[发明专利]疏水性砂，其生产方法及其用途

说明书

全世界遭遇越来越大的沙漠化和水量不足的难题。然而，在农业和园艺应用中，对于植物的生长却需要足够的水量。因此急需为农业或园艺可用面积供应足够的水量。足够的水量也是迄今未利用的土地面积的开垦所需要的。

借助于水道，灌溉设备，人工喷洒或类似方式可将水运输到所设想的地点并且加以利用。然而，含水的土壤必须在尽可能长的时间中贮存一定量的水以便能够以经济的方式实现足够的植物生长。

改进水分保持能力的一种可能性是改良土壤本身，防止水的渗漏。如在DE 4325692中所述，为此目的，能够生产具有拒水性能的人造土壤结构。上述专利申请的一个缺点是其中所使用的聚硅氧烷改性砂在酸性和碱性介质中不具有足够长时间的稳定性，而用氟化取代基处理的砂因为此类氟化化合物的生物可降解性不足而在生态上是不可接受的。

WO 0232213，US 6060557和EP 1591476描述了使用有机聚合物(尤其交联丙烯酸酯)的，以便使土壤具有农业用的保水层。然而，由于此类层对砂基质无化学键合以及有机聚合物的耐紫外线稳定性欠缺(B. R?nby, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 1989, 15, 237-247.)，该处理的耐久性一般是成问题的。

JP 2000-023559记载了用醇酸树脂或聚硅氧烷处理过的砂的生产方法和用途。缺点是需要较大用量的有机反应树脂和交联剂，以及含Si的起始原料。此外，植物不再能够在与有机树脂粘在一起的砂质土壤中生根，因此限制了植物生长。其中描述的砂因此被称为“非草地”土壤。

WO 9841408描述了用含有蜂蜡的试剂改性的砂的生产方法和用途。以这种方式可获得的材料的一个缺点是由蜂蜡所引起的粘性和适合于样板目的，但是在农业应用中有障碍。

当然，也可采用赋予土壤颗粒以拒水性的选择(下面也称作疏水化)。

JP 07-048559描述了硅烷化无机材料的生产。缺点在于必须在有机溶剂中使用氯硅烷来生产所述材料。

JP 07-194286描述了用硅烷化合物处理的砂材料的生产方法和用途。能够获得的砂能够用于阻止杂草的生长。在该文件中设想，经处理过的砂的效果源于所处理的砂不再能蓄水并且因此阻止了空中传播的种子的生长。所述材料的缺点是植物的生长被抑制并且无法为有用植物的生长提供较为有利的条件。此外，所需的剂量必须通过实验来确定，并且不能根据所要处理的砂的性质来确定。

本发明的目的因此是提供拒水性的砂，该砂能够通过使用少量的硅烷化试剂以简单方式生产。这一目的根据独立权利要求来实现并且在下面更详细地进行解释。

令人吃惊地发现，用低消耗量的水性含硅化合物可使砂具有拒水性，其中所需量取决于砂颗粒的平均粒度。

根据本发明，砂颗粒用合适的疏水化试剂赋予拒水性。根据本发明的疏水化试剂是含硅的化合物，例如硅烷、硅氧烷和/或聚硅氧烷。这些在下文被称作硅烷化试剂。这些硅烷化试剂的水乳液或水溶液在下面被称作硅烷化试剂乳液。

本发明因此提供了生产疏水性砂的方法，该方法包括以下步骤：

(a) 提供砂，

(b) 去除平均砂粒尺寸>2000μm的粗砂粒部分，然后

(c) 测定步骤(b)后获得的砂的砂粒体积密度、平均粒度和内部表面积_砂，然后

(d) 将步骤(c)之后获得的砂与硅烷化试剂乳液在混合设备中在500转/分-4000转/分的转速下以0.19·10^-2至5.0·10^-2(g硅烷化试剂)/(m²内表面积_砂)的量混合1-10分钟的时间，然后

(e) 在30-90℃的温度下干燥0.5-2小时。

全部类型的砂例如石英砂、河砂或海砂，流沙或石粉都可以适合作为砂。合适的砂可具有150μm - 2000μm，优选200μm - 2000μm，特别优选300μm - 1800μm的粒径。

因此，根据权利要求保护的方法使用硅烷化试剂来使砂具有拒水性。此类硅烷化试剂可具有通式结构I的烷基取代的硅烷，

                     I，

其中R¹是C₁-C₁₈烷基，基团R²是相同或不同的，并且R²是氢原子或具有1-6个碳原子、优选具有1个或2个碳原子的烷基。