DE3531878C2 - Kunststoffolien bzw. -platten für Gewächshäuser - Google Patents

Kunststoffolien bzw. -platten für Gewächshäuser

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Description

Die Erfindung betrifft neue Kunststoff-Folien- bzw. -Platten, die in der Landwirtschaft, in Gewächshäusern, Treibhäusern, Tunnels, Frühbeeten, Folientunnels, Frühbeetfenster, Lochfolientunnels und dergl. eingesetzt werden können, welche für die Züch­ tung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen verwendet werden können. Solche Filme oder Folien bzw. Platten (im fol­ genden wird der Einfachheit halber der Ausdruck "Folien" gewählt) lassen einen großen Teil des photosyntheti­ schen aktiven (PAR) Lichts bzw. der entsprechenden Be­ strahlung, hauptsächlich im sichtbaren Teil des Spektrums, durch, während sie einen wesentlichen Teil der nahen Infrarot (NIR)- und fernen Infrarot-Bestrahlung nicht durchlassen.
Durch Reflexion oder Absorption eines wesentlichen Pro­ zentgehalts der NIR-Strahlung erfolgt eine geringere Er­ hitzung im Inneren des Gewächshauses bzw. Treibhauses während des Tages. Somit wird die Notwendigkeit besei­ tigt, die Kunststoffolien oder die Abdeckung der Gewächs­ häuser mit Folien oder dergl. zu tünchen bzw. anzustrei­ chen.
Die erfindungsgemäßen Folien oder Filme ändern das PAR/ NIR-Verhältnis, und als Ergebnis werden gesündere Pflan­ zen erhalten, die höhere Erträge liefern. Die Pflanzen sind ebenfalls gegenüber Pilzkrankheiten resistenter.
Die erfindungsgemäßen Folien und Filme und insbesondere solche, welche aus einem Copolymerisat aus Polyethylen niedriger Dichte und einem Ether-Ester-Copolymerisat her­ gestellt werden, sind im wesentlichen gegenüber Bestrah­ lung im 7 bis 14 µm Bereich opak bzw. undurchlässig. Dies ist die Hauptbestrahlungsenergie vom Boden und von Pflan­ zen bei Temperaturen von etwa 10 bis 20°C, hauptsächlich nachts, und somit wird diese Strahlung nachts absorbiert, und ein Teil davon wird zurück in das Gewächshaus ge­ strahlt bzw. abgegeben, wodurch höhere Temperaturen in der Nacht erhalten werden. Dadurch wird, verglichen mit den üblichen Polyethylenfolien, Brennstoff eingespart.
Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), abgeleitet von dem angelsächsischen Ausdruck "low density polyethylene", ist für die Herstellung von Folien und Filmen das billig­ ste Polymerisat. Es ist leicht, daraus 30 bis etwa 500 µm dicke Filme mit einer Breite von bis zu etwa 16 in durch Extrudierverblasen herzustellen. PE ist gegenüber sichtbarem Licht und der photosynthetischen aktiven Be­ strahlung (PAR) recht transparent. Gewächs- bzw. Treib­ häuser (diese Ausdrücke werden im folgenden synonym ver­ wendet), die mit PE-Filmen abgedeckt sind, verlieren Energie durch Bestrahlung in der Nacht und häufig müssen solche Gewächshäuser nachts erwärmt werden, was teuer ist.
Das nahe Infrarot (NIR) ist ein Teil der Sonnenbestrah­ lung, welche die Erde erreicht, und trägt zum Erwärmen des Gewächshausinneren bei. Im Frühling und im Winter ist in mäßigen Klimazonen das Überhitzen der Nutzpflan­ zen ein schwieriges Problem, da durch ein solches Über­ hitzen bestimmte Pflanzen nachteilig beeinflußt werden. Die Energie im sichtbaren Bereich ist für Nutzpflanzen in Gewächshäusern adäquat. Das Verhältnis PAR/NIR re­ guliert bei Nutzpflanzen während eines langen Tages das Wachstum der Pflanzen, wie von Tomaten und Gurken. PAR im 0,4 bis 0,7 µm Bereich und insbesondere das Rote, im 0,64 bis 0,7 µm Bereich und NIR im 0,7 bis 1,5 µm Be­ reich, sind gegenseitig antagonistisch. Ein hohes PAR/ NIR-Verhältnis verzögert die Reifung und ergibt einen hohen Chlorophyll- und Proteingehalt der Nutzpflanzen; vergl. Naturwiss. 63, 530 (1976) und Am. Rev. Plant Physiol. 23, 293-334 (1972).
Verschiedene polymere Filme, die anorganische, IR-absor­ bierende Materialien in feinverteilter Form eingearbeitet enthalten, sind bekannt: FR-PS 1 574 088 (Siliciumdioxid- Silikate), US-PS 4 179 547 (Natriummetaphosphate) und US- PS 4 134 875 (Alunit/Aluminiumhydroxid). Diese Teilchen absorbieren die IR-Bestrahlung in der Polyinermatrix und ihre Erwärmung während verlängerter Zeiten bewirkt eine Verschlechterung der Filmqualität.
In der US-PS 3 857 807 werden thermoplastische Filme für die Kontrolle des Pflanzenwachstums beschrieben. Sie enthalten bestimmte Zusatzstoffe, die einen wesentlichen Teil von PAR daran hindern, durch den Film hindurchzu­ treten, während sie im NIR durchlässig sind. Filme für die landwirtschaftliche Verwendung, die im IR-Bereich ab­ sorbieren, wurden beschrieben. Solche Filme sind im PAR- Bereich durchlässig und absorbieren im 7 bis 15 µm Be­ reich, der vom Boden und den Pflanzen bei Nacht im Ge­ wächshaus abgegeben wird, wodurch Wärmeverluste durch Strahlung erniedrigt werden.
Die DE OS 29 48 911 beschreibt Folien aus Polyethylen-Homo­ polymerisat oder Polyethylen-Copolymerisat, die 1 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtfoliengewicht, anorganische Füllstoffe enthalten.
Die DE OS 2 313 278 beschreibt einen Fertigungsgegenstand mit einer optisch transparenten und Solarenergie reflektie­ renden Folie aus Polyvinylacetat mit darin dispergierten lichtundurchlässigen Metallplättchen.
Die GB 2 093 042 betrifft durchscheinende Folien und Fo­ lienmaterialien zur Anwendung in der Landwirtschaft. Die Zusammensetzung für die Filme beruht auf der Verwendung von kleinen Teilchen aus Magnesiumoxid und/oder Calciumcarbo­ nat.
Die Erfindung betrifft Folien oder Filme, die im folgen­ den als "Folien" bezeichnet werden, aus polymeren Mate­ rialien, die als Abdeckung landwirtschaftlicher Struktu­ ren, wie Gewächshausern, Treibhäusern, Folienfrühbeeten, Folien- oder Lochfolientunnels oder dergl. Verwendung finden und dadurch gekennzeichnet sind, daß sie eine wirk­ same Menge eines UV-Bestrahlungsstabilisators und eine wirk­ same Menge eines feinverteilten Metallpulvers, ausgewählt unter Kupfer, Silber, Aluminium, Bronze und unter den Oxiden schwarzes Eisenoxid, Zirkonoxid, Zinnoxid und Bleioxid als Absorptionsmittel oder Reflektor im nahen Infrarot(NIR)-Be­ reich enthalten.
Die erfindungsgemäßen Folien sind im wesentli­ chen gegenüber photosynthetischer aktiver Bestrahlung (PAR)transparent, während sie die Bestrahlung im nahen Infrarot-Bereich (NIR) absorbieren, was gesündere Pflan­ zen und höhere Ausbeuten sowie ein vermindertes Auftre­ ten von Pilzbefall bewirkt. Man kann eine Vielzahl von Polymeren verwenden, die im allgemeinen UV-Bestrahlungs­ stabilisatoren enthalten und in die eine wirksame Menge einer der vorstehend genannten Substanzen eingearbeitet worden ist, welche im nahen Infrarot(NIR) absorbiert oder reflektiert.
Es ist bevorzugt, im Handel erhältliche, beschichtete Metallpulver, wie beschichtete Kupferpulver, zu verwen­ den, wodurch man Filme mit besserer Stabilität über längere Zeiträume erhält. Die Teilchen sind sehr fein und liegen in der Größenordnung von 0,044 mm (325 Mesh) oder noch kleiner. Die Menge solcher Materialien, die in das Poly­ mere eingearbeitet wird, kann variieren und liegt zwi­ schen etwa 0,02 und etwa 0,4 Gew.%; der bevorzugte Be­ reich beträgt etwa 0,03 bis etwa 0,1 Gew.%.
Unter den geeigneten Polymeren, die erwähnt werden kön­ nen, sind Polyolefine, wie Polyethylen (PE), das einen geeigneten IR-Absorber enthält, PE-Copolymerisate, ther­ moplastische Polyester und Copolymerisate davon, PVC (mit einem Gehalt an Weichmachern), Polyacrylate, Poly­ carbonate und Ester-Ether-Copolymerisate, insbesondere Ester-Ether-Copolymerisate mit PE. Sehr gute Ergebnisse werden mit thermoplastischen Co-Polyester-ethern von Hytrel® und Arnitel® AKZO, Niederlande) (T.M.)-Typ, zu­ sammen mit Polyethylen niedriger Dichte, erhalten. Man kann auch dreischichtige Filme verwenden, wobei zwei PE- Filme außen liegen und ein Polyester-Ether-Copolymerfilm in der Mitte vorliegt.
Die erfindungsgemäßen Filme sind im allgemeinen mittels üblicher UV-Stabilisatoren gegen UV stabilisiert und enthalten ein Antioxidans und ein Antiverschleierungs­ mittel.
Diese Filme können leicht zu etwa 30 bis 500 µm dicken Folien (bevorzugt 50 bis 150 µm) mit einer Breite bis zu etwa 16 m verarbeitet werden, wobei man sie durch Extrudierverblasen und Aufschneiden des entstehenden Schlauchs erhält. Die erfindungsgemäßen Filme erlauben im allgemeinen eine Transmission von mindestens 70% des PAR, während sie einen beachtlichen Prozentgehalt der NIR-Bestrahlung absorbieren.
Es ist bekannt, daß Metallpulver reflektieren und daß die Reflexionseigenschaften sich mit Erhöhung der Wel­ lenlänge der Strahlung erhöhen. Das Metallpulver der Wahl ist ein beschichtetes Kupferpulver mit sehr feiner Mesh-Verteilung (sehr klein), welches in einer Menge von etwa 0,02 bis 0,2 Gew.%, berechnet auf die Polymermasse, verwendet wird. Die erfindungsgemäßen Folien bzw. Platten können auch geeignete Lichtdiffusionsmittel, wie Magnesiumoxid, ent­ halten.
Ergebnisse, die man bei Versuchen im Gewächshaus erhält, zeigen eine beachtliche Erhöhung der Ausbeute von Nutz­ pflanzen, adäquate Nachttemperaturen ohne Erhitzen und einen wesentlich verringerten Pilzbefall, was ein län­ geres Pflanzenleben und eine längere Dauer der Nutz­ pflanzenentwicklung ermöglicht. Die erhöhten Ausbeuten sind sehr wesentlich und von besonderem wirtschaftlichen Wert.
Es soll noch bemerkt werden, daß man in solche Folien auch andere, an sich bekannte Zusatzstoffe, wie Pigment etc., einarbeiten kann. Es wurde eine Vielzahl von Foli­ en hergestellt und geprüft. Es wurde gefunden, daß alle beschriebenen Metallpulver wirksam sind. Mit Silber- und Aluminiumpulvern erhält man eine geringere Durchlässig­ keit als mit Kupferpulver. Die Metalloxide liefern zufrieden­ stellende Ergebnisse; die besten Ergebnisse wurden mit feinem schwarzen Eisenoxid erhalten. Das Metall­ pulver oder das Metalloxidpulver wurde in Mengen von etwa 20 bis 100 g/100 kg Polymergemisch für die besten Ergebnisse zugegeben, obgleich auch höhere Mengen ver­ wendet werden können. Die anderen Bestandteile werden in den Konzentrationen verwendet, wie sie auf diesem Ge­ biet üblich sind. Die besten Ergebnisse werden mit Fil­ men min einer Dicke von etwa 60 bis 150 µm erhalten. Die­ se sind wirtschaftlich, da sie im allgemeinen die ad­ äquaten mechanischen Eigenschaften aufweisen. Unter be­ stimmten Bedingungen ist es ratsam, Folien größerer Dicke zu verwenden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Temperaturen sind in °C angegeben und Teile sind durch das Gewicht ausgedrückt.
Beispiel 1
Zu 97,5 kg Infrasol 266® (Polyethylen niedriger Dichte, enthal­ tend einen UV-Stabilisator; Hersteller Ginegar Plastics, Israel) gibt man 2,5 kg Polyethylen, in dem 30 g feinverteiltes Eisenoxid (schwarz) und 50 g im Handel erhältliches Anitoxidans dispergiert sind. Das Gemisch wird in einer Banbtiry-Mischvorrichtung bis zur Homogenisierung vermischt und dann zu einem 100 µm dicken Schlauchfilm mit einem Umfang von 10 m durch Ex­ trusion verblasen. Dieser wird dann aufgeschnitten, wobei man eine 10 m breite Folie erhält.
Beispiel 2
Ein Versuch wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch das Antioxidans anstelle des Eisenoxids 30 g sehr feines, im Handel erhältliches, beschichtetes Kupfer­ pulver (Atlantic Powdered Metals Inc., NY, Us) von etwa 0,044 mm Korngröße (325 Mesh) enthält. Die Aufarbeitung erfolgte auf die obi­ ge Weise und das Gemisch wird unter Bildung eines 100 µm dicken Films durch Extrudieren verblasen, wobei man eine Folie mit einer Breite von 10 m erhält.
Beispiel 3
Ein Versuch wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch 50 g feines Aluminiumpulver anstelle des Eisen­ oxids verwendet werden. Das Gemisch wird zur Herstellung einer Folie mit einer Dicke von 80 µm und einer Breite von 10 m verwendet.
Beispiel 4
Ein Versuch wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt, jedoch gibt man zu dem Antioxidans-Konzentrat 100 g feines Bronzepulver. Man stellt einen Film mit einer Dicke von 120 µm und einer Breite von 10 m her.
Beispiel 5
Ein Versuch wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt, wobei man jedoch 150 g eines feinen Pulvers aus Bleioxid an­ stelle des Eisenoxids verwendet. Es wird ein 150 µm dicker und 10 m breiter Film hergestellt.
Beispiel 6
90 kg LDPE, das mit einem geeigneten UV-Bestrahlungs- Schutzmittel stabilisiert ist, werden mit 10 kg Arnitel EM 460®, einem Polyether-ester (AKZO, Niederlande) (T.M.), der gegenüber UV-Strahlung stabilisiert ist, in einem Banbury-Mischer vermischt. Dazu gibt man 40 g feinver­ teiltes (325 Mesh bzw. 0,044 mm Korngröße), beschichtetes Kupferpulver. Das Ge­ misch wird durch Extrudieren verblasen, wobei man einen Schlauch mit einem Umfang von 10 m und einer Dicke von 150 µm erhält. Dieser wird unter Bildung einer Folie aufgeschnitten.
Beispiel 7
Gemäß Beispiel 6 stellt man ein Gemisch her. Während des Vermischens gibt man 200 g feines Magnesiumoxidpulver zu. Die anderen Bestandteile sind gleich und die Auf­ arbeitung erfolgt gemäß Beispiel 6.
Beispiel 8 (Vergleichsbeispiel)
90 kg LDPE und 10 kg Arnitel EM 460® (im Handel erhältli­ cher Polyether-ester der AKZO, Niederlande, der gegen­ über UV-Bestrahlung stabilisiert ist) werden in einem Banbury-Mischer vermischt und durch Extrusion zu einem Schlauch mit einem Umfang von 10 m und einer Dicke von 100 µm verblasen, der dann zu einer Folie aufgeschnitten wird.
Beispiel 9
87 kg LDPE, 10 kg Arnitel EM® 460, 3 kg im Handel erhält­ liches Antioxidans-Konzentrat, das 30 g feinverteiltes, beschichtetes Kupferpulver (325 Mesh bzw. 0,044 mm Korngröße) enthält, werden vermischt und gemäß Bei­ spiel 8 aufgearbeitet. Man erhält eine 10 m breite und 100 µm dicke Folie.
Beispiel 10
Ein Versuch wird gemäß Beispiel 6 durchgeführt, wobei man jedoch feines, schwarzes Eisenoxid anstelle des Kupferpulvers verwendet. Man erhält einen Film mit einer Breite von 10 m und einer Dicke von 100 µm.
Beispiel 11
Ein Film wird auf solche Weise co-extrudiert, daß eine Schicht eine 40 µm dicke, UV-stabilisierte LDPE-Schicht, die Mittelschicht eine 15 µm dicke Arnitel EM 460®-Schicht, enthaltend 30 g feinbeschichtetes Kupferpulver/25 kg Po­ lymerisat, und die dritte Schicht eine 40 µm dicke LDPE-Schicht, enthaltend ein im Handel erhältliches Antiverschleierungsmittel, ist.
Es werden verschiedene Massen entsprechend den obigen hergestellt, die etwa 20 g (0,02%) bis etwa 200 g (0,2%) Metallpulver oder Metalloxidpulver pro 100 kg Mischung enthalten. Die Dicke der gebildeten Filme variiert zwi­ schen 30 und etwa 500 µm. Die bevorzugte Dicken betragen etwa 50 bis etwa 150 µm. Die verschiedenen Versuche zei­ gen, daß diese als Abdeckungen bzw. Bedeckungen für Ge­ wächshausstrukturen, für landwirtschaftliche Tunnels und dergl. geeignet sind.
Feldversuche
12 Gewächshäuser, jedes 15 m lang, 3,5 m hoch und 5 m breit, werden mit den ausgewählten Folien entsprechend der Nummer des Beispiels bedeckt. Die ausgewählten Ab­ deckmaterialien werden mit im Handel erhältlichen, thermischen Gewächshausfilmen (Infrasol 266®; Ginegar Plastics, Israel) verglichen. Dabei handelt es sich um einen Film, der im UV-Bereich von 7 bis 15 µm absor­ biert. Alle als Abdeckungen ausgewählten Filme absor­ bieren in diesem Bereich, wobei der Unterschied in ihren Eigenschaften im nahen Infrarot(NIR)-Bereich liegt.
Tomaten werden gepflückt und am gleichen Tag für alle Gewächshäuser gewogen. Zehn Tomaten werden beliebig in jedem Gewächshaus gepflückt und das durchschnittliche Gewicht wird ermittelt.
Ergebnisse
Die Tagestemperaturen werden um 12, um 13 und um 14 Uhr am 20. November und am 8. Dezember in drei Gewächshäusern gemessen. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen aufgeführt.
Die Abdeckungen mit Eisenoxid absorbieren die NIR-Auf­ wärmung während des Tages und beeinflussen die mechani­ schen Eigenschaften des Films nachteilig. Aus den Er­ gebnissen des Gewichts der Ernte ist ersichtlich, daß der Reflexionsfilm mit Kupfer gegenüber dem mit Eisenoxid bevorzugt ist.
Tabelle I
Tabelle II
Kumulative Tomatenernte in kg (Durchschnitt von zwei Ge­ wächshäusern)
Aus obiger Tabelle II folgt die signifikante Änderung bei den Erträgen im Hinblick auf die Gewächshäuser, die mit Folien mit verringerter NIR-Transmission abgedeckt sind, insbesondere im April, wenn sich die Pilzkrankhei­ ten entwickeln.
Bei den Beispielen 1, 2, 9 und 10 bleiben die Pflanzen gesund und die Nutzpflanzen-Erträge entwickeln sich im Juni gut, während bei Infrasol 266® und Beispiel 8 die Pflanzen in diesem Monat zu sterben beginnen.

Claims (10)

1. Kunststoffolie bzw. -platte für die Verwendung in Gewächshäuser-Abdeckungen, in Tunnels, die in der Landwirtschaft zum Einsatz kommen, oder für ähnliche Ab­ deckungen in der Landwirtschaft, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine wirksame Menge eines UV-Bestrahlungsstabi­ lisators und eine wirksame Menge eines feinverteilten Metallpulvers, ausgewählt unter Kupfer, Silber, Aluminium, Bronze und unter den Oxiden schwarzes Eisen­ oxid, Zirkonoxid, Zinnoxid und Bleioxid als Absorptions­ mittel oder Reflektor im nahen Infrarot(NIR)-Bereich ent­ halten.
2. Kunststoffolie bzw. -platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das NIR-Absorptionsmittel oder der Reflektor in einer Menge von 0,02 bis 0,2 Gew.%, bezogen auf das Polymerengemisch, vorhanden ist.
3. Kunststoffolie bzw. -platte nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Polymeres Polyolefin niedriger Dichte, ein Olefincopoly­ meres, einen thermoplastischen Polyester, Polyvinylchlo­ rid, Polyacrylat, Polycarbonat oder ein Polyether-ester-Co­ polymeres enthält.
4. Kunststoffolie bzw. -platte nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymer­ folie bzw. -platte in Sandwichstruktur aus einer oder mehreren Folien bzw. Platten gemäß Anspruch 1 mit einer Folie bzw. Platte eines geeigneten anderen Polyme­ ren vorliegt.
5. Kunststoffolie bzw. -platte nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Folie bzw. Platte, die keinen NIR-Reflektor oder Absorptionsmittel enthält, ein Polyester-ethercopolymeres ist.
6. Kunststoffolie bzw. -platte nach einem der An­ sprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Poly­ merfolie bzw. -platte aus einem Polyethylen und Ether- Ester-Copolymeren hergestellt ist.
7. Kunststoffolie bzw. -platte nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie 30 bis etwa 500 µm dick ist.
8. Kunststoffolie bzw. -platte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Menge an feinverteiltem Magnesiumoxidpulver enthält.
9. Kunststoffolie bzw. -platte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Zusatz­ stoff, ausgewählt unter Lichtdiffusionsmitteln und Pigmenten enthält.
10. Verwendung einer Folie oder Platte nach einem der An­ sprüche 1 bis 9 zur Abdeckung von Gewächshäusern, landwirt­ schaftlichen Tunnels und ähnlichen Strukturen, die für die Züchtung bzw. das Wachstum von Nutzpflanzen in der Landwirt­ schaft verwendet werden.
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