+7 (495) 787 55 99
Главная » Новости и статьи » Оптимизация свойств тепличных пленок с помощью функциональных добавок

Новости и статьи

Оптимизация свойств тепличных пленок с помощью функциональных добавок

Не секрет, что фермерские хозяйства, выращивающие всевозможные сельскохозяйственные культуры в тепличных комплексах, заинтересованы в получении максимально ранней продукции до начала массовых сборов в открытом грунте, чтобы реализовать выращенную продукцию по максимально высокой цене. Наилучший результат достигается в круглогодичных тепличных комплексах, которые представляют собой сложные инженерные конструкции обычно с заглубленным фундаментом и (или) стенами, с гидроизоляцией и теплоизоляцией фундамента и каркаса. Для достижения максимальной урожайности в таких теплицах устанавливают системы отопления, освещения, полива и внесения удобрений, хорошей вентиляции и увлажнения воздуха. Такие конструкции аккумулируют максимальное количество солнечной энергии, поддерживают оптимальную для роста сельскохозяйственных культур температуру (даже во время самых сильных холодов), обеспечивают растениям своевременный полив и питание, что в совокупности положительно влияет на урожайность растений.

Даже в менее сложных, но гораздо более дешевых необогреваемых теплицах с покрывной полимерной пленкой фермер стремится повысить урожайность и получить более раннюю продукцию при относительно небольших затратах. Среди конструкций необогреваемых теплиц наиболее распространены арочные, многоугольные и стрельчатые с односкатной или двускатной крышей, реже встречаются типы теплиц с наклонными стенами в форме шалаша, купольной или пирамидальной формы. Все подобные теплицы можно накрыть полиэтиленовой пленкой в отличие от стекла или сотового поликарбоната, которые не могут быть использованы в ряде конструкций. Другими преимуществами полиэтиленовой тепличной пленки по сравнению с альтернативными укрывными материалами являются:

• простота монтажа;

• доступная цена, недорогой ремонт или замена пленки;

• малая масса, а потому незначительная нагрузка на каркас;

• большой выбор толщины, ширины и разновидностей пленки;

• быстрый прогрев воздуха внутри теплицы в дневные часы.

Вместе с тем у тепличной пленки есть ряд недостатков, в числе которых:

• сравнительно невысокая прочность (пленку легко повредить острым инструментом, она может растянуться, порваться от града, снега и ветра);

• склонность к образованию конденсата;

• быстрое охлаждение воздуха в теплице ночью;

• старение полимера, которое ускоряется под воздействием УФизлучения, из-за применения удобрений (минеральных, органических, бактериальных), серы или инсектицидов и других пестицидов.

Вместе с тем указанные недостатки можно свести к минимуму или даже полностью устранить на этапе изготовления пленочного материала. Например, прочность пленки можно повысить путем правильно подобранных полимеров. Другие недостатки можно устранить с помощью полимерных добавок. Компания Ampacet разработала специальные добавки для тепличных пленок, которые позволяют существенно улучшить свойства полимерной тепличной пленки и, в частности:

• усилить парниковый эффект в целях накапливания тепла днем и его сохранения ночью;

• рассеивать проходящий сквозь пленку свет и ускорить тем самым процесс фотосинтеза;

• предотвратить накапливание капель на внутренней поверхности пленки в целях улучшения ее светопроницаемости;

• создать барьер для УФ-излучения;

• замедлить старение пленки и продлить тем самым сроки ее эксплуатации.

Эти и другие добавки были представлены компанией Ampacet на недавней крупной международной выставке Fakuma, прошедшей с 16 по 20 октября в г. Фридрихсхафене (Германия) (фото 1).

1. «Умный» ИК-барьер для накапливания тепла днем и сохранения ночью

Как известно, днем преобладающая часть солнечного излучения преобразуется в тепло. В результате воздух, почва и растения в теплице прогреваются, а ночью
охлаждаются, отдавая тепло в атмосферу за счет собственного излучения в длинноволновой части ИК-спектра. Для того чтобы удерживать максимальное количество тепла внутри теплицы, идеальная тепличная пленка должна:

• максимально пропускать излучение в ближнем диапазоне длин волн ИК-спектра (0,76–3,0 мкм), чтобы воздух в теплице нагревался в течение дня;

• препятствовать излучению в дальней области ИК-спектра (более 3,0 мкм), чтобы удерживать в теплице тепло от почвы ночью.

Компания Ampacet разработала концентрат 100218-А для полиэтилена с эффектом «умного» ИК-барьера. Тепличная пленка с этой добавкой хорошо пропускает солнечное излучение в области 0,8–3,0 мкм и задерживает длинноволновые лучи ИК-спектра в области 7,0–14,0 мкм. Таким образом, пленка с 100218-А гораздо эффективнее накапливает тепло днем и гораздо меньше отдает тепло ночью. В результате, как было установлено на практике:

• тепличные культуры созревают на 10–15 дней быстрее, и поэтому их можно раньше пускать в продажу;

• урожайность возрастает на 15–20 %;

• снижается риск потери урожая из-за заморозков.

2. Светорассеиватель для улучшения фотосинтеза

Излучение, необходимое растениям для фотосинтеза и называемое Photosynthetically Active Radiations (PAR), имеет длину волны в диапазоне 0,4–0,7 мкм. Однако в пределах этого спектра хлорофилл имеет различную восприимчивость к определенным длинам волн. Так, излучение длиной 0,6–0,7 мкм, соответствующее красному и оранжевому цветам, наиболее важно при фотосинтезе. Когда солнечное излучение падает на полиэтиленовую пленку, часть излучения отражается, а часть проходит сквозь пленку внутрь теплицы. Излучение, прошедшее через пленку, условно разделяют на прямое и рассеянное, которое возникает из-за неоднородностей пленки. В климатических условиях юга России прямое попадание солнечных лучей может наносить вред растениям (существует риск получения ожога). В этом случае должны использоваться фильтры, которые преобразуют значительную часть падающего излучения в рассеянное. Кроме того, рассеянный свет более благоприятен для фотосинтеза растений. Результаты исследований показывают, что сильное рассеивание света оказывает благоприятное влияние на рост растений и созревание урожая. В частности, применение пленок со светорассеивающими добавками увеличивает количество падающего света на листья растений во втором и третьем ярусах в три раза по сравнению с обычной пленкой. Добавка Light diffuser PE MB 101314 компании Ampacet содержит минеральные фильтры, увеличивающие рассеивание света, а ее введение в состав пленочного полимера в количестве до 6 % практически не влияет на прозрачность пленки в области видимого света. При введении 8 % добавки 101314 про

зрачность полиэтиленовой пленки снижается всего на 2,5 % за счет коротковолновой области (в районе 0,4 мкм) и никак не влияет на PAR, а доля рассеянного света при этом увеличивается значительно.

3. Антифог для предотвращения образования капель на пленке

Капли на поверхности пленки существенно ухудшают процесс передачи света, отражая падающий свет и снижая тем самым количество проходящего сквозь пленку солнечного излучения, необходимого для фотосинтеза. Кроме того, капли, падающие на растения, приводят к накоплению воды на листьях и повышают риск появления некоторых видов паразитов. Чтобы избежать негативного влияния конденсации, необходимо повысить смачиваемость полиэтилена водой вплоть до ее растекания и образования на внутренней поверхности пленки тонкого водяного слоя (рис. 1). Кроме того, тонкий слой воды на пленке хорошо отражает длинноволновое ИК-излучение. Поэтому антифоговые тепличные пленки отличаются от обычных более высокой теплостойкостью.
Специально для многолетних тепличных пленок компания Ampacet разработала антифог AGROCLEAR 651, который не совместим с полиэтиленом и мигрирует к поверхности пленки. Молекула этого антифога состоит из неполярной, гидрофобной углеводородной цепочки и частично – из гидрофильной, которая и размещается на поверхности пленки, улучшая ее смачиваемость водой. В результате капель на пленке нет на протяжении 2–3 сезонов!

4. Барьер на пути ультрафиолетовых лучей

Наиболее энергоемкое УФизлучение с длиной волны менее 0,28 мкм поглощается в основном озоновым слоем атмосферы Зем
ли. УФ-лучи с длиной волны более 0,28 мкм достигают поверхности земли и могут вызвать ожоги и некроз тканей растения. Типичным следствием такого негативного воздействия УФ излучения является, в частности, почернение лепестков красных роз. Чтобы избежать почернения лепестков роз компании Ampacet разработала специальный ИК-барьер 100645-А. Этот концентрат успешно применяют многие тепличные комплексы уже на протяжении многих лет! Самой последней разработкой Ampacet в области УФ-барьерных пленок является концентрат 101922, который обладает малой скоростью миграции и обеспечивает барьерные свойства пленки на более долгий срок. Огромный интерес у фермеров, занятых выращиванием томатов, вызывает пленка с этой добавкой – так называемая пленка-антивирус. Она препятствует проникновению в теплицу УФ-лучей, без которых некоторые виды насекомых – переносчиков вирусов – слепнут и не могут инфицировать растения. Белая тля, один из самых распространенных вирусоносителей, является переносчиком вируса желтой курчавости листьев томата (TYLCV), поражающего томатные культуры и вызывающего пожелтение и деформацию листьев растений (фото 2).

Из других культивируемых растений белой тлей могут быть заражены также фасоль, перец, тыква, петуния, табак и др. Эксперименты показали, что УФ-барьер Ampacet 101922, используемый в тепличной пленке для томатов, существенно снижает количество томатов, пораженных вирусом TYLCV, и незначительно влияет на популяцию насекомых, опыляющих растения. Собранный в такой теплице урожай по объему выше, чем в обычной теплице, а внешний вид собранных плодов значительно лучше (фото 3). В то же время сеянцы томата, заразившиеся TYLCV вскоре после высадки, останавливаются в росте и не образуют плодов, а в стадии плодоношения новые плоды не завязываются. 

5. УФ-стабилизатор для замедления старения пленки

В составе УФ-стабилизаторов Ampacet используются современные активные вещества – так называемые HALS-стабилизаторы (Hindered Amine Light Stabilizers) с известным механизмом действия. Эти стабилизаторы хотя и не останавливают, но существенно замедляют деградацию полимера из-за воздействия УФ-излучения. Как правило, целесообразно использовать комбинацию низкомолекулярного и высокомолекулярного HALS-стабилизаторов; первого – для стабилизации внешнего вида, защиты глянца, защиты от растрескивания и от потери прозрачности, второго – для сохранения потребительских физикомеханических свойств, в том числе прочности и модуля упругости при растяжении, а также ударной вязкости. Добавки Ampacet 102429 UV PE MB, 10561 UV PE MB, 101727-А UV PE MB и 1000083-Е UV PE MB – это стандартные УФ-стабилизаторы, имеющие различный состав и предназначенные для различных задач и сроков эксплуатации пленки. УФ-стабилизатор 1000052-E UV PE MB содержит последнее поколение HALS-стабилизаторов и предотвращает развитие деструктивных процессов под действием УФ-излучения при умеренном использовании пестицидов. При воздействии же на пленку большого количества пестицидов рекомендуется применять УФ-стабилизатор 1000055-E UV PE MB, который менее чувствителен к присутствию агрохимикатов и пестицидов. Как известно, в присутствии кислот (например, сернистой, сульфоновой или серной) УФстабилизатор на основе HALS легко дезактивируется из-за кислотнощелочной реакции, а образующаяся соль не может взаимодействовать со свободными радикалами. Новая добавка AGRISTAB 372, разработанная Ampacet в 2018 г. на основе запатентованного вещества, обладает повышенной эффективностью. Ее основное отличие заключается в том, что содержащиеся в ней активные вещества минимизируют взаимодействие с кислотой, предотвращают чрезмерную дезактивацию и сохраняют стабилизирующие свойства.

Оценка эффективности действия AGRISTAB 372 проводилась в лаборатории Ampacet с помощью двух вариантов специального оборудования – Bandol Wheel и Wheather-O-Meter, предназначенного для ускоренных климатических испытаний путем имитации воздействия пестицидов при обработке образцов пленки кислотами. После этого проводились исследования деградации пленки и оценка ее физико-механических свойств. Деградацию пленки оценивали по изменению оптической плотности (ΔA) связей C=O c использованием ИК-спектроскопии на основе преобразования Фурье. Об эффективности действия AGRISTAB 372 можно судить из данных, представленных на рис. 2. Результаты испытаний на оборудовании Bandol Wheel показали, что полиэтиленовые пленки, стабилизированные добавкой AGRISTAB 372, превосходят по своим функциональным характеристикам другие доступные на рынке добавки, содержащие и не содержащие HALS. Кроме того, по сравнению с традиционными добавками использование AGRISTAB 372 позволяет вдвое сократить дозировку при сохранении аналогичных свойств.

Полученные результаты были дополнены итогами исследования старения пленок на климатическом оборудовании Wheather-O-Meter. Оказалось, что в процессе испытаний пленки, содержащие AGRISTAB 372, сохраняют исходный цвет в течение длительного времени в отличие от пленок с альтернативными добавками (фото 4). Кроме того, пленка, содержащая AGRISTAB 372, отличается лучшим светопропусканием (рис. 3).

Сравнительная характеристика эффективности действия AGRISTAB 372 и традиционных УФ-стабилизаторов, используемых в производстве тепличных пленок, приведена в таблице. Специалисты Ampacet могут дать рекомендации по выбору требуемого УФ-стабилизатора и его правильной дозировке. Для этого нужно знать толщину пленки, состав, регион и гарантийный срок эксплуатации, а также внешние факторы воздействия.

 

 
Схема проезда