TWM562220U - 陽光調節高透光塑膠膜結構 - Google Patents

Abstract

本專利為一種隔絕近紅外線與具有高可見光穿透的塑膠膜結構，可提升植物所需的光合有效輻射率並具有隔熱效果，由具(1)高可見光透光之外層(2)高抗拉力之陽光隔熱中間層(3)親水性之光擴散內層所組成，藉由各膜層結構的設計，使本膜材具有高強度的陽光透過量與隔熱性能、調整濕度、與控制光分佈量等功能，可以達到日間隔熱、夜間保溫的功效，維持良好的作物生長環境，提升作物的產量與品質。

Description

陽光調節高透光塑膠膜結構

本新型專利為一種具陽光調節及高透光隔熱塑膠膜結構，尤指應用於農用塑膠膜以提供植物有效進行光合作用及可以調節室內溫濕度，達到日間隔熱、夜間保溫的功能。

由於農用膜製造技術的進步，加上漸漸對光質與植物生長關係的知識了解，近年來溫室的農用膜不再只是單單提供透光或遮風擋雨的功能，而是必須滿足耐候、保溫、防塵、防滴、防霧等不同功效。其中，因氣候變遷對作物生長所帶來的嚴峻考驗，如何營造日間隔熱、夜間保溫的作物生長環境，並使作物進行有效的光合作用，更為重要。

以下所述是目前擁有比較顯著的保溫、隔熱性能的農用膜系統：乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)農用膜：乙烯醋酸乙烯酯共聚物是近年來用於農業的新的農膜原料，由於該原料價格比聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)高出許多，一般作為功能性添加劑使用，通常與聚乙烯原料一起進行三層共擠壓形成複合膜，具有不錯的透光性、耐候性及保溫性。然而，上述複合膜的保溫性取決於乙烯醋酸乙烯共聚物的添加量，考量價格因素下，市售複合膜中乙烯醋酸乙烯共聚物的比例僅佔10%~40%，無法大幅體 現保溫功效，加上該膜對於太陽熱能中的近紅外光並無法進行阻絕，熱帶、亞熱帶地區較不適用，僅能用於溫帶及寒帶的作物區。

轉光性農用膜：主要是於膜材原料中加入稀土所形成的有機化合物或鹽類助劑，利用有機配位體對紫外線的高吸收特性，將太陽光中對作物生長不利的紫外線部分轉變為植物光合作用能直接利用的紅橙光，改進作物的光照品質。然而，該膜僅能對太陽中的窄波段、單一性的日照進行選擇，缺乏協同效應熱能的隔絕和保溫效果有限，加上有機化合物容易發生氧化和分解，使用壽命不長，對太陽光的吸收與轉換效率不高、影響農膜的透光特性。容易受陽光中的紫外線破壞其分子結構，導致功能下降，無法長效維持隔熱及保溫效果。

近紅外光吸收型農用膜：藉由添加具近紅外光吸收無機材料於膜材原料中，以此透明的納米微粒達到透光、隔熱的效果。一般而言，該隔熱材料可發揮的產品效能為可見光透光率在70%時，近紅外光阻絕率可達90%，具有高效的隔熱效果。然而，以此材料製成的農用膜在獲得高隔熱性能的同時，往往會部分阻擋50%光合有效輻射PAR(Photosynthetically active radiation)，造成植物行光合作用效率不足，導致作物生長不佳。

目前的農用塑膠膜在使用上常有壽命過短問題，主要是既有的材料系統本身的拉伸強度不足，導致使用一段時間後膜材產生材料老化疲勞後直接斷裂。另外，在膜材防流滴的功能上也遭遇到一些使壽命的問題，一般的防流滴塗層或是添加劑，大多只能維持數個月的時間，無法跟上膜材的使用壽命，導致農用塑膠膜的使用效率不佳。

有鑑於上述缺失，本新型專利主要針對上述現有的問題與缺失進行檢討改進，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考慮，並以從事於此行業累積的多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出一種膜材結構可具有高劑量且有效的陽光透過量、隔熱、調整濕度、與控制光分佈量等功能，可達日間隔熱、夜間保溫並使作物進行有效的光合作用，可應用於新型農用塑膠膜的製作。

本新型所要解決的主要技術問題在於，克服現有農用膜無法提供作物有效的光合作用波段與隔熱環境，透過阻擋陽光中的近紅外光產生的熱能，同時高度維持光合有效輻射量，提出一種具陽光調節且高透光的隔熱膜材結構，改善因光質與氣候因素而影響作物生長的環境。

本新型所採用的技術方法，是設計三層不同功能的膜層結構，於膜材外層藉由降低入光層膜結構的折射率值，以獲得較高的可見光穿透率，並於中間層的膜材原料中添加可吸收近紅外光的氧化鎢奈米陶瓷粒子，控制該納米粒子的粒徑與在膜材中的添加比例，而於膜材內層形成親水性的多孔性空氣結構層，得以製作出透光與隔熱兼具的高效能農用塑膠膜。該膜材結構其特徵在於，由具(1)高可見光透光之外層(2)高抗拉力之陽光隔熱中間層(3)親水性之光擴散內層所組成，以三層共擠壓的製作方式而成，各層膜材料可為聚乙烯(PE)、尼龍(nylon)、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烴(PO)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或上述之組合。

在上述的膜材結構中，於高透光外層中加入低折射率高分子單體與紫外線吸收劑，針對對大多植物有害的紫外線-C波段(200nm~280nm) 及紫外線-B波段(280nm~320nm)進行隔絕，並加入光穩定劑以抑制膜材受光照後產生氧化反應，減少膜材損壞，降低陽光入射時反射率。另外可針對選用材料的不同，選擇性的添加防塵劑以維持外部膜材的高度透光性。

上述膜材結構中的高抗拉力陽光隔熱中間層所添加的近紅外光吸收材為具六方晶相的氧化鎢納米陶瓷粒子。該納米粒子因引入第三相陽離子可使其發生極化子共振現象，擁有吸收近紅外光的特性，其中又以六方晶相的氧化鎢具有最穩定的結構和物化性能，能長時間陽光照射下能保持穩定的近紅外光吸收效果。加上，本新型將該氧化鎢粒子的粒徑大小控制在平均粒徑為50nm~80nm之間，遠小於可見光波長，使膜材保持對可見光的透明性。並以0.2wt%~0.5wt%的隔熱材添加量，獲得膜材具有70%~80%以上的近紅外光阻隔率。在此膜層結構中，加入增加塑料彈性的高分子聚合物，使此膜層的厚度達到40微米以上，並且具有極佳的拉伸彈性，較以往的農用塑膠膜材料提升30%的拉伸效果，可使整體膜材壽命增加50%。

上述的膜材結構的內部親水性光擴散層主要為將陽光有效地散射到室內，利用塑料多孔性複合技術，將具有親水性官能基團的低溫高分子混合加入此膜層結構中，在成膜過程中使低溫高分子昇華後留下納米級孔洞，而此孔洞的表面官能基團為親水性結構，使得此表面極為容易吸收水份，進而達成防止露水由膜面流滴到作物的目標。另外，在此膜層尚未吸收水份時，表面結構為多孔性空氣結構層，此時膜層具有最低的熱傳導率，一旦吸收到水份時，此多孔結構的折射率會產生變化，使光的散 射模式增強，同時藉由含水層的水份吸附功能，可以調節室內的濕度，使濕度不會過高，在環境溫度高的地區具有降低植物黴菌病蟲害發生的功能。

針對既有農用塑膠膜不能同時達到有效的隔熱性、透光性以及控制環境溫濕度的問題加以突破，本專利藉由上述的結構設計得以提出改善作物於極端氣候下面臨的嚴苛環境，提高作物產量，達到本新型如上述優點的實用進步性。

30‧‧‧陽光調節高透光塑膠膜結構

31‧‧‧親水性光擴散層

32‧‧‧高抗拉力陽光隔熱中間層

33‧‧‧高可見光透光層

34‧‧‧奈米陶瓷隔熱粒子

第1圖是本新型提供的陽光調節高透光塑膠膜結構剖視圖。

請參閱第1圖所示，其中陽光調節高透光塑膠膜結構(30)包含內層的親水性光擴散層(31)、高抗拉力陽光隔熱中間層(32)、外層為高可見光透光層(33)，其中隔熱層(32)具有奈米隔熱粒子(34)。以下所演示的為三層共擠壓農用塑膠膜最常見組合，其內外基層材料均為聚乙烯(PE)，中間層材料為乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，或是全部以尼龍(nylon)材料作為膜材基礎原料。根據不同隔熱材的添加量，獲取不同程度的光合有效輻射率及近紅外光阻隔率。其中，也特別針對藍光與紅光的穿透量進行量測。因為藍光(400nm~500nm)與紅光(600nm~700nm)是在光合有效輻射光譜帶中最重要的部份。

實施方式一：將納米陶瓷隔熱粉體分散於溶劑中，平均粒徑50nm，以組成物總重為基率計，添加0.2wt%的上述隔熱材與該熱可塑性樹脂材料乙烯醋酸乙烯酯共聚物混合，加熱熔融並進行造粒，得到隔熱複合母粒。將此母粒與聚乙烯母粒、含氟碳基團高分子、相容劑、作為中間高 彈性陽光調節隔熱層。並將紫外線吸收劑、光穩定劑、低折射率高分子單體與聚乙烯母粒，混合後作為外部高可見光透光層。而防塵劑、強度增加劑、親水性高分子單體粒子與聚乙烯母粒混合後作為內部親水性光擴散層。將此三種膜層母粒以不同通道進行加熱共擠出成厚度125微米的塑膠膜。

實施方式二：將納米陶瓷隔熱粉體分散於溶劑中，平均粒徑50nm，以組成物總重為基率計，添加0.3wt%的上述隔熱材與該熱可塑性樹脂材料尼龍共聚物混合，得到隔熱複合母粒。將此母粒與尼龍粒、含氟碳基團高分子、相容劑、作為中間高抗拉力陽光調控隔熱層。並將紫外線吸收劑、光穩定劑、低折射率高分子單體與尼龍單體，混合後作為外部高可見光透光層。而防塵劑、強度增加劑、親水性高分子單體粒子與尼龍粒子混合後作為內部親水性光擴散層。將此三種膜層母粒以不同通道進行加熱成型為厚度60微米的塑膠膜。

實施方式三：將納米陶瓷隔熱粉體分散於溶劑中，平均粒徑50nm，以組成物總重為基率計，添加0.5wt%的上述隔熱材與熱可塑性樹脂材料尼龍共聚物混合，得到隔熱複合母粒。將此母粒與尼龍粒、含氟碳基團高分子、相容劑、作為中間高抗拉力陽光調控隔熱層。並將紫外線吸收劑、光穩定劑、低折射率高分子單體與尼龍單體，混合後作為外部高可見光透光層。而防塵劑、強度增加劑、親水性高分子單體粒子與尼龍粒子混合後作為內部親水性光擴散層。將此三種膜層母粒以不同通道進行加熱成型為厚度60微米的塑膠膜。

綜上所述，添加0.2wt%~0.5wt%的納米陶瓷隔熱粒子，可維持85%以上的光合有效輻射量及50%~70%的近紅外線阻隔效果。以上僅是本新型專利的較佳實施例而已，並非對本專利作任何形式上的限制，凡是依據本新型專利的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本新型專利技術方案的範圍內。

本新型專利在結構設計、使用實用性及成本效益上，完全符合產業發展所需，具有新穎性、創造性、實用性，符合有關新型專利要件的規定，故依法提起申請。

Claims (7)

1. 一種陽光調節高透光塑膠膜結構，具有高光合有效輻射率並有良好的隔熱效果，包含(1)高可見光透光層(2)高抗拉力陽光隔熱中間層(3)親水性光擴散層，由此三層結構依序組合而成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之陽光調節高透光塑膠膜結構，該高可見光透光層之膜厚不超過50微米，膜層折射率不高於1.45。
3. 如申請專利範圍第1項所述之陽光調節高透光塑膠膜結構，該高抗拉力陽光隔熱中間層之膜厚不小於60微米，添加之隔熱粒子其平均粒徑為50nm~80nm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之陽光調節高透光塑膠膜結構，該親水性光擴散層之膜厚不超過50微米，膜層表面孔隙率不低於50%，膜層最小折射率不高於1.40，膜層最大霧度不低於10。
5. 如申請專利範圍第1項所述之陽光調節高透光塑膠膜結構，其製造出的膜材之光合有效輻射率不低於70%，其近紅外光阻絕率為50%至90%之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之陽光調節高透光塑膠膜結構，其製造出的膜材之光合有效輻射率不低於70%，近紅外光阻絕率為50%~90%時，納米陶瓷隔熱粒子的添加量為0.1wt%~0.6wt%。
7. 如申請專利範圍第1項所述之陽光調節高透光塑膠膜結構，各層材料可為聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍(nylon)、聚烯烴(PO)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或上述之組合。