CN101153086B - 一种光增效农用大棚膜及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光增效农用大棚膜及其生产工艺，属化工领域。该种光增效农用大棚膜包括聚烯烃薄膜和光效自组装杂化膜，其特征在于，组成光效自组装杂化膜的配方包括粒径≤20nm、胶体固含量≤30％的二氧化钛溶胶，粒径≤10nm、胶体固含量≤30％的二氧化硅溶胶，蒸馏水，还包括粒径≤100nm的丙烯酸微乳液、光敏剂、偶联剂、阳离子表面活性剂、抗静电剂中的一种或多种；每万m²聚烯烃薄膜材料需该光效自组装杂化膜配方20-160kg。利用上述光效自组装杂化膜配方在聚烯烃薄膜吹塑过程中在表层上制备光增效自组装杂化膜，即可制造出具有多种效用的光增效农用大棚膜。

Description

一种光增效农用大棚膜及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种光增效农用大棚膜及其生产工艺，具体说是一种在聚烯烃薄膜表层制备一层极薄的光增效自组装杂化膜的方法，属化工领域。

背景技术

农用大棚膜的流滴消雾持效性是制约农膜功能性和与寿命同步性的主要瓶颈。目前国内的流滴消雾性主要由添加型流雾剂和消雾剂来提供，以使温室具有良好的透光和升温条件。但添加型助剂持效短，目前国内最好的产品也就达到两年的效果。使用第一年便因流滴剂的大量析出，使棚膜雾度增加，外表面吸尘作用增大，影响了棚膜的透光率。且第二年棚膜的透光率已比第一年大为降低。在透光率大幅度降低的条件下，温室的温度和光照条件不能得到充分的保证，保温剂所引起的保温效果也将相应大打折扣。而且国内保温剂产品均为微米级无机微细粉体，粒径近似于可见光的波长，故很容易出现光线反射和漫反射等情况，导致薄膜雾度严重下降，影响薄膜的透光性。从而导致作物生长受到影响，最终导致作物产量和质量出现不同程度的下降。

采用涂布方法进行多功能流滴、消雾薄膜的生产，是解决现有农膜功能与寿命不能同步使用的有效方式。在线涂布生产工艺系根据有效黏附原理，将液状长效流滴、消雾剂均匀涂布在聚烯烃薄膜表面，再通过在线后处理工艺，使透明的有机/无机功能流滴消雾助剂固定黏附成型在薄膜表面，成为层状有机结合得多呈功能性集成薄膜。将纳米级层状材料和无机材料添加至薄膜中，不仅不会影响光线投射，而且层状结构还有助于流滴剂等缓慢析出，延长了流滴持效期。在农膜中添加转光剂可有效提高光转化效率，目前转光剂分无机转光剂和有机转光剂两类，前者的持效期长，但转光效率低下；后者转光效率高，但半衰期短。有效的提高光转化率并延长持效期是转光剂和老化、流滴、消雾等助剂保持同步性的关键。

发明内容

本发明人克服了现有技术的不足，采用太阳光，利用超细纳米级粉体光催化和光转换的原理，再运用光接枝工艺，发明出了该种光增效农用大棚膜及其生产工艺。

本发明技术方案的原理是：

1、利用粒径≤20nm的二氧化钛由量子效应引起的导带电子和价带空穴的能级移动，和超大的比表面积，用日光中的紫外线在薄膜表面实现光催化反应，用其所产生的氢氧自由基破坏有机气体分子的能量键，使有机气体成为单一的气体分子，加快有机物质、气体的分解，将接近棚面空气中细菌杀除，并可消除部分动物臭，使其降解成水或还原成为无害物质；

2、用粒径≤10nm的二氧化硅胶体协同粒径≤20nm的二氧化钛胶体，对波长≤340nm紫外线进行屏蔽或转换，使之转换成农作物需要的蓝光或红光，并折射回夜间红外线。同时，会将光催化所需的光波段拉宽，具有更好的光触媒作用；

3)加入丙烯酸微乳液和光敏剂，用紫外线照射产生光接枝，使喷涂层与聚合物表面实现分子的键和；

4)加入抗静电剂，增加薄膜表面的清洁度和表面活性。

本发明的技术方案是：一种光增效农用大棚膜，包括聚烯烃薄膜和光效自组装杂化膜，其特征在于，组成光效自组装杂化膜的配方包括粒径≤20nm、胶体固含量≤30％的二氧化钛溶胶，粒径≤10nm、胶体固含量≤30％的二氧化硅溶胶，蒸馏水，还包括粒径≤100nm的丙烯酸微乳液、光敏剂、偶联剂、阳离子表面活性剂、抗静电剂中的一种或多种；每万m2聚烯烃薄膜材料需该光效自组装杂化膜配方20-160kg。

利用上述的光效自组装杂化膜配方在聚烯烃薄膜吹塑过程中在表层上制备光增效自组装杂化膜进而生产光增效农用大棚膜的生产工艺，其特征在于，步骤如下：

(1)、先将二氧化钛溶胶溶进蒸馏水，搅拌均匀；再将二氧化硅溶胶溶进前述溶液，搅拌均匀；再加入丙烯酸微乳液、光敏剂、偶联剂、阳离子表面活性剂或者抗静电剂中的一种或多种，然后将复配好的溶液注入到不锈钢容器内，经过滤器进入水泵；

(2)、用水泵和精确计量的节流装置将溶液注入旋转或固定的分流装置；

(3)、用高压无气喷头或可调气液喷头将液体生成雾状微滴，以直射和漂移两种方式浸入在线生产用牵引力上升的90-100℃的膜泡表层；

(4)、借助膜泡温度，蒸发掉多余水分，使活性分子的化学键自发吸附在膜泡上形成排列紧密的杂化分子膜；

(5)、膜泡内喷雾，用自动稳压装置调节膜泡的进气量和排气量，以适量的排除水蒸气；

(6)、在膜泡上方一次牵引后面设紫外线照射装置，利用聚乙烯薄膜对涂层形成三明治结构缺氧状态下，形成光接枝；

(7)、如果分子膜组分较复杂且较厚，易产生未成膜的遗留物，可在后道工序用水冲洗，然后再烘干。

本发明所述的吹塑薄膜是指用LDPE、LLDPE、EVA、mLLDPE、PP等材料用吹塑方法制作的薄膜。按照本发明工艺所生产的大棚膜厚度一般在60-120um，光效自组装杂化膜厚度为30-200nm。

本发明的有益效果在于：由于杂化膜覆盖了聚烯烃薄膜界面，在光照射下，涂层能吸收相当于带隙能量以下的光能，使其表面发生激励而产生电子(e-)和空穴(h+)。这些电子和空穴具有很强的还原和氧化能力，能与水或容存的氧反应，产生氢氧根自由基(·OH)和超级阴氧离子(·O)。使之表面具有超亲水性；这些空穴和氢氧根自由基的氧化能大于120kcal/mol，具有很强的氧化能力，能将构成有机物分子的化学键切断分解。因此可以将各种有害化学物质、恶臭物质分解或无害化处理，达到净化空气、抗污除臭的作用；二氧化钛通过这种氧化能力还能破坏细胞内的辅酶A等辅酶和呼吸作用酶等发挥抗菌作用而使细菌或真菌的繁殖中止，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解。涂层中添加纳米级的二氧化钛，粒径越小，光催化效果越好。超细二氧化钛和二氧化硅可以有效的屏蔽紫外光对聚烯烃薄膜伤害，并将紫外光转换成为对作物有益的红光；由于纳米粒子成核作用，不仅不会因添加无机粉体影响透明，还会增加聚烯烃薄膜透光率；加上抗静电剂使得薄膜通体透明，大大提高透光率。由于所使用的纳米级钛微粉和光敏剂对聚乙烯有轻微的分解作用，应当增加原薄膜中光稳定剂的用量。但是由于内添加流滴消雾剂对薄膜抗老化损害更深，保持原薄膜光稳定剂用量是可以的。

综上所述本发明制造的光增效农用大棚膜将具有多种效用：1)使薄膜表层形成亲水界面，达到长期流滴消雾效果；2)运用光催化原理增加棚内杀菌除臭的效果；3)运用光转换原理将部分有害光转为对作物有用光，促进农作物增产；4)利用纳米粉体对红外线的折射，提高大棚夜间温度；5)喷涂中加入抗静电剂，使棚膜表面更加清洁明亮；6)光催化和光转换的双重作用减少棚内病虫的孽生；7)减轻农药对薄膜的侵蚀，使薄膜耐老化期延长；8)分解棚内空气中农药等有害气体，增进菜农身体健康；9)减少农药用量，使蔬菜产品向绿色环保发展。

具体实施方式

实施例1：用三层吹塑农膜机组生产7米宽0.08mm厚，内层制备光效杂化膜的农膜：

普通吹膜工艺为已知。按照耐老化的配方：

聚乙烯薄膜100m²

偶联剂0.1-0.3g

抗静电剂0.1-0.2g

二氧化硅溶胶7-12g

二氧化钛溶胶7-12g

蒸馏水200-1000g

先将二氧化钛溶胶溶进蒸馏水，搅拌均匀；再将二氧化硅溶胶溶进前述溶液，搅拌均匀；将偶联剂和抗静电剂溶进前述溶液，搅拌均匀，然后将复配好的溶液注入到不锈钢容器内，用压力≥8MP的高压泵经过精密计量注入旋转分流器；通过高压无气喷头在膜泡内喷雾；直射微滴直接附在上升的膜泡表面，飘散雾滴在膜泡向上牵引过程中填补了直射滴的空白；在≥90℃的温度作用下，水蒸汽从膜泡表面分离，薄膜挤出机组内冷系统排出膜泡；通过增设的紫外线照射装置，经薄膜挤出机组二次牵引即成为成品。这种薄膜透明度很高，流滴消雾效果1年以上，并有着明显的光转换效果和杀菌除臭效果，棚内温度比普通吹塑薄膜高2℃左右。

实施例2：用三层吹塑农膜机组生产7米宽0.08mm厚，外层制备表面光接枝膜棚膜：

普通吹膜工艺为已知。按照耐老化的配方：

聚乙烯薄膜100m²

阳离子表面活性剂0.1-0.3g

丙烯酸微乳液1-2g

光敏剂0.1-0.3g

二氧化硅溶胶7-12g

二氧化钛溶胶7-12g

蒸馏水200-1000g

先将二氧化钛溶胶溶进蒸馏水，搅拌均匀；再将二氧化硅溶胶溶进前述溶液，搅拌均匀；然后将阳离子表面活性剂、丙烯酸乳液、光敏剂溶进前述溶液，复配到一起，搅拌均匀。然后将复配好的溶液注入不锈钢桶体，用压力≥10MP的液体泵经过精密计量注入固定分流器；通过喷头在膜泡内喷雾；主要由直射微滴直接附在上升的膜泡表面；在≥90℃的温度作用下，水蒸汽从膜泡表面分离，由给排风系统排出室外；在膜泡上方一次牵引后面设紫外线照射装置，利用聚乙烯薄膜对涂层形成三明治结构缺氧状态下，形成光接枝。经薄膜挤出机组二次牵引即成为成品。

实施例3：用已经喷涂好的成卷吹塑薄膜，双层制备吹塑薄膜光触媒界面分子膜：

取经过实例2喷涂的光接枝聚乙烯薄膜：

聚乙烯薄膜100m²

抗静电剂0.1-0.3g

二氧化硅溶胶7-12g

蒸馏水200-1000g

先将二氧化硅溶胶加蒸馏水搅拌，然后将抗静电剂复配到一起，搅拌均匀。然后将配好的液体注入1个液体槽；将已经制成的单卷的薄膜置放到被动辊上将薄膜放开，通过展开装置将光接枝薄膜放进液体槽进行浸泡处理，使光接枝聚乙烯薄膜表层浸涂上抗静电涂层；再通过1个引导辊将薄膜引入烘干机，通过收卷或折叠装置制成成品。这种薄膜在具备实例2薄膜效果的同时，还具有优异的表面清洁作用，是薄膜的两面都具备清洁透明的特点，即增加透光率，又具有保温效果。

Claims (3)

1.一种光增效农用大棚膜，包括聚乙烯薄膜和光效自组装杂化膜；在聚乙烯薄膜吹塑过程中在表层上制备光增效自组装杂化膜进而生产光增效农用大棚膜，其特征在于，组成光效自组装杂化膜的配方包括粒径≤20nm、胶体固含量≤30％的二氧化钛溶胶，粒径≤10nm、胶体固含量≤30％的二氧化硅溶胶，蒸馏水，还包括粒径≤100nm的丙烯酸微乳液、光敏剂、偶联剂、阳离子表面活性剂、抗静电剂中的一种或多种；每万m²聚乙烯薄膜材料需该光效自组装杂化膜配方20-160kg；所述自组装杂化膜的配方以聚乙烯薄膜100m²为计组成为：二氧化硅溶胶7-12g，二氧化钛溶胶7-12g，蒸馏水200-1000g，偶联剂0.1-0.3g，抗静电剂0.1-0.2g；或配方组成为：二氧化硅溶胶7-12g，二氧化钛溶胶7-12g，蒸馏水200-1000g，阳离子表面活性剂0.1-0.3g，丙烯酸微乳液1-2g，光敏剂0.1-0.3g。

2.利用权利要求1所述的光效自组装杂化膜配方在聚乙烯薄膜吹塑过程中在表层上制备光增效自组装杂化膜进而生产光增效农用大棚膜的生产工艺，其特征在于，步骤如下：

(1)、先将二氧化钛溶胶溶进蒸馏水，搅拌均匀；再将二氧化硅溶胶溶进前述溶液，搅拌均匀；再加入丙烯酸微乳液、光敏剂、偶联剂、阳离子表面活性剂或者抗静电剂中的一种或多种，然后将复配好的溶液注入到不锈钢容器内，经过滤器进入水泵；

(2)、用水泵和精确计量的节流装置将溶液注入旋转或固定的分流装置；

(3)、用高压无气喷头或可调气液喷头将液体生成雾状微滴，以直射和漂移两种方式浸入在线生产用牵引力上升的90-100℃的膜泡表层；

(4)、借助膜泡温度，蒸发掉多余水分，使活性分子的化学键自发吸附在膜泡上形成排列紧密的杂化分子膜；

(5)、膜泡内喷雾，用自动稳压装置调节膜泡的进气量和排气量，以适量的排除水蒸气；

(6)、在膜泡上方一次牵引后面设紫外线照射装置，利用聚乙烯薄膜对涂层形成三明治结构缺氧状态下，形成光接枝；

(7)、如果分子膜组分较复杂且较厚，易产生未成膜的遗留物，可在后道工序用水冲洗，然后再烘干。

3.根据权利要求2所述的一种光增效农用大棚膜生产工艺，其特征在于，按照本发明工艺所生产的大棚膜厚度在60-120um，光效自组装杂化膜厚度为30-200nm。