DE2638273C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue und verbesserte Polyolefingemische bzw. Polyolefinzubereitungen, die zur Herstellung von festen Polyolefinfilmen mit verbesserten Absorptionscharakteristika für Infrarotstrahlen im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm geeignet sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Polyolefingemische, die einen wasserfreien Kaolinit enthalten; aus solchen Gemischen hergestellte feste Polyolefinfilme sowie die Verwendung der Polyolefinfilme für ein Verfahren zur Erhöhung des Ernteertrages von Freilandkulturen bzw. Treibhauskulturen, indem diese mit solchen Filmen abgedeckt werden.

Wie den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist, sind viele Polyolefine, und insbesondere Polyäthylen niedriger Dichte, sehr transparent für Infrarotstrahlen im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm. Beispielsweise kann ein gewöhnlicher Polyäthylenfilm, wenn er zum Abdecken von Freilandkulturen verwendet wird, die Hitze, die während der Nacht vom Boden ausgestrahlt wird, nicht in ausreichendem Maße zurückhalten; eine Tatsache, die manchmal zu einer niedrigeren Temperatur unterhalb des Filmes als oberhalb, d. h. außerhalb führen kann, so daß die Freilandkulturen nicht ausreichend gegen Frost geschützt werden. Außerdem schützen gewöhnliche Polyäthylenfilme die Freilandkulturen nicht vor der Versengung durch die Sonne während des Tages.

Bisher sind Polyvinylchloridfilme allgemein in der Ackerbauindustrie zum Abdecken von Freilandkulturen verwendet worden, weil sie zufriedenstellende Absorptionscharakteristika aufweisen; Polyvinylchlorid hat jedoch den Nachteil, daß es bei kaltem Wetter spröde ist und daß dessen Weichmacher dazu neigen, sich bei nassem bzw. feuchtem Wetter aufzulösen. Abgesehen davon sind sie im allgemeinen teurer als Polyolefinfilme.

Somit besteht also insbesondere in der Landwirtschaft ein Bedarf an festen Polyolefinfilmen, die so wenig wie möglich transparent sind für Infrarotstrahlen.

Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, neue und verbesserte Polyolefingemische zu schaffen, die zur Herstellung von festen Polyolefinfilmen mit guten Infrarotabsorptionscharakteristika im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm verwendet werden können.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, feste Polyolefinfilme mit verbesserten Absorptionscharakteristika für Infrarotstrahlen zu schaffen, die als Abdeckmaterial für Freilandkulturen geeignet sind, um den Ertrag dieser Agrikulturen zu erhöhen.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung angegeben bzw. lassen sich aus der folgenden Beschreibung ableiten oder können bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung festgestellt werden; die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können mit Hilfe der Gemische bzw. der Zubereitungen, Verfahren und Verbesserungen, wie sie insbesondere in der Beschreibung und in den Ansprüchen angegeben werden, realisiert und erhalten werden.

Die oben angegebenen Ziele der vorliegenden Erfindung werden, in Übereinstimmung mit dem Verwendungszweck, dadurch erreicht, daß Polyolefingemische geschaffen werden, die ein Polyolefin und von etwa 1 bis 15%, bezogen auf das Polyolefingewicht, eines im wesentlichen wasserfreien Kaolinits, welcher von 51 bis 57 Gew.-% Siliziumdioxid, von 40 bis 46 Gew.-% Aluminiumoxid und weniger als 3% Verunreinigungen enthält, enthalten.

Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung der Polymergemische zur Herstellung von Polyolefinfilmen. Zur Erhöhung des Ernteertrages von Freilandkulturen werden Freilandkulturen mit einem Polyolefinfilm, der von etwa 1 bis 15%, bezogen auf das Gewicht des Polyolefins, eines im wesentlichen wasserfreien Kaolinits, welcher von 51 bis 57 Gew.-% Siliziumdioxid, von 40 bis 46 Gew.-% Aluminiumoxid und weniger als 3% Verunreinigungen enthält, enthält, abgedeckt.

Der Zusatz von wasserfreiem Kaolinit zu Polyolefin führt zu einer Verbesserung der Absorptionscharakteristika der daraus erhaltenen Polyolefinfilme.

Es versteht sich, daß sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detallierte Beschreibung die vorliegende Erfindung nur beispielhaft und erläuternd beschreiben und keine Abgrenzung der vorliegenden Erfindung darstellen.

Polyolefine, die zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind beispielsweise Homopolymerisate olefinischer Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen und Poly-1-buten niedriger als auch hoher Dichte sowie Copolymerisate, die hergestellt werden, indem beispielsweise Äthylen mit Vinylacetat, Propylen, Kohlenmonoxid, 1-Buten, Maleinsäureanhydrid und dgl. copolymerisiert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Polyolefingemische, die ein Polyolefin und einen im wesentlichen wasserfreien Kaolinit enthalten, hergestellt, um die Absorptionscharakteristika für Infrarotstrahlen im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm der aus solchen Gemischen bzw. Zubereitungen hergestellten Filme zu verbessern.

Der erfindungsgemäß verwendete Kaolinit wird in einer Menge von 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyolefins, und insbesondere in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% verwendet. Der wasserfreie Kaolinit kann erhalten werden, indem ein wasserhaltiges bzw. hydratisiertes Aluminium-Silikat, wie beispielsweise ein Kaolinit, Dickit (dickite), Nacrit (nacrite), Halloysit (halloysite) und Anauxit (anauxite) calciniert wird. Kaolinit, Dickit und Nacrit sind polymorphe Formen von Al₂O₃ · 2 SiO₂ · 2 H₂O; Hallosit ist ein wasserhaltiger Kaolinit der Formel Al₂O₃ · 2 SiO₂ · 4 H₂O; und Anauxit hat eine ähnliche Struktur, enthält aber ein wenig mehr Siliziumdioxid als Kaolinit.

Das wasserfreie Produkt, das durch die Calcination dieser Aluminium- Silicate erhalten wird, entspricht in etwa der Formel Al₂O₃ · 2 SiO₂ und hat eine theoretische Zusammensetzung von 54% Siliziumdioxid und 46% Aluminiumoxid. Es wurde gefunden, daß der wasserfreie Kaolinit, der für die erfindungsgemäße Anwendung geeignet ist, im allgemeinen von 51 bis 57% Siliziumdioxid und von 40 bis 46% Aluminiumoxid sowie weniger als 3% Verunreinigungen aufweisen sollte. Wie noch ausführlich in den unten angegebenen Beispielen gezeigt werden wird, zeigen Polyolefinfilme, die Aluminiumsilikate mit einem Aluminiumoxid und Siliziumdioxidverhältnis außerhalb dieser Bereiche aufweisen, eine schlechtere Strahlenretention als Filme, die aus den erfindungsgemäßen Gemischen hergestellt wurden.

Geringe Mengen anderer Silikate, Sulfate oder Karbonate, bezogen auf das Gewicht des wasserfreien Kaolinits, können toleriert werden, ohne daß vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Solche anderen Silikate können Biedellit, 2 Al₂O₃ · 3 SiO₂ · 4 H₂O; Pyrophyllit, Al₂O₃ · 4 SiO₂ · H₂O; Talk, 3 MgO · 4 SiO₂ · H₂O und dgl. sein; diese Silikate können in hydratisierter oder vorzugsweise in wasserfreier Form vorliegen. Außerdem kann der wasserfreie Kaolinit bis zu 3 Gew.-% Verunreinigungen aufweisen, wie beispielsweise Magnesiumoxid (MgO), Kalk (CaO), Natriummonoxid (Na₂O), Titandioxid (TiO₂) und Eisenoxid (Fe₂O₃).

Erfindungsgemäß wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß die Gegenwart von 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyolefins, eines solchen Kaolinits die Absorptionscharakteristika für Infrarotstrahlen der aus solchen Polyolefinen hergestellten festen Filme in wesentlichem Umfang verbessert.

Die erfindungsgemäßen Gemische werden nach bekannten Verfahren auf bekannte Art und Weise hergestellt, wie beispielsweise durch Vermischen oder Vermengen des Polyolefins und des Kaolinits in einer Mischvorrichtung vom Banbury-Typ. Geeignete Stabilisatoren wie den Fachleuten auf diesem Gebiet wohl bekannt, können den erfindungsgemäßen Polyolefingemischen ebenfalls zugesetzt werden.

Es ist wesentlich, daß der erfindungsgemäß verwendete Kaolinit vollständig oder im wesentlichen wasserfrei ist, weil sonst das vom Kaolinit während der Herstellung der festen Filme aus den Gemischen abgegebene Wasser die Endprodukte nachteilig beeinflussen würde. Vorzugsweise liegt der Kaolinit auch in fein verteilter Form vor und hat eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 1 bis 5 µm.

Die aus den oben beschriebenen Gemischen bzw. Zubereitungen hergestellten festen Filme können besonders vorteilhaft in der Landwirtschaft zum Schutz von Freilandkulturen verwendet werden. Solche Filme werden im allgemeinen mit einer Dicke von zwischen 20 bis 200 µm hergestellt. Wie in den folgenden Beispielen noch ausführlicher beschrieben werden wird, haben diese Filme Absorptionscharakteristika für Infrarotstrahlen, die im allgemeinen den Charakteristika von Polyvinylchloridfilmen im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm vergleichbar sind, die aber, wenn sie zum Abdecken für Freilandkulturen verwendet werden, deren Ernteertrag wesentlich erhöhen.

Im Vergleich mit Polyvinylchloridfilmen sind die erfindungsgemäßen Filme widerstandsfähig, dicht, kräftig und stabil und zwar sowohl unter Einfluß von Kälte als auch unter Einfluß von Regen; außerdem sind die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Filme sehr viel niedriger. Das bedeutet also, daß die erfindungsgemäßen Filme ausgezeichnete Eigenschaften beispielsweise zum Abdecken von Strohdecken (mulching) und Semi-Treibkulturen aufweisen und bei der Herstellung von Silofutter mit Erfolg eingesetzt werden können, da die während des Tages unterhalb der Filme aufgespeicherte Hitze während der Nacht eingefangen bleibt. Es wurde gefunden, daß, wenn erfindungsgemäß hergestellte Polyolefinfilme zum Abdecken von Treibhäusern verwendet werden, diese Filme beispielsweise den Temperaturabfall wesentlich einschränken, die in den Gewächshäusern vorhandenen Pflanzen vor dem Verbrennen durch die Sonne schützen und die für die Beheizung der Treibhäuser anfallenden Heizungskosten bis zu 30% reduzieren.

Es wurde außerdem gefunden, daß der Wuchsverlauf bzw. Entwicklungsablauf und auch der Ernteertrag einer großen Anzahl von Pflanzen in wesentlichem Umfang gesteigert werden kann, wenn man sie unter Filmen entsprechend der vorliegenden Erfindung wachsen läßt. Solche Pflanzen sind beispielsweise Erdbeeren, Melonen, Karotten, Rettiche bzw. Radieschen, Bohnen, Petersilie und dgl. Mit solchen Filmen konnten beispielsweise die Ernteerträge von Melonen um 110% erhöht werden; die Erträge von Kartoffeln um 40% und die von Tomaten um 50%, verglichen mit Pflanzen, die ohne Verwendung solcher Filme gewachsen waren.

Die beiliegende Zeichnung erläutert graphisch die Verbesserung der Gesamterträge von Kulturen als Funktion der Zeit, die unter den erfindungsgemäß hergestellten Filmen aufgezogen wurden, im Vergleich mit Kulturen, die unter bekannten Polyolefinfilmen aufgezogen wurden. In der Zeitung zeigt Kurve (B) den Ernteertrag von Kulturen, die unter bekannten Polyäthylenfilmen mit einer Dichte von 0,922 gewachsen waren. Kurve (A) zeigt andererseits den Ernteertrag von Kulturen, die unter einem Polyäthylenfilm, der 8%, bezogen auf das Gewicht des Films, eines wasserfreien Kaolinits gemäß der vorliegenden Erfindung enthielt, gewachsen waren. Die Kurven zeigen, daß Kulturen, die unter den erfindungsgemäßen Filmen gewachsen waren, eine größere und frühere Erntezeit haben als Kulturen, die unter normalen Polyäthylenfilmen gewachsen waren.

Um die Erfindung noch eingehender zu erläutern, wird auf die folgenden Beispiele verwiesen. Diese Beispiele erläutern die Herstellung von Polyolefinfilmen, die ein wasserfreies Kaolinit enthalten und deren Infrarotabsorptionscharakteristika sowie den Vergleich solcher Filme mit ähnlichen Polyolefinfilmen, die zwar Aluminium-Silikat enthalten, aber kein wasserfreies Kaolinit.

Die Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung und sollen den Umfang und die zugrundeliegenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung in keiner Weise begrenzen. Alle Teile und Prozentangaben, die gemacht werden, beziehen sich auf das Gewicht, es sei denn, es ist anders angegeben.

Beispiel 1

Es wurden 92,5 Gewichtsteile Polyäthylen mit einer Dichte von 0,92 und einem Schmelzindex von 1 g/10 mn (gemessen gemäß ASTM Standard Nummer D1238) mit 7,5 Gewichtsteilen eines wasserfreien Kaolinits, welcher 1,5% Wasser, 52,5% Siliziumdioxid, 43,5% Aluminiumoxid und 2,5% Verunreinigungen enthielt, vermischt. Der Kaolinit hatte eine mittlere Teilchengröße von etwa 2 µm.

Das Vermischen wurde mit Hilfe einer Mischvorrichtung vom Banbury-Typ durchgeführt. Das Gemisch wurde dann in Filme mit einer Dicke von etwa 90 µm überführt und spektrofotometrischen Messungen hinsichtlich Infrarotstrahlen unterworfen.

Der Prozentsatz an Erdstrahlenenergie, die im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm nicht zurückgehalten wurde, betrug 30,5%, ein Wert, der bei einem Vergleich mit den Werten, die bisher für Polyvinylchloridfilme erhalten wurden (29%) günstig ausfällt.

Beispiele 2 bis 7

Die im Beispiel 1 beschriebene Arbeistweise wurde in den Beispielen 2 bis 7 wiederholt, jedoch wurden andere, durch ihre Warenzeichennamen und ihre Herstellerfirmen charakterisierte, wasserfreie Kaolinite und variierende Konzentrationen an Aluminiumoxid- Siliziumdioxid, die innerhalb der oben definierten Bereiche liegen, anstelle des im Beispiel 1 genannten Kaolinits verwendet.

Die Kaolinitgemische und die Ergebnisse der spektrofotometrischen Teste hinsichtlich Infrarotstrahlen an jedem der erhaltenen Polyäthylenfilme sind in der unten angegebenen Tabelle 1 aufgeführt.

Wie auch aus Beispiel 1, kann aus der Tabelle 1 ersehen werden, daß jeder der Polyäthylenfilme, wobei die Filme verschiedene Kaolinite enthalten, Absorptionscharakteristika für Infrarotstrahlen aufweist, die im wesentlichen den Werten ähnlich sind, die für Polyvinylchloridfilme erhalten wurden.

Tabelle 1

Vergleichsbeispiel 8

Dieses Beispiel wurde durchgeführt, um die überlegenen Ergebnisse aufzuzeigen, die bei Verwendung der spezifischen wasserfreien Kaolinite gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden, im Vergleich mit Aluminium-Silikatverbindungen, die außerhalb des erfindungsgemäß definierten Umfanges liegen, wenn sie in identischen Polyolefinen verwendet werden.

In diesem Beispiel wurden 92,5 Gewichtsteile Polyäthylen, wie es auch im Beispiel 1 verwendet wurde, mit 7,5 Gewichtsteilen einer Aluminium-Silikatverbindung mit Hilfe einer Mischvorrichtung vom Banbury-Typ vermischt. Das Aluminium-Silikat (Tuboryl, hergestellt von Silice et Kaolin, Frankreich) enthielt 62% SiO₂, 35% Al₂O₃ und 2,6% Verunreinigungen und hatte eine mittlere Teilchengröße von 1,5 µm. Das Gemisch wurde dann zu einem Film von etwa 90 µm Dicke verarbeitet.

Spektrofotometrische Messungen hinsichtlich der Infrarotstrahlen wurden dann mit dem Film durchgeführt; dabei wurde gefunden, daß der Prozentanteil der Bodenstrahlenenergie, der im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm nicht zurückgehalten wurde, 38% betrug.

Daraus kann ersehen werden, daß die Absorptionscharakteristika dieses Polyäthylenfilms, der unzureichende bzw. ungeeignete Anteile an Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthält, weniger gute Absorptionscharakteristika aufwies als Polyvinylchloridfilme oder einer der in den Beispielen 1 bis 7 beschriebenen Filme.

Vergleichsbeispiele 9 bis 18

Die in Vergleichsbeispiel 8 beschriebene Arbeitsweise wurde in den Vergleichsbeispielen 9 bis 18 wiederholt, jedoch wurden andere Aluminium-Silikatverbindungen, die ungeeignete Gehalte an Wasser und/oder ungeeignete Anteile an Aluminiumoxid und Siliziumdioxid aufwiesen, verwendet. Die jeweils in einem dieser Beispiele verwendete Aluminium-Silikatverbindung sowie die Ergebnisse der spektrofotometrischen Teste, die an jedem erhaltenen Polyäthylenfilm durchgeführt wurden, sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.

In jedem Fall betrug der Prozentanteil der Erdstrahlenenergie, die von den Filmen zurückgehalten wurde, weniger als bei den Filmen, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten bzw. hergestellt wurden.

Tabelle 2

Beispiel 19

Es wurden 92,5 Gewichtsteile eines Copolymerisates aus Äthylen und Vinylacetat mit einem Vinylacetatgehalt von 12 Gew.-% und einem Schmelzindex von 2 g/10 mn (gemessen gemäß ASTM Standard Nr. D1238) mit 7,5 Gewichtsteilen des in Beispiel 1 beschriebenen wasserfreien Kaolinits in einer Mischvorbereitung vom Banbury-Typ vermengt.

Filme mit einer Dicke von etwa 80 µm, die aus diesem Gemisch hergestellt wurden, wurden spektrofotometrischen Messungen hinsichtlich der Durchlässigkeit von Infrarotstrahlen unterworfen.

Der Prozentanteil an Bodenstrahlenenergie, die im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm nicht zurückgehalten wurde, betrug 21,5%.

Die vorliegende Erfindung ist in ihren weiteren Perspektiven nicht auf die spezifischen Angaben, die in der Beschreibung aufgezeigt und beschrieben wurden, begrenzt; Abweichungen und Modifikationen von den im Detail beschriebenen Bedingungen können durchgeführt werden, ohne daß von den Prinzipien der Erfindung abgewichen wird und ohne daß die hauptsächlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung verlorengehen bzw. umgangen werden.

Claims (7)

1. Polyolefingemische, bestehend aus einem Polyolefin und von etwa 1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Polyolefingewicht, eines durch Calcinierung im wesentlichen wasserfreien Kaolinits, welcher von 51 bis 57 Gew.-% Siliziumdioxid von 40 bis 46 Gew.-% Aluminiumoxid und weniger als 3% Verunreinigungen enthält.

2. Polyolefingemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein Polyäthylen, Polypropylen, Poly-1-buten oder ein Copolymerisat davon ist.

3. Polyolefingemische nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein Polyäthylen niedriger Dichte ist.

4. Polyolefingemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße des wasserfreien Kaolinits zwischen 1 und 5 µm liegt.

5. Polyolefingemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 3 bis 10 Gew.-% des wasserfreien Kaolinits enthalten.

6. Polyolefingemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem geringe Mengen, bezogen auf das Gewicht des genannten wasserfreien Kaolinits, einer Verbindung, wie beispielsweise ein Silikat, ein Sulfat oder ein Karbonat, enthalten sind.

7. Verwendung der Polyolefingemische nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Polyolefinfilmen mit verbesserten Absorptionscharakteristika für Infrarotstrahlen im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 µm.