DE2934601C2 - Polymer mass - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine polymere Masse in Form von Folien, Platten, Bahnenmaterialien oder Filmen, die im wesentlichen gegenüber Sonnenstrahlung transparent ist und eine wirksame Schranke gegenüber Infrarotstrahlung darstellt, insbesondere im Bereich von 7 bis 15 µm.The invention relates to a polymeric mass in the form of foils, plates, sheet materials or films which is substantially transparent to solar radiation and represents an effective barrier to infrared radiation, in particular in the range from 7 to 15 µm.
Die Erfindung betrifft polymere Massen, die in der Landwirtschaft verwendet werden, insbesondere bestimmte neue Polymere oder Copolymere aus Äthylen, die so angepaßt sind, daß das Licht im sichtbaren Bereich im wesentlichen ungehindert hindurchgehen kann, die jedoch gegenüber einer wesentlichen Fraktion des Lichtes im Infrarotbereich im wesentlichen undurchlässig sind. Solche Polyäthylene oder Copolymere aus Polyäthylen in Folien- oder Bahnenmaterial und Filmform sind besonders als Plastikfolien oder -filme zum Abdecken von Aufbauten bzw. Elementen bzw. Einrichtungen geeignet, unter denen im Winter oder Frühjahr Nutzpflanzen gezüchtet werden. Bevorzugte Dicken betragen etwa 0,15 bis 0,5 mm.This invention relates to polymeric compositions for use in agriculture, particularly to certain novel polymers or copolymers of ethylene adapted to allow the passage of light in the visible region substantially unhindered, but which are substantially opaque to a substantial fraction of light in the infrared region. Such polyethylenes or copolymers of polyethylene in sheet or film form are particularly suitable as plastics sheets or films for covering structures under which crops are grown in winter or spring. Preferred thicknesses are about 0.15 to 0.5 mm.
Die Verwendung von Polyäthylenfolien oder -filmen für die Abdeckung einschließlich der Abdeckung mit Laub oder Stroh ist ein wirksames Verfahren für die Wärmesterilisation von Boden. Polyäthylenfilme, die Metaphosphatfüllstoffe enthalten, verbessern das Sterilisationsverfahren durch Verringerung der Wärmeverluste aus dem Boden, da sie als Infrarotschranke gegenüber der Infrarotstrahlung wirken, die vom Boden abgegeben wird.The use of polyethylene sheets or films for covering, including covering with leaves or straw, is an effective method for heat sterilization of soil. Polyethylene films containing metaphosphate fillers improve the sterilization process by reducing heat losses from the soil, as they act as an infrared barrier to the infrared radiation emitted by the soil.
Recht große Landflächen, die für die Züchtung von Winternutzpflanzen dienen, sind mit tunnelähnlichen Aufbauten, niedrigen Tunnels, begehbaren Tunnels und Gewächshäusern bedeckt, wobei Polyäthylenfolienmaterial zum Schutz für die Nutzpflanzen vor Kälte verwendet wird. Die polymeren Substanzen werden auf solche Weise gewählt, daß das Licht im sichtbaren Bereich durch das Folienmaterial hindurchdringen kann. Wenn das sichtbare Licht durch das Folienmaterial hindurchdringt und den Boden oder die wachsende Pflanze erreicht, wird ein Teil davon in Licht längerer Wellenlänge im Infrarotbereich umgewandelt, und im allgemeinen ist die Temperatur im Inneren solcher Tunnels höher als die Außentemperatur. Nachts, wenn keine Bestrahlung mit Sonnenlicht stattfindet, wird durch die Polyäthylenfolie Wärme durch Infrarotstrahlung, die durch die Folie hindurchgeht, verlorengehen, da diese gegenüber solcher Bestrahlung recht durchlässig ist. Für das Wachstum der Pflanzen ist der entstehende Temperaturabfall schädlich, und man hat daher verschiedene Versuche unternommen, Zusammensetzungen bzw. Massen zu finden, die einen solchen Wärmeverlust, bedingt durch Infrarotstrahlung, im wesentlichen verhindern.Quite large areas of land used for growing winter crops are covered with tunnel-like structures, low tunnels, walk-in tunnels and greenhouses, using polyethylene film material to protect the crops from the cold. The polymeric substances are selected in such a way that light in the visible range can pass through the film material. When the visible light passes through the film material and reaches the soil or the growing plant, part of it is converted into light of longer wavelength in the infrared range, and generally the temperature inside such tunnels is higher than the outside temperature. At night, when there is no exposure to sunlight, heat will be lost through the polyethylene film by infrared radiation passing through the film, since the film is quite transparent to such radiation. The resulting drop in temperature is detrimental to plant growth, and various attempts have therefore been made to find compositions or masses which substantially prevent such heat loss due to infrared radiation.
In der FR-PS 15 74 088 werden Kunststoffilme beschrieben, die gegenüber Sonnenbestrahlung durchlässig sind und eine Schranke gegenüber Infrarotbestrahlung darstellen und die ein polymeres Äthylen oder ein Copolymer aus Äthylen und Vinylacetat enthalten und die mindestens 10 Gew.-% fein dispergiertes Siliciumdioxid oder Aluminiumhydroxid enthalten. Durch Ausschwitzen aus den anorganischen Füllstoffen wird bei dem Verfahren Wasser gebildet, wodurch die mechanischen Eigenschaften solcher Filme verschlechtert werden. In der FR-PS 22 13 954 werden Kunststoffolien aus Polyäthylen oder Copolymeren aus Polyäthylen und Vinylacetat beschrieben, die 1 bis 20 Gew. -% wasserfreies Aluminiumsilicat enthalten. Die Aufarbeitung der Massen gemäß der letzteren Patentschrift erfordert die Verwendung von Estern von Polyalkoholen oder von Polyaminoalkoholen. Dieses Verfahren ist recht kompliziert, und das entstehende Produkt ist sehr teuer.FR-PS 15 74 088 describes plastic films which are permeable to solar radiation and constitute a barrier to infrared radiation and which contain a polymeric ethylene or a copolymer of ethylene and vinyl acetate and which contain at least 10% by weight of finely dispersed silicon dioxide or aluminum hydroxide. Water is formed during the process by exudation from the inorganic fillers, which impairs the mechanical properties of such films. FR-PS 22 13 954 describes plastic films made of polyethylene or copolymers of polyethylene and vinyl acetate which contain 1 to 20% by weight of anhydrous aluminum silicate. The processing of the masses according to the latter patent requires the use of esters of polyalcohols or polyaminoalcohols. This process is quite complicated and the resulting product is very expensive.
Der Hauptvorteil von Metaphosphatfüllstoffen, verglichen mit Aluminiumsilicat, ist der, daß der Natriummetaphosphatfüllstoff im wesentlichen gegenüber dem sichtbaren Licht transparent ist, während der Aluminiumsilicatfüllstoff so viel wie 50% des sichtbaren Lichtes absorbiert. Das sichtbare Licht ist sowohl für die Nutzpflanzen, die unter Kunststofftunnels gezüchtet werden, wichtig, und es ist wichtig zum Erwärmen des Bodens.The main advantage of metaphosphate fillers, compared to aluminum silicate, is that the sodium metaphosphate filler is essentially transparent to visible light, while the aluminum silicate filler absorbs as much as 50% of the visible light. Visible light is important both for the crops grown under plastic tunnels and it is important for warming the soil.
Der Film muß gegenüber Sonnenstrahlung durchsichtig sein, und es ist gut bekannt, daß Polyäthylenpolymere oder -copolymere diese Eigenschaft aufweisen. Die Zugabe bestimmter Metaphosphate verschlechtert die Durchlässigkeit für die Sonnenstrahlung nicht, sie ändert jedoch in prononzierter Art die Durchlässigkeit von Infrarotstrahlung.The film must be transparent to solar radiation, and it is well known that polyethylene polymers or copolymers have this property. The addition of certain metaphosphates does not impair the transmittance to solar radiation, but it does change the transmittance to infrared radiation in a pronounced manner.
Der kritische Bereich ist der von etwa 7 µ bis 15 µ und es ist gut bekannt, daß es bestimmte Ionen gibt, die in diesem Bereich absorbieren. Es ist somit bekannt, daß PO3 -3 stark in diesem Bereich absorbiert. Das Spektrum von Polyanionen vom MPO3-Typ wird beschrieben in:
- a. D.E.C. Corbridge et al., J. Chem. Soc. (1954) 493-504;
- b. Infrared Spectra of Inorganic Compounds, R.A. Hyquist, Academic Press, New York, 1971; und
- c. Bertoluzza et al., Atti della Academia Nationale, Lincel Rand. Sc. fis. Mat. e. Nat. Vol. LVI, 1974.
The critical range is from about 7 µ to 15 µ and it is well known that there are certain ions that absorb in this range. It is thus known that PO 3 -3 absorbs strongly in this range. The spectrum of polyanions of the MPO 3 type is described in:
- a. DEC Corbridge et al., J. Chem. Soc. (1954) 493-504;
- b. Infrared Spectra of Inorganic Compounds, RA Hyquist, Academic Press, New York, 1971; and
- c. Bertoluzza et al., Atti della Academia Nationale, Lincel Rand. Sc. fis. Mat. e. Nat. Vol. LVI, 1974.
Die Bereiche von 7 µ bis 15 µ entsprechen etwa 1300 cm-1 bis 800 cm -1. Die Polyanionen (NaPO3) x , (KPO3) x , (CaPO3) x und (AlPO3) x besitzen alle starke Absorptionsspektren im Bereich von 800 cm-1 bis 1400 cm-1, und sie sind gegenüber dem sichtbaren Bereich im wesentlichen transparent.The ranges from 7 µ to 15 µ correspond to approximately 1300 cm -1 to 800 cm -1 . The polyanions (NaPO 3 ) x , (KPO 3 ) x , (CaPO 3 ) x and (AlPO 3 ) x all have strong absorption spectra in the range from 800 cm -1 to 1400 cm -1 and they are essentially transparent to the visible region.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine polymere Masse, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie Polyäthylen oder ein Copolymer aus hauptsächlich Polyäthylen und eine Menge von 1 bis 20 Gew.-% an Metaphosphat, wie Natriummetaphosphat, Kaliummetaphosphat, Aluminiummetaphosphat oder Calciummetaphosphat, enthält.The invention thus relates to a polymeric mass which is characterized in that it contains polyethylene or a copolymer of mainly polyethylene and an amount of 1 to 20% by weight of metaphosphate, such as sodium metaphosphate, potassium metaphosphate, aluminum metaphosphate or calcium metaphosphate.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der Polymermassen zur Kultivierung von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen. Es sei bevorzugt, daß das Bahnenmaterial oder der Film 0,1 bis 0,5 mm dick ist.The invention further relates to the use of the polymer masses for the cultivation of agricultural crops. It is preferred that the sheet material or the film is 0.1 to 0.5 mm thick.
Die Menge an Metaphosphat, die in die polymere Matrix eingearbeitet wird, kann zwischen 1 und 20 Gew.-% variieren, der bevorzugte Bereich beträgt 3 bis 10 Gew.-%. Das bevorzugte Polyäthylen ist Polyäthylen mit niedriger Dichte oder Copolymere aus Äthylen mit Vinylacetat, beispielsweise Material, das als EVA auf dem Markt ist. Die unlöslichen Formen der obigen Metaphosphate können mit einem Granulat aus Polyäthylen nach industriellen Standardverfahren, wie durch Verarbeitung auf dem Walzwerk bzw. Mahlen, Extrudieren in einem Doppelschneckenextruder oder unter Verwendung eines Mischers des Banbury-Typs, vermischt werden. Man erhält eine homogene Masse, die durch Blasen in Form von Folien oder Filmen bzw. Bahnenmaterial üblicher Dicke extrudiert werden können, wobei das Bahnenmaterial zum Abdecken von Nutzpflanzen mit Aufbauten verwendet wird, die in der Landwirtschaft üblich sind. Diese Filme besitzen die für diesen Zweck erforderliche mechanische Festigkeit. Versuche haben gezeigt, daß Filme aus Polyäthylen mit niedriger Dichte die von 5 bis 10 Gew.-% Natriummetaphosphat oder Kaliummetaphosphat enthalten, gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Sie sind im wesentlichen gegenüber der Sonnenbestrahlung transparent, absorbieren mindestens 80% der Infrarotbestrahlung im Bereich von 7 µ bis 15 µ. Die erfindungsgemäßen Filme werden in Wasser eingetaucht, und während 24 Stunden findet im wesentlichen kein Auslaugen statt, und die physikalischen Eigenschaften verschlechtern sich nicht.The amount of metaphosphate incorporated in the polymeric matrix may vary between 1 and 20% by weight, the preferred range being 3 to 10% by weight. The preferred polyethylene is low density polyethylene or copolymers of ethylene with vinyl acetate, for example material marketed as EVA. The insoluble forms of the above metaphosphates may be mixed with polyethylene granules by standard industrial methods such as milling, extrusion in a twin-screw extruder or using a Banbury-type mixer. A homogeneous mass is obtained which can be extruded by blowing in the form of sheets or films or sheets of conventional thickness, the sheets being used for covering crops with structures commonly used in agriculture. These films have the mechanical strength required for this purpose. Tests have shown that low density polyethylene films containing from 5 to 10% by weight of sodium metaphosphate or potassium metaphosphate have good mechanical properties. They are substantially transparent to solar radiation, absorbing at least 80% of infrared radiation in the range of 7 µ to 15 µ. The films of the invention are immersed in water and during 24 hours there is essentially no leaching and no deterioration in physical properties.
Auf ähnliche Weise kann man andere Phosphate und insbesondere Metaphosphate verwenden, die die erforderlichen optischen Eigenschaften aufweisen. Obgleich gefunden wurde, daß die unlöslichen Polymetaphosphate von Natrium und Kalium besonders für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Phosphor enthaltenen Salze beschränkt. Es sind somit auch Metaphosphate oder Polymetaphosphate aus Aluminium, Calcium, Barium usw. geeignet.In a similar manner, other phosphates and in particular metaphosphates which have the required optical properties can be used. Although the insoluble polymetaphosphates of sodium and potassium have been found to be particularly suitable for the purposes of the present invention, the present invention is not limited to these phosphorus-containing salts alone. Thus, metaphosphates or polymetaphosphates of aluminum, calcium, barium, etc. are also suitable.
40 kg Natriummetaphosphat (Maddrell-Salz) werden mit 400 kg Polyäthylen mit niedriger Dichte in einem Banbury-Innenmischer bei 170 bis 180°C vermischt. Anschließend wird das Gemisch aus dem Banbury-Mischer in an sich bekannter Weise extrudiert und pelletisiert.40 kg of sodium metaphosphate (Maddrell's salt) are mixed with 400 kg of low density polyethylene in a Banbury internal mixer at 170 to 180°C. The mixture is then extruded from the Banbury mixer in a conventional manner and pelletized.
Die Pellets werden dann in einen Extruder gegeben, der mit einer Blasvorrichtung versehen ist, wobei eine flache Röhre bzw. ein Schlauch gebildet wird, die bzw. der auf einen Aufnahmedorn aufgewickelt wird.The pellets are then fed into an extruder equipped with a blowing device, forming a flat tube or hose which is wound onto a mandrel.
Aus der flachen Röhre bzw. dem Schlauch werden Folien bzw. Bahnen und Filme mit der gewünschten Dicke für die Bedeckung der Aufbauten für die Nutzpflanzen verwendet. Gute Ergebnisse werden mit Dicken von 0,1 bis 0,5 mm erhalten.The flat tube or hose is used to make sheets or films of the desired thickness for covering the structures for crops. Good results are obtained with thicknesses of 0.1 to 0.5 mm.
Das Absorptionsspektrum des 0,1 mm dicken Filmes wird mit dem von Polyäthylen mit niedriger Dichte, IPE-111-Qualität, (ein ISR.-PET.-IND.-Produkt) und mit einem im Handel erhältlichen Film, INFRANE X30, beide 0,1 mm dick, verglichen.The absorption spectrum of the 0.1 mm thick film is compared with that of low density polyethylene, IPE-111 grade, (an ISR.-PET.-IND. product) and with a commercially available film, INFRANE X30, both 0.1 mm thick.
Im Diagramm 1 sind die Infrarotabsorptionsspektren im Bereich von 7 µ bis 15 µ dargestellt.Diagram 1 shows the infrared absorption spectra in the range of 7 µ to 15 µ.
Die Spektren zeigen, daß ein Vergleich des erfindungsgemäßen Filmes mit dem im Handel erhältlichen Film günstig ist.The spectra show that a comparison of the film according to the invention with the commercially available film is favorable.
Bei dem im Handel erhältlichen Film wird die Transmission des Lichtes im sichtbaren Bereich um etwa 50%, verglichen mit dem Polyäthylen niedriger Dichte, verringert, und bei dem erfindungsgemäßen Film wird die Transmission nur um etwa 10%, bezogen auf das Polyäthylen, verringert.In the commercially available film, the transmission of light in the visible range is reduced by about 50% compared to the low density polyethylene, and in the film according to the invention, the transmission is reduced by only about 10% relative to the polyethylene.
Zugfestigkeitsmessungen haben gezeigt, daß sich der Film mit 10% Natriummetaphosphatfüllstoff praktisch von dem von Polyäthylen IPE 111 nicht unterscheidet.Tensile strength measurements have shown that the film with 10% sodium metaphosphate filler is practically indistinguishable from that of polyethylene IPE 111.
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