DE60016698T2

DE60016698T2 - Polymere Thermalfilme zur Verwendung in der Landwirtschaft

Info

Publication number: DE60016698T2
Application number: DE60016698T
Authority: DE
Inventors: Enrique Espi Guzman; Armando Salmeron Cano
Original assignee: Repsol Quimica SA
Current assignee: Repsol Quimica SA
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: IL139330A; ES2159480B1; IL139330A0; DE60016698D1; KR20010051316A; ES2159480A1; PT1095964E; EP1095964A1; ATE284913T1; EP1095964B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Polyolefinfolie zur Verwendung in der Landwirtschaft und betrifft genauer diese Folien als Gewächshausabdeckungen oder als Bodenabdeckung.
Im Stand der Technik ist die Kultivierung von Pflanzen unter Tunneln oder in Gewächshäusern mit Plastikabdeckungen, die für langwellige Infrarotstrahlung, insbesondere im Bereich zwischen 7 und 14 μm, bei dem die trockene Atmosphäre besonders transparent ist, undurchlässig sind, bekannt. Als Ergebnis können diese Verfahren die Produktion von häufigeren und früheren Ernten bereitstellen.
Die günstigen Wirkungen dieser Folien auf die Ernte sind um so höher, je undurchlässiger die Folien für Infrarotstrahlung in dem vorstehend genannten Wellenlängenbereich und gleichzeitig transparenter für das für die Photosynthese benötigte sichtbare Licht sind.
Diese Folien, die international als „Thermofolien" bekannt sind, vermindern auch das Schadensrisiko durch Frost, wenn im Gewächshaus keine Heizung vorhanden ist. Wenn eine Heizung vorhanden ist, vermindern diese Folien zugleich den Energieverbrauch. Beide Wirkungen beruhen auf der Verminderung von Strahlungswärmeverlust.
Die Mehrzahl der Plastikfolien, die für sichtbares Licht transparent sind, sind zu einem gewissen Grad für die vorstehend genannte Infrarotstrahlung undurchlässig. Weltweit wird für diese Anwendung wegen anderer technischer und wirtschaftlicher Vorteile am häufigsten Polyethylenfolie verwendet. Sie ist jedoch für Infrarotstrahlung im Bereich zwischen 7 und 14 μm sehr transparent.
Die früheren Versuche, die die Verwendung von Polyethylenfolien als Ernteschutz betreffenden Probleme zu beheben, bestanden im Zusetzen von „Themoadditiven", vorzugsweise vom mineralischen Typ, wie beispielsweise: natürliche Silikate (Talk, Kaolin und dergl.), synthetische Silikate (Zeolithe und dergl.), Siliziumdioxid, Hydrotalkit, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Aluminiumhydroxid, metallische Borate, wasserfreies Borax, metallische Hydroxysulfate und dergleichen.
Die folgenden Patente widerspiegeln das vorstehendend Genannte:
Siliziumdioxid, Silikate und Aluminiumhydroxid: spanisches Patent ES-439227 (1976) und schweizerisches Patent CH-513932 (1971).
Borate und wasserfreies Borax: U.S. Patente US-4651467 (1987) und 4559381 (1985).
Hydrotalkit: japanische Patente JP-01006041 (1989) und JP-63175072 (1988) und europäisches Patent EP-0429731 A1 (1989).
Bariumsulfat: japanische Patente JP-82202334 (1982) und JP-87215641 (1987).
Metallische Hydroxysulfate: U.S. Patent US 4134875 (1978).
Der Zusatz der genannten Produkte zu Polyethylen weist einige Nachteile auf. Beispielsweise muss die Mehrzahl davon in großen Mengen zugesetzt werden, um gute Undurchlässigkeit für Infrarotstrahlung zu erreichen, und wirken somit als eine Last in der Polyolefinbasis, was die mechanischen Eigenschaften und, was wichtiger ist, die Gesamtdurchlässigkeit für sichtbares Licht verringert.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass Gemische, die wenigstens ein Additiv, das zu der Gruppe A gehört, und wenigstens ein Additiv, das zu der Gruppe B gehört, eine größere thermische Wirkung, als auf der Grundlage der Eigenschaften der einzelnen Additive erwartet, bereitstellen.
Die Gruppe A umfasst die Borate, die bei der Verarbeitungstemperatur stabil sind, und wasserfreies Borax, während die Gruppe B Siliziumdioxid, Silikate, Carbonate und Sulfate umfasst. Wenn diese beiden Komponenten gemischt werden, ist die erhaltene thermische Wirkung deutlich größer als von einem gewichteten Durchschnitt der Wirkungen der einzelnen Komponenten erwartet werden könnte. Deshalb ist es durch die Verwendung der Gemische der vorliegenden Erfindung möglich, kleine Mengen eines Additivs der Gruppe A (z. B. Zinkborat) in Kombination mit einem Additiv der Gruppe B zu verwenden, um eine Thermofolie mit hervorragenden Eigenschaften zu erhalten.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Polyolefinfolie, die wenigstens zwei verschiedene Additive umfasst, wobei, wie vorstehend beschrieben, wenigstens eines zur Gruppe A gehört, und wenigstens eines zur Gruppe B gehört, bereitzustellen.
Es ist bekannt, dass Borate und wasserfreies Borax die wirkungsvollsten Additive bei der Herstellung von Thermofolien sind. Sie sind jedoch teurer als die Additive der Gruppe B. Diese Tatsache begrenzt ihre Verwendung in der Praxis. Gegenwärtig basieren die verwendeten Thermofolien auf Additive der Gruppe B, trotz ihrer schlechteren Eigenschaften.
Die Verwendung von Gemischen von Additiven gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, die Folien, die auf den Additiven der Gruppe B basieren, ohne deutliche Erhöhung der Kosten durch Verwendung einer beschränkten Menge eines Additivs der Gruppe A (beispielsweise 1 %) deutlich zu verbessern.
Andererseits ist es möglich, die Eigenschaften der besten der bereits beschriebenen Folien (Folien auf der Basis von Boraten oder wasserfreiem Borax als dem einzigen Additiv) beizubehalten oder sogar zu verbessen, indem ein Teil des Borats durch ein Additiv der Gruppe B ersetzt wird. Die erhaltene Folie ist preisgünstiger als die bereits vorliegenden Folien und in manchen Fällen weist sie eine sogar höhere thermische Wirkung auf.
Die Verwendung von Gemischen gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht auch die Verwendung einer deutlich kleineren Menge von Additiven, um eine bestimmte thermische Wirkung zu erhalten. Diese Tatsache ist nicht nur wirtschaftlich bedeutsam, sondern sie verbessert auch die mechanischen Eigenschaften der Folie, die durch das Vorhandensein dieser Additive negativ beeinflusst wird, in einer wichtigen Weise.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung stellt eine thermische Polymerfolie zur Verwendung in der Landwirtschaft bereit, wobei ihre Zusammensetzung zwischen etwa 85 Gew.-% und etwa 99 Gew.-% eines Polyolefins und zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 15 Gew.-% eines Gemischs der Komponenten der Gruppe A und der Gruppe B umfasst. Das Gewichtsverhältnis zwischen den Komponenten der Gruppe A und der Gruppe B ist stark veränderlich und liegt vorzugsweise zwischen etwa 1 : 5 und etwa 50 : 1.
Die Verarbeitungstemperatur hängt von dem verwendeten Polymertyp ab. Wenn ein Polyethylen von niedriger Dichte verwendet wird, liegt die normale Verarbeitungstemperatur zwischen 180 und 240 °C, so dass sich das Borat in diesem Verarbeitungsbereich nicht zersetzen sollte. Ein Beispiel eines Borats, das bis 290 °C stabil ist, ist Zinkborat.
Wenn PVC verwendet wird, liegen die Verarbeitungstemperaturen niedriger. Diese Tatsache ermöglicht die Verwendung von Boraten mit einer niedrigeren Zersetzungstemperatur.
Die Teilchengröße dieser Additive ist nicht kritisch. Es ist jedoch erstrebenswert, mit Additiven, die eine mittlere Teilchengröße zwischen 1 und 10 μm aufweisen, zu arbeiten. Wenn die Teilchen dicker sind, ist es schwierig, die Additive in einer homogenen Weise in dem Polymer zu dispergieren.
Die bevorzugte Verbindung der Gruppe A ist Zinkborat. Das bevorzugte Zinkborat ist dasjenige, das die Strukturformel 2 ZnO·3 B₂O₃·3,5 H₂O und eine Teilchengröße zwischen 1 und 5 μm aufweist.
Die bevorzugten Komponenten der Gruppe B sind kalziniertes Kaolin, Siliziumdioxid, Glimmer, Hydrotalkit, Calciumsulfat, Calciumcarbonat und Talk. Am meisten bevorzugt sind kalziniertes Kaolin und Siliziumdioxid.
Die bevorzugte Form von kalziniertem Kaolin weist die Strukturformel 2 SiO₂·Al₂O₃ und eine durchschnittliche Teilchengröße zwischen 1 und 5 μm auf.
Die bevorzugte Form von Siliziumdioxid (SiO₂) weist eine durchschnittliche Teilchengröße zwischen 1 und 10 μm auf.
Das Gewichtsverhältnis zwischen den Komponenten der Gruppe A und denen der Gruppe B schwankt zwischen etwa 1 : 5 und etwa 50 : 1, vorzugsweise zwischen 1 : 4 und 4 : 1 und stärker bevorzugt zwischen 1 : 3 und 3 : 1.
Unter dem Begriff „Polyolefin" wird ein Basispolymer verstanden, das unter Polyethylen, beispielsweise einem Polyethylen mit niedriger Dichte, einem linearen Polyethylen, Copolmeren von Ethylen, und einem Vinylester, beispielsweise Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVA), Copolymere von Ethylen und einem Alkylmethacrylat, beispielsweise Ethylen-Butylacrylat-Copolymere (EBA), Polyvinylchlorid (PVC) oder Gemische davon, ausgewählt ist.
Die Zusammensetzungen gemäß dieser Erfindung können gegebenenfalls auch Lichtstabilisatoren, wie beispielsweise vom Typ der durch Ester gehinderten Amine (HALS), Ultraviolettabsorber eines Typs, der sich von dem HALS unterscheidet, Antioxidantien, Mittel, die Zusammenbacken verhindern, Antitropfadditive, Gleitkörper, antistatische Mittel, Gleitmittel und Gemische davon enthalten.
Die durch diese Erfindung bereitgestellte thermische Polymerfolie kann eine Einschicht- oder eine Mehrschichtfolie sein.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen durch Vergleich mit anderen Formulierungen die bevorzugten Polymer-Formulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1
Verschiedene Zusammensetzungen wurden durch Mischen von Polyethylen von niedriger Dichte mit einer Reihe von bekannten Additiven, die für Infrarotstrahlung undurchlässig sind, und Gemischen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. In allen Fällen umfasst die Zusammensetzung 95 Gew.-% Polyethylen und 5 Gew.-% des thermischen Additivs. Das Mischen wurde in Rotationsmischern durchgeführt und nachfolgend wurde eine Folie von 200 μm Stärke durch Extrusion und Schlauchblasverfahren hergestellt. Die Messungen der Infrarotwirksamkeit wurden gemäß EN 13206-Standard durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen I und II gezeigt. Diese zeigen die größere Wirksamkeit der Additive gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich.
In Tabelle II wurden die erwarteten Werte als gewichtetes Gewichtsmittel der erhaltenen Werte der einzelnen Additiven berechnet.
Tabelle I
Tabelle II
Beispiel 2
Verschiedene Folien von 200 μm Stärke wurden mit verschiedenen Additivgemischen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 hergestellt. In allen Fällen umfasst die Zusammensetzung 95 Gew.-% Polyethylen von niedriger Dichte oder EVA-Copolymer mit einem 14 %-igen Gehalt an Vinylacetat und 5 % eines thermischen Additivs. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen III, IV und V gezeigt. Diese zeigen größere Wirksamkeit der Gemische gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den reinen Additiven.
Tabelle III
Tabelle IV
Tabelle V
Beispiel 3
Verschiedene Folien vo n 200 μm Stärke wurden unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 2 hergestellt.
Tabelle VI
Tabelle VII
Beispiel 4
Verschiedene Zusammensetzungen wurden durch Mischen von Polyethylen von niedriger Dichte mit einer Reihe von bekannten Additiven, die für Infrarotstrahlung undurchlässig sind, und mit den Gemischen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Folien von 200 μm Stärke wurden unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 hergestellt. In allen Fällen wurde die Menge der Additive berechnet, um die gleiche Infrarot-Wirksamkeit (88 %) zu erhalten. Die Messungen der Gesamt-Transmission für sichtbares Licht wurden gemäß ASTM D 1003-Standard durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle VIII, IX und X gezeigt.
Tabelle VIII
Tabelle IX
Tabelle X

Claims

Thermische Polymerfolie zur landwirtschaftlichen Verwendung, die ein Polyolefin und eine Mischung aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der von den Boraten, die bei der Verarbeitungstemperatur stabil sind, und dem wasserfreien Borax gebildeten Gruppe (Gruppe A) und mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der von Kieselerde, Silikate, Carbonate und Sulfate gebildeten Gruppe (Gruppe B) umfasst.
Polymerfolie nach Anspruch 1, bei welcher die Zusammensetzung zwischen 85 und 99 Gew.-% eines Polyolefins und zwischen 1 und 15 Gew.-% der Mischung der Verbindungen aus Gruppe A und Gruppe B enthält.
Polymerfolie nach den Ansprüchen 1 und 2, bei welcher das Gewichtsverhältnis der Verbindungen der Gruppe A und der Gruppe B zwischen 1:5 und 50:1 liegt.
Polymerfolie nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei welcher das besagte Polyolefin Polyethylen, ein Ethylen/Alkylacrylat-Copolymer, ein Ethylen/Alkylmethacrylat-Copolymer, PVC oder eine Mischung derselben ist.
Polymerfolie nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei welcher das Zusatzmittel der Gruppe A Zinkborat ist und das Zusatzmittel der Gruppe B kalzinierter Kaolin ist.
Polymerfolie nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei welcher das Zusatzmittel der Gruppe A Zinkborat und der Zusatz der Gruppe B Kieselerde ist.
Polymerfolie nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei welcher das Polyolefin Polyethylen ist.
Polymerfolie nach den Ansprüchen 1 bis 6, die außerdem Zusatzmittel, ausgewählt aus der von Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, Antitropfmittel, Antistatika, Schmiermittel und deren Mischungen gebildeten Gruppe umfasst.
Polymerfolie nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei welcher die besagte Folie eine einschichtige Folie oder eine mehrschichtige Folie ist.