1 FILMES TRICAPA PARA CUBIERTAS DE

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
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
1
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
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
2
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
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
3
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.
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
4
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
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
5
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
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
6
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.
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
7
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
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
8
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.
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
9
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.
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
10
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.
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
11
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
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
12
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.
III Congreso CIDAPA - III CIDAPA Congress
13