Полимерный пленочный материал для ограждения теплиц и способ его получения

Полимерный пленочный материал для ограждения теплиц и способ его получения

Реферат

 

Изобретение относится к полимерным пленочным материалам, применяемым в сельском хозяйстве для ограждения теплиц пленочным материалом с близким к нулю спектральным пропусканием средневолнового УФ излучения (290-330 нм), а также с большим сроком службы полимерный пленочный материал содержит полиэтилен высокого давления или сополимер этилена с винилацетатом в количестве 99,0-99,2 мас.% и бензон ОА в количестве 0,8-1,0 мас.%. Способ получения этого материала состоит в холодном смешении гранулированного полиэтилена высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом в количестве 99,0-99,2 мас. % и бензона ОА в количестве 0,8-1,0 мас.% при 10-35^oС в течение 5-10 мин до образования однородной смеси, после чего смесь разогревают до 170-180^oС для смеси с полиэтиленом высокого давления или до 130-140^oС для смеси с сополимером этилена с винилацетатом и формируют пленку экструзией из расплава под давлением. Содержание бензона ОА в заявляемом полимерном материале увеличено до 0,8-1,0 мас.%. Это обеспечивает уменьшение спектрального пропускания средневолнового УФ излучения с 15% для известных пленок до 0-1%, что позволяет увеличить урожайность овощных культур на 5-15%. Срок службы заявляемого пленочного материала составляет 3,5-5 лет. 2 с.п.ф-лы. 1 табл.

Изобретение относится к полимерным пленочным материалам, применяемым в сельском хозяйстве для ограждения теплиц при выращивании овощных культур в условиях защищенного грунта.

Известны полимерные пленочные материалы на основе полиэтилена, сополимера этилена с винилацетатом, поливинилхлорида и других полимеров, используемые для выращивания растений в условиях защитного грунта [1] Ввиду разрушающего действия света и тепла на пленки к полимерным пленочным материалам для ограждения теплиц предъявляется требование высокой световой и тепловой стабильности. Установлено также, что средневолновое УФ солнечное излучение (290-330 нм, зона Б) снижает урожайность овощных культур на 15-20% из-за того, что растения затрачивают часть энергии роста на защиту от него (образование антоцианов, утолщение покровных тканей на листьях и плодах). Поэтому полимерные пленочные материалы для ограждения теплиц должны обладать малым спектральным пропусканием в области УФ излучения зоны Б. Желательно также, чтобы они имели малое спектральное пропускание в дальней ИК области спектра (8-15 мкм), что способствует удержанию в теплице теплового излучения почвы. Для выполнения этих требований в полимерные пленочные материалы вводят органические и неорганические добавки.

Известен полимерный пленочный материал для ограждения теплиц, получаемый из композиций, включающей полиэтилен высокого давления или сополимер этилена с винилацетатом в количестве 92,9-98,88 мас. и стабилизатор бензон ОА в количестве 0,4-0,5 мас. в сочетании с диацетамом-5 в количестве 0,3-0,4 мас. а также соединения металлов, повышающие теплоудерживающие свойства пленки [2] Благодаря введению стабилизатора бензона ОА в сочетании с диацетамом-5 пленочный материал имеет большой срок службы (30-36 мес). Присутствие в материале бензона ОА снижает его спектральное пропускание УФ излучения зоны Б до 15% а теплоудерживающие добавки уменьшают спектральное пропускание в дальной ИК области до 15-25% Однако вследствие сложного состава этот пленочный материал имеет высокую стоимость и не получил широкого распространения в практике тепличного овощеводства. Кроме того, полученное снижение пропускания УФ излучения зоны Б дает прибавку урожая всего на 5-6% Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому материалу является стабилизированный полиэтиленовый пленочный материал марки СТ (ГОСТ 10354-82), получаемый из композиции по рецептуре N 08 (ГОСТ 16337-77) [3] Композиция состоит из полиэтилена высокого давления и бензона ОА в качестве светостабилизатора. Бензол ОА обладает также свойствами термостабилизатора и, кроме того, поглощает УФ излучение зоны Б, переводят его в менее опасное для растений и полимера длинноволновое излучение. Содержание бензона ОА в этом материале составляет, по данным заводов-изготовителей, 0,5 0,06 мас. Введение бензона ОА позволило увеличить срок службы пленочного материала в 2-3 раза по сравнению с нестабилизированной полиэтиленовой пленкой и довести его до 24 мес, а также снизить спектральное пропускание УФ излучения зоны Б с 80 до 15% Однако снижение до 15% спектрального пропускания УФ излучения зоны Б лишь частично решает задачу исключения вредного действия этого излучения на растения: урожай овощных культур (огурцов, томатов), выращенных под таким пленочным материалом, возрастает на 5-6% по сравнению с полиэтиленовой пленкой без добавок поглотителя этого излучения, в то время как при полном поглощении УФ излучения зоны Б урожай может возрасти на 15-20% Получить содержание бензона ОА, большее 0,6% в полиэтиленовом пленочном материале существующими способами не удается из-за расслаивания бензона ОА и полимера при горячем смешении.

Основным способом получения полимерных пленочных материалов для ограждения теплиц является горячее смешение полимера с вводимыми в него добавками с последующей экструзией расплава через круглую фильеру, раздувание сжатым воздухом выходящего из фильеры цилиндрического рукава для получения плоскостной ориентации, значительно увеличивающей прочность, деформируемость и морозостойкость пленки, охлаждение и сматывание в рулон готового продукта [1,4,5] При получении многокомпонентных пленочных полимерных материалов широко используется способ, состоящий из двух этапов. Первый этап получение полимерной композиции в виде гранул для последующего изготовления пленки, осуществляемое экструзией расплавленной смеси компонентов через перфорированную поверхность и дроблением на гранулы после охлаждения [6] Второй этап изготовление пленки разогревом гранул до образования расплава и экструзия его через фильеру (описан выше).

Способ, предусматривающий предварительное получение композиции в виде гранул, удобен тем, что позволяет изготавливать промежуточную товарную продукцию для последующего получения полимерного пленочного материала необходимого типоразмера на оборудовании потребителя. Однако повторное расплавление полимерной композиции при формовании пленки экструзией снижает стабильность пленочного материала и срок его службы. Способ получения полимерного пленочного материала смешением компонентов и расплавом смеси непосредственно перед экструзией позволяет исключить дополнительные технологические операции: гранулирование, сушку, дробление. Кроме того, исключается снижение стабильности пленочного материала вследствие двукратного расплавления полимера.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу получения полимерного пленочного материала является способ получения материала на основе полиэтилена высокого давления или сополимера этилен с винилацетатом путем горячего смешения этого компонента, стабилизатора - бензона ОА в количестве 0,4-0,5 мас. в сочетании с диацетамом-5 в количестве 0,3-0,4 мас. а также теплоудерживающих добавок в смесителе при 120^oС в течение 7 мин для полиэтилена высокого давления и 100^oС в течение 7 мин для сополимера этилена с винилацетатом с последующим горячим формованием пленки под давлением на прессе.

Недостатком способа-прототипа является невозможность получения полимерного пленочного материала с большим, чем 0,6 мас. содержанием бензона ОА ввиду расслоения его с основным полимером при горячем смешении и невозможности получения однородной смеси. Это ограничивает возможности дальнейшего снижения спектрального пропускания УФ излучения зоны Б пленочного материала и увеличения его стабильности.

Целью изобретения является создание полимерного пленочного материала для ограждения теплиц с близким к нулю спектральным пропусканием средневолнового УФ излучения (зона Б) и большим временем старения и сроком службы.

Это достигается тем, что полимерный пленочный материал для ограждения теплиц, содержит полиэтилен высокого давления или сополимер этилена с винилацетатом и бензон ОА, в следующем соотношении, мас. полиэтилен высокого давления или сополимер этилена с винилацетатом 99,0-99,2; бензон ОА 0,8-1,0.

Способ получения полимерного пленочного материала, включающий смешение полиэтилена высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом и бензона ОА в смесителе и последующее горячее формование пленки под давлением, отличается тем, что осуществляют холодное смешение гранулированного полиэтилена высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом в количестве 99,0-99,2 мас. и бензона ОА в количестве 0,8-1,0 мас. при 10-35^oС в течение 5-10 мин до образования однородной смеси, после чего смесь разогревают до 170-180^oС для смеси с полиэтиленом высокого давления или до 130-140^oС для смеси с сополимером этилена с винилацетатом и формуют пленку экструзией из расплава под давлением.

Технический результат, обеспечиваемый пленочным полимерным материалом выражается в снижении спектрального пропускания материала в зоне Б УФ излучения с 15% до 0-1% (при толщине пленки 0,1 мм), что не превышает спектрального пропускания в этой зоне силикатного (оконного) стекла, широко используемого для ограждения теплиц. Это увеличивает урожайность овощных культур на 5-15% по сравнению с полимерным материалом-прототипом. Срок службы пленочного материала увеличивается с 24 мес для материала-прототипа до 43-60 мес (3,5-5 лет).

Технический результат, обеспечиваемый способом получения полимерного пленочного материала заключается в возможности увеличения содержания бензона ОА в полимерном материале с 0,5 до 0,8-1,0 мас. благодаря чему получаемые пленочные материалы практически полностью непрозрачны для вредного УФ излучения зоны Б и имеют большой срок службы.

В полимерный пленочный материал входят следующие компоненты.

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) температура плавления максимальная 104^oС, индекс расплава 2,0 г/10 мин плотность 0,91 г/см³, молекулярная масса 20-24 тыс. Сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) - содержание винилацетата 20-30 мас. температура плавления 70-85^oС, индекс расплава 20-80 г/10 мин, плотность 0,93-0,95 г/см³. Бензон ОА - светостабилизатор, выпускается по ТУ 6-14-197-76, формула: 2-окси-4-алкил (С₇-С₉)-оксибензофенон. Содержание бензона ОА в полимерном пленочном материале находится в интервале 0,8-1,0 мас. Нижняя граница этого интервала (0,8 мас.) выбрана из условия статистически достоверно определяемой прибавки урожая овощных культур (огурцы, томаты), равной 5% по сравнению с полимерным материалом-прототипом [3] содержащим 0,5 мас. бензона ОА и полученным при горячем смешении компонентов. Верхняя граница (1,0 мас.) обусловлена невозможностью введения большего количества бензона ОА в материал предлагаемым способом вследствие выделения его на поверхности пленочного материала при экструзии, когда содержание в смеси бензона ОА составляет 1,2 мас. и более.

Примеры полимерного пленочного материала с разным содержанием бензона ОА и получаемые характеристики материала даны в таблице в сопоставлении с прототипом [3] и аналогом [2] Определение спектральных характеристик проводилось для пленок толщиной 0,1 мм. Спектральное пропускание пленочного материала в зоне Б УФ излучения и в области ФАР (380-710 нм) измерялось на спектрофотометре СФ-26 с приставкой ПДО-5, в дальней ИК области спектра на спектрометре ИКС-14А.

За срок службы пленки принят срок старения, определяемый временем достижения критического значения (80-100%) относительного удлинения пленки при разрыве. При критическом значении удлинения пленка теряет эластичность и дает трещины при незначительных механических воздействиях. Срок старения определялся с помощью установки, в которой осуществляется искусственное ускоренное старение пленки путем ее облучения световым потоком высокой интенсивности: 100 Вт/м² в области ФАР и 10 Вт/м² в Уф участке спектра, а также контактным нагревом пленки до 75^oС. На установке осуществляют одновременное старение двух партий образцов: испытуемой пленки и контрольной пленки с известным временем достижения критического значения относительного удлинения. Через каждые 100 ч измеряют значение относительного удлинения одного образца испытуемой и одного контрольной пленок. По измеренным значениям времени достижения критического значения относительного удлинения испытуемой и контрольной пленок при искусственном старении и известному сроку старения контрольной пленки в естественных условиях определяют истинный срок старения испытуемой пленки.

Повышение урожая овощных культур (огурцов. томатов), указанное в таблице, определялось по отношению к полимерному пленочному материалу-прототипу, имеющему спектральное пропускание зоны Б УФ излучения 15% Представленные в таблице результаты испытаний полимерного пленочного материала показывает, что спектральное пропускание УФ излучения зоны Б одинаково зависит от содержания бензона ОА как для материала на основе полиэтилена высокого давления, так и для материала на основе сополимера этилена с винилацетатом и равняется О при содержании бензона ОА 1 мас. и 1% при содержании бензона 0,8 мас. (для пленок толщиной 0,1 мм). Срок службы пленочного материала на основе сополимера этилена с винилацетатом составляет 52-60 мес в зависимости от содержания бензона ОА и превышает срок службы пленочного материала на основе полиэтилена высокого давления, составляющего 43-50 мес. Повышение урожая овощных культур по сравнению с пленочным материалом-прототипом лежит в пределах 5-10% для материала на основе полиэтилена высокого давления и 9-15% для материала на основе сополимера этилена с винилацетатом. Максимальное повышение урожая соответствует нулевому спектральному пропусканию УФ излучения зоны Б. Большие значения прибавки урожая для материала на основе сополимера этилена с винилацетатом объясняются его меньшей прозрачностью в дальней ИК области спектра (теплоудерживающий эффект).

Предлагаемый способ получения полимерного пленочного материала состоит в том, что осуществляют холодное смешение гранулированного полиэтилена высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом в количестве 99,0-99,2 мас. и бензона ОА в количестве 0,8-1,2 мас. в любом смесителе (например смесителе тяжелого типа, широко используемом при производстве полимерных пленочных материалов), в течение, 5-10 мин до образования однородной смеси (полного обволакивания бензоном ОА гранул полимера). Смешение производят при обычных производственных температурах: 10-35^oС причем в этом интервале температура практически не оказывает влияние на процесс смешения. Приготовленная смесь может храниться при этих температурах без изменения свойств в течение 3-4 мес. Непосредственно перед экструзией смесь разогревают до 170-180^oС для смеси с полиэтиленом высокого давления или до 130-140^oС для смеси с сополимером этилена винилацетатом до получения расплава. Затем формуют пленку экструзией из расплава под давлением через фильеру известным способом. Температура расплава определяет вязкость расплава и, как следствие, требуемое давление экструзии и скорость экструзии и устанавливается в зависимости от типа используемого экструдера. Приведенные в таблице образцы (примеры) полимерного пленочного материала получены на экструзионной установке УРП-1500, для которой температуры расплавов устанавливают в середине указанных диапазонов.

Формула изобретения

1. Полимерный пленочный материал для ограждения теплиц, содержащий полиэтилен высокого давления или сополимер этилена с винилацетатом и бензон ОА, отличающийся тем, что указанные компоненты находятся в следующем соотношении, мас.

Полиэтилен высокого давления или сополимер этилена с винилацетатом 99,0 99,2 Бензон ОА 0,8 1,0 2. Способ получения полимерного пленочного материала, включающий смешение полиэтилена высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом и бензона ОА в смесителе и последующее горячее формование пленки под давлением, отличающийся тем, что осуществляют холодное смешение гранулированного полиэтилена высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом в количестве 99,0 99,2 мас. и бензона ОА в количестве 0,8 1,0 мас. при температуре 10 35^oC в течение 5 10 мин до образования однородной смеси, после чего смесь разогревают до 170 180^oС для смеси с полиэтиленом высокого давления или до 130 140^oС для смеси с сополимером этилена с винилацетатом и формуют пленку экструзией из расплава под давлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1