JP2015502143A - 温室屋根を作製するための積層体及び温室栽培方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、温室屋根を作製するための積層体であって、前記積層体の少なくとも１つの主面を画定し、ポリマーマトリクス、及び該ポリマーマトリクス中に分散する、アナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉ０２のナノ粒子を含む、少なくとも１つの積層された層を含む前記積層体に関する。前記ナノ粒子は１００ｎｍ以下の大きさを有する。前記二酸化チタンはポリマーマトリクスに対して'３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度で存在する。また、本発明は、温室栽培方法と、前記温室を作製のための本発明に係る前記積層体の使用とにも関する。また、本発明は、本発明に係る少なくとも１つの積層体を含む屋根を有する温室と、本発明に係る積層体の積層された層を作製するためのマスターバッチとにも関する。【選択図】なし

Description

本発明は、温室屋根を作製するための積層体及び温室栽培方法に関する。

知られているように、温室栽培においては、屋根（フィルム又はシート）の光線透過率と、現在の栽培状況とに応じて、日中の温室内の温度を下げることが必須である。

今日まで、屋根に光線の分散剤又はフィルタリング剤を添加することにより、生理学的許容限度を超える温度を下げることが行われている。

全ての場合において、実際に使用される添加剤は、植物が利用できる太陽放射を減少させ、その結果、植物の光合成を低下させ、植物自体に明らかな悪影響を及ぼす。実際には、日射及び照射が最大の時に、逆の作用（すなわち、光合成の増加）が促され、栽培の生産性及び健全性を向上させるべきである。

この形態においては、温室屋根を作製するために、多層構造、及びＵＶ領域から可視光領域への放射波長帯域の変換によってフィルムの「フォトルミネセンス」を増加させるためなどの、個々の層の化学的組成によって設計された多層フィルムが提案されている。しかしながら、植物に対する有益な効果は限定的である。

加えて、添加剤の使用は、屋根として使用するための機械的耐性及び化学的耐性への影響に留意して評価する必要がある。

このことは、軟質フィルムにより作製された屋根の場合は、硬質又は半硬質シートにより作製された屋根の場合よりも、より一層重要である。軟質フィルムは硬質シートよりも安価であり、より堅固ではない支持構造体しか必要とせず、より容易に施工されるが、同時に、機械的及び化学的な耐性が一般的により低い。

そのため、異なる、時には相反する要件を満たす必要があるので、屋根材及び添加剤の選択は非常に重要である。例えば、厚さを増せば機械的耐性を向上させることはできるが、積層体の光線透過性は低下する。その上、同一の厚さに対して、例えば可塑化ＰＶＣ（硬質シートの製造に広く使用される）などの材料の熱的効果（夜間に温室内の温度を維持する能力と解される）は、ポリエチレン（軟質フィルムの製造に使用される）などの別の材料の熱的効果の２倍以上である。

そのような点に関しては、太陽光線の屈折又は回折に起因して、太陽放射（ＵＶＡ、可視光又は短波ＩＲ）が直接透過して植物に当たることを阻止又は制限して葉焼けを防止する、一般的にはケイ酸塩又は炭酸塩である添加剤を有する、ＬＤＰＥ、ＥＶＡ／Ｃ、ＰＰから製造されるフィルムの例が挙げられよう。

これらのフィルムは、「Ｄｕｆｆｕｓｅｄ Ｌｉｇｈｔ（散乱光）」として知られ、無機充填材又は、ＵＶＡ線を含む全ての光放射の一部を温室内に、一部を温室外に反射する効果を有するその他の解決手段を含む。様々な光線のはね返りが入射エネルギーの低下を引き起こすが、同時に、明らかで確かな光の均一性を保証する一方で、植物に対する放射レベルの低下を引き起こす。最終的な効果は、放射の低下の合計による効果であり、多くの場合、生理学的要求には不十分といえる。

更に、用いられる添加剤はフィルムの構造を弱め、同一の厚さに対してその機械的耐性を低下させる。

分散した気泡を含む、ポリマー材料をベースとするフィルムについても記述がある。このフィルムは、同一の基材ポリマーを用いて製造された対照フィルムよりも平均の機械的耐性が低い。加えて、（特別な物理的及び化学的構造をつくり出す気泡が存在することに起因して）短波赤外線領域における太陽放射が大きく吸収されることで、温室内への直射光の投入量が低下し、時に多くの作物の必要量に見合わない、照射量の低い状態を引き起こす。ＵＶ領域におけるほぼ全吸収に関しても、同様のことが観察される。

知られているように、温室栽培において一般的なその他の問題は、屋根内表面上での結露の生成である。この現象は、寄生生物の増殖にとって理想的な環境、並びに結露のしずくが葉や果実上に滴下することによる直接的及び回復不能な損傷をもたらすので、作物に甚大な損害を与える。

一般的に、屋根作製用の通常のフィルムの表面上に存在する静電的電荷により、この結露の深刻な問題を解決することができない。そこで、現在では、フィルムに界面活性剤を添加し、表面張力を低下させることによってこの現象を緩和しているが、この方法は限定的な効果しか有さず、また効果の持続期間も比較的短い。

従って、本発明の目的は、遮蔽効果を低下させることなく、作物の光合成活動を増強することを可能にする温室屋根を作製するための積層体を利用可能とすることによって、前述の従来技術の問題点を排除することにある。

更なる本発明の目的は、界面活性剤を使用することなく、温室内部での結露の生成を低減することを可能とする温室屋根を作製するための積層体を利用可能とすることにある。

更なる本発明の目的は、機械的及び化学的耐性のある温室屋根を作製するための積層体を利用可能とすることにある。

更なる本発明の目的は、容易且つ経済的に作製される温室屋根を作製するための積層体を利用可能とすることにある。

更なる本発明の目的は、その保護効果を低下させることなく、作物の光合成活動を増強することを可能にする温室栽培方法を利用可能とすることにある。

上記の目的に応じた本発明の技術的特徴は、後述の特許請求の範囲の内容から明確に理解することができ、その利点は以下の詳細な記載から更に明確に明らかとなる。

本発明の概括的な実施形態によれば、温室屋根を作製するための積層体は、前記積層体の少なくとも１つの主面を画定し、ポリマーマトリクス、及び該ポリマーマトリクス中に分散する、アナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含む、少なくとも１つの積層された層を含む。

更に、そしてより明確に以下に説明するように、本発明の目的のためには、使用条件において、前記積層体は、前記少なくとも１つのナノ粒子を含む積層された層により画定される主面が、温室の内側に直接面するように方向付けられる。

前記二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子は、１００ｎｍ（ナノメータ）以下の大きさを有する。

前記二酸化チタンは、前記ポリマーマトリクスに対して３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度（すなわち、０．００３重量％〜０．１５重量％）で存在する。実際に、１５００重量ｐｐｍを超える（特に１重量％を超える）ナノ粒子の形態の二酸化チタンの濃度は、二酸化チタンによる分子の結合に対する激しい酸化効果のために、本質的に有害となり、非常に短時間でフィルムを破壊し、フィルムの光線透過率を栽培に許容できない値まで低下させることが観察されている。その他の否定的な効果については、この後本明細書中で示す。

好ましくは、前記二酸化チタンは、前記ポリマーマトリクスに対して３００〜１５００重量ｐｐｍの濃度（すなわち、０．０３重量％〜０．１５重量％）で存在する。

好ましくは、前記二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子は、２０ｎｍ以下、更により好ましくは１０ｎｍ以下の大きさを有する。

有利には、前記二酸化チタンのナノ粒子は、前記ポリマーマトリクス中に均一に分散する。

好ましくは、前記二酸化チタンＴｉＯ２は、９９．５％以上の純度を有する。好ましくは、前記二酸化チタンは、前記ポリマーマトリクスに対して悪影響を与える可能性のある汚染要素を含まない。

好ましい解決手段の実施形態によれば、前記二酸化チタンＴｉＯ２はアナターゼ型の。

アナターゼ型の二酸化チタンとルチル型の二酸化チタンとの混合物を用いることを想定することができる。

好ましくは、前記ポリマーマトリクスは、ポリオレフィン及びポリオレフィンの熱可塑性共重合体から製造される。

特には、前記ナノ粒子を含む層のポリマーマトリクスは、ポリエチレン（ＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、共重合体プロピレン、エチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸ブチル（ＥＢＡ）、エチレン−アクリル酸メチル（ＥＭＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、エチレン−四フッ化エチレン（ＥＴＦＥ）及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる群より選択される１種以上のポリマーを、単独で又は互いに混合された形で含む。

好ましくは、前記少なくとも１つの積層された層は、押出成形又は共押出成形により得られる。同様に、（本明細書中に後述するように）該積層された層が２以上のかかる積層された層を含む場合であっても、かかる層は単層の押出成形により得られる（その後単層どうしを互いに接合する）、あるいは共押出成形により予め接合された形で得られる。

有利には、前記ポリマーマトリクスは、光安定化添加剤をポリマーマトリクス中に含む。

好ましくは、紫外線に対して遮蔽特性を有さない光安定剤が用いられる。特には、係る安定剤は、ＨＡＬＳ（ヒンダードアミン光安定剤）（ＨＡＬＳ）又はＮＯＲ＿ＨＡＬＳ（モノメリックＮ−アルコキシヒンダードアミン光安定剤）のいずれかの、立体障害アミン安定剤である。

これに代えて、又は非遮蔽性光安定剤との組み合わせ中で、ＵＶ遮蔽効果を有する光安定剤（ニッケル消光剤など）を用いてもよい。

好ましくは、前記光安定化添加剤は、前記単一の積層された層中に、０．６０重量％〜１．２５重量％の濃度で存在する。

有利には、前記単一の積層された層のポリマーマトリクスは、ＵＶ遮蔽機能を有する添加剤を該ポリマーマトリクス中に含む。好ましくは、かかるＵＶ遮蔽機能を有する添加剤（ＵＶ吸収剤）は、０．１５重量％〜０．３５重量％の濃度で存在する。特には、かかるＵＶ遮蔽機能を有する添加剤は、トリアジン（２，４−ビス（２，４−ジメチルフェニル）−６−（２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチロキシフェニル）−１，３，５−トリアジン）、ベンゾフェノン（２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン）、トリアゾール（３，５−ジ−（ｔ−ブチル）−４−ヒドロキシ安息香酸エキサデシルエステル）及びベンゾトリアゾール（２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール）からなる群より選択される。

光安定剤及び／又はＵＶ遮蔽機能を有する添加剤が存在すると、前記積層された層中におけるＴｉＯ２の反応性を調整することができる。かかる目的のためには、特に、３１５〜４００ｎｍのＵＶ透過率が少なくとも２５％である、紫外線に対する透明性を有する添加剤が用いられて、正しい触媒効果と同時に、前記積層体を使用する際に十分な耐久性をもつように、分子の結合に対して十分に保護を行うことを可能にする。

有利には、前記単一の積層された層のポリマーマトリクスは、該ポリマーマトリクス中に界面活性剤添加剤を含んでもよい。特には、前記界面活性剤添加剤は、エチルエステルオクタデカン及びソルビタンモノステアレートからなる群より、単独で又は互いに混合された形で選択される。好ましくは、前記界面活性剤添加剤は、前記単一の積層された層中に１重量％〜１．５重量％の濃度で存在する。

本明細書中で後述されるように、前記積層体が表面の２つの積層された層（その一方は温室の内側に面し、他方は温室の外側に面する）を含む場合には、前記界面活性剤添加剤は、好ましくは内側に面する積層された層中のみに存在する。前記界面活性剤添加剤の使用は、前記積層体の（温室の内側に面する）表面上の非常に薄い水分の膜を定常的に維持することを目的とし、該水分の膜は、本明細書中で後に明確に述べるように、温室の内側に伝播する光触媒による反応を可能とし、それが環境浄化効果を与える。

アナターゼ型の二酸化チタンの超親水的特性により、ＴｉＯ２アナターゼのナノ粒子を、前記単一の積層された層上で１５００ｐｐｍを超える濃度で使用すると、前記積層体の表面が事実上乾燥状態になる。前記積層体の表面上に水分がなくなると、前記ＴｉＯ２により活性化される酸化還元反応の発生が妨げられ、それにより、（本明細書中で更に後述するように）かかる反応に関係する防カビ効果、抗ウィルス効果及び抗菌効果も妨げられる。温室の内側に面する表面の積層された層中に界面活性剤が存在させると、二酸化チタンの超親水的特性が緩和され、前述したように、水分の膜が確保される。

有利には、前記単一の積層された層のポリマーマトリクスは、該ポリマーマトリクス中に微粉化された石英岩（シリカ結晶粉末又は二酸化シリカとしても知られる）を含んでも
よい。特には、前記微粉化された石英岩は、１０〜２０μｍ（マイクロメータ）の平均の大きさを有する。好ましくは、前記微粉化された石英岩は、前記単一の積層された層中に０．３重量％〜０．５重量％の濃度で存在する。

ポリマーマトリクス中に存在する前記微粉化された石英岩は、アナターゼ二酸化チタンのナノ粒子と相乗的に作用することが観察されている。石英岩の結晶は、ＵＶの一部を二酸化チタンのナノ分子の表面上に反射する。これにより、顕著ではあるが調整された形で、光触媒作用が増強される。かかる微結晶のこの特定の構成は、前記積層された層の光透過率に影響を与えない。むしろ逆に、かかる結晶によって誘発される、温室環境の全光度の僅かな増加を伴う、ほぼ確実な（可視光スペクトルの範囲内での）光放射のシフトの証拠がある。何れにせよ、前記微粉化された石英岩及び二酸化チタンのナノ粒子の存在は、光の強度を制限しないにも拘わらず、温室内の光そのものをより広く分布させ、植物及び作業員に向けられる照射による危険を低減し、温室環境に対する有益な効果をもたらす。

また、前記微粉化された石英岩の存在は、前記積層された層の（ひいては前記積層体の）中長波長の赤外線放射に対する障壁効果（温室効果）を顕著に増加させ、温室の使用にとって有利な効果を与える。温室屋根として用いられる前記積層体は、夜間に地面及び植物から再放出される熱を非常によく保持し、農学的結果及び前記積層体の触媒活性の向上を可能にする。かかる後者は、実際に、より高い温度において存続する、すなわち、光触媒反応に利する。

前記微粉化された石英岩及びＴｉＯ２のナノ粒子の存在が、温室に入射する放射の加熱効果に対抗する顕著な障壁効果を与える。石英岩及び二酸化チタンは、実際に放射を吸収して、（発熱的及び吸熱的の両方の）光触媒機能を果たす。従って、かかる熱障壁効果の恩恵によって、本発明に係る積層体によって作製された屋根を有する温室の内側の温度は、従来の屋根を有する温室と比較すると、常に非常に低いままであることが判っている。加えて、本発明に係る積層体は、光ひいては熱に対する障壁の創出には適してはいるが、栽培及び積層体自体の寿命に対する負の結果ももたらす他の種類の添加剤又は化学物質の使用を必要とすることなく、その全透過率を経時的に実質的に変化させることなく維持する。

従って、本発明に係る積層体は、温室用屋根として用いた場合に、熱及び水に対する障壁効果を生み出す。

好ましい解決手段の実施形態によれば、前記少なくとも１つのナノ粒子を含む積層された層は、フィルム形態である。

「フィルム」とは、一般的に柔軟であり、主たる広い表面と数十ミクロンから数百ミクロンまでの桁の厚さとを有する積層構造を意味すると解される。

別の解決手段の実施形態によれば、前記ナノ粒子を含む少なくとも１つの積層された層は、シート状であってもよい。

「シート」とは、硬質又は半硬質であり、主たる広い表面と数ミリメータの厚さとを有する積層構造を意味すると解される。

有利には、本発明に係る積層体は、フィルム又はシート状の単一の積層された層から構成されてもよい。この場合、前記積層された層は、前記積層体の互いに反対側にある２つの主面を画定する。使用条件においては、かかる表面は、一方が温室の内側に、他方が外側に面することとなる。

本発明の積層体は、２以上の、好ましくはフィルム形態の積層された層を含んでもよい。この場合、好ましくは、各積層された層は、それぞれ前記積層体の互いに反対側にある２つの主面の１つを画定し、使用条件において、その一方が温室の内側に、他方が外側に面することとなる。

前記積層体は、少なくとも１つの、前記単一の積層された層が結合した、又は前記２以上の積層された層が結合した支持基材を含んでもよい。前記支持基材上に前記単一の積層された層が結合する場合、前記単一の積層された層は、前記積層体の２つの主面の一方のみを画定する。

２つの積層された層が支持基材に結合した場合には、支持基材は好ましくは前記２つの積層された層の間に挿入され、２つの積層された層は前記積層体の互いに反対側にある２つの主面を画定し、その一方が温室の内側に、他方が外側に面することとなる。

前記支持基材はポリマー材料製のフィルム又はポリマー材料製のシートからなっていてもよい。

有利には、前記支持基材のポリマー材料は、前記単一の積層された層又は複数の積層された層に用いられるものと同一であってよい。

好ましい解決手段の実施形態によれば、前記積層体は、２つの、ナノ粒子を含むフィルム形態の積層された層と、該２つの層の間に配置され、中間のフィルム形態の支持基材とを含む。

有利には、前記２つの積層された層と支持基材とは、共押出成形される。

特定の解決手段の実施形態によれば、前記ナノ粒子を含む２つの積層された層は、１５〜２０重量％のランダム共重合体ＰＰ及び８０〜８５重量％のエチル−酢酸ビニル（ＥＶＡ）から形成されるポリマーマトリクスを含み、一方、前記支持基材はＥＶＡのポリマーマトリクスを備える。１４％の酢酸ビニルを有するＥＶＡが用いられる。前記２つの積層されたそれぞれの層上には、６０〜８０重量ｐｐｍのアナターゼ型の二酸化チタンが存在する。ナノ粒子は、５〜１０ｎｍ（ナノメータ）の大きさを有する。前記積層体全体は概略２００μｍの厚さを有し、前記積層された層及び基材は、実質的に同一の厚さ区分となっている。

好ましい解決手段の実施形態によれば、前記２つの、ナノ粒子を含む表面の積層された層は、２０重量％と１５重量％の間の濃度のエチル−酢酸ビニル（ＥＶＡ）（１４％の酢酸ビニルを有する）を含むポリエチレンのポリマーマトリクスを含み、一方、中間の基材は、８０重量％〜８５重量％の濃度のエチル−酢酸ビニル（ＥＶＡ）（１４％の酢酸ビニルを有する）を含むポリエチレンのポリマーマトリクスを備える。前記２つの積層されたそれぞれの層上には、約１，０００重量ｐｐｍのアナターゼナノ粒子の形態の二酸化チタンが存在する。ナノ粒子は、５〜１０ｎｍ（ナノメータ）の大きさを有する。

好ましくは、表面の少なくとも２つの積層された層とそれらの間に挿入された中間の基材とを含む積層体の場合は、表面の２つの積層された層の一方が、前述の界面活性剤添加剤を含むポリマーマトリクスを含み、一方、表面の前記積層された層の他方は、界面活性剤添加剤を含まないポリマーマトリクスを備える。後述する理由から、前記積層体が温室屋根として使用される場合には、前記界面活性剤添加剤を含む表面の積層された層は、温室の内側に面するようにされるべきであり、一方、前記界面活性剤添加剤を含まない他方
の積層された層は、温室の外側に面するようにされるべきである。

中間の基材は、表面の積層された層と同様の組成を有してもよい。特には、中間の基材は、ポリマーマトリクス及び、該ポリマーマトリクス中に分散するアナターゼ及び／又はルチル型二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含んでもよい。ナノ粒子は、１００ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の大きさを有する。二酸化チタンはポリマーマトリクスに対して３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度、好ましくは３００〜１５００ｐｐｍの濃度で存在する。より詳細には、中間の基材のポリマーマトリクスは、該ポリマーマトリクス中に、表面の前記２つの積層された層中に含まれ、既に画定されたものと、種類及び濃度の面で同様の添加剤を含んでもよい。

あるいは、中間の基材は、表面の積層された層とは異なる組成を有していてもよい。特に、中間の基材は、二酸化チタンのナノ粒子を含まなくてもよく、又は、大幅により低濃度で含んでもよい。ナノ粒子について述べたことは、また、微粉化された石英岩、光安定剤及びＵＶフィルタ剤についても適用される。

好ましくは、中間の基材は常に、エチルエステルオクタデカン及びソルビタンモノステアレートからなる群より選択される界面活性剤添加剤を、単独で又は互いに混合した形で該基材中に含む。かかる界面活性剤添加剤は、前記表面の積層された層の同添加剤と類似の重量濃度（すなわち、１％〜１．５％）、又はそれよりもむしろ高い重量濃度で存在する。かかる添加剤は、低い融点（５０℃以下）を有し、そのため、積層体の外側に向けて移動する傾向を有し、そしてこれを放出する傾向にある。中間の基材は、表面の積層された層におけるかかる添加剤の安定した濃度をより長期にわたって確保する、表面の積層された層のための予備タンク又は貯水池として作用してもよい。前記添加剤は、実際に濃度勾配により連続的に、前記積層された層に向けて移動する。

中間の基材の組成は、前記表面の積層された層の厚さとの関係から選択される。当該厚さが小さいと、前記表面の積層された層によって提供される、前述した本発明に係る有益な効果の見地からの貢献が減少する。そのため、中間の基材の貢献も必要になる。結果として、表面の積層された層の厚さが小さい（２０〜３０μｍ）場合、前記基材は、前記添加剤及びナノ粒子の質及び濃度において、表面の積層された層のそれと同等の組成を有する。

好ましくは、本発明に係る積層体は、その種々の構成において、２５〜3００μｍの厚さを有する。前記下限に近い厚さは、好ましくは、単一の積層された層を用いる解決手段に対して採用され、一方、前記上限に近い厚さは、好ましくは、多層による解決手段に対して採用される。

前記範囲外の厚さを用いる解決手段も想定し得る。

好ましくは、二酸化チタンのナノ粒子の大きさは、前記積層体の厚さ及び前記単一の積層された層の厚さとの関係において選択される。特には、前記積層体の厚さが前記範囲の下限に近い場合、大きさが１０μｍ以下のナノ粒子を用いることが、無条件に好ましい。

前記フィルム形態の積層された層及び基材は、好ましくは押出成形によって作製される。特には、押出膨張成形、押出カレンダ成形又はフラットシート押出成形を用いてもよい。多層の積層体、すなわち２以上の積層された層を有する場合、フィルム形態の支持基材を含んでも含まなくても、共押出成形プロセスを用いることが好ましい。

シート状の基材の場合、単一の積層された層又は２以上の積層された層は別途に作製さ
れ、その後基材に接合される。

シート状の積層された層を用いる解決手段としては、中実シート及び／又は小胞構造を有するシートが想定される。

温室屋根の作製に用いられる本発明に係る積層体は、従来の解決手段に比較した場合に、作物の光合成活動における顕著な増加に帰することができる、驚くべき農学的結果を達成することが観察されている。

特に、苗床として用いた温室において行われる試験では、育成された植物の通常の成熟速度に比較して、顕著に早期の発育を示す。植物は、育成された植物の特性の均一性が高い水準であり、生産の完全性の点でより良好であることも判っている。小植物体における高度な頑健性及び葉の厚さの増加もまた観察された。更に、小植物体は、好結果の栽培にとって重要な側面である、完璧な根系を示した。

温室内で、厳しい光及び湿度の条件での試験も実施された。本発明に係る積層体（特に柔軟なフィルム）を用いて作成された屋根を有する温室においては、作物は特別なストレスなく生産を継続した。従来の温室においては、同様の環境条件にあって、本発明に係る温室においては必要ではなかった殺虫剤による処理にも拘わらず、逆に完全な生産の阻害が観察された。

本明細書中で後に詳述するように、本発明に関連する温室栽培方法に関連して、上述の農学的効果は、積層体中の、積層体自体の少なくとも１つの主面を画定し、ポリマーマトリクス、及び該ポリマーマトリクス中に分散し、該ポリマーマトリクスに対して３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度で存在し、１００ｎｍ以下の大きさを有するアナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含む積層された層の存在と結び付けられる。

約１，０００重量ｐｐｍの濃度及び１０ｎｍ以下の粒子の大きさを有するアナターゼのナノ粒子を有する積層体において、最良の農学的効果が見られた。

かかる効果は、主として、太陽放射の存在下に、前記積層された層中の、及び／又はそれに隣接する、アナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンのナノ粒子によって誘発される光触媒活性の結果に帰され得る。活性化剤は太陽放射である（又は人工的な光であってもよい）。

前記光触媒活性は、前記積層された層上に付着した、及び／又はそれに隣接して存在する有機及び／又は無機物質の酸化還元的性格による分解プロセスを誘起する。実際に、植物を発育させる能力、ひいては作物の光合成活動にも負の影響を与える高濃度の細菌、ウィルス、汚染物質及び（殺虫剤、特にイオウ又は塩素系などの）毒性物質が、しばしば温室内部の、屋根の近傍又は屋根に付着しているのが見つかる。

前記有機又は無機汚染物質の分解生成物は、究極的にはＣＯ２及び水並びに／又は前記反応が起きた表面上に付着する炭酸塩や硝酸塩などの可溶性塩となり、もはや温室環境に対して害となることはない。かかる塩は容易に除去される。すなわち、塩は灌水によって容易に除去され、環境に大きな影響を与えることはなく、又は植物により直接利用されさえもする。

更に、ＣＯ２及び水の生成、ひいては温室環境に対するかかる物質の追加は、更なる受動的な光合成の増加を引き起こす。

二酸化チタンのナノ粒子が化学的変換過程に触媒として間接的に関与し、直接的には関与しないとの仮定において、前述の酸化還元現象が二酸化チタンのナノ粒子を分解することはない。

前記過程に関する動力学的観点から見ると、所定の波長の光放射が、半導体として作用する二酸化チタンのナノ粒子と関わる時点で、前記過程が開始する。それにより電子−正孔対が生み出される。これらの後者が、支持体表面上に吸着した化学種（特に酸素及び水）並びに適当な酸化還元電位の酸化及び還元を誘起する。その背景にある化学的過程は、実際は、光（太陽光又は人工的な光）及び空気（酸素）及び／又は水の組み合わせによる効果の恩恵を受けて開始する酸化である。太陽放射（紫外光及び光線）は、積層された層のポリマーマトリクス中に含まれるＴｉＯ２を活性化する。チタンは、温室内の環境中に存在する酸素及び水と相互作用する。酸素及び／又は水の酸化還元過程によって生成する化学種は、前記表面に接触する汚染物質を酸化又は還元して分解する。

前記分解現象は、また、前記表面の自己浄化過程をも与える。それにより、前記積層体の完全な光透過率が経時的に維持される。光触媒作用により一旦単純な物質へと変換された、有機及び／又は無機の付着物質は、雨により容易に洗い流され得る。このことは、他のフィルムが、自ずと次第に汚れていく傾向にあり、時に光合成活動に必要な最低限の閾値を下回るまでフィルムの光線透過率が低下するのと比較したときに、生産を増加させる。

このような分解現象は、前記積層体の寿命に対して好ましい効果を有する。実際、（特に殺虫剤に由来する）イオウ及び／又は塩素化合物の分解に恩恵を施すことにより、前記分解現象は、かかる化合物の前記積層体に対する化学的攻撃性を低下させる。

前記積層体の温室の内側に面する表面上に二酸化チタンが存在することによって、更に、屋根の内表面上に超親水性の状態が生み出される。このことによって、界面活性剤の再使用を行うことなく、従来の屋根フィルムにおいて生成し、危険で作物を傷付ける結露による水滴の抜本的な低減を伴う、有用且つ自然な滴下防止過程が始動される。但し、前述したように、二酸化チタンの超親水的な特性を緩和するためには、界面活性剤との併用が好ましい。

二酸化チタンのナノ粒子を含む積層された層を通過する太陽光線は、物理的に励起され、その結果、栽培される植物の光合成活動を増強する。

同時に、前記積層体に特徴的な温室効果が、維持されるか、あるいは多くの場合向上する。この温室効果の向上は、ＴｉＯ₂の中−長波長赤外線放射（７，０００〜１３，０００ｎｍ）に対する不透明性と関係し、前記赤外線放射は被加熱体から再放出される熱であり、前記積層体そのものに特有な温室効果を一層増大させる。

上記に特定した濃度のＴｉＯ２のナノ粒子、特にはアナターゼ型、は、ＵＶＡ放射と「相互作用」して、かつては、その高い周波数に起因して（マイクロ波を参照）、ポリマー結合の破壊及び植物の「葉焼け」の原因であったかかる放射の効果を部分的に不活性化するという、驚くべき特徴を有する。それによって、危険性を伴うことなく、作物にとっての利益、ひいては経済的生産管理にとっての利益のために、温室内での光放射の全ての範囲を使用することを可能にする、非フィルタリング遮蔽効果が生じる（従来技術の解決手段とは異なる）。（特定された濃度で）ポリマーマトリクス中に分散したＴｉＯ２のナノ粒子は、また、温室内の光の分布を改善し、結果として生産の均一性を向上させる、「拡散」効果も有する。

そのＵＶＡ線の反応性を減じる能力の恩恵により、二酸化チタンの存在は、前記積層体の化学的安定性、ひいては機械的耐性に対する有益な効果をも有する。これにより、温室管理コストの顕著な低減、及び結果としての、早期の屋根材の破損に起因する作物の損傷の可能性が低減され得る。

本発明は、温室栽培方法に関する。

かかる方法は、

ａ）上述の本発明に係る少なくとも１つの温室屋根を作製するための積層体であって、特に、前記積層体が、前記積層体の少なくとも１つの主面を画定し、ポリマーマトリクス、及び該ポリマーマトリクス中に分散する、アナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含む、少なくとも１つの積層された層を含み、前記ナノ粒子は１００ｎｍ以下の大きさを有し、前記二酸化チタンは前記ポリマーマトリクスに対して３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度で存在する前記積層体を用いて、屋根を作製して温室を準備するステップと、

ｂ）前記積層体の向きを、前記ナノ粒子を含む積層された層によって画定される主面が直接温室の内側に面するように配置するステップと、

ｃ）前記二酸化チタンのナノ粒子を含む積層された層を通した太陽放射（可視光又は紫外線）の透過を促進して、上述した、前記積層された層に接して存在する又は該層に吸着される酸素及び／又は水の酸化還元反応であって、二酸化チタンのナノ粒子によって光触媒され、前記積層された層に接触する、又は該層に近接して流れる有機又は無機物質に作用し、かかる物質を分解する前記反応を促進するステップと、を含む。

特には、太陽放射の透過を促進するステップｃ）は、前記積層体を作製するステップの間に、太陽放射、特に光合成過程においてより強く関与することから、ＵＶ及び高い周波数の可視光を遮蔽する物質又は添加剤の使用を排除する形態、あるいは、いずれにしても前記添加剤の使用を低減する形態をとってもよい。特に、前述したように、ＨＡＬＳ又はＮＯＲ−ＨＡＬＳなどの非遮蔽光安定化添加剤を採用することが好ましい。

操作面では、栽培の際に、かかるステップｃ）は、（温室栽培においてしばしば用いられる）消石灰溶液などの、温室の外側上の遮蔽コーテイングの塗布を回避するという運用形態をとることもあってよい。

その最も一般的な形態において、本発明は、前記積層体の２つの主面の少なくとも１つが、二酸化チタンのナノ粒子を含む積層された層により画定されることを想定する。使用条件においては、栽培方法における方向付けのステップｂ）において示されるように、かかる主面が温室の内側に面することは、その主たる肯定的な、より早期に生産されると語られる農学的効果にとって、基本的なことである。

本発明の特に有利な形態において、前記積層体は、二酸化チタンのナノ粒子を含む、少なくとも１つの第２の積層された層を含み、該第２の積層された層は、第１の積層された層の反対側である前記積層体の第２の主面を画定する。従って、かかる第２の表面は、温室の外側に面し、前述の自己浄化過程を活用することを可能にする。

有利には、本発明に係る栽培方法は、方向付けのステップｂ）において、前記積層体が、前記第２の表面が直接温室の外側に面するように配置されることを規定する。太陽放射
の通過は、前述の温室の外側に向けて面する前記積層体の表面上又はその近傍での酸化還元反応を決定して／引き起こして、かかる表面上又はその近傍に存在する有機及び無機物質を分解し、それにより前記積層体の光線透過性を高く維持する。

好ましくは、温室の内側に直接面する、表面の積層された層は、前述の界面活性剤添加剤を含むポリマーマトリクスを含み、一方、温室の外側に直接面する、表面の積層された層は、界面活性剤添加剤を含まないポリマーマトリクスを備える。

また、本発明は、本発明に係る、前述した（例えば、温室の内側との関係における積層された層の方向付けとして理解される）前記積層体の施工の目的及び方法に係る温室屋根を作製するための積層体の使用にも関する。

本発明は、マスターバッチ、特には、前述の積層体の積層された層を作製するためのマスターバッチであって、ポリマー基体及び該ポリマー基体中に分散する、アナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は１００ｎｍ以下の大きさを有する事実によって画定される、前記マスターバッチに関する。

特には、前記ナノ粒子は、２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍの大きさを有する。

好ましくは、前記二酸化チタンＴｉＯ２は、９９．５％以上の純度を有する。好ましくは、前記二酸化チタンは、前記ポリマーマトリクスに対して悪影響を与える可能性のある汚染元素を含まない。

特には、前記ポリマーマトリクスは、ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、共重合体プロピレン、エチレン−酢酸ビニル、エチレン−アクリル酸ブチル、エチレン−アクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアミド、エチレン−四フッ化エチレン及びポリフッ化ビニリデンからなる群より選択される１種又は２種のポリマーを、単独で又は混合された状態で含む。

有利には、本発明に係るマスターバッチは、ペレットの形態である。

最後に、本発明は、上述の本発明に係る少なくとも１つの積層体を含む屋根を有する事実を特徴とする温室に関する。前記積層体は、前記ナノ粒子を含む積層された層により画定される前記主面が直接温室の内側に面するように、方向付けられる。

従って、本発明は、一部は前述の数多くの利点を達成することを可能にする。

本発明は、遮蔽効果を減ずることなく、作物の光合成活動を増強させることを可能にする。特に太陽放射の直接の透過を緩和するとの意味で理解される前記遮蔽効果は、実際に、二酸化チタンのナノ粒子（特にアナターゼ型）のＵＶＡ放射の反応性を低減する能力により、確保され、同時に、一種の「拡散」及び比較的均一な照射を伴う温室内の光の完全な分布が与えられる。

光合成活動の増強は、ナノ粒子を含む単一の積層された層又は複数の積層された層を通過する太陽放射の物理的励起、並びに、中−長波長赤外線放射（７，０００〜１３，０００ｎｍ）に対する二酸化チタンの不透明性に起因する温室効果現象の増強に関係する。

光合成活動の増強は、更に、受動的な光合成の増加を伴う温室環境におけるＣＯ２及び水の富化に間接的に関係する。光触媒的分解現象により誘起される作物周辺の環境における細菌及びウィルスの破壊は、健全な生産、殺虫剤の使用及び／又は生産の破壊を必要と
することになる危険な寄生生物の自然な除去により、植物の発育の活動に間接的に恩恵を与える。

本発明に係る積層体は、また、大規模に界面活性剤を使用することなく、又は界面活性剤を完全に排除してさえも、温室内での結露の生成を低減することが可能である。

加えて、本発明に係る積層体は、機械的及び化学的耐性を有する。

最後に、前記温室屋根を作製するための積層体は、容易且つ経済的に製造される。

従って、このように案出された本発明は、提示した目的を達成する。

その実際の実施形態において、明らかに、本権利保護の範囲を逸脱することなく、上記と異なる形態及び構成が想定される。

更に、全ての部分は技術的に均等な部分により置き換えられてもよく、大きさ、形態及び材料は必要に応じて変えてもよい。

Claims (38)

1. 温室屋根を作製するための積層体であって、
   前記積層体の少なくとも１つの主面を画定し、ポリマーマトリクス、及び前記ポリマーマトリクス中に分散する、アナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含む、少なくとも１つの積層された層を含み、
   前記ナノ粒子は１００ｎｍ以下の大きさを有し、前記二酸化チタンは前記ポリマーマトリクスに対して３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度で存在する前記積層体。
2. 前記ナノ粒子が２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下の大きさを有する、請求項１記載の積層体。
3. 前記二酸化チタンが、３００〜１５００重量ｐｐｍの濃度で存在する、請求項１又は２に記載の積層体。
4. 前記二酸化チタンのナノ粒子が前記ポリマーマトリクス中に均一に分散している、請求項１、２又は３に記載の積層体。
5. 二酸化チタンＴｉＯ２の純度が９９．５％以上である、請求項１〜４の１項以上に記載の積層体。
6. 前記少なくとも１つの積層された層が、押出成形又は共押出成形により得られる、請求項１〜５の１項以上に記載の積層体。
7. 前記ポリマーマトリクスが、ポリオレフィン及びポリオレフィンの熱可塑性共重合体をベースとする、請求項１〜６の１項以上に記載の積層体。
8. 前記ポリマーマトリクスが、ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル、エチレン−アクリル酸ブチル、エチレン−アクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアミド、エチレン−四フッ化エチレン及びポリフッ化ビニリデンからなる群より選択される１種以上のポリマーを、単独で又は混合された状態で含む、請求項１〜７の１項以上に記載の積層体。
9. 前記ポリマーマトリクスが、光安定化添加剤、好ましくは立体障害アミン安定剤をポリマーマトリクス中に含む、請求項１〜８の１項以上に記載の積層体。
10. 前記光安定化添加剤が、０．６０重量％〜１．２５重量％の濃度で存在する、請求項９記載の積層体。
11. 前記ポリマーマトリクスが、ＵＶフィルタ機能を有する添加剤を前記ポリマーマトリクス中に含む、請求項１〜１０の１項以上に記載の積層体。
12. 前記ＵＶフィルタ機能を有する添加剤が、０．１５重量％〜０．３５重量％の濃度で存在する、請求項１１記載の積層体。
13. 前記ポリマーマトリクスが、界面活性剤添加剤を前記ポリマーマトリクス中に含む、請求項１〜１２の１項以上に記載の積層体。
14. 前記界面活性剤添加剤が、エチルエステルオクタデカン及びソルビタンモノステアレー
    トからなる群より、単独で又は互いに混合された形で選択され、前記界面活性剤添加剤は１重量％〜１．５重量％の濃度で存在する、請求項１３記載の積層体。
15. 前記ポリマーマトリクスが、微粉化された石英岩を前記ポリマーマトリクス中に含む、請求項１〜１４の１項以上に記載の積層体。
16. 前記微粉化された石英岩が、０．３重量％〜０．５重量％の濃度で存在する、請求項１５記載の積層体。
17. 前記微粉化された石英岩が、１０〜２０μｍの平均粒子の大きさを有する、請求項１５又は１６に記載の積層体。
18. 前記少なくとも１つの、ナノ粒子を含む積層された層がフィルム形態である、請求項１〜１７の１項以上に記載の積層体。
19. 前記少なくとも１つの、ナノ粒子を含む積層された層が結合する少なくとも１つの支持基材を含み、前記支持基材は、好ましくはポリマー材料から形成されるフィルム又はシートから形成される、請求項１８記載の積層体。
20. 少なくとも２つの、ナノ粒子を含みフィルム形態にある積層された層を含み、前記積層された層のそれぞれは、前記積層体の２つの互いに反対側にある主面の１つを画定する、請求項１８又は１９に記載の積層体。
21. 前記基材が、前記２つのフィルム形態にある積層された層の間に位置する、請求項１９又は２０に記載の積層体。
22. 表面の前記２つの積層された層及び中間の基材が共押出成形される、請求項２１に記載の積層体。
23. 前記表面の前記２つの積層された層の一方が、前記界面活性剤添加剤を含むポリマーマトリクスを備え、表面の前記積層された層の他方が、界面活性剤添加剤を含まないポリマーマトリクスを備える、請求項１３又は１４及び請求項２１又は２２に記載の積層体。
24. 前記中間の基材が、ポリマー基体並びに前記ポリマーマトリクス中に分散するアナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を有し、前記ナノ粒子は、１００ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下の大きさを有し、前記二酸化チタンは前記ポリマーマトリクスに対して３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度で存在する、請求項２１〜２３の１項以上に記載の積層体。
25. 前記ポリマーマトリクスが、表面の前記２つの積層された層中に含まれる添加剤と質及び濃度において同様の添加剤を、前記ポリマーマトリクス中に含む、請求項２４記載の積層体。
26. 前記中間の基材の前記ポリマーマトリクスが、エチルエステルオクタデカン及びソルビタンモノステアレートからなる群より、単独で又は互いに混合された形で選択される界面活性剤添加剤を前記ポリマーマトリクス中に含み、前記界面活性剤添加剤は１重量％〜１．５重量％の濃度で存在する、請求項２１〜２５の１項以上に記載の積層体。
27. 前記少なくとも１つの、ナノ粒子を含む積層された層が、シート状である、請求項１〜１７の１項以上に記載の積層体。
28. 温室栽培方法であって、
    ａ）請求項１〜２７の１項以上に記載の少なくとも１つの温室屋根を作製するための積層体であり、前記積層体の少なくとも１つの主面を画定し、ポリマーマトリクス、及び前記ポリマーマトリクス中に分散する、アナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含む、少なくとも１つの積層された層を含み、前記ナノ粒子は１００ｎｍ以下の大きさを有し、前記二酸化チタンは前記ポリマーマトリクスに対して３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度で存在する前記少なくとも１つの積層体を用いて、屋根を作製して温室を準備するステップと、
    ｂ）前記積層体の向きを、前記ナノ粒子を含む積層された層によって画定される前記主面が直接前記温室の内側に面するように配置するステップと、
    ｃ）前記二酸化チタンのナノ粒子を含む積層された層を通した太陽放射の透過を促進して、前記積層された層に接して存在する又は前記層に吸着される酸素及び／又は水の酸化還元反応であって、前記二酸化チタンのナノ粒子によって光触媒され、前記積層された層に接触する、又は前記層に近接して流れる有機又は無機物質に作用し、かかる物質を分解する酸化還元反応を促進するステップと
    を含む、前記方法。
29. 前記積層体が、二酸化チタンのナノ粒子を含む、少なくとも１つの第２の積層された層を含み、
    前記第２の積層された層が、前記積層体の第１の主面の反対側の第２の主面を画定し、
    前記ステップｂ）において、かかる第２の表面が直接前記温室の外側に面するように、前記積層体が配置され、
    太陽放射の透過が、前記積層体の前記温室の外側を向いた表面上又はその近傍における前記酸化還元反応を引き起し、かかる表面上又はその近傍に存在する有機又は無機物質を分解し、前記積層体の光線透過性を高く維持する、請求項２８記載の方法。
30. 直接前記温室の内側に面する表面の積層された層が、前記界面活性剤添加剤を含むポリマーマトリクスを備え、直接前記温室の外側に面する表面の積層された層が、界面活性剤添加剤を含まないポリマーマトリクスを備える、請求項２９記載の方法。
31. 請求項１〜２７のいずれか１項に記載の積層体の、温室屋根作製のための使用であって、
    太陽放射の恩恵を受けて、温室の内側に面し、ポリマーマトリクス、及び前記ポリマーマトリクス中に分散し、１００ｎｍ以下の大きさを有し、前記ポリマーマトリクスに対して３０〜１５００重量ｐｐｍの濃度で存在するアナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含む積層された層によって画定され、かかる積層体の少なくとも１つの主面上又はその近傍に存在する酸素及び／又は水の酸化還元反応であって、二酸化チタンのナノ粒子によって光触媒され、前記積層された層に接触する、又は前記層に近接して流れる有機又は無機物質に作用し、かかる物質を分解する前記反応を発生させる、使用。
32. 請求項１〜２７の１項以上に記載の少なくとも１つの積層体を含む屋根を有し、前記積層体が、前記ナノ粒子を含む少なくとも１つの積層された層により画定される前記主面が直接前記温室の内側に面するように、方向付けられることを特徴とする温室。
33. 前記積層体が、二酸化チタンのナノ粒子を含む、少なくとも１つの第２の積層された層を含み、
    前記第２の積層された層が、前記積層体の第１の主面の反対側の第２の主面を画定し、
    かかる第２の表面が直接前記温室の外側に面するように、前記積層体が配置され、
    前記第１の積層された層が、前記界面活性剤添加剤を含むポリマーマトリクスを備え、直接前記温室の外側に面する表面の積層された層が、界面活性剤添加剤を含まないポリマーマトリクスを備える、請求項３２記載の温室。
34. 請求項１〜２７の１項以上に記載の積層体の積層された層を作製するためのマスターバッチであって、
    ポリマー基体及び前記ポリマー基体中に分散する、アナターゼ型及び／又はルチル型の二酸化チタンＴｉＯ２のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は１００ｎｍ以下の大きさを有する事実によって特徴付けられる、マスターバッチ。
35. 前記ナノ粒子が２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下の大きさを有する、請求項３４記載のマスターバッチ。
36. 前記二酸化チタンＴｉＯ２が、９９．５％以上の純度を有する、請求項３４又は３５に記載のマスターバッチ。
37. 前記ポリマーマトリクスが、ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、共重合体プロピレン、エチレン−酢酸ビニル、エチレン−アクリル酸ブチル、エチレン−アクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアミド、エチレン−四フッ化エチレン及びポリフッ化ビニリデンからなる群より選択される１種又は２種のポリマーを、単独で又は混合された状態で含む、請求項３４〜３６の１項以上に記載のマスターバッチ。
38. ペレットの形態にある、請求項３４〜３７の１項以上に記載のマスターバッチ。