CN103957692B - 用于制造温室屋顶的层状体和温室栽培方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造温室屋顶的层状体，所述层状体包括至少一个薄片层，所述至少一个薄片层界定所述层状体的至少一个主表面并且包含聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛TiO2的纳米颗粒。所述纳米颗粒具有不大于100nm的尺寸。相对于所述聚合物基体，所述二氧化钛以30ppm与1500ppm之间的重量浓度存在。本发明还涉及一种温室栽培方法以及根据本发明的层状体用于制造温室屋顶的用途。本发明还涉及一种温室，所述温室具有屋顶，所述屋顶包括至少一个根据本发明的层状体，并且本发明还涉及一种用于制造根据本发明的层状体的薄片层的母料。

Description

用于制造温室屋顶的层状体和温室栽培方法
发明领域
本发明涉及一种用于制造温室屋顶的层状体(laminar body)和温室栽培方法。
背景技术
如所已知，在温室栽培中，根据屋顶(膜或片材)的光透射率和当前栽培状态来减少温室内的日间温度是基本的。
迄今为止，温度下降超过生理公差极限已经通过在屋顶中插入分散剂或滤光剂来实现。
在所有情况中，所使用的添加剂就事实而言减少植物可用阳光辐射，并且因此减少植物光合作用，这对植物本身带来明显不良影响。在实际上的最大日晒和辐照时刻，应当促成相反影响(即，光合作用增大)以使栽培的生产率和健康度增加。
在这种构架内，已经提出多层膜以用于来制造温室屋顶，该多层膜被设计成单独层的多层结构和化学组分以增加膜的“光致发光”，其中辐射带从UV场转变成可见场。然而，对植物的有益影响受到限制。
另外，添加剂的使用必须在考虑到对屋顶所使用的层状体的机械抗性和化学抗性的影响的情况下评估。
比起由刚性或半刚性的片材制造的屋顶，这在由柔性的膜制造的屋顶的情况下更为重要。柔性的膜要比刚性片材更为便宜，并不要求更坚固的支持结构，并且易于涂覆，但同时通常具有较低的机械抗性和化学抗性。
因此，对屋顶材料和添加剂的选择非常重要，这是因为需要满足不同(有时甚至相反)要求。例如，机械抗性可以通过增加厚度来增大，但这减少层状体的光透射。此外，对于同一厚度，例如像塑料PVC(常常用来制造刚性片材)的材料的热学效应(被理解为在夜晚维持温室中的温度的能力)是如聚乙烯(常常用来制造柔性的膜)的另一材料的热学效应的两倍。
就此而言，可以引用的实例是由LDPE、EVA/C、PP制造并添加通常是硅酸盐或碳酸盐的添加剂的膜，它防止或限制阳光辐射(UVA、可见或短IR)直接透射在植物上，从而防止因太阳光线的折射或衍射造成的灼伤。
称作“漫射光”的这些膜包含矿物电荷或具有将所有光照辐射(包括UVA射线)反射成部分在温室内部并且部分在温室外部的效应的其他溶液。对光线的各种反射确定入射能量减少，但在同时，降低对植物的辐射水平，尽管确保某种程度上的有利光均匀性。最终效应在于，辐射总体降低，通常可能并不足以实现生理要求。
所用添加剂进一步弱化膜的结构，并在厚度相同的情况下，减小膜的机械抗性。
基于包含分散气泡的聚合物材料的膜也被提及。比起这种膜的通过同一基础聚合物来产生的相似物，所述膜具有平均更低的机械抗性。另外，在短红外场中对阳光辐射的高度吸收(由于存在导致特定物理和化学结构的气泡)减少直射光到温室内部中的输入，从而确定低辐射的情况有时不与许多作物的要求相兼容。对于UV场中几乎总吸光率，也得到相同观察结果。
如所已知，温室栽培的另一典型问题是屋顶的内表面上形成冷凝。这种现象会因它为寄生虫的扩散提供理想环境而对作物造成极度损坏，并因冷凝水滴滴到叶或果实上而对作物造成直接并不可抵抗的损坏。
一般来说，在用于制造屋顶的常规膜的表面上存在的静电电荷无法解决所述严重冷凝问题。因此，目前，所述现象通过以下方式减弱：将表面活性剂添加到膜以减小表面张力，然而，其效力有限并且持续时间相对较短。
发明内容
因此，本发明的目的在于通过提供一种用于制造温室屋顶的层状体来消除上述现有技术缺点，所述层状体使得可以在不减少屏蔽效应的情况下增大作物光合作用活性。
本发明的另一目的在于提供一种用于制造温室屋顶的层状体，所述层状体可以在不使用表面活性剂的情况下来减少所述温室内形成的冷凝。
本发明的另一目的在于提供一种用于制造温室屋顶的层状体，所述层状体具有机械抗性和化学抗性。
本发明的另一目的在于提供一种用于制造温室屋顶的层状体，所述层状体容易生产并且有经济性。
本发明的另一目的在于提供一种温室栽培方法，所述温室栽培方法使得在不减少其保护效应的情况下，增大植物光合作用活性。
根据前述目的的本发明的技术特性可通过所附权利要求的内容清楚获悉，并且它的优点将从以下详细说明书中更清楚。
具体实施方式
根据本发明的一般实施方案，用于制造温室屋顶的层状体包括至少一个薄片层，所述至少一个薄片层界定所述层状体的至少一个主表面，并且包含聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛TiO2的纳米颗粒。
如将在下文进一步并更清楚地解释，出于本发明的目的，在使用情况中，层状体通过主表面定向，所述主表面通过具有纳米颗粒的前述至少一个薄片层来界定，直接面向温室内。
二氧化钛TiO2纳米颗粒具有不大于100nm(纳米)的尺寸。
相对于所述聚合物基体，所述二氧化钛以30ppm与1500ppm之间的重量浓度存在(例如，介于0.003重量％与0.15重量％之间)。实际所观察到的是，呈纳米颗粒形式的二氧化钛的浓度超过1500ppm重量(具体来说，如果超过1重量％)因其分子键的剧烈氧化效应而基本是有害的，从而在极短时间内毁坏膜并降低膜的光透射率至栽培的不可接受的值。其他不利影响将在说明书中进一步指出。
优选地，相对于所述聚合物基体，所述二氧化钛以介于300与1500ppm之间的重量浓度存在(例如，介于0.03重量％与0.15重量％之间)。
优选地，二氧化钛TiO2纳米颗粒具有不大于20nm(纳米)并且甚至更优选地不大于10nm的尺寸。
有利地，二氧化钛纳米颗粒均匀分散在聚合物基体中。
优选地，二氧化钛TiO2纯度不小于99.5％。优选地，二氧化钛不包含可对聚合物基体造成不利影响的污染元素。
根据优选实施方案技术方案，二氧化钛TiO2呈锐钛矿形式。
可以设想使用呈锐钛矿形式和呈金红石形式的二氧化钛的混合物。
优选地，所述聚合物基体由聚烯烃和聚烯烃的热塑性共聚物制成。
具体来说，具有纳米颗粒的前述层的聚合物基体包含一种或多种选自以下的聚合物：聚乙烯(PE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、丙烯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯丙烯酸甲酯(EMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、乙烯四氟乙烯(ETFE)以及聚偏二氟乙烯(PVDF)，所述聚合物可单独选用或彼此混合。并不排除使用其他聚合物。
优选地，前述至少一个薄片层通过挤出或共挤出获得。通过相同方式甚至在薄片层包括两个或更多个此类薄片层(如在说明书中进一步描述)的情况下，此类层通过挤出(并且随后彼此联结)单独获得，或者通过共挤出而获得(已联结在一起)。
有利地，聚合物基体在其内包含光稳定添加剂。
优选地，使用光稳定剂，所述光稳定剂并不具有对UV射线的屏蔽特性。具体来说，此类稳定剂是立体受阻胺稳定剂，HALS(受阻胺类光稳定剂)(HALS)或NOR_HALS(单体N-烷氧基受阻胺类光稳定剂)。
可以使用具有UV屏蔽效应的光稳定剂(如镍猝冷剂)替代非屏蔽性光稳定剂或与所述非屏蔽性光稳定剂组合。
优选地，前述光稳定添加剂在单个薄片层中以0.60％至1.25％的重量浓度存在。
有利地是，单个薄片层的聚合物基体在其内包含具有UV屏蔽功能的添加剂。优选地，具有UV屏蔽功能的添加剂(UV吸收剂)以0.15％至0.35％的重量浓度存在。具体来说，具有UV屏蔽效应的此类添加剂选自三嗪(2,4-双(2,4-二甲基苯基)-6-(2-羟基-4-正-辛氧基苯基)-1,3,5-三嗪)、苯甲酮(2-羟基-4-正-辛氧基二苯甲酮)、三唑(3,5-二(叔丁基)-4-羟基苯甲酸、十六烷基酯)以及苯并三唑(2-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑)。
光稳定剂和/或具有UV屏蔽功能的添加剂的存在使测定薄片层内的TiO2的反应性成为可能。为此目的，具体来说，所使用的添加剂具有的对UV射线的透射率在至少25％UV透射率下是315nm至400nm，从而可以在足够的层状体使用持续时间内对分子键的有利催化效应和同时充分保护。
有利地，单个薄片层的聚合物基体在其内包含表面活性剂添加剂。具体来说，所述表面活性剂添加剂选自十八烷乙酯和单硬脂酸脱水山梨醇酯，所述表面活性剂添加剂可单独选用或彼此混合。优选地，前述表面活性剂添加剂在单个薄片层中以1％至1.5％的重量浓度存在。
如将在说明书中进一步描述，在层状体包括包括两个表面薄片层(其中一个面向温室内部，且另一个面向温室外部)的情况下，表面活性剂优选仅存在于面向内部的薄片层中。使用表面活性剂的目的在于恒定维持层状体表面(面向温室内部)上的极良好的膜的湿度，如将在说明书中稍后指出，这种膜的湿度可以实现在温室内部传播的光催化反应，从而确定环境消毒效应。
鉴于呈锐钛矿形式的二氧化钛的超亲水性，使用重量浓度在单个薄片层上超过1500ppm的TiO2锐钛矿纳米颗粒将会导致层状体表面实际上是干燥的。在层状体表面上没有湿度将会防止由所述TiO2激活的氧化还原反应发生并且因此防止与此类反应有关的杀菌、防病毒和防菌效应(如将在说明书中进一步地描述)。面向温室内部的表面薄片层的聚合物基体内的表面活性剂的存在旨在减弱二氧化钛的超亲水性，以确保(如已所述)膜的湿度存在。
有利地是，单个薄片层的聚合物基体可以在其内包含微粉化石英岩(也被称为硅晶粉末或者二氧化硅粉末)。具体来说，微粉化石英岩具有10μm至20μm(微米)的平均颗粒尺寸。优选地，微粉化石英岩在单个薄片层中以0.3％至0.5％的重量浓度存在。
已观察到，在聚合物基体内存在的微粉化石英岩与锐钛矿二氧化钛纳米颗粒协同作用。石英岩晶体将UV的一部分反射到二氧化钛纳米分子表面上。这以显著但标准的方式增大光催化。此类微晶的特定形成不影响薄片层的透射率。相反，证据表明，此类晶体导致光照辐射(在可见光谱内)可能偏移，其中温室环境的总光照度略增大。在任何情况中，微粉化石英岩和纳米颗粒二氧化钛的存在导致光本身在温室内部的更大分布，从而减少辐射在植物和操作人员上的风险而不限制辐射密度，并对温室环境具有有利影响。
另外，微粉化石英岩的存在通过对温室使用的有益效应来显著增大对薄片层(并且因此层状体)的中-长IR辐射(温室效应)的屏障效应。用作温室屋顶的层状体能够极大保留地面和植物在夜晚释放出的热量，从而能够实现层状体的改进的农学结果和改进的催化活性。所述后者实际上保持在更高温度：这有利于光催化反应。
微粉化石英岩和TiO2纳米颗粒的存在确定对进入温室的辐射的加热效应的显著屏障效应。石英岩和二氧化钛实际上吸收辐射以执行光催化功能(同时放热并且吸热)。因此，已经发现，由于这种热量屏障效应，相比具有传统屋顶的温室，具有由根据本发明的层状体制造的屋顶的温室内的温度始终保持极低。根据本发明的层状体另外维持它的总透射率基本上不随时间改变，而不需要使用其他类型添加剂或化学物质，所述添加剂或化学物质适于形成光的屏障并因此形成针对在栽培和层状体本身寿命上有不利影响的热量的屏障。
因此，根据本发明的层状体在用作温室屋顶时，同时呈现热量屏障效应和水屏障效应。
根据优选实施方案技术方案，具有纳米颗粒的前述至少一个薄片层呈膜的形式。
“膜”是指分层结构，其一般是柔性的，具有大约数十微米到高达数百微米的主表面展宽和厚度。
根据可选的实施方案技术方案，具有纳米颗粒的前述至少一个薄片层呈片材的形式。
“片材”是指刚性或半刚性层状结构，具有大约数毫米的展宽和厚度。
有利地，根据本发明的层状体可由单个薄片层、膜或片材形式构成。在该情况中，薄片层界定层状体的两个相对主表面。在使用情况中，此类表面应当一个面向温室内部，另一个面向温室外部。
根据本发明的层状体可以包括两个或更多个薄片层，这些薄片层优选呈膜形式。在该情况中，优选地，每个薄片层界定层状体两个相对主表面中的一个，并且在使用情况中，所述表面应当一个面向温室内部，另一个面向温室外部。
层状体可以包括至少一个支持基底，所述支持基底上联结单个薄片层或前述两个或更多个薄片层。在基底上的单层情况中，单个薄片层仅仅界定层状体的两个主表面中的一个。
在联结到基底的两个薄片层情况中，基底优选介于两个薄片层之间，以使后者界定层状体两个相对表面，所述表面中的一个将面向温室内部且另一个将面向温室外部。
支持基底可由聚合物材料的膜构成或由聚合物材料的片材构成。
有利地，支持基底的聚合物材料可与用于单个薄片层或多个薄片层的聚合物基体的相同。
根据优选实施方案技术方案，层状体包括具有纳米颗粒的呈膜形式的两个薄片层以及定位在两个层之间的呈膜形式的中间支持基底。
有利地，两个薄片层和支持基底是共挤出的。
根据特定实施方案技术方案，具有纳米颗粒的两个薄片层具有由15重量％至20重量％的无规共聚物PP和80重量％至85重量％的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)构成的聚合物基体，而支持基底具有EVA的聚合物基体。EVA与14％的醋酸乙烯酯一起使用。在两个薄片层中的每个层上，存在呈锐钛矿形式的60ppm至80ppm重量的二氧化钛。纳米颗粒具有5nm至10nm(纳米)的尺寸。总体来说，层状体具有约200μm的厚度，其中薄片层和基底的厚度基本上均匀划分。
根据优选实施方案技术方案，具有纳米颗粒的两个表面薄片层具有包括重量浓度在20％与15％之间(具有14％的醋酸乙烯酯)的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的聚乙烯的聚合物基体，而中间基底具有包括重量浓度在80％与85％之间(具有14％的醋酸乙烯酯)的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的聚乙烯的聚合物基体。在两个薄片层中的每个上，存在呈锐钛矿纳米颗粒形式的约1,000ppm重量的二氧化钛。纳米颗粒具有5nm至10nm(纳米)的尺寸。
优选地，在包括至少两个表面薄片层和介于两个表面薄片层之间的中间基底的层状体的情况下，两个表面薄片层中的一个具有包括前述表面活性剂添加剂的聚合物基体，而另一个表面薄片层具有不含表面活性剂添加剂的聚合物基体。出于将在下文描述的原因，当层状体用作温室屋顶时，具有表面活性剂添加剂的表面薄片层应当被制成面向温室内部，而不具有前述表面活性剂添加剂的另一个表面薄片层应当被制成面向温室外部。
中间基底可与表面薄片层具有相同组分。具体来说，中间基底可以具有聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛TiO2的纳米颗粒。所述纳米颗粒具有不大于100nm，优选不大于20nm，并且甚至更优选地不大于10nm的尺寸。相对于所述聚合物基体，二氧化钛以介于30ppm与1500ppm之间的重量浓度，并且优选以300ppm至1500ppm的重量浓度存在。更详细地，中间基底的聚合物基体可以在其内包含与两个表面薄片层中包含并如上所定义的那些相同的添加剂(在类型和浓度方面相同)。
可选地，中间基底可与表面薄片层具有不同组成。具体来说，中间基底可以不含二氧化钛纳米颗粒或可具有更低浓度。对纳米颗粒的描述还适用于微粉化石英岩、光稳定剂以及UV滤光剂。
优选地，中间基底始终在其内包含选自以下的表面活性剂添加剂：十八烷乙酯和单硬脂酸脱水山梨醇酯，所述表面活性剂添加剂可单独选用或彼此混合。此类表面活性剂添加剂以类似于或甚至高于表面薄片层的重量浓度存在(即，1％至1.5％)。此类添加剂具有低熔点(低于50℃)，因此有朝层状体外部迁移并且随后脱离层状体的趋势。中间基底可以充当用于表面薄片层的储罐或储槽，以便确保表面层中的此类添加剂的浓度在更长时间段内稳定。考虑到浓度梯度，该添加剂实际朝着薄片层逐渐迁移。
中间基底的组成相对于表面薄片层的厚度进行选择。随着厚度减小，表面薄片层所提供的根据本发明所描述的有益效应的益处减少。因此，中间基底的作用也变成是必需的。因此，在的表面薄片层的厚度减小(20-30μm)的情况下，基底的组成在添加剂和纳米颗粒的质量和浓度方面与表面薄片层的组分的组成相当。
优选地，根据本发明的层状体在其各种配置中具有25μm至300μm的厚度。对于具有单个薄片层的技术方案，优选采用接近下限的厚度，而对于多层技术方案，优选采用接近上限的厚度。
还可构想厚度超出前述范围的技术方案。
优选地，二氧化钛纳米颗粒的尺寸相对层状体和单个薄片层的厚度进行选择。具体来说，绝对优选地，当层状体厚度接近前述范围下限时，使用尺寸不大于10μm的纳米颗粒。
薄片层和呈膜形式的基底优选通过挤出制成。具体地说，可以使用挤出吹塑、压延挤出或者平片挤塑。在多层层状体(即，具有两层或更多层薄片层、具有或不具有呈膜形式的支持基底)的情况下，优选使用共挤出方法。
在呈片材形式的基底的情况下，分别制成单个薄片层或者两个或更多个薄片层，并且随后将其附着到基底上。
其中薄片层呈片材形状的技术方案可以尤其构想在固体片材中和/或具有蜂窝(alveolar)结构的片材中。
已观察到，比起传统技术方案，根据本发明的用于制造温室屋顶的层状体可以实现涉及到作物光合作用活性显著增大的出人意料的农学结果。
具体来说，比起所种植的植物的正常成熟速率，在用作温床的温室中进行的测试表明发育显著更早。在农产品的完善状况方面，已经看出植物较为健康，其中所种植的植物的特性的均匀性程度较高。也观察到小植物(plantlet)高程度的健壮性和叶片厚度增加。另外，小植物示出完美根器(root apparatus)，这是成功栽培的重要方面。
还在温室中以很差的光和湿度条件进行测试。在具有由根据本发明的层状体(尤其是柔性的膜)制成的屋顶的温室中，作物继续在没有特定应力的情况下生长。在传统温室中，在类似环境条件下，可观察到完全的生长阻滞，尽管已经用杀虫剂来处理，而在根据本发明的温室中不一定需要杀虫剂。
如将在说明书中进一步指出，相对于本发明涉及的温室栽培方法，上述农学效应与层状体中的薄片层的存在有关，所述薄片层界定层状体本身的至少一个主表面并且包含聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛TiO2的纳米颗粒，具有范围30ppm至1500ppm的重量浓度，并且所述纳米颗粒具有不大于100nm的尺寸。
通过具有锐钛矿纳米颗粒的层状体发现最佳农学效应，其中所述锐钛矿纳米颗粒重量浓度为约1000ppm，并且颗粒尺寸不大于10nm。
在前述薄片层上和/或附近存在阳光辐射的情况下，此类效应主要是由于呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛纳米颗粒所产生的光催化活性。活性剂是阳光辐射(或甚至人造光辐射)。
前述光催化活性导致沉积在薄片层的表面上和/或附近的有机和/或无机物质的氧化还原性质的降解过程。实际上，不利影响植物能力并因此影响作物的光合作用活性的高浓度的细菌、病毒、污染物和有毒物质(如杀虫剂，尤其是基于硫或氯的杀虫剂)通常在温室内部、屋顶附近出现或沉积在这两者上。
有机和无机污染物质的降解产物不会再对温室环境构成危害，所述降解产物最终是CO2和水和/或沉积在发生上述反应的表面上的可溶解盐(如碳酸盐和硝酸盐)。这些盐易于移除：它们可以通过容易地灌溉水来消除而不对环境造成影响，或者甚至由植物来直接使用。
CO2和水的形成以及因此将所述物质添加到温室环境中另外确定光合作用的进一步被动增大。
前述氧化还原反应现象并不降解二氧化碳纳米颗粒，因为它被作为催化剂来间接干涉并且在化学转化过程中非直接地干涉。
从过程的动态角度看，它在确定波长的光照辐射涉及充当半导体的二氧化钛纳米颗粒时开始。因此，形成电子-空穴联接。这些随后导致支持表面上吸附的化学物质(特别是氧气和水)和适当氧化还原电位的氧化和还原。其后化学过程实际上是因光(阳光或人造光)与空气(氧气)和/或水的组合效应而开始的氧化。阳光辐射(紫外光和射线)激活聚合物基体薄片层中包含的TiO2。钛与温室内的环境中存在的氧气和水相互作用。氧气和/或水的氧化还原过程所产生的化学物质使得接触表面的污染物质氧化或还原，从而粉碎这些污染物质。
前述降解现象还会确定表面的自清洁过程。因此，随着时间推移，维持层状体的最佳光照透射。光催化所沉积的有机和/或无机误会一旦被转换成简单物质，就可容易地被雨水冲走。比起自然趋于逐渐变脏的其他膜，这就导致生产增加，从而减小膜透射率，有时所述膜透射率低于光合作用活性所要求的最小阈值。
这些降解现象具有对层状体寿命的有利影响。在实际中，通过支持降解硫和/或氯化合物(尤其来自杀虫剂)，即可减少这样的化合物对层状体的化学侵蚀。
层状体的面向温室内部的二氧化钛的存在进一步在屋顶的内表面上形成超亲水性情况。这触发了有用自然滴水防止过程，其中在不循环使用表面活性剂的情况下，形成传统屋顶膜的危险并有害的液滴冷凝急剧减少。然而，如已所述，与表面活性剂的组合使用优选用于减弱二氧化钛的超亲水性特性。
由于所栽培的植物的光合作用活性增大，因此，穿过具有二氧化钛纳米颗粒的薄片层的太阳光线得到物理激发。
同时，层状体的温室效应特性得以维持并且通常增大。温室效应增大关联TiO2对红外中-长辐射(7000至13,000nm)的不透光性，也就是说，由添加到温室效应的受热主体释放的热量是层状体本身特有的。
上文所指定的浓度下的TiO2纳米颗粒，尤其是呈锐钛矿形式的TiO2纳米颗粒的存在具有与UVA辐射“相互作用”的出人意料的特性，从而使得曾经导致(由于辐射效应高的波频(参见微波效应))破坏聚合物键并“灼伤”植物的此辐射的效应部分失效。非滤光性屏蔽效应由此产生(与现有技术的技术方案不同)，从而可以在没有危险的情况下使用温室内整个范围的光照辐射，以便实现作物益处并且因此实现经济的生产管理。分散在聚合物基体中的TiO2纳米颗粒(处于指定浓度)的存在还具有“漫射”效应，这可以改进光在温室内的分布，并且因此增加农产品的均匀性。
由于其减弱UVA射线的反应性的能力，二氧化钛的存在还对层状体的化学稳定性并因此对层状体的机械抗性具有有益影响。这可导致温室管理成本显著减少，并且因此减少因屋顶材料的过早破裂而对作物造成损坏的可能性。
本发明涉及一种温室栽培方法。
所述方法包括以下步骤：
a)预先布置温室，用至少一个根据本发明的层状体制造屋顶，如上所述；具体来说，所述层状体包括至少一个薄片层，所述至少一个薄片层界定所述层状体的至少一个主表面并且包含聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛TiO2的纳米颗粒，所述纳米颗粒具有不大于100nm的尺寸，并且相对于所述聚合物基体，所述二氧化钛以30ppm与1500ppm之间的重量浓度存在；
b)将所述层状体定向，使得具有纳米颗粒的所述薄片层所界定的主表面直接面向所述温室内部；以及
c)促使阳光辐射(可见光和UV光)穿过具有二氧化钛纳米颗粒的所述薄片层，以便促使所述薄片层附近存在或吸收在所述薄片层中的氧和/或水进行氧化还原反应；所述反应通过二氧化钛纳米颗粒光催化，并且影响有机物质和无机物质与所述薄片层接触或流动到所述薄片层附近，从而降解所述物质。
具体来说，促使阳光辐射穿过的步骤c)在制造层状体的步骤中采用的形式是消除或在任何情况下减少使用屏蔽阳光辐射并尤其是光催化过程中更强烈地涉及的更高频率下的UV和可见光的物质或添加剂。具体来说，如已所述，优选地是采用如HALS或NOR-HALS的非屏蔽光稳定添加剂。
可操作地，在栽培过程中，步骤c)甚至可以采用避免将屏蔽涂层涂覆在温室外部上的实践形式，如熟石灰溶液(通常用于温室栽培)。
在其最为常见的形式中，本发明设想层状体的两个主表面中的至少一个由具有二氧化钛纳米颗粒的薄片层界定。在使用情况中，如在栽培方法的定向步骤b)中指出，使得此类主表面面向温室内部以便产生其早前所论及的主要有利农学效应是根本的。
在本发明的具体有利形式中，所述层状体包括具有二氧化钛纳米颗粒的至少一个第二薄片层，所述第二薄片层界定层状体的与第一主表面相对的第二主表面。因此，所述第二表面面向温室外部并可以利用前述自清洁过程。
有利地，根据本发明的栽培方法提供，在定向步骤b)中，层状体被定位成前述第二表面直接面向温室外部定向。阳光辐射穿过确定层状体的面向温室外部的表面上或附近的前述氧化还原反应，以便降解所述表面附近或表面上所存在的有机物质和无机物质，并因此维持所述层状体的高的光透射率。
优选地，直接面向温室内部的表面薄片层具有包括前述表面活性剂添加剂的聚合物基体，而直接面向温室外部的表面薄片层具有不含表面活性剂添加剂的聚合物基体。
本发明还涉及使用根据本发明的层状体以根据已描述的层状体应用目的和方式(例如，被理解为薄片层相对温室内部定向)来制造温室屋顶。
本发明涉及母料，所述母料尤其用于制造上述层状体的薄片层，其特征在于包含聚合物基和分散在所述聚合物基中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛TiO2的纳米颗粒，所述纳米颗粒具有不大于100nm的尺寸。
具体来说，纳米颗粒具有不大于20nm并且甚至更优选地不大于10nm的尺寸。
优选地，二氧化钛TiO2的纯度不小于99.5％。优选地，二氧化钛不包含可能对聚合物基体造成不利影响的污染元素。
具体来说，聚合物基体包含一种或多种选自以下的聚合物：聚乙烯、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯、丙烯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯、乙烯丙烯酸丁酯、乙烯丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、乙烯四氟乙烯以及聚偏二氟乙烯，所述聚合物可单独选用或彼此混合。
有利地，根据本发明的母料呈丸状形式。
最后，本发明涉及一种温室，其特征在于：所述温室具有屋顶，所述屋顶包括至少一个根据本发明的层状体，如上所述。层状体被定向成使得具有纳米颗粒的薄片层所界定的主表面直接面向温室内部。
由此，本发明能够实现部分已描述的多个优点。
本发明可以使得作物光合作用活性增大而不减少屏蔽效应。具体就减弱阳光辐射的直射透射来理解的屏蔽效应实际上由二氧化钛纳米颗粒(尤其是呈锐钛矿形式)减弱UVA辐射的反应性，同时确定在辐照相对均匀的情况下光在温室内的一种“漫射”和最佳分布的能力来确保。
光合作用活性增大直接关联穿过具有纳米颗粒的单个薄片层或多个薄片层的阳光辐射的物理激发，并且直接关联二氧化钛对红外中-长辐射(7000至13,000nm)的不透光性所导致的温室效应现象增加。
光合作用活性增大进一步地间接关联温室环境的水和CO2的充满，其中光合作用被动增大。光催化降解现象所导致的作物周围环境的细菌和病毒破坏间接利于健康农产品的植物活动，从而自然消除将会要求使用杀虫剂和/或破坏农产品的有害的寄生虫。
根据本发明的层状体还可以减少温室内的冷凝形成而不大范围地使用表面活性剂或甚至完全排除所述表面活性剂。
根据本发明的层状体另外具有机械抗性和化学抗性。
最后，用于制造温室的层状体容易制造并且具有经济性。
因此，由此构想出的本发明实现所阐述的目的。
在其实际实施方案中显而易见地是，可以假设与上述不同而保留在本发明的范围内的形式和构造。
此外，所有部件均可通过技术上等效的部件替换，并可根据要求改变尺寸、形式以及材料。

Claims (46)

1.用于制造温室屋顶的层状体，所述层状体包括至少一个薄片层，所述至少一个薄片层界定所述层状体的至少一个主表面并且包含聚合物基体，所述聚合物基体包含分散在其中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛(TiO2)的纳米颗粒，所述纳米颗粒具有不大于100nm的尺寸，并且其中相对于所述聚合物基体，所述二氧化钛以30ppm与1500ppm之间的重量浓度存在。
2.根据权利要求1所述的层状体，其中所述纳米颗粒具有不大于20nm的尺寸。
3.根据权利要求2所述的层状体，其中所述纳米颗粒具有不大于10nm的尺寸。
4.根据权利要求1所述的层状体，其中所述二氧化钛以300ppm至1500ppm的重量浓度存在。
5.根据权利要求1所述的层状体，其中所述二氧化钛纳米颗粒均匀分散在所述聚合物基体中。
6.根据权利要求1所述的层状体，其中所述二氧化钛(TiO2)的纯度不小于99.5％。
7.根据权利要求1所述的层状体，其中所述至少一个薄片层通过挤出或共挤出获得。
8.根据权利要求1所述的层状体，其中所述聚合物基体包含选自聚烯烃和/或聚烯烃的热塑性共聚物的聚合物。
9.根据权利要求8所述的层状体，其中所述聚合物基体包含一种或多种选自以下的聚合物：聚乙烯、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯、丙烯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯、乙烯丙烯酸丁酯、乙烯丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、乙烯四氟乙烯以及聚偏二氟乙烯。
10.根据权利要求1所述的层状体，其中所述聚合物基体在其内还包含光稳定添加剂。
11.根据权利要求10所述的层状体，其中所述光稳定添加剂是立体受阻胺光稳定剂。
12.根据权利要求10所述的层状体，其中前述光稳定添加剂以0.60％至1.25％的重量浓度存在。
13.根据权利要求1所述的层状体，其中所述聚合物基体在其内还包含具有UV滤光功能的添加剂。
14.根据权利要求13所述的层状体，其中具有UV滤光功能的所述添加剂以0.15％至0.35％的重量浓度存在。
15.根据权利要求1所述的层状体，其中所述聚合物基体在其内还包含表面活性剂添加剂。
16.根据权利要求15所述的层状体，其中所述表面活性剂添加剂选自十八烷乙酯或单硬脂酸脱水山梨醇酯，所述表面活性剂添加剂可单独选用或彼此混合，并且其中所述表面活性剂添加剂以1％至1.5％的重量浓度存在。
17.根据权利要求1所述的层状体，其中所述聚合物基体在其内还包含微粉化石英岩。
18.根据权利要求17所述的层状体，其中所述微粉化石英岩以0.3％至0.5％的重量浓度存在。
19.根据权利要求17所述的层状体，其中所述微粉化石英岩具有10μm至20μm的平均颗粒尺寸。
20.根据权利要求1所述的层状体，其中具有TiO2纳米颗粒的所述至少一个薄片层呈膜形式。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的层状体，其包括至少一个支持基底，所述支持基底结合具有纳米颗粒的所述至少一个薄片层，所述支持基底是由聚合物材料的膜或聚合物材料的片材构成。
22.根据权利要求21所述的层状体，其包括呈膜形式的具有TiO2纳米颗粒的至少两个薄片层，其中每个薄片层界定所述层状体的相对的两个主表面中的一个。
23.根据权利要求22所述的层状体，其中所述基底定位在呈膜形式的所述两个薄片层之间。
24.根据权利要求23所述的层状体，其中将所述两个薄片层和所述支持基底共挤出。
25.根据权利要求24所述的层状体，其中所述两个薄片层中的一个具有包含所述表面活性剂添加剂的聚合物基体，而另一个薄片层具有不含表面活性剂添加剂的聚合物基体。
26.根据权利要求24所述的层状体，其中所述支持基底包含聚合物基体，所述聚合物基体包含分散在其中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛TiO2的纳米颗粒，所述纳米颗粒具有不大于100nm的尺寸，并且其中相对于所述聚合物基体，所述二氧化钛以30ppm与1500ppm之间的重量浓度存在。
27.根据权利要求26所述的层状体，其中所述支持基底的所述聚合物基体在其内所包含的添加剂在质量和浓度方面与所述两个薄片层中所包含的添加剂相同。
28.根据权利要求26所述的层状体，其中所述支持基底的所述聚合物基体在其内包含选自以下的表面活性剂添加剂：十八烷乙酯或单硬脂酸脱水山梨醇酯，所述表面活性剂添加剂可单独选用或彼此混合，所述表面活性剂添加剂以1％至1.5％的重量浓度存在。
29.根据前述权利要求21所述的层状体，其中具有纳米颗粒的所述至少一个薄片层呈片材形式。
30.温室栽培方法，其包括以下步骤：
a)预先布置温室，用至少一个层状体制造屋顶，所述层状体包括至少一个薄片层，所述至少一个薄片层界定所述层状体的至少第一主表面并且包含聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛(TiO2)的纳米颗粒，所述纳米颗粒具有不大于100nm的尺寸，并且其中相对于所述聚合物基体，所述二氧化钛以30ppm与1500ppm之间的重量浓度存在；
b)将所述层状体定向，使得具有纳米颗粒的所述薄片层所界定的第一主表面直接面向所述温室内部；以及
c)促使阳光辐射穿过具有二氧化钛纳米颗粒的所述薄片层，以便促使所述薄片层附近存在或吸收在所述薄片层中的氧和/或水进行氧化还原反应，所述反应通过二氧化钛纳米颗粒光催化，并且影响有机物质和无机物质与所述薄片层接触或流动到所述薄片层附近，从而降解所述有机物质和无机物质。
31.根据权利要求30所述的温室栽培方法，其中所述至少一个层状体的所述至少一个薄片层包括具有二氧化钛纳米颗粒的第二薄片层，所述第二薄片层界定所述层状体的与第一主表面相对的第二主表面，在所述步骤b)中，所述层状体被定位成使得所述第二主表面直接面向所述温室外部，阳光辐射穿过确定所述层状体的面向所述温室外部的第二主表面上或附近的氧化还原反应，从而降解所述第二主表面附近或第二主表面上所存在的有机物质和无机物质来保持所述层状体的高的光透射率。
32.根据权利要求30或31所述的温室栽培方法，其中界定第一主表面直接面向所述温室内部的所述至少一个薄片层具有包含所述表面活性剂添加剂的聚合物基体，并且其中界定第二主表面直接面向所述温室外部的第二薄片层具有不含表面活性剂添加剂的聚合物基体。
33.根据权利要求1至20中任一项所述的层状体的用途，所述层状体用于制造温室屋顶，以便通过阳光辐射而引起所述层状体的的至少一个主表面上或附近存在的氧和/或水的氧化还原反应，所述至少一个主表面面向所述温室内部并由所述薄片层所界定，其中所述氧化还原反应通过二氧化钛纳米颗粒光催化，从而影响有机物质和无机物质与所述薄片层接触或流动到所述薄片层附近，从而降解所述物质。
34.温室，其特征在于具有屋顶，所述屋顶包括根据权利要求1至20中任一项所述的至少一个层状体，其中所述层状体包括至少一个界定第一主表面的第一薄片层，并且其中所述层状体被定向成使得具有纳米颗粒的所述至少一个薄片层所界定的第一主表面直接面向所述温室内部。
35.根据权利要求34所述的温室，其中所述至少一个层状体还包括包含聚合物基体的第二薄片层，所述聚合物基体在其内包含二氧化钛纳米颗粒，所述第二薄片层界定所述层状体的与第一主表面相对的第二主表面，其中所述层状体被定位成使得所述第二主表面直接面向所述温室外部，并且其中所述第一薄片层具有包含表面活性剂添加剂的聚合物基体，而直接面向所述温室外部的第二薄片层具有不含表面活性剂添加剂的聚合物基体。
36.母料组合物，其用于制造用于温室中的层状体的薄片层，所述组合物包含聚合物基体，所述聚合物基体包含分散在其中的呈锐钛矿和/或金红石形式的二氧化钛(TiO2)的纳米颗粒，其中所述TiO2纳米颗粒的特征还在于具有不大于100nm的尺寸，并且相对于所述聚合物基体，以30ppm与1500ppm之间的最终重量浓度存在于所述薄片层中。
37.根据权利要求36所述的母料组合物，其中所述纳米颗粒具有不大于20nm的尺寸。
38.根据权利要求37所述的母料组合物，其中所述纳米颗粒具有不大于10nm的尺寸。
39.根据权利要求36所述的母料组合物，其中所述二氧化钛(TiO2)的纯度不小于99.5％。
40.根据权利要求36至39中任一项所述的母料组合物，其中所述聚合物基体包含一种或多种选自以下的聚合物：聚乙烯、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯、丙烯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯、乙烯丙烯酸丁酯、乙烯丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、乙烯四氟乙烯以及聚偏二氟乙烯。
41.根据权利要求40所述的母料组合物，其中所述母料组合物呈丸状形式。
42.根据权利要求40所述的母料组合物，其中所述聚合物基体是聚乙烯、LLDPE和/或聚丙烯。
43.根据权利要求40所述的母料组合物，其中所述聚合物基体任选地还包含至少一种光稳定添加剂，所述光稳定添加剂选自立体受阻胺光稳定剂，使得当存在所述至少一种光稳定添加剂时，相对于聚合物基体，其在薄片层中的最终重量浓度是0.60％至1.25％。
44.根据权利要求43所述的母料组合物，其中所述聚合物基体任选地还包含至少一种具有UV屏蔽功能的添加剂，使得当存在所述至少一种添加剂时，相对于聚合物基体，其在薄片层中的最终重量浓度是0.15％至0.35％。
45.根据权利要求44所述的母料组合物，所述聚合物基体任选地还包含至少一种表面活性剂添加剂，所述表面活性剂添加剂选自十八烷乙酯和/或单硬脂酸脱水山梨醇酯，使得当存在所述至少一种表面活性剂时，相对于聚合物基体，其在薄片层中的最终重量浓度是1.0％至1.5％。
46.根据权利要求45所述的母料组合物，其中所述聚合物基体任选地还包含微粉化石英岩，使得当存在所述微粉化石英岩时，其平均颗粒尺寸为10μm至20μm，并且相对于聚合物基体，其在薄片层中的最终重量浓度是0.3％至0.5％。
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