Brevet FR2689366A1 — publié le 19931008

SUPPORT DE CULTURE alvéolaire et Biodestructible à base d'une charge active la lignine et de polyuréthane L'on connait les supports de culture hors sol à base de tourbe, laine de roche, déchets de mousse de polyuréthane etc...Ces supports sont avant tout, hydrophiles et présentent une bonne rétention d'eau. Dans notre invention on réalise un support alvéolaire à base de lignine biodégradable et de polyuréthane. La lignine est la charge active, le polyuréthane le liant. On combine les propriétés de la lignine telles que biodégradabilité, adsorption et absorption, pouvoir antioxydant, avec celles du polyuréthane dont moussage aisé, bon pouvoir d'adhérence, capacité à développer un effet de peau sans négliger la biodégradabilité intrinseque du polyuréthane, surtout des polyuréthanes aliphatiques type caprolactone. Ces propriétés sont mises à profit pour réaliser un support poreux, biodestructible, offrant une grande capacité d'adsorption et une faible vitesse d'évaporation de l'eau, ce qui représente un avantage important par rapport aux supports traditionnels de culture hors sol. Le support poreux est obtenu par mélange du premix avec "l'isocyanate". Le premix étant lui même un mélange de pplyols, de lignine, de solvants et d'additifs. Le tout est coulé ou injecté dans des moules fermés, dont les parois sont démoulantes. La lignine macromolécule végétale, peut-être utilisée soit sous forme de poudre, soit sous forme de jus concentré, résultant du procédé de fabrication de la pate à papier. I1 s'agit des procédés modernes en cours de développement dont certains sont basés sur la mise en oeuvre de la solvolyse pour obtenir la délignification du bois. La lignine issue de ces procédés est un produit pur non pollué, ce qui la rend particulièrement utilisable dans les applications où notamment la biodégradabilité est recherchée. Elle se présente après séchage sous forme de poudre dont la granulométrie est comprise entre 1 et 10 microns environ. Du fait de la solubilité partielle de la lignine dans les alcools et polyols, il est possible de préparer des compositions homogènes dans lesquelles la teneur en lignine sera très élévée de l'ordre de 50 % en poids. Cette teneur peut etre amenée à 85 % par ajout de lignine en poudre dans le premix, ou de pate (lignine + eau) La teneur en lignine sera ajustée en relation avec la nature des polyols, polyether ou polyester hydroxylés (ces derniers de préférence) selon qu'ils seront aromatiques ou aliphatiques (ces derniers de préférence) du degré de ramification de la longueur de la chaîne, et de la viscosité.On ajustera la teneur de la lignine entre 5 et 75 t. En fait c'est le compromis entre - Friabilité du support admissible - Teneur minimale de liant, donc de polyuréthane - Pourcentage d'eau dans la formulation du premix - Vitesse de réaction premix avec isocyanate - Taux d'expansion de la mousse et densité recherchée - Vitesse de mouillage du support alvéolaire - Capacité de rétention et vitesse d'évaporation - Vitesse de biodégradabilité Qui orienteront la composition optimale de la formulation. Il pourra y avoir autant de formulations, que de besoins spécifiques à pourvoir, c'est à dire que, selon la nature de la plante à cultiver, selon que lton souhaitera favoriser le développement radiculaire, au détriment par exemple de la grosseur des fruits, ou l'inverse, on diminuera ou augmentera la densité du support. Le support de culture hors sol est donc un solide poreux semi rigide a cellules ouvertes, hydrophile, friable, léger, à base de polyuréthane dans lequel la lignine se trouve dispersée de façon homogène, elle provoquera la biodestruction du solide dans les conditions normales de compostage. La porosité résulte de l'évaporation brutale des solvants pendant la réaction : polyols + isocyanate. Parmi les solvants on pourra utiliser, l'eau, l'acétone, les chlorofluorocarbones, etc... L'eau est utilisée dans la formulation du premix pour deux raison essentielles. La première concerne évidemment la réaction R-NCO + H20 qui libére du C02. Le gaz carbonique participe ainsi avec les chlorofluorocarbones, à la formation de la structure alvéolaire. La seconde raison est de contribuer à limiter l'élévation de température dûe à la polymérisation par addition, des polyols avec l'isocyanate. Cette réaction fortement exothermique provoque indirectement l'expansion du polyuréthane. La température peut atteindre 1600 C, et lors de l'ouverture du moule, la mousse peut spontanément s'enflammer. Aussi pour, d'une part supprimer ce risque, et d'autre part limiter l'élévation de température nuisible à la stabilité des composants, on ajoute au premix, au moyen de la lignine, dans une pate homogène, eau lignine, une quantité d'eau importante, environ 5 à 10 % en poids du premix. L'eau dans la pate, lignine eau, est fortement adsorbée, ce qui limite considérablement la réaction eau isocyanate ; au fur et à mesure que la température réactionnelle stélève dans la mousse en expansion, l'eau pourra être désorbée, se vaporiser et donc non seulement participer à l'expansion, mais aussi et surtout provoquer le refroidissement de l'ensemble, dont la température n'excédera pas 110 C. D'autre part, dans la mesure où l'on se propose d'introduire dès la fabrication du support, des éléments nutritifs, ou bien des insecticides systémiques, on utilisera avantageusement une solution dans l'eau de ces produits, pour réaliser l'empatage de la lignine. Le mélange premix, isocyanate peut être coulé ou injecté dans des moules fermés en vue de fabriquer des blocs dans lesquels seront ensuite découpés des planches ou des cubes destinés par exemple à la germination; ; de même Ie mélange peut être coulé ou injecté dans des moules beaucoup plus petits destinés à la fabrication de pots ou containers offrant la particularité de pouvoir être à la fois : contenant et contenu selon le type de moules utilisé: Contenant = > matrice + poinçon = moule Contenant + contenu = > matrice = moule Dans ce dernier cas le support de culture se trouve emballé (effet de peau) ce qui le rend facilement manipulable ; en outre l'évaporation de l'eau est encore diminuée, alors que la perméabilité à l'air est conservée.Enfin ce nouveau support permet de protéger le système radiculaire des écarts de température. Exemple de formulations Exemple 1 : dans 100 parts d'un mélange de polyols (Ax + By...) où A est un polyol couramment utilisé pour la fabrication des nousses souples (faible ramification) et B un polyol utilisé dans la fabrication des mousses rigides, ou introduit 50 parts de lignine en poudre. Le tout est porté sous agitation à 600caf10 pendant 2 heures pour obteuir une pate homogène, C ; par ailleurs on a préparé sous agitation, à l'ambiante une pate lignine eau, D, à raison de 50 parts de lignine + 50 parts d'eau. Formulation du premix Sous agitation on mélange à 50 parts d'un des polyols A ou B ou autre, par exemple d'un polyol aminé, 15 parts de fréon 11, 100 parts de C, 50 parts de D, 0,2 à 0,5 parts de catalyseur, et 0,2 à 0,5 parts d'additifs stabilisateur, on ajuste la teneur en lignine à la valeur souhaitée par addition de poudre. Réalisation du support de culture On fait réagir dans un moule fermé sur le premix porté à 280C+2, de 2, de l'srsocyanate dont la température est de l'ordre de 350C+2 dans un rapport KK) > 1,15 La densité du support pourra varier de 18 à 60 kg/m3 Sa rétention d'eau de 200 à 850 g par litre. Ce support peut être enfoui dans le sol, sans occasionner de pollution, ou bien être détruit par compostage. Exemple 2 Dans le mélange D, eau lignine, on remplace l'eau par une solution saturée fertilisante, N, P, K 8.10.12 par exemple, ou par une solution à 0,5 % ou plus d'insecticide systémique. REVENDICATIONS 1 - Support alvéolaire pour culture hors sol caractérisé en ce qu'il est biodestructible et composé de polyuréthane et de lignine, charge active, qui est une poudre pulvérulente, pure, de granulométrie comprise entre 1 et 10 micrcns environ. 2 - Support de culture selon la revendication 1 dont la dégradabilité est augmentée par utiIisation comme liant de la lignine, de polyuréthane, issu de la polymérisation par addition de polyols, polyesters hydroxylés, type caprolactone avec des isocyanates. 3 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon les revendications 1, ou 2 caractérisé en ce qu'il est obtenu par réaction de polymérisation d'addition d'un mélange : de polyols, lignine solvants, additifs, appelé premix avec des isocyanates ; à la faveur de la réaction exothermique, tout ou partie des solvants s'évapore, brutalement occasionnant la formation d'une structure alvéolaire, favorable au développement radiculaire des plantes. 4 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et caractérisé par une teneur en lignine comprise entre 5 et 75 % teneur en lignine qui résulte des compromis qu'il y a lieu de faire entre friabilité, densité, rétention d'eau, vitesse d'évaporation. 5 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la lignine est ajoutée aux polyols dans le premix sous trois formes différentes - poudre dissoute et empatée à chaud avec les polyols. - poudre sèche - pate : eau, lignine. 6 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'eau ajoutée au premix est fortement adsorbée par la lignine, cette adsorption limite fortement la réaction isocyanate, eau, qui quoique présentant l'avantage de libérer du C02 consomme de I'isocyanate et fragiliserait le solide obtenu après expansion ; le solvant eau provoque, par évaporation, le refroidissement de la masse réactionnelle, ce qui permet de limiter l'élévation de température à une valeur inférieure à 110 C. 7 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par les propriétés d'adsorption de la lignine pour fixer, au moment de la fabrication, les éléments nutritifs tels que azote, phosphore, potassium, et ou les insecticides systèmiques du groupe des composés organo phosphorés, qui seront directement utilisés par le système, radiculaire de la plante. 8 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait que les polyuréthanes développant une peau pendant la polymérisation, on réalise par coulée ou injection dans des moules "ad hoc" des contenants et contenus en une seule opération à base donc de lignine et de polyuréthane. Le tout étant à la fois emballage, le pot et support de culture. 9 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une densité comprise entrez 18 kg et 60 kg/m3. 10 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon l'une quelconque dess revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat de culture est semi rigide et hydrophile, présentant un pouvoir de rétention d'eau élevé qui pourra être compris entre 200 et 850 g par litre de support. 1 1 - Support de culture alvéolaire et biodestructible selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par la propriété de pouvoir être enfoui dans le sol sans occasionner de pollution, ou d'être détruit par compostage.