АГРОСАДОВОДЧЕСКАЯ ПОЧВОПОКРОВНАЯ ПЛЕНКА Российский патент 2010 года по МПК C09K9/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к агросадоводческой почвопокровной пленке, имеющей слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, который покрыт наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение, для поглощения инфракрасных лучей из солнечного или другого света, причем такая агросадоводческая почвопокровная пленка отражает видимый свет и поглощает инфракрасное излучение, тем самым отражая свет, который необходим для роста растений, в сторону растений и поглощая тепловыделяющее инфракрасное излучение для нагревания почвы без увеличения температуры воздуха внутри теплицы или т.п.

ПРЕДЫДУЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известные способы ускорения роста растений включают способ покрывания поверхности почвы с применением отражающего полотна, в котором используется металлическая пленка алюминия и т.п., полотна для отражения белого света, использующего пленку из отражающего белый свет материала, полотна, образованного дополнительном покрытием вышеупомянутого отражающего полотна отражающим материалом и т.п. Однако эти полотна отражают всю без разбора солнечную радиацию, которая достигает поверхности земли, и, хотя рост растений ускоряется, тепловыделяющее инфракрасное излучение также отражается и температура воздуха внутри теплицы или подобного сооружения увеличивается. Отражающее полотно, которое использует алюминиевую пленку или пленку другого металла, имеет такой недостаток, как повышенная стоимость из-за того, что формируется путем вакуумного напыления алюминия.

[0003] Синтетические полимерные полотна, изготовленные из полиэтилена, поливинилхлорида и т.п., являются общеизвестными как полотна, используемые для удержания тепла в почве. Однако эти синтетические полимерные полотна, как правило, обладают высокой проницаемостью для инфракрасных лучей и, таким образом, обладают недостаточной эффективностью удержания тепла в почве. Для того чтобы преодолеть эти недостатки, в патентном документе 1 предложено теплоудерживающее полотно для покрытия поверхности земли, в котором полоски пленки, обладающей свойствами отражать инфракрасное излучение, и полоски пленки, обладающей свойствами поглощать инфракрасное излучение, переплетены между собой как вертикальные и горизонтальные нити соответственно. Однако у этого теплоудерживающего полотна также имеется недостаток высокой стоимости, поскольку пленка, обладающая свойствами отражать инфракрасное излучение, формируется путем вакуумного напыления алюминия.

[0004] Патентный документ 2 раскрывает пленку для выращивания сельскохозяйственного урожая, в которой углеродная сажа или другой пигмент черного, или синего, или другого цвета диспергирован в связующем и отпечатан на поверхности отбеленной пленки, в которой прозрачность для всего света составляет 3,0% или выше, а коэффициент диффузного отражения составляет 40% или выше. Однако, поскольку доля площади окрашенного слоя составляет от 1,0 до 60% и структура неэффективно абсорбирует выделяющие тепло ближние инфракрасные лучи, эффекты нагревания почвы являются недостаточными.

[Патентный документ 1]

Выложенная заявка на патент Японии №9-107815.

[Патентный документ 2]

Выложенная заявка на патент Японии №55-127946.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[Проблемы, которые намечено решить изобретением]

[0005] Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение агросадоводческой почвопокровной пленки, которая отражает видимый свет, доставляет свет, необходимый для роста растений, в сторону растений, поглощает инфракрасное излучение и нагревает почву без повышения температуры воздуха внутри теплицы или т.п.

[Способы решения этих проблем]

[0006] В результате исследования авторы изобретения создали агросадоводческую почвопокровную пленку, имеющую слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий материал, поглощающий инфракрасное излучение.

Более того, известно, что триоксид вольфрама и другие оксиды вольфрама, которые имеют дефицит кислорода, или сложные оксиды вольфрама, в которых к триоксиду вольфрама добавлен Na или другой положительно заряженный элемент, представляют собой материалы, которые являются электропроводными и имеют свободные электроны. Поскольку отклик свободных электронов на излучение в инфракрасной области предложен для анализа монокристаллов и других таких материалов, авторы изобретения открыли формулу для создания поглощающего тепло компонента путем образования наночастиц по меньшей мере одного из оксидов вольфрама и сложных оксидов вольфрама, задавая диаметр частиц на уровне от 1 нм до 800 нм и увеличивая число свободных электронов в наночастицах.

Авторы изобретения также обнаружили, что пленка, изготовленная путем диспергирования наночастиц поглощающего тепло материала в соответствующей среде, поглощает солнечный свет, в частности свет в ближней инфракрасной области, без использования эффекта оптической интерференции и одновременно пропускает свет в области видимого света более эффективно, чем пленки, созданные методом распыления жидкости, или пленки, созданные сухими процессами, такими как распыление, вакуумное напыление, ионное осаждение, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и другие вакуумные способы формирования пленок.

[0007] Конкретнее, первым аспектом настоящего изобретения является агросадоводческая почвопокровная пленка, включающая в себя слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение.

[0008] Вторым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по первому аспекту, в которой слой, отражающий белый свет, представляет собой пленку, в которой диспергирован материал, отражающий белый свет, а слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформирован путем покрывания одной стороны этой пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение.

[0009] Третьим аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по первому аспекту, в которой материал, отражающий белый свет, и наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, диспергированы в пленке с формированием слоя, отражающего белый свет, и слоя, поглощающего инфракрасное излучение.

[0010] Четвертым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по первому аспекту, содержащая слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный покрыванием слоя, отражающего белый свет, наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение; или слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания другой стороны пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение.

[0011] Пятым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по любому из аспектов с первого по четвертый, в которой материал, отражающий белый свет, является по меньшей мере одним материалом, выбранным из TiO₂, ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃, MgO, ZnO, CaCO₃, BaSO₄, ZnS и PbCO₃.

[0012] Шестым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по любому из аспектов с первого по пятый, в которой диаметр наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, составляет от 1 нм до 800 нм.

[0013] Седьмым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по любому из аспектов с первого по шестой, в которой наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, представляют собой по меньшей мере одни из наночастиц оксида вольфрама и наночастиц сложного оксида вольфрама.

[0014] Восьмым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по седьмому аспекту, в которой наночастицы оксида вольфрама обозначаются общей формулой WO_X (2,45 = X = 2,999).

[0015] Девятым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по седьмому или восьмому аспекту, в которой наночастицы сложного оксида вольфрама обозначаются общей формулой M_YWO_Z (0,001 = Y = 1,0, 2,2 = Z = 3,0) и имеют гексагональную кристаллическую структуру.

[0016] Десятым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по девятому аспекту, в которой элементом М является по меньшей мере один элемент, выбранный из Cs, Rb, K, Tl, In, Ba, Li, Ca, Sr, Fe и Sn.

[0017] Одиннадцатым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по любому из аспектов с первого по десятый, в которой поверхности наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, покрыты оксидом, который содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из Si, Ti, Zr и Al.

[0018] Двенадцатым аспектом является агросадоводческая почвопокровная пленка по любому из аспектов с первого по одиннадцатый, причем эта пленка содержит по меньшей мере один материал, выбранный из полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, поливинилфторида, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена, сополимера тетрафторэтилена и этилена, полихлортрифторэтилена, тетрахлортрифторэтилена, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, поливинилового спирта, полистирола, этиленвинилацетата и полиэфирной смолы.

[Эффект изобретения]

[0019] Агросадоводческая почвопокровная пленка по настоящему изобретению является пленкой, имеющей слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение. Более точно, агросадоводческая почвопокровная пленка по настоящему изобретению имеет структуру, в которой слой, отражающий белый свет, представляет собой пленку, в которой диспергирован материал, отражающий белый свет, а слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформирован путем покрывания одной стороны этой пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение. Альтернативно, агросадоводческая почвопокровная пленка является пленкой, в которой материал, отражающий белый свет, и наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, диспергированы в пленке с формированием слоя, отражающего белый свет, и слоя, поглощающего инфракрасное излучение. Альтернативно, агросадоводческая почвопокровная пленка является пленкой, содержащей слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания слоя, отражающего белый свет, наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение; или слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания другой стороны пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение.

[0020] Слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, предпочтительно по меньшей мере одни из наночастиц оксида вольфрама или наночастиц сложного оксида вольфрама, формируется таким простым способом, как описано выше, тем самым может быть обеспечена долговечная, дешевая агросадоводческая почвопокровная пленка, которая отражает лучи видимого света и эффективно поглощает ближние инфракрасные лучи из солнечного света, используя небольшое количество наночастиц.

Применение этой пленки на поверхности земли, на которой культивируются растения и т.п., обладает эффектами увеличения температуры покрытой поверхности земли и нагревания почвы без увеличения температуры воздуха внутри теплицы или т.п. Пленка также обладает эффектами отражения света в видимой области, который необходим для роста растений и ускорения роста растений, и является чрезвычайно полезной.

НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] Предпочтительные для реализации варианты воплощения далее будут описаны на основе чертежа, но настоящее изобретение ни в коей мере не ограничивается этими вариантами воплощения.

Агросадоводческая почвопокровная пленка по настоящему изобретению имеет слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, и эта пленка имеет характеристики высокого коэффициента диффузного отражения света в видимой области и высокого поглощения света в инфракрасной области.

[0022] Обычно считается, что солнечный свет, который достигает поверхности земли, имеет длину волны приблизительно от 290 до 2100 нм, а для роста растений необходим свет в видимом диапазоне длин волн приблизительно от 380 до 780 нм. Соответственно, предпочтительной конфигурацией является та, при которой свет, который необходим для роста растений, отражается в сторону растений, а тепловыделяющее инфракрасное излучение поглощается, нагревая почву без повышения температуры воздуха внутри теплицы, за счет отражения света в видимом диапазоне длин волн приблизительно от 380 до 780 нм и селективного и эффективного поглощения только ближнего инфракрасного излучения, которое имеет длину волны приблизительно от 780 до 2100 нм.

[0023] Агросадоводческую почвопокровную пленку по настоящему изобретению получают специальным образом при использовании конфигурации, в которой слой, отражающий белый свет, представляет собой пленку, в которой диспергирован материал, отражающий белый свет, а слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформирован путем покрывания одной стороны этой пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение. Агросадоводческую почвопокровную пленку также получают при использовании конфигурации, в которой материал, отражающий белый свет, и наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, диспергированы в пленке, формируя слой, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение. Агросадоводческую почвопокровную пленку также получают при использовании конфигурации, которая имеет слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания слоя, отражающего белый свет, наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение; или слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания другой стороны пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение.

[0024] В описываемой выше агросадоводческой почвопокровной пленке тепло солнечного света поглощается наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение, в результате чего инфракрасные лучи поглощаются пленкой, и температура пленки повышается. Это повышение температуры сопровождается увеличением лучистой теплоты, и температура покрытой почвы быстро увеличивается, но температура воздуха внутри теплицы не повышается. Поскольку лучи видимого света также отражаются материалом, отражающим белый свет, уровень фотосинтеза увеличивается за счет выросшего количества света, который достигает растения, и рост растения может быть ускорен.

[0025] Способы нанесения наночастиц поглощающего инфракрасное излучение материала по настоящему изобретению включают способ, при котором сформированный путем покрывания слой, поглощающий инфракрасное излучение, в котором в соответствующей среде диспергированы вышеупомянутые наночастицы, сформирован на поверхности желаемой подложки. Поскольку наночастицы поглощающего инфракрасное излучение материала, получаемые заранее путем обжига при высокой температуре, могут быть подмешаны в пленку-подложку или связаны с поверхностью подложки посредством использования связующего, этот способ имеет преимущества в том, что он применим к полимерному материалу или другому материалу подложки, имеющему низкую температуру термостойкости, и в том, что он является недорогим и не требует крупномасштабного устройства для формирования пленки.

[0026] Наночастицы поглощающего инфракрасное излучение материала по настоящему изобретению являются проводящим материалом, и поэтому представляют риск интерференции с радиоволнами мобильных телефонов и тому подобного путем поглощения и отражения волн, когда частицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, непрерывно сформированы в сплошную пленку. Однако когда материал, поглощающий инфракрасное излучение, принимает форму наночастиц и диспергируется в матрице, каждое зерно диспергировано в обособленном состоянии, и, следовательно, может быть продемонстрирована прозрачность для радиоволн и универсальность.

[0027] Как описано выше, тонкая пленка, в которой наночастицы поглощающего инфракрасное излучение материала диспергированы в среде, может быть сформирована при помощи процесса, в котором наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, диспергируют в соответствующем растворителе и к получающейся в результате смеси добавляют связующее, после чего этой смесью покрывают поверхность пленки-подложки, растворитель выпаривают и полимер отверждают предписанным способом, например, в случае, когда одну сторону пленки, в которой диспергирован материал, отражающий белый свет, покрывают наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение, для формирования слоя, поглощающего инфракрасное излучение, в случае, когда одну сторону пленки-подложки покрывают материалом, отражающим белый свет, для формирования слоя, отражающего белый свет, и слой, отражающий белый свет, покрывают наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение, для формирования слоя, поглощающего инфракрасное излучение, или в случае, когда одну сторону пленки-подложки покрывают материалом, отражающим белый свет, для формирования слоя, отражающего белый свет, и другую сторону покрывают наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение, для формирования слоя, поглощающего инфракрасное излучение.

[0028] Способ нанесения покрытия на поверхность пленки-подложки не является особенно ограниченным, поскольку поверхность пленки-подложки может быть равномерно покрыта полимером, который включает наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, и примеры способов нанесения покрытий могут включать нанесение покрытия с удалением излишков с помощью планки, нанесение покрытия рифленым валиком, нанесение покрытия методом распыления жидкости, нанесение покрытия методом погружения, нанесение покрытия методом полива, нанесение покрытия методом центрифугирования, нанесение покрытия методом проката, нанесение покрытия методом трафаретной печати, нанесение покрытия при помощи ракельного ножа и другие способы. Дисперсия, получаемая путем непосредственного диспергирования материала, поглощающего инфракрасное излучение, в связующем полимере, является предпочтительной с экологической и промышленной точки зрения, поскольку нет необходимости испарять растворитель после нанесения на поверхность пленки-подложки.

[0029] В качестве вышеупомянутого полимерного связующего в соответствии с назначением могут быть выбраны, например, полимер, отверждаемый под действием УФ-излучения, полимер, отверждаемый под действием нагревания, полимер, отверждаемый под действием электронов, полимер, отверждаемый при комнатной температуре, термопластический полимер и т.п. Конкретные примеры этого полимерного связующего включают полиэтилен, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, поливиниловый спирт, полистирол, полипропилен, сополимер этилена и винилацетата, сложный полиэфир, полиэтилентерефталат, фторполимер, поликарбонат, полиакрилат и поливинилбутираль. Также может быть использовано связующее, которое использует алкоголят металла. Алкоголяты Si, Ti, Al, Zr и т.п. являются типичными примерами вышеупомянутого алкоголята металла. Связующее, в котором используются эти алкоголяты металлов, может образовывать оксидную пленку при гидролизе и нагревании.

[0030] Как описано выше, наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, могут быть диспергированы в пленке-подложке, в которой диспергирован материал, отражающий белый свет. Наночастицы могут быть диспергированы в подложке путем пропитки с поверхности подложки, или же наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, могут быть смешаны с полимером подложки после повышения температуры до или выше температуры плавления подложки для расплавления подложки. Может быть изготовлена маточная смесь, в которой высокая концентрация наночастиц содержится заранее в исходном полимерном материале подложки, и маточная смесь может быть разбавлена до достижения установленной концентрации. Полученный таким образом полимер, который содержит наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, может формироваться в пленку установленным способом и наноситься в качестве материала, поглощающего инфракрасное излучение.

[0031] Способ изготовления маточной смеси не является особенно ограниченным, но смесь, в которой вышеупомянутые наночастицы равномерно распределены в термопластическом полимере, может быть получена, например, равномерным смешиванием в расплаве жидкой дисперсии по меньшей мере одних из наночастиц оксида вольфрама и наночастиц сложного оксида вольфрама с крупинками или гранулами термопластического полимера и другими добавками, если это необходимо, используя смеситель с винтовой мешалкой, перекидной смеситель, смеситель Наута, смеситель Хенкеля, суперсмеситель, планетарный смеситель или другие смесители, а также смеситель Бенбери, месильную машину, вальцовую мельницу, kneader-ruder, одновинтовой экструдер, двухвинтовой экструдер или другую месильную машину, при удалении растворителя.

[0032] Смесь, в которой в термопластическом полимере равномерно диспергированы вышеупомянутые наночастицы, может также быть получена с использованием способа, при котором растворитель из жидкой дисперсии по меньшей мере одних из наночастиц оксида вольфрама и наночастиц сложного оксида вольфрама удаляют общеизвестным способом, и получающийся в результате порошок, крупинки или гранулы термопластического полимера и других требуемых добавок равномерно смешивают в расплаве. Также возможно использовать способ, при котором порошок по меньшей мере одних из наночастиц оксида вольфрама и наночастиц сложного оксида вольфрама добавляют непосредственно к термопластическому полимеру и равномерно смешивают в расплаве.

Маточная смесь, которая содержит поглощающий тепло компонент, может быть получена путем замешивания смеси, получаемой по описанному выше способу, в одновинтовом или двухвинтовом экструдере с отводом газов и формирования гранул из этой смеси.

[0033] Способ диспергирования вышеупомянутых наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, не является особенно ограниченным, и, например, может быть использовано ультразвуковое диспергирование, мельница-смеситель сред, шаровая мельница, песочная мельница и т.п.

Среда для диспергирования вышеупомянутых наночастиц не является особенно ограниченной и может быть выбрана в зависимости от добавляемого к среде полимерного связующего. Например, могут быть использованы вода, спирты, простые эфиры, сложные эфиры, кетоны, ароматические соединения и различные другие типы обычных органических растворителей. Кислота или щелочь также могут быть добавлены при необходимости откорректировать значение рН. Более того, различные типы поверхностно-активных веществ, сшивающих агентов и т.п. могут также быть добавлены для того, чтобы даже еще дополнительно увеличить стабильность дисперсии наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение.

[0034] Материал, отражающий белый свет, используемый в агросадоводческой почвопокровной пленке по настоящему изобретению, не является особенно ограниченным, но предпочтительными являются TiO₂, ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃, MgO, ZnO, CaCO₃, BaSO₄, ZnS, PbCO₃ и т.п. Эти отражающие белый свет материалы могут использоваться по отдельности или в комбинации из двух или более их видов.

[0035] Поглощающий инфракрасное излучение материал для поглощения света в инфракрасной области, который используется в агросадоводческой почвопокровной пленке по настоящему изобретению, далее будет описан подробно.

Наночастицы поглощающего инфракрасное излучение материала, используемого в агросадоводческой почвопокровной пленке по настоящему изобретению, не являются особенно ограниченными, при условии, что эти наночастицы способны поглощать требуемое инфракрасное излучение. Наночастицы могут представлять собой содержащий сурьму оксид олова (ATO), содержащий олово оксид индия (ITO), по меньшей мере одни из наночастиц оксида вольфрама и наночастиц сложного оксида вольфрама, поглотитель на основе фталоцианина, поглотитель на основе диимония и т.п., но предпочтительными являются наночастицы, содержащие по меньшей мере одни из наночастиц оксида вольфрама или сложного оксида вольфрама.

[0036] Поглощающие инфракрасное излучение наночастицы, используемые в настоящем изобретении, являются по меньшей мере одними из наночастиц оксида вольфрама, обозначаемого общей формулой WO_X (2,45≤X≤2,999), и наночастиц сложного оксида вольфрама, который имеет гексагональную кристаллическую структуру и обозначается общей формулой M_YWO_Z (0,001≤Y≤1,0, 2,2≤Z≤3,0). Вышеупомянутые наночастицы оксида вольфрама или наночастицы сложного оксида вольфрама эффективно действуют в качестве компонента, поглощающего тепло (инфракрасное излучение), когда их применяют в пленках различных типов.

[0037] Примеры вышеупомянутых наночастиц оксида вольфрама, обозначаемого общей формулой WO_X (2,45≤X≤2,999), могут включать W₁₈O₄₉, W₂₀O₅₈, W₄O₁₁ и т.п. Когда величина Х составляет 2,45 или выше, может быть полностью предотвращено появление нежелательных кристаллических фаз WO₂ в материале, поглощающем инфракрасное излучение, и может быть достигнута химическая стабильность в этом материале. Когда величина Х составляет 2,95 или меньше, то генерируется достаточное количество свободных электронов, и получается материал, эффективно поглощающий инфракрасное излучение. Такое соединение WO_X, в котором Х находится в пределах 2,45≤Х≤2,95, включается в виде так называемого соединения фазы Магнелли.

[0038] Примеры наночастиц сложного оксида вольфрама, который имеет гексагональную кристаллическую структуру и обозначается общей формулой M_YWO_Z (0,001≤Y≤1,0,2,2≤Z≤3,0), включают наночастицы сложного оксида вольфрама, в котором элемент М содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из Cs, Rb, K, Tl, In, Ba, Li, Ca, Sr, Fe и Sn.

Дополнительный элемент М предпочтительно добавляется в соотношении от 0,001 до 1,0, а более предпочтительно - примерно 0,33. Причина этого заключается в том, что величина, теоретически рассчитанная из гексагональной кристаллической структуры, составляет 0,33, и предпочтительные оптические характеристики получаются, когда добавленное количество близко к этой величине. Формулы Cs_0,33WO₃, Rb_0,33WO₃, K_0,33WO₃, Ba_0,33WO₃ и т.п. могут быть упомянуты в качестве типичных примеров, но полезные теплопоглощающие характеристики могут быть получены при том условии, что Y и Z находятся в вышеупомянутом интервале.

[0039] Наночастицы по меньшей мере одного из оксида вольфрама или сложного оксида вольфрама по настоящему изобретению значительно поглощают свет в ближней инфракрасной области, особенно свет в диапазоне от 900 до 2000 нм, и поэтому пропускаемый ими оттенок наиболее часто относится к диапазону с голубого по зеленый.

[0040] Различные размеры частиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, могут быть выбраны в соответствии с целью, для которой используются эти частицы. Размер частиц 800 нм или меньше является предпочтительным, когда стремятся сохранить прозрачность. Причина этого заключается в том, что частицы, которые меньше 800 нм, не полностью блокируют свет из-за рассеяния, и прозрачность может эффективно сохраняться при сохранении видимости в области видимого света. Рассеяние частицами предпочтительно дополнительно принимается во внимание, особенно когда прозрачности в области видимого света придается особое значение.

[0041] Когда особое внимание уделяется уменьшению рассеяния частицами, размер частиц предпочтительно составляет 200 нм или меньше, а более предпочтительно 100 нм или меньше. Причина этого заключается в том, что, когда размер частиц мал, рассеяние света в области видимого света от 400 до 780 нм уменьшается из-за геометрического рассеяния или рассеяния Ми, и в результате пленка, поглощающая инфракрасное излучение, может быть защищена от того, чтобы становиться как матированное стекло и не полностью прозрачной. В особенности, когда размер частиц составляет 200 нм или меньше, вышеупомянутое геометрическое рассеяние или рассеяние Ми уменьшается до области релеевского рассеяния, и поскольку рассеяние света уменьшается обратно пропорционально размеру частиц в шестой степени при релеевском рассеянии, то уменьшение размера частиц сопровождается уменьшением рассеяния и прозрачность возрастает. Размер частиц в 100 нм или меньше является предпочтительным, поскольку при этом рассеивается очень небольшая часть света. Малый размер частиц является предпочтительным с точки зрения предотвращения рассеяния света, а промышленное производство облегчается при размере частиц 1 нм или больше.

[0042] С точки зрения долговечности материала, поглощающего инфракрасное излучение, является предпочтительным, чтобы поверхности наночастиц, которые составляют поглощающий инфракрасное излучение материал, используемый в агросадоводческой почвопокровной пленке по настоящему изобретению, покрывались оксидом, который содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из Si, Ti, Zr и Al. Эти оксиды по своей основе являются прозрачными и при добавлении не снижают прозрачность для видимого света. Способ покрывания не является особенно ограниченным, но поверхность наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, может быть покрыта путем добавления алкоголята вышеупомянутых металлов к раствору, в котором диспергированы наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение.

[0043] Пленка, используемая в агросадоводческой почвопокровной пленке по настоящему изобретению, не является особенно ограниченной, и ее примеры включают полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, поливинилфторид, поливинилиденфторид, политетрафторэтилен, сополимер тетрафторэтилена и этилена, полихлортрифторэтилен, тетрахлортрифторэтилен, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, поливиниловый спирт, полистирол, этиленвинилацетат и полиэфирную смолу. К вышеупомянутым полимерам могут быть добавлены стабилизаторы, вспомогательные стабилизаторы, антиоксиданты, пластификаторы, смазочные материалы, поглотители ультрафиолетового излучения и другие добавки.

[0044] Выполненная таким образом агросадоводческая почвопокровная пленка по настоящему изобретению представляет собой пленку, имеющую слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение. Долговечная недорогая агросадоводческая почвопокровная пленка, которая отражает лучи видимого света и эффективно поглощает ближние инфракрасные лучи из солнечного света, используя небольшое количество наночастиц, может быть обеспечена путем формирования слоя, поглощающего инфракрасное излучение, который содержит наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, предпочтительно по меньшей мере одни из наночастиц оксида вольфрама или наночастиц сложного оксида вольфрама в соответствии с простым способом.

[0045] Применение этой пленки на поверхности земли, на которой культивируются растения или т.п., обладает эффектами увеличения температуры покрытой поверхности земли и нагревания почвы без повышения температуры воздуха внутри теплицы или т.п. Пленка также обладает эффектами отражения света в видимой области, который необходим для роста растений и ускорения роста растения, и является чрезвычайно полезной.

Примеры

[0046] Настоящее изобретение будет описано ниже в дополнительных подробностях с использованием примеров и сравнительных примеров. Однако настоящее изобретение ни коим образом не ограничивается примерами, описываемыми ниже.

(Пример 1)

Наночастицы Cs_0,33WO₃ (удельная площадь поверхности: 20 м²/г) в количестве 10 весовых частей, 80 весовых частей толуола и 10 весовых частей диспергирующего агента для диспергирования наночастиц смешивали вместе, дисперсию получали, используя мельницу-смеситель сред, и создавали жидкую дисперсию наночастиц Cs_0,33WO₃, имеющих средний размер диспергированных частиц 80 нм (раствор А). Этот раствор А в количестве 50 весовых частей и 30 весовых частей полимера, отверждаемого под действием ультрафиолетового излучения (содержание твердого материала: 100%), для прочного покрытия перемешивали до образования жидкой дисперсии наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение. Жидкую дисперсию наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, наносили на полиэтиленовую пленку, содержащую наночастицы TiO₂ в качестве материала, отражающего белый свет, используя аппарат для нанесения покрытия с удалением излишков с помощью планки, и формировали пленку. Пленку сушили в течение 30 секунд при 60°С для испарения растворителя, а затем отверждали, используя ртутную лампу высокого давления, для получения пленки, поглощающей инфракрасное излучение, имеющей высокий коэффициент диффузного отражения в области видимого света.

Дифракционные характеристики полученной в результате пленки измеряли по пропусканию света, имеющего длину волны от 200 до 2100 нм, используя спектрофотометр производства Hitachi Seisakusho, и в соответствии с JIS A 5759 вычисляли пропускание света в видимой области, пропускание солнечного света, отражение видимого света, отражение солнечного света и поглощение солнечного света. (Здесь поглощение солнечного света вычисляли, используя следующее уравнение: поглощение солнечного света (%)=100% - Пропускание солнечного света (%) - Отражение солнечного света (%).)

Результаты представлены на чертеже. Чертеж показывает все результаты, полученные в примерах 2-5 и сравнительном примере 1, описываемых ниже.

(Пример 2)

[0047] Наночастицы Rb_0,33WO₃ (удельная площадь поверхности: 20 м²/г) в количестве 10 весовых частей, 80 весовых частей толуола и 10 весовых частей диспергирующего агента для диспергирования наночастиц смешивали вместе, получали дисперсию, используя мельницу-смеситель сред, и создавали жидкую дисперсию наночастиц Rb_0,33WO₃, имеющих средний размер диспергированных частиц 80 нм (раствор В). Этот раствор В в количестве 50 весовых частей, 30 весовых частей полимера, отверждаемого под действием ультрафиолетового излучения (содержание твердого материала: 100%) для прочного покрытия, и 50 весовых частей толуола перемешивали до образования жидкой дисперсии наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение. Жидкую дисперсию наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, наносили на полиэтиленовую пленку, содержащую наночастицы TiO₂ в качестве материала, отражающего белый свет, используя аппарат для нанесения покрытия с удалением излишков с помощью планки, и формировали пленку. Пленку сушили в течение 30 секунд при 60°С для испарения растворителя и затем отверждали, используя ртутную лампу высокого давления, для получения пленки, поглощающей инфракрасное излучение, имеющей высокий коэффициент диффузного отражения в области видимого света. Оптические характеристики этой пленки показаны на чертеже.

(Пример 3)

[0048] Наночастицы W₁₈O₄₉ (удельная площадь поверхности: 20 м²/г) в количестве 10 весовых частей, 80 весовых частей толуола и 10 весовых частей диспергирующего агента для диспергирования наночастиц смешивали вместе, получали дисперсию, используя мельницу-смеситель сред, и создавали жидкую дисперсию наночастиц W₁₈O₄₉, имеющих средний размер диспергированных частиц 80 нм (раствор С). Этот раствор С в количестве 75 весовых частей, 45 весовых частей полимера, отверждаемого под действием ультрафиолетового излучения (содержание твердого материала: 100%) для прочного покрытия, и 120 весовых частей толуола перемешивали до образования жидкой дисперсии наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение. Жидкую дисперсию наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, наносили на полиэтиленовую пленку, содержащую наночастицы TiO₂ в качестве материала, отражающего белый свет, используя аппарат для нанесения покрытия с удалением излишков с помощью планки, и формировали пленку. Пленку сушили в течение 30 секунд при 60°С для испарения растворителя и затем отверждали, используя ртутную лампу высокого давления, для получения пленки, поглощающей инфракрасное излучение, имеющей высокий коэффициент диффузного отражения в области видимого света. Оптические характеристики этой пленки показаны на чертеже.

(Пример 4)

[0049] Наночастицы Cs_0,33WO₃ (удельная площадь поверхности: 20 м²/г) в количестве 10 весовых частей, 80 весовых частей толуола и 10 весовых частей диспергирующего агента для диспергирования наночастиц смешивали вместе, получали дисперсию, используя мельницу-смеситель сред, и создавали жидкую дисперсию наночастиц Cs_0,33WO₃, имеющих средний размер диспергированных частиц 80 нм (раствор А). Толуол из раствора А удаляли, используя аппарат для распылительной сушки, и получали дисперсию порошка Cs_0,33WO₃ (порошок А).

Полученный таким образом порошок А добавляли к гранулам полиэтилена и равномерно перемешивали в блендере, затем вымешивали в расплаве в двухвинтовом экструдере и экструдированную нить нарезали на гранулы для получения маточной смеси, содержащей Cs_0,33WO₃.

Содержащую TiO₂ маточную смесь получали тем же способом.

Содержащую Cs_0,33WO₃ маточную смесь и содержащую TiO₂ маточную смесь смешивали с маточной смесью, полученной по тому же способу, в которую не добавляли неорганические наночастицы. Смешанную маточную смесь формовали экструзией с образованием пленки, имеющей толщину 50 мкм. Оптические характеристики этой пленки показаны на чертеже.

(Пример 5)

[0050] Наночастицы Cs_0,33WO₃ (удельная площадь поверхности: 20 м²/г) в количестве 10 весовых частей, 80 весовых частей толуола и 10 весовых частей диспергирующего агента для диспергирования наночастиц смешивали вместе, дисперсию получали, используя мельницу-смеситель сред, и создавали жидкую дисперсию наночастиц Cs_0,33WO₃, имеющих средний размер диспергированных частиц 80 нм (раствор А). Этот раствор А в количестве 50 весовых частей и 30 весовых частей полимера, отверждаемого под действием ультрафиолетового излучения (содержание твердого материала: 100%) для прочного покрытия, перемешивали до образования жидкой дисперсии наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение. Жидкую дисперсию наночастиц материала, отражающего белый свет, содержащего наночастицы TiO₂, также получали тем же способом. Жидкую дисперсию наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, наносили на полиэтиленовую пленку, используя аппарат для нанесения покрытия с удалением излишков с помощью планки, и формировали пленку. Пленку сушили в течение 30 секунд при 60°С для испарения растворителя и затем отверждали, используя ртутную лампу высокого давления. Наночастицы материала, отражающего белый свет, затем наносили на другую сторону полиэтиленовой пленки, используя тот же способ формирования пленки, пленку отверждали и получали пленку, поглощающую инфракрасное излучение, имеющую высокий коэффициент диффузного отражения в области видимого света. Оптические характеристики этой пленки представлены на чертеже.

(Сравнительный пример 1)

[0051] Получали полиэтиленовую пленку, содержащую наночастицы TiO₂ в качестве материала, отражающего белый свет. Оптические характеристики этой пленки представлены на чертеже.

(Оценка)

[0052] Сравнение примеров 1-5 со сравнительным примером 1 показало, что формирование поглощающего инфракрасное излучение слоя, образуемого путем нанесения наночастиц Cs_0,33WO₃, Rb_0,33WO₃, W₁₈O₄₉ и наночастиц других оксидов вольфрама и наночастиц сложных оксидов вольфрама на пленку, в которой диспергирован материал, отражающий белый свет, давало значительное увеличение поглощения этой пленкой инфракрасного излучения и отличное отражение видимого света и удерживание тепла. Иными словами, отражение видимого света поддерживалось около 60-70 процентов в примерах 1-5, а поглощение солнечного света увеличивалось до примерно 40-60 процентов.

[0053] Агросадоводческая почвопокровная пленка по настоящему изобретению является пленкой, имеющей слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение. Более точно, агросадоводческая почвопокровная пленка по настоящему изобретению имеет структуру, в которой слой, отражающий белый свет, представляет собой пленку, в которой диспергирован материал, отражающий белый свет, а слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформирован путем покрывания одной стороны этой пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение. Альтернативно, агросадоводческая почвопокровная пленка является пленкой, в которой материал, отражающий белый свет, и наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, диспергированы в пленке с формированием слоя, отражающего белый свет, и слоя, поглощающего инфракрасное излучение. Альтернативно, агросадоводческая почвопокровная пленка является пленкой, содержащей слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания слоя, отражающего белый свет, наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение; или слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания другой стороны пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение.

Слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, предпочтительно по меньшей мере одни из наночастиц оксида вольфрама и наночастиц сложного оксида вольфрама, сформирован путем такого простого способа, как описано выше, в результате чего может быть обеспечена долговечная, дешевая агросадоводческая почвопокровная пленка, которая отражает лучи видимого света и эффективно поглощает ближние инфракрасные лучи из солнечного света, используя небольшое количество наночастиц.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0054] Чертеж представляет собой таблицу, показывающую оптические характеристики пленок, содержащих наночастицы TiO₂ и наночастицы поглощающего инфракрасное излучение материала, в примерах с 1 по 5 и в сравнительном примере 1.

Изобретение относится к агросадоводческой почвопокровной пленке. Пленка имеет слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение. Наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, являются по меньшей мере одними из наночастиц оксида вольфрама и наночастиц сложного оксида вольфрама, где наночастицы оксида вольфрама обозначаются общей формулой WO_X (2,45≤X≤2,999), a наночастицы сложного оксида вольфрама обозначаются общей формулой M_YWO_Z (0,001≤Y≤1,0, 2,2≤Z≤3,0) и имеют гексагональную кристаллическую структуру. Использование изобретения обеспечивает увеличение температуры покрытой поверхности почвы без увеличения температуры воздуха внутри теплицы и ускоряет рост растений. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Агросадоводческая почвопокровная пленка, включающая слой, отражающий белый свет и содержащий материал, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение и содержащий наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение.

2. Пленка по п.1, в которой слой, отражающий белый свет, представляет собой пленку, в которой диспергирован материал, отражающий белый свет, а слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформирован путем покрывания одной стороны этой пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение.

3. Пленка по п.1, в которой материал, отражающий белый свет, и наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, диспергированы в пленке, образуя слой, отражающий белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение.

4. Пленка по п.1, включающая в себя слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания слоя, отражающего белый свет, наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение, или слой, отражающий белый свет, сформированный путем покрывания одной стороны пленки материалом, отражающим белый свет, и слой, поглощающий инфракрасное излучение, сформированный путем покрывания другой стороны пленки наночастицами материала, поглощающего инфракрасное излучение.

5. Пленка по любому из пп.1-4, в которой материалом, отражающим белый свет, является по меньшей мере один материал, выбранный из TiO₂, ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃, MgO, ZnO, СаСО₃, BaSO₄, ZnS и PbCO₃.

6. Пленка по любому из пп.1-4, в которой диаметр наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, составляет от 1 до 800 нм.

7. Пленка по любому из пп.1-4, в которой наночастицы материала, поглощающего инфракрасное излучение, являются по меньшей мере одними из наночастиц оксида вольфрама и наночастиц сложного оксида вольфрама.

8. Пленка по п.7, в которой наночастицы оксида вольфрама обозначаются общей формулой WO_X (2,45≤Х≤2,999).

9. Пленка по любому из пп.7-8, в которой наночастицы сложного оксида вольфрама обозначают общей формулой M_YWO_Z (0,001≤Y≤1,0, 2,2≤Z≤3,0) и имеют гексагональную кристаллическую структуру.

10. Пленка по п.9, в которой элементом М является по меньшей мере один элемент, выбранный из Cs, Rb, К, Tl, In, Ba, Li, Ca, Sr, Fe и Sn.

11. Пленка по любому из пп.1-4, в которой поверхности наночастиц материала, поглощающего инфракрасное излучение, покрыты оксидом, который содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из Si, Ti, Zr и Al.

12. Пленка по любому из пп.1-4, которая содержит по меньшей мере один материал, выбранный из полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, поливинилфторида, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена, сополимера тетрафторэтилена и этилена, полихлортрифторэтилена, тетрахлортрифторэтилена, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, поливинилового спирта, полистирола, этиленвинилацетата и полиэфирной смолы.