用於遮蔽輻射的複合材料的製作方法

2023-05-24 16:08:51 2

專利名稱：用於遮蔽輻射的複合材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於遮蔽日光輻射的聚合物和添加劑，其目的在於影響植物的生長及形態形成。
為了控制植物的生長，需要特殊的光線條件以影響植物的生長和形態形成。影響植物生長的特殊光線條件，諸如在溫室裡或者在覆蓋膜下等光線條件包含具有特殊意義的某些內容。對於植物生長，覆蓋區內的溫度、透進光的強度和光譜分布都是重要的影響因素。
例如，在溫室裡的植物由於培養了耐溫度變化能力，所以即使由於日光過足，而夜間溫度又很低使溫室裡的晝夜溫度變化很大，它們仍然可以長得很好。由此看出植物生長信守某一基準。因而，就溫室中光合作用而言，只有那些能激活光合作用的輻射是需要的，而太陽光裡的其它輻射只對溫室裡的環境主要起不良作用，應當被遮蔽。為此，必須達到下列目標首先，為了避免覆蓋區內的溫度太高，應當遮蔽強烈的日光照射特別是那些起不良作用的輻射。第二，透進的光束應當被散射以防止灼傷植物。第三，覆蓋區的熱量在夜間可以貯存。
然而，對於地膜來說，人們卻希望相反的效果。激活光合作用的輻射應當被遮蔽而允許太陽光中的其它輻射透過。農用地膜的目的是改善農用植物的生長條件而減少化學除草劑的使用。
對於某些農作物，種植者想要影響它們的形態形成。形態形成是環境因素對植物外觀及形狀的影響。其中，光線的質量是因素之一，意即光譜能量分布對植物生長有影響。
Raviv和Allingham在《Plastic Culture》1989年9月的第59期，第3頁至第12頁指出，漫射光宜於植物的健康生長。而且漫射光的優點是不會傷害植物。Hancock在《Plastic Culture》1988年，第79期，第4頁至第14頁指出，在低密度聚乙烯(LDPE)中的特殊添加劑由於在溫室裡能夠產生漫射光和適宜的熱效應，而對溫室裡的環境有利影響。合適的添加劑包括以高嶺土形式存在的矽鋁酸鹽、碳酸鈣、滑石和高嶺粘土等。
以玻璃製作的溫室，由於無機玻璃的內在物理性質，已達到上述的某些條件。另外，有些營建方法如滾花玻璃或遮陽布是已知的。
如果遮掩用材料是塑料，如聚乙烯、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、聚碳酸酯或者聚丙烯酸酯，那麼將很難滿足上述要求。許多塑料對紅外輻射有高透過性，導致熱量很易通過，如果用膜的話，薄的膜也有助於熱量通過。
德國專利DE2，544，245公開一種建築和車輛用拋光的聚甲基丙烯酸甲酯材料，含有一種遮蔽波長在800至1500nm的有不良作用的輻射的幹涉顏料。
上述的顏料呈蘭紅色，透過該拋光材料的光呈黃綠色。這種拋光材料用於溫室的缺點是某些植物不能利用的部分可見光可以透過，而可以利用的可見光的紅色部分被遮蔽掉。另外，透過的綠色光部分還有可以轉變為長波長的光從而使溫室生熱的缺點。
歐洲專利EP-A 0，428，937公開了一種溫室用的灰白色塗料組合物，它由聚合物基材及懸浮於其中的反射光線的顆粒組成。這些顆粒是塗有二氧化鈦的鋁片或雲母片。這些塗料組合物在惡劣的天氣條件下(如夏天)用作臨時塗料，而冬天又可以用水把它們衝洗掉。關於這種顏料的更多細節未給出。
這種塗料組合物的缺點是可以被植物利用的紅外光及大量的可見光部分都被這些金屬顆粒反射掉了，而透過的綠光部分又不能為植物利用，只是使溫室更熱。
歐洲專利EP-A 0，398，243公開了一種農用聚合物覆蓋片和覆蓋膜，它們可以吸收綠光並且含有紫外線穩定劑。這些綠色片和膜吸收了大部分的可以促進光合作用和植物生長的太陽光(PAR)，並且使足夠的太陽輻射通過以使片或膜下的土地變熱。這些覆蓋膜和片抑制了雜草的生長。但是它們的缺點是那些能夠促進有用植物的光合作用的輻射被吸收掉和損失掉。
L.M.Mortensen和E.Stuome在Scientia Horticulturae33(1987)，27-36描述了光的質量對一些溫室農作物的影響。通過對自然光選擇性地遮蔽，在室外的培養室裡採用不同質量的光，對菊花、西紅柿和萵苣，在含有高比例的紅/遠紅的蘭光下，它們的乾重要比在自然光、綠光、黃光和紅光下的輕。對於菊花和西紅柿的植株高度，蘭色光下的明顯低於自然光下的，而綠光和黃光下的明顯高於自然光下的。
本發明的目的在於提供一種複合材料，這種材料用於遮蔽強烈的日光照射，它不僅可以反射紅外部分，而且可以反射植物不能利用的可見光的綠色部分。
本發明進一步的目的在於提供一種複合材料，這種材料用做不吸收激活光合作用的輻射的覆蓋膜或覆蓋片。
本發明的最終目的在於提供一種可用於覆蓋的複合材料，可以控制植物的形態形成。
根據本發明，由聚合物、添加劑、傳統的穩定劑及特定聚合物必需的加工助劑構成一種複合材料而達到上述目的。
本發明的添加劑是一種小片狀或者塗有一種或多種金屬氧化物的小片狀材料。
通常情況下，這些小片狀的材料由層狀的矽酸鹽、人造雲母、玻璃小片、陶瓷片和矽片組成。
該層狀矽酸鹽優選為雲母、葉蠟石、絲雲母、滑石或高嶺土。
塗有一種或多種金屬氧化物的小片狀材料優選是一種幹涉顏料。
幹涉顏料優選為小片狀的顏料，它由小片狀基材如雲母、高嶺土或滑石及附於其上的一種或多種金屬氧化物膜。
上述金屬氧化物僅指那些可以製成幹涉顏料的氧化物，例如金屬錫、鈦、鋯、鉻、鈰、鐵或鎢的氧化物。
為了產生幹涉顏色，膜的厚度必須合適。不同的金屬氧化物有不同的適宜厚度。例如，對於二氧化鈦，要想得到有綠色幹涉光的顏料，最適宜的膜厚度為120-160nm。
本發明的基材優選直徑為1-200μm，特別是5-60μm，優選厚度為0.1-10μm，特別是0.5-1.5μm。
複合材料中添加劑的含量佔聚合物重量的0.1-30%，優選0.5-5%。添加劑的含量取決於複合材料的薄膜厚度的不同而變化。此處所述添加劑也包括添加劑的混合物。
為製備本發明所述的複合材料，可以用商業上可買到的幹涉顏料作添加劑，它們由E.MERCK，Darmstadt製造，商品名稱為IriodinR，由雲母、TiO2和SnO2組成。
本發明聚合物可以是有機的或無機的聚合物。
製備複合材料所用的有機聚合物是如聚烯烴、兩元或三元共聚物的透明材料。例如，低密度聚乙烯(LDPE)，乙烯基酯的共聚物如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物(EVA)，氟化聚合物及兩元或三元共聚物如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚氯乙烯(PVC)，聚碳酸酯(PC)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或透明聚合物的混合物。此處所述的聚合物可包括聚合物的混合物。
可使用無機高聚物玻璃。
複合材料另外可以含有穩定劑以及特定聚合物必需的加工助劑。
本發明的複合材料可以以膜、片、紡絲粘制(spinbonded)和機制的織物和異形織物(probiles)的形式應用，特別可應用於植物栽培和植物生長(農業和園藝)。本發明的複合材料例如可以用做溫室的膜或板，用做隧溝膜(tunnel bilms)和覆蓋膜。另外，它還可以用做地膜或襯底膜。它可以以傳統的塑料加工工藝如吹膜、鑄膜、共擠出、鑄膜擠出或層壓等方法製成膜、多層膜或片材。
例如在鑄膜時，必須考慮使複合材料中顏料小片互相平行且平行於材料表面，以使幹涉顏料有最佳功效。在其它加工工藝下，由於熔體的特性，它們會自行平行排列。
聚合物是否完全著色，在多層材料中顏料為單層還是分為多層，對顏料功效的影響並不重要。這種多層體系是通過共擠出、塗布、擠出塗布、層壓或印花工藝製得的。
用於覆蓋溫室的本發明的複合材料優選含有綠色幹涉顏料。這樣，長波紅外區的輻射被吸收，近紅外區的輻射連同入射可見光的綠色部分一起被反射，只有可以被植物利用的可見光的紅色和蘭色部分可以透過和被散射。
另外，這種複合材料可以吸收覆蓋區內土地或物體所反射或發射的紅外輻射，以防止夜間覆蓋區內過涼。因此，複合材料下的入射光可以最充分地被利用。
如果本發明的複合材料用做覆蓋地膜或覆蓋片，為了阻止雜草的生長，人們希望把激活光合作用的輻射遮蔽掉。因此，根據本發明，可以使用一種添加劑，優選一種可以反射激活光合作用輻射的幹涉顏料。這種方法的優點是，生長於地膜之上的有用植物可以利用反射的激活光合作用輻射用於其生長。如果用黑色膜或者塗有吸收顏料的綠色膜，激活光合作用的輻射被吸收而不能被有用植物利用。
根據本發明，可以使用一種紅-蘭幹涉顏料如IRIODINR219 Rutile Lilac Pearl。這種地膜或片可以單獨使用，也可以和置於其下的另外一層或含有已知吸收顏料的膜共同使用。例如，可以製做一種雙層或多層膜，使幹涉顏料在上層而吸收顏料在下層，以達到上述目的。
因此，本發明的地膜或片除具有傳統地膜改善其下微環境(溫度和土壤溼度)的功能以外，還通過反射激活光合作用輻射，有助於有益植物的生長。
如果用本發明的複合材料來改變植物的形態形成，可以使用一種添加劑，優選一種可以改變日光的光譜分布的幹涉顏料。
對某些農作物，種植者想要改變植物的形態形成。形態形成受外界的環境因素對植物的外觀及形狀的影響。
農業上已熟知，光線的光譜組成可以影響作物的生長、開花及收成。
植物含有一些顏料，它們可以減弱入射光，降低某些波長及其強度。對形態形成最重要的植物顏料是隱色素(cryptochrome)和光敏色素。光敏色素主要吸收紅色/遠紅色區段(680nm/730nm)。隱色素主要吸收蘭色和UV-A區段(315至500nm)。
蘭光或紅/遠紅區段選擇性光源既能促進也能抑制激活植物色素，對植物例如生長及開花起非常重要的作用。
通過農業實驗已經發現它們之間的影響關係，在實驗中，使用了不同的燈、濾光器和彩色膜。但是濾光器和彩色膜的使用常常導致能量的損失從而降低了效率。
本發明發明了一種新的方法，使用幹涉顏料來影響光照。通過含有幹涉顏料的複合材料的光可以影響植物的生理反應，這是由於控制植物形態形成的紅光/遠紅光比率，蘭光/紅光比率，以及蘭光/遠紅光的比率發生了變化。用諸如象IriodinR225 Rutile Blue Pearl或IriodinR221Rrtile Fine Blue可以減少紅光/遠紅光比率的幹涉顏料，使植物的節間距增長，分支減少，葉子變長但變小。
用含有象IriodinR205 Rrtile Platinum Gold的黃色幹涉顏料的複合材料可以增大蘭光/紅光比率(蘭光強度相對於紅光較強)，而減少植物的抽苔(Bolting)。
要得到更為緊密的植物生長(抑制莖幹撥節)，需要高的紅光/遠紅光比率和高的蘭光/紅光比率，這可以用包含黃-綠光兩層幹涉顏料的複合材料達到上述目的。這樣就可以避免使用荷爾蒙植物生長調節劑。
根據植物和目的不同，可以在很寬的顏色範圍內挑選合適的幹涉色彩。通過控制幹涉顏料的層厚度可以使每個波長的光有最大程度的反射(最小程度的透過)。人們可根據現有知識進行選擇。幹涉顏料的使用提供了選擇某一特定光譜的光而不用損失太多的輻射能量的可能性。
由於幹涉顏料對光的透過性和不吸收性，入射光幾乎不會由於散射和吸收而損失。測量表明只有約5%的入射光被吸收。所用顏料的低的導熱性對本發明的複合材料的耐熱性及熱儲存容量有積極效果。選擇性地反射由於很大程度不會遮蔽掉可見光中可被植物利用的部分，所以能使溫室幾乎在任意氣候下都保持氣溫一致。
實施例1向高密度聚乙烯顆粒(擠出型，適於制膜，MFI4)中加入0.5%的膠粘劑鄰苯二甲酸二辛酯，在滾桶混和器中混合，直至顆粒表面被均一溼潤。然後加入1%的IriodinR235 Rutile Green Pearl(一種綠色TiO2/雲母幹涉顏料)，繼續混合一段時間，使顏料小片在顆粒上均勻形成牢固的膠黏膜。
上述方法製備的彩色混合物用擠出吹膜的方法製成厚度為200μm的膜。從反射光觀察，這種膜呈強烈的綠色幹涉顏色，而由透過光觀察可見略帶蘭色的紅色光。
實施例2類似於實施例1，製造膜產品。但是，為了著色，在製成品以前，顏料要以高百分含量(如40%顏料)預先分散於彩色母料中。另外，用IriodinR9235 Rutile Green Pears WR代替IriodinR235。加2.5%的母液批料，也就使膜含有1%的顏料。
實施例3在100重量份的PVC懸浮液中加入5份環氧化大豆油、3份有機錫穩定劑、1份潤滑劑和0.5份苯三唑UV吸收劑，在高速混合器中加入0.2份綠色三級TiO2/雲母幹涉顏料。然後在低速攪拌下用水將混和物冷卻至50℃以下。
這種加入顏料的幹混料，在合適的異型模具裡，用雙螺杆擠出機擠出成型為雙層板(double-walled Sheet)。從反射光來看，這種板有很強的綠色幹涉顏色，而透過光是漫射的、均一的、略帶蘭色的紅光。
對反射光和透過光的光譜研究發現，所得產品能夠反射綠色光和大部分的有不良作用輻射。透過光的波長分布範圍宜於植物生長。對可見光和有不良作用光的吸收量低於5%。
實施例4在螺漿式攪拌器中，將10%的IriodinR231 Rutile Fine Green徹底分散於商業上可得到的、透明的、適於PVC凹板印刷的油墨中，用凹板印刷的方法將分散物質印刷於透明的PVC膜上。顏料小片的直徑可以達到25μm，要用70lines/cm的篩子挑選顏料以防止損壞顏料。在刻蝕的顏色凹槽的大約40μm的深處，可以得到30μm厚的、乾燥後10μm厚的膜。
這樣就可以得到一種遮蔽輻射的薄膜。例如膠粘於玻璃表面加於應用。
實施例56份含有重量比例為30%的IriodinR219 Rutile Lilac Pearl的母料和94份的LDPE吹塑成50μm厚的膜。
這種膜的透射光呈綠色，反射光呈淡紫色，可用做覆蓋膜。
實施例66份含有重量比例為30%的IriodinR205 Rutile Platinum Gold的母料和94份的LDPE吹塑成50μm厚的膜。
這種膜透射光呈蘭色，反射光呈黃色。可用作植物大棚以影響植物的形態形成。
權利要求
1.用於選擇性遮蔽輻射的複合材料，包括聚合物、添加劑和傳統的穩定劑及特定聚合物必需的加工助劑。
2.權利要求2中所述的複合材料，其特徵在於上述添加劑是雲母或塗有一種或多種金屬氧化物的小片狀物質。
3.權利要求2中所述的複合材料，其特徵在於上述小片狀物質包括層狀的矽酸鹽，人造雲母，玻璃片，鈰片和矽片。
4.權利要求3中所述的複合材料，其特徵在於上述矽酸鹽是雲母、葉蠟石、絲雲母、滑石或高嶺土。
5.權利要求2中所述的複合材料，其特徵在於上述塗有一種或多種金屬氧化物的小片狀物質是一種幹涉顏料。
6.權利要求1至5任一項所述的複合材料，其特徵在於上述聚合物是有機或無機高聚物。
7.權利要求6中所述的複合材料，其特徵在於上述有機聚合物是低密度聚乙烯、乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物、聚四氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酸、聚甲基丙烯酸酯或者它們的混合物。
8.權利要求6中所述的複合材料，其特徵在於上述無機聚合物是玻璃。
9.權利要求1至8中所述的複合材料，其特徵在於它含有佔聚合物重量的0.1-30%的添加劑，優選0.5-5.0%。
10.含有權利要求1至9中所述的複合材料的溫室。
11.將權利要求1至9中所述的複合材料用於植物生長和植物栽培的用途。
全文摘要
用於遮蔽輻射的複合材料，包括聚合物，添加劑和傳統的穩定劑及特種聚合物必需的加工助劑。添加劑優選幹涉顏料。
文檔編號C08K7/00GK1083829SQ9311736
公開日1994年3月16日 申請日期1993年9月8日 優先權日1992年9月9日
發明者T·L·F·達龐特, P·C·M·弗斯查爾恩, M·基澤, G·埃德爾 申請人:海普拉斯特公司, 墨克專利有限公司