ES2877579T3 - Película de acolchado reactiva al sol - Google Patents

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Douglas Michael Trenchard
Robert Charles Trenchard
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Abstract

Hoja reactiva al sol de película encogible de acolchado agrícola que comprende: una o más hojas de una o más capas de material termoencogible aumentado que se ha aumentado mediante un proceso mecánico de alargamiento longitudinal a una temperatura elevada entre 60 ºC y 120 ºC y posterior enfriamiento, comprendiendo dicho material termoencogible un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), donde el material termoencogible se encogerá entre un 10% y un 30% en el área de la superficie, si no tiene restricciones, pero no se dilata cuando la temperatura de la película se eleva a, al menos, 40 ºC por exposición a la radiación solar; caracterizada por que cada hoja comprende moléculas alargadas de polímero que se alinean en la dirección longitudinal de la máquina y tiene un espesor uniforme en toda el área de la superficie que proporciona una hoja orientada monoaxialmente, en todo su ancho, en la dirección de la máquina, y por que al menos una de la una o más capas de material termoencogible contiene entre un 2% y un 8% en peso de partículas de negro de carbón de entre 17 y 100 nanómetros de tamaño.

Description

DESCRIPCIÓN
Película de acolchado reactiva al sol
CAMPO DE LA INVENCIÓN
[0001] Esta invención se refiere a acolchados agrícolas en hojas, en particular, aunque no exclusivamente a una película de acolchado pretensada que se encoge en el área de la superficie en lugar de dilatarse como lo hace la película de acolchado de la técnica anterior cuando se expone a radiación solar, e incluye métodos para su uso y fabricación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
[0002] Aunque una película para envasado de la técnica anterior es un producto muy diferente a la película de acolchado agrícola, sirve como explicación inicial para comprender y apreciar las diferencias entre los dos productos.
[0003] Las películas termoencogibles de la técnica anterior se han diseñado como película para envasado transparente y no son adecuadas para usarlas como película de acolchado. El polietileno lineal de baja densidad o alta densidad no se encoge de forma significativa tras su calentamiento. La película termoencogible industrial de la técnica anterior que no ha sido orientada después de la extrusión se dilatará en el área de la superficie, a medida que se calienta, antes de alcanzar la temperatura del punto de fusión donde se encoge para contener la carga. La mayoría de las películas encogibles de la técnica anterior se fabrica para utilizarlas como un fardo de envoltura encogible de intercalación que requiere propiedades diferentes a las requeridas para la película de acolchado termoencogible. Además, la película termoencogible industrial normal tiene que levantarse a temperaturas por encima del punto de fusión de la película, que es de aproximadamente 110 °C a 120 °C, con el fin de lograr el encogimiento.
[0004] Hasta ahora, para las películas de polietileno se desconoce una película capaz de encogerse en el área de la superficie hasta un 25% a temperaturas tan bajas como de 40 °C a 55 °C. La baja temperatura requerida y el alto nivel de encogimiento que se puede lograr usando la presente invención hacen que esta película sea ideal como película de acolchado al aire libre.
[0005] La patente estadounidense US 3891737A enseña que las películas termoencogibles comunes deben calentarse por encima del punto de fusión de los polímeros para lograr un grado útil de encogimiento. La película hecha según esta patente solo se estira en una relación entre 1,2:1 y 1,3:1; además, esta película se recuece mientras está caliente. Esta película encogible está diseñada para encogerse en un túnel de calor o pistola de aire caliente y no cuando se expone a la radiación solar en una aplicación al aire libre.
[0006] US 4436888A muestra que la película encogible hecha según esta patente requiere una temperatura de 124 °C a 138 °C y el procedimiento de fabricación implica un proceso de estiramiento doble que incluye recocido y temperaturas calientes.
[0007] US 4277594 enseña un método de fabricación que implica un proceso de estiramiento doble que comporta tanto la orientación en la dirección de la máquina como el estiramiento transversal para producir una película que se recuece a alta temperatura. Esta película está diseñada para envolver artículos como película de envasado y no es adecuada para uso externo al aire libre.
[0008] US 5292561 enseña un método para fabricar una película diseñada para producir etiquetas para botellas, no para películas de acolchado agrícola.
[0009] US 5709932 enseña una película que está diseñada para encogerse a 120 °C que, por lo tanto, no es adecuada para su uso como película de acolchado agrícola.
[0010] US20100040875 A1. Se hizo referencia a este documento como de particular relevancia cuando se llevó a cabo y se completó una Búsqueda Internacional, sección 15/5, el 23 de junio de 2016 sobre la solicitud de patente de prioridad 2016901723. Por lo tanto, este documento se aborda específicamente en detalle.
[0011] Este documento identifica un conocimiento común, problema importante que ocurre con las películas de acolchado agrícola, es decir, la película se dilata al sol y, en consecuencia, aletea con el viento.
[0012] Este documento propone una posible solución al problema identificado, es decir, hacer que la película se encoja cuando se expone a la luz solar en lugar de dilatarse.
[0013] Sin embargo, las propiedades de la película descrita para lograr esta solución son tales que son perjudiciales para un acolchado agrícola práctico y útil en la medida en que la película producida no podrá utilizarse como una película de acolchado colocada con máquina.
[0014] Para lograr esta propiedad de encogimiento, esta patente aconseja un método de fabricación que tiene varias bandas a través de la película, cada una estirándose de forma fina extensamente en la dirección transversal solamente y cada una extendiéndose por toda la longitud longitudinal de la película.
[0015] Sin embargo, un experto en la técnica de colocar y utilizar películas de acolchado notará que la película fabricada según esta patente no funcionará como una película de acolchado práctica en un entorno agrícola comercial.
[0016] Un experto en la técnica de extrusión de películas y fabricación de películas de acolchado también observará aspectos de la película que impedirán que sea adecuada para su uso como película de acolchado.
[0017] Las razones por las que esta película fallará se enumeran a continuación de forma resumida:
a. Esta película se estira en tiras solo en la dirección transversal de la banda transversal creando varias tiras de película gruesa y delgada dispuestas a lo largo del ancho de la banda y extendiéndose por toda la longitud de la banda.
b. En consecuencia, tiene varias franjas de película débil y fuerte a través de la banda; la película de acolchado se degradará más rápidamente a lo largo de las franjas delgadas en un entorno al aire libre; la película de acolchado se escindirá a lo largo de las líneas débiles cuando se aplique a la cama con máquina o cuando se levante de la cama con máquina al final de la temporada.
c. El único alargamiento transversal de la película debilitará aún más la película en la dirección longitudinal que es la dirección de extracción del suelo.
d. La película tenderá a estrecharse y será difícil, si no imposible, enrollarla como un rollo de ancho uniforme sobre los muchos cientos de capas; al desenrollar la película tenderá a estrecharse y, por lo tanto, a tirar de las ruedas de arrastre; cuando se coloque y estire en una dirección lateral mediante las ruedas de arrastre, la película tenderá a escindirse a lo largo de las tiras estiradas delgadas.
e. El rollo de película tendrá bandas muy circunferenciales que harán agujeros al aplicarlo con máquina.
f. La película tenderá a escindirse cuando se hagan agujeros o cortes en ella para plantar plántulas; el encogimiento lateral acentuará la posibilidad de escindirse cuando se degrade o cuando se hagan cortes en la película.
g. Algunas tiras de la película no se estiran en absoluto; las tiras no estiradas no se encogerán y en realidad pueden contrarrestar el encogimiento de las áreas estiradas al dilatarse, por ejemplo, Tabla 1.
h. Las áreas delgadas no bloquearán la luz permitiendo que las malas hierbas germinen y tendrán menos protección química contra la degradación por la luz UV y menos pigmento negro para absorber la energía solar y proteger la película.
i. Los experimentos realizados en la Tabla 1 indican niveles de encogimiento muy deficientes y a temperaturas inferiores a 60 °C no hay encogimiento sino cierta dilatación; estas pruebas se llevaron a cabo utilizando una fuente de calor de laboratorio sin mostrar evidencia de que la película se encoja utilizando solo energía solar, esto se presumió y supuso.
j. Los puntos anteriores se suponen de las explicaciones, sugerencias y presunciones hechas en este documento, ya que no hay ninguna reivindicación específica en cuanto a la capacidad de la película para encogerse o actuar como una película de acolchado agrícola.
[0018] A continuación se enumeran algunos de los aspectos innovadores e inventivos presentados en esta solicitud actual que hacen que el material empleado sea una película de acolchado agrícola encogible calentada por energía solar, probada con éxito y demostrada, y que la diferencian del material fallido descrito anteriormente:
a. La hoja se tensa solamente en la dirección longitudinal.
b. La hoja tiene un espesor uniforme sobre toda el área de la superficie sin tiras delgadas o débiles.
c. La hoja puede tener niveles altos y uniformes de negro de carbón para generar calor solar, impedir el crecimiento de malas hierbas y proteger el polímero de la degradación de la luz UV.
d. La hoja ha mejorado las propiedades de tracción en la dirección longitudinal que ayudan a mantener una hoja sólida cuando se levanta del suelo.
e. El material se tensa mientras se calienta e inmediatamente se enfría mientras se mantiene la tensión para bloquear las fuerzas de encogimiento en el material, permitiendo que el acolchado se encoja a temperaturas muy bajas que normalmente se experimentan en un campo de 45 °C a 70 °C.
f. La hoja se encoge principalmente en la dirección longitudinal con un encogimiento ligero pero suficiente en la dirección transversal, uniformemente sobre toda el área de la superficie, sin crear líneas débiles ni crear tensión de desgarro en los cortes y agujeros para plantas.
g. Los rollos son de un ancho exacto y uniforme, y se distribuyen como una hoja plana en la aplicación.
h. El método de fabricación y las consiguientes propiedades físicas son completamente diferentes.
[0019] Concretamente, la película de acolchado de plástico agrícola de la técnica anterior comprende dos tipos principales. El acolchado en hojas de plástico es un producto único que está diseñado para funcionar en algunas de las condiciones climáticas más difíciles que pueda encontrar cualquier producto agrícola.
[0020] El primer tipo es generalmente relativamente transparente y está diseñado para un uso de poco tiempo para calentar el suelo y favorecer la germinación temprana de semillas. El segundo tipo es opaco y está diseñado para mejorar las condiciones de cultivo, como se describe a continuación, para toda la temporada de cultivo.
[0021] Lo que diferencia la película de acolchado de plástico de cualquier otro producto de plástico, tal como un fardo de película termoencogible o envoltura estirable para palés u otra película de plástico incluye las siguientes propiedades:
a) Tiene que realizar las funciones específicas de calentar el suelo, conservar el agua, evitar la erosión del suelo, proteger los frutos, impedir el crecimiento de malas hierbas, sobrevivir durante una temporada de cultivo completa al aire libre y tener la resistencia adecuada para ser colocada y levantada hacia y desde la cama de la tierra de cultivo por medios mecánicos.
b) Por lo general, tiene que ser delgada para conservar el uso de polímeros con el fin de reducir el coste y normalmente tiene entre 15 y 40 micrómetros de espesor, la más común 25 micrómetros de espesor.
c) Tiene que bloquear prácticamente toda la transmisión de luz para impedir el crecimiento de malas hierbas. d) Tiene que ser capaz de tener una superficie plateada o de color claro para reflejar la luz y minimizar las temperaturas del suelo.
e) Tiene que resistir la degradación debido a la luz ultravioleta para ser levantada del suelo al final de la temporada de cultivo por medios mecánicos.
f) Tiene que permanecer intacta hasta 12 meses o más, si el agricultor decide cultivar una segunda cosecha en el campo sin levantar el acolchado, aunque esté expuesta a todas las condiciones al aire libre de un entorno agrícola, incluidos viento, lluvia, luz solar directa, condiciones de calor, condiciones de frío, desplazamiento de animales, desplazamiento de maquinaria y sedimentación del suelo.
g) Tiene que resistir la degradación de los productos químicos agrícolas rociados sobre el cultivo.
h) Aunque es una hoja delgada, tiene que ser lo suficientemente fuerte como para colocarse en una cama y tener una parte de la película enterrada bajo el suelo por medios mecánicos.
i) Debe ser lo suficientemente fuerte como para aplicarse a una cama y enterrarse mientras está bajo tensión sustancial para colocarse de forma tirante contra la cama para impedir aleteos y que se levante con el viento. j) Debido al tipo de máquinas utilizadas para colocar la película de acolchado, tiene que tener un perfil de rollo uniforme porque cualquier región elevada a través del rollo puede provocar que se dañe el acolchado a medida que la película se desenrolle en la máquina.
k) Tiene que ser resistente a la escisión y al desgarro cuando se hagan agujeros o hendiduras en la película para plantar semillas o plántulas en la tierra subyacente.
l) Tiene que conservar suficiente resistencia como para ser levantada del suelo al final de la temporada de cultivo por medios mecánicos sin desintegrarse. Cualquier película de plástico que quede en la tierra después de quitarse puede ser perjudicial para las cosechas futuras cultivadas en el mismo suelo.
[0022] El cultivo de cosechas utilizando película de acolchado de plástico también tiene varias ventajas:
a) Se puede dar color al acolchado para controlar la temperatura del suelo. Una película de acolchado negro calentará el suelo alrededor de una plántula permitiendo un crecimiento temprano, mientras que una película de acolchado blanco no calentará el suelo tanto y es eficaz particularmente en climas cálidos.
b) El acolchado blanco refleja hacia arriba una mayor cantidad de luz en la planta, lo que acelera su crecimiento y desarrollo.
c) Cuando se combina con un sistema de riego por goteo bajo el acolchado, la cantidad de agua recibida por la planta se puede controlar y reducir con precisión.
d) Se reduce la evaporación de agua alrededor de la planta, reduciendo así también el consumo total de agua. e) Cuando se utiliza un sistema por goteo, la planta también puede ser alimentada con fertilizante y otros suplementos para ayudar al crecimiento. La cantidad de fertilizante aplicado a la planta se puede reducir ya que la película de acolchado también contiene la dispersión del fertilizante.
f) Cuando la película de acolchado está hecha para que sea completamente opaca al tener una capa negra densa, esta restringe el crecimiento de malas hierbas. Las plántulas de malas hierbas no reciben luz para la fotosíntesis y mueren poco después de germinar.
g) Para plantas con frutos que descansan en el suelo tales como fresas, melones, pepinos, calabazas, etc., el acolchado de plástico protege el fruto de daños por contacto con la tierra y los animales que viven en la tierra. Estas frutas también se mantienen limpias al cultivarse en plástico en lugar de estar en contacto con la tierra. h) La película de acolchado también evita la pérdida de tierra labrada por el viento y la erosión del agua.
[0023] La gran mayoría de acolchados en hojas estándares está hecha de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE, por sus siglas en inglés), a menudo mezclado o coextruido con LLDPe catalizado con metaloceno, una molécula polimerizada de cadena larga hecha de etileno derivado de la industria petroquímica. Estos modernos materiales de polímeros de alto rendimiento han ayudado a mejorar la resistencia de la película permitiendo la reducción del espesor de la película de acolchado.
[0024] Las partículas de negro de carbón se utilizan para dar color a la película, que absorbe la mayor parte de la luz que incide sobre el plástico. Esto impide que la luz UV llegue a las moléculas de los polímeros donde la luz energiza un cisma catalítico de las moléculas. Esto básicamente produce el acortamiento de las moléculas hasta tal punto que toda la película se vuelve quebradiza haciendo que se rompa en fragmentos.
[0025] Como producto terminado, la película de acolchado de polietileno contiene, además de altos niveles de aditivo de color, muchos tipos de productos químicos diseñados para proteger el plástico. Estos incluyen productos químicos para contrarrestar la exposición al calor durante el proceso de fabricación; de los elementos degradantes del entorno en el que se utiliza, tales como absorbentes de UV, estabilizadores de UV y antioxidantes, auxiliares de procesamiento y absorbentes de luz, así como componentes para aumentar la opacidad o aumentar la reflexión de la luz. Todos ellos están diseñados para prolongar la vida del plástico lo suficiente para una fácil recogida y recuperación al final de su vida útil.
[0026] El uso de polímeros de alta tecnología y la adición sustancial de aditivos protectores hacen que la mezcla de polímeros general de películas de acolchado agrícola sea extremadamente cara en comparación con las películas de polímeros comúnmente utilizadas para el envasado. Cualquier método para reducir el espesor de la película y así ahorrar materias primas es beneficioso para el agricultor. La delgadez del acolchado en hojas debe equilibrarse frente a la retención de suficiente resistencia a la tracción para permitir que funcione adecuadamente.
[0027] La película de acolchado de la técnica anterior generalmente se hace con un color negro denso, o si la superficie superior es blanca, las capas inferiores serán negras. Esto hace que la película se caliente cuando se expone a la radiación solar. A medida que la película se calienta al sol, se dilata y la hoja queda suelta en la cama.
[0028] La película de acolchado transparente calentará la tierra y, en consecuencia, el aire atrapado entre la tierra y la película. Este calor puede calentar el aire y, en consecuencia, calentar la película de acolchado que entonces puede dilatarse.
[0029] La película de acolchado suelta puede inflarse y aletear en el viento. Al hacerlo, puede dañar las plántulas que estén plantadas en agujeros o hendiduras cortadas en la película. En caso de que la película aletee hacia arriba a una altura por encima de la de la plántula y luego aletee hacia abajo, el orificio cortado para la plántula puede no volver a su posición original y la película puede aplastar la plántula.
[0030] Se ha observado que en algunas áreas de viento fuerte más del 10% de las plántulas se dañan de esta manera. La sustitución de las plántulas puede ser una tarea extremadamente cara y difícil.
[0031] La fuerza del aleteo impulsado por el viento puede ser lo suficientemente potente como para levantar y dejar caer fruta sin madurar colocada sobre el acolchado en hojas provocando golpes y otros daños a la cosecha.
[0032] El plástico que aletea también puede friccionar el tallo de una planta y causarle daño.
[0033] Este movimiento adicional y una flexión continua de la hoja de plástico también puede acelerar la rotura molecular en la película de acolchado con la consiguiente degradación y desintegración tempranas.
[0034] Se han realizado varios intentos para encontrar una solución al daño de las cosechas debido a que la película de acolchado se dilate con el calor del sol y, en consecuencia, aletee en el viento, incluyendo:
1. La película de acolchado generalmente se coloca en la cama por medios mecánicos con una máquina de colocación de acolchado remolcada detrás de un tractor. Esta máquina de colocación normalmente tiene la forma de la cama, coloca la película sobre la cama y la sujeta en su lugar usando ruedas de arrastre laterales mientras que unos arados fijos vierten tierra sobre los bordes laterales de la película para sujetarla de forma permanente en su lugar. Una solución en un intento de que la película se pegue de forma ajustada a la tierra, especialmente si se utiliza una cama de cultivo elevado, ha sido colocar la película en la cama con tensión ajustada mediante el uso de un freno en el rodillo, ya que se desenrolla con las ruedas de arrastre colocadas en un ángulo hacia afuera en la dirección del plástico colocado que se está colocando.
2. La película de acolchado de la técnica anterior se puede hacer mediante un proceso de película fundida donde la hoja se micrograba en relieve con un patrón de pequeños diamantes o depresiones. Cuando la hoja se coloca con tensión, el patrón marcado se aplana y se sale de la hoja dando una superficie más lisa. A medida que la hoja se calienta durante el día, las marcas grabadas en relieve se retraen más profundamente, para mantener la hoja tirante aunque se haya dilatado previamente. Durante la noche o a temperaturas frescas, se vuelve a tirar de las marcas grabadas en relieve en el plástico hasta hacerlas planas a medida que la hoja se contrae.
3. Los agricultores tratarán de colocar la película de acolchado durante el calor del día para tratar de asegurarse de que la película esté caliente cuando esté colocada.
4. Algunos agricultores tratan de resolver este problema utilizando una película más gruesa que es más rígida y se puede colocar de forma más ajustada.
[0035] Cada uno de los intentos anteriores para resolver el problema de aleteo de la película ha sido, en ocasiones, infructuoso debido a las siguientes razones:
a) Con respecto a la solución 1 de la técnica anterior, el alto nivel de tensión utilizado puede crear problemas para mantener la película bajo las ruedas de arrastre en caso de que haya alguna variación en el espesor a través del ancho de la película.
Esto puede dar como resultado el que la película se mueva desalineada con las ruedas.
Debido a que la película se somete a alta tensión, cualquier imperfección puede provocar un desgarro o escisión.
Si la película se coloca sometida a una tensión demasiado alta, las ruedas pueden estirarla hasta hacerla muy delgada y crear así un área donde la película no tendrá suficiente cuerpo para durar toda la temporada.
Si se coloca a bajas temperaturas, la película puede tender a escindirse bajo la presión de las ruedas de arrastre, retrasando así el proceso.
El proceso de colocación debe realizarse lentamente debido al riesgo de que la película se escinda o se salga de debajo de las ruedas de arrastre.
Muchos agricultores utilizan mano de obra ocasional que puede que no sean expertos en la técnica de colocar película de acolchado con tensión y, por lo tanto, el proceso de colocación se ralentiza.
La película de acolchado se dilatará cuando se caliente y aún tendrá algún grado de aleteo, independientemente de cómo de ajustada se coloque.
Con respecto a la solución 2 de la técnica anterior, el proceso de grabado en relieve puede ayudar a mantener la hoja en la superficie de la cama con vientos suaves pero, debido a que es un encogimiento temporal, la película se dilatará al calor del sol y la recuperación del grabado en relieve a menudo no tiene suficiente fuerza para superar los efectos de levantamiento de vientos fuertes.
Esto ocurre particularmente cuando se utilizan camas elevadas y el aire que pasa sobre la superficie curva de la cama, y a través de esta, crea una fuerza aerodinámica considerable suficiente para levantar el plástico. b) Con respecto a la solución 3 de la técnica anterior, la colocación de la película durante el calor del día ayuda un poco, ya que la película se ha dilatado ligeramente debido a la temperatura ambiente, pero las temperaturas experimentadas al permanecer plana bajo la radiación solar son mucho mayores que en el momento de la colocación y la película se dilata considerablemente por la exposición a la luz solar directa.
No siempre es posible colocar la película en condiciones soleadas debido a otras condiciones ambientales en el momento de la colocación.
c) Con respecto a la solución 5 de la técnica anterior, una película más gruesa aumenta el coste del producto tanto en la cantidad de polímeros y aditivos utilizados como en términos de costes de transporte. También se incrementan los costes de manipulación de rollos más pesados y los cargos de retirada con los costes de transporte y eliminación en vertederos. Una película más gruesa se dilatará aun cuando se caliente por radiación solar y, de hecho, puede hacer más daño cuando friccione o golpee una planta del cultivo.
[0036] Un objeto general de la invención es mejorar algunos o todos los problemas anteriores incurridos con la técnica anterior proporcionando una película de acolchado novedosa e inventiva que, cuando se expone a la luz solar directa, se encoge en lugar de dilatarse como lo hace la hoja de acolchado de plástico existente, y que puede utilizarse con la tecnología de colocación de acolchado existente y que demostrará ser funcional y económicamente competitiva con respecto a las películas de acolchado de la técnica anterior.
[0037] Un objeto específico es proporcionar un acolchado que se pueda colocar, por medios mecánicos, en condiciones normales en las que, por la exposición a la luz solar, se encoja hasta un grado máximo permitido por partes enterradas de la hoja para tomar la forma y permanecer tirante contra la cama de cultivo, impidiendo así que el viento aletee el acolchado con un posible daño, en consecuencia, a las plántulas jóvenes.
[0038] Otros objetos específicos incluyen la provisión de métodos de fabricación y uso de la invención.
[0039] La actividad inventiva proporcionada por esta invención es proporcionar una película de acolchado agrícola que supere con éxito el problema de la dilatación de la película de acolchado agrícola de la técnica anterior cuando se calienta mediante la luz solar. Este problema de dilatación bajo los efectos de la energía solar es exclusivo de la película de acolchado y no ocurre con ningún otro tipo de película u hoja. Este problema a menudo impide que la película de acolchado cumpla su objetivo como producto agrícola especializado diseñado para proteger un cultivo.
[0040] El problema ha sido identificado por la técnica anterior y se han realizado numerosos intentos para paliar dicho problema, sin embargo, todos han sido infructuosos.
[0041] La película de acolchado según esta invención se ha sometido a un alargamiento longitudinal mientras se mantenía a una temperatura elevada y luego se enfriaba inmediatamente, bloqueando así en el material plástico las tensiones de alargamiento contenidas por las moléculas de polímero alargadas.
[0042] La película de acolchado únicamente se encoge en el área de superficie expuesta total una vez que el material se ha ablandado mediante el calentamiento cuando se expone a radiación solar, permitiendo así que las moléculas estiradas se retraigan hacia la posición previa al estiramiento.
[0043] Inesperadamente, el encogimiento de la película de acolchado comienza a temperaturas tan bajas como 40 °C.
[0044] Al encoger la película, se ajusta en consecuencia a lo largo y a través de una cama de cultivo agrícola, cuando se coloca por medios mecánicos en una cama y se expone a la luz solar directa, superando el problema de dilatación. Ningún otro producto realiza esta función ni proporciona con éxito los beneficios únicos de una película de acolchado encogible.
[0045] La presente invención de una película de acolchado encogible alimentada por energía solar es novedosa en cuanto a que propone una solución probada a un problema que afecta al uso de hojas de película de acolchado, siendo dicho problema la dilatación de la hoja cuando se expone a la luz solar.
[0046] El problema ha sido identificado por la técnica anterior y se han realizado numerosos intentos para paliar dicho problema, sin embargo, todos han sido infructuosos.
[0047] La película de acolchado única, que incorpora las propiedades proporcionadas por la presente invención y los parámetros y métodos de fabricación descritos, es novedosa y resuelve el problema de la dilatación de la película de acolchado agrícola en el área de la superficie cuando es calentada por el sol al tener la propiedad de encogerse en el área de la superficie expuesta a temperaturas alcanzables cuando la película es calentada en un campo mediante energía solar, mientras se mantienen todas las demás propiedades químicas y físicas requeridas para una película de acolchado agrícola satisfactoria.
[0048] A pesar de que en el pasado se ha concebido la posibilidad de que la película de acolchado se encoja cuando se exponga a la luz solar como una solución al problema, la película de acolchado fabricada según esta invención proporciona una forma de realización funcional y práctica única que proporciona una película de acolchado que no se dilata sino que se encoge cuando se expone a la radiación solar mientras realiza todas las demás funciones necesarias en una película de acolchado agrícola.
[0049] Esta invención es novedosa y no existe ningún otro método satisfactorio similar para resolver el problema, es decir, poder colocar con éxito la película de acolchado por medios mecánicos, hacer que mantenga su integridad durante una temporada de cultivo completa y luego retirar con éxito la película de la tierra mientras se confía en que la película de acolchado se encoja con la luz solar y no se dilate como se esperaba.
EXPLICACIÓN RESUMIDA DE LA INVENCIÓN
[0050] En un aspecto, la invención reside en una hoja reactiva al sol de una película de acolchado agrícola, como se define en la reivindicación 1, que comprende: una o más hojas de una o más capas de material termoencogible, cada hoja teniendo un espesor uniforme y siendo sometida a tratamiento mediante un proceso mecánico donde el material se alarga longitudinalmente a una temperatura elevada y posteriormente se enfría; dicho proceso aumenta el encogimiento a bajas temperaturas, por lo que el encogimiento del material se garantiza cuando la temperatura del material se eleva por la exposición a la energía solar.
[0051] Preferiblemente, la una o más capas de material termoencogible se pretensan longitudinalmente de manera uniforme a una temperatura y tensión predeterminadas más allá del límite de fluencia del material mediante un proceso de orientación hacia la dirección de una máquina; la una o más capas pretensadas posteriormente se enfrían después de haber alcanzado un nivel de fluencia predeterminado, donde las tensiones de deformación molecular resultantes se retienen así en el material, facilitan el encogimiento pero no la dilatación en una o más direcciones por la exposición a la radiación solar;
[0052] Preferiblemente, la una o más capas de material termoencogible se pretensan longitudinalmente a temperatura ambiente y se tensan más allá del límite de fluencia del material; la una o más capas pretensadas se retienen a temperatura ambiente donde las tensiones de deformación molecular resultantes que se retienen así en el material facilitan el encogimiento, pero no la dilatación en una o más direcciones por la exposición a la radiación solar.
[0053] Más preferiblemente, la una o más capas de material termoencogible se pretensan longitudinalmente de manera uniforme a una temperatura y tensión predeterminadas más allá del límite de fluencia del material; la una o más capas pretensadas se enfrían inmediatamente después de haber alcanzado un nivel de fluencia predeterminado, donde las tensiones de deformación molecular resultantes que se retienen así en el material facilitan el encogimiento, pero no la dilatación en una o más direcciones por la exposición a la radiación solar.
[0054] Preferiblemente, el pretensado longitudinal de la una o más capas de material termoencogible también aumenta su resistencia a la tracción para permitir que su manipulación mecanizada reduzca cualquier tendencia al desgarro cuando se coloque, o deje residuos desmenuzados cuando se quite con un aparato mecánico.
[0055] Más preferiblemente, el pretensado longitudinal de la una o más capas de material termoencogible también aumenta su resistencia a la tracción para permitir que se fabrique en un calibre más delgado y aun así funcione satisfactoriamente.
[0056] La capacidad de encogimiento a baja temperatura de la una o más capas de material termoencogible permite que la hoja se haga más delgada y se coloque más rápido con una tensión de colocación más baja, pero posteriormente se encoge para impedir aleteos con el viento.
[0057] Preferiblemente, los bordes laterales de las hojas adyacentes se superponen entre sí.
[0058] Como alternativa, los bordes laterales de las hojas adyacentes están unidos entre sí.
[0059] Preferiblemente, el material termoencogible es una película de plástico que aumenta la temperatura cuando se expone a la energía solar y, como consecuencia, se ablanda y permite el movimiento molecular, liberando así cualquier propiedad de encogimiento pretensada.
[0060] Preferiblemente, la película de plástico termoencogible es preferiblemente una hoja enrollada simple o una hoja enrollada doble unida y bloqueada, unida de modo que forme una hoja simple, compuesta de al menos dos capas de polímero de poliolefina.
[0061] Preferiblemente, la película de plástico termoencogible se fabrica mediante un proceso de coextrusión y soplado o de extrusión de película fundida y que se somete después de la extrusión, a un estiramiento en línea o fuera de línea en una dirección longitudinal mediante una modificación de un proceso conocido como orientación en la dirección de la máquina (ODM).
[0062] Preferiblemente, el proceso de orientación en la dirección de la máquina incorpora rodillos de presión de entrada calentados y rodillos de presión de salida refrigerados que giran a diferentes velocidades lineales, donde las tensiones moleculares están atrapadas en la hoja mientras están bajo tensión de estiramiento total.
[0063] Preferiblemente, la hoja no se somete a ninguna forma de proceso posterior a la extrusión diseñado para destensar la hoja, tal como mediante recocido en caliente u otra forma de relajación de tensión directa o estabilización de las fuerzas de encogimiento atrapadas en el plástico después del proceso de estiramiento y antes de enrollarlo en una bobina; las tensiones de encogimiento atrapadas en la película durante el proceso de fabricación son tales que la película se encogerá adecuadamente en aproximadamente un 10% a 30% en el área de la superficie, si no tiene restricciones, a una temperatura tan baja como 55 °C, dicho encogimiento comenzando una vez que la película alcanza 40 °C, a pesar de que el punto de fusión para el polímero puede ser mucho más alto, de alrededor de 110 °C a 120 °C, por ejemplo, para el polietileno.
[0064] Preferiblemente, la hoja se somete a un proceso de relajación posterior a la orientación para destensar completamente o relajar previamente la hoja de las fuerzas elásticas residuales, creadas al estirar la hoja por debajo del límite de fluencia, antes de enrollar la hoja en una bobina.
[0065] Más preferiblemente, la hoja se puede enrollar en la bobina usando una baja tensión de enrollado o una tecnología de enrollado con huelgo para dejar que se disipe cualquier elasticidad residual de la hoja.
[0066] Preferiblemente, la una o más capas de material termoencogible comprenden al menos una capa de polietileno lineal de baja densidad combinado con aditivos para garantizar una larga vida útil de la película de acolchado y que incluye auxiliares de proceso, aditivos antioxidantes, estabilizadores de luz ultravioleta de tipo HALS, absorbentes de luz UV, plastificantes y lubricantes.
[0067] Preferiblemente, el polietileno lineal de baja densidad es polietileno lineal de baja densidad de metaloceno.
[0068] Preferiblemente, el polietileno lineal de baja densidad es una mezcla de polietileno lineal de baja densidad y polietileno lineal de baja densidad de metaloceno.
[0069] Preferiblemente, el material termoencogible consiste en al menos dos o más capas coextruidas.
[0070] Preferiblemente, la una o más capas de material termoencogible son impermeables a los gases.
[0071] Al menos una de la una o más capas de material termoencogible contiene entre un 2% y un 8% de partículas de negro de carbón de entre 17 y 100 nanómetros de tamaño.
[0072] Preferiblemente, al menos una de la una o más capas de material termoencogible contiene entre un 4% y un 7% de partículas de negro de carbón de entre 17 y 50 nanómetros de tamaño.
[0073] Preferiblemente, al menos una de la una o más capas de material termoencogible contiene entre un 5,6% y un 6,4% de partículas de negro de carbón de entre 17 y 21 nanómetros de tamaño.
[0074] Preferiblemente, la radiación solar absorbida por la hoja hace que la temperatura de la película se eleve por encima de 45 °C.
[0075] Preferiblemente, la película incluye protección contra la luz ultravioleta tipo HALS.
[0076] Preferiblemente, la hoja consta de diferentes colores en cualquiera de las superficies, donde al menos una de la una o más capas de material termoencogible es de color negro para garantizar que la hoja bloquee toda transmisión de luz y absorba suficiente radiación solar para calentar la hoja para iniciar el encogimiento del material.
[0077] Preferiblemente las hojas están adaptadas para colocarlas, por medios mecánicos, a lo largo sobre camas de cultivo longitudinales; cada hoja se sujeta de forma tirante sobre la cama enterrando sus bordes laterales en la tierra, y donde el encogimiento simultáneo de la hoja en combinación con el peso de la tierra mantiene la tirantez de la película de acolchado durante un período de cultivo.
[0078] La película de acolchado, como se describió anteriormente en la presente memoria, se puede fabricar mediante un proceso de película soplada que incluye las etapas de:
(a) calentar y fundir polímero en un extrusor;
(b) extruir el polímero fundido a través de una boquilla circular;
(c) tirar del polímero extruido hacia arriba como una burbuja;
(d) enfriar y solidificar el tubo colapsado por un anillo de aire de enfriamiento;
(e) colapsar la burbuja en una configuración tubular a través de un conjunto de mamparas de colapsamiento; (f) pasar el tubo de película colapsado como una doble hoja a través de un aparato en línea, con orientación en la dirección de la máquina, empleando rodillos de calentamiento y enfriamiento que giran a diferentes velocidades, estirando así la película;
g) pasar la película a través de una estación de impresión en la que se imprimen líneas de plantación sobre la película;
(h) recortar los bordes de la película para garantizar que la hoja tenga un espesor sustancialmente uniforme en toda su anchura, y
(i) enrollar la película en una bobina.
[0079] Otro método para fabricar la película de acolchado, como se describió anteriormente en la presente memoria, mediante un proceso de extrusión de película fundida incluye las etapas de:
(a) calentar y fundir polímero en un extrusor;
(b) extruir el polímero a través de un troquel plano;
(c) pasar la película extruida plana sobre rodillos refrigerados donde se enfría y solidifica;
(d) pasar la película sólida el través de un aparato en línea, con orientación en la dirección de la máquina, empleando rodillos de calentamiento y enfriamiento que giran a diferentes velocidades, estirando así la película;
e) pasar la película a través de una estación de impresión en la que se imprimen líneas de plantación sobre la película;
(f) recortar los bordes de la película para garantizar que la hoja tenga un espesor sustancialmente uniforme en toda su anchura, y
(g) enrollar la película en una bobina.
[0080] Preferiblemente, la película se extruye inicialmente más gruesa de lo que se requiere antes de pasar a través del aparato con orientación en la dirección de la máquina, donde se tira de ella para hacerla más estrecha y más delgada mientras retiene sustancialmente las propiedades de tracción de la película más gruesa introducida.
[0081] La película es estirada por el aparato con orientación en la dirección de la máquina mientras está a una temperatura de entre 60 °C y 120 °C al inicio del proceso de estiramiento.
[0082] Preferiblemente, la película se calienta a entre 60 °C y 70 °C al inicio del proceso de estiramiento.
[0083] Preferiblemente, la película se enfría a entre 10 °C y 40 °C inmediatamente después de que la película haya sido estirada por el aparato con orientación en la dirección de la máquina y mientras las tensiones de estiramiento se retienen en la película.
[0084] Más preferiblemente, la película se enfría a entre 15 °C y 20 °C inmediatamente después de que la película haya sido estirada por el aparato con orientación en la dirección de la máquina y mientras las tensiones de estiramiento se retienen en la película.
[0085] Convenientemente, las tensiones moleculares resultantes del estiramiento por el proceso de orientación en la dirección de la máquina (ODM) se mantienen en la película mientras se enfría.
[0086] Preferiblemente, la película no es sometida a ningún proceso de relajación o recocido específico después de estirarse.
[0087] Preferiblemente, las tensiones elásticas retenidas en la película causadas por el calentamiento, estiramiento y enfriamiento de la película se liberan cuando la película alcanza una temperatura de 40 °C y 60 °C, lo que hace que la película se encoja en un área de la superficie suficiente para ajustar la película sobre la cama de cultivo.
[0088] Preferiblemente, un rodillo de presión de entrada del aparato con orientación en la dirección de la máquina gira a la misma velocidad lineal superficial que los rodillos de presión de arrastre empleados durante el proceso de extrusión.
[0089] Preferiblemente, un rodillo de presión de salida del aparato con orientación en la dirección de la máquina se gira para producir una velocidad lineal superficial de entre 1,25 y 10 veces la velocidad lineal de un rodillo de presión de entrada.
[0090] En una versión más preferida, se gira un rodillo de presión de salida del aparato con orientación en la dirección de la máquina para producir una velocidad lineal superficial de entre 1,5 y 3,5 veces la velocidad lineal de un rodillo de presión de entrada.
[0091] Como alternativa, dependiendo del estiramiento requerido, se gira un rodillo de presión de salida del aparato con orientación en la dirección de la máquina para producir una velocidad lineal superficial de entre 2 y 3 veces la velocidad lineal de un rodillo de presión de entrada.
[0092] Preferiblemente, las líneas de plantación se imprimen longitudinalmente a lo largo del centro de la película.
[0093] Preferiblemente, los recortes de los bordes se reciclan nuevamente en los extrusores y se mezclan con polímeros contenidos en ellos.
[0094] Preferiblemente, la película se escinde en dos hojas separadas y se enrolla en una bobina a una longitud requerida.
[0095] Un método para usar la película de acolchado como se describió anteriormente en la presente memoria incluye las etapas de:
(a) colocar una o más hojas de película de acolchado sobre una cama de cultivo;
(b) enterrar los bordes laterales opuestos de la una o más hojas bajo la tierra, donde cada hoja se sujeta de forma tirante sobre la superficie de la cama;
(c) someter partes expuestas de la una o más hojas a la luz solar directa,
(d) provocar de este modo que la película se encoja tanto en dirección longitudinal como transversal, en combinación y cooperación con el peso de la tierra sobre los bordes enterrados,
(e) la tirantez de la película de acolchado se mantiene durante el período de crecimiento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0096] Para que la invención se entienda mejor y se ponga en práctica, a continuación se hará referencia a los dibujos adjuntos donde:
La Figura 1 muestra la hoja de película formada por el proceso de película soplada según la invención.
La Figura 2 muestra la hoja de película formada por el proceso de extrusión de película fundida según la invención. Las Figuras 3, 4 y 5B muestran una forma de realización preferida y su uso según la invención.
La Figura 5A muestra el funcionamiento distinto de la película de acolchado de la técnica anterior en comparación con la invención.
MEJOR FORMA DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN
[0097] Se hace referencia a la Figura 1 y la Figura 2 indicadas por referencia numérica entre paréntesis en el texto. A lo largo de la descripción detallada, los números que se refieran a los mismos componentes en diferentes dibujos se mantendrán igualmente idénticos cuando sea posible y solo variarán cuando el contexto y la necesidad de evitar la ambigüedad requieran un cambio en la numeración.
[0098] El proceso de fabricación de acolchado termoencogible según el proceso de película soplada se muestra en la Figura 1. Esto implica que el polímero se calienta hasta que se funde en un extrusor (4), o varios extrusores, y se extrude a través de una boquilla circular (5). La película se tira hacia arriba como una burbuja mientras se enfría hasta un estado sólido mediante el anillo de aire de enfriamiento (6) y se pasa a través de un conjunto de mamparas de colapsamiento (7) mediante un primer conjunto de rodillos de presión superiores (8). La película avanza más a lo largo de la línea como una doble hoja o tubo colapsado (9).
[0099] Como alternativa, la película puede extruirse mediante el proceso conocido como extrusión de película fundida que se muestra en la Figura 2, donde el polímero se calienta y se funde en un extrusor o varios extrusores y se forma como una hoja coextruida. El polímero se extrude a través de una boquilla plana (18) sobre rodillos refrigerados (16) para producir una hoja simple de película de acolchado (17).
[0100] El polímero que compone la película consiste en polietileno lineal de baja densidad o polietileno lineal de baja densidad de metaloceno o mezclas de estos. El polímero se extrude como una coextrusión bien monocapa o multicapa y tendrá al menos una capa que contenga altos niveles de partículas de negro de carbón, por ejemplo del 14% a 16% de la mezcla maestra de negro de carbón conteniendo un 40% de partículas de negro de carbón de un tamaño de 17 a 25 nanómetros.
[0101] La mezcla de polímeros LLDPE que compone la película de acolchado contiene de forma adecuada aditivos para garantizar una larga vida útil de la película de acolchado, tales como auxiliares de proceso, aditivos antioxidantes, estabilizadores de luz ultravioleta de tipo HALS, absorbentes de luz UV, plastificantes y lubricantes.
[0102] Después de salir de los rodillos de presión superiores de la línea de película soplada o salir de los rodillos de fundición refrigerados de la línea de película fundida, la película de acolchado se pasa a través de una máquina en línea con orientación en la dirección de la máquina (ODM) donde existe un segundo conjunto de rodillos de presión (10) que introduce la película a la máquina con ODM y que gira a la misma velocidad de superficie lineal que los rodillos de presión de salida anteriores. Este conjunto de rodillos de presión se calienta preferiblemente a una temperatura que puede ser de hasta 150 °C, pero más preferiblemente se calienta para elevar la temperatura de la hoja a aproximadamente de 55 °C a 75 °C, teniendo en cuenta la velocidad de línea, el espesor de la película, la temperatura de entrada de la película y la distancia que la película recorre en contacto con el rodillo caliente.
[0103] La hoja se pasa inmediatamente a través de un tercer conjunto de rodillos de presión (12) que se enfrían preferiblemente a 40 °C, o más preferiblemente a temperatura ambiente, pero más preferiblemente a aproximadamente 15 °C para enfriar la hoja antes de que la hoja vuelva a la temperatura ambiente. Este tercer conjunto de rodillos de presión preferiblemente gira entre un 150% y un 300% más rápido que el segundo conjunto de rodillos de presión calentados. En ocasiones, puede ser preferible girar el tercer conjunto de rodillos de presión a velocidades más rápidas para estirar la hoja en mayor cantidad.
[0104] La hoja se estira entre el segundo y el tercer conjunto de rodillos de presión y se mantiene bajo la tensión de estiramiento completo y no se permite que se relaje antes de que la temperatura de la película se reduzca preferiblemente a aproximadamente 15 °C o al menos a temperatura ambiente.
[0105] Entre el segundo y el tercer conjunto de rodillos de presión se colocan rodillos libres (11) más pequeños que reducen la cantidad de película sin soporte durante el proceso de estiramiento. Cuanto más corta sea la cantidad de hoja sin soporte, menor será la estricción (estrechamiento del ancho) debido al estiramiento.
[0106] Al salir de la máquina con ODM, la película pasa a través de una estación de impresión donde las líneas de la planta se imprimen sobre la película.
[0107] Posteriormente, la hoja tiene dos recortes de borde cortados (13) para garantizar que la sección de borde más gruesa de la película no afecte al espesor uniforme de la película a través de la banda. A continuación, la película se puede enrollar en un núcleo interno tubular de cartón como una hoja enrollada simple de una línea fundida o una línea de película soplada y bloqueada o, si la película tiene la forma de 2 hojas planas, las hojas se pueden escindir en dos hojas separadas (14) y luego enrollarse en dos núcleos tubulares (15), que contienen la cantidad deseada de metros de película de acolchado, como una hoja enrollada simple.
[0108] Durante el proceso de ODM, la película que se introduce en la máquina con ODM se extruye inicialmente más gruesa de lo que se requiere y se tira de ella para hacerla más estrecha y más delgada, sin embargo, la película más delgada retiene las propiedades de tracción.
[0109] Durante el proceso de ODM, la película que se introduce en la máquina con ODM se extruye inicialmente más gruesa de lo requerido y se tira de ella para hacerla más estrecha y más delgada, sin embargo, la película más delgada retiene las propiedades de tracción de la película más gruesa introducida que requiere tanta fuerza para romper finalmente la película delgada como la que se requiere para romper la película más gruesa.
[0110] En ocasiones, puede ser que la película extruida tenga el perfil de espesor de la burbuja u hoja fundida alterada, es decir, hecha delgada en los bordes, para acomodar los bordes más gruesos que surgen después de que la película se somete a ODM. Esta alteración proporciona una película que se introduce en la máquina con ODM que tiene bordes más delgados que el cuerpo restante de la película cuando se mide a través de la anchura de la banda, de modo que a medida que la película rebordea hacia dentro durante la ODM, el engrosamiento de los bordes se compensa porque la película de entrada se va haciendo más delgada en los bordes. Este efecto puede ser tan eficiente en la eliminación de bordes gruesos que no sea necesario ningún recorte, o un recorte reducido, de los bordes.
[0111] Mediante la realización del proceso de ODM a temperaturas de entre 55 °C y 75 °C y el enfriamiento rápido de la película mientras está bajo la tensión de estiramiento completo, la película conserva una medida de alargamiento plástico que permite que se logre un encogimiento de aproximadamente el 25% cuando la superficie de la película se eleva posteriormente por encima de 55 °C como ocurre, por ejemplo, cuando la película de acolchado completamente opaca se expone a la radiación solar. Este efecto de encogimiento comienza a temperaturas tan bajas como 40 °C, y la tasa de encogimiento aumenta a medida que se aumenta la temperatura.
[0112] Es posible estirar polietileno lineal de baja densidad a temperaturas ambiente de alrededor de 20 °C sin que la película se parta ni se rompa, sin embargo se reduce sustancialmente la velocidad a la que la película puede estirarse, se reduce la medida en la que la película puede estirarse y aumenta la cantidad de estricción, y el consecuente desperdicio de recorte experimentado, cuando se compara con la ODM calentada.
[0113] Al elevar la temperatura de la película durante el proceso de estiramiento es posible lograr un estiramiento más rápido, más fácil y más uniforme del que podría lograrse estirando en frío la película a temperatura ambiente, y permite que la película se estire en línea. Esto es especialmente aplicable cuando se emplean porcentajes más bajos de estiramiento. El aumento de la temperatura de la película también permite que se produzcan porcentajes de estiramiento por encima del 100% a velocidades normales de producción, sin que se rompa la banda de película durante el proceso de estiramiento.
[0114] Sin embargo, la película de acolchado que se ha alargado más allá de su límite de fluencia a temperatura ambiente y que se encoge cuando se expone a la radiación solar también se incluye como un método de fabricación de la película de acolchado termoencogible.
[0115] Obviamente la temperatura que la película alcanza durante el estiramiento dependerá de la temperatura del rodillo de presión de entrada, la velocidad a la que la película pasa a través del rodillo de presión y la cantidad de tiempo que la película está en contacto con el rodillo de presión calentado.
[0116] Si el agricultor que utiliza la película de acolchado está plantando las plántulas juntas, digamos 150 mm o menos, los altos niveles de estiramiento, por encima del 300%, pueden hacer que la película se haga muy lineal y se escinda entre los agujeros, especialmente cuando se está levantando la película del suelo, por lo que es difícil quitarla por medios mecánicos.
[0117] Si se emplea una alta relación de estiramiento por encima del 300%, la película puede ser fácil de escindir y puede escindirse cuando se coloca debajo de las ruedas de arrastre de una máquina de colocación.
[0118] Se ha observado que relaciones de estiramiento de entre 1:2 y 1:3 lograrán un encogimiento suficiente de la película para asegurarse de que encoge y no aletea con el viento.
[0119] En caso de que la hoja de acolchado esté compuesta de dos hojas unidas y bloqueadas para formar una hoja simple, las dos hojas separadas se apoyan entre sí, de manera que cualquier propensión a la escisión en una película es contrarrestada por la segunda hoja unida, esto permite emplear relaciones de estiramiento más altas de hasta 1:6.
[0120] El tercer conjunto de rodillos de presión saca la película de la máquina con ODM y se enfría a aproximadamente 15 °C y se congela en las tensiones impuestas sobre la película durante el proceso de estiramiento por enfriamiento de la película, mientras que todavía está experimentando la tensión de ser estirada.
[0121] Las tensiones de encogimiento en la película surgen cuando las moléculas de polímero de cadena larga, que existen en forma de cristales enrollados y cadenas aleatorias, se extienden en una dirección lineal mientras están a una temperatura elevada, lo que ablanda el polímero, y luego se enfrían por debajo de esa temperatura de manera que no pueden volver fácilmente a su forma original sin ser elevadas a una temperatura similar a la que fueron estiradas.
[0122] Después de pasar a través de la sección de ODM, se extrae un recorte de ambos lados de la película permitiendo que las dos hojas aplanadas de plástico se separen y se enrollen en tubos de cartón como una hoja enrollada simple.
[0123] Después de haber producido una hoja de película de acolchado según los métodos descritos anteriormente, se observarán varios cambios en las propiedades de la película si se compara con la película de acolchado de la técnica anterior.
[0124] En primer lugar, se observará que la película ha mejorado las propiedades de tracción en la dirección de la máquina a pesar de que se ha tirado de ella para hacerla más delgada. Esto es de esperar cuando la película comienza como una película gruesa y retiene las propiedades de tracción de esa película gruesa incluso cuando se está tirando de ella para hacerla delgada.
[0125] También durante el proceso de ODM, tanto las moléculas de la cadena principal como las moléculas ramificadas laterales están alineadas en la dirección de la máquina mejorando la resistencia a la rotura en esa dirección. También tendrá lugar menos cristalización cuando las moléculas se hacen pasar a una forma recta en lugar de dejar que se enrollen en cristal.
[0126] En segundo lugar, cuando se pone a la luz solar directa, la película se encogerá en el área de la superficie en un mínimo del 25%. Antes de ponerla a la luz solar, la película no se encoge, y empezará a encogerse tan pronto como la radiación solar atrapada por el negro de carbón de la película caliente la película por encima de 40 °C a 55 °C. Este encogimiento se produce a pesar de que la energía solar solo tiene que elevar las temperaturas de la superficie a entre 40 °C y 55 °C, aunque se pueden conseguir temperaturas mucho más altas en climas cálidos.
[0127] Se observará que la película no se dilata de inmediato cuando es calentada por la radiación solar. Cuando la película de acolchado termoencogible estirada alcanza suficiente temperatura para lograr la libertad de movimiento molecular para permitir la dilatación, las tensiones de encogimiento internas contenidas en la película hacen que se encoja en una proporción mayor de lo que se dilatará.
[0128] La velocidad de este encogimiento se determina por el nivel de aumento de la temperatura que está determinado por la fuerza con la que la energía solar incide sobre la película y el color exterior de la película. En condiciones de calor con la luz solar brillante del verano la película encoge rápidamente y, si no tiene restricciones, se puede apreciar visiblemente cómo encoge en cuanto se expone a la luz solar. En condiciones más frías con la luz solar más débil tal como en otoño, la película se encoge más lentamente y puede tardar varios minutos en alcanzar su encogimiento máximo.
[0129] La película de acolchado encogible hecha según esta solicitud se puede hacer más delgada de lo que normalmente se requiere, ya que la película no necesita tener la fuerza para mantener su integridad al ser estirada firmemente por las ruedas de arrastre sobre lo que a menudo puede ser tierra áspera y piedras. La película se puede colocar de forma suelta y luego emplear energía solar para que se encoja y se ajuste sobre la cama. Esto permite ahorrar en materiales plásticos, el coste de la película de acolchado, el coste del tiempo de colocación, ya que la máquina de colocación puede ir más rápido si no hay necesidad de tirar de la película firmemente sobre la cama.
[0130] Este encogimiento ligeramente retardado es ventajoso porque la película de acolchado se puede colocar sobre la cama usando un equipo de colocación de acolchado existente sin el riesgo de que la película se encoja lejos de las ruedas de arrastre de los bordes, y una vez colocada y los bordes enterrados, la película se encogerá hasta los límites impuestos por los bordes enterrados y la forma de la cama de cultivo.
[0131] Este encogimiento es sorprendente ya que normalmente las hojas de película de polietileno lineal de baja densidad o lineal de baja densidad de metaloceno fabricadas mediante el proceso de película soplada no se encogen sustancialmente cuando se someten a calor. La mayoría de las películas termoencogibles comerciales están hechas de polietileno de baja densidad que tiene propensión a encogerse. Las hojas hechas de polietileno puro de baja densidad no tienen las propiedades de tracción para ser utilizadas satisfactoriamente como una película de acolchado, especialmente en comparación con las propiedades de tracción muy mejoradas de las películas de LLDPE o mLLDPE (polietileno lineal de baja densidad catalizado con metaloceno).
[0132] La película termoencogible comercial, que emplea túneles termoencogibles o sopladores de aire caliente, se dilata inicialmente conforme se acerca su temperatura de punto de fusión, por encima de la cual se encogerá. Esta innovadora película de acolchado termoencogible no se dilata inicialmente, sino que más bien se encoge inmediatamente una vez que su temperatura se eleva lo suficiente.
[0133] También es sorprendente la baja temperatura a la que la película se encoge, normalmente el polietileno tiene que ser elevado a una temperatura cerca de su punto de fusión (aproximadamente de 110 °C a 120 °C) para lograr el encogimiento de la película. Esto es debido a la memoria de encogimiento del polímero provocado por el proceso de película soplada en el que se tensa el polímero a medida que se estira en la dirección transversal cuando sale de la boquilla de extrusión sobre el aire atrapado en la burbuja y se estira más en la dirección longitudinal cuando los rodillos de presión superiores tiran de él hacia arriba. Esta tensión se bloquea en la hoja en el momento en que se solidifica durante el proceso de extrusión a aproximadamente de 110 °C a 120 °C.
[0134] La película de la técnica anterior fabricada usando el método de extrusión de película fundida es un producto estable que normalmente no encoge en absoluto cuando se recalienta, aunque puede dilatarse. Las películas de acolchado hechas usando este innovador método de fabricación de películas de acolchado termoencogibles se encogerán al sol a pesar de que la película inicial se ha hecho mediante el proceso de película fundida.
[0135] Al someter la película de acolchado agrícola a la ODM calentada sin relajación posterior, se forman tensiones en la película que, sorprendentemente, le permite encogerse a las temperaturas relativamente bajas alcanzadas por la película cuando se calienta bajo los efectos de la radiación solar siendo absorbida por los aditivos de color de la película.
[0136] El polímero normalmente tiene que elevarse a casi la temperatura de fusión del polímero antes de comenzar el encogimiento.
[0137] El que la película de acolchado encoja hasta en un 25% cuando se calienta a solo 55 °C es muy inusual, pero esta capacidad demuestra ser muy útil en la prevención del aleteo e inflado de la película de acolchado.
[0138] El alto nivel de negro de carbón contenido en la película absorbe la luz que incide sobre la película de acolchado colocada sobre una cama de cultivo; esta luz se convierte en calor, lo que proporciona la energía para aumentar la temperatura de la película por encima de 55 °C, temperatura a la que se liberan las tensiones contenidas en la película, haciendo que la película se encoja de forma permanente en el área de la superficie.
[0139] En caso de que la película de acolchado se restrinja cuando se encoja, por ejemplo, teniendo enterrados los bordes de la hoja, las moléculas de polímero de cadena larga se encogerán hasta un punto en que las moléculas se encogen plásticamente más de lo que les es permitido físicamente, esto tira de la película firmemente y forma dentro de la película una medida de elasticidad. Cuando la película se enfría tal como por la noche, se forma la tensión elástica en la película, de manera que a medida que se recalienta al siguiente día seguirá estando ajustada sobre la cama.
[0140] En caso de que la película se haga transparente, es posible que la película de acolchado hecha según esta invención se encoja, ya que la película calentará la tierra, lo que calentará el aire atrapado entre la película y la tierra, y el aire calentará la película haciendo que se encoja.
[0141] La capacidad de encogimiento de la película de acolchado hecha según esta invención mejora considerablemente la calidad y la eficacia de la película de acolchado en comparación con películas de acolchado de plástico de la técnica anterior existentes, en particular cuando se considera que el efecto de encogimiento está presente tanto en una película de acolchado negra como en una película de acolchado negra y blanca y una película de acolchado transparente.
[0142] Haciendo referencia a las Figuras 3, 4 y 5B, cuando se desenrolla y se aplica a la superficie de una cama de cultivo (20) elevada, la película de acolchado (22) está expuesta a la radiación solar (24). Esta radiación es absorbida por los aditivos de color contenidos en la película que eleva la temperatura de la superficie de la hoja de acolchado hasta 70 °C o más. Esta elevación de la temperatura de la superficie hace que sea más fácil para las moléculas estiradas eliminar la tensión y contraerse de nuevo, principalmente de forma longitudinal (26) y parcialmente en sentido transversal (28), a su longitud estirada previa a la ODM, o al menos a contraerse parcialmente donde como consecuencia toda el área de la superficie de la hoja se reduce.
[0143] A medida que la temperatura de la hoja de acolchado se eleva, en caso de que la hoja no tenga restricciones, los primeros signos físicos de la hoja que está siendo afectada por el aumento de la temperatura es que la hoja encoge. A diferencia de la invención, la película de acolchado de la técnica anterior (véase 50 en la Figura 5A), que no ha sido tratada previamente durante la fabricación según los métodos descritos anteriormente, se dilatará pero no se encogerá a medida que aumente la temperatura.
[0144] En caso de que se entierren secciones de la película de acolchado (30, 32), debido al peso de la tierra (34), el área expuesta no podrá encogerse en el área de la superficie total sino que se encogerá de la forma más firme posible contra el perfil de la cama de cultivo (20). Como consecuencia, las plántulas (36, 38, 40) que crecen a través de agujeros para plantar (42, 44, 46) no serán dañadas ni por el aleteo de la hoja con el viento ni por la fricción con los tallos de las plántulas.
[0145] Las Figuras 5A y 5B enseñan el funcionamiento de la invención. En la Figura 5A, la película de acolchado de la técnica anterior (50), incluso si se entierra bajo la tierra (34), se dilata en lugar de contraerse al calor del sol. La película suelta puede dejar que el aire la levante y la haga aletear con fuerte viento y dañar las plántulas (no mostradas) como se describió previamente.
[0146] La Figura 5B muestra el funcionamiento de la presente película de acolchado (22) que también está enterrada bajo la tierra (34), donde cuanta más radiación se aplique a la película (22), más se contrae. Esto es lo contrario de lo que ocurre con la película de acolchado de la técnica anterior (50), que se extiende cada vez más cuando se expone a la radiación solar. Este resultado se debe al pretensado longitudinal de la presente película de acolchado a una tensión y temperatura predeterminadas y enfriándola inmediatamente. Las tensiones moleculares resultantes en el material facilitan el encogimiento pero no la dilatación por la exposición a la radiación solar. Esta propiedad del acolchado reactivo al sol objeto de la invención y sus métodos de fabricación son hasta ahora desconocidos en el campo de acolchados agrícolas en hojas y comprende la actividad inventiva de la invención.
EJEMPLOS
[0147] Usando un rotulador que no dañara, se dibujaron dos líneas separadas 100 mm a lo largo de la dirección de la máquina de una muestra de película de acolchado negra y una muestra de película de acolchado blanca y negra. En cada muestra se dibujaron otras dos líneas separadas 100 mm a lo largo de la dirección transversal de las muestras.
[0148] Las dos muestras de película de acolchado se habían fabricado según esta solicitud y se habían estirado a una temperatura de 75 °C haciendo rotar los rodillos de presión de salida refrigerados 3 veces más rápido que los rodillos de entrada calentados. Las muestras tenían un espesor uniforme de 18 a 21 micrómetros y se había tirado de ellas hacia abajo desde una película soplada de entrada que tenía un espesor de 55 micrómetros.
[0149] Las muestras se tomaron de rollos de película que se habían guardado a cubierto, y las piezas de muestra se llevaron al aire libre y se colocaron planas sobre la tierra.
[0150] La temperatura ambiente era de 25 °C y el día estaba despejado a las 13:00 h en otoño en Brisbane Australia.
[0151] La temperatura de la película expuesta se evaluó utilizando un termómetro sin contacto y se elevó a entre 60 °C y 70 °C en el caso de la muestra negra y entre 50 °C y 60 °C en el caso de la muestra blanca.
[0152] Se podía ver cómo la película comenzaba a encogerse unos segundos después de colocarse en el suelo y parecía haber cesado de encoger después de un minuto. Las distancias entre las líneas se midieron de nuevo y se descubrió que la película de acolchado negra se había encogido en un 28% en la dirección de la máquina y en un 4% en la dirección transversal, la película negra y blanca, que tenía el lado blanco hacia arriba, se había encogido en un 24% en la dirección de la máquina y un 3% en la dirección transversal.
[0153] Se han realizado ensayos adicionales prácticos de rollos de acolchado en toda su longitud en diferentes granjas que tenían diferentes tipos de tierra y condiciones climáticas y todos han mostrado que la película se puede colocar con máquina a velocidades más altas y menor tensión que el acochado de la técnica anterior, y que la película de acolchado fabricada según esta solicitud procede a encogerse y a ajustarse sobre la cama de cultivo lo suficiente como para evitar que el viento provoque aleteo.
[0154] Los ensayos han indicado que la película dura intacta durante una temporada completa de cultivo de 9 meses y es capaz de ser levantada del suelo por medios mecánicos al final de la temporada.
[0155] Por supuesto se tendrá en cuenta que mientras que lo anterior se ha dado a modo de ejemplo ilustrativo de esta invención, todas estas y otras modificaciones y variaciones que serían evidentes para expertos en la técnica se consideran que están dentro del amplio alcance y ámbito de esta invención como se ha indicado en la presente memoria.
[0156] En la memoria descriptiva se entenderá que los términos “que comprende” y “que contiene” tienen un significado amplio similar al término “que incluye”, y se entenderá que implica la inclusión de un número entero o etapa o grupo de números enteros o etapas establecidos, pero no la exclusión de cualquier otro número entero o etapa o grupo de números enteros o etapas. Esta definición también se aplica a las variaciones de los términos “que comprende” y “que contiene”, tal como “comprenden” y “comprende” y “contienen” y “contiene”.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Hoja reactiva al sol de película encogible de acolchado agrícola que comprende: una o más hojas de una o más capas de material termoencogible aumentado que se ha aumentado mediante un proceso mecánico de alargamiento longitudinal a una temperatura elevada entre 60 °C y 120 °C y posterior enfriamiento, comprendiendo dicho material termoencogible un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), donde el material termoencogible se encogerá entre un 10% y un 30% en el área de la superficie, si no tiene restricciones, pero no se dilata cuando la temperatura de la película se eleva a, al menos, 40 °C por exposición a la radiación solar; caracterizada por que cada hoja comprende moléculas alargadas de polímero que se alinean en la dirección longitudinal de la máquina y tiene un espesor uniforme en toda el área de la superficie que proporciona una hoja orientada monoaxialmente, en todo su ancho, en la dirección de la máquina, y por que al menos una de la una o más capas de material termoencogible contiene entre un 2% y un 8% en peso de partículas de negro de carbón de entre 17 y 100 nanómetros de tamaño.
2. Película de acolchado según la reivindicación 1 donde la una o más hojas de una o más capas de material termoencogible comprende al menos una capa de un polímero LLDPE combinado con al menos un aditivo seleccionado de auxiliares de proceso, aditivos antioxidantes, estabilizadores de luz ultravioleta de tipo HALS, absorbentes de luz UV, plastificantes y lubricantes.
3. Película de acolchado según la reivindicación 1 donde la una o más hojas de una o más capas de material termoencogible aumentado consiste en al menos dos o más capas coextruidas.
4. Película de acolchado según la reivindicación 1 donde la una o más hojas de una o más capas de material termoencogible aumentado es sustancialmente impermeable a los gases.
5. Película de acolchado según la reivindicación 1 donde la hoja consta de diferentes colores en cualquiera de las superficies, donde al menos una de las una o más capas de material termoencogible es de color negro para garantizar que la hoja bloquee toda transmisión de luz y absorba suficiente radiación solar para calentar la hoja para iniciar el encogimiento del material.
6. Película de acolchado según la reivindicación 1 donde la película comprende una película de plástico como una hoja enrollada simple o como una hoja enrollada doble unida y bloqueada para formar una hoja simple.
7. Película de acolchado según la reivindicación 2 donde hay una hoja que comprende una capa de material termoencogible.
8. Película de acolchado según la reivindicación 2 donde el polietileno lineal de baja densidad es polietileno lineal de baja densidad de metaloceno.
9. Proceso para fabricar una hoja reactiva al sol de una película de acolchado agrícola que comprende una o más hojas de una o más capas de material termoencogible aumentado que comprende un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), donde una de la una o más capas de material termoencogible contiene entre un 2% y un 8% en peso de partículas de negro de carbón de entre 17 y 100 nanómetros de tamaño, el material termoencogible está adaptado para encogerse entre un 10% y un 30% en el área de la superficie, si no tiene restricciones, pero no se dilata cuando la temperatura de la película se eleva a, al menos, 40 °C por exposición a radiación solar, comprendiendo el proceso
pretensar longitudinalmente de forma uniforme una o más capas de material termoencogible a una temperatura elevada entre 60 °C y 120 °C y tensar más allá del límite de fluencia del material mediante un proceso de orientación en la dirección de la máquina;
dejar que la una o más capas pretensadas de material termoencogible se enfríen después de haber alcanzado un nivel predeterminado de fluencia, donde las tensiones de deformación molecular resultantes se retienen en el material para facilitar el encogimiento, pero no la dilatación, en una o más direcciones al calentarse por exposición a radiación solar.
10. Proceso según la reivindicación 9 donde la temperatura elevada está entre 60 °C y 70 °C.
11. Proceso según la reivindicación 9 donde la película se enfría a entre 10 °C y 40 °C después de que la película haya sido estirada por el aparato con orientación en la dirección de la máquina y mientras las tensiones de estiramiento se retienen en la película.
12. Proceso según la reivindicación 9 donde el polietileno lineal de baja densidad está provisto de al menos un aditivo seleccionado de auxiliares de proceso, aditivos antioxidantes, estabilizadores de luz ultravioleta de tipo HALS, absorbentes de luz UV, plastificantes y lubricantes.
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