CAPITOLO 2 LE MATERIE PRIME IMPIEGATE NELLA
2.5 Materie prime di sintesi
Le materie prime che appartengono a questo gruppo sono ottenute per sintesi chimica attraverso l'impiego di particolari processi industriali. Le materie di base sono costituite in prevalenza da sottoprodotti ottenuti nei processi di distillazione del petrolio e raffinazione degli idrocarburi (Leoni 2003).
2.5.1 Polistirolo espanso.
Viene utilizzato nella preparazione dei substrati per ridurre il peso specifico e migliorare la porosità libera. Le sue caratteristiche fisiche lo rendono non idoneo ad essere utilizzato come substrato nelle colture senza suolo. Si presenta in granuli delle dimensioni comprese tra i 2 e gli 8 mm con struttura a celle chiuse. I micropori contenuti all'interno del granulo non sono in grado di assorbire e trattenere l'acqua.
È un prodotto totalmente inerte poiché privo di elementi minerali utilizzabili, con potere tampone nullo, CSC nulla e peso specifico estremamente basso (Leoni 2003). La capacità di ritenzione idrica è 5- 7 % , la porosità totale 95 – 96% e il pH 6,9 – 7,1. Il peso specifico estremamente basso non consente un buon ancoraggio degli apparati radicali, non può essere utilizzata tal quale ma deve essere miscelato con materiali più pesanti. Impiegandolo nella preparazione dei substrati per piante in vaso l'inconveniente principale è rappresentato dal colore bianco brillante dei granuli che consente l'immediata individuazione. La presenza nel substrato di materiali sintetici ben visibili rende infatti le piante poco gradite dal consumatore (Leoni 2003).
2.5.2 Schiuma poliuretanica.
È un polimero termoindurente che si ottiene dalla reazione chimica di un diisocianato con glicole polietilenico, acqua e vari additivi quali bagnanti, ritardanti di fiamma. La reazione comporta lo sviluppo di anidride carbonica e la produzione di una schiuma che viene riscaldata a 120°C per 20 minuti al fine di stabilizzarne la struttura e permetterne la lavorazione. Trova impiego principalmente nell'industria dei mobili.
Gli scarti di produzione vengono impiegati nella formulazione di substrati sotto forma di granuli, fiocchi o pressati e miscelati con leganti a formare pani o lastre di varie fogge per la produzione di colture fuori suolo di ortaggi e fiori da taglio. Il pH è praticamente neutro, il contenuto in elementi solubili è molto basso, la CSC e il potere tampone sono nulli. Non è soggetto a decomposizione microbiologica ed il prodotto in granuli è leggero con bassa densità apparente; la porosità è elevata ed è riempita quasi
interamente da aria. Il prodotto è stabile e non è soggetto a fenomeni di restringimento (Bos et al. 2003. Cattivello 2009). Le modalità di produzione escludono la presenza di patogeni.
La formulazione in fiocchi viene usata nella preparazione di substrati per piante in vaso ma il costo elevato e le diverse problematiche connesse ne hanno condizionato l'uso.
La formulazione in lastre viene usata nella preparazione di substrati per colture fuori suolo, dove l'elevato costo è compensato dalla notevole inerzia chimica e dalla lunga durata del materiale che ne permette l'utilizzo continuativo superiore ai 10 anni. A volte si usano lastre ottenute dalla miscela di due materiali in modo da unire i pregi della schiuma poliuretanica soprattutto l'areazione a quelli della lana di roccia cioè ritenzione idrica (Cattivello 2009).
Le formulazione in preformati nella quale il polimero viene prodotto e commercializzato sotto forma di blocchi o cubetti di varie dimensioni e forme per la semina e la radicazione di talee di piante ornamentali e forestali nel corso della produzione la matrice viene arricchita in elementi nutritivi, correttivi del pH e anche bagnanti, microrganismi utili (Cattivello 2009).
Esistono dei preformati di nuova generazione ottenuti dalla miscela di diverse matrici organiche rappresentate prevalentemente da torba o cocco con sostanze leganti appartenenti al gruppo dei poliuretani idrofili biodegradabili come il prepolimero Hypol 206G che viene miscelato con diverse matrici e acqua in proporzioni variabili fra il 7 e il 10%. L'impasto così prodotto viene versato su appositi stampi dove a indurimento concluso prenderà la forma definitiva (Cattivello 2009).
L'aggiunta del polimero in percentuali inferiori a 7% non assicura un buon effetto legante della massa mentre valori superiori al 10% non sono economicamente sostenibili (Cattivello 2009). Tuttavia aggiunte del 10% assicurano una buona elasticità e una capacità legante sufficiente a impedire lo sfaldamento accidentale del cubetto nel corso delle operazioni colturali e del ciclo di coltivazione della pianta.
Ha una densità apparente molto bassa, porosità elevata, un miglior rapporto aria/acqua e una frazione in acqua facilmente disponibile più alta. Ha una buona stabilità, biodegradabilità e compatibilità del materiale (Miele 2005, Cattivello 2009, Miele et al. 2009).
2.5.3 Schiuma urea-formaldeide.
È un polimero dell'urea presente in commercio sotto forma di fiocchi o preformati di consistenza spugnosa. È meno stabile del polistirene soprattutto in condizioni acide. In queste situazioni per effetto della decomposizione si perde circa il 15-20% del materiale e si libera circa il 30% in peso dell'azoto presente nella molecola. Esso può essere una utile integrazione ma non la fonte principale di azoto per la nutrizione delle piante (Cattivello 2009).
Il pH del materiale è pari a 3 (Bunt 1988, Cattivello 2009). E' caratterizzato dal fatto di possedere una particolare struttura che gli permette di assorbire elevate percentuali di acqua e di avere una densità apparente molto bassa.
Le modalità di produzione escludono la contaminazione di patogeni. In formulati di vecchia concezione si può liberare aldeide formica tossica per le colture (Leoni 2003, Cattivello 2009).
Le formulazioni in fiocchi si applicano nelle miscele di substrati in percentuali del 20-30% in volume per migliorare ritenzione idrica, alleggerire il substrato. Risultano poco impiegate a causa del costo elevato e per alcune problematiche legate al loro utilizzo.
La formulazioni in preformati sono preparate a partire da materiali di nuova generazione caratterizzati dal fatto di avere un basso contenuto di formaldeide e un tasso di rilascio di azoto.
Possono essere preparati a partire dal prodotto tal quale o miscelati con matrici organiche di varia natura. Nel primo caso sembrano rappresentare un possibile sostituto dei contenitori di polistirene usati nel foating system. Grazie alla buona degradabilità del materiale infatti il contenitore giunto alla fine della vita operativa può essere frantumato e distribuito al terreno come concime riducendo i costi di smaltimento. Nel secondo caso la schiuma urea-formaldeide viene miscelata con una matrice organica ligno-cellulosica in percentuale non superiore al 40% in volume a formare blocchetti di varia dimensione particolarmente adatti alla radicazione delle talee (Cattivello 2009).
2.5.4 Copolimeri ureici.
Sono prodotti di sintesi con elevatissima capacità di ritenzione idrica, sono stati messi a punto per usi industriali e studiati recentemente come materia prima per substrati di coltivazione per lo scarso ingombro del prodotto disidratato e per i ridotti costi di trasporto e preparazione.
Si presentano sotto forma di cristalli (simili al sale da cucina), immersi in acqua per qualche ora riescono ad assorbirla e trattenerne fino a 250 volte il loro peso. Hanno un costo abbastanza elevato.
Le prove condotte hanno messo in evidenza la scarsa possibilità d'impiego come materia prima per i substrati di coltivazione sia tal quale che in miscuglio. Il loro grosso limite è di rilasciare con difficoltà l'acqua assorbita, quando l'umidità all'interno del granulo scende intorno al 40 – 50 % della sua capacità idrica massima. In queste condizioni la coltura può andare incontro a stress idrico ed appassire in modo irreversibile, anche quando il substrato è ancora molto ricco di acqua perchè la forza di suzione esercitata dagli apparati radicali delle piante è inferiore a quella con la quale l'acqua viene trattenuta tra le maglie dei polimeri (Leoni 2003).
2.5.5 Resine a scambio ionico.
Sono resine in grado di trattenere e scambiare sia cationi (K+, NH
4+, Ca2+) che anioni
(NO3- , PO43-) (Cattivello 2009). Una volta saturate con elementi nutritivi vengono
aggiunte alla miscela in percentuali variabili fra il 2 e il 10% in volume, a seconda delle richieste nutritive della specie coltivata e della lunghezza del ciclo colturale.
I nutrienti sono rilasciati dalle resine per mezzo di uno scambio con altri ioni presenti nell'acqua di irrigazione. Affinché il processo sia in grado di supportare le esigenze nutritive delle piante, l'acqua deve presentare una conducibilità elettrica compresa fra 0,2 e 1,2 dS/m (Bunt 1988, Cattivello 2009).
A causa del loro elevato costo trovano una limitata applicazione. Il prodotto commerciale più conosciuto è il Lewait HD5 che viene utilizzato per l'allevamento di piante ornamentali in idrocoltura (Cattivello 2009).
2.5.6 Polistirene (o polistirolo).
È un polimero termoplastico ottenuto industrialmente a partire dallo stirene. Oltre i 70°C perde la sua struttura e rigidità e a partire dai 270°C si decompone. Trova impiego industriale per isolamento ed imballaggi. Ha un pH neutro e si caratterizza per una notevole inerzia chimica in quanto presenta una CSC e un potere tampone nulli. Non apporta né scambia alcun elemento nutritivo con le pianta quando aggiunto a un terriccio, né riduce il contenuto di elementi nutritivi per effetto di diluizione. È un materiale molto leggero con densità apparente che oscilla tra 15 e 20 Kg/mc (Bures 1997, Cattivello 2009).
La porosità è molto alta circa 95% (Bunt 1998, Cattivello 2009) ma quella interna ai granuli è preclusa alla penetrazione dell'acqua per questo motivo si ha una ridotta capacità di ritenzione idrica. Ha un'ottima stabilità nel tempo ma il suo reimpiego è possibile solo procedendo ad una loro disinfezione che si presenta problematica qualora si utilizzano temperature superiori ai 70°C (Cattivello 2009).
Le modalità di produzione escludono la presenza di patogeni. L' impiego nella preparazione dei substrati è molto sporadico.