FILMES TRICAPA PARA CUBIERTAS DE INVERNADERO

Juan Carlos JimŽnez Garc’a, Antonio Mar’n Trujillo,

Repsol YPF Ð Asistencia TŽcnica y Desarrollo Embajadores, 183 Ð 28045 Madrid (Espa–a)

III CONGRESO CIDAPA 18-19 de octubre de 2001 Valencia, Espa–a

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FILMES TRICAPA PARA CUBIERTAS DE INVERNADERO

Juan Carlos JimŽnez Garc’a, Antonio Mar’n Trujillo, Repsol YPF Ð Asistencia TŽcnica y Desarrollo Embajadores, 183 Ð 28045 Madrid (Espa–a)

ABSTRACT

La coextrusi—n es una sofisticada tecnolog’a relativamente nueva en el mundo de los pol’meros termopl‡sticos. Los primeros resultados satisfactorios se alcanzaron en los a–os 60. Consiste b‡sicamente en la utilizaci—n de un cabezal de extrusi—n de estructura adecuada al que se alimentan dos o m‡s flujos de pol’meros fundidos procedentes cada uno de ellos de extrusores independientes.

Hasta el momento las principales aplicaciones de la tecnolog’a de coextrusi—n han estado orientadas hac’a campos como envases y embalajes, tuber’a, etc. Sin embargo cada d’a va aumentando su uso en la obtenci—n de filmes para aplicaciones agr’colas: cubiertas de invernaderos, acolchado, peque–os tœneles, desinfecci—n de suelos, etc.

El objetivo es poner y mantener en capas los diferentes flujos de pol’mero que le llegan al cabezal. De esta manera se aprovechan las propiedades de cada uno de ellos y se pueden obtener filmes con caracter’sticas que en algunos casos no se podr’an conseguir con tecnolog’a monocapa.

Repsol-YPF ha desarrollado compuestos especiales, basados en PEBD y copol’mero EVA, para obtener Òfilmes a medidaÓ para cubiertas de invernadero. Combinando estos compuestos, en estructura tricapa, es posible seleccionar el grado de transmisi—n de luz visible, la cantidad de luz directa o difusa, la intensidad del efecto tŽrmico, el bloqueo de la radiaci—n UV, el efecto antigoteo, etc.

INDICE 1. 2. 3. 4.

Introducci—n Coextrusi—n en agricultura Conclusiones Bibliograf’a

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1. INTRODUCCIîN

Los pl‡sticos, principales art’fices del desarrollo de la agricultura protegida, han evolucionado constantemente en las œltimas dŽcadas. En un primer momento fueron usados œnicamente para preservar los cultivos de las inclemencias metereol—gicos, sin embargo, paulatinamente se han ido convirtiendo en parte esencial del aumento de la productividad de los cultivos.

El objetivo de la presente ponencia es mostrar las ventajas de los filmes tricapas resultado de la combinaci—n de diferentes compuestos especialmente desarrollados por Repsol-YPF para cubierta de invernaderos.

La tecnolog’a de coextrusi—n es la extrusion simult‡nea en un œnico cabezal de dos o m‡s capas homogŽneas de pol’mero de forma que se obtiene una estructura laminar con varios niveles de adhesi—n. Cada resina necesita su propio extrusor independiente aunque se puede dar el caso de que en un mismo cabezal se extruyan filmes con m‡s de una capa del mismo producto. Los materiales conservan sus caracter’sticas en la boquilla de forma que cada uno de ellos ofrecen sus especiales caracter’sticas aun‡ndolas en la estructura final.

La coextrusi—n surge en el momento en que los productos (filmes, tuber’as, etc) obtenidos a partir de un

œnico material no pueden responder a las propiedades

deseadas. Entonces aparece la idea de combinar diferentes compuestos, cada uno formando una capa, cuyo conjunto de materiales y capas tenga el balance de propiedades m‡s adecuado. La coextrusi—n de mœltiples capas de diferentes materiales a travŽs de los labios de la misma boquilla se emplea para la obtenci—n de productos tales como filmes agr’colas, filmes industriales, recubrimientos, l‡minas, perfiles, tubos, etc. Permite, pues, fabricar productos formados por varias capas, en una sola operaci—n, con mejores caracter’sticas que los materiales de partida en un producto monocapa, permitiendo reemplazar materiales tales como papel, cart—n, pel’cula de aluminio, etc. En muchos casos esto supone un ahorro apreciable de energ’a.

De lo dicho anteriormente se deduce que la coextrusi—n ofrece muchas posibilidades mediante el uso de mœltiples combinaciones de diferentes productos y

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esta es la raz—n de que el mercado de filmes pl‡sticos

para cubierta de

invernadero se oriente hacia los filmes coextruidos.

Figura 1 . - Cabezales de coextrusi—n: esquema y fotograf’a.

2. COEXTRUSIîN EN AGRICULTURA

La superficie mundial cubierta por invernaderos en 1999 fue tres veces mayor que en 1991, 510000 ha y 153000 ha respectivamente. Teniendo en cuenta la duraci—n media y el espesor medio de los filmes, el consumo del pl‡stico para esta aplicaci—n es de m‡s de medio mill—n de toneladas por a–o.

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Tabla 1. - Cifras mundiales: superficie de invernaderos (ha.). (Cifras presentadas en ÒThe 15th International Congress for Plastics in AgricultureÓ Hershey, Pennsylvania, 23-27th September 2000)

AREA

1991

1999

AFRICA

5720

27000

ORIENTE MEDIO

1500

26000

AMERICA DEL NORTE

2850

9850

536

12500

22000

270000

120420

165000

AMERICA CENTRAL Y DEL SUR ASIA EUROPA

Los pl‡sticos m‡s utilizados en coextrusi—n para aplicaciones agr’colas son polietilenos de baja densidad y copol’meros EVA y EBA con contenidos en comon—mero del 4 % al 18 % e ’ndices de fluidez menores de 0,5 g/10Õ. Los espesores habituales de los filmes van desde 80 a 200 µm.

Figura 2. Vista al microscopio de las capas de dos filmes tricapa

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La estructura m‡s utilizada es la tricapa, de forma que la capa central tiene doble espesor que las laterales (es lo que se denomina estructura 1:2:1)

La Tabla 2 muestra las propiedades mec‡nicas de filmes de polietileno de baja densidad, copol’mero EVA y coextrusi—n de EVA todos ellos en 200 micras de espesor. La duraci—n depende de la zona geogr‡fica, cuatro campa–as son frecuentes en norte y centro-Europa mientras que tres campa–as son habituales en el ‡rea mediterr‡nea.

La mayor’a de los transformadores, incluso los de pa’ses menos desarrollados, usan la tecnolog’a de coextrusi—n en la confecci—n de filmes para cubiertas de invernadero. En el parque de m‡quinas instaladas para esta tecnolog’a son comunes extrusores con tornillos de 200 mm de di‡metro y boquillas con 2 metros de di‡metro para pel’culas de hasta 16 m de ancho. La capacidad de producci—n de estos equipos puede ser superior a los 1500 Kg/hr.

PEBD

EVA 4

EVA 14

COEX EVA 4/14/4

19

19

25

22

500

550

550

550

Alargamiento a fuerza constante, %

8

10

50

28

Resistencia al impacto, g

750

1100

> 1500

> 1500

Resistencia al rasgado, KN/m

35

40

55

50

Resistencia a la tracci—n en el punto de rotura, MPa Alargamiento en el punto de rotura, %

Tabla 2. - Pel’culas de 200 µm de espesor: propiedades mec‡nicas en extrusi—n en direcci—n m‡quina de PEBD y copol’mero EVA con contenidos de 4% y 14% de AV y coextrusi—n de copol’meros EVA 4/14/4 (estructura 1/2/1).

Adem‡s de las propiedades mec‡nicas, que dependen esencialmente del pol’mero base utilizado, existen otra serie de caracter’sticas espec’ficas de la aplicaci—n para cubiertas de invernadero. Las m‡s importantes est‡n relacionadas con la radiaci—n

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electromagnŽtica del sol, principalmente en las regiones del ultravioleta, visible e infrarroja. La influencia de este tipo de energ’a sobre los pl‡sticos, plantas, insectos y hongos se muestra en la tabla 3.

Figura 3. Ð Espectro electromagnŽtico de la radiaci—n solar.

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ULTRAVIOLETA

VISIBLE

INFRARROJO

Degradaci—n del pl‡stico

Fotos’ntesis

Calentamiento del suelo

Activaci—n de fitocromos

Fotoperiodismo

Calentamiento de la atm—sfera

Esporulaci—n de hongos

Fototropismo

Retenci—n del calor (Efecto invernadero)

Visi—n de los insectos

Tabla 3. - Efecto de la radiaci—n del sol sobre los pl‡sticos y los cultivos.

Los filmes pl‡sticos deben ser capaces de sacar el mejor partido posible a las distas zonas del espectro de radiaci—n solar para obtener los mejores resultados en la cosecha.

El uso de antioxidantes adecuados y estabilizantes U.V. aumentan la vida œtil de las cubiertas pl‡sticas. Los absorbedores U.V. reducen el riesgo de plagas, producidas por microorganismos fitopatogŽnicos, propagadas por insectos, aunque tambiŽn pueden perturbar el trabajo de abejas y abejorros cuando se emplean Žstos como agentes polinizadores.

Debido a que el crecimiento y la productividad de las plantas dependen directamente

de

la

radiaci—n

PAR

(siglas

en

ingles

de

la

radiaci—n

fotosintŽticamente activa, Photosynthetic Active Radiation) se tratar‡ siempre de maximizar la cantidad y calidad de luz visible en el interior del invernadero. A veces se pide que los filmes sean claros para una mayor cantidad de luz directa, otras veces se requiere que la luz sea m‡s difusa para lo que se emplear‡ una pel’cula difusora. En zonas con clima hœmedo y fri— la gran cantidad de gotas de agua formadas por condensaci—n en el interior del invernadero pueden, por una parte, reducir la cantidad de luz que le llega al cultivo debido a la reflexi—n y, en el otro extremo, llegar a producir quemaduras en las plantas debido al efecto lupa.

La radiaci—n IR es la responsable del calentamiento de la superficie terrestre. As’ filmes con alta transparencia en el infrarrojo cercano (longitudes de onda entre 0,8 y 2,5 micras) y con alta opacidad en el infrarrojo medio (longitudes de onda entre 7 y 14 micras) permiten recoger abundante energ’a calor’fica durante el d’a y evitan su pŽrdida durante la noche. Los copol’meros EVA con alto contenido en AV y

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algunas cargas minerales son transparentes en el infrarrojo cercano y tienen una fuerte absorci—n en el infrarrojo medio (Fig. 3)

Contenido en cargas minerales

100

Transmisi—n IR, %

Transmisi—n IR (%)

Contenido en AV

80 60 40 20 0 0

50

100

150

200

250

100 80 60 40 20 0 0

Espesor (micras) 0%

5%

10%

15%

50

100

150

200

250

Espesor (micras) 20%

0%

2%

5%

10%

Figura 3. - Curvas de transmisi—n IR (7-14 µm) en funci—n del contenido en AV y cargas minerales.

Actualmente se han constatado las limitaciones de la tecnol—gica monocapa para combinar todos los requisitos solicitados a ciertos filmes de cubierta de invernadero en un solo producto, tanto desde el punto de vista tŽcnico como econ—mico. Desde el punto de vista de calidad se desaconseja la confecci—n de filme por extrusi—n soplado en monocapa mediante la mezcla en el extrusor de varios pol’meros y concentrados debido a la ausencia de la adecuada homogeneidad.

Los compuestos de Repsol-YPF son desarrollados pensando en la tecnolog’a de coextrusi—n. Las resinas bases utilizadas, PEBD y copol’meros EVA tienen similar peso molecular e iguales caracter’sticas reol—gicas. As’ mismo antes de su homologaci—n se han estudiado los sinergismos y antagonismos de los aditivos utilizados.

En las tablas 4 y 5 se recogen respectivamente diferentes compuestos y algunas combinaciones tricapa que se pueden hacer con ellos.

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COMPUESTO

ANTIGOTEO

POLêMERO

CONTENIDO

CARGA

OTROS

BASE

EN AV %

MINERAL

DIFUSORES

BLOQUEO UV

DE LA LUZ A

PEBD

---

---

SI

---

---

B

PEBD

---

SI

SI

---

---

C

PEBD

---

Sê

SI

---

SI

D

EVA

4

---

SI

---

---

E

EVA

4

---

---

---

---

F

EVA

4

SI

---

---

SI

G

EVA

14

---

SI

---

---

H

EVA

14

---

---

---

---

I

EVA

14

SI

SI

---

---

J

EVA

14

Sê

SI

Sê

---

K

EVA

14

---

---

SI

---

Tabla 4. Ð Compuestos para coextrusi—n y sus principales caracter’sticas.

ESTRUCTURA

TRANSMISIîN

DIFUS

TRANSMISIîN

CARACTERêSTICAS DE LOS

DE LUZ %

IîN,

IR, %

FILMES

13

Muy tŽrmico, alta difusi—n de la

% B/G/B

87

60

luz. D/G/D

90

45

18

TŽrmico, difusi—n de la luz.

E/H/E

91

18

18

TŽrmico, alta claridad.

A/J/J

90

45

10

Muy tŽrmico, difusi—n de la luz, antigoteo.

E/K/K

92

12

17

TŽrmico, alta claridad, antigoteo.

F/G/F

90

55

12

Muy tŽrmico, alta difusi—n de la luz, bloqueo UV.

Tabla 5. Ð Estructuras tricapas para distintas necesidades.

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3. CONCLUSIONES

El continuo aumento de la poblaci—n mundial es un hecho incuestionable, esto ocasiona unas necesidades crecientes de productos agr’colas. Debido a que esta demanda no puede ser satisfecha por la agricultura tradicional, se ha desarrollado el mundo el cultivo en invernadero bajo condiciones controladas. El desarrollo de la tecnolog’a de extrusi—n de filmes pl‡sticos ha sido uno de los pilares que ha permitido el desarrollo de la nueva agricultura. Usando compuestos en base a PEBD y copol’meros EVA con tecnolog’a en coextrusi—n es posible fabricar lo que se viene llamando Òfilmes a medidaÓ para las cubiertas de invernadero, que permiten aumentar la productividad del cultivo mediante la selecci—n del grado de transmisi—n de luz visible, la luz directa o difusa, el grado del efecto tŽrmico, la intensidad del bloqueo de la radiaci—n U.V., el efecto antigoteo, etc.

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4. BIBLIOGRAFêA

1. ÒPlastics extrusion technologyÓ. Hensen F. Ed. D’az de Santos. 1997.

2. ÒLarge coextruded products for greenhouses and silosÓ. Buzzola C. Macplas 17, No 136. March 1992.

3. ÒState of the art of multi-layer filmsÓ. Daponte T. Macplas 17, No 136. March 1992.

4 . ÒMateriales pl‡sticos. Propiedades y aplicacionesÓ. Rubin. Ed. D’az de Santos. 1998.

5 . ÒPolymer degradation and stabilityÓ. Allen N.S., Chirinos A. 1985, Elsevier, London.

6 . ÒPhotostabilization of polymers. Principles and applicationsÓ Rabek J.F. 1990. Elsevier. London.

7 . ÒPolymer durability. Degradation, stabilization and lifetime predictionÓ. Clough R.L., Gillen K.T. 1996. American Chemical Society, Washington.

8. ÒPlastics Additives. An A-Z referenceÓ. Pritchard G. Chapman and Hall Ed. 1998. London.

9 . ÒPlastics aditives handbookÓ. Sweifel H. 5th Edition. Hanser Publisers. 2001. Munich.

10. ÒHandbook of fillersÓ. Wypych G. 2nd. Edition, ChemTec Publishing. Toronto. 1999.

11. ÒThe theory of heat radiationÓ. Planck M. Dover Publication 1959. New York

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12. ÒRatiation in the atmosphereÓ. Kondatryev K.Y. Academic Press, 1969. New York.

13. ÒAplicaci—n de los pl‡sticos en la agriculturaÓ. Robledo F. and Mat’n Vicente L. Mundiprensa. 1988. Madrid.

14. ÒFilmes fotoselectivos agr’colas para el control de la fotomorfogŽnesis de los cultivosÓ. Catalina F., Santamar’a R., Salmer—n A., Esp’ E. Revista de Pl‡sticos Modernos, n¼ 531, Septiembre 2000.

15. ÒFilmes tŽrmicos: conceptos, compuestos y cosechasÓ. Esp’ E., Salmeron A., Catalina F. Revista de Pl‡sticos Modernos n¼ 531, Septiembre 2000.

16. ÒProceedings of 15 th. International Congress for Plastic in AgricultureÓ, Pennsylvania, USA, September 2000.

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