(57)【要約】  本発明の主題は、疎水性砂の製造方法、疎水性砂自体及びその使用である。砂粒径２０００μｍ未満の粒子径の各砂は、本発明によるシラン化剤−エマルションで撥水性に仕上げられる。このために、内部表面積ｍ2あたり０．１９・１０-2〜５・１０-2ｇのシラン化剤が本発明により使用される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の工程：
（ａ）砂を調製する工程、
（ｂ）砂平均粒径＞２０００μｍを有する粗含分を除去する工程、及び、引き続き、
（ｃ）工程（ｂ）により得られた砂のかさ密度、砂粒子の平均粒径及び内部表面積砂を測定する工程、及び、引き続き、
（ｄ）工程（ｃ）により得られた砂をシラン化剤−エマルションと一緒に混合装置中で、
０．１９・１０-2〜５．０・１０-2（ｇシラン化剤）／（ｍ2内部表面積砂）の量で、
回転数５００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍで、
１〜１０分間の間混合する工程、及び、引き続き、
（ｅ）０．５〜２時間の間３０〜９０℃の温度で乾燥する工程
を含む疎水性砂の製造方法。
【請求項２】
工程（ａ）において砂が、珪砂、川砂、海砂、飛砂、岩粉又はこれらの砂からの混合物から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
工程（ｂ）の後工程（ｃ）の前に、砂の粒サイズが１５０μｍ〜２０００μｍにもたらされることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
粒サイズが砂の風簸、分級、篩分、又はこれらの方法の組み合わせにより区別されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
工程（ｄ）においてシラン化剤−エマルション中のシラン化剤として、構造Ｉのシランの水性エマルション、構造ＩＩのシロキサンの水性エマルション、構造ＩＩＩのシリコーンの水性エマルション、又はこれらのエマルションの混合物が使用されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
砂が、Loedige混合機から選択された混合装置中で、シラン化剤−エマルションと混合されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
工程（ｄ）においてまず１〜ｔ１の時間の間に回転数Ｄ１で、引き続きｔ２の時間の間に回転数Ｄ２で混合し、その際、
１＜ｔ１＜１０分、及び
０．５＜ｔ２＜１２０分、及び
５００ｒｐｍ≦Ｄ１＜Ｄ２≦４０００ｒｐｍ
であることを特徴とする請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
工程（ａ）において、熱供給源として太陽光を利用することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
工程（ｅ）において、工程（ｄ）により得られた砂を広域表面に分散させることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載の方法により得られた疎水性砂。
【請求項１１】
水沈下試験に供される水滴が水平な砂表面で少なくとも３分間の滞留時間を有することを特徴とする疎水性砂。
【請求項１２】
土壌構造における、景観造形の際の、園芸における、土壌層のエロージョン保護における、土壌水の蒸発防止手段としての、有用−及び／又は観賞用植物の灌水のための水の浸透に対する防止層としての、農業における、請求項１から１１のいずれか１項に記載の疎水性砂の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
世界は荒廃及び水不足にますます見舞われている。しかし、まさに農業及び園芸の適用においては、それぞれの植物の成長に十分な量の水が必要とされる。したがって、農業又は園芸上の利用地には十分な量の水を供給することが欠くことができない。従来利用されていない大地の開墾のためにも十分な量の水が必要とされる。
【０００２】
水路、灌水設備、人工散水機又は類似手段を用いて、予定される位置に水を輸送し、まくことができる。但し、経済上十分な植物成長を達成するために、この灌水された土壌は所定の水量を可能な限り長い時間蓄えなくてはならない。
【０００３】
水留保能力を改善するための一手段は、水の浸透が妨げられるように土壌自体を変更することである。DE 4325692に記載のように、このためには、撥水特性を有する人工土壌構造が作成されることができる。言及した出願の欠点は、ここで使用されるシリコーン変性された砂が酸性及びアルカリ性媒体中で十分な貯蔵安定性を有さず、その一方で、このフッ素化された物質で処理した砂はこのようなフッ素化化合物の生分解性が不足しているために環境上懸念がないわけではないことである。
【０００４】
WO 0232213、US 6060557及びEP 1591476には、農業のために土壌に水留保層を備えるための有機ポリマー（特に架橋したアクリラート）の使用が記載されている。但し、このような層の砂マトリックスへの化学的結合が欠失し、並びに、有機ポリマー（B. Ranby, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 1989, 15, 237-247.）のＵＶ安定性が不足しているために、一般的に、この処理の持続性は疑わしい。
【０００５】
JP 2000-023559には、アルキド樹脂又はシリコーンで処理した砂の製造及び使用が記載されている。多数の有機反応樹脂及び架橋剤、並びにＳｉ含有出発材料が必要とされることが欠点である。加えて、有機樹脂で接着した砂土壌中で植物はもはや根をはることができず、したがって、植物成長が制限されている。ここに記載の砂は相応して「ｎｏｎ−ｇｒａｓｓ」土壌と呼ばれる。
【０００６】
WO 9841408には、蜜ろう含有剤で変性された砂の製造及び使用が記載されている。このように得られた材料の欠点は、蜜ろうにより引き起こされ、そして、モデリング目的には適するものの農業適用にはじゃまな接着性にある。
【０００７】
無論、土壌粒子を撥水性（以下、疎水性とも呼ぶ）に仕上げる手段も利用される。
【０００８】
JP 07-048559には、シラン化した無機材料の製造が記載される。この欠点は、この記載の材料の製造に有機溶媒中のクロロシランの使用が必要であることである。
【０００９】
JP 07-194286には、シラン化合物で処理された砂材料の製造及び使用が記載されている。この得られた砂は、雑草の成長の防止のために使用されることができる。この刊行物では、この処理された砂の作用が、この処理された砂がもはや水を蓄えることができず、これによって飛行種子が根付くことが妨げられることに基づくことを前提としている。記載の材料の欠点は、植物の成長が妨げられ、そして、有用植物の成長により好ましい条件が達成されないことにある。加えて、試験により必要な計量供給量が算出されなくてはならず、かつ、処理すべき砂の特性に基づいて定めることができない。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、少量のシラン化剤の使用下で、容易に製造することができる、撥水性砂を提供することである。この課題は、独立請求項により解決され、以下詳細に説明される。
【００１１】
意外なことに、水性Ｓｉ含有化合物の少量の使用でもって砂を撥水性に仕上げることができ、その際、この必要量はこの砂粒子の平均粒径に依存することが見出された。
【００１２】
この砂粒子は、本発明により、適した疎水化剤で撥水性にされる。本発明による疎水化剤は、Ｓｉ含有化合物、例えばシラン、シロキサン及び／又はシリコーンである。これらは以下シラン化剤と呼ばれる。このシラン化剤の水性エマルション又は水溶液は以下シラン化剤−エマルションと呼ばれる。
【００１３】
つまり、本発明の主題は、次の工程：
（ａ）砂を調製する工程、
（ｂ）砂平均粒径＞２０００μｍを有する粗含分を除去する工程、及び、引き続き、
（ｃ）工程（ｂ）により得られた砂のかさ密度、砂粒子の平均粒径及び内部表面積砂を測定する工程、及び、引き続き、
（ｄ）工程（ｃ）により得られた砂をシラン化剤−エマルションと一緒に混合装置中で、
０．１９・１０-2〜５．０・１０-2（ｇシラン化剤）／（ｍ2内部表面積砂）の量で、
回転数５００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍで、
１〜１０分間の間混合する工程、及び、引き続き、
（ｅ）０．５〜２時間の間３０〜９０℃の温度で乾燥する工程
を含む疎水性砂の製造方法である。
【００１４】
砂としては全ての種類の砂、例えば珪砂、川砂若しくは海砂、飛砂（Flugsand）、又は岩粉が考慮されることができる。適した砂は、１５０μｍ〜２０００μｍ、好ましくは２００μｍ〜２０００μｍ、特に好ましくは３００μｍ〜１８００μｍの粒サイズを有することができる。
【００１５】
請求された方法によれば、これに応じて、シラン化剤が砂の撥水性仕上げのために使用される。このようなシラン化剤は、一般構造Ｉ
【化１】
2012527870.tif 000002
［式中、Ｒ1はＣ1〜Ｃ18であり、基Ｒ2は同じか又は異なり、かつ、Ｒ2は水素原子又は１〜６個の炭素原子、好ましくは１又は２個の炭素原子を有するアルキル基である］
のアルキル置換されたシランを有することができる。
【００１６】
好ましい例は、基：
2012527870.tif 000003
を有するものである。
【００１７】
このようなシラン化剤は、さらに、理想化した一般構造ＩＩ
【化２】
2012527870.tif 000004
［式中、基Ｒ1及びＲ3は相互に独立してＣ1〜Ｃ18−アルキルであり、これは１又は複数のヘテロ原子、例えばＮ、Ｏ、Ｆ、Ｃｌ、Ｐ又はＳを含むことができ、基Ｒ2は同じか又は異なり、かつＲ2は水素原子又は１〜６個の炭素原子、好ましくは１又は２個の炭素原子を有するアルキル基であり、かつ、ｎ＋ｍはオリゴマー化度を２〜５０、好ましくは２〜３０を有するものとして決定する］のオリゴマー状シロキサン又はシランオリゴマーを有することができる。この場合に、好ましくは、平均オリゴマー化度２〜５０、好ましくは２〜３０を有するオリゴマー混合物であり、その際、この平均モル質量は好ましくは３００〜１００００ｇ／Ｍｏｌである。この一般式ＩＩのシランオリゴマーは、この場合、線状、環状及び／又は分枝状単位として存在できる。
【００１８】
シランオリゴマーの好ましい例は、基：
2012527870.tif 000005
を有するものである。
【００１９】
最後に、このようなシラン化剤は、理想化された一般式ＩＩＩ
【化３】
2012527870.tif 000006
［式中、基Ｒ4は同じか又は異なり、かつ、水素原子又は１〜６個の炭素原子、好ましくは１又は２個の炭素原子を有するアルキル基であり、かつ、ｏは５〜５０００、好ましくは２０〜１０００を有するものとして重合度を記載する］のポリマー状シリコーンを有することもできる。好ましい例は、基Ｒ4＝Ｈ−、ＣＨ3−、Ｃ2Ｈ5−を有するものである。
【００２０】
このシラン化剤は本発明により水性エマルションとして又は水溶液として使用される。
【００２１】
本発明により使用されるシラン化剤−エマルションは、シラン化剤含有量０．５〜９９．９ｗ％、好ましくは１〜９９ｗ％、特に好ましくは２．５〜９９ｗ％、特にとりわけ好ましくは５〜８０ｗ％を有する。ｗ％の単位は、この処方物の全質量に対する。
【００２２】
本発明によるシラン化剤−エマルションが水性エマルションとして付加的に少なくとも１の乳化剤を含むことが好ましくあることができ、これは好ましくはＣ8〜Ｃ18−アルキルを有するアルキルスルフェート、Ｃ8〜Ｃ18−アルキルを疎水性基中有に有し、かつ、１〜４０個のエチレンオキシド（ＥＯ）−又はプロピレンオキシド（ＰＯ）−単位を有するアルキル−及びアルカリールエーテルスルフェート、Ｃ8〜Ｃ18−アルキルを有するアルキルスルホナート、Ｃ8〜Ｃ18−アルキルを有するアルカリールスルホナートであり、及び、スルホンコハク酸と炭素原子５〜１５個を有する一価アルコール又はアルキルフェノールとの半エステル、次のもののアルカリ−及びアンモニウム塩；８〜２０個の炭素原子をアルキル−、アリール−、アルカリール−又はアラルキル基中に有するカルボン酸、有機基中に８〜２０個の炭素原子を有するアルキル−及びアルカリールホスフェート、アルキル−又はアルカリール基中に８〜２０個の炭素原子を有し、かつ１〜４０個のＥＯ単位を有するアルキルエーテル−又はアルカリールエーテルホスフェート、８〜４０個のＥＯ単位を有し、かつ、アルキル−又はアリール基中にＣ8〜Ｃ20−炭素原子を有するアルキルポリグリコールエーテル及びアルカリールポリグリコールエーテル、８〜４０個のＥＯ−又はＰＯ−単位を有するエチレンオキシド／プロピレンオキシド（ＥＯ／ＰＯ）−ブロックコポリマー、Ｃ8〜Ｃ22−アルキル基を有するアルキルアミンとエチレンオキシド又はプロピレンオキシドの付加生成物、線状又は分枝鎖状の飽和又は不飽和Ｃ8〜Ｃ24−アルキル基を有し、かつ１〜１０個のヘキソース−又はペントース単位を有するオリゴグリコシド基を有するアルキルポリグリコシド、ケイ素官能性界面活性剤、又はこれらの乳化剤の混合物の系列から選択されている。
【００２３】
乳化剤含有量はこのような本発明により使用される組成物中で好ましくは、エマルションの全質量に対して０．０１〜５質量％である。
【００２４】
さらに、本発明により使用されるシラン化剤−エマルションは少なくとも１の加水分解−又は縮合触媒であって次の系列からのもの：錯体化合物、例えばハロゲン化物、酸化物、水酸化物、イミド、アルコラート、アミド、チオラート、カルボキシラート及び／又はこれら置換基の組み合わせであって元素の周期表（ＰＳＥ）第３及び第４主族の並びにＰＳＥの副族ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩ及びＶＩＩＩａ、ＶＩＩＩｂ及びＶＩＩＩｃの元素のもの、特にチタナート又はジルコナート、例えば、テトラ−ｎ−ブチルオルトチタナート又はテトラ−ｎ−プロピルオルトジルコナートを含む。さらに、酸化物、水酸化物、ヒドロゲンホスフェート、ヒドロゲンスルフェート、スルフィド、ヒドロゲンスルフィド、カーボナート又はヒドロゲンカーボナートであってＰＳＥの第１及び第２主族のもの及び／又はアルコラート、好ましくはナトリウムメタノラート又はナトリウムエタノラート及び／又はアミノアルコール、好ましくは２−アミノエタノール又は２−（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アミノエタノールが使用されることができる。
【００２５】
最後にカルボン酸、例えばギ酸、酢酸又はプロピオン酸並びに鉱酸、例えば塩酸又はリン酸が使用されることができる。
【００２６】
さらに、本発明により使用されるシラン化剤−エマルションは好ましくはさらに、無機酸又は有機酸、緩衝物質、殺菌剤、殺細菌剤、殺藻剤、殺微生物剤、匂い物質、腐食防止剤、保存剤、レオロジー助剤から選択された通常の助剤を含むことができる。
【００２７】
本発明により使用されるシラン化剤−エマルションは好ましくはその使用前に更に水で希釈されることができる。この場合に、原則的には全ての種類の水、例えば脱イオン水、飲料水、廃水又は海水が適する。本発明により使用可能な希釈は、１部のシラン化剤−エマルション及び０〜９９部の水、好ましくは１部のシラン化剤−エマルション及び０．１〜４９部の水、特にとりわけ好ましくは１部のシラン化剤−エマルション及び１〜９部の水を含む。
【００２８】
本発明の方法の工程（ｂ）においては、砂平均粒径＞２０００μｍを有する粗含分を取り除くため、処理すべき砂はまず篩分される。
【００２９】
この砂の粒サイズは、砂の風簸（Windsichten）、分級、篩分又はこれら方法の組み合わせにより区別されることができる。
【００３０】
引き続き工程（ｃ）において当業者に知られている方式でこの砂粒子のかさ密度及び平均粒径が測定される。本発明の方法においてはシラン化剤−エマルションが０．１９・１０-2〜５．０・１０-2（ｇシラン化剤）／（ｍ2内部表面積砂）の量で使用される。
【００３１】
「内部表面積砂」との概念には、この箇所及び以下においては、この砂の使用体積と砂粒子の平均体積からの商を、０．７４及びこの砂粒子の平均表面積で乗したものが理解される。砂粒子の平均体積及び平均表面積は同様に当業者に知られている方式で、近似的に球状の砂粒子を想定して決定される。これによって、この内部表面積砂は、この砂の砂平均粒径及びかさ密度から、及び、個々の砂粒子の体積及び表面積を介して算出されることができる。
【００３２】
本発明の方法の工程（ｄ）においては、工程（ｃ）により得られた砂をシラン化剤−エマルションと、０．１９・１０-2〜５．０・１０-2（ｇシラン化剤）／（ｍ2内部表面積砂）の量で５００ｐｍ〜４０００ｒｐｍの回転数で１〜１０分間の期間の間に混合される。
【００３３】
本発明の方法において好ましくは０．５・１０-2〜３．５・１０-2、特に好ましくは１．０・１０-2〜３．０・１０-2（ｇシラン化剤）／（ｍ2内部表面積砂）が使用されることができる。
【００３４】
この処理すべき砂は工程（ｄ）において回転数５００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍでシラン化剤−エマルションと適した混合装置中で混合される。これは、この回転数で１〜１０分間の期間の間に混合される。
【００３５】
混合装置として、内部混合機、例えばLoedige混合機、コーンミキサー、撹拌槽、ニーダー、ミキサー（単に例示を挙げたに過ぎない）が使用されることができる。適した混合装置は好ましくは、この混合過程の間に砂粒子がより小さい粒子に破砕しないようなものである。好ましくは、砂及びシラン化剤−エマルションから構成される組成物へのエネルギー導入が化学的変換も、物理的変換も砂粒子の体積中に引き起こさない混合装置を選択すべきである。
【００３６】
さらに、回転数を１〜１０分の期間ｔ１後に１．５〜４倍だけ高め、そして、このようにして達成された回転数を０．５〜１２０分の期間ｔ２の間維持することが好ましいことができる。
【００３７】
このようなやり方は、本発明により使用されるシラン化剤−エマルションが、砂と又は砂粒子の表面と完全に反応し、これによって、この砂の疎水性の持続性が高められるという利点を有する。
【００３８】
工程（ｄ）により得られた砂は、引き続き、本発明の方法の工程（ｅ）において、０．５〜２ｈの間温度３０〜９０℃、好ましくは４０〜８０℃で乾燥される。この場合に、この熱供給は、炉、熱ランプによって又は太陽光照射によっても実現されることができる。
【００３９】
特に、太陽光照射による乾燥のための手段は、特に砂漠の領域において、エネルギー節約に関する実質的な適用において大きな利点を提供する。
好ましくは工程（ｄ）により得られた砂は、工程（ａ）〜（ｄ）により処理された砂粒子の可能な限り多くの量を同じ時間でこの太陽光照射に供するために、広域表面で分散されることができる。
この選択肢によって、本発明による方法は特に経済的であり、この両方の選択肢を一緒に考慮すると最も経済的に実施可能である。
【００４０】
請求される方法の利点は、砂粒子とシラン化剤との、知られている必要な計量供給量での緊密な混合にある。この本発明の方法により、この砂が最大限の撥水作用を最小限に使用すべき量のシラン化剤で得ることが確実にされる。
【００４１】
したがって、本発明の主題は、同様に、本発明の方法により得られる疎水性砂である。
【００４２】
同様に、本発明の主題は、水の浸透が減少しているか又は起こらない疎水性砂である。
【００４３】
最後に、本発明の主題は、土壌構造における、並びに、景観造形の際の、園芸における、土壌層のエロージョン保護における、土壌水の蒸発防止手段としての、有用−及び／又は観賞用植物の灌水のための水の浸透に対する防止層としての、農業における、本発明による疎水性砂の使用でもある。
【００４４】
本発明の使用に関する利点は、本発明により処理され、かつ乾燥された疎水性砂が、このために予定される表面の全てにまかれ、かつ容易に同程度に分散されることである。まず、処理すべき表面の１又は複数の層を撤去し、次いで撥水性砂をまくことも、可能であり、かつ多くの場合には有用であり得る。最後に、このまかれる、処理された砂を１又は複数の土壌層で再度覆うことも好ましくできる。このようにして、好ましくは、風又は水によるこの処理された砂のエロージョンを回避することができる。
【００４５】
以下に、本発明は実施例に基づき詳説される。
【００４６】
実施例１：
珪砂Ｈ  ３２（ＣＡＳ：１４８０８−６０−７、平均粒サイズ：０．３２ｍｍ、ＤＩＮ  ＥＮ  １０９７−３に応じたかさ密度：１．５１５ｇ／ｃｍ3）をLoedige混合機中で、エトキシ置換したプロピルシロキサン（平均モル質量５００〜９００ｇ／ｍｏｌ、シロキサン含分約５０％、以下Ｅと呼ぶ）の希釈した水性エマルションで処理した。
このために珪砂２．５ｋｇをLoedige混合機中に装入した。
この水性エマルションＥを１部のＥ：９部の水の比で希釈し、その際、シラン化剤−エマルションが得られた。６．６ｍｌのこの希釈したエマルションを、引き続きピペットで滴加した。１０分間１５７５ｒｐｍで混合し、次に５分間２８００ｒｐｍで混合した。このようにして処理された珪砂を引き続き２時間８０℃で乾燥させた。引き続き以下に記載の水沈下試験を実施した。
【００４７】
実施例２：
実施例１と同様にしたが、シラン化剤−エマルションを、Ｅをより高い濃度（１部のＥ：４部の水）で使用することにより得た。この疎水化の作用を、以下に記載のように、水沈下試験により検証した。
【００４８】
比較例：
微細砂（ドバイからの砂漠の砂、平均粒サイズ：１００μｍ、かさ密度：１．５４１ｇ／ｃｍ3）を、Loedige混合機中でＥで処理した。
このために１．５ｋｇの微細砂をLoedige混合機中に装入し、３．８２ｇのシラン化剤−エマルション（１部のＥを９部の水で希釈して得たもの）を添加した。
１０分間１５７５ｒｐｍで混合した。このようにして処理した微細砂を引き続き２時間８０℃で乾燥させた。
この疎水化の作用を、以下に記載のように、水沈下試験により検証した。このように処理した砂はこの文脈においては疎水性でない。
【００４９】
実施例３：
比較例と同様に実施したが、本発明により２００ｇの微細砂を２．１１ｇのシラン化剤−エマルション（１部のＥを９部の水で希釈したＥから得たもの）で処理し、引き続き、水沈下試験を実施した。
【００５０】
実施例４：
比較例と同様に実施したが、本発明により１０００ｇの粗性砂（ドバイからの砂漠の砂、平均粒サイズ：５００μｍ、かさ密度：１．６４ｇ／ｃｍ3）を２．４８ｇのシラン化剤−エマルション（１部のＥを９部の水で希釈したＥから得たもの）で処理し、引き続き、水沈下試験を実施した。
【００５１】
水沈下試験
砂をアルミニウムカップ中に約１ｃｍの高さで充填し、手でかるく固めて押し、このようにして、砂は水平に伸びる表面を有する。次に、この表面上の２箇所で蒸留水の水滴２つを５ｍｍの液滴直径でもってピペットを用いてまく。この水滴は少なくとも液滴直径の間隔を有する。この試験配置を周囲条件（２０℃、１０１３ｈＰａ）下で開放系で放置し、この液滴を数時間の期間にわたり観察した。両方の液滴がそれぞれこの砂中に完全に沈下するまでに経過する期間を測定した。この期間からは算術的平均値が形成され、これは以下滞留時間と呼ばれる。
【００５２】
以下第１表はこの結果の概要を示す。
【表１】
2012527870.tif 000007
【００５３】
第１表及び実施例１、２、３及び４からの結果は、各粒径の砂は本発明によるシラン化剤−エマルションで撥水性に仕上げられることができるという結論が導かれる。このためには、本発明により０．１９・１０-2〜３．０・１０-2ｇのシラン化剤が内部表面積砂１ｍ2あたり使用される。
【国際調査報告】
2012527870.tif 000008
2012527870.tif 000009
2012527870.tif 000010
2012527870.tif 000011