专利名称：用于种植植物的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及其内种植植物的结构，例如农业或园艺使用的棚或坑道(tunnel)。本发明尤其涉及具有框架和覆盖材料的种植植物的结构，该覆盖材料覆盖在该框架上以限定该结构外形。
背景技术：
农业或园艺使用的传统结构是所谓的“玻璃温室”，“玻璃温室”包括金属或木头框架和装在框架上的玻璃板。另一方面，现行的主流结构包括用金属制成结构大致形状的金属框架和用半透明树脂薄膜制成的覆盖材料。
然而，对于包括常规树脂薄膜覆盖材料的棚来说，经常因悬浮在空气中的灰尘颗粒、烟、油雾、花粉、霉菌或苔藓的孢子附着在树脂薄膜上而污染覆盖材料，产生降低半透明度的问题。此外，覆盖材料的污染造成半透明度降低的同时，也会造成其自身退化。
为了解决这些问题，作为改良抗污染覆盖材料，开发了各种类型表面经抗污染处理的薄膜。
日本专利申请公开文献8-150681公开了一种复合薄膜，其中，塑料薄膜至少一面上形成主要由无机亲水胶质物组成的抗污染层。
日本专利申请公开文献11-98927公开了一种农用合成树脂薄膜，其中，合成树脂基层薄膜至少一面上形成含有硅酮树脂微粒的树脂复合物涂层。
日本专利申请公开文献7-53747公开了一种具有抗雾化涂层的农用薄膜，其涂层是由一种阴离子表面活性剂与一种混合的胶体溶液制备成的溶液涂覆后形成的，该混合胶体溶液包括胶状氧化铝及胶状氧化硅，然后干燥涂覆的溶液。
然而，在这个技术领域，人们期待着抗污染性能方面会有更好的改进。尤其是强烈需求有效地防止苔藓和霉菌的繁殖所造成的污染的农用棚。
发明内容
本发明的目的是提供种植植物的结构，如农用或园艺用的棚或坑道，其中，苔藓和霉菌的繁殖所致污染以及灰尘颗粒、烟、油雾、花粉等造成的污染被有效地防止，从而能良好地防止半透明度降低。
本发明提供种植植物的结构，该结构包括框架和覆盖在框架上以限定结构外形的覆盖材料，其中覆盖材料包括由塑料薄膜制成的基材；只主要包含第一种无机微粒的第一层，形成覆盖材料的一面，该面是所述结构的外表面；和包含有第二种无机微粒的第二层，位于基材和第一层之间，其中，该第二层形成于基材之上，第一层形成于第二层之上。
图1是实施例1中覆盖薄膜表面的SEM图像图2是实施例2中覆盖薄膜截面的TEM图像具体实施方式
首先，本文使用的技术术语如下定义本文中的“用于种植植物的结构”指一种设施，用于在其内种植植物，其被建造以覆盖所种植的植物。通常，“种植植物的结构”指农用的或园艺用的温室和坑道。
本文中使用的“框架”指由金属管、塑料管或覆盖塑料的金属管制成的多个支撑物组成的结构体，支撑物彼此分离布置或结合在一起以形成用于种植植物的大致结构外形。
本文中使用的“覆盖材料”指薄膜状材料，布置在框架之上以限定种植植物的结构的外形。
本发明中，“薄膜”泛指厚度从几微米到几毫米的广义材料。“薄膜”包括厚度相对大的所谓片材。
根据本发明，用于种植植物的结构中，覆盖材料包括由塑料薄膜制的基材；只主要包含第一种无机微粒的第一层，形成覆盖材料的一面，该面是所述结构的外表面；以及包含第二种无机微粒的第二层，位于基材和第一层之间，其中，第二层形成于基材之上，第一层形成于第二层之上。
被包含在第二层中的第二种无机微粒的实例包括金属微粒、金属氧化物微粒、金属氢氧化物微粒、金属碳酸盐微粒和金属硫酸盐微粒。金属元素的实例包括金、钯、铂和银。金属氧化物、金属氢氧化物、金属碳酸盐和金属硫酸盐中金属元素的实例包括硅、铝、镁、钙、钡和锰。优选，金属氧化物微粒和金属氢氧化物微粒。尤其优选硅氧化物(氧化硅)微粒、硅氢氧化物微粒、铝氧化物(氧化铝)微粒和铝氢氧化物微粒。第二种无机微粒既可以采用单一的无机微粒，也可以采用两种或更多种无机微粒。
因为第二层邻近塑料薄膜基材，第二层优选不含有光催化剂化合物，这种化合物会使塑料薄膜基材退化。
第二种无机微粒没有特殊限定形状。例如，可以用规则形如球形、扁平形和棱形，也可以用不规则形。但优选规则形，更优选球形或近球形，因为这样易于形成均匀和稳定的薄层。
第二种无机微粒的平均直径优选在1～300纳米之间，更优选5-100纳米，尤其优选5～20纳米。当微粒的平均直径在1～300纳米之间时，塑料薄膜基材和第二层之间粘合性以及第一层和第二层之间的粘合性都达到满意程度。若微粒平均直径在5～100纳米或5～20纳米之间，这种优点更显著。
第二种无机微粒的平均直径是用以下所述的方法确定的，该方法中使用透射电镜(TEM)观察第二层横截面所得到的照片。
首先，在第二层截面上无规选择2个或更多点进行显微观察，提供其照片。然后在每一张照片上无规选择10个或更多颗粒并测量其最大长度，该最大长度定为该颗粒直径。最后，算出无规选择的全部颗粒的颗粒直径的平均值，得到的平均值作为第二种无机平均颗粒直径。
当无机微粒的胶体用来形成第二层时，胶体中无机微粒的平均颗粒直径与第二层用显微观察测定的平均颗粒直径吻合。因此，用于形成第二层的胶体中无机微粒的平均颗粒直径可以用作第二层中微粒的平均颗粒直径。
胶体中无机微粒的平均颗粒直径可以根据所测量的BET比表面积球状等价转换来确定，测量方法是JISR1626方法(用BET法测量气体吸附陶瓷细粉末的比表面积的方法)，或JISZ8830方法(用气体吸附法确定粉末(固体)的比表面积的方法)。胶体中无机微粒的平均颗粒直径也可用TEM观察胶体来确定。
除了第二种无机微粒外，第二层还可包括有机高分子聚合物粘结剂和亲水有机化合物，如非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂，以及无机层状化合物。
以单位塑料薄膜基材面积(1m2)计，第二层的重量优选在0.01～10g之间，更优选在0.05～2g之间。第二层的重量在0.01～10g之间时，第二层和临近第二层的第一层之间的粘合性良好，同时覆盖材料的半透明度高。当重量在0.05～2g之间时，这些优点会更为明显。
第二层通常是将含有介质和分散于介质中的无机微粒的流体混合物覆于塑料薄膜基材的表面，然后干燥去除混合物中的介质而形成的。因为希望使用的无机微粒在流体混合物中是均匀分散的，所以优选无机微粒的胶体作为流体混合物。特别是可以采用如日本专利申请公开文献7-53747和7-82398公开的主要包含胶质氧化铝和/或胶质氧化硅的组合物、日本专利申请公开文献2-113939公开的包含胶质氧化硅、氧化铝溶胶以及丙烯酸树脂粘合物的组合物，以及日本专利申请公开文献2-279733公开的包含无机亲水胶质物和亲水有机化合物的组合物。
流体混合物中的分散介质可以使用水、甲醇、异丙醇、n-丁醇、异丁醇、乙二醇、二甲苯等。
构成第一层的第一种无机微粒的平均颗粒直径优选在1～500nm之间，更优选在10～300nm之间，特优选在40～300nm之间。平均颗粒直径在1～500nm之间时，第一层可以是具有更高强度和半透明度以及良好涂布成形性的层。平均颗粒直径在10～300nm之间时，这些优点会更明显。平均颗粒直径是40nm或更高时，第一层对与其接触的物体具有抗粘着能力。
第一种无机微粒的平均颗粒直径采用下述方法来确定，该方法中使用扫描电镜(SEM)观察第一层表面所得到的照片。
首先，在第一层表面上无规选择2个或更多点进行显微观察并得到照片。然后在每一张照片上无规选择10个或更多颗粒并测量其最大长度，该最大长度定为该颗粒直径。最后，算出无规选择的所有颗粒的颗粒直径的平均值，得到的平均值作为第一种无机微粒的平均颗粒直径。
第一层中无机微粒的平均颗粒直径可用类似上述的方法计算来确定，该方法中使用透射电镜(TEM)观察第一层横截面所得到的照片。
当无机微粒的胶体用来形成第一层时，胶体中无机微粒的平均颗粒直径与第一层用显微观察得到的无机微粒的平均颗粒直径吻合。因此，用于形成第一层的胶体中无机微粒的平均颗粒直径可以用作是第一层中微粒的平均颗粒直径。
确定用于形成第一层的胶体中无机微粒的平均颗粒直径的方法和确定用于形成第二层的胶体中平均颗粒直径的方法相同。
优选第一种无机微粒的平均颗粒直径大于第二种无机微粒的平均颗粒直径。特别优选第一种无机微粒平均颗粒直径是第二种无机微粒平均颗粒直径的2～100倍，更优选2.5～50倍，更优选3～20倍。此外，理想的是用于第二层的无机微粒的平均颗粒直径为20nm或更小，且同时用于第一层的无机微粒平均颗粒直径为40nm或更大。这种情况下，第一层和基材之间的粘合力高，同时第一层更不易破裂。此外，第一层对与其接触的物体也具有抗粘着能力。
第一种无机微粒没有特殊限定形状。例如，不仅可以是规则形，如球形、扁平形和棱形，也可以是不规则形。但优选规则形，更优选球形或近球形，因为其易于形成均匀、稳定的层。
第一种无机微粒的实例包括金属微粒、金属氧化物微粒、金属氢氧化物微粒、金属碳酸盐微粒和金属硫酸盐微粒。金属元素的实例包括金、钯、铂和银。金属氧化物、金属氢氧化物、金属碳酸盐和金属硫酸盐中金属元素的实例包括硅、铝、镁、钙、钡和锰。优选金属氧化物微粒和金属氢氧化物微粒。
特别优选硅氧化物微粒、硅氢氧化物微粒、铝氧化物微粒和铝氢氧化物微粒。尤其是从基本只包含无机微粒的第一层的稳定性和耐用性方面考虑，优选使用硅或铝的氧化物胶体或氢氧化物胶体。
第一层中光催化剂化合物的存在将很可能导致该层退化、劣变或破裂。因此，从第一层的稳定性和耐用性考虑，优选该层中不含光催化剂化合物。应当避免使用的光催化剂化合物的实例包括锐钛矿型(anatase-type)的钛氧化物、金红石型的钛氧化物、锌氧化物、锡氧化物、铁氧化物(三价铁氧化物)、三氧化二铋、三氧化钨以及钛酸锶。当第一层含有光催化剂化合物时，会产生如加速塑料薄膜基材退化以及覆盖材料发白即所谓“粉化”的问题。
第一种无机微粒既可以采用单一种类的无机微粒，也可以采用两种或多种无机微粒。
第一层基本只包含无机微粒。优选无机微粒占整个第一层重量的80重量％或更高，更优选占重量的90重量％或更高，最优选占重量的95重量％或更高。
如日本专利申请公开文献7-82398公开的那样，第一层可以含有表面活性剂、有机电解质和无机层状化合物，这些物质的含量为20重量％以下，优选10重量％以下，更优选5重量％以下。
第一层不含有高分子聚合物粘合剂，如丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯、聚氯乙烯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂以及具有氨基、环氧基、脲基、铵基和含不饱和烯键的基团的可交联的有机硅化合物的聚合物。当第一层含有高分子聚合物粘合剂时，覆盖材料的性能尤其是控制霉菌如支链孢属霉和芽枝霉繁殖引起的污染的性能就会受到影响。
以单位塑料薄膜基材面积(1m2)计，第一层的重量优选在0.01～10g之间，更优选在0.05～2g之间。第一层重量在0.01～10g之间时，第一层抗污染性能良好，同时强度也高。当重量在0.05～2g之间时，上述优点更为明显。
优选第一层覆盖暴露于本发明物质外部的覆盖材料部分的80％或更高，更优选占90％或更高。当第一层覆盖暴露于结构外部的覆盖材料表面的80％或更高，可具有良好的抗污染性能。
通常将包含有介质和分散于介质中的无机微粒的流体混合物覆于塑料薄膜基材之上形成的第二层表面，然后干燥去除混合物中的介质以形成第一层。因为要求无机微粒在待使用的流体混合物中分散均匀，所以用无机微粒的胶体作为流体混合物。例如，第一层可采用日本专利申请公开文献2003-238717公开的方法来形成。
流体混合物中的分散介质可以是水、甲醇、异丙醇、n-丁醇、异丁醇、乙二醇、二甲苯等。
覆盖材料的内表面，即形成本发明结构内部表面的覆盖材料表面，可以涂布功能性涂层如抗雾化涂层。此外，覆盖材料在塑料薄膜基材内侧可以具有类似必要的第一层和第二层的多层。
用于形成在覆盖材料中的塑料薄膜基材的材料可以是没有特定限制的任何塑料，其物理和化学强度足以承受建造种植植物的结构物时将其罩于框架上的拉伸和户外使用维持种植植物的结构物形状。但特别适用透明度好的塑料。形成薄膜的塑料可以由单种聚合材料构成，或可以由二种或多种聚合材料构成。
适用于本发明的塑料的实例包括烯烃树脂；含氯树脂如聚(氯乙烯)、乙烯基氯化物-甲基丙烯酸甲酯共聚物和聚(偏氯乙烯)；聚酯树脂如聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(ethylene naphthalate)；丙烯酸树脂如聚(甲基丙烯酸甲酯)；含氟树脂；以及聚碳酸酯树脂。
烯烃树脂的实施例包括日本专利申请公开文献6-336539、2000-272068、2001-103849及2002-248720公开的树脂。
塑料薄膜基材可以含有各种添加剂，如Kagaku Kogyo公司于1970年出版的《塑料和橡胶添加剂的实用手册(Handbook of Practical Use of Additives forPlastics and Rubber)》中公开的添加剂，例如抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、防雾剂、防晕剂(anticlouding agents)、无机填充物(inorganic fillers)、石蜡、抗静电剂、润滑剂、抗阻塞剂(antiblocking agents)和颜料。
抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、防雾剂、防晕剂以及无机填充物的具体实例包括日本专利申请公开文献2002-248720公开的物质。
紫外线吸收剂也可使用日本专利申请公开文献11-315067和2001-2842公开的紫外线吸收剂。
塑料薄膜基材可用传统的塑料薄膜成型技术制造，如膨胀成型(inflationforming)、T-模成型(T-die forming)及压延机成型(calender forming)。
塑料薄膜基材可以是具有两层或多层塑料层的多层薄膜。这样的多层薄膜可采用传统的多层薄膜成型技术制造，如共挤出膨胀成型(co-extrusion inflationforming)、共挤出T-模铸造成型(co-extrusion T-die casting)、叠片挤塑成型(extrusion lamination forming)以及干燥叠片成型(dry lamination forming)。
含有无机微粒的第二层的形成方法和基本只包含无机微粒且形成于第二层之上的第一层的形成方法都没有特殊限定。这些方法的实施例包括凹版印刷涂抹法(gravure coating)、反面涂抹法(reverse coating)、刷滚涂抹法(brush rollcoating)、喷涂法(spray coating)、接触涂抹法(kiss coating)、捋涂法(die coating)以及浸渍(dipping)/光面棒涂抹法(plain bar coating)。特别是那些层还可采用日本专利申请公开文献2003-238717公开的方法形成。
本发明的用于种植植物的结构是用覆盖材料覆盖的，覆盖材料具有第一层和第二层；第一层基本只包含无机微粒，该层稳定性和耐用性上表现优异；第二层与第一层和塑料薄膜基材均粘合良好。因此，这种结构在抵抗各种污染，典型如霉菌方面性能良好。从而保持结构内高水平的照度。
实施例本发明的一个实施例如下所示。但本发明不限于此实施例。
实施例1无机微粒胶体组合物的制备把胶状氧化硅(商品名SNOWTEX-ZL，颗粒直径使用BET比表面积技术确定为70～100nm，固体含量为40重量％，介质为水，尼桑化学工业有限公司(Nissan Chemical Industries，Ltd.)制造)用水稀释至固体含量为10重量％。这样就得到了第一种胶体组合物。
在100份量水中，加入1.84重量份的胶体氧化铝(商品名ALUMINASOL520，颗粒直径使用TEM观察胶体法确定为10～20nm，固体含量为20重量％，介质为水，尼桑化学工业有限公司制造)、0.49重量份的胶体氧化硅(商品名SNOWTEX20，颗粒直径使用BET比表面积技术确定为10～20nm，固体含量为20重量％，介质为水，尼桑化学工业有限公司制造)、0.013重量份的由Tokyo Kasei Kogyo有限责任公司制造的辛酸钠(sodiumcaprylate)、0.002重量分的对甲苯磺酸钠(p-toluenesulfonate)(Nacalai Tesque股伤有限公司制造)和0.09重量份的无机层状化合物(商品名Sumecton SA，由Kunimine工业有限公司制造)。这样就制备出第二种胶体组合物。
塑料薄膜的生产使用如下所示的材料(i)和(ii)，采用共挤出膨胀成型技术制备三层薄膜(制造温度150℃)。此三层薄膜中，层(1)厚度为30μm，层(2)厚度为90μm，层(3)厚度为30μm，并按照此顺序层压。所形成的管状薄膜周长为8540mm。材料(i)用于层(1)和层(3)，材料(ii)用于层(2)。在膨胀成型的最后阶段，管状泡通过夹辊(nip rolls)被折叠。
材料(i)热塑性树脂组合物，由75重量％的乙烯/己烯-1共聚物(商品名Sumikathene-EFV201，由Sumitomo化学有限公司制造)、24.3重量％聚乙烯树脂(商品名Sumikathene F208-0，由Sumitomo化学有限公司制造)、0.6重量％光稳定剂(商品名Tinuvin622，由Ciba专业化学药品股份有限公司(Specialty Chemicals K.K.)制造)以及0.1重量％抗氧化剂(商品名Irganox1010，由Ciba专业化学药品股份有限公司制造)制成。
材料(ii)热塑性树脂组合物，由87.4重量％的乙烯—醋酸乙烯酯共聚物(商品名Evatate H2031，由Sumitomo化学有限公司制造)、12重量％水滑石类化合物(商品名DHT-4A，由Kyowa化学工业有限公司制造)、0.5重量％光稳定剂(商品名Tinuvin783，Ciba专业化学药品股份有限公司制造)以及0.1重量％抗氧化剂(商品名Irganox1010，Ciba专业化学药品股份有限公司制造)制成。
涂层的形成膨胀成型后，对已折叠的薄膜外表面进行电晕(corona)处理。处理后立即将第二种胶体组合物覆于其表面，然后干燥，形成含有无机微粒的第二层。第二种胶体组合物涂覆时使用长4500mm、直径16mm、绕线架(wire wound)0.2-mmφ的迈耶(Meyer)棒，使第二层以单位塑料薄膜外表面面积(1m2)计重量为0.2g。电晕处理使薄膜的表面能量达到400μN/cm或更高。在送风温度60℃、风速18m/sec的条件下在干燥器中进行干燥。
第二层形成后，将第一种胶体组合物覆于第二层之上，然后干燥，在第二层之上形成基本只含有无机微粒的第一层。涂覆第一种胶体组合物时使用长4500mm、直径16mm、表面粗糙的平棒，其最大直径和最小直径相差6μm或更小。使第一层以单位塑料薄膜外表面面积(1m2)计重量为0.2g。在送风温度60℃、风速18m/sec的条件下在干燥器中进行干燥。
得到的折叠薄膜沿其一侧缘纵向分开，然后展开。这样就得到8400mm宽、150μm厚的具涂层的薄膜。
具涂层薄膜的第一层表面的8EM照片及该薄膜横截面的TEM照片分别如图1和2所示。图1表明具涂层薄膜的外表面由基本只含有无机微粒的层覆盖。图2表明有两层无机微粒层覆盖在塑料薄膜基材上。
农用棚的建造在日本千叶辖区室外的试验田里，用以上制备的具涂层薄膜作为覆盖材料，展开覆盖在农用棚形状中搭建的框架上。这样就建成了农用棚。具涂层的薄膜布置成涂层表面成为农用棚外表面的形式。
照度的测定测定棚内照度随时间的变化。把具光探测器的照明光度计安放在距地面1.7m的高处，使光探测器的光接受表面与覆盖材料的内表面接触并与地面形成20°角。
另一方面，在棚外部附近安放另一具光探测器的照明光度计，也放置在距地面1.7m的高处，使光探测器的光接受表面与地面形成20°角。
计算同一时间棚外的光照度与棚内光照度的比值。
分析造成污染的物质棚建成2个月后，对覆盖材料部分取样观察。分析样品以找出暴露于大棚外的样品表面所附着的污染物。
试验结果如表1所示。
对比实施例1一种农用聚烯烃树脂薄膜，一面具有无机胶体的衍生组合物涂层即SanzenKako有限公司制造的KLTNTATE MC150，将该薄膜展开覆于试验棚上，使涂层朝内。象对实施例1一样对其进行评估。薄膜的展开方式见其上印刷的方式。
试验结果如表1所示。
参考实施例农用的氯乙烯树脂薄膜一面具丙烯酸树脂涂层“Clean Ace”——东芝化学MKV公司制造，将该薄膜展开覆于试验棚上，使涂层暴露在外。象对实施例1一样对其进行评估。薄膜的展开方式见其上印刷的方式。
试验结果如表1所示。
表1
*1检测Mg、Ca、Al和Si(离子色谱分析)*2检测苯并芘(离子色谱分析)*3形态观察(转移到琼脂培养基上继续培养后观察)如表1所示，实施例1的农用棚相对照度降低的较少，故而半透明度保持较好。此外，对2个月后的污染物分析表明，没有检测到支链孢属霉和芽枝霉，所以没有观测到霉菌的繁殖。
另一方面，对比例1中的棚相对照度降低幅度大，故而半透明度保持性差。此外，观测到支链孢属霉和芽枝霉的繁殖。
权利要求
1.用于种植植物的结构，其包括框架及覆盖在框架上以限定该结构外形的覆盖材料，其中覆盖材料包含由塑料薄膜构成的基材；基本只包含第一种无机微粒的第一层，形成覆盖材料的一面，该面是该结构的外表面；和含有第二种无机微粒的第二层，位于基材和第一层之间，其中，该第二层形成于基材之上，第一层形成于第二层之上。
2.如权利要求1所述的结构，其中第一种无机微粒的平均颗粒直径比第二种无机微粒的平均颗粒直径大。
全文摘要
本发明公开了用于种植植物的结构，其包括框架及覆盖在该框架上以限定该结构外形的覆盖材料，其中覆盖材料包含由塑料薄膜构成的基材；基本只包含第一种无机微粒的第一层，形成覆盖材料的一面，该面是该结构的外表面；以及含有第二种无机微粒的第二层，位于基材和第一层之间，其中，该第二层形成于基材之上，第一层形成于第二层之上。
文档编号B32B27/14GK1608842SQ200410047778
公开日2005年4月27日 申请日期2004年3月25日 优先权日2003年3月27日
发明者阪谷泰一, 南部仁成, 儿岛伴树 申请人:住友化学工业株式会社, 三善加工株式会社