用于遮蔽辐射的复合材料

本发明涉及用于遮蔽日光辐射的聚合物和添加剂，其目的在于 影响植物的生长及形态形成。

为了控制植物的生长，需要特殊的光线条件以影响植物的生长 和形态形成。影响植物生长的特殊光线条件，诸如在温室里或者在 覆盖膜下等光线条件包含具有特殊意义的某些内容。对于植物生 长，覆盖区内的温度、透进光的强度和光谱分布都是重要的影响因 素。

例如，在温室里的植物由于培养了耐温度变化能力，所以即使由 于日光过足，而夜间温度又很低使温室里的昼夜温度变化很大，它们 仍然可以长得很好。由此看出植物生长信守某一基准。因而，就温室 中光合作用而言，只有那些能激活光合作用的辐射是需要的，而太 阳光里的其它辐射只对温室里的环境主要起不良作用，应当被遮 蔽。为此，必须达到下列目标：首先，为了避免覆盖区内的温度太 高，应当遮蔽强烈的日光照射特引是那些起不良作用的辐射。第二， 透进的光束应当被散射以防止灼伤植物。第三，覆盖区的热量在夜 间可以贮存。

然而，对于地膜来说，人们却希望相反的效果。激活光合作用的 辐射应当被遮蔽而允许太阳光中的其它辐射透过。农用地膜的目的 是改善农用植物的生长条件而减少化学除草剂的使用。

对于某些农作物，种植者想要影响它们的形态形成。形态形成 是环境因素对植物外观及形状的影响。其中，光线的质量是因素之 一，意即光谱能量分布对植物生长有影响。

Raviv和Allingham在《Plastic Culture》1989年9月的第59 期，第3页至第12页指出，漫射光宜于植物的健康生长。而且漫射光 的优点是不会伤害植物。Hancock在《Plastic Culture》1988年，第79 期，第4页至第14页指出，在低密度聚乙烯(LDPE)中的特殊添加 剂由于在温室里能够产生漫射光和适宜的热效应，而对温室里的环 境有有利影响。合适的添加剂包括以高岭土形式存在的硅铝酸盐、碳 酸钙、滑石和高岭粘土等。

以玻璃制作的温室，由于无机玻璃的内在物理性质，已达到上述 的某些条件。另外，有些营建方法如滚花玻璃或遮阳布是已知的。

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，那么将很难满足上述要求。许多 塑料对红外辐射有高透过性，导致热量很易通过，如果用膜的话，薄 的膜也有助于热量通过。

德国专利DE2,544,245公开一种建筑和车辆用抛光的聚甲基 丙烯酸甲酯材料，含有一种遮蔽波长在800至1500nm的有不良作 用的辐射的干涉颜料。

上述的颜料呈兰红色，透过该抛光材料的光呈黄绿色。这种抛 光材料用于温室的缺点是：某些植物不能利用的部分可见光可以透 过，而可以利用的可见光的红色部分被遮蔽掉。另外，透过的绿色光 部分还有可以转变为长波长的光从而使温室生热的缺点。

欧洲专利EP-A 0,428,937公开了一种温室用的灰白色涂 料组合物，它由聚合物基材及悬浮于其中的反射光线的颗粒组成。这 些颗粒是涂有二氧化钛的铝片或云母片。这些涂料组合物在恶劣的 天气条件下(如夏天)用作临时涂料，而冬天又可以用水把它们冲洗 掉。关于这种颜料的更多细节未给出。

这种涂料组合物的缺点是：可以被植物利用的红外光及大量的 可见光部分都被这些金属颗粒反射掉了，而透过的绿光部分又不能 为植物利用，只是使温室更热。

欧洲专利EP-A 0,398,243公开了一种农用聚合物覆盖片 和覆盖膜，它们可以吸收绿光并且含有紫外线稳定剂。这些绿色片和 膜吸收了大部分的可以促进光合作用和植物生长的太阳光(PAR)， 并且使足够的太阳辐射通过以使片或膜下的土地变热。这些覆盖膜 和片抑制了杂草的生长。但是它们的缺点是那些能够促进有用植物 的光合作用的辐射被吸收掉和损失掉。

L.M.Mortensen和E.Stuome在Scientia Horticulturae 33(1987)，27-36描述了光的质量对一些温室农作物的影响。通过 对自然光选择性地遮蔽，在室外的培养室里采用不同质量的光，对菊 花、西红柿和莴苣，在含有高比例的红/远红的兰光下，它们的干重 要比在自然光、绿光、黄光和红光下的轻。对于菊花和西红柿的植 株高度，兰色光下的明显低于自然光下的，而绿光和黄光下的明显高 于自然光下的。

本发明的目的在于提供一种复合材料，这种材料用于遮蔽强烈 的日光照射，它不仅可以反射红外部分，而且可以反射植物不能利用 的可见光的绿色部分。

本发明进一步的目的在于提供一种复合材料，这种材料用做不 吸收激活光合作用的辐射的覆盖膜或覆盖片。

本发明的最终目的在于提供一种可用于覆盖的复合材料，可以 控制植物的形态形成。

根据本发明，由聚合物、添加剂、传统的稳定剂及特定聚合物必 需的加工助剂构成一种复合材料而达到上述目的。

本发明的添加剂是一种小片状或者涂有一种或多种金属氧化物 的小片状材料。

通常情况下，这些小片征状的材料由层状的硅酸盐、人造云母、玻 璃小片、陶瓷片和硅片组成。

该层状硅酸盐优选为云母、叶蜡石、丝云母、滑石或高岭土。

涂有一种或多种金属氧化物的小片状材料优选是一种干涉颜 料。

干涉颜料优选为小片状的颜料，它由小片状基材如云母、高岭 土或滑石及附于其上的一种或多种金属氧化物膜。

上述金属氧化物仅指那些可以制成干涉颜料的氧化物，例如金 属锡、钛、锆、铬、铈、铁或钨的氧化物。

为了产生干涉颜色，膜的厚度必须合适。不同的金属氧化物有 不同的适宜厚度。例如，对于二氧化钛，要想得到有绿色干涉光的 颜料，最适宜的膜厚度为120-160mm。

本发明的基材优选直径为1-200μm，特别是5-60μm，优选 厚度为0.1-10μm，特别是0.5-1.5μm。

复合材料中添加剂的含量占聚合物重量的0.1-30％，优选0.5 -5％。添加剂的含量取决于复合材料的薄膜厚度的不同而变化。此 处所述添加剂也包括添加剂的混合物。

为制备本发明所述的复合材料，可以用商业上可买到的干涉颜 料作添加剂，它们由E.MERCK，Darmstadt制造，商品名称为Iri- odinR，由云母、TiO2和SnO2组成。

本发明聚合物可以是有机的或无机的聚合物。

制备复合材料所用的有机聚合物是如聚烯烃、两元或三元共聚 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)，氟化聚合物及两元或三元共聚 物如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氯乙烯(PVD)， 聚碳酸酯(PC)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或透明聚合物的混合 物。此处所述的聚合物可包括聚合物的混合物。

可使用无机高聚物玻璃。

复合材料另外可以含有稳定剂以及特定聚合物必需的加工助 剂。

本发明的复合材料可以以膜、片、纺丝粘制(spinbonded)和机织 的织物和异形织物(profiles)的形式应用，特别可应用于植物栽培 和植物生长(农业和园艺)。本发明的复合材料例如可以用做温室的 膜或板，用做大棚膜和覆盖膜。另外，它还可以用做 地膜或衬底膜。它可以以传统的塑料加工工艺如吹膜、铸膜、共挤出、 铸膜挤出或层压等方法制成膜、多层膜或片材。

例如在铸膜时，必须考虑使复合材料中颜料小片互相平行且平 行于材料表面，以使干涉颜料有最佳功效。在其它加工工艺下，由于 熔体的特性，它们会自行平行排列。

聚合物是否完全着色，在多层材料中颜料为单层还是分为多层， 对颜料功效的影响并不重要。这种多层体系是通过共挤出、涂布、挤 出涂布、层压或印花工艺制得的。

用于覆盖温室的本发明的复合材料优选含有绿色干涉颜料。这 样，长波红外区的辐射被吸收，近红外区的辐射连同入射可见光的 绿色部分一起被反射，只有可以被植物利用的可见光的红色和兰色 部分可以透过和被散射。

另外，这种复合材料可以吸收覆盖区内土地或物体所反射或发 射的红外辐射，以防止夜间覆盖区内过凉。因此，复合材料下的入射 光可以最充分地被利用。

如果本发明的复合材料用做覆盖地膜或覆盖片，为了阻止杂草 的生长，人们希望把激活光合作用的辐射遮蔽掉。因此，根据本发 明，可以使用一种添加剂，优选一种可以反射激活光合作用辐射的 干涉颜料。这种方法的优点是，生长于地膜之上的有用植物可以利 用反射的激活光合作用辐射用于其生长。如果用黑色膜或者涂有吸 收颜料的绿色膜，激活光合作用的辐射被吸收而不能被有用植物利 用。

根据本发明，可以使用一种红—兰干涉颜料如IRIODINR219 Rutile Lilac Pearl。这种地膜或片可以单独使用，也可以和置于其下 的另外一层或含有已知吸收颜料的膜共同使用。例如，可以制做一 种双层或多层膜，使干涉颜料在上层而吸收颜料在下层，以达到上述 目的。

因此，本发明的地膜或片除具有传统地膜改善其下微环境(温度 和土壤湿度)的功能以外，还通过反射激活光合作用辐射，有助于有 益植物的生长。

如果用本发明的复合材料来改变植物的形态形成，可以使用一 种添加剂，优选一种可以改变日光的光谱分布的干涉颜料。

对某些农作物，种植者想要改变植物的形态形成。形态形成受 外界的环境因素对植物的外观及形状的影响。

农业上已熟知，光线的光谱组成可以影响作物的生长、开花及 收成。

植物含有一些颜料，它们可以减弱入射光，降低某些波长及其 强度。对形态形成最重要的植物颜料是隐色素(cryptochrome)和光 敏色素。光敏色素主要吸收红色/远红色区段(680nm/730nm)。隐色 素主要吸收兰色和UV-A区段(315至500nm)。

兰光或红/远红区段选择性光源既能促进也能抑制激活植物色 素，对植物例如生长及开花起非常重要的作用。

通过农业实验已经发现它们之间的影响关系，在实验中，使用了 不同的灯、滤光器和彩色膜。但是滤光器和彩色膜的使用常常导致能 量的损失从而降低了效率。

本发明发明了一种新的方法，使用干涉颜料来影响光照。通过 含有干涉颜料的复合材料的光可以影响植物的生理反应，这是由于 控制植物形态形成的红光/远红光比率，兰光/红光比率，以及兰光/ 远红光的比率发生了变化。用诸如象IriodinR225 Rutile Blue Pearl 或IriodinR221 Rrtile Fine Blue可以减少红光/远红光比率的干涉颜 料，使植物的节间距增长，分支减少，叶子变长但变小。

用含有象IriodinR205 Rrtile Platinum Gold的黄色干涉颜料 的复合材料可以增大兰光/红光比率(兰光强度相对于红光较强)，而 减少植物的抽苔(Bolting)。

要得到更为紧密的植物生长(抑制茎干拨节)，需要高的红光/远 红光比率和高的兰光/红光比率，这可以用包含黄—绿光两层干涉 颜料的复合材料达到上述目的。这样就可以避免使用荷尔蒙植物生 长调节剂。

根据植物和目的不同，可以在很宽的颜色范围内挑选合适的干 涉色彩。通过控制干涉颜料的层厚度可以使每个波长的光有最大程 度的反射(最小程度的透过)。人们可根据现有知识进行选择。干涉 颜料的使用提供了选择某一特定光谱的光而不用损失太多的辐射能 量的可能性。

由于干涉颜料对光的透过性和不吸收性，入射光几乎不会由于 散射和吸收而损失。测量表明只有约5％的入射光被吸收。所用颜料 的低的导热性对本发明的复合材料的耐热性及热储存容量有积极效 果。选择性地反射由于很大程度不会遮蔽掉可见光中可被植物利用 的部分，所以能使温室几乎在任意气候下都保持气温一致。

实施例1

向高密度聚乙烯颗粒(挤出型，适于制膜，MFI4)中加入0.5％ 的胶粘剂邻苯二甲酸二辛酯，在滚桶混和器中混合，直至颗粒表面被 均一湿润。然后加入1％的IriodinR235 Rutile Green Pearl(一种绿 色TiO2/云母干涉颜料)，继续混合一段时间，使颜料小片在颗粒上 均匀形成牢固的胶粘膜。

上述方法制备的彩色混合物用挤出吹膜的方法制成厚度为 200μm的膜。从反射光观察，这种膜呈强烈的绿色干涉颜色，而由透 过光观察可见略带兰色的红色光。

实施例2

类似于实施例1，制造膜产品。但是，为了着色，在制成品以前， 颜料要以高百分含量(如40％颜料)预先分散于彩色母料中。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％的颜料。

实施例3

在100重量份的PVC悬浮液中加入5份环氧化大豆油、3份有 机锡稳定剂、1份润滑剂和0.5份苯三唑UV吸收剂，在高速混合器 中加入0.2份绿色三级TiO2/云母干涉颜料。然后在低速搅拌下用 水将混和物冷却至50℃以下。

这种加入颜料的干混料，在合适的异型模具里，用双螺杆挤出机 挤出成型为双层板(double-walled Sheet)。从反射光来看，这种板 有很强的绿色干涉颜色，而透过光是漫射的、均一的、略带兰色的红 光。

对反射光和透过光的光谱研究发现，所得产品能够反射绿色光 和大部分的有不良作用辐射。透过光的波长分布范围宜于植物生长。 对可见光和有不良作用光的吸收量低于5％。

实施例4

在螺浆式搅拌器中，将10％的IriodinR231 Rutile Fine Green 彻底分散于商业上可得到的、透明的、适于PVC凹板印刷的油墨中， 用凹板印刷的方法将分散物质印刷于透明的PVC膜上。颜料小片 的直径可以达到25μm，要用70lines/cm的筛子挑选颜料以防止损 坏颜料。在刻蚀的颜色凹槽的大约40μm的深处，可以得到30μm厚 的、干燥后10μm厚的膜。

这样就可以得到一种遮蔽辐射的薄膜。例如胶粘于玻璃表面加 于应用。

实施例5

6份含有重量比例为30％的IriodinR219 Rrtile Lilac Pearl的 母料和94份的LDPE吹塑成50μm厚的膜。

这种膜的透射光呈绿色，反射光呈淡紫色，可用做覆盖膜。

实施例6

6份含有重量比例为30％的IriodinR205 Rutile Platinum Gold 的母料和94份的LDPE吹塑成50μm厚的膜。

这种膜透射光呈兰色，反射光呈黄色。可用作植物大棚以影响 植物的形态形成。