DE3020275C2 - - Google Patents

Description

Landwirtschaftlich verwendete Folien für Anbauten in Gewächshäusern oder unter Folientunneln müssen lichtdurchlässig sein, um die Wärme zu bewahren, um dadurch das Haus oder den Tunnel zu wärmen, um die Fotosynthese der Pflanzen zu ermöglichen.

Um ein Gewächshaus oder einen Folientunnel warmzuhalten, ist es erforderlich, den Wärmefluß aus dem Gewächshaus oder dem Folientunnel an die offene Luft zu verhindern.

Der Wärmefluß besteht aus Strahlung, thermischer Leitung und thermischer Konvektion. Von diesen drei Komponenten des Wärmeflusses kann man die Strahlung durch eine Folie, die gegen Bestrahlung beständig ist und gute Wärmebewahrungseigenschaften aufweist, verhindern.

Es ist bekannt, daß die Energie des Sonnenlichtes sich auf Wellenlängenbereiche von 0,3 bis 2 µm verteilt und daß die Strahlungsenergie von Materialien bei Normaltemperatur sich auf eine Wellenlänge im Bereich von mehr als 3 µm verteilt.

Deshalb hat eine Folie mit einer guten Durchlässigkeit für Strahlen einer Wellenlänge von 0,3 bis 2,5 µm, die gegenüber Bestrahlung in einem Wellenlängenbereich von mehr als 3 µm beständig ist, gute Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und auch gute Wärmedämmungseigenschaften.

Die Verwendung von solchen Folien hat den Vorteil, daß die Temperatur in einem Gewächshaus oder einem Folientunnel während des Tages und bei Nacht hoch gehalten wird.

In der Praxis beeinflussen diese Elemente sehr erheblich die Geschwindigkeit des Wachstums landwirtschaftlicher Produkte sowie auch die Ausbeuten und den Verbrauch an Heizenergie. Deshalb ist für landwirtschaftliche Folien die Wärmedämmung eine der wesentlichsten Eigenschaften.

Das Spektrum an Infrarot-Strahlen, das von der Erde mit einer Untergrundtemperatur von 10°C ausgestrahlt wird, ähnelt einem Spektrum an Infrarot-Strahlen, die von einem schwarzen Körper der gleichen Temperatur emittiert werden und wird durch die Planck'sche Formel für die Strahlung eines schwarzen Körpers gemäß Fig. 1 dargestellt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß nahezu die gesamte Energie in einem Wellenlängenbereich von 5 µm (Wellenzahl: 2000) bis 50 µm (Wellenzahl: 200) eingeschlossen ist.

Aus diesem Grund hat man bisher zur Verbesserung der Wärmebehandlungseigenschaften von Folien für landwirtschaftliche Zwecke Materialien zugegeben, die die Infrarot-Strahlung absorbieren oder reflektieren, um eine Abstrahlung und Verteilung der Infrarotstrahlen zu vermeiden. Als solche zugegebenen Materialien sind Kieselsäureanhydrid, Phosphorsäuresalze, wasserfreie Aluminosilikate und Polyacetal bekannt.

Die für diese Zwecke verwendeten Additive müssen drei Anforderungen entsprechende Eigenschaften haben, nämlich daß sie Infrarot-Strahlen in einem weiten Bereich von 5 µm bis 50 µm absorbieren, daß sie einen Brechungsindex haben, der mit der Matrix, in der sie eingeschlossen sind, übereinstimmt, um die Durchlässigkeitseigenschaften für sichtbare oder im nahen Infrarot-Bereich liegenden Strahlen nicht zu erniedrigen, und daß sie eine gute Wasserbeständigkeit aufweisen, damit sie im Freien verwendet werden können.

Von den bekannten Materialien ist kein infrarot-absorbierendes Material bekannt, daß diese drei Anforderungen gleichzeitig erfüllt. Kieselsäureanhydrid hat z. B. einen geeigneten Brechnungsindex und die Wasserbeständigkeit weist jedoch einen engen Wellenlängenbereich für Infrarot-Absorption auf und hat eine schlechte Wärmedämmung. Kalziumphosphat weist einen von synthetischen Harzen unterschiedlichen Brechungsindex auf und ergibt weißlich trübe Folien. Kaliumphoshat hat eine schlechte Wasserbeständigkeit und die Folien werden während des Gebrauchs deshalb weiß.

Aus der US-PS 37 32 181 sind Polymerverbundstoffe, die mit einem niedrig-schmelzenden Glas verstärkt sind, bekannt. Das Glas, das vorzugsweise ein Phosphat- und/oder lein Boroxidglas ist, wird dort in Faserform eingesetzt und dient als Verstärkungsmaterial. Als Anwendungszweck wird dort die Verwendung der glasfaserverstärkten Kunststoffe als Verpackungsmaterial oder für Bänder vorgeschlagen. Über die Lichtdurchlässigkeit und Wärmebeibehaltungseigenschaften der dort beschriebenen glasfaserverstärkten Kunststoffe findet sich in der Patentschrift keine Aussage.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Gewächshäuser und Folientunnel ein geeignetes Folienmaterial zur Verfügung zu stellen, welches Infrarot-Strahlen in einem weiten Bereich absorbiert, einen Brechungsindex aufweist, der mit der Kunststoffmatrix weitgehend übereinstimmt und das außerdem eine gute Wasserbeständigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man eine Folie aus einem synthetischen transparenten Harz mit darin enthaltenem Phosphatglaspulver für Gewächshäuser und Folientunnel verwendet, wobei das Phosphatglas als Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 µm oder weniger in einer Menge von 2 bis 25 Gew.-% vorliegt.

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung der Strahlungsenergiekurve eines schwarzen Körpers bis 283°K;

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung einer Strahlungsdurchlässigkeitskurve durch eine Folie gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung.

Das synthetische transparente Harz hat vorzugsweise eine Durchschnittsdurchlässigkeit für sichtbare Strahlen im Bereich von 400 bis 800 µm von 70% nach dem Verformen zu einer Folie mit einer Dicke von 100 µm.

Erfindungsgemäß verwendete Harze sind Polyolefine, wie Polyäthylen niedriger Dichte, mittlerer Dichte und hoher Dichte, Äthylen/Vinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyamide und Polymethylmethacrylate.

Das erfindungsgemäß verwendete Phosphatglas ist ein Glas, das Phosphor als Hauptkomponente enthält.

Das erfindungsgemäß verwendete Phosphatglas enthält P₂O₅ als Hauptkomponente und Alkalioxid und/oder Erdalkalioxid sowie vorzugsweise Al₂O₃ und/oder B₂O₃ und/oder TiO₂. Das Phosphatglas kann wieterhin 10 Mol-% oder weniger aus den aus Glasrohstoffen stammenden Verunreinigungen wie SiO₂ und Fe₂O₃ enthalten.

Das erfindungsgemäß verwendete Phosphatglas enthält 1 bis 60 Mol-% Alkalioxide und/oder Erdalkalioxide. Weiterhin können zu den vorerwähnten Alkalioxiden und Erdalkalioxiden 1 bis 40 Mol-% an Aluminiumoxiden, Boroxiden und/oder Titanoxiden zugegeben werden.

"Mol-%" bedeutet, daß die Phosphatkomponente als Hauptkomponente als P₂O₅ berechnet wird und daß die Additive jeweils in Form ihrer jeweiligen Oxide, wie K₂O, BaO, Al₂O₃ und TiO₂ berechnet werden.

Vorzugsweise wird ein Glas aus, in Mol-%, 25 bis 75 P₂O₅, 5 lbis 35 Na₂O oder K₂O, 2 bis 25 CaO, MgO oder BaO und 5 bis 35 B₂O₃, TiO₂ oder Al₂O₃ verwendet. Erforderlichenfalls kann man SiO₂, CoO oder Fe₂O₃ zufügen.

Das Phosphatglas liegt als feinteiliges Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 µm oder weniger vor. Weiterhin kann das feinteilige Phosphatglaspulver mit einem Oberflächenbehandlungsmittel, wie einem Paraffin, einer aliphatischen Säure, einem mehrwertigen Alkohol oder einem Silan-Kupplungsmittel oberflächenbehandelt sein. Die Verwendung eines so oberflächenbehandelten Pulvers verbesert nicht nur die Dispergierbarkeit in dem synthetischen Harz, sondern verbessert auch die Grenzflächenadhäsion an das synthetische Harz und die Reißfestigkeit.

Folien aus den ein Phosphatglas enthaltenden Harzmaterialien zeigen eine breite Absorption im Infrarot-Wellenlängenbereich vn 5 µm bis 50 µm, haben eine sehr gute Lichtdurchlässigkeit, weil die Brechungsindices des Glases denen des Grundharzes angepaßt werden können, und sind sehr wasserbeständig. Die Menge des zugefügten Phosphatglaspulvers hängt von der Art des synthetischen Harzes, der Dicke der Formkörper und dergleichen ab. Selbstverständlich ist es erforderlich, die Menge zu erhöhen, wenn die Dicke von Folien abnimmt. Stellt man z. B. eine Folie aus einem niedrig dichten Polyäthylen in einer Dicke von 100 µm her, so kann man gute Infrarot-Absorptionseigenschaften und infolge dessen gute Wärmebehandlungseigenschaften durch Zugabe von 10 Gew.-% des Phosphatglaspulvers bewirken. Bei Verwendung von Polyvinylchlorid kann man die Menge an Phosphatglaspulver vermindern, weil Polyvinylchlorid höhere infrarot-absorbierende Eigenschaften hat als Polyolefine.

Erfindungsgemäß wird das Phosphatglaspulver in einer Menge von 2,0 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Harz und einer Teilchengröße des Phosphatglaspulvers von 10 µm oder weniger für die Herstellung von Gewächshäusern oder Folientunnel verwendet.

Die Zugabe des Phosphatglaspulvers wird vorgenommen, indem man es homogen in der Folie dispergiert, jedoch kann man sie auch so vornehmen, daß eine Konzentrationsverteilung in der Dickenrichtung vorliegt. Wenn im mittleren Teil der Dicke ein höherer Gehalt vorliegt, so kann man eine glattere Folienoberfläche herstellen, und dadurch kann eine Streuung des Lichtes an der Oberfläche vermieden und die Menge des hindurchgehenden Lichtes erhöht werden.

Wenn die Durchschnittskonzentration die gleiche ist, dann wird, auch wenn in der Folie eine Konzentrationsverteilung in der Dickenrichtung vorliegt, die Wärmebewahrungseigenschaft nicht verändert.

Eine Konzentrationsverteilung kann man erzielen, indem man ein nicht Phosphatglas enthaltendes Material oder ein nur wenig Phosphatglas enthaltendes Material auf beide Oberflächen eines Materials, das Phosphatglas in einer großen Menge enthält, laminiert. Den synthetischen Harzmassen können vor der Vorformung eine Reihe von Additiven zugegeben werden. Z. B. kann man zur Verbesserung der Dispergierbarkeit des Phosphatglaspulvers in dem synthetischen Harz ein Dispergiermittel, wie Metallsalze von aliphatischen Säuren, zugeben. Das Dispergiermittel kann zusammen mit dem Phosphatglaspulver oder während des Vermischens des Phosphatglaspulvers mit dem Harz zugegeben werden. Durch die Zugabe eines Dispergiermittels wird die Dispergierbarkeit des Phosphatpulvers verbessert und damit wird auch die Lichtdurchlässigkeit in den Formkörpern verbessert. Die erfindungsgemäß verwendeten Folien können durch übliche Verfahren, z. B. durch Extrudieren, Blasverformen oder Kalandrieren hergestellt werden.

Die Erfindung wird in den Beispielen und Vergleichsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus 90 Gew.-% Polyäthylen niedriger Dichte und 10 Gew.-% eines Phosphatglaspulvers einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 µm und der Zusammensetzung 75 Mol-% P₂O₅ und 25 Mol-% BaO wurde zu einer Folie einer Dicke von 0,1 mm bei l10°C blasverformt.

Beispiel 2

Eine Mischung aus 90 Gew.-% des gleichen Polyäthylens niedriger Dichte wie in Beispiel 1 und 10 Gew.-% eines Phosphatglaspulvers einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 µm und einer Zusammensetzung aus 40 Mol-% P₂O₅, 30 Mol-% K₂O, 20 Mol-% Al₂O₃ und 10 Mol-% CaO wurde zu einer Folie einer Dicke von 0,1 mm bei 170°C blasverformt. Die Durchlässigkeit durch diese Folie wurde berechnet, indem man das Spektrum einer Schwarzkörperstrahlung multiplizierte mit der gemessenen Durchlässigkeit der Folie bei jeder Wellenlänge.

Beispiel 3

Ein Gemisch aus 95 Gew.-% weichgemachtem Polyvinylchlorid (enthaltend 35 Gew.-% Dioctylphthalat als Weichmacher) und 5 Gew.-% Phosphatglaspulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 µm der Zusammensetzung 45 Mol-% P₂O₅, 30 Mol-% MgO, 20 Mol-% B₂O₃ und 5 Mol-% Al₂O₃ wurde zu einer Folie einer Dicke von 0,1 mm bei 150°C blasverformt.

Beispiel 4

In Beispiel 2 hatte die Folie einen dreischichtigen Aufbau, wobei 30 Gew.-% Phosphatglas in die mittlere Schicht eingegeben wurden und das Dickenverhältnis der Schichten von der Außenschicht/Mittelschicht/Innenschicht 1/1/1 betrug. Die Durchschnittskonzentration an Phoshatglas war 10 Gew.-%. Die Verformung wurde mit Hilfe einer Dreischicht-Glasverformungsmaschine unter Bildung einer Folie mit einer Dicke mit 0,1 mm bei 170°C durchgeführt.

Vergleichsbeispiel 1

Das in Beispiel 1 verwendete Polyäthylen niedriger Dichte wurde allein bei 170°C zu einer Folie einer Dicke von 0,1 mm für übliche landwirtschaftliche Zwecke bei 170°C blasverformt.

Vergleichsbeispiel 2

Wie in Beispiel 1 wurde eine Folie einer Dicke von 0,1 mm hergestellt mit der Ausnahme, daß 10 Gew.-% Siliciumdioxidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 µm anstelle des Phosphatglaspulvers verwendet wurden.

Vergleichsbeispiel 3

Eine Folie einer Dicke von 0,1 mm wurde wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß 10 Gew.-% Kalziumphosphatpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 3 µm anstelle des Phosphatglaspulvers verwendet wurden.

Vergleichsbeispiel 4

Eine Folie einer Dicke von 0,1 mm wurde wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß 10 Gew.-% Kaliumphosphatpulver einer Teilchengröße von 3 µm anstelle des Phosphatglaspulvers verwendet wurde.

Vergleichsbeispiel 5

Eine übliche landwirtschaftliche Polyvinylchloridfolie mit einer Dicke von 0,1 mm wurde wie in Beispiel 3 hergestellt mit der Ausnahme, daß das in Beispiel 3 verwendete weichgemachte Polyvinylchlorid allein verwendet wurde.

Die Durchlässigkeit für die Strahlungsenergie eines schwarzen Körpers bei 283°C der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Folien wurde gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.

Weiterhin wurden Tunnels für landwirtschaftliche Zwecke unter Verwendung der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Folien gebildet. Die niedrigste Temperatur der Tunnels zur Nacht bei gutem Wetter wurde unter gleichen Bedingungen gemessen. Die niedrigste Temperatur an der freien Luft war 1,4°C. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.

Zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und der Wasserbeständigkeit der Folien wurde nach Messung der Durchlässigkeit der Folien für natürliches Licht, die Durchlässigkeit der Folien für natürliches Licht gemessen, nachdem sie in Wasser von 60°C getaucht worden waren. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.

Aus den Ergebnissen in Tabelle 1 und 2 geht hervor, daß alle Folien der Beispiele gute Wärmebewahrungseigenschaften haben, daß auch die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und die Wasserbeständigkeit gut sind, während die Folien gemäß den Vergleichsbeispielen in wenigstens einer Eigenschaft, also der Wärmebeständigkeit schlechter sind.

Tabelle 1

Die Durchlässigkeit für die Strahlungsenergie eines schwarzen Körpers wird wie folgt gemessen: Ein berechnetes Spektrum des Strahlungsspektrums des schwarzen Körpers bei der Temperatur wird mit der gemessenen Durchlässigkeit der Folie bei jeder Wellenlänge multipliziert und das so erhaltene Durchlässigkeitsenergiespektrum wird zum Erhalten der Durchlässigkeitsenergie integriert und die so erhaltene Durchlässigkeitsenergie wird durch die Menge der Strahlungsenergie des schwarzen Körpers dividiert.

Tabelle 2

Die Brechungsindices der in den Beispielen verwendeten Phosphatgläser sowie der in den Vergleichsbeispielen verwendeten anorganischen Pulver und der Matrixpolymere war die folgende:

Probe
Brechungsindex
Glas in Beispiel 1
1,51
Glas in Beispiel 2	1,51
Glas in Beispiel 3	1,53
Siliziumoxid in Vergleichsbeispiel 2	1,50
Kalziumphosphat in Vergleichsbeispiel 3	1,56
Kaliumphosphat in Vergleichsbeispiel 4	1,51
Niedrig-dichtes Polyäthylen (Beispiele 1, 2 und 4, Vergleichsbeispiele 1 bis 4)	1,51
Weichgemachtes Polyvinylchlorid (Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 5)	1,53

Claims (2)

1. Verwendung einer Folie aus einem synthetischen transparenten Harz mit darin enthaltenem Phosphatglaspulver für Gewächshäuser und Folientunnel, wobei das Phosphatglas als Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 µm oder weniger in einer Menge von 2 bis 25 Gew.-% vorliegt.

2. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie einen Laminataufbau hat und das Phosphatglaspulver in der Dickenrichtung in Konzentrationsverteilung vorliegt.