(57)【要約】  本発明は、下記の化合物１）および２）よりなる群から選択される少なくとも一つの光活性無機添加剤を含む光転換フィルムを提供する：  １）Ｙ２-ｐ-ｑ-ｚ（ＴＲIII）ｐ（ＴＲIV）ｑ-（ＴＲV）ｚＯ-２Ｓ（ここで、ｐ＝０．０１〜０．１、ｑ＝０〜０．００１、ｚ＝０〜０．０００２であり、ＴＲIII＝Ｅｕ、ＴＲIV＝ＰｒまたはＳｍ、ＴＲV＝ＰｒまたはＴｂである。）；  ２）Ｙ２-ｘ-ｙ（ＴＲI）ｘ（ＴＲII）ｙＳｉＯ５（ここで、ｘ＝０．０１〜０．１、ｙ＝０〜０．００５であり、ＴＲI＝Ｃｅ、ＴＲII＝ＮｄまたはＴｍである。）。  このフィルムを用いて、ＵＶスペクトル領域を植物の生長に有用なスペクトル領域へ転換させることが可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の化合物１）および２）よりなる群から選択される少なくとも一つを含む、光転換フィルム用光活性無機添加剤：
１）Ｙ２-ｐ-ｑ-ｚ（ＴＲIII）ｐ（ＴＲIV）ｑ（ＴＲV）ｚＯ２Ｓ
ここで、ｐ＝０．０１〜０．１、ｑ＝０〜０．００１、ｚ＝０〜０．０００２であり、ＴＲIII＝Ｅｕ、ＴＲIV＝ＰｒまたはＳｍ、ＴＲV＝ＰｒまたはＴｂであり；
２）Ｙ２-ｘ-ｙ（ＴＲI）ｘ（ＴＲII）ｙＳｉＯ５
ここで、ｘ＝０．０１〜０．１、ｙ＝０〜０．００５であり、ＴＲI＝Ｃｅ、ＴＲII＝ＮｄまたはＴｍである。
【請求項２】
下記の化合物１）および２）よりなる群から選択された少なくとも一つの光活性無機添加剤を含む光転換フィルム：
１）Ｙ２-ｐ-ｑ-ｚ（ＴＲIII）ｐ（ＴＲIV）ｑ（ＴＲV）ｚＯ２Ｓ
ここで、ｐ＝０．０１〜０．１、ｑ＝０〜０．００１、ｚ＝０〜０．０００２であり、ＴＲIII＝Ｅｕ、ＴＲIV＝ＰｒまたはＳｍ、ＴＲV＝ＰｒまたはＴｂであり；
２）Ｙ２-ｘ-ｙ（ＴＲI）ｘ（ＴＲII）ｙＳｉＯ５
ここで、ｘ＝０．０１〜０．１、ｙ＝０〜０．００５であり、ＴＲI＝Ｃｅ、ＴＲII＝ＮｄまたはＴｍである。
【請求項３】
ヒンダードアミン系光安定剤をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の光転換フィルム。
【請求項４】
前記化合物１）は、前記光転換フィルムの重量に対し、０．０００１〜０．０２重量％含有することを特徴とする、請求項２に記載の光転換フィルム。
【請求項５】
前記化合物２）は、前記光転換フィルムの重量に対し、０．０００１〜０．００５重量％含有することを特徴とする、請求項２に記載の光転換フィルム。
【請求項６】
前記化合物１）と２）の組成比は、１：１〜３：１であることを特徴とする、請求項２に記載の光転換フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光活性無機添加剤およびこれを含む光転換フィルムに係り、さらに詳しくは、光のＵＶスペクトル領域を植物の生長に有用なスペクトル領域へ転換させる光活性無機添加剤およびこれを含む光転換フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
グリーンハウス（温室）は、作物の生長期間に日較差の大きい気候を持つ地球の北半球、南半球に広く設置されている。このような好ましくない昼夜間の気温差を減らすために、植物の生長に望ましい温度と光を維持するための設備を備えた仮のまたは常設のグリーンハウスが要求されてきた。従来、光スペクトルの可視光線領域の光透過度が高い無機（ケイ酸塩ガラス）および有機（透明有機ガラス、ポリマー）物質でシートまたはロール状の包装材を作り、この包装材を用いて保温用グリーンハウスが設置されていた。
【０００３】
１８６９年、ロシア科学者Ｋ．Ａ．Ｔｉｍｉｒｙａｚｅｖらは、作物に到達する光スペクトルがグリーンハウス内の植物の生長速度および収穫量に大きく影響することを最初に立証した。すなわち、彼らは、５９０〜７００ｎｍ波長帯域のオレンジ−レッド光または４２０〜４７０ｎｍ波長帯域のブルー光が植物の収穫量を大きく増加させるということを発見した。このような植物に対する光合成特性は、植物の葉緑素であるクロロフィルの光学因子と関連がある。Ｋ．Ａ．Ｔｉｍｉｒｙａｚｅｖらによって提案されたこの理論は、長期間、農業の基盤および応用研究に大きな影響を与えた。
【０００４】
そして、Ｋ．Ａ．Ｔｉｍｉｒｙａｚｅｖらによって提案された前記理論に基づいて、グリーンハウス内の光の強さ、光照射時間およびスペクトル属性に関する「植物照明技術」分野が創出された。また、この新規技術分野では、グリーンハウス内に特別な白熱ランプおよび発光ランプシステムが設置され、植物生長の促進に活用された。この分野の研究結果のおかげで、秋−冬−春にわたって大規模園芸作物、野菜、イチゴ、草花、キャベツなどの高い収穫量を得ることができるようになった。ところが、グリーンハウスの照明に使用される電気費用の急激な増加によって、園芸栽培費用も急増した。よって、秋−冬−春にわたって植物の生長を促進させることができるように、グリーンハウス用高分子フィルムが活用されていた。この高分子フィルムは、次の特性を持つことが要求される。
【０００５】
すなわち、破れ難くて強い風圧にも耐えられる機械的強度や、全可視光線領域の光スペクトルを透過させることが可能な高い光透過性、グリーンハウス内の土壌が放出する波長サイズ１０〜２５μｍの赤外線に対する高い吸収性および再放出性、太陽光の短波長および中波長領域のＵＶスペクトル吸収力（これは最近の大気のオゾン層破壊により増加したＵＶによる植物の日焼け防止のためのものである。）などである。
【０００６】
ロシア特許ＲＵ２１３１６６１は、高分子フィルムと有機ガラスで形成されたグリーンハウスの光転換カバーを開示する。ところが、この光転換カバーは、グリーンハウスにおける植物の光合成因子に大きく影響を及ぼさなかった。
【０００７】
Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｒ．特許ＳＵ１７８０３０９は、１，１０−フェナントロリン、２，２’−ジピリジン、４，４’−ジメチル−２，２’−ジピリジンまたはパラフィンユーロピウムナイトレート（paraffin europium nitrate）の錯化物を含有した光転換フィルムをグリーンハウス用光転換フィルムとして使用した。
【０００８】
ロシア特許ＲＵ２１２７５１１のグリーンハウス用光転換フィルムは、熱可塑性高分子、光安定剤、ユーロピウム化合物系無機蛍光体(phosphor)から構成されている。光安定剤としてフェノザン−２３(phenozan-23)が使用され、無機蛍光体としては、１）ユーロピウムで活性化されたストロンチウムスルフィド、２）ユーロピウム、ジスプロシウム(dysprosium)および／またはテルビウムで活性化されたカルシウムスルフィド、３）ユーロピウム、ジスプロシウムおよび／またはテルビウムで活性化されたストロンチウムカルシウムスルフィドが使用された。この光転換フィルムは、光スペクトルの２９０〜３３０ｎｍまたは４００〜４４０ｎｍ領域のＵＶスペクトルを吸収し、６１８〜６８０ｎｍで最大強度を有する５８０〜７６０ｎｍ領域のレッドスペクトルを放出する。また、この光転換フィルムは最大２時間の蛍光特性も持っている。
【０００９】
一方、光透過成分である熱可塑性高分子と光活性添加物から構成され、［Ｌａ１-ｘＥｕｘ］Ｏ］ｍ（Ｌｉｇ）ｎの一般式を有する光転換フィルムも公知になっている。ここで、ｍ＝ｎ＝１の場合、Ｌｉｇ＝Ｆ-、Ｃｌ-、Ｂｒ-を示し、ｍ＝２、ｎ＝１の場合、Ｌｉｇ＝Ｓ２-、ＳｉＯ４２-、ＰＯ４３-を示す。この光転換フィルムは、光学活性添加剤を０．０２〜５．０重量％含み、光透過高分子を残り重量％含む。ところが、この光転換フィルムは次の問題点を持つ。
【００１０】
第一に、フィルムの構成成分が光スペクトルのオレンジ−レッド領域でのみ２次光を放出し、ブルー領域では２次光を放出しない。これは豆科植物と農作物に悪影響を及ぼす。
【００１１】
第二に、無機酸硫化物系高分子組成における添加剤の含量が０．２〜０．５重量％と高い場合にのみ、放出された２次光の強度が高くなる。
【００１２】
この光転換フィルムは、レッド領域における光放出強度が弱くて植物の生長に殆ど影響を及ぼさなかった。これは、フィルム生産技術が足りないうえ、ユーロピウムイットリウム酸硫化物添加剤の濃度調節の最適化およびオレンジ−レッド領域における放出スペクトルの含量に対する最適化が行われていないためである。また、光合成に対する光因子効率が低いことが原因であった。そして、ユーロピウムイットリウム酸硫化物の放出スペクトルは波長サイズ５８５ｎｍ、６１６ｎｍ、および６２６ｎｍの互いに異なる光ピークから構成されているが、ピーク波長の４０ｎｍ間隔は光合成効率の増加に寄与しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光のＵＶスペクトル領域を植物の生長に有用なスペクトラム領域へ転換させる光活性無機添加剤およびこれを含む光転換フィルムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある観点によれば、下記の化合物１）および２）よりなる群から選択される少なくとも一つを含む、光転換フィルム用光活性無機添加剤を提供する：
１）Ｙ２-ｐ-ｑ-ｚ（ＴＲIII）ｐ（ＴＲIV）ｑ（ＴＲV）ｚＯ２Ｓ
ここで、ｐ＝０．０１〜０．１、ｑ＝０〜０．００１、ｚ＝０〜０．０００２であり、ＴＲIII＝Ｅｕ、ＴＲIV＝ＰｒまたはＳｍ、ＴＲV＝ＰｒまたはＴｂであり；
２）Ｙ２-ｘ-ｙ（ＴＲI）ｘ（ＴＲII）ｙＳｉＯ５
ここで、ｘ＝０．０１〜０．１、ｙ＝０〜０．００５であり、ＴＲI＝Ｃｅ、ＴＲII＝ＮｄまたはＴｍである。
【００１５】
本発明の他の観点によれば、下記の化合物１）および２）よりなる群から選択された少なくとも一つの光活性無機添加剤を含む光転換フィルムを提供する：
１）Ｙ２-ｐ-ｑ-ｚ（ＴＲIII）ｐ（ＴＲIV）ｑ（ＴＲV）ｚＯ２Ｓ
ここで、ｐ＝０．０１〜０．１、ｑ＝０〜０．００１、ｚ＝０〜０．０００２であり、ＴＲIII＝Ｅｕ、ＴＲIV＝ＰｒまたはＳｍ、ＴＲV＝ＰｒまたはＴｂであり；
２）Ｙ２-ｘ-ｙ（ＴＲI）ｘ（ＴＲII）ｙＳｉＯ５
ここで、ｘ＝０．０１〜０．１、ｙ＝０〜０．００５であり、ＴＲI＝Ｃｅ、ＴＲII＝ＮｄまたはＴｍである。
【００１６】
前記光転換フィルムは光安定剤をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以下、本発明をより詳しく説明する。本発明は、光転換フィルムの光転換特性を改善するために使用される光活性無機添加剤を提供する。また、本発明は、前記光活性無機添加剤を含有する光転換フィルムを提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る光活性無機添加剤は、下記の化合物よりなる群から選択された少なくとも一つを含む。
【００１９】
１）Ｙ２-ｐ-ｑ-ｚ（ＴＲIII）ｐ（ＴＲIV）ｑ（ＴＲV）ｚＯ２Ｓ
ここで、ｐ＝０．０１〜０．１、ｑ＝０〜０．００１、ｚ＝０〜０．０００２であり、ＴＲIII＝Ｅｕ、ＴＲIV＝ＰｒまたはＳｍ、ＴＲV＝ＰｒまたはＴｂである。
【００２０】
２）Ｙ２-ｘ-ｙ（ＴＲI）ｘ（ＴＲII）ｙＳｉＯ５
ここで、ｘ＝０．０１〜０．１、ｙ＝０〜０．００５であり、ＴＲI＝Ｃｅ、ＴＲII＝ＮｄまたはＴｍである。
【００２１】
前記化合物１）で表される無機添加物は、ＵＶ領域の光を吸収して一般的な植物の生長に有用なレッド領域の光へ変換する特性に優れる。前記化合物１）は、光転換フィルムの添加剤として、光転換フィルムの重量に対し０．０００１〜０．０２重量％含有されるように添加されることがよい。
【００２２】
また、前記化合物２）で表される無機添加物は、ＵＶ領域の光を吸収して特に豆科植物および農作物に有用なレッド領域の光へ変換する特性に優れる。前記化合物２）は、光転換フィルムの添加剤として、好ましくは光転換フィルムの重量に対し０．０００１〜０．００５重量％含有されるように添加されることがよい。
【００２３】
前記化合物１）と２）は、光転換フィルムをなす高分子材料にそれぞれ単独で添加してもよく、この２種の物質を混合して添加してもよいが、好ましくは前記２種の化合物を全て添加することがよい。この場合、化合物１）および化合物２）の添加比率は１：１〜３：１の範囲で調節されるようにすることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る光転換フィルムの光安定性を増加させるための目的で、所定の光安定剤を添加することができる。このような光安定剤の代表的な例としては、ｔ−アミノスクシネート（t-amino succinate）を挙げることができる。前記光安定剤を添加する場合、その含量は、好ましくは無機添加剤と１：１〜１：３となるようにし、より好ましくは１：１．２〜１：１．５の比となるようにする。
【００２５】
本発明に係る光転換フィルムに使用可能な熱可塑性高分子としては、特に限定されないが、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニール、ＥＶＡ、ポリカーボネートガラスなどを挙げることができる。
【００２６】
本発明に係る光転換フィルムを対象としてＵＶ光透過実験を行った結果、本発明の光転換フィルムはＵＶ領域の光を透過させないことが確認された。しかも、前記化合物１）および２）で表される無機添加剤を共に光転換フィルムに添加した場合、人工ＵＶ光または自然ＵＶ光を問わずにブルー−オレンジ−レッド光を放出することが確認された。スペクトルのブルー、オレンジ、レッド領域における光子エネルギーの量（強度）は、前記化合物１）および２）で表される無機添加剤の比（量）と、フィルムに対する前記添加剤の重量比に依存する。ところが、光輻射強度は添加剤の量に応じて直線的に変化せず、ブルー−オレンジ−レッドの各領域における光輻射強度も非線形的に変化する。言い換えれば、添加剤の量に比例して光転換が起るのではなく、光転換量が非線形的に増加することを意味している。すなわち、光転換フィルムの添加物組成において、化合物２）の無機添加剤の比（量）を前記提示されたフィルムの重量に対し０．０００１〜０．００５重量％より５０％まで増加させても、４２５ｎｍブルー光の強度は僅か２０％増加する。
【００２７】
下記の実施例では、光スペクトルのブルーまたはレッド領域の光の放出強度に対する添加剤含量の依存性を測定したうえ、多様な作物実験を行った。
【００２８】
以下、下記の実施例によって本発明を詳細に説明する。ところが、下記実施例は本発明の内容をより容易に理解させるために提示するものに過ぎず、本発明の権利範囲を限定するものではない。
【００２９】
実施例１
青色蛍光体(blue phosphor)としてはＹ１．９５Ｃｅ０．０５ＳｉＯ５を使用し、赤色蛍光体としてはＹ１．９５Ｅｕ０．０５Ｏ２Ｓを使用した。
【００３０】
１０００ｋｇのフィルムを製造するために、０．５ｋｇの青色蛍光体と２．０ｋｇの赤色蛍光体を使用した。まず、２つの蛍光体を熱安定剤および酸化防止剤としてのＩＲＧＡＮＯＸ１０１０（スイス、チバガイギーＡＧ社製）０．５ｋｇおよびヒンダードアミン系光安定剤(Hindered Amine Light Stabilizer)としてのＴＩＮＵＶＩＮ６２２（スイス、チバガイギーＡＧ社製）３ｋｇと共に、既に２０ｋｇの低密度ポリエチレンが入っている１００℃まで加熱された回転式ミキサーに入れて１時間混合した。この混合物を水平型押出機(horizontal extruder)に移し、出力プレートの温度を１５０℃に維持した。
【００３１】
完全な溶融状態となったとき、細長いロッド状に混合物の射出を開始し、冷却水を用いて冷やした後、４〜８ｍｍの顆粒状に切断した。
【００３２】
これをマスターバッチといい、ＵＶ光に対する輝度は標準試料の輝度より高かった。標準試料の輝度（Ｌ）の値を１００％としたとき、このマスターバッチの輝度は１２０％であった。よって、ＵＶ光が除去され、ブルー−オレンジ−レッド領域における輻射強度が増加したことが分かった。
【００３３】
次に、ツインヘッド型押出機を用いて２層フィルムを製造した。総マスターバッチ投入量のうち、フィルムの内層に３５％のマスターバッチを使用し、外層には６５％のマスターバッチを使用し、フィルムの主材料として低密度ポリエチレンを使用した。製造されたフィルムの厚さは１２０μｍであり、フィルムの幅は１０ｍであった。前記フィルムの光透過性は約９１％であり、その引張強度は約１３０ｋｇｆ／ｃｍ２であった。
【００３４】
実施例２
青色蛍光体としてのＹ１．９５Ｃｅ０．０５ＳｉＯ５０．２５ｇと標準青色蛍光体としてのＢａ０．９ＭｇＥｕ０．１Ａｌ１０Ｏ１７（ＢＭＡ）０．２５ｇとを混合して使用した。ここに、赤色蛍光体としては実施例１と同様にＹ１．９５Ｅｕ０．０５Ｏ２Ｓを１．５ｋｇ使用した。熱安定剤および酸化防止剤としてのＩＲＧＡＮＯＸ１０１０（スイス、チバガイギーＡＧ社製品）および光安定剤としてのＴＩＮＵＶＩＮ６２２（スイス、チバガイギーＡＧ社製）をそれぞれ１ｋｇおよび３ｋｇ使用し、低密度ポリエチレンの代わりに、低密度ポリエチレンとエチレン酢酸ビニルを４：１の比で混合した混合物の２０ｋｇを使用した。マスターバッチを製造するための混合は、実施例１と同様であった。但し、水平型押出機の出力プレートの温度を１６０℃に維持して細長いロッド状に混合物の射出を開始し、冷却水を用いて冷やした後、４〜８ｍｍの顆粒状に切断した。
【００３５】
その次に、厚さ１６０〜１８０μｍの３層フィルムを製造した。総マスターバッチ投入量のうち、フィルムの内層には１５％のマスターバッチを使用し、中間層には３５％のマスターバッチを使用し、外層には５０％のマスターバッチを使用し、残りはフィルムの主材料である低密度ポリエチレンを使用した。
【００３６】
また、内層が曇ることを回避するために、すなわち霧滴の形成を防ぐために、内層には防霧滴剤としてフッ素化低密度ポリエチレンを添加した。
【００３７】
この３層フィルムの引張強度は約２００ｋｇｆ／ｃｍ２と非常に高い値を示し、この強度ではスノースリップまたは強い冬風に耐えることができることが分かった。
【００３８】
作物実験
実験方法は、密閉したビニールハウス内の植物の炭素同化作用による炭酸ガスの減少率を測定する既存のグリーンハウス実験に使用される方法と同様である。実験結果より、純粋なポリエチレンフィルムで製造したグリーンハウスと比較したとき、本発明に係るフィルムで製造したグリーンハウスは、植物の生長速度が増加（作物によって異なるが、トマトおよび唐辛子の場合には１週間）し、或いは完熟時期が加速化（トマトの場合には１週間）されるものと確認された。
【００３９】
以上説明した実施例は説明の目的で提示されたものに過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者であれば、請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形または変更を加え得ることを理解するであろう。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、光のＵＶスペクトル領域を植物の生長に有用なスペクトル領域へ効率よく転換させることが可能である。本発明に係る光活性無機添加剤を含有した光転換フィルムは、薄い厚さにも拘らず、厚い有機ガラスと対等な程度の短波長吸収率を持つ。本発明に係るフィルムの再放出時の光子収量は、０．７５〜０．９と高い。放出スペクトルの明るさは、波長が同じ光スペクトルの明るさを超え、それによって、ティミリヤゼフスペクトル（Ｔｉｍｉｒｙａｚｅｖ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）効果を発揮する。また、本発明の光転換フィルムは、長波長の赤外線をグリーンハウスで散乱または反射させてグリーンハウスの土壌温度を増加させる。
【国際調査報告】
2010533223.tif 000002
2010533223.tif 000003