水-如果有的话。采用pva/蜡乳液泥炭盆，观察到适中的吸水，显示出中间颜色(图4)。
为了进一步研究各种泥炭盆的吸水性，将盆浸渍在水中24小时的时间段。(如上所述)紧跟在实验室中生产之后和在水中浸泡之后(图5)，称重泥炭盆。与其他盆类型相比，紧跟在浸泡之后，用蜡乳液71731mod涂布的泥炭盆具有低得多的重量，从而表明71731mod-涂布的泥炭盆较低的吸水性。在不希望束缚于理论的情况下，这是泥炭盆的表面疏水导致的，所述疏水来自于蜡乳液涂层，从而防止吸水。
在植物生长试验中进一步测试含pva和/或蜡乳液的泥炭盆。用容器混合物基底(jiffymix#1)填充各种泥炭盆配方，并用常见的毒芹或加拿大铁杉栽培。栽培的泥炭盆在户外储存4月。用蜡乳液71731mod处理过的泥炭盆在试验持续时间下保持在非常良好的条件下，其浅颜色表明它吸收了最少的水(图6)。相反，标准泥炭盆破碎，且似乎吸收显著体积的水。该试验进一步阐述了两种泥炭盆之间的拉伸强度差别。
采用1％(w/v)pva-处理过的泥炭盆，进行进一步的植物生长试验，比较这些盆与用1％(w/v)pva/3％(v/v)71731mod处理过的泥炭盆和标准(未处理的)泥炭盆(图7)。用或者1％(w/v)pva或者1％(w/v)pva/3％(v/v)71731mod处理过的泥炭盆显示出适中的吸水性，这通过它们的中间颜色佐证。另一方面，标准泥炭盆的颜色暗，从而表明显著的吸水。标准泥炭盆还显示出显著的真菌产生。用pva，蜡乳液或这两种添加剂的组合处理过的泥炭盆显示出抗泥炭真菌产生(图7)。
泥炭和椰子壳纤维盆的优点是，通过盆壁或底部的根部渗透是可能的，从而促进盆在田野中直接栽培。采用塑料盆，在盆壁内没有引入额外孔的情况下，这不是可能的。观察添加剂处理过的泥炭盆，确定在这些盆内栽培的植物是否显示出通过盆壁的根部渗透(图8)。1％(w/v)pva泥炭盆和3％(v/v)71731蜡乳液盆。1％(w/v)pva-处理过的盆具有通过盆壁表面的根部渗透。然而，仅仅在盆开始分解之后，蜡乳液处理过的盆才具有根部渗透。生根来自于蜡乳液盆的湿润部分(图8)。
工厂制造的可生物降解花盆显示出增加的拉伸强度，疏水性和抗真菌性。
在工厂中以比以上所述大的批次制造含两种不同蜡乳液-71731mod和80939m的泥炭盆。随着时间流逝，就拉伸强度和吸水性测试泥炭盆(图9)。加入到泥炭纸浆中的蜡乳液的起始浓度从实验室制造的盆中所使用的5％下降到工厂生产轮次的0.5％(v/v)。所制造的最结实的盆是含蜡乳液71731mod的那些(图9a)。含蜡乳液80939m的泥炭盆略微较弱。含蜡乳液71731mod和80939m的泥炭盆就其疏水行为或耐水性来说是类似的(图9b)。这两种蜡乳液产生比标准泥炭盆更结实和更疏水的泥炭盆。
对于在第二工厂(jnb工厂；图11)中生产的泥炭盆来说，观察到类似的结果。比较来自于在jas工厂中生产的盆(图9)，显然可再现结果，尽管在不同工厂，采用不同生产工具，例如泥炭基底混合物，盆挤压工具，和烘箱条件来制造盆。含蜡乳液71731mod的泥炭盆比标准泥炭盆(图9和11)更结实和更疏水。
在植物生长试验过程中，含蜡乳液的工厂制造的泥炭盆进一步证明改进的特征(图10)。相对于含蜡乳液80939m的泥炭盆或未处理的标准泥炭盆，含蜡乳液71731mod的泥炭盆证明最小量的吸水(图10a)。这可通过每一盆的颜色可视化，其中较浅的颜色表明较低的吸水性。通过含蜡乳液80939的泥炭盆的吸水性表明中间的吸水性，而标准泥炭盆显示出显著的吸水性。
实验室制造的低蜡乳液泥炭盆
在实验室条件下，测试与以上所使用的那些相比，较低浓度的蜡乳液。与工厂制造的盆的制造条件一样，使用相同量的乳液/升。
在含蜡乳液的水溶液中浸泡盆24小时，然后在204℃下干燥约45分钟。然后在负载测试测量之前，在水中浸泡盆1小时。图12中示出了使用不同的处理，椰子壳纤维和泥炭盆的负载测试结果。(没有处理的)标准盆最弱。pva和蜡乳液对泥炭和椰子壳纤维盆二者具有添加剂增强效果。该实验还证明在实验室中，少至0.25％(v/v)的较低浓度的蜡乳液71731mod产生相对结实的盆。然而，根据这一实验，相对于pva，蜡乳液单独对泥炭盆具有较好的效果(图12a和12b)。相对于蜡乳液，发现单独的pva相反，从而与泥炭盆相比，改进椰子壳纤维盆的强度。图13示出了蜡乳液还能制造耐水的椰子壳纤维盆。纯pva盆变暗，从而表明它们比其他处理过的盆吸收更多的水。
实施例ii
在泥炭盆的制造中，高效地测试聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇，阳离子蜡乳液，以及pvac或pva与阳离子或阴离子乳液任何一个的组合。pvac和pva提供蜡乳液盆良好的耐水性和非常良好的附加强度。此外，因蜡乳液与pva/pvac的组合获得的比较干燥的盆，或者通过用石灰增加ph到最多ph7导致霉菌生长下降。
材料与方法
测试来自若干不同公司的pva。来自sekisui:selvol165sf，粘度62-72cps(高分子量)。selvole575：mw为180,000-215,000(86-89％羟基；11-14％乙酸酯基)。selvol350：粘度62-72cps，mw为172,000-186,000(98％羟基；1-2％乙酸酯基)。对于来自sekisui的高分子量pva来说，在水中的溶解度典型地为约5-9％。来自intercol(荷兰)：va101，va102(88％羟基；12％乙酸酯基)，pva预制的溶液；15％固体/升。
pvac：va710-50％固体/升乳液。来自henkel：aquencela0276乳液。来自owensborospecialtypolymers,inc.owensboro,ky42303：
除了购自michelman,cincinnati,oh的阴离子蜡乳液71731mod和非离子蜡-乳液me80939m以外，还测试来自michelman的阳离子蜡-乳液。73550蜡乳液(scalewax)是一种不挥发物(％)为49.5-50.5％(固体物质)，ph4.5-6.6，和brookfield粘度(cps)低于500的阳离子石蜡白色乳液。该体系的推荐的ph为低于ph7.0。
中等/微细泥炭部分0-10来自于jiffyproductsn.b.,shippagan,newbrunswick，加拿大。石灰(caco3–mgco3)以dolomite石灰形式购自nationallime&stonecarey,oh,usa。含有80％云杉木和20％松木的ctmp(化学-热机械处理过的纸浆)由waggerydcellab,vaggeryd,sweden供应，和tmp纸浆(云杉木)(热机械处理过的纸浆)来自于whitebirchpaperco.,quebec，加拿大。
在这一实例中，植物生长容器的水浸渍方法，使用织构或拉伸强度分析仪测量断裂点，植物生长，和制造泥炭盆/植物生长容器与实施例i中所使用的那些相同。
在实验室中，在pva，pvac，或乳液蜡的溶液内制造处理过的植物生长容器
在或者pva(例如，1，2，或5％w/v)，pvac溶液(最多10％w/v)，或者蜡乳液(例如，3％或5％v/v)在水中的溶液内浸泡由美国专利no.2,922,476中描述的配方制造的预制盆。典型地，一个盆在化学水溶液中浸泡24小时。然后在烘箱内在204℃下干燥盆约30-45分钟，或者直到干燥的时间段(基于人工检查)。
制造用于实验室测试吸水性和负载强度的泥炭板
在4升cb-16混合器(waringcommercial，shelton,ct,usa；3速度:15,800-20,800rpm)中，将19.4g中等/微细泥炭部分0-10，18.4gctmp(化学-热机械处理过的纸浆)或tmp(热机械处理过的)纸浆，和0，0.3，或0.6g石灰(caco3-mgco3)任意一个加入到2升水中。同样可包括蜡乳液(14.4g71731或73550)和/或山梨酸钾(2％；w/w)。若需要，则添加7ml5.5％(w/v)pvac原料溶液，得到1％(w/w)pvac溶液(重量干物质pvac/重量泥炭和纸浆)，以完成在浆液中添加剂的添加。每一成分的用量总是变化的，这取决于使用者寻求的干物质量和每一成分的起始含湿量。然而，通常存在2升水。浆液的温度保持在20℃。为了制造板，除去80ml浆液并从量杯倾倒在3"x3"布氏漏斗上安装的容器金属过滤器中。确保浆液均匀地回收在容器内部的筛分粒子(screen)。借助真空阱，在过滤器烧瓶上施加真空。在泥炭板顶部上(在金属过滤器/容器的顶部上)安装橡胶圆盘。在挤压板之后，它们在烘箱内烘烤/在225-250℃下干燥60分钟。调节在烘箱内的时间，获得3-8％的最终含湿量。
在工厂中制造乳液或pva/pvac增强的泥炭植物生长容器
筛网筛分泥炭或其他基底混合物，生产泥炭纤维。例如，8等级网眼提供约8％至12wt％泥炭纤维，8/70等级的组合网眼提供约88％至92wt％泥炭纤维，和70等级网眼提供约0.5％至2.5wt％泥炭纤维。混合泥炭与水和纸浆。将液体蜡乳液(0.5％)和/或pva/pvac溶液(0.1-3％；w/w)加入到泥炭/水/纸浆混合物中。最初以100％化学品与50％水的比例添加化学品，预混，以允许所选化学品被泥炭和纸浆吸收，然后用剩余50％水加满。
作为非限制性实例，为了在工厂中制造0.5％(v/v)蜡乳液泥炭盆混合物，独立地在溶剂罐中进行预混。具有水的泥炭盆混合物由15kg干ctmp(化学-热机械纸浆)，14.7kg干泥炭，2000升水，和10升71731mod(蜡乳液；约31％干重)组成。这等于约0.5％蜡(v/v)乳液混合物，或最初约10.7％蜡/干物质(w/w；干重蜡vs.干重泥炭/纸浆)。对于0.25％乳液(v/v)来说，2000升仅仅使用5升乳液。(备注：对于这一大规模来说，蜡-乳液的起始量以体积计下降10倍，与以上所述的实验室生产相比)。按照下述顺序制造混合物：首先，添加1000升水到10升蜡乳液中。然后，添加ctmp并混合360秒。然后在进一步混合下添加泥炭310秒。最后，添加剩余的1000升水。总的混合时间为850秒。为了制造10cm圆形泥炭盆，就机器速度，烘箱内温度，和干燥时间(以上提及)，运行与标准盆相同的程序。在橡胶杯上悬挂或者在型材内干燥盆不具有问题。非常平稳地完成生产。
当在制造具有蜡乳液的泥炭和椰子壳纤维盆的过程中施加pva或pvac时，作为预制溶液将它们加入到溶剂罐中。根据sekisui的说明(沸腾/搅拌)，最初以原料溶液形式制造pva。高分子量固体pva在水中的溶解度为仅仅7％，从而限制pva的原料溶液为700g/10l。将预制的pva溶液(例如来自intercol)或pvac乳液直接加入到溶剂中。所使用的浓度为0.1％至3％化学品(相对于ctmp/泥炭的总重量，wt％pva/pvac)。例如，将150gpva加入到30kg泥炭/ctmp固体中，得到0.5％pva，或600gpva(10l60gpva/l溶液)，对于类似的量来说，得到2％pva的盆。为了添加pvac，所使用的量典型地较低：相对于固体物质泥炭/ctmp(w/w)，0.1-2％固体物质。
在另一变体中，添加添加剂化学品(独立地每一次一种)，获得泥炭对纸浆重量比为55/45的浆液。一起混合浆液所需的持续时间。在一个实例中，在进一步加工之前，混合浆液约14分钟。然后泵送/真空抽吸浆液到盆的所需形式的筛网模具内。从所形成的盆中真空除去水。然后在烘箱内干燥所形成的盆。
在加热至250-310℃的烘箱内干燥所形成的盆。特别地在烘箱正面，温度非常高，并在烘箱加热时间段最后温度缓慢下降至约100℃。在烘箱内干燥盆约30分钟。这是标准jiffy泥炭盆的干燥工序。
在盆从烘箱中出来之后，通过采用另一加热步骤，进行盆的后挤压。将盆置于新模具内并在160℃下挤压0.5秒。这得到光滑表面的盆，容易提供自动分配。
在另一备选的实例中，根据美国专利2,992,476(本文中通过参考引入)中公开的装置与方法，形成增强的盆或椰子壳纤维盆，其中在形成盆之前，形成盆所使用的纤维纸浆用化学品增强。加热具有这些化学品的泥炭或椰子壳纤维使得蜡乳液在泥炭表面上形成疏水层，所述疏水层浸渍具有耐水层的盆，直到这一层破裂。一旦加热，则pva形成分子内交联，这制造更结实的湿盆。可用pva替代一些纸浆/纤维素，以节约生产成本。
蜡乳液盆的ph依赖性
就ph检测制造泥炭/纸浆盆的配方。一般地，制造泥炭/纸浆盆的所有ph值为约ph5.0，且范围为ph3.9至ph5.5。通过添加石灰，可升高ph到ph6-7。me71731m乳液具有大于或等于7的推荐ph。该产品本身在ph8.5-9.5之间。若ph低于7.0，则可破乳。若破乳，则容易注意到，因为它不是需要花费时间开发的工艺。此外，若破乳，则乳液保持分离。备选的蜡乳液是阳离子蜡乳液me73550(对于欧洲来说：michelmanme70350.a.e.)。这一产品的ph为5，这使得它与该工艺有差别。就蜡涂层来说，73550的行为类似于71731，但优点是在较低ph体系内稳定。
实验室测试加入到泥炭盆和泥炭板中的聚乙酸乙烯酯(pvac)
可通过使用naoh/甲醇，由pvac制造pva。pvac也称为elmer'sgluetm，它具有白色，而pva是透明溶液。pvac在水中不可溶，且是乳液形式的固体，而pva水中100％可溶。pva可以完全水解(所有-oh基)，但也可部分水解(85-90％)，另外具有10-15％乙酸酯基。因此，pvac更加疏水，且更加结实，以生产比pva更干燥的表面。聚合物的强度依赖于聚合度：越长的聚合物或越高的分子量得到越结实的产品，例如越结实的泥炭盆。
在pva或pvac的溶液内浸泡标准泥炭盆。作为起始点，使用10％(w/v)pvac和2％pva(w/v)的溶液。在pva或pvac溶液内浸泡盆仅仅1小时，然后在烘箱中干燥它们。然后在水中浸泡盆24小时，并如图14所示，采用负载测试，测量拉伸强度/断裂点。正如图14中看到的，与未处理的盆相比，pva和pvac二者增强泥炭盆。
如上所述制造具有蜡乳液的泥炭板。在干燥泥炭板之后，在水中培育它们一段时间，并就吸水性测试它们。图15示出了与其他添加剂结合的两种不同蜡乳液，一种阴离子蜡乳液(71731)，和一种阳离子蜡乳液(73550)的吸水性。pvac和蜡乳液还得到比较干燥的泥炭盆。所测试的最干燥的板是具有pvac，来自henkel的aquencela0276，和阴离子蜡乳液71731的板(图15)。甚至单独的pvac在2天之前没有吸收很多水，这表明配制的结合物(pvac+71731)非常疏水。在这一pvac和(一定的粘性和聚集度的)阴离子蜡乳液71731之间具有某些轻微的不相容性。然而，对于具有阳离子蜡乳液73550的pvac来说，不存在问题。在不希望束缚于理论的情况下，认为具有两种不同乳液的“相反电荷”可导致有问题的制造工艺。
工厂制造具有外加的聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯的蜡乳液盆
在jiffy盆工程中，使用阴离子蜡乳液71731，和不同的化学添加剂，例如(1)山梨酸钾，(2)聚乙烯醇，和(3)在浆液内三倍(tripled)浓度的蜡乳液71731，制造蜡乳液盆。聚乙烯醇是来自sekisui:selvole575(其含有86-89％oh-基(和～12％乙酸酯基))和selvol350(其具有98％oh-基)的两种不同类型品质的混合物，二者均具有高分子量(hmw)/高聚合度。图16示出了比较蜡乳液盆与这三种类型添加剂的照片。令人惊奇的是，如图16中所示，pva与71731的结合得到比使用3倍量蜡乳液71731干燥的盆。可能的是，这一具体hmw类型pva的组合提供好得多的涂层，从而防止吸水和进而减少霉菌生长。在实验室中，采用pva制造的早先类型的盆容易得多地吸水(比较在pva盆上早先的照片，例如图5)。
还在温室中，在真实的生长条件下测试这些盆。这测试盆进一步的霉菌生长和根部渗透影响。图17a示出了与具有山梨酸钾的盆相比，pva/蜡乳液盆具有较少的霉菌生长。pva乳液盆也干燥得多，即使生长条件湿润。然而，通过这一pva的根部渗透(图17b)不存在。在不希望束缚于理论的情况下，可能的是，hmwpva防止根部渗透，且可延长分解时间。早先观察到另一类型/品质的pva实际上促进通过蜡乳液盆壁的根部渗透。在这一实例中，具有仅仅山梨酸钾的乳液盆具有根部渗透。因此，通过使用不同浓度和品质的pva，可控制蜡乳液盆的强度，吸水性，和根部渗透。即使根部没有渗透pva/蜡乳液盆壁，但在盆(图17b-右侧)内良好的根部发育仍然表明空气移动经过盆壁到根部，这与塑料盆相反。
还分析这些盆的强度。图18显示出这些盆的拉伸/负载测试，从而证明在用水覆盖96小时之后，pva-乳液盆是最结实的。
再现在工厂中盆的生产工艺，但此刻使用不同类型pva且还包括来自intercol的pvac。聚乙烯醇是两种预制pva溶液的混合物：va101和va102(88％oh-基；12％乙酸酯基)。它们是极性的(pole)。然而，它们可能是低分子类型的pva，因为它们具有约15％固体/l的较高的溶液浓度。pva的溶解度与mw或聚合度逆相关。例如，来自sekisui的高分子量pva具有最大7％固体/l的低溶解度。来自intercol的pvac是va710。然而，对于这一乳液，除了浓度为50％固体/l以外，得不到进一步的技术背景信息，
由购自intercol的预制pva溶液制造的pva盆(r2a)不如由来自sekisui的pva粒子制造的盆(图19)。通过仅仅化学-热机械纸浆(ctmp)，而没有泥炭制造的新盆wp2c感觉非常结实，和它具有比较浅的颜色。图19中显示的盆事先在水中静置1小时，结果在拍照时刻的颜色反映吸水。较暗的颜色表明更多的吸水。
还用基底混合物填充盆，并在其底部分开的情况下在水中静置1周(图20a)。在所有这些盆上已经可观察到某些规格的霉菌，这与在先的pva-蜡乳液盆的生产相反。尽管出现这，但盆仍然感觉结实。为了制造更加耐霉菌的盆，对于制造71731蜡乳液盆来说，通过添加石灰，增加浆液的ph7。甚至在水中具有这些盆4周之后，没有霉菌的迹象，从而表明在挤压泥炭盆之前，较高ph的浆液是有益的(图20b)。ph从ph5增加到ph7，或甚至更高的ph影响霉菌生长条件，因为泥炭霉菌通常在略酸性条件下生长。一些植物不可能耐受太高的ph值。尽管如此，但在盆内部，基底的ph不可能显著增加：在蜡内包封盆，从而保护它避免在起始生长时间段期间吸水，和在盆内部基底的体积远大于盆壁。
在7天的时间段内分析用intercolpva和pvac制造的盆的吸水和负载强度。图21a-21b示出了这些结果，它们证明了wp2c，不具有泥炭但具有pvac的纸浆乳液蜡盆最初是最结实的盆(在水中仅仅1小时之后)。然而，pva和pvac二者与蜡乳液一起(分别是r2a和r2c)制造比单独的蜡乳液(r2)结实的盆。
在7天内分析盆的拉伸强度和吸水性这两种性能(图22a-22b)。与具有泥炭/ctmp和类似量pvac的r2c盆相比，wp2c的盆强度最初快速下降。对于r2a来说，也是这种情况，这与早先通过使用hmwpva的观察结果相反。但是用pvac制造的盆是最结实的盆和具有最低吸水性的盆。
在泥炭板内不同品质pvac的试验
图16-22中的结果表明，重要的是选择具有合适高分子量/高聚合度的恰当类型的pva，以便得到更结实和更耐水的泥炭盆。还为了测试不同品质的pvac，比较三类pvac：来自henkel的aquencela0276乳液，来自owensboro的
尽管参考各种和优选的实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，可作出各种变化，且在没有脱离本发明的基本范围的情况下，等价方案可替代其要素。另外，可根据本发明的教导，在没有脱离本发明的基本范围的情况下，作出许多改性，以适应特定情形或材料。对于实施例来说，可改性添加剂的浓度，以提供具有所需特征的可生物降解花盆。也可在没有脱离本发明的基本范围的情况下，改性其他变量，例如在生产过程中的混合时间，浸泡时间，和干燥时间。
因此，本发明并不意欲限制到本文公开的考虑实施本发明的特定实施方案上，而是本发明包括落在权利要求范围内的所有实施方案。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！