DE3020275C2 - - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
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- C08K3/40—Glass
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- Cultivation Receptacles Or Flower-Pots, Or Pots For Seedlings (AREA)
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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