本申請(qǐng)要求于2015年5月13日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/161,234的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其內(nèi)容通過(guò)參引并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及慢釋放材料以及用于控制慢釋放材料從基底或載體擴(kuò)散的擴(kuò)散速率的過(guò)程，并且更具體地涉及滴灌裝置，該滴灌裝置通過(guò)將阻擋材料的層結(jié)合在抑制根生長(zhǎng)的除草劑與滴灌管的壁之間以減少除草劑通過(guò)管道的壁的移動(dòng)，而具有受控的除草劑的釋放速率。

背景技術(shù)：

地下滴灌是周知的具有許多優(yōu)點(diǎn)的灌溉技術(shù)。地下滴灌的主要問(wèn)題是根侵入至諸如帶和管道之類的滴灌裝置中。存在三種技術(shù)用于防止根侵入，并且所述三種技術(shù)包括通過(guò)滴灌系統(tǒng)周期性地注射除草劑、將除草劑連續(xù)地添加至灌溉水中以及/或者將除草劑合成至滴灌裝置的塑料材料中以將除草劑緩慢地釋放至裝置的滴灌器周圍的土壤中。

在這些方法中最常使用的除草劑是二硝基苯胺。二硝基苯胺具有非常低的水溶性。雖然除草劑中的一些除草劑以懸浮的方式被水承載穿過(guò)滴灌器至土壤中，但是大部分除草劑遷移穿過(guò)滴灌管道的壁進(jìn)入滴灌器周圍的土壤中并且大量的除草劑最終距離需要被保護(hù)的滴灌器的排放點(diǎn)非常遠(yuǎn)。將二硝基苯胺添加至滴灌器還可能損害滴灌器至滴灌管道或管的壁的粘合。

周知的是二硝基苯胺從聚合物緩慢釋放來(lái)保護(hù)地下滴灌系統(tǒng)免受根侵入。在某些應(yīng)用中，二硝基苯胺結(jié)合至滴灌器其本身。該技術(shù)在厚壁管道和圓形滴灌器的情況下運(yùn)行良好，然而，在薄壁滴灌管道或帶的情況下運(yùn)行不佳。帶通過(guò)多種技術(shù)而形成有凹刻的或印刷的流動(dòng)圖案。 對(duì)于帶，其中不存在可以方便地結(jié)合二硝基苯胺的厚的模制部或壓制部段。對(duì)于薄壁管道，已經(jīng)研發(fā)了卡至壁的側(cè)部的小的平的滴灌器，并且通過(guò)添加二硝基苯胺減少了至壁的粘合。因?yàn)槎趸桨返尼尫潘俾逝c表面面積成正比與厚度成反比，所以對(duì)于結(jié)合二硝基苯胺的薄壁管道和帶而言，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的壽命周期。

許多地下滴灌系統(tǒng)通過(guò)將除草劑周期性地或連續(xù)地注射至灌溉水中而被保護(hù)免受根侵入。在這些情況下，在灌溉周期中大部分除草劑被吸收至管道的壁中并且從管道的壁中進(jìn)入遠(yuǎn)離出口的土壤。而且，在灌溉周期期間，最靠近注射點(diǎn)的出口比系統(tǒng)的末端處的出口接受到更多除草劑。結(jié)果是除草劑的過(guò)量施用，導(dǎo)致環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)成本兩者。在將除草劑合成至滴灌裝置以形成除草劑浸漬管的情況下，由于大的表面面積，塑料管中低濃度的除草劑將遞送足夠的除草劑至水并且然后遞送至土壤中以防止根侵入。然而，在該方案中除草劑由于直接地移動(dòng)至遠(yuǎn)離需要保護(hù)以防根侵入的排放點(diǎn)的土壤中而被損失。另外，因?yàn)槌輨┕嗳胝麄€(gè)管的壁，因此通過(guò)壁并且進(jìn)入土壤的擴(kuò)散導(dǎo)致產(chǎn)品的短的使用壽命。因此，存在對(duì)于解決現(xiàn)有系統(tǒng)缺陷的用以防止根侵入的改進(jìn)的地下滴灌系統(tǒng)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是一種地下滴灌系統(tǒng)，其包括滴灌管，該滴灌管是壓制的并且具有合成于壓制管中的除草劑。該管在管的外側(cè)上包括防止除草劑直接移動(dòng)至土壤中的阻擋層。除草劑從管遷移至水中并且在通過(guò)滴灌器離開(kāi)進(jìn)入土壤之前位于管內(nèi)。替代性地，包含除草劑的圓形的邊條(bead)是壓制的并且附接至管的內(nèi)壁或者部分地埋在管的壁中。除草劑被從邊條緩慢地釋放至水中，其進(jìn)而通過(guò)滴灌器進(jìn)入土壤。邊條可以是連續(xù)的或者邊條可以以短小的長(zhǎng)度靠近滴灌器放置。阻擋材料的層放置在邊條與壁之間以減少除草劑至壁中的移動(dòng)。阻擋層可以是完全或局部的內(nèi)襯或者阻擋材料可以用作整個(gè)管的外襯。將阻擋壁結(jié)合用于管還改進(jìn)了其中使用了將除草劑周期性地注射至通過(guò)滴灌系統(tǒng)的水或?qū)⒊輨┻B續(xù)添加至灌溉水中的實(shí)施方式的效率。

通過(guò)參照以下詳細(xì)描述和附圖將更充分地了解本發(fā)明的以上和 其他方面。

附圖說(shuō)明

圖1是具有內(nèi)部流動(dòng)路徑的滴灌帶或滴灌管的截面圖，其中，該滴灌帶或滴灌管具有外阻擋層和聚合物材料內(nèi)包括除草劑的生物活性材料的層；

圖2是與圖1類似的滴灌帶或滴灌管的截面圖，其包括與除草劑層定位在一起的殺菌劑層；

圖3是示出了具有內(nèi)部流動(dòng)路徑滴灌帶或滴灌管的局部截面立體圖，其中，該滴灌帶或滴灌管具有阻擋層和如下的連續(xù)邊條，緩慢釋放的除草劑浸漬的聚合物材料的連續(xù)邊條被壓制為在流動(dòng)路徑旁邊的連續(xù)的邊條；

圖4是示出了與圖3類似的滴灌帶或滴灌管的局部截面立體圖，其中，分開(kāi)的邊條相鄰于滴灌器流動(dòng)路徑的排出孔定位；

圖5是示出了滴灌帶或滴灌管的截面圖，其中，除草劑浸漬的聚合物材料的邊條被嵌入具有阻擋材料的帶或管的壁內(nèi)；以及

圖6是具有外部排出器或滴灌器的滴灌帶或滴灌管的截面圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的滴灌帶或滴灌管10的截面。所述帶或管是薄壁產(chǎn)品。這種薄壁的帶或管產(chǎn)品被定義為壁厚大致在大約4密耳(mil)至大約50密耳的范圍中?？梢哉J(rèn)為本發(fā)明對(duì)于具有處于大約4密耳至大約20密耳的范圍的壁厚的滴灌帶產(chǎn)品而言是最有用的。這種帶產(chǎn)品的常規(guī)壁厚為大約8密耳，盡管帶產(chǎn)品可具有高達(dá)大約40密耳的壁厚。本發(fā)明對(duì)于大致具有大于30密耳至大約50密耳的厚度的薄壁管也可以是有用的。帶或管優(yōu)選地由低密度的聚乙烯制成。圖1示出了包括內(nèi)層14和外層16的薄壁管12。內(nèi)層是包含除草劑的聚乙烯或聚烯烴，并且外層16是在使用期間防止除草劑從內(nèi)層向外移動(dòng)至滴灌裝置10所定位的土壤中的阻擋層。

排出器或滴灌器20定位在內(nèi)層的內(nèi)側(cè)壁18上，并且具有用于接收通過(guò)流動(dòng)路徑24的水的入口22。流動(dòng)路徑沿著管12的內(nèi)側(cè)連續(xù)地延伸。水進(jìn)入排出器中的入口22并且通過(guò)延伸穿過(guò)內(nèi)層14和外層16的出口26而離開(kāi)裝置。應(yīng)了解的是，滴灌器沿著管的長(zhǎng)度以預(yù)定的間隔間隔開(kāi)，并且因此，延伸穿過(guò)管的出口26類似地沿著管以一定間隔間隔開(kāi)。出口26將水以低的滴灌速率以及沿著灌溉線以預(yù)定的間隔開(kāi)的間隔來(lái)供給。

如所指示的，管12是雙層壓制品，其中，內(nèi)層是包含除草劑的聚烯烴，該除草劑通過(guò)已知的技術(shù)緩慢地釋放至流動(dòng)路徑24中的水中。除草劑通常使用二硝基苯胺，比如氟樂(lè)靈或二甲戊樂(lè)靈。外層是防止除草劑從內(nèi)層直接地移動(dòng)至土壤中的阻擋層。外層可以是若干阻擋樹(shù)脂中的任一者，包括但不限于薩冉(Saran)、EVA、尼龍(Nylon)、PVDC、EVOH、Barex及其混合物，該混合物具有納米粘土或其他添加劑的或者不具有納米粘土或其他添加劑以進(jìn)一步改善阻擋性能。阻擋層還可以是包含阻擋材料的聚烯烴混合物，比如納米粘土或亞微米二氧化硅或磁鐵礦的氧化鐵粉末。由于阻擋層防止除草劑的穿過(guò)內(nèi)層而離開(kāi)的移動(dòng)，因此所有除草劑將被水承載通過(guò)滴灌器準(zhǔn)確地進(jìn)入需要防止根侵入的土壤。此外，可以選擇外側(cè)阻擋層以改善滴灌裝置的物理性能。

圖2示出了與滴灌裝置10相似的替代性實(shí)施方式滴灌裝置30，其中，添加有與內(nèi)層14結(jié)合的殺菌劑層32，并且包括分散的殺菌劑，用于殺死爛泥產(chǎn)生的(slime-producing)細(xì)菌。殺菌劑層和內(nèi)層是同一層。

圖3示出了另一替代性實(shí)施方式滴灌裝置40，包括具有內(nèi)層44和外層46的多層管42。外層46是由低密度聚乙烯制成的標(biāo)準(zhǔn)柔性供給管。內(nèi)層44是阻擋層，包括之前確定的若干阻擋樹(shù)脂中的任一者。替代性地，內(nèi)層可以是標(biāo)準(zhǔn)柔性供給管而外層可以是阻擋材料層。在圖3的實(shí)施方式中，生物活性材料的連續(xù)邊條48在流動(dòng)路徑52內(nèi)沿著管的內(nèi)側(cè)壁與排出器或滴灌器50相鄰連續(xù)地延伸。替代性地，邊條可以定位于沿著管的內(nèi)側(cè)壁的任何位置。

圖4示出了另一替代性實(shí)施方式的滴灌裝置60，其中，生物活性材料的邊條62不像圖3中是連續(xù)的，而是定位成與灌溉線的排出孔 64相鄰的、并且為分開(kāi)的自包含邊條62。作為另一替代方案(未示出)，生物活性材料的邊條可以形成有如圖2中所示的較大截面，以及在排出孔之間較薄或減小的截面，使得在排出孔附近存在最大表面面積的邊條。

生物活性材料的邊條可以通過(guò)將生物活性材料包含至適合的聚合物粘結(jié)劑而形成，該聚合物粘結(jié)劑可以沿著管的內(nèi)側(cè)壓制并且結(jié)合至管的內(nèi)側(cè)壁。圖3和圖4示出了被壓制為長(zhǎng)形柱體48的邊條或被壓制為截面大致為圓形的分開(kāi)的柱體形狀62的邊條。該構(gòu)型使邊條的表面面積與容積的比值最大化，這在使用期間對(duì)長(zhǎng)期的擴(kuò)散速率方面具有有益效果。生物活性材料是除草劑，比如氟樂(lè)靈、二甲戊樂(lè)靈或其他二硝基苯胺材料，但是也可以使用其他除草劑。除草劑與適合的載體比如碳黑結(jié)合，并且在整個(gè)諸如低密度聚乙烯樹(shù)脂或其他聚烯烴樹(shù)脂之類的聚合物粘結(jié)劑材料中均勻地浸漬。

諸如某些除草劑之類的慢釋放產(chǎn)品通過(guò)首先將除草劑吸收至碳黑的顆粒中而合成，其中，慢釋放產(chǎn)品被包含至諸如用作包封基質(zhì)的聚乙烯之類的聚合物中。使用碳黑原因在于碳黑是惰性的、呈顆粒的形式、并且與海綿的吸收特性相似能夠?qū)⒊輨┓肿游涨冶３衷谄鋬?nèi)。碳黑和除草劑可以以一比一的比例吸收并且然后與呈顆粒形式的少量聚乙烯樹(shù)脂混合，并且該混合的材料稍后混和至標(biāo)準(zhǔn)的聚乙烯載體材料中，其之后可以形成至生物活性材料的邊條中。在圖4的實(shí)施方式中，裝置可以通過(guò)將邊條62以十二英寸間隔共同壓制(co-extruding)而得到，其中，分開(kāi)的邊條大約一英寸長(zhǎng)并且在滴灌器排出孔64附近被壓制。其可以通過(guò)計(jì)時(shí)器在壓制模具輸出上控制停止和開(kāi)始邊條壓制過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。邊條通過(guò)熱融合粘合劑結(jié)合至管材料。

生物活性材料還可包括分散的納米粘土顆粒，用于降低慢釋放生物活性材料的擴(kuò)散速率。生物活性材料的壓制邊條可包括如美國(guó)專利6,821,928中所描述的這種納米粘土顆粒，該專利通過(guò)參引并入本文。

圖3和圖4的滴灌裝置由于其包括阻擋層，防止除草劑移動(dòng)至灌溉線的壁中，從而所有除草劑被水承載通過(guò)入口54至滴灌器50中，并且離開(kāi)排出孔或出口孔64準(zhǔn)確地至需要防止根侵入的位置的土壤。對(duì)于阻擋層在管的外側(cè)上的應(yīng)用而言，除草劑可以添加至邊條和 內(nèi)層兩者，這在需要非常長(zhǎng)的使用壽命的裝置的情況下是有用的。例如，對(duì)于地下滴灌市場(chǎng)需要設(shè)計(jì)成用于持續(xù)一定時(shí)間段范圍的產(chǎn)品。永久農(nóng)作物、比如葡萄或橄欖可能需要20年以上的壽命。農(nóng)作物、例如甘蔗和苜蓿通常大約每7年進(jìn)行改種。番茄為每年改種。通過(guò)使用本發(fā)明的滴灌裝置，裝置的設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)多種厚度的管壁，除草劑的濃度以及使用納米粘土以使根侵入保護(hù)裝置的預(yù)期壽命與農(nóng)作物和農(nóng)民的栽培實(shí)踐相匹配。在包括邊條的應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者還可以改變邊條的直徑以及除草劑的濃度。將根據(jù)特定應(yīng)用的具體情況來(lái)決定使用邊條和/或?qū)⒊輨┨砑又凉芎?或不可滲透的內(nèi)襯或外襯。

如指出的，阻擋層可包括納米粘土，所述納米粘土是可以結(jié)合至聚合物主載體中以協(xié)助來(lái)提供阻擋的納米尺寸的粘土顆粒。納米粘土顆粒的存在減小了聚合物的孔隙率或者協(xié)助提供阻擋。例如，阻擋層可以包括2％的納米粘土。所包含的納米粘土的具體類型可以是如美國(guó)專利6,821,928中所公開(kāi)的。也可以使用其他類型的顆粒，比如亞微米二氧化硅顆粒或磁鐵礦顆粒。

圖5示出了另一實(shí)施方式滴灌裝置70，其中，生物活性材料的邊條72嵌入管76的內(nèi)壁74中。管包括納米粘土顆粒的阻擋層或者可以是如圖1至圖4中所示的多層構(gòu)型。排出器或滴灌器78定位在邊條72上方，從而水承載除草劑在進(jìn)入滴灌器中的入口孔82之后從流動(dòng)路徑84離開(kāi)出口孔80至周圍的土壤中。替代性地，滴灌器和出口孔可以定位在管上的其他位置處。

圖6示出了另一滴灌裝置90，該滴灌裝置90具有與圖1類似的管92(然而，也可以使用如圖2至圖5所示的任何管構(gòu)型)，該管92具有外部排出器或滴灌器94，該外部排出器或滴灌器94通過(guò)位于立柱100的一端處的倒鉤98而穿過(guò)出口孔96附接至管。立柱100延伸穿過(guò)管使得倒鉤98定位在管的內(nèi)側(cè)上。滴灌器94在倒鉤中具有入口孔102并且在相對(duì)端上具有出口孔104。

盡管本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)多種實(shí)施方式被公開(kāi)，但應(yīng)了解的是，在其中進(jìn)行的變化和修改落入本發(fā)明如以下所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。