KR100248696B1 - 방사선여광용복합재 - Google Patents

Abstract

중합체, 첨가제 및 특정 중합체에 필요한 통상적 안정화제 및 가공 보조제를 포함하여 이루어지는 방사선 여광용 복합재. 첨가제는 바람직하게는 간섭 안료이다.

Description

방사선 여광용 복합재

본 발명은 식물 생장 및 형태 발생에 영향을 미치기 위한 태양 방사선 여광용 중합체 물질 및 첨가제에 관한 것이다.

식물 생장을 조절하기 위해서는 식물 생장 및 형태 발생에 영향을 미치는 특별한 광 조건을 설정하는 것이 필요하다. 예컨대, 온실 내 또는 뿌리 덮개(mulch) 필름 아래의 식물 생장을 위한 특별한 광 조건에는 특히 중요한 것들이 포함된다. 밀폐된 지역 내의 온도와 입사광의 광 강도 및 스펙트럼 분포는 식물 생장에 중요한 인자이다.

예컨대, 온실 내의 식물은, 낮은 너무 많은 태양광으로 인하여, 그리고 밤의 너무 큰 온도 저하로 인하여 낮과 밤의 온도차가 너무 크게 된다면, 온도 변화에 대한 저항성이 형성되기 때문에 잘 자라지 못하게 될 것이다. 이 때문에 식물은 그 생장을 멈추게 된다. 따라서, 온실내 광합성을 위해서는 광합성적 활성 방사선(PAR)만이 필요한 한편, 태양광의 다른 부분들은 미기후에 주로 부정적인 영향을 주기 때문에 여광되어야 한다. 따라서, 다음 목적들이 성취되어야 한다. 첫째, 특히 NIR 방사선에 의한 태양광의 강한 조사는 밀폐된 지역 내의 지나친 고온을 피하기 위하여 여광되어야 한다. 둘째, 식물이 타는 것을 방지하기 위하여 입사광 비임은 산란되어야 한다. 세째, 상기 밀폐된 지역 내의 열은 밤에 저장되어야 한다.

그러나, 뿌리 덮개 필름의 경우에는 정반대의 효과가 바람직하다. PAR은 여광되어야 하고 태양광의 모든 다른 부분들은 투과되어야 한다. 농업 분야에서 뿌리 덮개 필름은 유용한 식물의 생장 조건을 개선하고 화학 제초제의 사용을 최소화 하기 위하여 사용된다.

특정작물에 대해 경작자는 식물 형태 발생에 개입하기를 원한다. 형태 발생은 식물의 형태 및 외관에 대한 환경 인자들의 영향이다. 이들 중 한가지가 광의 성질이다. 이것은 분광 에너지 분포가 식물 생장에 영향을 미친다는 것을 의미한다.

라비브(Raviv)와 알링함(Allingham)은 문헌["Plastic Culture", No. 59, 1989. 9., 3-12페이지]에 식물의 고정 생장을 위하여 분산광이 바람직하다고 기재하고 있다. 또한, 분산광은 식물을 손상시키지 않는다는 이점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 핸콕(Hancock)은 문헌["Plastic Culture", No. 79, 1988, 4-14페이지]에서 LDPE 중의 특별한 첨가제가 분산광 발생과 온실 내 바람직한 열 효과를 주기 때문에 온실 내의 미기후에 바람직한 효과를 갖는 것으로 기재하고 있다. 적당한 첨가제로는 카올린 형태의 알루미노실리케이트, 탄산칼슘, 활석 및 카올린 점토이다.

유리로 만들어진 온실은 무기 유리의 고유한 물리적 성질로 인해 상기 조건의 일부를 이미 만족한다. 또한, 구조적 수단, 에컨대 널링 가공한(knurled) 유리 또는 쉐도우 클로스(shadow cloth)가 공지되어 있다.

밀폐 재료가, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트 또는 폴리아크릴레이트 등의 플라스틱인 경우, 이들 요건을 만족하기는 훨씬 더 어렵다. 많은 플라스틱의 IR 방사선에 대한 고투명성은 우수한 열 투과율을 초래하며 이는 필름의 경우, 얇은 필름 두께에 의해 더욱 촉진된다.

파장 800 내지 1500nm 의 NIR 방사선의 여광을 위한 간섭 안료를 함유하는 건물 및 차량용 폴리메틸메타크릴레이트 광택재가 DE 2,544,245호에 기새되어 있다.

사용된 안료는 청적색이고 광택재를 투과한 광은 황록색이다. 온실에 사용시, 이 광택재는 식물이 이용할 수 없는 가시광 부분들이 투과되고 반면에 식물이 이용할 수 있는 가시광의 적색부가 상기 광택재에 의해 여광 제거되어 버리는 단점이 있다. 더욱이, 투과된 녹색부가 장파장 광으로 전환되기 때문에 온실 가열에 기여하는 또다른 단점을 갖는다.

EP-A 0,428,937호에는 중합체 기질 및 그 속에 현탁된 반사 입자들로 이루어지는 온실용 회백색 코팅 조성물이 기재되어 있다. 이들 입자는 이산화티탄으로 코팅된 판상 알루미늄 또는 판상 운모이다. 이 코팅 조성물은 극한 기후 조건(여름)에서 일시적 코팅용으로 사용된다. 겨울에는, 물 분사에 의해 이를 다시 세척 제거할 수 있다. 사용 안료에 대한 더욱 상세한 설명은 나와 있지 않다.

이 코팅 조성물은 IR 비임뿐만 아니라 식물이 이용할 수 있는 실질적인 부분의 가시광이 금속 입자에 의해 반사된다는 단점이 있다. 투과광의 녹색부는 식물에 의해 이용될 수 없으며 온실의 가열에 기여한다.

EP-A-03 98 243호에는 녹색 흡수색을 가지고 UV 안정화제를 함유하는, 농업용 중합체 뿌리 덮개 시트 및 뿌리 덮개 필름이 기재되어 있다. 녹색 시트 및 필름은 광합성 및 식물 발달을 촉진하는 태양 방사선(PAR)의 많은 부분을 흡수하고, 충분한 태양 방사선을 투과시켜 상기 필름 및 시트 아래의 토양을 가열한다. 이러한 뿌리 덮개 필름 및 시트는 잡초 생장을 저하시키지만 이들은 광합성적 활성 방사선을 흡수하여 유용한 식물에 대해서도 효력을 잃게 하는 단점이 있다.

모르텐센(L.M. Mortensen)과 스트롬메(E.Stromme)의 문헌[Scientia Horticulturae 33(1987), 27 내지 36]은 일부 온실 작물에 대한 광 성질의 효과가 기재되어 있다. 실외에 배치된 생장실 내에, 실내의 천연 광 스펙트럼의 선택적 여광에 의해 상이한 광 성질들을 설정한다. 높은 적색/원적색 비를 갖는 청색광은 자연광(N)과, 녹색광, 황색광 및 적색광과 비교했을 때 국화, 토마토 및 양상치의 건조 중량을 감소시킨다. 국화 및 토마토의 식물 키는 N광에 비해 청색광에 의해 크게 감소하고, 녹색광 및 황색광에 의해 크게 증가한다.

본 발명의 목적은 IR부와는 별도로, 식물이 이용할 수 없는 가시광의 녹색부를 또한 반사하는 재료인, 태양광에 의한 강한 조사의 여광을 위한 복합재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광합성적 활성 방사선을 흡수하지 않는 뿌리 덮개 필름 또는 뿌리 덮개 시트로서 유용한 복합재를 제공하는것이다.

마지막으로, 본 발명의 또다른 목적은 식물 형태 발생에 영향을 미치기 위한 덮개 재료로서 유용한 복합재를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라서 중합체, 첨가제, 특정 중합체에 필요한 통상적 안정화제 및 가공 보조제를 포함하여 이루어지는 복합재로서 달성된다.

본 발명에 따른 첨가제는 판상 물질 또는 하나 이상의 금속 산화물로 코팅된 판상 물질이다.

보통 판상 물질은 층상 실리케이트, 합성 운모, 판상 유리, 판상 세라믹 및 판상 실리카로 이루어진다.

층상 실리케이트로는 운모, 피로필라이트, 세리사이트, 활석 또는 카올린이 바람직하다.

하나 이상의 금속 산화물로 피복된 판상 물질이 바람직한 간섭 안료이다.

바람직하게 사용되는 간섭 안료는 예컨대, 운모, 카올린 또는 활석과 같은 판상 기재와, 상기 판상 기재 위의 하나 이상의 금속 산화물 필름으로 구성된 판상 안료이다.

사용할 수 있는 금속 산화물은 간섭 안료의 제조가 가능한 것들에 한하며, 예컨대, 금속 주석, 티탄, 지르코늄, 크롬, 세륨, 철 또는 텅스텐의 산화물이다.

간섭색을 생성시킬 수 있게 하기 위해서는, 일정한 필름 두께가 필요하다. 이 필름 두께는 사용되는 금속 산화물에 따라 다르다. 예를 들면, 이산화티탄을 사용하는 경우, 녹색 간섭색을 갖는 안료를 얻기 위해서 120 내지 160 nm 두께의 필름을 적용하는 것이 유리하다.

본 발명에 있어서 기재는 바람직하게는 1 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 60㎛의 직경과 0.1 내지 10㎛, 바람직하게는 0.5 내지 1.5㎛의 두께를 갖는다.

복합재의 첨가제 함량은 중합체를 기준으로 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%이다. 첨가제 함량은 복합재의 필름 두께에 따라 다르다. 용어 "첨가제"는 첨가제 혼합물도 포함한다.

본 발명에 따른 복합재에 대해, 시판 간섭 안료(독일 다름슈타트에 소재하는 에. 메르크사(E. Merk)에서 상표명 Iriodin^R로 시판함)를 첨가제로서 사용할 수 있다. 이들은 운모, TiO₂및 SnO₂로 이루어진다.

본 발명에 따른 중합체는 유기 또는 무기 중합체이다.

복합재를 제조하는데 사용되는 상기 유기 중합체로는 폴리올레핀, 공중합체 또는 삼원 공중합체, 예컨대 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA)와 같은 비닐 에스테르 공중합체, 플루오로 중합체, 공중합체 또는 삼원 공중합체, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸아크릴레이트(PMMA) 또는 투명 중합체의 혼합물과 같은 투명 재료들이다. 용어 "중합체"는 중합체의 혼합물을 포함할 수도 있다.

무기 중합체로서 유리를 사용할 수 있다.

복합재는 특정 중합체에 필요한 안정화제와 가공 보조제를 더 함유할 수 있다.

본 발명에 따른 복합재는 필름, 시트, 부직포 및 직포의 형태 및 프로필(profile)로, 바람직하게는 식물 재배 및 식물 생장(농업 및 원예)에 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 복합재는 예컨대, 온실용 필름 또는 판의 형태로, 터널 필름 및 뿌리 덮개 필름으로서 사용할 수 있다. 또한, 토양 덮개용 필름의 형태로 또는 기질 필름으로서 사용할 수 있다. 이것은 필름 취입, 필름 주조, 공압출, 주조 필름 압출 또는 적층 등의 통상적 플라스틱 공정을 사용하여 필름, 다층 필름 또는 시트의 형태로 제조할 수 있다.

간섭 안료의 최적 효과를 위하여, 복합체 내 판상 안료를 표면에 대해 평행하고 서로에 대해 평행하게 배열할 필요가 있다. 이는 예컨대 주조 시에 고려해야만 한다. 다른 공정 방법에서는, 이 평행 배열은 용융물의 유동 특성으로부터 따라야 한다.

안료의 유효성을 위해, 중합체의 완전 착색 여부 또는 안료가 다층 시스템의 하나 이상의 층으로 존재하는지의 여부는 중요하지 않다. 이러한 다층 시스템은 공압출, 코팅, 압출 코팅, 적층 또는 날염에 의해 제조할 수 있다.

온실용 덮개로서 사용되는 본 발명에 따른 복합재는 녹색 간섭 안료를 함유하는 것이 바람직하다. 이것은 장파장 적외선을 흡수하고,입사 가시광의 녹색부와 함께 근적회선을 반사시키며, 식물이 이용할 수 있는 가시광의 적색부 및 청색부만을 투과 및 산란시키는 것을 의미한다.

한편, 복합재는 밀폐 지역의 지면 또는 내용물에 의해 반사 또는 방출되는 적외선을 흡수하여 밀폐 지역이 밤에 지나치게 냉각되는 것을 막는다. 결과적으로, 입사광은 복합재 아래의 기후에 최상으로 사용된다.

본 발명에 따른 복합재가 뿌리 덮개 필름 또는 뿌리 덮개 시트로서 사용되는 경우, 잡초 성장을 방지하기 위하여 광합성적 활성 방사선을 여광하는 것이 바람직하다. 그러므로, 본 발명에 따르면, PAR을 반사하는 첨가제, 바람직하게는 간섭 안료를 사용한다. 뿌리 덮개 필름 또는 시트에 의한 PAR의 반사는 뿌리 덮개 필름 위로 자라는 유용한 식물이 반사된 PAR을 그 생장에 사용할 수 있다는 이점을 가진다. 흡수 안료로 착색된 흑색 필름 또는 녹색 필름의 경우, PAR이 흡수되어 유용한 식물에 대해서도 효력이 상실된다.

본 발명에 따라서, 적-청색 간섭 안료, 예컨대 IRIODIN^R219 루틸 라일락 퍼얼(Rutile Lilac Pearl)을 사용한다. 이 뿌리 덮개 필름 또는 뿌리 덮개 시트를 단독으로 또는 하기의 공지된 흡수 안료를 함유하는 제2 층 또는 별도의 필름과 조합하여 사용할 수 있다. 이는 예컨대, 간섭 안료가 상부층 내에 있고 흡수 안료가 하부층 내에 있는 이층 또는 다층 필름으로 이루어질 수 있다.

그 결과, 본 발명에 따른 뿌리 덮개 필름 또는 뿌리 덮개 시트는 필름 아래의 미기후(토양의 온도 및 습도)를 개선하고 공지의 필름에 더하여 PAR을 반사시킴으로써 유용한 식물의 생장을 개선한다.

본 발명에 따른 복합재를 식물 형태 발생의 조절을 위해 사용하는 경우, 태양광의 스펙트럼 분포를 변화시키는 첨가제, 바람직하게는 간섭 안료를 사용한다.

특정 작물에 대해서 경작자는 식물 형태 발생을 조절하기를 원한다. 형태 발생은 식물의 형태 및 외관에 대한 환경 인자로부터 작용한다.

생장, 개화 및 수확은 광의 스텍트럼 조정에 의해 영향받을 수 있다는 것은 공지되어 있다.

식물은 입사광으로부터 특정 파장 및 그 강도를 소거할 수 있는 안료를 함유한다. 형태 발생에 가장 중요한 식물 안료는 피토크롬과 크립토크롬이다. 피토크롬은 주로 적색/원적색 영역(680 nm/730 nm)에서 흡수한다. 크립토크롬은 청색 및 UV-A 영역(315 nm 내지 500 nm)에서 흡수한다.

청색 또는 적색/원적색 영역 내의 광 선택성 광은 식물 안료를 양성 또는 음성으로 활성화하여 예컨대 생장 및 개화에 중요한 역할을 한다.

이들 관계는 다양한 램프, 필터 및 착색 필름을 사용한 농업 실험에서 밝혀졌다. 필터 및 착색 필름의 사용은 효율을 감소시키는 에너지 손실의 단점을 항상 갖는다.

본 발명은 간섭 안료를 사용함으로써 광 발생에 영향을 미치는 신규한 방법을 기술한다. 간섭 안료를 함유하는 복합재를 통과하는 광은 식물의 생리학적 감응에 영향을 미칠 수 있다. 이는 식물 형태 구조를 조절하는 적색/원적색 비, 청색/적색 비 및 청색/원적색 비의 변화에 기인한다. Iriodin^R225 루틸 블루 퍼얼 또는 Iriodin^R221 루틸 화인 블루와 같은 청색 간섭 안료로 적색/원적색 비를 감소시키면, 식물은 마디 사이가 보다 길어지고, 가지가 적고 키가 더 크지만 잎은 더 작게된다.

Iriodin^R205 루틸 플래티넘 골드와 같은 황색 간섭 안료를 함유하는 복합재를 사용하여 청색/적색 비(적색보다 청색이 비교적 더 풍부하게)를 증가시킴으로써 볼팅(bolting)을 감소시킬 수 있다.

더욱 치밀한 식물 생장(억제된 줄기 신장)이 요구되는 경우, 높은 청색/적색 비와 함께 높은 청색/원적색 비는 제2등급의 황-녹색 간섭 안료를 함유하는 복합재에 의해 얻어진다. 이들 경우에 호르몬 생장 조절제의 사용을 피할 수 있다.

식물 및 목적에 따라서, 광범위한 색상 중에서 적당한 간섭색을 선택할 수 있다. 간섭 안료의 층 두께를 설계함으로써 매 파장에 대해 최대 반사(최소 투과)를 가져올 수 있다. 이 선택은 기술 지식 상태에 따라서 행해져야 한다. 간섭 안료의 사용은 지나치게 많은 방사선 에너지의 손실이 없이 특정 스펙트럼을 선택할 수 있게 한다.

사용된 간섭 안료의 흡수성 부재 및 투명성의 결과로서, 입사광은 분산 및 흡수에 의해 거의 감소되지 않는다. 측정 결과는 단지 5%의 증가하는 광이 흡수됨을 나타낸다. 사용된 안료의 낮은 열전도성은 본 발명에 따른 복합재의 내열성 및 열 저장 용량에 긍정적 효과를 갖는다. 선택적 반사는 식물이 이용할 수 있는 가시광의 부분들을 임의의 중대한 정도까지 여광 제거하지 않고서 거의 모든 날씨에서 온실 내에 균일한 기후를 생성할 수 있게 한다.

0.5%의 디옥틸 프탈레이트를 고밀도 폴리에틸렌 과립(필름 제조에 적당한 압출 유형, MFI4)에 대한 접착제로서 첨가한 후, 과립 표면이 균일하게 적셔질 때까지 텀블러 믹서 내에서 혼합하였다. 1%의 Iriodin^R235 루틸 그린 퍼얼(녹색 TiO₂/운모 간섭 안료)을 첨가한 후, 혼합을 단기간 계속한 결과, 판상 안료가 과립상에 균일하고 강력하게 부착된 막을 형성하였다.

이와 같이 제조된 이 유색 화합물을 필름 취입 압출기를 이용하여 두께 200㎛의 필름으로 성형하였다. 반사광에 의해 보았을 때, 필름은 진한 녹색 간섭색을 나타내는 한편, 투과광에 의해 보았을 때는 청색조의 적색으로 보였다.

[실시예 2]

필름 제조를 실시예 1과 유사하게 수행하였다. 그러나, 착색을 위하여 안료를 고 퍼센트 칼라 마스터 뱃치(예컨대, 40%의 안료)내에 제조 전에 예비 분산시켰다. 또한 Iriodin^R9235 루틸 그린 퍼얼 WR을 Iriodin^R235 대신에 사용하였다. 또한, 2.5%의 마스터 뱃치를 첨가하여 또한 안료 함량이 1%인 필름을 얻었다.

[실시예 3]

5 중량부의 에폭시화 대두유, 3 중량부의 유기 주석 안정화제, 1 중량부의 윤활제 및 0.5 중량부의 벤조트리아졸 UV 흡수제를 PVC 현탁액 100 중량부에 가하고, 0.2 중량부의 녹색 3 등급 TiO₂/운모 간섭 안료를 고속 믹서 내에 첨가하고, 혼합물을 낮은 모터 속도로 수냉하여 50℃ 이하로 냉각시켰다.

그 후, 이 착색된 건조혼합물을 적절한 프로필 공구를 사용하여 이축 압출기에 의해 이중벽 시이트로 성형하였다. 반사광에 의해 보았을 때, 시이트는 진녹색 간섭색을 나타내었으며, 투과광에 의해 보았을 때는 확삭된 규일한 청색조의 적색을 나타내었다.

기록된 반사 및 투과 트펙트럼은 얻어진 생성물 내에서 높은 %의 NIR 및 녹색광이 반사되는 것을 나타내었다. 투과광의 파장 분포는 식물 생장에 바람직한 범위였다. 가시광 내 및 NIR 내의 흡수는 5% 이하였다.

[실시예 4]

10%의 Iriodin^R231 루틸 화인 그린을 PVC 날염에 적당한 시판 투명 그라비아 날염 잉크 내에 프로펠러 교반기를 사용하여 철저히 분산시키고, 이 분산액을 그라비아날염 공정에 의하여 투명 PVC 필름 상에 날염하였다. 그 직경은 약 25㎛ 이하일 수 있는 판상 안료가 파괴되는 것을 방지하기 위하여, 선택된 안료에 대하여 선택된 스크린 치수는 70 라인/cm이었다. 유색 컵의 에칭 깊이 약 40 ㎛로, 건조 후 두께 약 10 ㎛의 필름을 형성하는 두께가 30 ㎛ 인 날염 필름을 얻었다.

얇은 방사선-여광용 필름을 얻었으며, 이것은 예컨대, 접착 필름을 이용하여 유리 표면에 적용할 수 있다.

[실시예 5]

30 중량%의 Iriodin^R219 루틸 라일락 퍼얼을 함유하는 마스터 뱃치 6부와 LDPE 94부의 혼합물을 필름 취입 성형함으로써 두께가 50 ㎛인 LDPE 필름을 제조하였다.

필름은 투과광에서는 녹색으로, 반사광에서는 라일락색으로 보였다. 이 필름을 뿌리 덮개 필름으로서 사용하였다.

[실시예 6]

30 중량%의 Iriodin^R205 루틸 플래티넘 골드를 함유하는 마스터 뱃치 6부와 94부의 LDPE의 혼합물을 필름 취입 성형함으로써 두께가 50 ㎛인 LDPE 필름을 제조하였다.

필름은 투과광에서는 청색으로, 반사광에서는 황색으로 보였다. 이 필름을 식물 형태 발생에 영향을 미치기 위해 식물의 덮개로 사용하였다.

Claims (6)

1. a) 하나이상의 금속 산화물로 코팅된 판상 재료를 포함하는 녹색 간섭 안료, 및 b) 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 투명 중합체

   를 함유하는 농업 및 원예용 태양 방사선 여광용 복합재.
2. 제1항에 있어서, 상기 판상 재료는 층상 실리케이트, 합성 운모, 판상 유리, 판상 세라믹 또는 판상 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재.
3. 제2항에 있어서, 상기 층상 실리케이트는 운모, 피로필라이트, 세리사이트, 활석 또는 카올린인 것을 특징으로 하는 복합재.
4. 제1항에 있어서, 중합체를 기준으로, 상기 성분 (a)의 0.1중량% 내지 30 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 복합재.
5. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 따른 복합재로부터 제조된 필름, 시트, 부직포 및 직포 형태의 온실용 덮개 재료.
6. 제1항에 따른 복합재를 포함하는 식물 생장 및 식물 재배용 필름 또는 시트.