DE102008016351A1

DE102008016351A1 - Bioabbaubare Monofilamente und deren Verwendung im Feld- und Gartenbau

Info

Publication number: DE102008016351A1
Application number: DE200810016351
Authority: DE
Inventors: Kurt-Günter Dr. Berndt; Rex Dr. Delker; Gerhard Klis
Original assignee: Teijin Monofilament Germany GmbH
Current assignee: Perlon Nextrusion Monofil GmbH
Priority date: 2008-03-29
Filing date: 2008-03-29
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-30
Also published as: DE102008016351B4

Abstract

Beschrieben werden Monofilamente deren polymere Bestandteile zu mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Monofilament, aus einem oder mehreren aliphatischen Polyestern bestehen und die mindestens einen UV-Stabilisator enthalten. Diese lassen sich insbesondere im Hopfenanbau als Rankhilfe einsetzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft bioabbaubare Monofilamente und deren Verwendung im Feld- und Gartenanbau, insbesondere im Hopfenanbau.
Beim Hopfenanbau benötigt man für jeden Hopfenstock eine geeignete Rankvorrichtung. Dazu werden in den Hopfengärten Hopfenanlagen aufgestellt. Diese bestehen im wesentlichen aus horizontal verlaufenden Querdrähten, die in etwa 6 bis 7 Metern Höhe aufgespannt sind. Über diese Querdrähte werden vom Boden leicht schräg zur Senkrechten verlaufende Drähte gespannt, die sogenannten Hopfenauflaufdrähte. Um jeden dieser Hopfenauflaufdrähte werden zwei oder drei Triebe gelegt. Von der Pflanzzeit im Frühjahr bis zur Ernte wächst diese schnellwachsende Rankpflanze um den Auflaufdraht herum. Zur Ernte der Dolden werden die Pflanzen knapp über dem Boden abgeschlagen, die Pflanzen vom Auflaufdraht abgezogen und der weiteren Verarbeitung zugeführt. Der Auflaufdraht bleibt am Boden liegen und verrottet.
Als Auflaufdraht wird üblicherweise ein unverzinkter Metalldraht verwendet. Dieser wird auf industriellen Spulen von etwa 50 kg geliefert und direkt mittels geeigneter Abwickelständer und Binderlifte über die Querdrähte verlegt.
Die bislang eingesetzten Metalldrähte haben allerdings den Nachteil, dass diese eine lange Verrottungszeit aufweisen und dass unerwünschte Metallrückstände im Boden verbleiben, die sich im Laufe der Jahre im Boden anreichern; das sich bildende Eisenoxid belastet also langfristig den Boden.
Außerdem stellen die auf dem Boden liegenden Drähte eine Hindernis dar, das zu Verletzungen bei den Landarbeitern bzw. zu Schäden an den landwirtschaftlichen Fahrzeugen und Maschinen führen kann. Diese Problematik stellt sich nicht nur im Hopfenanbau sondern auch auf anderen Gebieten des Feld- und Gartenbaus, in denen Rank- oder Spaliergewächse gezogen werden.
Aufgrund dieser Nachteile von Metalldrähten hat es nicht an Versuchen gefehlt, diese durch Drähte aus anderen Materialien zu ersetzen.
So werden in der DE 10 2006 016 538 biologisch abbaubare Bindegarne zum Einsatz als Hopfenlaufdrähte offenbart, welche aus Kern- und Hüllfasern bestehen. Dabei bestehen die Kernfasern aus Natur- oder Chemiefasern und die Hüllfasern sind aus biologisch abbaubaren Biopolymeren, unter anderen aus Polymilchsäure, aufgebaut. Diese vorbekannten Bindegarne weisen im Vergleich zu Monofilamenten einen komplizierten Aufbau auf und sind erheblich aufwendiger herzustellen, da der Aufbau aus mehreren Komponenten mehrere Herstellungsschritte benötigt und da die Umhüllung des Kernmaterials ein aufwendiger Vorgang ist.
Andere Ansätze der Substitution der Metalldrähte durch Polymere haben sich bislang in der Praxis nicht durchgesetzt, beispielsweise die in DE 34 17 543 A1 , DE 23 44 221 A und DE 198 00 842 C2 beschriebenen Ansätze. Die Ursachen dafür sind vielfältig.
Fäden enthaltend Polymilchsäure als polymeren Bestandteil sind aus anderen Dokumenten bereits bekannt, beispielsweise aus EP 0 288 041 A2 , WO 2007/136,086 A1 , WO 2007/029,688 A1 und EP 1 460 096 A1 .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Monofilaments, das einfach hergestellt werden kann, das einerseits während der Anwendungsdauer ausreichend gegen den Abbau durch elektromagnetische Strahlung stabilisiert ist und das andererseits nach dem Einsatz gut biologisch abbaubar ist. Außerdem soll das Monofilament den Pflanzen genügend Halt bieten, so dass es sich als Rankhilfe eignet.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass Monofilamente aus ausgewählten Polymeren, die UV-stabilisiert sind, sich für diese Zwecke ausgezeichnet einsetzen lassen.
Die Erfindung betrifft ein Monofilament dessen polymere Bestandteile zu mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-%, bezogen auf das Monofilament, aus einem oder mehreren aliphatischen Polyestern bestehen und das mindestens einen UV-Stabilisator enthält.
Die Polymerkomponente des erfindungsgemäßen Monofilaments ist ein aliphatischer Polyester oder eine Mischung von aliphatischen Polyestern. Dabei handelt es sich um Polymere abgeleitet von einem aliphatischen Monomeren mit einer Carboxylgruppe oder einem polyesterbildendenden Derivat, wie einer Carbonsäureestergruppe, und einer Hydroxylgruppe oder einem polyesterbildenden Derivat, wie einer Ethergruppe, oder um Polymere abgeleitet von einer Kombination eines aliphatischen Monomeren mit zwei Carboxylgruppen oder polyesterbildenden Derviaten davon mit einem aliphatischen Diol oder polyesterbildenden Derivaten davon.
Der Begriff ”aliphatischer Polyester” umfasst neben ausschließlich aus aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Monomeren aufgebauten Polyestern auch solche Polyester, die neben aliphatischen und/oder cylcoaliphatischen Struktureinheiten geringe Anteile aromatischer Struktureinheiten, solange dadurch die Bioabbaubarkeit dieser Polyesters nicht nachteilig beeinträchtigt wird.
Polymere abgeleitet von aliphatischen Monomeren mit einer Carboxylgruppe und einer Hydroxylgruppe werden auch als Polyhydroxyalkanoate bezeichnet.
Beispiele für bevorzugte aliphatische Polyester dieses Typs sind Polyhydroxybutyrat, Poly-(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat), Poly-(hydroxybutyrat-co-polyhydroxy-hexanoat), Polyglycolsäure, Poly-(epsilon-caprolacton) und besonders bevorzugt Polymilchsäure.
Beispiele für bevorzugte aliphatische Polyester, die sich von einer Kombination aliphatischer Dicarbonsäuren mit einem aliphatischen Dialkohol ableiten, sind Poly-(butylensuccinat), Poly-(ethylensuccinat), Poly-(butylenadipat), Poly(ethylenadipat), Poly-(tetramethylenadipat/terephthalat).
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten aliphatischen Polyestern kann es sich um unterschiedliche Typen handeln. Solche Polymere sind thermoplastisch und sind dem Fachmann als bioabbaubare Polymere bekannt.
Besonders bevorzugt eingesetzte aliphatische Polyester sind Homo- oder Copolymerisate abgeleitet von Milchsäure und gegebenenfalls damit copolymerisierbaren aliphatischen Comonomeren.
Das polymere Grundmaterial des erfindungsgemäßen Monofilaments kann durchsichtig oder optisch klar sein, vorzugsweise jedoch matt, um den Zutritt von elektromagnetischer Strahlung bei der Anwendung möglichst einzuschränken.
UV-Stabilisatoren, die in den erfindungsgemäßen Monofilamenten verwendet werden, sind dem Fachmann ebenfalls bekannt.
Beispiele für besonders bevorzugte Verbindungsklassen von UV-Stabilisatoren sind Benzophenone, Phosphite, Triazine, Benzotriazole, sterisch gehinderte Amine (hindered amine light stabilizers „HALS”) oder Kombinationen von zwei oder mehreren dieser UV-Stabilisatoren.
UV-Stabilisatoren können alleine oder als Gemische eingesetzt werden und werden üblicherweise bei der Herstellung des Monofilaments dem Ausgangspolymeren zugesetzt. Vorzugsweise werden die UV-Stabilisatoren in Form eines Masterbatches mit einem aliphatischen Polyester als Trägerpolymeren eingesetzt. Die UV-Stabilisatoren können auch nach der Herstellung des Monofilaments auf dessen Oberfläche aufgetragen werden.
Das Einbringen oder das Aufbringen des UV-Stabilisators in oder auf den aliphatischen Polyester kann nach verschiedenen im Stand der Technik beschriebenen Verfahren ausgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemässe Monofilament zusätzlich noch einen Farbstoff und/oder ein Pigment. Unter einem Farbstoff ist im Rahmen dieser Beschreibung eine färbende Verbindung zu verstehen, welche im aliphatischen Polyester gelöst vorliegt; unter einem Pigment ist im Rahmen dieser Beschreibung eine färbende Verbindung zu verstehen, welche im aliphatischen Polyester dispergiert vorliegt. Ein Pigment kann auch die Funktion eines Mattierungsmittels aufweisen.
Beispiele für Pigmente sind organische Farbstoffpigmente oder Titandioxid.
Unter Monofilamenten werden im Rahmen dieser Beschreibung ganz allgemein einzelne Fasern mit Längen von mehr als einem Meter verstanden. Der Durchmesser dieser Monofilamente wird nach dem angestrebten Einsatzzweck ausgewählt. Um ausreichende Festigkeiten zu gewährleisten, beträgt der Durchmesser der Monofilamente typischerweise 0,1 bis 5,00 mm, vorzugsweise von 1,5 bis 5,0 mm und besonders bevorzugt 2,0 bis 4,0 mm.
Der Titer der erfindungsgemäßen Monofilamente kann in weiten Bereichen schwanken, beispielsweise von 100 bis 250.000 dtex, insbesondere 40.000 bis 160.000 dtex.
Die Querschnittsform der erfindungsgemäßen Monofilamente kann beliebig sein, beispielsweise rund, oval oder n-eckig, wobei n größer gleich 3 ist. Besonders bevorzugt verwendet man nichtrunde Querschnitte, welche den Rankpflanzen einen sehr guten Halt vermitteln.
Die Oberflächenrauhigkeit der erfindungsgemäßen Monofilamente entspricht der von bislang eingesetzten Metalldrähten. Zur Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit kann es angebracht sein, wenn die Oberfläche der Monofilamente in Längsrichtung mit einer periodischen Struktur versehen sind. Diese kann während des Herstellprozesses mit einer Prägewalze dem Monofilament dauerhaft eingeprägt werden. Die periodische Struktur dient der Kletterpflanze als zusätzlicher Halt. Nichtrunde Querschnitte haben die gleiche Funktion.
Das erfindungsgemäße Monofilament besteht hauptsächlich aus dem aliphatischen Polyester. Der Anteil an Zusatzstoffen bewegt sich typischerweise im Bereich von weniger als 5 Gew.-%.
Der Anteil des UV-Stabilisators wird vom Fachmann nach dem beabsichtigen Verwendungszweck und/oder der vorgesehenen Verarbeitung ausgewählt.
Üblicherweise beträgt der Anteil an UV-Stabilisatoren) 0,1 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Monofilaments.
Die Menge des optional vorliegenden Farbstoffs und/oder Pigments im erfindungsgemäßen Monofilament wird vom Fachmann ebenfalls in Abhängigkeit des gewünschten Verwendungszweckes und/oder der vorgesehenen Verarbeitung ausgewählt. Üblicherweise beträgt die Menge dieser Komponente 0 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Monofilaments.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Monofilamente benötigten Komponenten sind an sich bekannt, teilweise kommerziell erhältlich oder können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.
Es wurde gefunden, dass frei gespannte Drähte ohne Bodenkontakt während der Anwendung nahezu überhaupt nicht abbauen und insbesondere in ihrer Festigkeit weitgehend konstant bleiben. Dem vorzeitigen Abbau durch Sonneneinstrahlung dient der UV-Stabilisator. Zur besseren Wahrnehmung des Monofilaments bei der Anwendung, z. B. im Hopfengarten, kann dem Monofilament vor dem Verspinnen ein entsprechender Farbstoff zudosiert werden.
Nach der Ernte können die erfindungsgemäßen Monofilamente auf dem Boden verbleiben und werden in direktem Kontakt mit den Bodenbakterien zügig abgebaut. Da die Polymerkomponente der Monofilamente biologisch abbaubar ist, wird der Boden dadurch nicht belastet.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Monofilamente im Feld- oder Gartenbau.
Bevorzugt kommt das erfindungsgemäße Monofilament beim Anbau von Rank- oder Spalierpflanzen zum Einsatz.
Bespiele für Rank- und Spalierpflanzen sind Spalierobst, wie Äpfel, Birnen, Pfirsiche, Aprikosen, Quitten oder Kiwi, ferner Wein, Erbsen, Bohnen, Zierkürbis, Gurken oder insbesondere Hopfen.
Ganz besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Monofilament beim Anbau von Hopfen eingesetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006016538 [0007]
- DE 3417543 A1 [0008]
- DE 2344221 A [0008]
- DE 19800842 C2 [0008]
- EP 0288041 A2 [0009]
- WO 2007/136086 A1 [0009]
- WO 2007/029688 A1 [0009]
- EP 1460096 A1 [0009]

Claims

Monofilament dessen polymere Bestandteile zu mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Monofilament, aus einem oder mehreren aliphatischen Polyestern bestehen und das mindestens einen UV-Stabilisator enthält.
Monofilament nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aliphatische Polyester ausgewählt wird aus der Gruppe Polyhydroxybutyrat, Poly-(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat), Poly-(hydroxybutyrat-co-polyhydroxy-hexanoat), Polyglycolsäure, Poly-(epsilon-caprolacton), Polymilchsäure, Poly-(butylensuccinat), Poly-(ethylensuccinat), Poly-(butylenadipat), Poly(ethylenadipat), Poly-(tetramethylenadipat/terephthalat) oder aus Gemischen von zwei oder mehreren davon.
Monofilament nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aliphatische Polyester ein Milchsäurehomo- oder -copolymer ist.
Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Stabilisator ausgewählt wird aus der Gruppe der Benzophenone, der Phosphite, der Triazine, der Benzotriazole, der sterisch gehinderten Amine oder von Kombinationen von zwei oder mehreren dieser UV-Stabilisatoren.
Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zusätzlich noch mindestens einen Farbstoff und/oder mindestens ein Pigment aufweist.
Monofilament nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Stabilisator in Mengen von 0,05 bis 5,0 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 3,0 Gew.-%, enthalten ist.
Verwendung des Monofilaments nach einem der Ansprüche 1 bis 6 im Feld- und Gartenbau.
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament zum Anbau von Rank- oder Spalierpflanzen eingesetzt wird.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament beim Anbau von Hopfen eingesetzt wird.