ES2935121T3 - Película de cubierta agrícola para invernaderos con alta eficacia IR y efecto blindaje a radiaciones N.I.R. obtenidas con la utilización de microesferas de vidrio hueco, y método de producción correspondiente - Google Patents

Película de cubierta agrícola para invernaderos con alta eficacia IR y efecto blindaje a radiaciones N.I.R. obtenidas con la utilización de microesferas de vidrio hueco, y método de producción correspondiente Download PDF

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Abstract

Consiste en un método para filtrar la radiación NIR en una medida superior o igual al 10% mediante el uso de una película transparente que tiene unas características determinadas y que incrusta microesferas de vidrio huecas en una concentración entre el 0,1 y el 99%. La patente actual también describe el método para realizar y producir la película. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Película de cubierta agrícola para invernaderos con alta eficacia IR y efecto blindaje a radiaciones N.I.R. obtenidas con la utilización de microesferas de vidrio hueco, y método de producción correspondiente
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere a una película plástica monocapa o multicapa, monoextrudida o coextrudida, para aplicaciones de película de cobertura de invernaderos, caracterizada por el uso de microesferas de vidrio huecas, de acuerdo con la reivindicación 1.
La invención comprende también el método de realización, de acuerdo con la reivindicación 7.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Las cubiertas de invernaderos tradicionales se pueden dividir en tipos rígidos o flexibles. Esto se aplica a las cubiertas de invernaderos de tipo semiarco y cobertizo.
Las cubiertas rígidas consisten en vidrio, poliéster reforzado con fibra de vidrio, PVC rígido ondulado, polimetilmetacrilato o policarbonato, y se utilizan con un espesor de varios milímetros.
Las cubiertas flexibles están constituidas por PVC plastificado, copolímero EVA (etileno acetato de vinilo), PE lineal y de baja densidad, etileno-tetrafluoroetileno, poliuretano, polipropileno y sus combinaciones o mezclas, y se utilizan con espesores del orden de las décimas de milímetro.
En todo caso, las características que presenten las cubiertas de invernadero deberán ser:
• Resistencia mecánica, incluyendo resistencia al estrés derivado de los agentes climáticos y las condiciones climáticas severas, para proteger adecuadamente el cultivo debajo;
• Transmisión de luz de la radiación solar, en particular, con respecto a P.A.R. (Radiaciones Activas Fotosintéticas) • Efecto térmico, también conocido como efecto invernadero, como la propiedad de transmitir o filtrar la radiación infrarroja (es decir, radiación con una longitud de onda en el intervalo de 7000-13000 nm)
• Estabilidad química a largo plazo, lograda por la resistencia a las radiaciones que alteran la estructura química;
• Resistencia a la degradación debido al uso de productos químicos y pesticidas por parte de los usuarios finales (es decir, agricultores).
Las películas flexibles son más económicas que las rígidas, requieren estructuras de soporte menos costosas y son más fáciles de aplicar.
Por lo tanto, la elección del material de la cubierta es muy importante, ya que uno tiene que vincular las diferentes necesidades que a veces pueden contrastar. Por ejemplo, la resistencia mecánica aumenta al aumentar el espesor de la capa, lo que, por el contrario, reduce la transmisión de luz.
Por lo tanto, la elección del material de recubrimiento es crucial, ya que se deben abordar diferentes requisitos. Los mismos requisitos a veces pueden chocar entre sí.
Además, los rellenos minerales utilizados tradicionalmente para alterar el rendimiento óptico y térmico de la película de cobertura, o utilizados para mejorar las características de dispersión de la luz y el efecto térmico, tienen el efecto secundario de disminuir la transmitancia total y las propiedades mecánicas de la película.
La película que se presenta en esta invención implica el uso de microesferas de vidrio huecas, que permiten mantener altas las propiedades mecánicas, así como la transmitancia total a pesar de un aumento considerable del efecto térmico, y dependiendo de la dosificación y de la difusión de luz deseada, esta última propiedad se puede modular con un pequeño efecto negativo en la transmitancia total.
El estado de la técnica consiste en una película a base de LDPE, EVA y PP producida con la adición de cargas minerales, generalmente constituidas por alumino-silicatos, que a través de fenómenos de dispersión de luz inhiben las quemaduras de la luz solar directa sobre los cultivos. En cualquier caso, estas sales debilitan la estructura de la película y, dado el mismo espesor, reducen su resistencia mecánica.
El estado de la técnica también incluye una capa de material polimérico que dispersa burbujas de gas en su interior. En promedio, tiene una menor resistencia mecánica en comparación con las películas producidas con la misma matriz polimérica, la misma densidad y sin dispersión de gas en su interior.
El estado de la técnica también describe películas multicapa con diferentes cargas minerales en diferentes capas introducidas para aumentar la resistencia mecánica; en cualquier caso, estos normalmente reducen la transmisión de luz.
El estado de la técnica también incluye la solicitud de patente WO-A-94/05727 que implica la inserción de partículas sólidas en la película, como la mica, que son capaces de reflejar selectivamente la radiación solar. De todos modos, estas partículas tienen la desventaja de debilitar las propiedades mecánicas de la película ya que su estructura se vuelve heterogénea y esto facilita la migración de los productos químicos utilizados para el cultivo dentro de la película. La película tiende entonces a deteriorarse muy rápidamente.
El estado de la técnica incluye la patente FR-2334708, que presenta una película de polietileno para aplicaciones de cobertura de invernaderos con una transparencia modificada a través de microesferas de vidrio incrustadas homogéneas, las cuales son macizas y no huecas como en la patente de Agriplast.
La patente EP-A 536917 describe una película de alta blancura y opacidad utilizada como material de empaque para snacks u otro tipo de alimentos y no se utiliza para fines agrícolas. La película mencionada anteriormente tiene varias cavidades, cada una de las cuales puede ser ocupada por una esfera hueca de vidrio preformada.
El estado de la técnica también incluye modificaciones mecánicas en al menos una de las dos superficies de la película mediante procesos de rizado, gofrado u otros que modifican la regularidad de la superficie, dejando pasar la película por calandras apropiadas. Estas modificaciones mecánicas requieren equipos muy costosos y limitan los anchos de la película a 4-5 metros.
Otra patente conocida (1306403) del mismo solicitante describe una película transparente utilizada como revestimiento de invernaderos, que incluye una cierta cantidad de microesferas de vidrio huecas.
Siguiendo la fase piloto descrita con brevedad anteriormente, se ha diseñado y desarrollado una nueva película para aplicaciones de cobertura agrícola. Se realiza mediante el uso de microesferas huecas de vidrio y se caracteriza por las dos características siguientes:
• Efecto térmico elevado en comparación con la misma película polimérica de tipo matriz sin microesferas de vidrio huecas.
• Efecto de blindaje sobre la radiación IR cercano (longitud de onda en el intervalo de 1100-2500 nm), es decir, reducción de la transmisión de luz en este intervalo.
OBJETIVO DEL HALLAZGO
Uno de los objetivos de la invención según las reivindicaciones adjuntas es obtener una película flexible transparente donde sea posible ajustar las características espectrofotométricas y la difusividad de la luz sin una disminución apreciable de la transmitancia total. La película debe mantener las características mecánicas muy próximas a las que ofrece el polímero o polímeros base y permitir un "efecto invernadero" casi efectivo debido a la suma de estas dos contribuciones: el efecto intrínseco del polímero más el efecto aislante de las microesferas de vidrio huecas.
De acuerdo con estos objetivos, la película descrita en esta invención se produce mezclando uno o más polímeros homogéneos o heterogéneos que tienen estructuras químicas similares o no similares, pero compatibles desde el punto de vista físico, con microesferas de vidrio huecas, cuya concentración oscila entre un 0,1 y un 99 % en peso.
En particular, la concentración ideal de microesferas de vidrio huecas oscila entre un 0,2 y un 20 %.
En relación con otra característica de la invención, utilizando condiciones de extrusión por soplado adaptadas según las técnicas de producción tradicionales, se puede obtener una película monocapa o multicapa, que muestra una transmisión de luz no uniforme. La transmisión de luz puede variar dentro de formas aleatorias y áreas dimensionales, como resultado de los diferentes índices de refracción dados por la relación entre dos o más polímeros. Otra característica innovadora que presenta la invención consiste en el filtrado selectivo de la radiación del infrarrojo cercano (NIR). La actividad de investigación de Agriplast se llevó a cabo mediante extrusoras de laboratorio empleando diferentes tipos de esfera hueca de vidrio para evaluar la posibilidad de lograr este resultado y sus implicaciones.
De las actividades de investigación de Agriplast resulta que, para lograr el filtrado NIR deseado, se deben usar microesferas de vidrio huecas D50 (distribución del tamaño de partículas) en un intervalo de 15 a 20 micrones de tamaño.
En particular, el filtrado NIR se evalúa como superior o igual al 10 %.
Las zonas geográficas de clima cálido (como el sur de España, el sur de Italia, los países de la cuenca mediterránea, etc.) se caracterizan por una alta energía térmica entrante, que en verano produce un efecto de calentamiento considerable en el interior de los invernaderos revestidos de polietileno y tiene un efecto negativo en la producción de muchos cultivos. Este inconveniente se contrarresta convencionalmente con la práctica convencional de "blanqueamiento". Este proceso consiste en el pintado de la película de recubrimiento con pinturas especiales que contienen baja concentración de metales pesados.
Este proceso tiene costes importantes, tanto por el coste del material en sí como por los costes de montaje y retirada de las películas una vez pasado el pico de calor. Además, la alteración de las características ópticas de la película no está completamente controlada y su eliminación deja residuos que influyen negativamente en el rendimiento óptico de la película además de acortar su vida debido a los restos de contaminantes pro-degradantes.
Hay maestros NIR específicos que se utilizan para filtrar la longitud de onda específica, pero muestran el efecto secundario de reducir la transmitancia total de manera notable con respecto al efecto del filtrado NIR. Sin embargo, estos maestros reducen considerablemente la transmitancia total con el beneficio de reducción de la transmitancia NIR. Por otro lado, la película que se presenta en esta invención es definitivamente superior ya que mejora sinérgicamente el efecto térmico, y la reducción de la transmitancia NIR, junto con el mantenimiento de una alta transmitancia total de luz P.A.R.
Algunos análisis comparativos realizados por Agriplast entre: muestras de películas que cumplen con los estándares europeos EN13206 (2017), películas formadas por la misma matriz polimérica, películas con porcentajes crecientes de microesferas huecas de vidrio y películas con maestro NIR tradicional; mostraron que, dado el mismo filtrado NIR, las películas con microesferas de vidrio huecas mantienen una transmitancia total superior a la mostrada por el resto de las muestras. Vea a continuación una síntesis relacionada mediante dos gráficos en el PAR (figura 1) y en el NIR (figura 2) que comparan las siguientes películas:
• muestra n.° 1: cubierta de película convencional de 200 pm de espesor
• muestra n.° 2: película de cubierta con concentración estándar de maestro NIR
• muestra n.° 3, 4, 5, 6: cuatro muestras de película pertenecientes a la invención propuesta. Las muestras de 3 a 6 se diferencian entre sí por la concentración progresiva de microesferas de vidrio huecas. La muestra n.° 3 contiene la concentración más baja de HGM (microesferas huecas de vidrio), la muestra n.° 6 contiene la concentración más alta de HGM.
Sin duda, queda claro cómo la película presentada en esta invención se caracteriza por un filtro NIR superior al que ofrece la película convencional, incluso a baja concentración de HGM.
La comparación entre la muestra n.° 1 y n.° 3 (siendo la muestra 3 con bajo contenido de HGM) muestra que la muestra n.° 3 tiene una transmitancia NIR de 14,18 % mejor que la ofrecida por la muestra n.° 1, dado la pérdida total de transmitancia de tan solo un 0,4 % de la muestra n.° 3 sobre la muestra n.° 1.
Además, a mayor contenido de HGM con respecto al efecto NIR, la muestra n.° 5 es ampliamente superior a la muestra n.° 2 (que se produce con el maestro NIR estándar), pudiendo la muestra n.° 5 al mismo tiempo mantener una alta transmitancia total.
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DESCRIPCION DEL SISTEMA
La nueva película descrita en esta patente se produce en un sistema de producción que puede satisfacer los requisitos de producción. Dicho sistema se describe, de manera no limitativa, en las figuras 3 y 4. Estas figuras representan una versión esquemática del sistema de producción. El sistema de producción que produce la película de acuerdo con los hallazgos descritos anteriormente está preferentemente constituido por un aparato de extrusión convencional.
El sistema de dosificación de los distintos componentes a mezclar puede ser de tipo gravimétrico o volumétrico, siempre que sea adecuado dosificar las cantidades necesarias en las proporciones requeridas para las mezclas individuales en las líneas de extrusión individuales, también en relación con aditivos, maestros y componentes colorantes a dosificar.
Los gránulos de polímero base y compuestos que se consideren aditivos, podrán ser objeto de un premezclado parcial en una tolva adecuada para alimentar la línea de extrusión. Siempre que el proceso de producción implique el uso de una coextrusora, la alimentación de gránulos y compuestos será proporcional para cada línea.
Cuando se utilizan varios tipos de polímeros en un proceso de monoextrusión, la temperatura de extrusión debe estar cerca del punto de fusión más alto de los polímeros. La temperatura se controla de forma automatizada, sector por sector, a través de sensores termopares y controladores térmicos, los cuales están conectados a una unidad lógica de control como un PLC.
El sistema de enfriamiento del ventilador centrífugo está adecuadamente dispuesto para enfriar la extrusora.
La elección de cada sector de temperatura está definida por la relación de fricción generada entre el tornillo y su cilindro y las características reológicas relativas de los polímeros en uso.
De esta forma, el polímero fundido alcanza la viscosidad adecuada y puede fluir a través del cabezal de extrusión en una geometría tubular.
El diámetro y el grosor de dicha estructura tubular se ajustan mediante la inyección de aire dentro de la estructura tubular y mediante la velocidad de extrusión.
Luego, la estructura tubular se enfría en la base desde el aire tangente y la corriente de enfriamiento se dirige hacia la torre de enfriamiento. A continuación, la estructura tubular alcanza los rodillos de remolque instalados en la parte superior del sistema, que completan el aplanamiento de la estructura tubular. Luego, la película plana se envía a la bobinadora.
En el caso de la coextrusión, el acoplamiento entre capas se puede realizar mediante el uso de adhesivos bien conocidos que promueven la adhesión entre las capas de la película.
Los polímeros que forman la(s) capa(s) de la película pueden ser homogéneos o heterogéneos y pueden tener estructuras poliméricas relacionadas o no relacionadas desde el punto de vista molecular, y pueden variar en concentraciones de 1 a 99,9 %.
Algunos ejemplos de las combinaciones entre polímeros, partiendo de los polímeros base y de las siguientes parejas heterogéneas: LLDPE y LDPE y EVA, EVOH, PA y EVA, LLDPE, LDPE y PP y PA y PA, PU, PVC y PA, EMA y EBA, HDPE y LDPE y PA, PA, y sus copolímeros, y todas las combinaciones posibles de dos o más componentes de estos polímeros.
La película también puede consistir en una sola capa de polímero, así como en una multicapa.
También es posible utilizar aditivos como: deslizantes, antiestáticos, antigoteo, tensioactivos, estabilizadores UV, cargas minerales, sílice, zeolitas, componentes cerámicos u otros materiales, boro y sus compuestos, anhídrido maleico, colas con la finalidad de promover las capas cercanas, agentes de nucleación, reticuladores, nanocompuestos, etc.
También es posible modificar y añadir nuevos componentes para producir la película descrita en el presente hallazgo, y seguirán estando en el mismo campo y objeto de la invención.
Es evidente que es posible modificar y añadir nuevos componentes para producir la película descrita en el presente hallazgo, y seguirán estando en el mismo campo y objeto de la invención.
En conclusión, con respecto a la descripción anterior se hacen las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Película transparente flexible para aplicación de cobertura de invernaderos, caracterizada por que contiene uno o más de los siguientes polímeros: LDp E, LLDPE, PA, PU, PVC, EVA, EVOH, EBA, HDPE, PP, EMA, copolímeros de los polímeros enumerados anteriormente y en la que:
a. la concentración de microesferas de vidrio huecas (HGM) oscila entre un 0,1 y un 99 %,
b. la densidad HGM oscila entre 0,125 y 0,6 g/cm3, con un intervalo de densidad que oscila entre 0,1 y 0,63 g/cm3 y una densidad aparente que oscila entre 0,05 y 0,43 g/cm3,
c. dicha película es una película multicapa compuesta por una primera capa que, durante el proceso de extrusión, se combina con al menos una segunda capa,
d. estas películas incluyen HGM y se producen con un espesor que oscila entre 10 y 1000 pm,
y en la que la película antes mencionada tiene esferas huecas de vidrio con dimensiones de tamaño de partícula D50 entre 15 y 20 pm, de modo que las características de transmitancia en el infrarrojo (NIR) entre 1100 y 2500 nm es menor en al menos un 5 % en comparación con la misma película que no contiene las microesferas.
2. Película transparente flexible para aplicación de cobertura de invernaderos, según la reivindicación 1, en la que la concentración variable de dichas microesferas huecas de vidrio oscila entre un 0,2 y un 20 %.
3. Película transparente flexible según la reivindicación 1, en la que las características del efecto invernadero calculado en el intervalo de infrarrojo medio-largo (longitud de onda en el intervalo de 7.000 y 13.000 nm) son superiores en al menos un 3 % a la misma película que no contiene microesferas.
4. Película transparente flexible según la reivindicación 1 para aplicación de cobertura de invernaderos y por sus características clasificadas (según EN13206-2017) como: Normal, Térmica Transparente o Térmica Difusiva.
5. Película transparente flexible según una o más reivindicaciones anteriores, multicapa, en la que una o más capas incluye HGM.
6. Película transparente flexible según una o más reivindicaciones anteriores, monocapa, que incrusta HGM.
7. Método para producir una película transparente flexible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se produce mediante tecnología de monoextrusión o coextrusión, con extrusión por soplado o extrusión por inyección plana.
ES18175051T 2018-05-14 2018-05-30 Película de cubierta agrícola para invernaderos con alta eficacia IR y efecto blindaje a radiaciones N.I.R. obtenidas con la utilización de microesferas de vidrio hueco, y método de producción correspondiente Active ES2935121T3 (es)

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