ПОЛИСВЕТАНОВЫЙ ДОМ ДЛЯ РАСТЕНИЙ
Е.Коваль, заведующий лабораторией,
Институт химии нефти.
г. Томск.
Разработка состава, технологии производства и применения
высокоэффективных полимерных пленок
сельскохозяйственного
назначения
Наиболее перспективным современным направлением в области
разработки и производства специальных пленок для закрытого грунта
в сельском хозяйстве как в технически развитых странах, так и в
России является целенаправленное регулирование фотофизических
свойств полимерных пленок. Такое регулирование достигается путем
придания полимерным композиционным материалам, используемым для
производства специальных пленок, свойств избирательно пропускать,
отражать или поглощать электромагнитное излучение УФ-, видимого и
ИК-диапазонов. К настоящему времени разработан достаточно большой
круг химических, технологических методов и приемов.
Основным отличием проводимой нами работы является использование
для регулирования фотофизических свойств специальных полимерных
пленок фотолюминофоров на основе соединений редкоземельных
элементов (прежде всего европия). Отличительная особенность таких
пленок -- способность поглощать проходящее через них
электромагнитное излучение УФ-диапазона и преобразовывать его в
излучение красной области спектра.
Это направление является Российским приоритетом. В первых
сообщениях на эту тему, появившихся в начале 80-х годов, показала
возможность создания принципиально нового класса светопрозрачных
пленочных материалов путем введения в их состав комплексных
соединений европия. Такие материалы, названные авторами
"полисветаны", при использовании в качестве покрытия сооружений
закрытого грунта оказывает значительное влияние на физиологию
выращиваемых под ними растений (полисветановый эффект).
|
Испытания проводятся в тепличном хозяйстве одного из
пригородных Томских совхозов -- "Томь". Блок теплиц площадью
около 800 м подготовленных к сельскохозяйственному сезону 1999
года успешно проходит испытания уже второй год.
|
Для целого ряда культур использование светокорректирующих пленок
дает эффекты, значительно превосходящие полученные при
использовании других типов современных пленок, выпускаемых в
технически развитых странах, сопоставимых по стоимости и
техническим показателям. Это, в свою очередь, стало одним из
основных стимулов развития фундаментальных и прикладных работ в
указанной области в ряде научных коллективов РАН (Владивосток,
Томск, Уфа, Москва).
В СО РАН под руководством Г.Толстикова с 1998 года проводится
работа по программе "Полимерные композиционные материалы --
избирательные фильтры -- преобразователи электромагнитного
излучения и их применение в биологических исследованиях, сельском
хозяйстве и медицине", предусматривающей комплексное решение
проблемы от научных исследований до промышленного производства. В
рамках этой программы предпринята попытка объединения усилий
специалистов в области химии, химической технологии, физики,
биологии. Программа предусматривает также решение проблем,
связанных с разработкой методов синтеза специальных добавок для
получения полимерных композиционных материалов -- селективных
фильтров преобразователей электромагнитного излучения, изучением
их химических и фотохимических превращений в неводных средах, в
том числе в полимерной матрице, исследованием особенностей их
фотофизических свойств и применением в качестве покровных
материалов для сооружений закрытого грунта.
Основная задача исследований, проводимых в рамках программы "Сибирь", --
разработка специальных полимерных пленок для сельского хозяйства
на основе полиэтилена высокого давления (ПЭВД). Особенность
применения ПЭВД -- гетерогенный, дисперсный характер систем
полимер-люминофор, что определяется крайне низкой растворимостью
фотолюминофоров на основе соединений европия.
Для таких систем интегральные свойства определяются не только
химической природой компонентов полимерных композиций и
характером их взаимодействия, но и размером и формой частиц,
характером их распределения в полимерной матрице.
Все это, наряду с требованиями фотобиологии, определяет круг
изучаемых особенностей фотофизических свойств разрабатываемых
пленок. Такие свойства, определяются как по стандартным
методикам, так и по специально разработанным нами для этой цели.
Доля вторичного люминесцентного излучения может быть оценена
путем сравнения спектров солнечного излучения с излучением
прошедшим через пленку. В целом доля вторичного излучения не
превышает десятых долей процента.
Спектральный состав прошедшего через пленки электромагнитного
излучения может быть оценен методом УФ-спектрофотометрии. При
прохождении излучения через пленки наблюдается уменьшение доли
коротковолновой составляющей электромагнитного излучения на
величину от 5 до 15%. Спектры показывают также уменьшение доли
прямого и относительное увеличение доли рассеянного излучения при
прохождении через пленки на 20--50%.
При этом кроме значения исходных показателей фотофизических
свойств для фотобиологии важным является изучение динамики
изменения фотофизических свойств в условиях эксплуатации.
Совокупность указанных фотофизических свойств полиэтиленовых
пленок с фотолюминофорами и определяет в конечном счете
проявляемый ими полисветановый эффект.
Изучение фотофизических свойств светокорректирующих пленок
является одной из наиболее сложных задач. В настоящее время даже
разные российские школы, занимающиеся этой проблемой, используют
разные методики, разный приборный парк, что приводит к получению
практически несопоставимых результатов. В связи с этим в 1999 г.
в рамках договоров о сотрудничестве региональных отделений РАН
сформирована программа совместных работ в этой области Сибирского
и Дальневосточного отделений, Уфимского научного центра РАН --
"Разработка основ создания полимерных пленок -- фотоселективных
фильтров -- преобразователей электромагнитного излучения",
предусматривающая формирование единого подхода к решению
проблемы.
Уровень развития указанной области в настоящее время не позволяет
достаточно достоверно прогнозировать совокупное изменение как
фотофизических свойств пленок, так и проявляемый ими
полисветановый эффект, в зависимости от состава композиционных
материалов, химической природы компонентов, технологии их
приготовления и других факторов. Основное развитие здесь проходит
за счет экспериментального изучения таких зависимостей. С этой
целью нами на базе ОАО "Томский нефтехимический комбинат"
разработана экономная и рациональная схема изготовления образцов
специальных пленок.
На первом этапе для получения предварительных результатов по
влиянию на свойства пленок химической природы компонентов
композиционных материалов и других факторов, нарабатываются
лабораторные образцы пленок шириной "20 мм из минимального
количества исходных компонентов (полиэтилен -- сотни грамм,
добавки -- десятки мг).
Испытания таких образцов позволяет получить предварительные
данные, способные оптимизировать количественный и качественный
состав композиционных материалов.
Используемое лабораторное оборудование идентично промышленному,
что позволяет провести предварительную отработку технологии
получения специальных пленок и получать образцы для детального
исследования их технологических и эксплуатационных характеристик.
Результаты позволяют сделать выбор образцов для проведения
предварительных биологических испытаний. Такие испытания --
биологическое тестирование пленок -- проходят на агробиостанции
Томского педуниверситета по методике, отработанной совместно с
Томским госуниверситетом.
В 1999 г. в рамках программы "Сибирь" исследована эффективность
применения выпускаемых Российскими производителями
фотолюминофоров для получения светокорректирующих пленок.
Использовано 12 образцов, доступных в необходимом количестве
(сотни кг/год), приемлемых по стоимости.
Рассмотрено влияние на свойства пленок добавок стабилизаторов,
красителей. Отработан состав пленок и технология изготовления с
использованием фотолюминофоров двух типов. Наработано 10
лабораторных образцов пленок и двух опытно-промышленных партий
для биологического тестирования и предварительных
сельскохозяйственных испытаний, что стало возможным только
благодаря своевременной финансовой поддержке программой "Сибирь".
В результате отработано два варианта
светокорректирующих пленок для промышленного производства,
Кемеровский завод "Полимер" уже выпустил 107 т
(таких пленок, адаптированных к
условиям региона Западной Сибири. На 2000 г. запланировано
увеличение объема выпуска до 300--400 т).
|
В 2000 году опытными пленками укрыт еще один блок из 8 теплиц,
используемых для выращивания рассады, овощных и зеленных культур.
|
Сельскохозяйственные испытания разрабатываемых пленок проводятся
на предприятиях агропромышленного комплекса в рамках
научно-технической программы Администрации Томской области
"Сибирская теплица".
стр.
| 
