СВЕТОТРАНСФОРМИРУЮЩИЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2000 года по МПК C08K5/17 C08L23/06 

Изобретение относится к полимерным материалам для покрытий теплиц (парников, оранжерей), обеспечивающих оптимальные светотепловые условия для повышения урожайности и сокращения сроков вегетации растений, выращиваемых в условиях закрытого грунта.

Такие материалы должны удовлетворять следующим требованиям:
- обладать высокой прозрачностью в видимой области спектра;
- обладать хорошими теплоудерживающими свойствами, то есть способностью поглощать и отражать инфракрасное излучение почвы;
- обладать способностью поглощать ультрафиолетовое излучение и трансформировать его с максимальной эффективностью в видимую, в основном, в красную область спектра;
- обладать достаточной эксплуатационной устойчивостью, обеспечивая надлежащую сохранность покрытия теплицы в процессе, как минимум, полного агросезона.

Известен светотрансформирующий полимерный материал для парников и теплиц, включающий термопластичный полимер, например полиэтилен, поливинилхлорид, поликарбонат, в который для трансформации неиспользуемого ультрафиолета в полезное растениям оранжево-красное излучение, введены комплексные соединения тринитрата европия с 1.10-фенантролином с концентрацией от 0,05 до 1% [Заявка WO 85/01945, опубл. 9.05.85 г., МКИ C 08 K 5/00].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является полимерный светотрансформирующий материал на основе светопроницаемого термопластичного полимера, преимущественно полиэтилена высокого давления ПЭВД, включающий оптически активную добавку, в качестве которой используются неорганические оксианионные соединения типа оксисульфидов или другие оксианионные соединения [Патент РФ N 2059999, опубл. в 1996 г.]. Недостатком известного светотрансформирующего полимерного материала является значительное снижение его механической прочности в процессе эксплуатации даже в пределах одного летнего агросезона. Так, первоначальная прочность на растяжение пленочного материала толщиной 120 мкм составляет 200 кг/см², через две недели этот параметр снижается до 130 кг/см², а через месяц составляет уже 60-80 кг/см². Снижение прочностного параметра приводит к тому, что известный светотрансформирующий пленочный материал полностью разрушается, теплицу или парник приходится в течение агросезона перекрывать несколько раз (до трех).

Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокой механической прочности и климатоустойчивости светотрансформирующего полимерного пленочного материала в процессе всего периода эксплуатации в условиях солнечного облучения и различных погодных условий одновременно с повышением светотрансформирующих и фотобиологических свойств, способствующих повышению урожайности и сокращению сроков вегетации растений, выращиваемых в условиях закрытого грунта.

Указанная задача решается тем, что светотрансформирующий полимерный пленочный материал на основе светопроницаемого термопластичного полимера, включающий неорганическую оптически активную добавку на основе оксианионных соединений, дополнительно содержит органический светоактивный наполнитель на основе аминных производных бутандиовой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Неорганическая оптически активная добавка - 0,05-0,5
Органический светоактивный наполнитель - 0,1 -1,0
Светопроницаемый термопластичный полимер - Остальное
при соотношении неорганической оптически-активной добавки и органического наполнителя от 1:2 до 2:1.

Указанная задача решается также тем, что предлагаемый материал в качестве неорганического оптически активного оксианионного соединения содержит по крайней мере одно соединение общей формулы Y_2-xEu_xO₂S₁±_0,2, где x = 0,001-0,100.

Указанная задача решается также тем, что предлагаемый материал в качестве светопроницаемого термопластичного полимера содержит полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или его сополимеры.

Указанная задача решается также тем, что предлагаемый материал в качестве аминного производного бутандиовой кислоты содержит, например, сополимер бутандиовой кислоты с 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидин-этанонолом.

Предлагаемый полимерный светотрансформирующий пленочный материал получают следующим образом.

В предварительно расплавленную массу термопластичного полимера при достижении ее высокой текучести через дозирующее устройство вводят неорганическую оптически активную добавку в виде мелкодисперсного порошка и органический наполнитель, затем массу тщательно перемешивают и экструдируют при температуре фильеры 180-220^oC в форме пленки. Оптически активная добавка и органический наполнитель равномерно распределяются в термопластичном полимере, существенно улучшая равномерность их дисперсного распределения в объеме полимерной пленки.

Органический наполнитель на основе аминных производных бутандиовой кислоты получают методом поликонденсации (Энциклопедия полимеров. М. т. 2, с. 855) бутандиовой кислоты с аминоспиртами на кислых катализаторах.

Обнаружено, что органический светоактивный наполнитель на основе аминных производных бутандиовой кислоты, дополнительно вводимый в светотрансформирующий полимерный материал, играет роль синергической добавки, резко стимулирующей как яркостные, так и прочностные характеристики пленочного материала.

Эффект существенного повышения механической прочности полимерного светотрансформирующего материала при непрерывном облучении полимерного материала ультрафиолетовым излучением ксеноновой лампой ДКСТ-200, моделирующим ультрафиолетовую компоненту солнечного излучения, в течение 48 часов демонстрируется в табл. 1.

Было также установлено, что высокая механическая прочность и климатоустойчивость в процессе всей эксплуатации предлагаемого полимерного светотрансформирующего пленочного материала сохраняются при фиксировании в нем массового распределения оптически активной добавки и органического наполнителя по всей длине экструдируемого пленочного материала соответственно от 1:2 до 2:1 (таблица 2). При этом показано, что снижение массовой концентрации органического наполнителя ниже 1,0 массовой относительной доли сопровождается снижением яркости красно- оранжевого свечения пленочного материала. С другой стороны, неравномерное увеличение доли органического наполнителя более 2 приводит к резкому уменьшению (в 2 раза) физико-механических свойств пленочного материала. Пленочное полотно приобретает излишнюю жесткость и прочность, теряя при этом свою эластичность и упругость.

Ниже приведены конкретные примеры предлагаемого полимерного светотрансформирующего пленочного материала.

Пример 1. Полимерный светотрансформирующий пленочный материал содержит 99,85 мас. % гранулированного полиэтилена высокого давления ПЭВД марки 158 03-10, 0,1 мас. % оксисульфида иттрия-европия (ПУЛ) Y_1,95Eu_0,05O₂S₁ и 0,05 мас. % сополимера бутандиовой кислоты с 4-гидрокси 2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидин-этанонолом (ЧАС) при массовом соотношении ПУЛ и ЧАС 2:1.

Полученный полиэтиленовый пленочный материал толщиной от 116 до 128 мкм (среднее значение толщины 120 мкм) контролируют по физико-механическим и яркостным параметрам по специальным методикам. Результаты испытания представлены в табл. 1.

Наряду со статическими измерениями указанных параметров полученная полиэтиленовая пленка контролируется в динамическом режиме на длительное воздействие ультрафиолетового излучения с λ =340 - 365 нм в камере-имитаторе солнечной радиации. Время выдержки образцов в камере до 48 часов, при этом измеряется первоначальная прочность пленки на разрыв и ее прочность через 12, 24 и 48 часов воздействия ультрафиолетового излучения.

Подобная ускоренная методика оценки эксплуатационной устойчивости принята на практике, так как значительно более высокая плотность УФ-радиации (х 200 раз) может быть пересчитана затем по апроксимационным формулам в календарные сроки эксплуатационной устойчивости.

Пример 2. Полимерный светотрансформирующий пленочный материал содержит 99,75 мас. % гранулированного полиэтилена высокого давления ПЭВД марки 158 03-10, 0,1 мас.% оксисульфида иттрия-европия Y_1,9Eu_0,1O₂S₁ и 0,15 мас.% ЧАС при массовом соотношении оксисульфида и ЧАС 1:1,5.

Полученный полиэтиленовый светотрансформирующий пленочный материал толщиной 120 мкм контролируют, как указано в примере 1. Результаты испытания представлены в табл. 1.

Пример 3. Полимерный светотрансформирующий пленочный материал содержит 99,7 мас. % гранулированного полиэтилена высокого давления ПЭВД марки 158 03-10, 0,2 мас.% оксисульфида иттрия-европия Y_1,9Eu_0,1O₂S_1,1 и 0,1 мас.% ЧАС при массовом соотношении оксисульфида и ЧАС 2:1. Параметры полимерного светотрансформирующего пленочного материала представлены в табл. 1.

Пример 4. Полимерный светотрансформирующий пленочный материал содержит 99,8 мас. % гранулированного полиэтилена высокого давления ПЭВД марки 158 03-10, 0,075 мас.% оксисульфида иттрия-европия Y_1,9Eu_0,1O₂S_1,1 и 0,15 мас.% ЧАС при массовом соотношении оксисульфида и ЧАС 1:2. Параметры полимерного светотрансформирующего пленочного материала представлены в табл. 1.

Примеры 5 и 6 (табл. 1). На полученных в примерах 5 и 6 рулонных пленках определялось специальным фотометрическим методом соотношение неорганической оптически-активной добавки оксисульфида иттрия (ПУЛ) и органического наполнителя ЧАС по всей длине изготовленной пленки. Результаты подобного испытания представлены в табл. 2
Пример 7. Полимерный светотрансформирующий пленочный материал содержит 99,8 мас. % гранулированного полиэтилена высокого давления ПЭВД марки 158 03-10 и 0,1 мас.% оксисульфида иттрия-европия Y_1,9Eu_0,1O₂S₁. Параметры полимерного светотрансформирующего пленочного материала представлены в табл. 1.

Пример 8. Полимерный пленочный материал содержит 99,8 мас.% гранулированного полиэтилена высокого давления ПЭВД марки 158 03-10 и 0,2 мас.% ЧАС. Параметры полимерного пленочного материала представлены в табл. 1.

Описывается светотрансформирующий полимерный пленочный материал на основе полиэтилена, включающий оптически активную добавку на основе оксисульфида иттрия-европия общей формулы
Y_2-xEu_xO₂S_1±0,2, х=0,001-0,1. Он отличается тем, что дополнительно содержит органический светоактивный наполнитель на основе аминных производных бутандиовой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксисульфид иттрия-европия 0,05 - 0,5, органический светоактивный наполнитель 0,1 - 1,0, полиэтилен - остальное, при массовом соотношении неорганической оптически активной добавки и органического светоактивного наполнителя в указанном пленочном материале от 1:2 до 2:1. Предлагаемый светотрансформирующий полимерный материал обладает по сравнению с известным повышенной износостойкостью и механической прочностью, радиационной устойчивостью в течение 2 - 3 агросезонов при повышенных на 20 - 30% репродукционных свойствах. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Светотрансформирующий полимерный пленочный материал на основе полиэтилена, включающий оптически активную добавку на основе оксисульфида иттрия-европия общей формулы
Y_2-xEu_xO₂S_1±2,
где x = 0,001 - 0,1,
отличающийся тем, что он дополнительно содержит органический светоактивный наполнитель на основе аминных производных бутандиовой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксисульфид иттрия-европия - 0,05 - 0,5
Органический светоактивный наполнитель - 0,1 - 1,0
Полиэтилен - Остальное
при массовом соотношении неорганической оптически активной добавки и органического светоактивного наполнителя в указанном пленочном материале от 1 : 2 до 2 : 1. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что он в качестве аминного производного бутандиовой кислоты содержит сополимер бутандиовой кислоты с 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидин-этанолом.