JP6316235B2 - 農業ハウス用フィルムおよび農業ハウス - Google Patents
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Description
また、冬季の日照時においては、ヒータ等の熱源から熱をハウス内に供給して温度の低下を抑える方法などが知られている。
また、本発明者らは、同様の問題が、病害虫の侵入を防止する観点から換気を行わずに生育させる際にも生じることを明らかとした。
すなわち、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。
25℃、相対湿度80%における平衡含水率が4〜8%であり、厚みが60〜200μmのセルロースフィルムである、農業ハウス用フィルム。
[2] 光線透過率が80%以上である、[1]に記載の農業ハウス用フィルム。
[3] 躯体と、フィルムとを有し、
フィルムが、躯体に展張されることにより外部から仕切られた空間を形成し、
フィルムが、[1]または[2]に記載の農業ハウス用フィルムである、農業ハウス。
[4] 空間内の空気を外部に排出する換気手段を有さない、[3]に記載の農業ハウス。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明の農業ハウス用フィルムは、セルロースアシレート樹脂を含有し、25℃、相対湿度80%における平衡含水率が4〜8%であり、厚みが60〜200μmのセルロースフィルムである。
ここで、25℃、相対湿度80%における平衡含水率とは、測定対象(サンプル)となるフィルムを25℃、相対湿度80%の環境下で24時間以上調湿した後に、測定に適した質量(500mg)をフィルムからサンプリングし、水分量をカールフィッシャー水分計(AQ−2200、平沼産業社製)を用いて測定し、測定した水分量(mg)をサンプル質量(500mg)で除して算出した値をいう。
このような効果を奏する理由は詳細には明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
一般的に、フィルム内を物質が透過する方法は、物理拡散とキャリヤ輸送との2種類が知られているが、本発明においては、上記セルロースフィルムが水を媒体としてCO2を外部から取り込むキャリア輸送により、CO2濃度を維持することができたと考えられる。
すなわち、本発明の農業ハウス用フィルムは、一般的な農業ハウス用のフィルム(例えば、塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート(PET)など)よりも水との親和性が高いため、上述した平衡含水率を達成することができる。なお、より親水性が高いフィルム(例えば、ポリビニルアルコール(PVA)など)でみられる含水による強度低下は、本発明の農業ハウス用フィルムでは見られなかった。
そのため、ハウス内が高温多湿の環境となると、上記セルロースフィルムが水を含み、セルロースフィルム中の水にハウス外のCO2が吸着ないし溶解することにより、ハウス内にCO2を取り込むことできたと考えられる。
すなわち、本発明の農業ハウス用フィルムは、セルロースアシレート樹脂を含有し、25℃、相対湿度80%におけるCO2透過度が1.0×10-6(cm3/(s・cm2・cmHg))以上となる、農業ハウス用フィルムともいえる。
具体的には、サンプルの表面(供給側)に炭酸ガスを圧力800kPaで供給し、裏面(透過側)を3Paまで真空ポンプで減圧する。次に真空ポンプを止めて透過側の圧力変化を記録し、JIS K 6275−1に従って遅れ時間法により算出する。測定温度は40℃、サンプル評価面積は3.14cm2で測定する。
まず、ステンレス製の骨組みを用いて、25cm×33cm×33cmの骨格を組み上げ、全面(6面)に各フィルムを貼り付け、小型のハウス試験体を作製した。
次いで、ハウス試験体を室温25℃、相対湿度80%の環境下で24時間以上調湿し、その後、内部にCO2濃度計(TR−76UI、T&D社製)を設置し、CO2ガスを10000ppmとなるまで吹き込み、粘着テープを用いてハウス試験体の内部を密閉状態とした。
次いで、25℃、相対湿度80%の環境下に設置し、ハウス試験体の表面(フィルム)を流水下に置くことで常時濡れた状態とし、その環境下でのCO2ガス濃度推移を24時間記録した。
内部のCO2ガス濃度の低下について24時間記録した結果から、CO2ガス濃度の低下速度を求め、その低下速度について理論値によるフィッティングとの比較を行い、湿膜条件(25℃相対湿度80%)でのCO2透過係数とした。
フィッティングは下記式によって単位時間当たりのCO2透過量(すなわち、CO2透過度)Tを計算し、経過時間に対する理論的なCO2濃度変化をプロットした。
CO2濃度は、1秒間は最初の圧力差条件で気体が移動すると仮定することによりCO2透過係数の値を実際の測定値とフィッティングした。
T(CO2透過度)=(CO2透過係数 ×フィルム表面積 × 圧力差)/フィルム厚み
本発明の農業ハウス用フィルムが含有するセルロースアシレート樹脂は、特に限定されず、従来公知の、炭素数2〜22の脂肪族アシル基(例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、ペンタノイル基など)を含むセルロースアシレート樹脂;無置換の芳香族アシル基を少なくとも1種を含むセルロースアシレート樹脂;等を用いることができる。
なお、セルロースアシレート樹脂は、上述した透湿度を保持する観点から、セルロースフィルムの総質量に対して60〜90質量%含有しているのが好ましく、65〜80質量%含有しているのがより好ましい。
これらのうち、原料セルロースとしては、綿花リンターおよび/または木材パルプであることが好ましい。
また、綿花リンターおよび/または木材パルプは、α−セルロースを80%以上含有することが好ましい。
更に、綿花リンターおよび/または木材パルプは、マンノース/キシロース=0.35/1〜3.0/1(モル比)であることが好ましく、その総含有量が0.01〜5モル%であることが好ましい。
なお、綿花リンターと木材パルプとを併用する場合の混合比は5/95〜95/5であることが好ましい。
セルロースアシレートとしては、具体的には、例えば、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートステアレート、セルロースアセテートベンゾエート等が挙げられる。
これらのうち、セルロースアセテートであるのが好ましく、具体的には、トリアセチルセルロース(TAC)であるのがより好ましい。
なお、セルロースアシレートの原料綿や合成方法については、発明協会公開技報(公技番号2001−1745、2001年3月15日発行、発明協会)の7頁ないし12頁にも詳細に記載されている。
また、セルロースアシレートの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が1.0〜5.0であるのが好ましく、1.0〜4.0であるのがより好ましく、1.5〜3.0であるのが更に好ましい。
ここで、粘度平均重合度は、粘度法(ASTM D2857)による平均分子量をいい、重量平均分子量および数平均分子量は、それぞれ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定される分子量をいう。
また、セルロースアシレートのイエローネスインデックスが0.1〜10であることが好ましい。
また、セルロースアシレートの結晶化発熱量が2〜20J/gであることが好ましい。
2.0≦SA+SB≦3.0 ・・・式(1)
0≦SA≦3.0 ・・・式(2)
ここで、式中、「SA」は、セルロースの水酸基の水素原子を置換しているアセチル基の置換度を表し、「SB」は、セルロースの水酸基の水素原子を置換している、アセチル基以外のアシル基の置換度を表す。
また、上記式(2)は、得られる本発明の農業ハウス用フィルムの加工性がより良好となる理由から下記式(3)で表されるのが好ましく、平衡含水率が高くなり、CO2濃度をハウス外の濃度と同等程度に維持できる理由から下記式(4)で表されるのがより好ましい。
2.0≦SA≦3.0 ・・・式(3)
2.2≦SA≦2.6 ・・・式(4)
本発明の農業ハウス用フィルムは、使用環境に応じて、可塑剤、マット剤、劣化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を含有していてもよい。
可塑剤としては、具体的には、例えば、下記式(A)で表されるポリエーテルエステルを含むエステル系可塑剤、下記式(B)で表されるポリエーテルを含むエーテル系可塑剤が好適に挙げられる。
また、上記式(B)中、R4は炭素数2〜6の2価の脂肪族炭化水素基を表し、R5およびR6はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数2〜20のアシル基、(メタ)アクリロイル基、または、(メタ)アクリロイル基が重合した下記式(b)で表される基を表す。mは1〜20の整数を表す。なお、繰り返し単位に含まれる複数のR4はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
ここで、本明細書においては、「(メタ)アクリロイル基」とは、アクリロイル基(CH2=CHCO−)またはメタクリロイル基(CH2=C(CH3)CO−)を意味するものとする。
また、劣化防止剤としては、具体的には、例えば、ヒンダードアミン系光安定剤、酸化防止剤、過酸化物分解剤、ラジカル禁止剤、金属不活性化剤、酸捕獲剤、アミン等が挙げられる。
また、紫外線吸収剤としては、紫外線吸収性を発現できるもので、公知のものがいずれも使用でき、例えば、ベンゾトリアゾール系やヒドロキシフェニルトリアジン系の紫外線吸収剤が好適に挙げられる。
このような添加剤を添加する場合、後述するセルロースアシレート溶液(ドープ)中に含有させるのが好ましい。
また、本発明の農業ハウス用フィルムの厚みは、60μm〜200μmであり、加工性が良好となる理由から、80μm〜150μmであるのが好ましく、80μm〜120μmであるのがより好ましい。
なお、農業ハウス用フィルムは、単層構造であっても積層構造であってもよいが、単層構造であるのが好ましい。
ここで、光線透過率は、分光光度計(ジャスコエンジニアリング製:V−560)を用いて測定を行い、光合成に有効な波長域(400〜700nm)について平均した透過率をいう。
本発明の農業ハウス用フィルムを製造する製造方法は特に限定されず、例えば、セルロースアシレートを有機溶剤に溶解させたドープ(セルロースアシレート溶液)を、流延ダイから、ケーシング内で回転するエンドレスベルトまたはドラムからなる支持体(以下、これらをまとめて「支持体」と略す。)上に流延し、支持体から剥ぎ取り、更に乾燥させてフィルムを形成する溶液製膜方法等が挙げられる。
セルロースアシレートを溶解する有機溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系溶媒;メチレンクロライド、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、ジエチレングリコールなどのアルコール系溶媒;アセトンなどのケトン系溶媒;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピルなどのエステル系溶媒;テトラヒドロフラン、メチルセロソルブなどのエーテル系溶媒;等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、セルロースアシレートの溶解性、支持体からの剥ぎ取り性、フィルムの機械強度等の観点から、メチレンクロライドの他に、炭素原子数1〜5のアルコールを併用することが好ましい。アルコールの含有量は、溶剤全体に対し2〜25質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。アルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール等が挙げられ、メタノール、エタノール、n−ブタノール、あるいはこれらの混合物が好ましく用いられる。
セルロースアシレート溶液の調製方法は、まず、セルロースアシレートと有機溶媒とを混合し、−10〜55℃でセルロースアシレートを溶解し、その溶解部、未溶解部および有機溶媒の混合物を0〜97℃に加温して溶媒中にセルロースアシレートを完全に溶解させる調製方法であることが好ましい。
ここで、調製されるセルロースアシレート溶液は、必要に応じて濃縮してもよいが、セルロースアシレートが5〜40質量%の濃度であることが好ましい。また、セルロースアシレート溶液は、40℃での粘度が10〜3000Pa・sであることが好ましい。
ここで、ろ過フィルターの平均孔径が100μm以下であることが好ましく、また、ろ過流量が50リットル/hr以上であることが好ましい。
セルロースアシレート溶液を流延する工程は、その溶液温度が−10〜57℃であることが好ましく、その工程の温度が−10〜57℃で保温されていることが好ましい。
また、セルロースアシレート溶液を流延する支持体が、−20〜40℃の表面温度を有していることが好ましい。
流延後の剥ぎ取りは、剥ぎ取り時の乾燥風の温度が20〜250℃であることが好ましい。また、乾燥時の未乾燥の農業ハウス用フィルムが、テンターで保持されることが好ましい。
また、農業ハウス用フィルムは、フィルムの巻き取り姿が、長手方向に少なくとも100m以上であり、かつ幅方向が60cm以上であることが好ましい。
本発明の農業ハウスは、躯体と、フィルムとを有し、フィルムが躯体に展張されることにより外部から仕切られた空間が形成される農業ハウスである。
図1に示すように、農業ハウス10は、躯体2に展張されたフィルム1を有する。
また、図1に示すように、農業ハウス10は、躯体2に展張されたフィルム1により全面が覆われており、特許文献1(特開2010−17093号公報)の図4等に図示される排気扇を有していない。
以下に、本発明の農業ハウスを構成する躯体およびフィルムについて詳述する。
本発明の農業ハウスが有する躯体は特に限定されず、従来公知のビニールハウスなどで用いられる骨材(例えば、鋼材、鋼管など)を用いることができる。
本発明の農業ハウスが有するフィルム、上記躯体に展張されるフィルムであり、上述した本発明の農業ハウス用フィルムである。
そのため、本発明の農業ハウスは、積極的な換気手段(例えば、ハウスの天井や側面に設けられる換気ファンなど)を設ける必要がなく、冷暖房の効率が良くなり、また、病虫害の流入を抑制することができるという効果を有する。
なお、本発明においては、換気手段には、農業ハウス内で作業に従事する作業員のための出入口が含まれないが、この出入口についても、例えば、二重扉などにして、外部の空気がハウス内の空間に直接入り込まないようにするのが好ましい。
以下に示す方法により、実施例2および3ならびに比較例1で使用するエステル系可塑剤A〜Cとして、ポリエーテルエステルを合成した。なお、合成した各ポリエーテルエステルについて、上記式(A)中の重合数(n)、重合数(p)および末端(R3)を下記表1に示す。
コハク酸とトリエチレングリコールとを熱溶融縮合法によりポリエステル化させ、ポリエーテルエステルを合成した。
アジピン酸に対して、モノエチレングリコールおよびテトラエチレングリコールの仕込み比(モノ/テトラ)が70/30となるように添加し、熱溶融縮合法によりポリエステル化させ、ポリエーテルエステルを合成した。
アジピン酸とモノエチレングリコールとを熱溶融縮合法によりポリエステル化させ、ポリエーテルエステルを合成した。
<ドープの調製>
下記の組成物をミキシングタンクに投入し攪拌して、各成分を溶解し、セルロースアセテート溶液を調製した。
--------------------------------------------------------------------------------
・セルロースアシレート(アセチル基置換度:2.86,粘度平均重合度:320)
100質量部
・シリカ粒子分散液(平均粒径16nm)
“AEROSIL R972”、日本アエロジル(株)製 1.3質量部
・メチレンクロライド 635質量部
・メタノール 125質量部
--------------------------------------------------------------------------------
30℃に温度調整されたドープを用いて、乾燥後膜厚が120μmとなるようにエンドレスステンレスベルト(支持体)上に均一に流延した。
流延後、ただちにベルト上のドープ膜(ウエブ)に100℃の温風をあてて乾燥させた後、流延から120秒後に、剥離張力150N/mで剥離し、多数のロールで搬送張力100N/mで搬送させながら乾燥させた。剥離部のエンドレスステンレスベルトの温度は10℃とした。剥離時の残留溶媒量は100質量%であった。
80℃に設定された第1乾燥ゾーンを5分間搬送させた後、さらに120℃に設定された第2乾燥ゾーンで10分間搬送させて、乾燥を行った。乾燥後、ロール状に巻き取ることで、フィルム幅1.5m、巻長2000m、膜厚120μmのフィルム(下記表2中においては「セルロース系(無可塑)」と表記する。)を作製した。なお、巻き取り時の残留溶媒量は0.3%であった。
実施例1で調製したドープに対して更に可塑剤Aを60質量部配合したドープを用いた以外は、実施例1と同様の方法により、フィルム幅1.5m、巻長2000m、膜厚120μmのフィルム(下記表2中においては「セルロース系(可塑剤A)」と表記する。)を作製した。
実施例1で調製したドープに対して更に可塑剤Bを60質量部配合したドープを用いた以外は、実施例1と同様の方法により、フィルム幅1.5m、巻長2000m、膜厚120μmのフィルム(下記表2中においては「セルロース系(可塑剤B)」と表記する。)を作製した。
実施例1で調製したドープ中、「セルロースアシレート(アセチル基置換度:2.86,粘度平均重合度:320)」を「セルロースアシレート(アセチル基置換度:2.40,粘度平均重合度:320)」に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、フィルム幅1.5m、巻長2000m、膜厚120μmのフィルム(下記表2中においては「セルロース系(無可塑)」と表記する。)を作製した。
実施例1で調製したドープ中、「セルロースアシレート(アセチル基置換度:2.86,粘度平均重合度:320)」を「セルロースアシレート(アセチル基置換度:2.95,粘度平均重合度:320)」に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、フィルム幅1.5m、巻長2000m、膜厚120μmのフィルム(下記表2中においては「セルロース系(無可塑)」と表記する。)を作製した。
実施例1で調製したドープに対して更に可塑剤Cを15質量部配合したドープを用いた以外は、実施例1と同様の方法により、フィルム幅1.5m、巻長2000m、膜厚120μmのフィルム(下記表2中においては「セルロース系(可塑剤C)」と表記する。)を作製した。
AGCグリーンテック社製の製品名「エフクリーン(登録商標)自然光流滴」をフッ素系フィルムとして用いた。
三菱樹脂アグリドリーム社製の製品名「ノービエースみらい」を塩化ビニル系フィルムとして用いた。
各フィルムについて、JIS Z 0208:1976の「防湿包装材料の透湿度試験方法(カップ法)」に記載された手法に従い、温度40℃、相対湿度90%の条件下で24時間に通過した水蒸気の量(g/m2/24h)を測定した。
各フィルムから500mgのサンプルを採取し、相対湿度80%の環境下で24時間調湿した後に、水分量をカールフィッシャー水分計(AQ−2200、平沼産業社製)を用いて測定した。
各フィルムについて、分光光度計(ジャスコエンジニアリング製:V−560)を用いて、光合成に有効な波長域(400〜700nm)の透過率を測定し、その平均値を算出した。
(1)乾膜条件
各フィルムについて、25℃、相対湿度55%の環境下で24時間以上調湿した後に、サンプル評価面積3.14cm2、測定温度は40℃にて測定した。サンプルの表面(供給側)に炭酸ガスを圧力800kPaで供給し、裏面(透過側)を3Paまで真空ポンプで減圧した。次に真空ポンプを止めて透過側の圧力変化を記録し、JIS K 6275−1に従って、遅れ時間法により透過係数を算出した。
(2)湿膜条件
各フィルムについて、上述した測定方法により、湿膜条件(室温25℃、相対湿度80%の環境)でのCO2透過係数を測定した。
CO2透過度は、湿膜条件で測定したCO2透過係数(単位:1×10-10cm3・cm/(s・cm2・cmHg))を用いて下記式から算出した。
T(CO2透過度)=(CO2透過係数 ×フィルム表面積 × 圧力差)/フィルム厚み
また、セルロースアシレート樹脂を含有しないフッ素系フィルムまたは塩化ビニル系フィルムを用いた場合には、平衡含水率が極めて低く、湿膜時のCO2透過係数およびCO2透過度が低くなることが分かった(比較例2〜3)。
これに対し、セルロースアシレート樹脂を含有し、25℃、相対湿度80%における平衡含水率が4〜8%のフィルムを用いた場合には、いずれも湿膜時のCO2透過係数およびCO2透過度が高くなることが分かった(実施例1〜5)。
また、実施例1〜5および比較例1の対比から、セルロースアシレートのアセチル基の置換度や可塑剤の種類により、平衡含水率やCO2透過係数を調整できることが分かり、特に、実施例1、4および5の対比から、アセチル基の置換度が2.2〜2.6の範囲内にある実施例4は、平衡含水率が高くなり、湿膜時のCO2透過係数およびCO2透過度がより高くなることが分かった。
南足柄市宮台にて、6m×9m×(高さ)4mの骨組みを建て、実施例1〜5および比較例1〜3で作製ないし使用した下記表3に示すフィルムを躯体に展張することにより、農業ハウスを作製した。
また、温湿度計およびCO2濃度計を作製した農業ハウス内の中央の地上から1.5mの位置に設置した。
作製した農業ハウスについて、2014年10月の晴天時の昼間(13時)にハウス内とハウス外のCO2濃度を測定し、また、ハウス内の温度および湿度も測定した。これらの結果を下記表3に示す。なお、ハウス外の温度は17度であり、相対湿度は89%であった。
また、セルロースアシレート樹脂を含有しないフッ素系フィルムまたは塩化ビニル系フィルムを用いた場合には、平衡含水率が極めて低く、CO2濃度比率が低くなることが分かった(比較例2〜3)。
これに対し、セルロースアシレート樹脂を含有し、25℃、相対湿度80%における平衡含水率が4〜8%のフィルムを用いた場合には、いずれもCO2濃度比率が80%以上となり、光合成に必要なCO2濃度を維持できていることが分かった。
特に、実施例1、4および5の対比から、アセチル基の置換度が2.2〜2.6の範囲内にある実施例4は、平衡含水率が高くなり、CO2濃度比率が100%となり、ハウス外と同じCO2濃度を維持できていることが分かった。
実施例1および比較例2〜3で作製ないし使用したフィルムを用いた農業ハウス内で、2014年9月〜11月に大玉トマト(ミソラ)、中玉トマト(フルティカ)、ミニトマト(ファブリーサクラ)の3種を生育した。生育が安定した1ヶ月間に収穫されたトマトの収穫量を比較した。
生育の結果(収穫量)を下記表4に示す。
2 躯体
10 農業ハウス
Claims (4)
- セルロースアシレート樹脂を含有し、
25℃、相対湿度80%における平衡含水率が4〜8%であり、厚みが60〜200μmのセルロースフィルムであり、
前記セルロースアシレート樹脂の含有量が、前記セルロースフィルムの総質量に対して60質量%以上である、農業ハウス用フィルム。 - 光線透過率が80%以上である、請求項1に記載の農業ハウス用フィルム。
- 躯体と、フィルムとを有し、
前記フィルムが、前記躯体に展張されることにより外部から仕切られた空間を形成し、
前記フィルムが、請求項1または2に記載の農業ハウス用フィルムである、農業ハウス。 - 前記空間内の空気を外部に排出する換気手段を有さない、請求項3に記載の農業ハウス。
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