防止根侵入的地下滴灌管的制作方法

本申请要求于2015年5月13日提交的美国临时申请No.62/161,234的优先权和权益，其内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及慢释放材料以及用于控制慢释放材料从基底或载体扩散的扩散速率的过程，并且更具体地涉及滴灌装置，该滴灌装置通过将阻挡材料的层结合在抑制根生长的除草剂与滴灌管的壁之间以减少除草剂通过管道的壁的移动，而具有受控的除草剂的释放速率。

背景技术：

地下滴灌是周知的具有许多优点的灌溉技术。地下滴灌的主要问题是根侵入至诸如带和管道之类的滴灌装置中。存在三种技术用于防止根侵入，并且所述三种技术包括通过滴灌系统周期性地注射除草剂、将除草剂连续地添加至灌溉水中以及/或者将除草剂合成至滴灌装置的塑料材料中以将除草剂缓慢地释放至装置的滴灌器周围的土壤中。

在这些方法中最常使用的除草剂是二硝基苯胺。二硝基苯胺具有非常低的水溶性。虽然除草剂中的一些除草剂以悬浮的方式被水承载穿过滴灌器至土壤中，但是大部分除草剂迁移穿过滴灌管道的壁进入滴灌器周围的土壤中并且大量的除草剂最终距离需要被保护的滴灌器的排放点非常远。将二硝基苯胺添加至滴灌器还可能损害滴灌器至滴灌管道或管的壁的粘合。

周知的是二硝基苯胺从聚合物缓慢释放来保护地下滴灌系统免受根侵入。在某些应用中，二硝基苯胺结合至滴灌器其本身。该技术在厚壁管道和圆形滴灌器的情况下运行良好，然而，在薄壁滴灌管道或带的情况下运行不佳。带通过多种技术而形成有凹刻的或印刷的流动图案。 对于带，其中不存在可以方便地结合二硝基苯胺的厚的模制部或压制部段。对于薄壁管道，已经研发了卡至壁的侧部的小的平的滴灌器，并且通过添加二硝基苯胺减少了至壁的粘合。因为二硝基苯胺的释放速率与表面面积成正比与厚度成反比，所以对于结合二硝基苯胺的薄壁管道和带而言，难以实现长的寿命周期。

许多地下滴灌系统通过将除草剂周期性地或连续地注射至灌溉水中而被保护免受根侵入。在这些情况下，在灌溉周期中大部分除草剂被吸收至管道的壁中并且从管道的壁中进入远离出口的土壤。而且，在灌溉周期期间，最靠近注射点的出口比系统的末端处的出口接受到更多除草剂。结果是除草剂的过量施用，导致环境风险和经济成本两者。在将除草剂合成至滴灌装置以形成除草剂浸渍管的情况下，由于大的表面面积，塑料管中低浓度的除草剂将递送足够的除草剂至水并且然后递送至土壤中以防止根侵入。然而，在该方案中除草剂由于直接地移动至远离需要保护以防根侵入的排放点的土壤中而被损失。另外，因为除草剂灌入整个管的壁，因此通过壁并且进入土壤的扩散导致产品的短的使用寿命。因此，存在对于解决现有系统缺陷的用以防止根侵入的改进的地下滴灌系统的需要。

技术实现要素：

本发明是一种地下滴灌系统，其包括滴灌管，该滴灌管是压制的并且具有合成于压制管中的除草剂。该管在管的外侧上包括防止除草剂直接移动至土壤中的阻挡层。除草剂从管迁移至水中并且在通过滴灌器离开进入土壤之前位于管内。替代性地，包含除草剂的圆形的边条(bead)是压制的并且附接至管的内壁或者部分地埋在管的壁中。除草剂被从边条缓慢地释放至水中，其进而通过滴灌器进入土壤。边条可以是连续的或者边条可以以短小的长度靠近滴灌器放置。阻挡材料的层放置在边条与壁之间以减少除草剂至壁中的移动。阻挡层可以是完全或局部的内衬或者阻挡材料可以用作整个管的外衬。将阻挡壁结合用于管还改进了其中使用了将除草剂周期性地注射至通过滴灌系统的水或将除草剂连续添加至灌溉水中的实施方式的效率。

通过参照以下详细描述和附图将更充分地了解本发明的以上和 其他方面。

附图说明

图1是具有内部流动路径的滴灌带或滴灌管的截面图，其中，该滴灌带或滴灌管具有外阻挡层和聚合物材料内包括除草剂的生物活性材料的层；

图2是与图1类似的滴灌带或滴灌管的截面图，其包括与除草剂层定位在一起的杀菌剂层；

图3是示出了具有内部流动路径滴灌带或滴灌管的局部截面立体图，其中，该滴灌带或滴灌管具有阻挡层和如下的连续边条，缓慢释放的除草剂浸渍的聚合物材料的连续边条被压制为在流动路径旁边的连续的边条；

图4是示出了与图3类似的滴灌带或滴灌管的局部截面立体图，其中，分开的边条相邻于滴灌器流动路径的排出孔定位；

图5是示出了滴灌带或滴灌管的截面图，其中，除草剂浸渍的聚合物材料的边条被嵌入具有阻挡材料的带或管的壁内；以及

图6是具有外部排出器或滴灌器的滴灌带或滴灌管的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的滴灌带或滴灌管10的截面。所述带或管是薄壁产品。这种薄壁的带或管产品被定义为壁厚大致在大约4密耳(mil)至大约50密耳的范围中。可以认为本发明对于具有处于大约4密耳至大约20密耳的范围的壁厚的滴灌带产品而言是最有用的。这种带产品的常规壁厚为大约8密耳，尽管带产品可具有高达大约40密耳的壁厚。本发明对于大致具有大于30密耳至大约50密耳的厚度的薄壁管也可以是有用的。带或管优选地由低密度的聚乙烯制成。图1示出了包括内层14和外层16的薄壁管12。内层是包含除草剂的聚乙烯或聚烯烃，并且外层16是在使用期间防止除草剂从内层向外移动至滴灌装置10所定位的土壤中的阻挡层。

排出器或滴灌器20定位在内层的内侧壁18上，并且具有用于接收通过流动路径24的水的入口22。流动路径沿着管12的内侧连续地延伸。水进入排出器中的入口22并且通过延伸穿过内层14和外层16的出口26而离开装置。应了解的是，滴灌器沿着管的长度以预定的间隔间隔开，并且因此，延伸穿过管的出口26类似地沿着管以一定间隔间隔开。出口26将水以低的滴灌速率以及沿着灌溉线以预定的间隔开的间隔来供给。

如所指示的，管12是双层压制品，其中，内层是包含除草剂的聚烯烃，该除草剂通过已知的技术缓慢地释放至流动路径24中的水中。除草剂通常使用二硝基苯胺，比如氟乐灵或二甲戊乐灵。外层是防止除草剂从内层直接地移动至土壤中的阻挡层。外层可以是若干阻挡树脂中的任一者，包括但不限于萨冉(Saran)、EVA、尼龙(Nylon)、PVDC、EVOH、Barex及其混合物，该混合物具有纳米粘土或其他添加剂的或者不具有纳米粘土或其他添加剂以进一步改善阻挡性能。阻挡层还可以是包含阻挡材料的聚烯烃混合物，比如纳米粘土或亚微米二氧化硅或磁铁矿的氧化铁粉末。由于阻挡层防止除草剂的穿过内层而离开的移动，因此所有除草剂将被水承载通过滴灌器准确地进入需要防止根侵入的土壤。此外，可以选择外侧阻挡层以改善滴灌装置的物理性能。

图2示出了与滴灌装置10相似的替代性实施方式滴灌装置30，其中，添加有与内层14结合的杀菌剂层32，并且包括分散的杀菌剂，用于杀死烂泥产生的(slime-producing)细菌。杀菌剂层和内层是同一层。

图3示出了另一替代性实施方式滴灌装置40，包括具有内层44和外层46的多层管42。外层46是由低密度聚乙烯制成的标准柔性供给管。内层44是阻挡层，包括之前确定的若干阻挡树脂中的任一者。替代性地，内层可以是标准柔性供给管而外层可以是阻挡材料层。在图3的实施方式中，生物活性材料的连续边条48在流动路径52内沿着管的内侧壁与排出器或滴灌器50相邻连续地延伸。替代性地，边条可以定位于沿着管的内侧壁的任何位置。

图4示出了另一替代性实施方式的滴灌装置60，其中，生物活性材料的边条62不像图3中是连续的，而是定位成与灌溉线的排出孔 64相邻的、并且为分开的自包含边条62。作为另一替代方案(未示出)，生物活性材料的边条可以形成有如图2中所示的较大截面，以及在排出孔之间较薄或减小的截面，使得在排出孔附近存在最大表面面积的边条。

生物活性材料的边条可以通过将生物活性材料包含至适合的聚合物粘结剂而形成，该聚合物粘结剂可以沿着管的内侧压制并且结合至管的内侧壁。图3和图4示出了被压制为长形柱体48的边条或被压制为截面大致为圆形的分开的柱体形状62的边条。该构型使边条的表面面积与容积的比值最大化，这在使用期间对长期的扩散速率方面具有有益效果。生物活性材料是除草剂，比如氟乐灵、二甲戊乐灵或其他二硝基苯胺材料，但是也可以使用其他除草剂。除草剂与适合的载体比如碳黑结合，并且在整个诸如低密度聚乙烯树脂或其他聚烯烃树脂之类的聚合物粘结剂材料中均匀地浸渍。

诸如某些除草剂之类的慢释放产品通过首先将除草剂吸收至碳黑的颗粒中而合成，其中，慢释放产品被包含至诸如用作包封基质的聚乙烯之类的聚合物中。使用碳黑原因在于碳黑是惰性的、呈颗粒的形式、并且与海绵的吸收特性相似能够将除草剂分子吸收且保持在其内。碳黑和除草剂可以以一比一的比例吸收并且然后与呈颗粒形式的少量聚乙烯树脂混合，并且该混合的材料稍后混和至标准的聚乙烯载体材料中，其之后可以形成至生物活性材料的边条中。在图4的实施方式中，装置可以通过将边条62以十二英寸间隔共同压制(co-extruding)而得到，其中，分开的边条大约一英寸长并且在滴灌器排出孔64附近被压制。其可以通过计时器在压制模具输出上控制停止和开始边条压制过程来实现。边条通过热融合粘合剂结合至管材料。

生物活性材料还可包括分散的纳米粘土颗粒，用于降低慢释放生物活性材料的扩散速率。生物活性材料的压制边条可包括如美国专利6,821,928中所描述的这种纳米粘土颗粒，该专利通过参引并入本文。

图3和图4的滴灌装置由于其包括阻挡层，防止除草剂移动至灌溉线的壁中，从而所有除草剂被水承载通过入口54至滴灌器50中，并且离开排出孔或出口孔64准确地至需要防止根侵入的位置的土壤。对于阻挡层在管的外侧上的应用而言，除草剂可以添加至边条和 内层两者，这在需要非常长的使用寿命的装置的情况下是有用的。例如，对于地下滴灌市场需要设计成用于持续一定时间段范围的产品。永久农作物、比如葡萄或橄榄可能需要20年以上的寿命。农作物、例如甘蔗和苜蓿通常大约每7年进行改种。番茄为每年改种。通过使用本发明的滴灌装置，装置的设计者可以设计多种厚度的管壁，除草剂的浓度以及使用纳米粘土以使根侵入保护装置的预期寿命与农作物和农民的栽培实践相匹配。在包括边条的应用中，设计者还可以改变边条的直径以及除草剂的浓度。将根据特定应用的具体情况来决定使用边条和/或将除草剂添加至管和/或不可渗透的内衬或外衬。

如指出的，阻挡层可包括纳米粘土，所述纳米粘土是可以结合至聚合物主载体中以协助来提供阻挡的纳米尺寸的粘土颗粒。纳米粘土颗粒的存在减小了聚合物的孔隙率或者协助提供阻挡。例如，阻挡层可以包括2％的纳米粘土。所包含的纳米粘土的具体类型可以是如美国专利6,821,928中所公开的。也可以使用其他类型的颗粒，比如亚微米二氧化硅颗粒或磁铁矿颗粒。

图5示出了另一实施方式滴灌装置70，其中，生物活性材料的边条72嵌入管76的内壁74中。管包括纳米粘土颗粒的阻挡层或者可以是如图1至图4中所示的多层构型。排出器或滴灌器78定位在边条72上方，从而水承载除草剂在进入滴灌器中的入口孔82之后从流动路径84离开出口孔80至周围的土壤中。替代性地，滴灌器和出口孔可以定位在管上的其他位置处。

图6示出了另一滴灌装置90，该滴灌装置90具有与图1类似的管92(然而，也可以使用如图2至图5所示的任何管构型)，该管92具有外部排出器或滴灌器94，该外部排出器或滴灌器94通过位于立柱100的一端处的倒钩98而穿过出口孔96附接至管。立柱100延伸穿过管使得倒钩98定位在管的内侧上。滴灌器94在倒钩中具有入口孔102并且在相对端上具有出口孔104。

尽管本发明已经通过多种实施方式被公开，但应了解的是，在其中进行的变化和修改落入本发明如以下所要求保护的范围内。