Brevet FR2324594A1 — publié le 19770415

La présente invention concerne généralement et a essentiellement pour objet, à titre de produits industriels nouveaux, des produits fertilisants formant engrais ou agents d'amendement analogues susceptibles d'une action fertilisante contrôlée et le procédé de préparation, de fabrication ou d'élaboration de ceux-ci, ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de leur mise en oeuvre. Depuis beaucoup de temps déjà, on a ressenti, dans l'agriculture, la nécessité de disposer de matériaux ou de compositions fertilisantes formant engrais ou analogues susceptibles d'exercer une action fertilisante durable et contrôlable. A cet effet, on a suggéré différentes solutions. L'une de celles-ci, conforme à ce qui a été suggéré par le brevet américain nO 3.059.379, consiste à maintenir l'agent fertilisant hydrosoluble enferme dans des récipients étanches à l'eau, pourvus d'un certain nombre de petits trous. Ceci appariait étire une solution peu pratique qui ne permet pas une répartition rapide et uniforme de 1 'engrais dans le sol tandis que le dégagement ou la libération de l'engrais est susceptible de subir des variations trop grandes selon la teneur en humidité du sol. Dans le brevet américain nO 2.032.608 au contraire, on a suggéré l'emploi de chevilles ou piquets analogues destinés à etre introduits dans le sol et préparés en comprimant ensemble des mélanges respectivement de matière cellulaire fibreuse, d'un agent liant ou agglomérant, de quantités considérables d'eau et d'un agent fertilisant formant engrais ou analogue. De telles compositions ont cependant toutes l'inconvénient quelles ne peuvent pas etre comprimées jusqu'à un degré utile sans pertes considérables d'engrais ou d'agent fertilisant, de sorte que la concentration de ces derniers dans la composition finale est en général très faible.En outre pour cette sorte de préparation, un agent liant est nécessaire, dont la nature et la stabilité dans le sol dépendront en grande partie du débit ou de la vitesse de dégagement ou de libération de l'agent fertilisant ou engrais ainsi que de la régularité et de la durée de l'action fertilisante. Des inconvénients similaires sont rencontrés avec les produits obtenus conformément au brevet américain n" 3.502.458 en comprimant, à la chaleur, un mélange formé d'une matière organique fibreuse (par exemple : tourbe, sciure, bourres de coton), avec un agent fertilisant et avec un agent liant. Ainsi, le but de cette invention est de créer des produits fertilisants formant engrais ou analogue doués d'une aptitude efficace à une fertilisation prolongée et avec un débit ou une vitesse régulier de dégagement ou de libération de l'agent fertilisant. Les produits fertilisants, qui forment l'objet de cette invention, consistent en des structures ayant des aires 2 de surface (surface spécifique) supérieures à 1 m2/g, ladite structure comprenant un polymère synthétique thermoplastique inerte et au moins un agent fertilisant incorporé audit polymère, en des quantités comprises entre 10% et 80% en poids en se référant au polymère. Les polymères fertilisants précités peuvent être préparés en extrudant, à travers un orifice, une composition polymère comprenant une ou plusieurs phases liquides et contenant 10% à 80% en poids (rapportés au polymère) d'un ou de plusieurs agents fertilisants, dans des conditions de température et de pression assurant une évaporation presque instantanée de la phase liquide dans le local où l'extrusion a lieu. La composition polymère peut, dans un tel cas, consister en une solution homogène du polymère dans un ou plusieurs solvants ou en une émulsion formée par le polymère, par le solvant et par une substance non solvante (par exemple de l'eau), ou bien par une dispersion du polymère à l'état fondu dans des solvants et/ou dans des substances non solvantes. Des procédés d'extrusion, pour l'extrusion de solutions, d'émulsions et de dispersions de polymères dans les conditions décrites ci-dessus, sont connus depuis longtemps dans la technique. Les procédés précités, connus généralement sous le nom de Ufilage à évaporation instantanée", sont utilisés pour la préparation de structures fibreuses polymères volumineuses ayant une aire superficielle supérieure à I m2/g, lesquelles structures, selon les conditions thermodynamiques d'extrudage ainsi que l'état du polymère et/ou de la composition et selon la nature de la phase liquide présente dans celui-ci, peuvent se présenter sous la forme de filaments plus ou moins fibrillaires et continus (plexofilaments) ou sous la forme d'aggrégats de fibrilles qui sont plus ou moins cohérents et peuvent être facilement désagrégés par des moyens mécaniques. Des procédés dsextrudage du type décrit ci-dessus sont décrits par exemple dans les brevets britanniques Nos 891.943 et 1.262.531 ; dans les brevets américains Nos 3.770.856, 3.740.383, 3.808.091, 3.227.784, 3.081.519 et 3.402.231 ; dans le brevet belge NO 789.808 t dans le brevet français NO 2.176.858 et dans le brevet allemand No 2.343.543. Les produits fibreux ainsi obtenus conviennent pour Etre mécaniquement désagrégés jusqu'à leurs structures constitutives élémentaires d'un type pelliculaire (film) ou fibreux, appelées fibrilles (ou microflocons ou micropaillettes ou fibrides à plexifilaments) ; elles ont également une aire superficielle supérieure à 1 m2/g. Les produits fibreux précités et les structures élémentaires mentionnées ci-dessus ont jusqu'à présent été employés principalement pour la préparation d'étoffes non tissées et de papier synthétique. Tout procédé de 11filature avec évaporation instantanée" qui permet d'obtenir un polymère thermoplastique sous la forme de structures ayant une aire superficielle supérieure à 1 m2/g en partant de ses solutions, émulsions ou dispersions dans des milieux liquides, peut & re employé pour préparer les produits fertilisants de cette invention après avoir ajouté en mélange, à la composition polymère à extruder, l'agent fertilisant en la quantité établie ci-dessus. Dans ce groupe de procédés peuvent être inclus ceux décrits dans le brevet italien NO 947.919 et dans la demande de brevet italien N0 29594A/74 déposée au nom du demandeur ainsi que dans les brevets britanniques Nos 1.355.912 et 1.355.913, conformément auxquels sont directement obtenues des structures élémentaires ou fibrilles avec une aire superficielle supérieure à 1 m2/g, en soumettant la composition polymère, extrudée dans des conditions dites "d'évaporation instantanée11, à l'action de cisaillement d'un fluide gazeux à grande vitesse. Ainsi, un autre but de cette invention est la création d'un procédé pour la préparation des produits fertilisants décrits ci-dessus, lequel procédé consiste à extraire, à travers un orifice, une composition polymère telle que précédemment définie, contenant 10% à 80% (en poids du polymère) d'un agent fertilisant, dans des conditions d'évaporation presque instantanée de la phase liquide présente, dans le local d'extrudage. A l'usage de cette invention peuvent autre employés des polymères thermoplastiques en général, tels que par exemple les polyamides, les polymères d'acrylonitrile, de styrène, de chlorure de vinyle et en particulier d'oléfines et spécialement le polyéthylène et le propylène de faible et de grande densité, ainsi que les copolymères de ces monomères et des mélanges de tels polymères et copolymères. Les agents fertilisants peuvent btre du type organique ou inorganique, solubles ou insolubles dans la phase liquide présente dans la composition polymère à extruder. Dans le cas où les agents fertilisants ne sont pas solubles ou sont infusibles dans des conditions d'extrudage, leur grosseur ou finesse granulométrique ne devra pas être supérieure à 50 microns. En outre, les agents fertilisants doivent Btre chimiquement stables dans les conditions thermodynamiques auxquelles l'extrudage est exécuté. Afin d'améliorer, de régler et d'influencer de quelque manière le procédé de transfert d'agent fertilisant ou d'influencer l'environnement extérieur ou milieu ambiant (par exemple : le pH du sol) ou meme de favoriser une éventuelle action biodégradante sur le polymère, on peut utiliser, avec les agents fertilisants, des substances mouillantes, des charges minérales finement divisées telles que : le carbonate de calcium, le sulfate de calciura, l'argile (alumine, silice), le kaolin, le talc, des oxydes métalliques et des agents biodégradants connus pour convenir au polymère utilisé. Conjointement avec les agents fertilisants proprement dits, on peut aussi employer ce que l'on appelle des "microéléments" tels que le fer, spécialement sous la forme ferreuse, le manganèse, le zinc, le bore, le molybdène, le chlore, sous la forme de sels hydrosolubles. La grande aire superficielle, présentée par les structures conformes à cette invention, permet de régler facilement le transfert de tels "micro-éléments" au sol ; leur concentration dans le produit fertilisant peut varier entre 0, 1% et 10% en poids de polymère. Dans le cas où ils ne sont pas solubles ni fusibles dans les conditions d'extrudage, leur grosseur ou finesse granulométrique ne devra pas excéder 50 microns. En faisant varier les conditions fonctionnelles d'extrusion et en particulier la température et la compost tion de la phase liquide présente dans le mélange d'extrusion, conformément à ce qui est généralement connu sous le nom de procédés de *filature à évaporation instantanée", il est possible d'obtenir des structures ayant une aire superficielle plus ou moins grande et, ainsi, susceptibles de produire plus ou moins rapidement l'agent fertilisant. Il est ainsi possible de préparer les produits fertilisants qui seront spécifiques pour un certain type de sol relativement à sa teneur en humidité et à sa composition, ainsi qu'en tenant compte du type de culture pour laquelle ledit sol a été préparé.De préférence, les produits fertilisants, qui forment l'objet de cette invention, ont une aire superficielle comprise entre 2 et 15 m2/g. Ils peuvent Btre employés sur le sol en tant que tels ou bien en mélange avec de l'engrais naturel ou fumier, avec de la tourbe ou avec diverses terres végétales. De tels produits peuvent être introduits dans des eaux d'irrigation afin de les enrichir avec les éléments fertilisants avant qu'elles soient distri- buées aux cultures ou bien ils peuvent être utilisés en remplacement partiel ou total de mousse naturelle sur les supports pour des plantes ornementales grimpantes ou rampantes.Pour une telle application, on peut utiliser des structures d'une longueur comprise entre 10 mm et 50 mm et d'un diamètre compris entre 10 microns et 40 microns, convenablement revêtues d'agents mouillants. les produits fertilisants selon cette invention peuvent en outre être employés, sous une forme convenablement stratifiée, comme supports pour des cultures hydroponiques, pour lesquelles il est préférable de les utiliser comme structures ayant une longueur comprise entre 2 mm et 20 mm et un diamètre compris entre 20 microns et 40 microns L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description explicative qui va suivre en se reportant au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif dans lequel la figure unique illustre un mode de réalisation d'un dispositif pour l'exécution du procédé conforme à l'invention. Les exemples suivants sont donnés dans un but purement illustratif et en aucun cas limitatif. Exemple NO 1 Pour cet exemple, on a utilisé le procédé et le dispositif pour préparer des structures fibreuses ayant une aire superficielle supérieure à 1 m2/g et décrites dans la demande de brevet italien NO 29594 A/74. Un schéma illustratif d'un tel dispositif est représenté dans le dessin annexé.En se référant au dessin précité, une solution 7 de polyéthylène (M.I, = 5) dans de l'hexane, en une concentration dans le polymère égale à 100 g/litre et contenant de l'urée en une concentration de 50% par rapport au polymère, ftt amenée, à une température de 150 C et dans une pression autogène de 8,5 atmosphères dans la zone divergente 4 de la tuyère 1à travers des buses d'alimentation 5, chacune de ces dernières ayant un diamètre de 2 mm. A travers la section convergente 2 de la tuyère 1, on ftt passer de la vapeur d'eau 6 à environ 2000C et sous une pression d'environ 6 atmosphères. La tuyère i présentait une section circulaire rétrécie 3 de 11,5 mm de diamètre et une section extreme maximale dans la partie divergente de 15,7 mm de diamètre. La distance, entre la section critique et la section maximale, s'élevait à environ 21 mm. La solution polymère, contenant 1 urée, fut introduite dans les buses 5 avec un débit d'écoulement total de 300 kgBi, Le produit ainsi obtenu s'avéra être formé de particules de nature fibreuse avec une aire superficielle d'environ 4 m2/g et avec une longueur et un diamètre moyens respectivement de 2 mm et de 20 microns. Lors de l'analyse chimique azotimétrique selon la méthode de Kjeldhal, on constata une teneur en urée, dans la matière fibreuse, égale à 45, 2% par rapport au polymère. La matière fibreuse précitée fut immergée dans de l'eau distillée, sans agitation, à la température ambiante, dans 3 la proportion de 10 g pour 100 cm d'eau. La teneur en uree dans l'eau fût mesurée périodiquement. Les valeurs ainsi trouvées furent les suivantes Temps passé depuis Pourcentage d'urée dans l'eau l'immersion (en heures) par rapport à la quantité ini tialement présente dans la matière fibreuse 1 11. 2 38 48 48,5 96 70 172 100 Exemple nO 2 Une solution de polyéthylène dans de l'hexane, contenant 100 g/litre de polymère et 40% en poids de phosphate de potassium par rapport au polymère (grosseur granulométrique = 35 microns) fez extrudée à 160 C sous pression autogène à travers une buse ou filière circulaire de 2 mm de diamètre, dans l'atmosphère ambiante. Le produit ainsi obtenu consistait en une structure fibreuse continue ayant une aire superficielle de 4 m2/g. La quantité de phosphate, incorporée au polymère, s'avéra étire de 37,42% en poids par rapport au polymère. Cette structure fibreuse fAt désagrégée à l'état sec dans un "pilon de réduction en pulpe ou en pattu à lame ou palette à faible vitesse. La matière ainsi obtenue fAt ensuite immergée dans de l'eau distillée sans agitation à la température ambiante dans la proportion de 10 g pour 100 g d'eau. La teneur en phosphate dans le produit fût périodiquement mesurée par analyse d'absorption atomique et déterminée sous forme de quantité de potassium puis exprimée sous forme de phosphate de potassium KH2P04. Les résultats furent les suivants : Temps écoulé depuis Pourcentage de phosphate de potassium Yu] P0 dans leau l'immersion potassium KH2P04 dans l'eau par rapport a la quantité ini (en heures) tialement présente dans la matière 1 10,1 24 36,4 96 61,5 192 88,8 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEN3IChTIONS 1. Produits fertilisants, caractérisés en ce qu'ils consistent en des structures ayant une aire superficielle supérieure à 1 m2/g et comprenant un polymère synthétique tnercLLoplastique inerte et au moins un agent fertilisant incorporé audit polymère en des quantités comprises entre 10% et 80% en poids par rapport audit polymère. 2. Produits fertilisants selon la revendication 1, caractérisés en ce que l'aire superficielle précitée est comprise entre 2 et 15 m2/g. 3. Produits fertilisants selon la revendication l ou 2, caractérisés en ce que le polymère précité est une polyoléfine. 4. Produits fertilisants selon l'une des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils contiennent 0,1% à 10% en poids de micro-éléments par rapport au polymère et consistant en des sels minéraux hydrosolubles. 5. Produits stratifiés, caractérisés en ce qu'ils se composent totalement ou partiellement de produits fertilisants selon l'une des revendications précédentes et sont utilisés comme supports pour plantes et cultures Ilydroponiques. 6. Procédé de préparation des produits fertilisants selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à extruder, à travers un orifice, une solution ou une émulsion ou une dispersion d'un polymère thermoplastique dans un ou plusieurs milieux liquides, en présence de 10% à 80% en poids, par rapport audit polymère, d'un ou de plusieurs agents fertilisants dans des conditions de température et de pression telles que cela provoque une évaporation presque instantanée de ladite phase liquide dans le local d'extrudage. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la solution, l'émulsion ou la dispersion précitée du polymère précité contient 0,1% à 10% en poids, par rapport audit polymère, de micro-éléments consistant en des sels minéraux hydrosolubles.