СМЕСЬ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИ РАЗЛАГАЕМОГО КОНТЕЙНЕРА Российский патент 2023 года по МПК C08L97/02 A01G9/29 A01C14/00 

Изобретение относится к лесному хозяйству. Предложена рецептура смеси для изготовления биологически разлагаемого лесопосадочного контейнера на основе древесно-цементного композита. Изобретение может быть использовано при работах по лесовосстановлению на вырубках, защитном лесоразведении, возделывании культур крупномерных саженцев по технологии с закрытой корневой системой.

Известен биоконтейнер для посадки растений (патент RU 2423036 C1, опубл. 07.10.2011), содержащий оболочку, выполненную из материала, полученного прессованием из одного или из смеси нескольких формообразующих биологически усваиваемых веществ, с полостью для посадочного материала и дополнительно содержащего в своем составе гранулы набухающего биоразлагаемого в почве абсорбента воды и/или водных растворов, скорость набухания которого в присутствии почвенной влаги и абсорбционная емкость превышают соответственно скорость набухания и абсорбционную емкость материала оболочки биоконтейнера.

Недостатком данного биоконтейнера является низкая механическая прочность и невозможность использования для выращивания крупномерных саженцев.

Известен способ лесовосстановления [Патент РФ № 2744178 С1, МПК А01G 23/00 опубл. 03.03.2021], включающий лесокультурную площадь, посадочный материал с закрытой корневой системой в субстратных биоконтейнерах с защитной оболочкой, которые раскладывают поштучно на поверхности лесокультурной площади или локуса без помещения в почву координированно с микрорельефом местности и фиксацией от возможного смещения. Для формоустойчивости биоконтейнер оснащен защитной влагопроницаемой биоразлагаемой оболочкой из целлюлозосодержащего материала (ГОСТ 53207-2008 «Картон для плоских слоев гофрированного картона»).

Недостатком способа является дороговизна исходного целлюлозного материала (картон), из которого изготавливается контейнер и низкая механическая прочность такого контейнера, что не позволяет изготовить контейнер большого размера и достаточной прочности, предназначенный для крупномерных культур.

Известна композиция для получения биоразлагаемого горшка [Патент РФ № 2723724 С1, МПК А01G 9/029, А01G 24/00, C12N 1/20 опубл. 17.06.2020], состоящая из растительных отходов с процентным соотношением 80-85% на готовое изделие, и связующее вещество - культуральная жидкость содержащая полисахарид.

Это решения наиболее близко к заявленному и принято за прототип.

Недостатком прототипа является ограниченная доступность, высокая стоимость культуральной жидкости с содержанием полисахаридов, а также недостаточная механическая прочность биоразлагаемого горшка не пригодного для выращивания крупномеров.

Изобретение решает задачу качественного лесовозобновления с использованием саженцев с закрытой корневой системой, в том числе крупномерных, за счет возможностей биологически разлагаемого контейнера, а также снижение себестоимости заявленного продукта.

Технический результат от использования изобретения заключается в сохранении саженца и его корневой системы, даже в случае крупномерности последнего.

Это достигается тем, что рецептура биологически разлагаемого контейнера позволяет ему разрушаться в процессе роста саженца без препятствия развития его корневой системы, также исключена необходимость извлечения саженца из биологически разлагаемого контейнера перед посадкой в почву. Первоначальная высокая прочность рецептуры позволяет изготовить биологически разлагаемый контейнер большого размера, обеспечивающий благоприятные условия выращивания крупномерного саженца.

Заявленный биологически разлагаемый контейнер, отличается, таким образом, применением в качестве связующего материала – портландцемента и минеральных компонентов - песка, натриевого жидкого стекла, сульфата алюминия, а при необходимости ускоренного разрушения материала биологически разлагаемого контейнера в рецептуру добавляется меласса свекловичная.

- Рецептура смеси для формовки биологически разлагаемого контейнера установлена экспериментально (мас.%):

Портландцемент ПЦ400 II/A-Ш 32,5Б (ПЦ 400-Д20) 20 Опилки древесные хвойных пород, крупность 3…5 мм 20 Песок, модуль крупности 1…2,5 мм 27 Сульфат алюминия 4 Жидкое стекло натриевое 3 Меласса свекловичная 2 Вода 24

Меласса свекловичная может добавляться в рецептуру в объеме 1,5…2,5% по массе. Причем с увеличением процентного соотношения мелассы скорость разрушения биологически разлагаемого контейнера увеличивается.

Предварительными исследованиями установлено (Долматов, С. Н. Контейнеры для лесовосстановления из древесно-цементных композитов / С. Н. Долматов, П. Г. Колесников // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. – 2021. – № 2(50). – С. 52-60. – DOI 10.25686/2306-2827.2021.2.52. – EDN ODZQIY), влияние на рецептуру добавления мелассы свекловичной при необходимости ускоренного разрушения материала биологически разлагаемого контейнера.

В табл. 1. представлены результаты испытания образцов, изготовленных из предлагаемой рецептуры при сжатии и водопоглощении, где меласса свекловичная может добавляться в рецептуру в объеме 1,5…2,5% по массе. В табл. 2, 3, 4 показана динамика снижения прочности при нахождении в естественных почвенно-грунтовых условиях.

Таблица 1 Доля мелассы в смеси, % R, MПa среднее W,% среднее Shapiro-Wilk R Shapiro-Wilk W Вид
распределения Statistic P-Value Statistic P-Value 0 3,4 47 0,933 0,3451 0,949 0,3676 Normal 1,5 2,9 53 0,901 0,296 0,856 0,3242 Normal 2,0 2,5 56,7 0,802 0,227 0,976 0,322 Normal 2,5 2,1 77 0,891 0,201 0,833 0,3402 Normal

Таблица 2
Прочностные показатели, меласса 0% Меласса в смеси - 0%
Время нахождения в грунте, месяцев R, MПa среднее Shapiro-Wilk W Вид
распределения Statistic P-Value 0 3,41 0,949 0,3676 Normal 6 3,12 0,912 0,3432 Normal 12 2,89 0,871 0,3432 Normal 24 2,35 0,978 0,3737 Normal 36 1,77 0,912 0,3860 Normal 42 1,65 0,978 0,3921 Normal

Таблица 3
Прочностные показатели, меласса 2,0% Меласса в смеси - 2,0%
Время нахождения в грунте, месяцев R, MПa среднее Shapiro-Wilk W Вид
распределения Statistic P-Value 0 2,5 0,832 0,320 Normal 6 1,91 0,912 0,2814 Normal 12 1,4 0,921 0,3265 Normal 24 0,72 0,876 0,3782 Normal 36 - образец разрушился - - -

Таблица 4
Прочностные показатели, меласса 2,5% Меласса в смеси - 2,5%
Время нахождения в грунте, месяцев R, MПa среднее Shapiro-Wilk W Вид
распределения Statistic P-Value 0 2,1 0,912 0,2719 Normal 6 1,55 0,983 0,3689 Normal 12 1,21 0,903 0,3589 Normal 24 0,52 0,803 0,3471 Normal 36 - образец разрушился - - -

Окончательно принято рекомендованное массовое соотношение для мелассы – 2%. При этом соотношении прочность начальной смеси достаточна для формирования стенок контейнера, а динамика потери прочности позволяет сделать вывод о потери прочности и разрушении материала через 36 месяцев нахождения в грунте.

Биологически разлагаемый контейнер из древесно-цементного композита, находящийся в естественных почвенно-грунтовых условиях, испытывает воздействие осадков, явления замораживания - оттаивания, действие минеральных солей, содержащихся в почве. При этом происходит разрушение цементной оболочки, обволакивающей древесные частицы. Эти явления протекают достаточно интенсивно из-за высокой пористости материала. Как только избыточная влага при разрушении цементного камня становится доступна для впитывания древесными частицами, из которых состоит древесно-цементный композит, начинается процесс интенсивного водопоглощения. А при действии циклов замерзания и оттаивания образца с высокой влажностью и при влиянии сахаров свекловичной мелассы происходит разрушение связей древесина - цементный камень и самого цементного камня. При этом происходит быстрое снижение прочности биологически разлагаемого контейнера. Экспериментально установлено, что предел прочности материала стенки биологически разлагаемого контейнера снижается с 3,41 до 1,65 МПа (при нахождении в грунте на протяжении 42 месяцев) (табл.2). Конечная прочность 1,65 МПа соответствует показателям тяжёлой супеси (1,4 - 1,7 МПа). Такая низкая прочность позволит корневой системе развивающегося саженца легко преодолеть стенки контейнера и выйти за его пределы. При изготовлении стенки биологически разлагаемого контейнера из рецептуры, в которой содержится 2% свекловичной мелассы (табл.3) начальный показатель предела прочности 2,5 МПа уже через 24 месяца снижается до 0,72 МПа, а через 36 месяцев контейнер полностью разрушается.

Материал биологически разлагаемого контейнера после его разрушения поступает в почву. Частицы минерального происхождения (песок, продукты разрушения цементного карбонатного камня за счет своего гранулометрического состава, способствуют разрыхлению и насыщению почвы кислородом. Питательные вещества, содержащиеся в древесине и мелассе свекловичной, перерабатываются почвенными микроорганизмами и служат питательной средой для развития корневой системы культивируемого растения. При использовании данных компонентов снижается себестоимость заявленного продукта.

Изобретение относится к лесному хозяйству. Смесь для биологически разлагаемого контейнера включает древесные отходы в виде опилок и связующее. В качестве связующего материала используется портландцемент и минеральные и органические компоненты при следующем соотношении, мас.%: портландцемент ПЦ400 II/A-Ш 32,5Б (ПЦ 400-Д20) – 20, опилки древесные хвойных пород, крупность 3…5 мм – 20, песок, модуль крупности 1…2,5 мм – 27, сульфат алюминия – 4, жидкое стекло натриевое – 3, меласса свекловичная – 2, вода – 24. Обеспечивается сохранение саженца и его корневой системы. 4 табл.

Смесь для биологически разлагаемого контейнера, включающая древесные отходы в виде опилок и связующее, отличающаяся тем, что в качестве связующего материала используется портландцемент и минеральные и органические компоненты при следующем соотношении, мас.%:

портландцемент ПЦ400 II/A-Ш 32,5Б (ПЦ 400-Д20) 20 опилки древесные хвойных пород, крупность 3…5 мм 20 песок, модуль крупности 1…2,5 мм 27 сульфат алюминия 4 жидкое стекло натриевое 3 меласса свекловичная 2 вода 24