CN104542091B - 温室 - Google Patents
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Abstract
在用于温室的帘之类的热射线遮蔽片含有有机色素的情况下,有机色素因氧而劣化。本发明提供一种具有抑制了有机色素劣化的热射线遮蔽片的温室。一种温室,其用于在内部栽培植物,所述温室具备热射线遮蔽片,所述热射线遮蔽片具备第1透明层、第2透明层和第3透明层,所述第1透明层具有100cc/m2·24hr·atm以下的透氧系数,所述第2透明层含有具有热射线遮蔽能力的有机色素,所述第3透明层具有100cc/m2·24hr·atm以下的透氧系数,所述第2透明层夹在所述第1透明层和所述第3透明层之间。
Description
技术领域
本发明涉及温室。
背景技术
专利文献1公开了一种基于大棚(house)的栽培装置。为了提出不仅能够应用于大型连栋大棚(加温型)和大型连栋大棚(无加温型),而且也能够应用于管棚的基于大棚的栽培装置,如图26所示,专利文献1中所公开的栽培装置,在大棚1的内面铺展有开闭自如的内衬帘2,在该内衬帘2的内侧也配置有开闭自如的内衬帘3,这些内衬帘2和内衬帘3中混入有红外线阻隔材料。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-164626号公报
非专利文献
非专利文献1:“聚合物膜与功能性膜”,技报堂出版,p.302~307
发明内容
在用于温室的帘之类的热射线遮蔽片含有有机色素的情况下,有机色素由于氧而发生劣化。本发明的目的在于提供一种温室,其具有抑制了有机色素劣化的热射线遮蔽片。
本发明是一种温室,其用于在内部栽培植物,
上述温室具备热射线遮蔽片,
上述热射线遮蔽片具有:
第1透明层,其具有100cc/m2·24hr·atm以下的透氧系数;
第2透明层,其含有具有热射线遮蔽能力的有机色素;和
第3透明层,其具有100cc/m2·24hr·atm以下的透氧系数,
上述第2透明层夹在上述第1透明层和上述第3透明层之间。
本发明提供一种具有抑制了有机色素劣化的热射线遮蔽片的温室。
附图说明
图1示出第1实施方式的温室301的截面图。
图2示出第1实施方式的温室301的变形例的截面图。
图3是第1实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的截面图。
图4示出第2实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的截面图。
图5是表示金属氧化物粒子的直径和反射峰波长之间关系的曲线图。
图6示出第3实施方式的温室301的概略图。
图7示出第3实施方式的温室301的第1变形例的截面图。
图8示出第3实施方式的温室301的第2变形例的截面图。
图9示出第4实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的截面图。
图10示出第4实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的变形例的截面图。
图11示出第5实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的平面图。
图12示出第5实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的截面图。
图13是示出实施例1中所测定的热射线遮蔽片100的光透射率的曲线图。
图14是表示太阳光透过了实施例1的热射线遮蔽片100时的光谱能量分布的曲线图。
图15是表示实施例1中的透射率积分值之差的经时变化率的曲线图。
图16是表示实施例2中所测定的热射线遮蔽片100的光透射率的曲线图。
图17是表示实施例2中所测定的热射线遮蔽片100的光反射率的曲线图。
图18是表示实施例2的热射线遮蔽片100中所含有的第4透明层104(即,形成紫外线反射层的SiO2粒子层)的表面的SEM像的图。
图19是表示实施例1、实施例2和实施例3中的光透射率之差的经时变化的测定结果的曲线图。
图20示出实施例3中所使用的模拟温室500的概略图。
图21是表示实施例3中所使用的热射线遮蔽片100、即实施例1的热射线遮蔽片100的光透射率的测定结果的曲线图。
图22是表示实施例3和比较例中所使用的模拟温室500内部的平均温度之差的曲线图。
图23是表示实施例4和实施例5的热射线遮蔽片100的光透射率的测定结果的曲线图。
图24是表示太阳光透过了实施例4和实施例5的热射线遮蔽片100时的光谱能量分布的曲线图。
图25是表示实施例4和实施例5中的透射率积分值之差的经时变化率的曲线图。
图26示出专利文献1中所公开的栽培装置。
附图标记说明
100 热射线遮蔽片
101 第1透明层
102 第2透明层
103 第3透明层
104 第4透明层
105 第5透明层
301 温室
302 栽培环境控制用帘
303 温度计
304 栽培床
305 日射量检测器
306 顶棚
307 侧壁
311 梁
312 卷取轴
313 金属线(wire)
351 带
352 纤维
401 空调
451 膜
500 模拟温室
501 温度计
具体实施方式
(第1实施方式)
图1示出第1实施方式的温室301的截面图。本说明书中所使用的术语“温室”意指用于在内部栽培植物的建筑物。如图1所示,温室301具有顶棚306和侧壁307。顶棚306和侧壁307中的至少一方是透光性的。或者,如图2所示,温室301由透光性的膜451形成。优选在截面视图中膜451具有半圆筒的形状。
本说明书所使用的术语“透明”意指具有400nm以上700nm以下波长的光(即可见光)的至少一部分透过。即使是具有小于400nm的波长的紫外光被遮蔽的情况,只要可见光透过,就可使用“透明”这一术语。同样地,即使是具有700nm以上的波长的红外光被遮蔽的情况,只要可见光透过,就可使用“透明”这一术语。
如图1所示,温室301具备热射线遮蔽片100。热射线遮蔽片100将温室301的内部分割为上部和下部。在温室301的下部,可以具备用于测定温室301内部温度的温度计303、用于栽培作物的多个栽培床304和用于测定温室301内部的受光量的日射量检测器305。温室301可以具有空调401。
图3是在第1实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的截面图。
如图3所示,热射线遮蔽片100具备第1透明层101、第2透明层102和第3透明层103。换言之,热射线遮蔽片100具备由第1透明层101、第2透明层102和第3透明层103构成的层叠结构。第2透明层102夹在第1透明层101与第3透明层103之间。
(第2透明层102)
第2透明层102由树脂构成。换言之,第2透明层102的主成分是树脂。第2透明层102含有具有热射线遮蔽能力的有机色素。用于第2透明层102的树脂的例子为醋酸纤维素、甲基纤维素或乙基纤维素。用于第2透明层102的树脂的其它例子为聚酯、丙烯酸树脂、聚酰胺、乙烯乙烯醇共聚物、乙烯醇、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯或聚丙烯腈。
优选具有热射线遮蔽能力的有机色素在比对光合作用有效的光的波长区域即可见光的波长区域长的波长区域(例如,700nm以上,优选800nm以上)具有光的最大吸收波长。具体而言,由于对光合作用有效的光的波长区域为400nm~700nm,所以优选有机色素在700nm以上的波长区域具有光的最大吸收波长。更优选有机色素在800nm以上的波长区域具有光的最大吸收波长。另一方面,优选有机色素难以吸收可见光。换言之,优选可见光透过第2透明层102。因此,可以考虑可见光的波长区域,适当地判断有机色素的最大吸收波长的下限。
有机色素的例子为双硫酚镍络合物等有机金属络合物、蒽醌系化合物、萘醌系化合物、酞菁系化合物、花青苷系化合物、萘醛花青苷系化合物或二亚铵系化合物。由于二亚铵系化合物在热射线区域(即,800nm以上1300nm以下)具有宽广的吸收区域,所以优选使用二亚铵系化合物。可以混合两种以上的有机色素来使用。
(第1透明层101·第3透明层103)
第1透明层101具有100cc/m2·24hr·atm以下的低的透氧系数。因此,可抑制第2透明层102中所含有的有机色素接触氧,能够长期间维持有机色素的热射线遮蔽能力。万一第1透明层101具有超过100cc/m2·24hr·atm的高的透氧系数的情况下,第2透明层102中所含有的有机色素容易地被氧化。其结果,热射线遮蔽能力降低。透氧系数按照ASTMD-1434厚度25μm 0%RH、或者ASTM D-3985 20℃ 65%RH测定。更详细的内容参照非专利文献1。
第1透明层101的材料的例子为聚酯、聚酰胺、乙烯乙烯醇共聚物、乙烯醇、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯或聚丙烯腈。不优选聚乙烯、聚丙烯和乙烯四氟乙烯共聚物。优选第3透明层103与第1透明层101相同。但是,第3透明层103的材料可以与第1透明层101的材料不同。
第1实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的制造方法的例子如以下所述。首先,准备基材。接着,将树脂添加到有机溶剂中。作为热射线遮蔽物质使用的有机色素也添加到有机溶剂中。这样地调制出墨。根据需要,可以在墨中添加紫外线吸收剂之类的添加剂。调制出的墨涂布在基材上。接着,使有机溶剂干燥,或者,根据树脂成分通过适当的方法使树脂固化,从而形成第2透明层102。用于形成第2透明层102的涂布方法的例子为浸渍法、凹版印刷涂布法、绕线棒涂布法、胶印涂布法或者辊涂法。
随着有机色素的含量的增加,热射线遮蔽率增加。但是,随着有机色素的含量的增加,透过第2透明层102的可见光的透射率降低。因此,优选第2透明层102中所含有的有机色素的含量,相对于作为第2透明层102的主成分的树脂,在0.1重量%以上50重量%以下的范围。
其后,从第2透明层102拆下基材。接着,采用薄膜覆盖第2透明层102的两面,所述薄膜由具有100cc/m2·24hr·atm以下的低的透氧系数的有机树脂形成。这些薄膜作为第1透明层101和第3透明层103发挥作用。这样就制成了热射线遮蔽片100。在覆盖第2透明层102之前,可以在第1透明层101上设置粘合层。粘合层提高第1透明层101与第2透明层102之间的密着性。由此,可更有效地抑制第2透明层102中所含有的有机色素接触氧,能够长期间更有效地维持有机色素的热射线遮蔽能力。同样地,也可以在第3透明层103上设置粘合层。第1透明层101/粘合层/第2透明层102/粘合层/第3透明层103的层叠结构经过层压加工,能制成热射线遮蔽片100。
可以将基材作为第1透明层101使用,来代替从第2透明层102拆下基材。
(第2实施方式)
图4示出第2实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的截面图。
如图4所示,第2实施方式中所使用的热射线遮蔽片100,进一步具备第4透明层104。第4透明层104夹在第2透明层102和第3透明层103之间。第4透明层104包含具有100nm以上250nm以下直径的多个金属氧化物粒子。以下假定为第1透明层101朝向温室301的内侧,且第3透明层103朝向温室301的外侧。换言之,太阳光之类的光首先照射到第3透明层103。照射到第3透明层103的光的一部分透过第3透明层103,并到达第4透明层104。到达第4透明层104的光的一部分透过第4透明层104并到达第2透明层102。照射到第2透明层102的光的一部分透过第2透明层102并到达第1透明层101。
如后面详细说明的那样,优选第4透明层104作为紫外线反射层发挥作用。在第4透明层104中所含有的各金属氧化物粒子具有小于100nm的直径的情况下,第4透明层104不能够反射紫外线。另一方面,在第4透明层104中所含有的各金属氧化物粒子具有超过250nm的直径的情况下,由于也存在可见光区域被第4透明层104反射的情况,因此不优选。
在1个实施方式中,第4透明层104由用于第1透明层101的树脂构成,该树脂可以含有具有100nm以上250nm以下的直径的多个金属氧化物粒子。优选第4透明层104不含树脂、且由这样的多个金属氧化物粒子构成。
这样,优选第4透明层104由具有100nm以上250nm以下的直径的多个金属氧化物粒子构成。进一步优选这些多个金属氧化物粒子规则地配置为具有最密填充结构。以下说明在第4透明层104由规则配置为具有最密填充结构的多个金属氧化物粒子构成的情况下,第4透明层104反射具有规定波长的光的机理。
具有约50nm以上1μm以下的直径的多个胶体粒子通过三维规则排列而形成的结构体,源于原子和/或分子三维规则排列而成的结晶,称为“胶体结晶”。金属氧化物粒子也显示与胶体粒子同样的行为。如果太阳光照射到多个金属氧化物粒子规则地排列而成的面,则基于布拉格定律,具有规定的反射波长λ的光增多。换言之,基于布拉格定律和斯涅尔定律,反射波长λ由以下的数学式(I)表示。
λ=2d(n2-sin2θ)0.5 (I)
在这里,λ表示反射波长,θ表示入射角、d表示与相邻的2个粒子的中心间的距离相等的间隔,n表示有效折射率。
如从数学式(I)所明确的那样,通过改变间隔d,可选择性地反射具有反射波长λ的光,所述反射波长λ是基于数学式(I)从入射到第4透明层104的光中所包含的各种的波长之中选择的。在多个金属氧化物粒子规则地排列而具有最密填充结构的情况下,间隔d由以下的数学式(II)表示,所述数学式(II)表明间隔d依赖于粒子的直径Ф。
d=Ф×(2/3)0.5 (II)
有效折射率n由以下的数学式(III)表示。
n=(1-α)n1+α·n2 (III)
在这里,n1表示金属氧化物粒子的折射率,n2表示存在于金属氧化物粒子之间的物质的折射率,α表示单位体积的金属氧化物粒子的占有率。
图5表示金属氧化物粒子的直径和反射峰波长之间的关系。在图5中,假定了以下事项。使用SiO2粒子作为金属氧化物粒子,并且多个金属氧化物粒子具有最密填充结构。占有率α等于74%。SiO2的折射率等于1.45。存在于多个金属氧化物粒子的间隙中的物质是空气。图5的纵轴所表示的反射峰波长是入射角从0度到90度每隔10度地变化而算出的10个反射峰波长的平均值。
因为通过臭氧层到达地表的太阳光中所包含的紫外线区域为280nm以上400nm以下,所以优选选择金属氧化物粒子的直径使得反射具有该区域的波长的光。换言之,优选第4透明层104作为紫外线反射层发挥作用。在使用SiO2粒子作为金属氧化物粒子的情况下,如从图5所明确的那样,优选使用具有约150nm以上220nm以下的直径的SiO2粒子。
用于第4透明层104的金属氧化物粒子的材料,只要相对于可见光具有透过性就不作限定。金属氧化物粒子的材料的例子使二氧化硅、硼硅酸玻璃、铝酸钙、铌酸锂、方解石、氧化钛、钛酸锶、氧化铝、氟化锂、氟化镁、氧化钇、氟化钙、氟化钡、硒化锌、溴碘化铊、或金刚石。可以使用两种以上材料的混合物。金属氧化物粒子可以由壳被覆,所述壳由选自这些材料中的1种以上材料形成。
在第4透明层104由规则配置为具有最密填充结构的多个金属氧化物粒子构成的情况下,优选第4透明层104具有200nm以上500nm以下的厚度。这样的第4透明层104,也可以是具有100nm以上250nm以下的直径的金属氧化物粒子规则排列而成的多层的层叠结构。随着这样的层的数量变多,反射波长λ的区域扩大。其结果,可见光的透射率可能降低。因此,优选第4透明层104具有200nm以上500nm以下的厚度。
由于第4透明层104含有多个金属氧化物粒子,所以提高了热射线遮蔽片100的抗冲击性。因此,第4透明层104从冲击中保护第2透明层102。
第2实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的制造方法的例子如以下所述。与第1实施方式的情况同样地,形成第2透明层102。
在第2透明层102的上面涂布含有多个金属氧化物粒子的溶液。接着,将溶液干燥,使多个金属氧化物粒子规则地排列为具有最密填充结构。这样就形成第4透明层104。第4透明层104的厚度,可以通过选择溶液中所含有的金属氧化物粒子的浓度、溶液的量或溶剂来调整。通过使溶剂自然干燥,多个金属氧化物粒子能规则地排列为具有最密填充结构。通过加热使其干燥以代替自然干燥,多个金属氧化物粒子能规则地排列为具有最密填充结构。
接着,将基材从第2透明层102和第4透明层104的层叠结构中拆下。与第1实施方式的情况同样地,层叠第1透明层101以及第3透明层103,形成热射线遮蔽片100。与第1实施方式的情况同样地,可以使用基材作为第1透明层101。进而可以使用粘合层。
(第3实施方式)
图6示出根据第3实施方式的温室301的概略图。温室301在内部具备梁311。热射线遮蔽片100被卷取在第1卷取轴312a周围。第1卷取轴312a位于由骨材构成的梁311的附近。在热射线遮蔽片100的一端安装有金属线313。可以使用透明膜来代替金属线313。金属线313可被卷取在第2卷取轴312b的周围。第2卷取轴312b位于侧壁307的附近。热射线遮蔽片100和金属线313中的任一方在温室301的内部展开,将温室301的内部分割成上部和下部。在图6中,金属线313被展开了。在使用热射线遮蔽片100时,金属线313被卷取在第2卷取轴312b的周围,且热射线遮蔽片100被从第1卷取轴312a拉出,在温室301的内部展开热射线遮蔽片100。
温室301内部的温度通过温度计303测定。关于温度的信息被发送至控制装置(未图示)。控制装置基于温室301内的温度向第1卷取轴312a和第2卷取轴312b中的至少一方发送控制信号,使得热射线遮蔽片100和金属线313中的任一方在温室301内部展开。可以在温室301内部展开热射线遮蔽片100的一部分。即,通过调节从第1卷取轴312a拉出的热射线遮蔽片100的量,可以自由地调整在温室301内部能够展开的热射线遮蔽片100的面积。来自日射量检测器305的信息,可以代替来自温度计303的信息、或与之一同地发送至控制装置。换言之,控制装置可以以照射至温室301的日射量为基础向第1卷取轴312a和第2卷取轴312b中的至少一方发送控制信号。
可以采用在不使用时多片的热射线遮蔽片100在侧壁307的附近折叠、且在使用时多片的热射线遮蔽片100在温室301内展开的结构,来代替热射线遮蔽片100被卷取于第1卷取轴312a上的结构。
如果热射线遮蔽片101在温室301内展开,则通过具有热射线遮蔽能力的有机色素的作用,可将温室301内部的温度保持在规定温度以下的温度。换言之,有机色素抑制使温室301内部的温度上升的热射线(即,具有700nm以上的波长的近红外线)进入到温室301。另一方面,有机色素不抑制具有对光合作用有效的可见光区域的波长的光进入到温室301。换言之,具有对光合作用有效的可见光区域的波长的光透过热射线遮蔽片101。这样,一边将温室301内部的温度维持在规定温度以下的温度,一边在栽培床304上培育植物。
代替图1和图6所示的形态,热射线遮蔽片100可以覆盖顶棚306。换言之,在顶棚306的上面,热射线遮蔽片100被展开。热射线遮蔽片100以被展开了的状态吊在顶棚306的下面。在温室301的内侧或外侧,侧壁307可以由热射线遮蔽片100覆盖。更具体而言,热射线遮蔽片100可以从顶棚306铅垂地悬挂下来,并覆盖侧壁307。在这样的情况下,也通过具有热射线遮蔽能力的有机色素的作用,将温室301内部的温度保持在规定温度以下的温度,并且具有对光合作用有效的可见光区域的波长的光透过热射线遮蔽片100。如图2所示,形成温室300的半圆筒形的膜451可以由实施方式的热射线遮蔽片100形成。或者,如图7和图8に所示,半圆筒形的膜451的外侧或内侧可以由实施方式的热射线遮蔽片100覆盖。
如果长期间使用热射线遮蔽片100,则近红外线区域下的吸收率可能降低。在那样的情况下,可使用空调401来降低温室301内部的温度。这样,一边将温室301内部的温度保持在规定温度以下的温度,一边在栽培床304上培育植物。
(第4实施方式)
图9示出第4实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的截面图。如图9所示,第4实施方式中所使用的热射线遮蔽片100,不仅具备第1透明层101、第2透明层102和第3透明层103,还具备第5透明层105。第5透明层105层叠在第3透明层103上。优选第5透明层105接触到第3透明层103上。
第5透明层105含有散热填料。优选散热填料由水滑石化合物形成。第5透明层105是透光性的。万一第5透明层105无透光性的情况下,太阳光不能到达栽培床304。
水滑石化合物为由以下的化学式(I)表示的复合氢氧化物。
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][An- x/n·mH2O] (I)
在这里,
M2+表示2价金属,
M3+表示3价金属,
An-表示层间阴离子,并且,
x表示约0.2以上约0.33以下的值。
如化学式(I)所示,水滑石化合物具有由化学式[M2+ 1-xM3+(OH)2]表示的金属氢氧化物层。该金属氢氧化物层也称为主层。主层带正电。水滑石化合物具有由化学式[An- x/n·mH2O]表示的客层。客层带负电。这样,客层由碳酸根离子之类的阴离子和层间水分子形成。客层中所含有的阴离子补偿主层的正电荷。
x的值等于[M3+]/([M2+]+[M3+])。如上所述,x的值可以为约0.2以上约0.33以下。
2价金属M2+的例子为Mg2+、Zn2+、Ni2+、Fe2+、Ca2+、Co2+或Cu2+。3价金属M3+的例子为Al3 +、Fe3+、Mn3+或Cr3+。层间阴离子An-的例子为Cl-、NO3-或CO3 2-之类的无机酸、或者水杨酸、草酸或柠檬酸之类的有机酸。3价金属M3+的一部分可以用4价金属M4+置换。如由化学式[Li1/ 3Al2/3(OH)2][An- 1/(3n)·mH2O]表示的那样,在主层中,可以不使用2价金属而使用1价金属和3价金属的组合。
这样的水滑石化合物的例子为:
(i)用化学式Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O表示,且作为天然矿物产出的水滑石化合物,或者,
(ii)用化学式Mg4.3Al2(OH)12.6CO3·3.5H2O表示的水滑石化合物型类似物。
优选水滑石化合物由具有0.1μm以上30μm以下的粒径的粉末形成。更优选该粉末具有3μm以下的粒径。
第5透明层105的材料的例子为树脂。优选该树脂具有约1.3以上约1.7以下的折射率。水滑石化合物具有约1.5的折射率。具有1.3以上约1.7以下的折射率的树脂,由于具有与水滑石化合物的折射率类似的折射率,所以进入到第5透明层105的光难以在由水滑石化合物构成的粉末的表面上散射。因此,如果使用具有1.3以上约1.7以下的折射率的树脂,则能够适当地维持第5透明层105的透光性。更优选用于第5透明层105的树脂具有约1.4以上约1.6以下的折射率。
能够用于第5透明层105的树脂的优选的例子为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、尼龙树脂、聚酯树脂、聚苯乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、氯乙烯树脂、聚偏二氯乙烯树脂、聚四氟乙烯之类的氟系树脂、丙烯酸树脂、酚树脂、蜜胺树脂、乙烯乙烯醇共聚物树脂、乙烯醇树脂、聚丙烯腈树脂或聚碳酸酯树脂。这些树脂具有约1.3以上约1.7以下的折射率。
可以适当地选择第5透明层105中的水滑石化合物相对于树脂的重量比。随着水滑石化合物的重量比提高,第5透明层105的导热性和散热特性提高,但也产生可见光的透射率降低的倾向。因此,水滑石化合物相对于树脂的重量比,优选在0.1重量%以上50重量%以下的范围。这样,优选第5透明层105通过在树脂中分散水滑石化合物之类的散热填料而形成。
为了提高树脂的导热性和散热特性,在树脂中可以含有氮化硼、石墨、氧化铝或氧化镁。但是,由于这些材料都具有超过1.7的折射率,所以存在不能维持树脂的透光性、即第5透明层105的透光性的倾向。
如上所述,第4实施方式的热射线遮蔽片100具备第5透明层105。如果将后述的实施例4与实施例5比较,则可以明确看出,在第4实施方式中所使用的热射线遮蔽片100中,通过水滑石化合物的作用,抑制了有机色素的近红外线吸收能力的降低。
更详细而言,如果太阳光照射到第5透明层105,则太阳光通过透光性的第5透明层105,并到达第2透明层102。由于第2透明层102含有能够吸收近红外线的有机色素,所以太阳光中所包含的近红外线被第2透明层102遮蔽,剩余的太阳光通过第2透明层102。通过有机色素吸收近红外线,在第2透明层102内部产生热。第2透明层102的温度因这样产生的热而变高。
如在后述的实施例4中所实证的那样,本发明人发现,第5透明层105中所含有的水滑石化合物将由第2透明层102传递的热的一部分从第5透明层105高效率地放出。
通过第5透明层105中所含有的水滑石化合物的作用,通过有机色素吸收近红外线而在第2透明层102内部产生的热的一部分从第5透明层105高效率地放出。这样,在第2透明层102内部产生的热难以蓄积在第2透明层102中。因此,第2透明层102中所含有的有机色素的劣化得到抑制。换言之,通过水滑石化合物提高了第5透明层105的导热性,并将在第2透明层102内部产生的热的一部分高效率地从第5透明层105放出。这样,第5透明层105中所含有的水滑石化合物作为散热填料发挥作用。
这样,第2透明层102的温度的增加得到抑制。其结果,有机色素的劣化得到抑制,从而长时间维持有机色素的近红外线吸收能力。
第5透明层105中所含有的水滑石化合物,优选作为2价金属M2+和3价金属M3+分别含有镁和铝。镁和铝具有比其它金属高的导热率。因此,通过水滑石化合物中所含有的镁和铝的作用,在第2透明层102内部产生的热的一部分更容易地从第5透明层105放出。如图10所示,可以设置两层第5透明层105。第1透明层101夹在一方的第5透明层105a和第2透明层102之间。第3透明层103夹在另一方的第5透明层105b和第2透明层102之间。第4实施方式中所使用的热射线遮蔽片100也可以还具备第4透明层104。
(第5实施方式)
图11示出第5实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的平面图。图12示出第5实施方式中所使用的热射线遮蔽片100的截面图。
第5实施方式中所使用的热射线遮蔽片100,由多个带351和多个丝状的纤维352形成。各带351为带状。多个带351使用多个丝状的纤维352编织,使得各丝状的纤维352垂直于带状的带351。各带351具备含有能够吸收近红外线的有机色素的第2透明层102。如图12所示,各带351可以具备在实施方式1中说明过的第3透明层103和第1透明层101。在这种情况下,第2透明层102夹在第3透明层103和第1透明层101之间。各丝状的纤维352含有水滑石化合物之类的散热填料。
丝状的纤维352可以如以下那样制造。首先,用化学式Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O表示的水滑石的粉末可进行表面处理。优选各粉末具有3μm以下的粒径。将该粉末添加到树脂中,接着充分混炼。混炼了的树脂被拉伸,获得丝状的纤维352。
如图12所示,在截面中,1个带351a夹在相邻的2个带351b·351c之间。丝状的纤维352以上下缝制的方式穿过多个带351。更详细而言,丝状的纤维352位于带351c的上面,且位于带351a的下面,而且,位于带351b的上面。
在第5实施方式中所使用的热射线遮蔽片100中,通过丝状的纤维352中所含有的水滑石化合物的作用,在第2透明层102中产生的热的一部分也高效率地从丝状的纤维352的表面放出,从而长时间维持有机色素的近红外线吸收能力。
代替丝状的纤维352,含有水滑石化合物之类的散热填料的带状纤维也可以用于编织多个带351。第5实施方式中所使用的热射线遮蔽片100也可以还具备第4透明层104。
以下参照实施例更详细地说明本发明。
(实施例1)
将二亚铵系化合物(CIR-1085F:购自日本カーリット株式会社)和醋酸纤维素(购自和光纯药工业株式会社)溶解于丙酮,从而调制了丙酮溶液。二亚铵系化合物被用作为具有热射线遮蔽能力的有机色素。醋酸纤维素被用作为形成第2透明层102的树脂。在丙酮溶液中,二亚铵系化合物相对于丙酮具有1重量%的重量比。在丙酮溶液中,醋酸纤维素相对于丙酮具有10重量%的重量比。
接着,通过旋涂法将丙酮溶液涂布在由聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的片(以下称为“PET片”,购自东洋纺株式会社,商品名:コスモシャイン(注册商标))上。接着,将丙酮溶液干燥,从而获得了由第1PET片/含有二亚铵系化合物的醋酸纤维素层构成的层叠结构。该第1PET片作为第1透明层101发挥作用。该醋酸纤维素层作为第2透明层102发挥作用。
在层叠结构上层叠其它的PET片,从而获得了由第1PET片/含有二亚铵系化合物的醋酸纤维素层/第2PET片构成的层叠结构。第2PET片作为第3透明层103发挥作用。接着,该层叠结构进行层压加工。这样,获得了实施例1的热射线遮蔽片100。
实施例1的热射线遮蔽片100的光透射率,使用紫外可见光红外分光光度计(日本分光株式会社制品,商品名:V-670)和积分球来测定。图13是表示实施例1中所测定的热射线遮蔽片100的光透射率的曲线图。从图13明显看出,具有可见光区域的波长的光比较容易地透过热射线遮蔽片100。另一方面,具有近红外区域的波长、特别是800nm以上1200nm以下的波长的光,极难以透过热射线遮蔽片100。这意味着具有对光合作用有效的可见光区域的波长的光容易地透过热射线遮蔽片100,但是具有成为热的主要原因的近红外区域的波长的光被热射线遮蔽片100遮蔽。
图14示出太阳光透过了实施例1的热射线遮蔽片100时的光谱能量分布。实线表示照射在地表上的太阳光的能量。虚线表示太阳光通过了实施例1的热射线遮蔽片100之后的太阳光能量。计算出了400nm以上700nm以下的范围的透射能量的积分值作为对光合作用有效的可见光区域的透射率。计算出了700nm以上1600nm以下的范围的透射能量的积分值作为成为热的主要原因的红外线区域的透射率。还计算出了可见光区域的透射率和红外线区域的透射率之差。以下的表1示出计算出的结果。
表1
可见光区域的透射率 | 红外线区域的透射率 | 差 | |
实施例1 | 65% | 20% | 45% |
接着,实施例1的热射线遮蔽片100用于耐久性试验。更详细而言,通过对实施例1的热射线遮蔽片100照射模拟太阳光,使用太阳能模拟器(ペクセル·テクノロジーズ株式会社制,商品名:PEC-L15)评价了实施例1的热射线遮蔽片100。
太阳能模拟器输出比实际的太阳光强的模拟太阳光。在具有相当于20万勒克斯的照度的位置设置了实施例1的片。每隔一定时间就测定透射率。以测定到的透射率为基础,计算出可见光区域的透射率的积分值和红外区域的透射率的积分值。接着,计算出透射率的积分值之差的经时变化率。作为比较例1,制作了在实施例1中所获得的第2透明层102上层叠了农用PO膜(三菱树脂アグリドリーム株式会社制,商品名:ダイヤスター(注册商标))的层叠结构体,从而获得了比较例1的热射线遮蔽片。比较例1的片也用于同样的耐久性试验。
图15是表示透射率积分值之差的经时变化率的曲线图。实线示出实施例1的热射线遮蔽片100的结果。虚线示出比较例1的热射线遮蔽片的结果。从实验开始时经过约1020小时后,实施例1的热射线遮蔽片100的透射率的积分值之差变为0。另一方面,从实验开始时经过约460小时后,比较例1的热射线遮蔽片的透射率积分值之差变为0。这意味着实施例1的热射线遮蔽片100具有比比较例1的热射线遮蔽片高的耐久性。
农用PO膜由聚丙烯或聚乙烯构成。聚丙烯具有2100cc/m2·24hr·atm的透氧量。另一方面,聚对苯二甲酸乙二醇酯具有100cc/m2·24hr·atm的透氧量。如果将实施例1和比较例1比较,则明显地看到与农用PO膜相比,PET片更有效地遮蔽了氧。其结果,与农用PO膜相比,PET片更有效地抑制了第2透明层102的劣化。
(实施例2)
除了如以下那样在醋酸纤维素层、即第2透明层102上形成了第4透明层104以外,与实施例1同样地制作了热射线遮蔽片100。使用具有200nm的直径的胶体二氧化硅溶液(日产化学株式会社制,商品名:MP2040),调制了SiO2粒子溶液使得SiO2的含量等于1重量%。将SiO2粒子溶液涂布到醋酸纤维素层上,然后将其干燥。这样,多个SiO2粒子规则地配置在醋酸纤维素层上使得具有最密填充结构。规则地配置为具有最密填充结构的多个SiO2粒子作为第4透明层104发挥作用。
在这样形成的第4透明层104的两面层叠PET片,从而获得由第1PET片/醋酸纤维素层/SiO2粒子层/第2PET片构成的层叠结构。对该层叠结构进行了层压加工。这样,获得了实施例2的热射线遮蔽片。
与实施例1的情况同样地,使用紫外可见光红外分光光度计(日本分光株式会社制品,商品名:V-670)和积分球测定了实施例2的热射线遮蔽片100的光透射率。图16是表示在实施例2中测定到的热射线遮蔽片100的光透射率的曲线图。从图16明显看出,具有可见光区域的波长的光比较容易地透过热射线遮蔽片100。另一方面,具有近红外区域的波长、特别是800nm以上1200nm以下的波长的光,难以透过热射线遮蔽片100。这意味着具有对光合作用有效的可见光区域的波长的光透过热射线遮蔽片100,但是具有成为热的主要原因的近红外区域的波长的光被热射线遮蔽片100遮蔽。
实施例2的热射线遮蔽片100的光反射率,使用紫外可见光红外分光光度计(日本分光株式会社制品,商品名:V-670)和积分球测定。图17是表示在实施例2中测定到的热射线遮蔽片100的光反射率的曲线图。与示出光透射率的图16的情况不同,要注意在图17中测定了光反射率。也同样地测定了实施例1的热射线遮蔽片100的光反射率。
从图17明显看出,由于实施例2的热射线遮蔽片100具有由具有200nm直径的多个SiO2粒子构成的第4透明层104,所以实施例2的热射线遮蔽片100在380nm处具有反射峰。另一方面,实施例1的热射线遮蔽片100不具有这样的反射峰。在图5中,与200nm直径对应的反射峰为约375nm(参照图5中所描绘出的小圆圈)。图17证明了图5所示出的关系。
图18是形成实施例2的热射线遮蔽片100所含有的第4透明层104、即紫外线反射层的SiO2粒子层的表面的SEM像。从图18中可理解到第4透明层104具有由多个SiO2粒子构成的最密填充结构。
实施例2的热射线遮蔽片100,与实施例1的情况同样地用于耐久性试验。进而,与实施例1的情况同样地计算出了实施例2的热射线遮蔽片100的可见光区域的透射率和红外线区域的透射率。表2示出该计算结果。
表2
可见光区域的透射率 | 红外线区域的透射率 | 差 | |
实施例1 | 65% | 20% | 45% |
实施例2 | 60% | 20% | 40% |
作为实施例2B,除了丙酮溶液还含有二苯甲酮之外,与实施例1的情况同样地制作了热射线遮蔽片100。二苯甲酮相对于丙酮具有10重量%的重量比。
图19示出光透射率之差的经时变化的测定结果。粗实线、细实线和虚线分别示出实施例2、实施例1和实施例2B的热射线遮蔽片的结果。
由表2明显看出,实施例2B的热射线遮蔽片100的光透射率之差,比实施例1的热射线遮蔽片100的光透射率之差小。但是,实施例2的热射线遮蔽片100的透射率积分值之差变为0%的时间比实施例1的热射线遮蔽片的时间长。这是因为,在实施例2的热射线遮蔽片100中,通过作为紫外线反射层发挥作用的SiO2粒子层的作用而反射了紫外线,所以抑制了第2透明层102劣化。
由图19明显看出,实施例2的热射线遮蔽片100具有比实施例2B的热射线遮蔽片100高的耐久性。实施例2B的热射线遮蔽片100中所含有的紫外线吸收剂吸收紫外线从而产生热。产生的热加速有机色素的劣化。另一方面,实施例2的热射线遮蔽片100所含有的第4透明层104(即,紫外线反射层)抑制产生这样的热,所以第2透明层102的耐久性提高。
(实施例3)
在实施例3中,使用热射线遮蔽片100作为在温室301中所使用的帘的情况下,使用模拟温室500测定了温室301内部的温度降低了多少。如图20所示,在模拟温室500的内部设置有热射线遮蔽片100,而且模拟太阳光经由热射线遮蔽片100照射到模拟温室500中。这样,测定了模拟温室500内部的温度。
如图20所示,在模拟温室500的中心设置有隔板502,从而将模拟温室500分割成右侧的房间和左侧的房间。在右侧的房间中设置有热射线遮蔽片100。另一方面,在左侧的房间未设置热射线遮蔽片。在图20所描绘出的2个黑点、2个四角形和2个三角形所表示的6个位置,设置有由热电偶形成的温度计501。设置在右侧房间的3个温度计501以隔板502为对称面与设置在左侧房间的3个温度计501对称。使用太阳能模拟器(ペクセル·テクノロジーズ株式会社制,商品名:PEC-L15)对模拟温室500的顶棚照射具有12万勒克斯的输出的模拟太阳光。在右侧的房间中被模拟太阳光照射的部分的面积,与在左侧的房间中被模拟太阳光照射的部分的面积相等。在这样的模拟温室500中,测定了左侧的房间中的平均温度和右侧的房间中的平均温度之差。
实施例1的热射线遮蔽片100用于模拟温室500的右侧房间。作为比较例,使用由聚乙烯醇形成的膜(日本ワイドクロス株式会社制,商品名:サンサンカーテン(注册商标)TV50)来代替热射线遮蔽片100。
实施例3中所使用的热射线遮蔽片100、即实施例1的热射线遮蔽片100的光透射率,使用紫外可见光红外分光光度计(日本分光株式会社制品,商品名:V-670)和积分球测定。图21示出其结果。同样地也测定了比较例中所使用的膜的光透射率。粗实线表示实施例3中所使用的热射线遮蔽片100、即实施例1的热射线遮蔽片100的光透射率。细实线表示比较例中所使用的膜的光透射率。比较例中所使用的膜,通过遮光的聚乙烯制无纺布和光能透过的聚乙烯醇膜以长方形状交替排列而获得。聚乙烯制无纺布的面积:聚乙烯醇膜的面积为1:1。
在比较例中,可见光区域下的光透射率和红外区域下的透射率都为约50%。另一方面,在实施例3中,可见光区域下的光透射率为50%~75%,但是近红外区域(800nm以上1200nm以下)下的光透射率为约0%,是非常低的值。与实施例1的情况同样地,比较例中所使用的膜进行了耐久性试验。以下的表3示出实施例1的结果和比较例的结果。
表3
可见光区域的透射率 | 红外线区域的透射率 | 差 | |
实施例1 | 65% | 20% | 45% |
比较例 | 50% | 50% | 0% |
从表3明显看出,实施例3中所使用的热射线遮蔽片100、即实施例1的热射线遮蔽片100的可见光区域的透射率,比比较例的可见光区域的透射率高。这意味着使用实施例1的热射线遮蔽片100的情况下的光合作用的效率比使用比较例的膜的情况下的光合作用效率高。另一方面,实施例1的热射线遮蔽片100的红外线区域的透射率比比较例的红外线区域的透射率低。这意味着与使用比较例的膜的情况相比,在使用实施例1的热射线遮蔽片100的情况下,红外线难以入射到模拟温室500中。
图22是表示实施例3和比较例中的模拟温室500的内部平均温度之差的曲线图。粗实线表示实施例3中的模拟温室500的内部平均温度之差。另一方面,细实线表示比较例中的模拟温室500的内部平均温度之差。从图22明显看出,使用实施例3中所使用的热射线遮蔽片100、即实施例1的热射线遮蔽片100的情况的平均温度差为约2.4度(绝对值)。另一方面,使用比较例的膜的情况的平均温度差为约2.0度(绝对值)。这意味着在使用实施例1的热射线遮蔽片100的情况下,温室内部的温度被维持为更低的温度。
这样,由于实施例1的热射线遮蔽片100,使得具有对光合作用有效的可见光区域的波长的光的透射率提高,并且能够将温室内的温度维持为更低的温度。
(实施例4)
(热射线遮蔽片100的制成)
另一方面,如以下那样形成了含有水滑石化合物的第5透明层。首先,向100重量%聚乙烯粒料中混合5重量%的水滑石化合物(协和化学工业株式会社制,商品名:DHT-4A),从而调制了混合物。接着,将混合物加热至约160℃,对混合物进行混炼。使用被加热至约160℃的热压机将混炼了的混合物展开,获得含有水滑石化合物的片。
将含有水滑石化合物的片层叠在第3透明层103上。这样,获得了实施例4的热射线遮蔽片100。含有水滑石化合物的片作为第5透明层105发挥作用。
(实施例5)
除了使用农用PO膜(三菱树脂アグリドリーム株式会社制,商品名:ダイヤスター(注册商标))来代替实施例4的热射线遮蔽片100中所包含的第5透明层105以外,获得了其余与实施例4同样的热射线遮蔽片100。换言之,在实施例5中,实施例4的热射线遮蔽片100中所包含的第5透明层105被置换为农用PO膜。农用PO膜由低密度聚乙烯层和乙烯醋酸乙烯酯共聚物层的层叠体形成。
(片的评价)
实施例4的热射线遮蔽片100的透射率,使用紫外可见光红外分光光度计(UV-Vis-Nir Spectrophotometer,日本分光株式会社制,商品名:V-670)和积分球测定。图23示出其结果。图23也示出实施例5的热射线遮蔽片100的透射率的测定结果。
从图23明显看出,不论在实施例4和实施例5的哪一个中,具有可见光区域的波长的光的一部分都透过热射线遮蔽片100。但是,具有近红外线区域的波长、即800nm以上1400nm以下的波长的光的透射率低。换言之,具有对光合作用有效的可见光区域的波长的光透过这些热射线遮蔽片100,但是具有成为热的主要原因的近红外线区域的波长的光被热射线遮蔽片100遮蔽。即使是热射线遮蔽片100具有含有水滑石的片的情况,具有对光合作用有效的400nm~700nm的波长的光也透过热射线遮蔽片100。
图24示出太阳光透过了实施例4和实施例5的热射线遮蔽片100时的光谱能量分布。虚线表示照射到地球上的太阳光的能量。粗实线表示太阳光通过实施例4的片之后的太阳光的能量。细实线表示太阳光通过了实施例5的片之后的太阳光的能量。
计算出了400nm以上700nm以下的范围的透射能量的积分值作为对光合作用有效的可见光区域的透射率。计算出了700nm以上1600nm以下的范围的透射能量的积分值作为成为热的主要原因的红外线区域的透射率。也计算出了可见光区域的透射率和红外线区域的透射率之差。以下的表4示出计算结果。
表4
可见光区域的透射率 | 红外线区域的透射率 | 差 | |
实施例4 | 37% | 5% | 32% |
实施例5 | 41% | 6% | 35% |
接着,实施例4和实施例5的热射线遮蔽片100进行了耐久性试验。更详细而言,通过对实施例4和实施例5的热射线遮蔽片100照射模拟太阳光,使用太阳能模拟器(ペクセル·テクノロジーズ株式会社制,商品名:PEC-L15)评价了实施例4和实施例5的热射线遮蔽片100。
太阳能模拟器输出比实际的太阳光强的模拟太阳光。在具有相当于20万勒克斯的照度的位置设置有实施例4的热射线遮蔽片100。每隔一定时间测定透射率。以测定到的透射率为基础计算出可见光区域的透射率的积分值和红外区域的透射率的积分值。接着,计算出了透射率的积分值之差的经时变化率。实施例5的热射线遮蔽片100也用于同样的实验。
图25是表示透射率积分值之差的经时变化率的曲线图。在图25中,透射率积分值之差进行了标准化使得初始值成为1。粗实线表示实施例4的热射线遮蔽片100的结果。细实线表示实施例5的热射线遮蔽片100的结果。从实验开始时经过约1620小时后,实施例4的热射线遮蔽片100的透射率的积分值之差变为0.7。另一方面,从实验开始时经过约1330小时后,由实施例5的热射线遮蔽片100抑制太阳热时的片的透射率积分值之差变为0.7。这些热射线遮蔽片100之间的透射率积分值之差的比为约1.2。
二亚铵化合物由于第2透明层102中所含有的二亚铵化合物自身吸收了近红外线而产生的热和来到第2透明层102中的氧分子而劣化。在实施例4和实施例5两方中,使用了相同的第3透明层103以及第1透明层101,所以实施例4中透过第3层103和第1透明层101的氧分子的量与实施例5的量相同。因此,实施例4和实施例5之间的实质性的不同点仅是第5透明层105是否含有水滑石化合物这点。实施例4的热射线遮蔽片100中所含有的二亚铵化合物的劣化得到抑制的理由是因为,第2透明层102中所含有的二亚铵化合物因吸收的近红外线而产生的热,通过第5透明层105中所含有的水滑石化合物的作用,从第5透明层105高效率地放出了。
(实施例6)
在实施例6中,制作了如图11和图12所示的热射线遮蔽片100。
除了未形成第5透明层105之外,制作了其余与实施例4的热射线遮蔽片100同样的热射线遮蔽片100。换言之,按照实施例1中所公开的制造方法,制作了夹在第3透明层103和第1透明层101之间的第2透明层102。将热射线遮蔽片100切断,获得了具有2mm宽度的多个带状的带351。
如以下那样制作了纤维352。首先,向100重量%的聚对苯二甲酸乙二醇酯粒料中混合5重量%的水滑石,从而获得了混合物。将混合物加热至约300℃,并混炼。将混炼了的混合物拉伸,从而获得了含有水滑石的丝状的纤维352。
通过使用丝状的纤维352编织多个带状带351,获得了热射线遮蔽片100。
产业上的利用可能性
本发明提供具有抑制了有机色素劣化的热射线遮蔽片的温室。
Claims (13)
1.一种温室,其用于在内部栽培植物,
所述温室具备热射线遮蔽片,
所述热射线遮蔽片具备:
第1透明层,其具有100cc/m2·24hr·atm以下的透氧系数,所述第1透明层由聚酯构成;
第3透明层,其具有100cc/m2·24hr·atm以下的透氧系数,所述第3透明层由聚酯构成,
所述第2透明层夹在所述第1透明层和所述第3透明层之间,
所述热射线遮蔽片还具备第4透明层,其中,
所述第1透明层朝向所述温室的内侧,
所述第3透明层朝向所述温室的外侧,
所述第4透明层夹在所述第2透明层和所述第3透明层之间,并且,
所述第4透明层含有具有100nm以上250nm以下的直径的多个金属氧化物粒子,
所述多个金属氧化物粒子规则地排列为具有最密填充结构,
所述第4透明层具有200nm以上500nm以下的厚度。
2.根据权利要求1所述的温室,
各所述金属氧化物粒子由SiO2形成。
3.根据权利要求1所述的温室,
所述热射线遮蔽片设置在温室内部,使得将温室内部分割成上部和下部。
4.根据权利要求1所述的温室,
所述温室具有顶棚和侧壁,并且,
所述热射线遮蔽片覆盖所述顶棚。
5.根据权利要求4所述的温室,
所述热射线遮蔽片在所述顶棚的上面展开。
6.根据权利要求4所述的温室,
所述热射线遮蔽层以展开了的状态吊在所述顶棚的下面。
7.根据权利要求4所述的温室,
所述温室具有顶棚和侧壁,并且,
所述热射线遮蔽片覆盖所述侧壁。
8.根据权利要求7所述的温室,
所述热射线遮蔽片在所述温室的内侧和外侧的至少一方覆盖所述侧壁。
9.根据权利要求1所述的温室,
所述温室由膜形成,并且,
所述膜由所述热射线遮蔽片形成。
10.根据权利要求1所述的温室,
所述温室由膜形成,并且,
所述膜的内侧和外侧的至少一方被所述热射线遮蔽片覆盖。
11.根据权利要求1所述的温室,
还具备第5透明层,其中,
所述第5透明层含有散热填料,并且,
所述第5透明层层叠在所述第3透明层上。
12.根据权利要求11所述的温室,
所述散热填料为水滑石。
13.一种热射线遮蔽片,其用于温室,所述温室用于在内部栽培植物,
所述热射线遮蔽片具备:
第1透明层,其具有100cc/m2·24hr·atm以下的透氧系数,所述第1透明层由聚酯构成;
第3透明层,其具有100cc/m2·24hr·atm以下的透氧系数,所述第3透明层由聚酯构成,
所述第2透明层夹在所述第1透明层和所述第3透明层之间,
所述热射线遮蔽片还具备第4透明层,其中,
所述第1透明层朝向所述温室的内侧,
所述第3透明层朝向所述温室的外侧,
所述第4透明层夹在所述第2透明层和所述第3透明层之间,并且,
所述第4透明层含有具有100nm以上250nm以下的直径的多个金属氧化物粒子,
所述多个金属氧化物粒子规则地排列为具有最密填充结构,
所述第4透明层具有200nm以上500nm以下的厚度。
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