Влияние УФ-излучения на свойства полиэтилена. Скромный труженик огорода — полиэтилен Клей как вредный фактор

Многие десятки лет пленки исправно служат садоводам-огородникам и крупным тепличным хозяйствам.

Материалы покрытий и их свойства

Физико-механические показатели пленки определяются химическим составом и способом получения. Наиболее распространены:

• Полиэтиленовая
• Поливинилхлоридная
• Этиленвинилацетатная

Первая получается экструзией полиэтилена высокого (ПВД) или низкого давления (ПНД), имеет толщину от 30 до 400 мкм, поставляется в рулонах. Типичная ширина – 1500мм, намотка 50–200 м. В соответствии с требованиями ГОСТ 10354-82 прочность на разрыв сельскохозяйственных марок СТ, СИК составляет не менее 14,7 и 12,7 МПа соответственно. Изделия из ПНД превосходят аналоги из ПВД по химической стойкости и на 20–25% по прочности. На рынке представлены продукты, содержащие вторичные полимеры, уменьшающие стоимость, но снижающие механические характеристики.

Эксплуатационные показатели обуславливают специфические компоненты:

• Стабилизаторы (UF-добавки)
• Антифоговый слой
• IR-адсорбенты
• EVA-добавки

Нестабилизированная пленка на 80% прозрачна для ультрафиолетового излучения, что приводит к ожогам растений и сокращает срок ее службы до 6–12 месяцев в результате разложения. Наличие в составе 2%, 3% UF -стабилизаторов увеличивают долговечность до 18 и 24 мес соответственно (3, 4 сезона). Проницаемость для UF лучей снижается вдвое. Ингридиенты придают лимонный или голубой оттенок продукту.

Рис.1. Работа UF-добавок

Антифоговый слой обладает высокой смачиваемостью, способствует равномерному растеканию, предупреждает падение конденсата на культуры, обеспечивает его стекание с потолка по стенкам в дренажную систему. Результат – стабильная светопроницаемость и защита от гнилостных заболеваний, вызванных переувлажнением.

Рис.2. Гидрофильное действие

Малая толщина требует снижения потерь тепла от инфракрасного излучения почвы в ночное время. Задачу решают введением в состав IR-адсорбентов и EVA (этиленвинилацетатных) компонентов.

Вещества не влияют на проницаемость для солнечного света, служат отражению вторичного коротковолнового излучения грунта. В итоге удается поднять температуру в парнике на 3–5°C, по сравнению с обычным ПВД, не допустить заморозков на грунте. Кроме этого EVA повышает эластичность и морозостойкость.

Рис.3. IR-адсорбенты, EVA-добавки

Разработаны пленки марки ФЕ (светокорректирующие), преобразующие ультрафиолетовые лучи в видимый красный свет с длиной волны 615 нм, интенсифицирующий процессы фотосинтеза и развития саженцев в 2 раза.

Неприятная особенность полимеров – электростатический эффект, проявляющийся осаждением пыли на поверхности, ухудшающий прозрачность. Избежать этого явления позволяют антистатические концентраты, например серии «Atmer» от «Croda Polimer», вводимые в количестве 30–50% в композицию.

Прочность полиэтилена увеличивают армированием и многослойной конструкцией. Последней характерна лучшая теплоизоляция благодаря воздушному зазору, но прозрачность ее ниже, чем однослойной, вследствие преломления лучей на границах сред. Трехслойные продукты оптимальны для большепролетных (до 16 м) теплиц, имеют срок службы 3–5 лет.

Рис. 4. Большепролетная теплица с 3-х

Рис. 5. 3-х слойная армированная пленка от слойной пленкой

Армированные изделия состоят из двух слоев светостабилизированного полиэтилена и внутренней сетки из синтетических нитей диаметром 0,3 мм. Материал выдерживает нагрузку до 70 кг/м 2 , однако проницаемость свету падает примерно на 10%.

Поливинилхлоридные покрытия (ПВХ), изготовленные методом каландрирования, наиболее прочные, эластичные. Продукция высшего сорта марки С по ГОСТ 16272-79 выдерживает на разрыв вдоль волокон не менее 22 МПа, что служит залогом долговечности.

Коэффициент пропускания света достигает 88%, соответствует таковому для полиэтилена, но ПВХ меньше мутнеет со временем, чаще применяется однослойным (толщиной 150–200 мкм), поэтому эффективность его выше. Проницаемость для ультрафиолета составляет около 20%, снижена полезная фотосинтетическая радиация с длиной волн 380–400 нм (ультрафиолет А)

Изготовители используют стабилизирующие, антистатические, IR-добавки, определяющие оптимальный набор показателей. Модифицированный ими поливинилхлорид удерживает до 90% инфракрасного излучения внутри сооружения, обеспечивая лучшую тепловую эффективность .

Паропроницаемость (не менее 15 г/м 2 за 24 часа) благоприятно сказывается на дыхании растений в жаркие дни (у полиэтилена 0,5–30 г/м 2). Морозостойкость до -30°C позволяет переносить заморозки без охрупчивания. Ресурс доходит до 7 сезонов, но цена продукции на 50–70% выше, чем ПВД.

Этиленвинилацетатные (севиленовые) пленки представляют сополимер этилена с винилацетатом, по внешнему виду не отличимые от полиэтилена. Превосходят его по прочности на 20–25%, по прозрачности для лучей видимой части спектра – 92% против 88–90% у первого.

Покрытие гидрофильно, предотвращает капель на листья, вызывающую переохлаждение и образование водяных микролинз – причину местных ожогов. Морозостойкость достигает -80°C. Материал жестче ПВХ, меньше удлиняется и провисает под действием снега, дождя, ветра.

Период эксплуатации изделий, например «EVA-19» от «BERETRA OY», достигает 6–7 лет. Стоимость выше, чем у предыдущих.

Плюсы и минусы

Преимущества пленочных теплиц:

• Стоимость меньше в 3–5 раз, чем у стеклянных и поликарбонатных
• Не требуют фундамента
• Простота и высокая скорость монтажа
• Компактность при перевозке

К недостаткам относят:

• Меньшую в 10–30 раз прочность
• Малую жесткость – склонность к удлинению и провисанию под нагрузкой.
• Плохую теплоизоляционную способность. Теплопотери пленки толщиной 0,5 мм в 20 раз больше, чем у листа поликарбоната – 6 мм.
• Нестабильность свойств – помутнение со временем
• Меньшую долговечность – лучшие продукты уступают поликарбонату в 2 раза
• Необходимость разборки на зиму

На страницах данного информационного ресурса уже отмечалась необходимость защиты изделий из полиэтилена, в частности полуфабрикатов (полиэтиленовых стержней, листов, плит и т.д.) из полиэтилена различных марок, а также других материалов семейства полиолефины, от вредного воздействия УФ - излучения, при эксплуатации изделий на открытом воздухе.

Вредное воздействие УФ - излучения выражается в изменении цвета материала (выцветании), а также в изменении его механических свойств - материал становится хрупким и растрескивается, даже без механической нагрузки.

Следует отметить что эти процессы (выцветание и изменение механических свойств) не связаны между собой – выцветание характеризует, прежде всего, стойкость красителей, используемых при производстве материалов, и поэтому потеря оригинального цвета изделия далеко не всегда означает изменение механических свойств материала.

Как уже отмечалось выше, для придания стойкости полиолефинов к воздействию УФ - излучения в их состав в процессе производства вводят специальные УФ - стабилизаторы (HALS – ингибиторы).

В целом можно сказать, что устойчивость материала к воздействию УФ - излучению, и, следовательно, срок службы изделий, зависит от количества и эффективности используемых УФ - стабилизаторов, а также от интенсивности УФ - излучения – в более высоких широтах интенсивность УФ - излучения ниже, чем в более низких. Дополнительно интенсивность УФ – излучения может усиливать, например, его отражение от водной поверхности.

Сочетание стабилизаторов и красителей, вводимых в состав материала, также может оказывать значительное воздействие на срок службы изделий, например вводимый в состав изделий из полиэтилена краситель на основе сажи сам по себе является хорошим УФ – стабилизатором, поэтому срок службы изделий из полиэтилена черного цвета является наибольшим.

Ведущие производители инженерных термопластов регулярно проводят тестирование производимых материалов для определения влияния УФ – излучения на их свойства. В целом можно сказать, что целевым показателем срока, в течение которого не должно происходить значительного изменения свойств материалов является 10 лет.

Однако с учетом того, что как уже отмечалось выше, интенсивность УФ – излучения для разных климатических зон различна, для мест высокой интенсивностью излучения реально достижимая величина этого показателя может быть значительно ниже.

С другой стороны, для изделий, в состав которых введен краситель на основе сажи, срок эксплуатации может быть значительно выше – в среднем до 20 лет, без значительных изменений свойств материала.

Отдельно стоит остановиться на вопросе выцветания материала. Данных эффект может наблюдаться в большей или меньшей степени, в зависимости от интенсивности УФ – излучения и стойкости применяемых красителей. При этом, стойкость применяемых в последнее время органических красителей, как правило, значительно ниже стойкости красителей на основе тяжелых металлов (например, кадмия). Поэтому далеко не всегда более современные материалы являются более устойчивыми к выцветанию.

В конце 1950-х годов, сразу после изобретения, начинает набирать популярность. Сначала он используется в качестве полимерной тары и защиты от ультрафиолетовых лучей в промышленности. С течением времени, полиэтилен быстро находит применение у цветоводов и овощеводов.

Достоинства и недостатки

На данный момент полиэтиленовая плёнка – самая популярная и дешёвая среди всех предложений на отечественном рынке. Большой спрос на неё обусловлен экономией средств. А вот достоинств перед аналогами у неё очень мало, хотя они и существуют:

• доступная стоимость;
• на 90% пропускает солнечный свет;
• малый коэффициент температурного расширения;
• со временем прочность материала увеличивается;
• при низких температурах не утрачивает свою функциональность.

Самый главный недостаток – плёнка изначально не предназначена для данных целей. Покрытие выдерживает обычно не более сезона, после чего плёнка рвётся, трескается. Но этот минус компенсируется малой стоимостью плёнки, поэтому новым полиэтиленом теплицу можно укрывать ежесезонно.

Имеются и другие важные недостатки:

• обыкновенная полиэтиленовая плёнка склонна к быстрому разрушению под влиянием УФ-лучей и высокой температуры.
  Если она используется в качестве дополнительного покрытия под теплицей из поликарбоната или стекла, срок службы такой плёнки составит примерно несколько лет. Если она натянута просто на тепличные дуги – прослужит едва ли месяца четыре;
• высокие температуры и действие солнечных лучей уменьшают прочность плёнки, её морозоустойчивость и светопроницаемость;
• повышенная влажность в тепличном пространстве собирает конденсат на поверхности плёнки, который задерживает собой солнечный свет;
• тот же конденсат собирает на себе частицы пыли, которые ещё больше усугубляют проникновение света;
• разница температур окружающей среды и тепличного пространства велика по той причине, что полиэтилен не пропускает инфракрасные лучи, которые стремятся вверх из нагретой почвы;
• плёнка, натянутая на металлическую основу разрушается сильнее вследствие сильного нагревания металла.

Модификации полиэтиленовой плёнки

Ввиду своей в настоящее время полиэтилен для теплиц имеет достаточно большое количество разновидностей. Он различается как по прочности материала, так и по коэффициенту светопропускания.

Полиэтилен светостабилизированный

Одним из компонентов данного вида плёнки является специальное вещество, которое останавливает разрушение покрытия из-за неблагоприятной окружающей среды. Срок службы такой плёнки увеличивается в разы по сравнению с обыкновенной плёнкой – стабилизированный полиэтилен выдерживает несколько сезонов или может использоваться в течение всего года.

Отличить обычную плёнку от модифицированной внешне невозможно. При выборе необходимой стоит внимательно изучить этикетку.

Полиэтилен гидрофильный

Эта модификация имеет очень важное качество – она не даёт конденсату скапливаться на поверхности полимера. Капли распределяются по покрытию равномерно, так, что этот слой не уменьшает светопропускную способность и не создаёт капель.

Заслуга таких преимуществ плёнки в том, что она в своём составе содержит свето- и термостабилизаторы, которые не только увеличивают срок службы полимера в несколько раз, но ещё и задерживают тепловое излучение.

Ещё одним из плюсов является повышение урожайности в парниках с таким покрытием. По данным исследований, в теплицах с гидрофильным полиэтиленом урожайность и быстрота созревания увеличивается примерно на пятнадцать процентов.

Вспененный полиэтилен

Для тех, кто решил сделать самостоятельно сезонную для культур, которые боятся резких температурных перепадов, рекомендуется обратить внимание на данный вид плёнки. Она состоит из двух слоёв – монолита и вспененного материала. Отличие от обычной плёнки состоит в том, что этот полиэтилен хуже пропускает и рассеивает солнечные лучи , тем самым понижая дневную температуру среды. Ночью же тепло, накопившееся за день, медленно покидает парник, и он сохраняет высокую температуру внутри.

Плёнка из армированного полиэтилена

Данная плёнка отличается от других разновидностей тем, что содержит тройной слой полимера. Толщина полиэтилена для теплиц невелика (от 15 до 300 мкм), а средний слой – это армирующая сетка из моноволокна. В составе такой сетки может содержаться как стекловолокно, так и другие армирующие элементы, например, лавсан.

Стоит обратить внимание, что наибольшей прочностью будет обладать плёнка с частой сеткой и малым размером ячеек. Однако густая сетка уменьшает светопропускной коэффициент. Срок эксплуатации такой плёнки может составлять до десяти лет.

Что выбрать

Большой выбор модификаций полиэтиленовой плёнки не должен вводить в ступор, ведь каждая из них обладает своими определёнными свойствами. В тоже время от выбора плёночного покрытия будет зависеть весь сезонный урожай , поэтому к такому вопросу нужно подходить грамотно и во всеоружии. При выборе полиэтилена для теплиц необходимо отталкиваясь от бюджета определить наиболее подходящую модификацию для конкретных задач.

Стальную конструкцию защищают от коррозии грунтованием с последующим окрашиванием. А вот алюминиевая в защите не нуждается. Для большей надежности специалисты рекомендуют алюминиевый анодированный профиль, усиленный стальным стержнем.

Используют и дерево. По сравнению с металлом деревянные элементы намного массивнее. Кроме того, они нуждаются в ряде защитных мер: покраске, обработке антисептиками и антипиренами.

Предлагаемый на рынке пластиковый профиль более пригоден для временных сооружений. В наших климатических условиях он быстро приходит в негодность. Чтобы он не погнулся от сильного порыва ветра, лучше выбрать профиль, усиленный металлическим стержнем.

Основную поверхность стен и кровли образуют светопрозрачные конструкции, закрепленные на каркасе. Для них используют стекло, пленку и пластик.
Стекло пропускает 90 % солнечного света и неплохо удерживает тепло: даже в морозную погоду в остекленной теплице температура будет на 4 °С выше наружной. Его основные недостатки — хрупкость и значительный вес. Для теплиц используют стекло толщиной 3 мм. Остекление металлического каркаса герметизируют резиновым уплотнителем, а деревянного — деревянными штапиками.
Акрил (оргстекло) — легкий бесцветный материал, выдерживающий значительные механические нагрузки (что немаловажно при сильных снегопадах), пропускающий ультрафиолетовые лучи и по прозрачности не уступающий стеклу.
Поликарбонат — полимерный материал, который в 250 раз прочнее и в 6 раз легче стекла. Обладает высокой прочностью, тепло- и огнестойкостью, а также низкой теплопроводностью. Он пропускает не намного меньше света, чем прозрачное стекло. Можно зашить поликарбонатом весь каркас и не демонтировать покрытие на зиму в течение многих лет. Этот материал бывает монолитный и сотовый. Из первого изготавливают элементы как плоской, так и криволинейной формы. Такие изделия достаточно жесткие и не требуют несущего каркаса. Однако они относительно дорогие, поэтому плоские кровли покрывают сотовым поликарбонатом. Благодаря своей структуре он имеет высокие теплоизоляционные характеристики. А его малый вес позволяет устанавливать легкие несущие конструкции. В качестве кровельного материала используют листы толщиной не менее 8 мм. Для стен можно выбрать более тонкие листы. Поверхность поликарбоната чувствительна к механическим воздействиям.
Поливинилхлорид (ПВХ) выпускают в виде гофрированных листов. Он отличается высокой механической и ударопрочностью, стойкостью к ультрафиолетовому излучению, долговечностью, гибкостью при температуре от —40 до +65 °С. Прозрачные бесцветные листы ПВХ пропускают 82 % света, но не пропускают ультрафиолет, поэтому для теплиц используют специально обработанные ПВХ-материалы, пропускающие УФ-излучение, необходимое для фотосинтеза.
Полимерная пленка эластична, прозрачна и легка в установке. Она выдерживает морозы до —20 °С, но плохо переносит резкие перепады температуры. Полиэтиленовая пленка пропускает 80 % видимых и ультрафиолетовых лучей, устойчива к щелочам и кислотам, не пропускает воду и пар. Ее недостаток — высокая теплопроницаемость, до 90 %. Под действием ультрафиолета и воздуха пленка стареет, ее светопрозрачность снижается, и к концу сезона материал разрушается. Полотнище пленки склеивают фенолом, формальдегидом, муравьиной кислотой, сваривают паяльником или утюгом. При стыковке ее укладывают так, чтобы край одного полотна перекрывал край другого на 10—15 мм. На место шва накладывают полоску целлофана.
ПВХ-пленка пропускает 90 % видимых и до 80 % УФ-лучей, но почти не пропускает инфракрасные лучи, благодаря чему теплицы в ночное время охлаждаются незначительно. Срок службы этого материала — два-три сезона.
Сополимерная этиленвинилацетатная пленка отличается повышенной прочностью, эластичностью и светостойкостью. Она устойчива к ветру и проколам. Служит до трех лет.
Рулонный стеклопластик изготавливают на основе полиэфирных смол, армированных стекловолокном. Он характеризуется высокой прочностью, надежностью и плохо пропускает тепловую радиацию. Поставляется в рулонах шириной 90 см. Куски соединяют при помощи эфирных смол. Срок службы рулонного стеклопластика - четыре года.