CN102742489A - 一种渗透微灌容器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种渗透微灌容器及其制备方法，该容器采用具有毛细渗水功能的微灌材料制成，具有无机粒子与热塑性塑料的三维网络毛细渗水结构，以及无动力、自适应、持续、均衡渗透功能，根据与之接触的土壤水势高低，水可以通过容器内部的毛细网络结构自动向外渗水或停止向外渗水。该容器还可包含凝胶保护层(11)。该容器具有较好的渗水能力，能抗阻塞、抗菌、防鼠，可以单独使用起到微型水库的作用，也可以与管道体系连接，构成一种无动力自适应、持续、均衡、渗透微灌体系。

Description

一种渗透微灌容器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种节水微灌容器，尤其涉及一种具有渗水功能的埋地灌溉容器。

背景技术

我国水资源仅占世界总量的6％，是比耕地资源(占世界总量的9％)更紧缺的资源，水资源不足已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈。农业是我国用水最多的产业，占总用水量的70％以上，其中农田灌溉用水量占农业用水量的90％～95％。然而，我国水资源短缺与水资源浪费并存的现象十分严重。因灌溉技术落后，造成水资源浪费严重、利用效率低下，加剧了水资源短缺的现状。缓解水资源供需矛盾的重要途径之一是发展节水灌溉。节水灌溉是比传统的灌溉明显节约用水和高效用水的灌水技术的总称。目前，在节水灌溉面积中，采用现代先进节水灌溉技术的微乎其微，绝大部分只是按低标准初步进行了节水改造。因此，我国的节水灌溉面积尤其是高效节水灌溉面积都存在着巨大的发展空间和潜力。目前节水灌溉技术主要有以下几种：(1)喷灌技术、(2)滴灌技术、(3)渗灌技术。渗灌是继喷灌、滴灌之后，一种新型的有效地下微灌技术，是目前公认的最节水的灌溉方式，是农业灌溉技术上的一次革命，是使农业灌溉由粗放走向科学节水化的又一途径。

渗灌，顾名思义，即灌溉水穿过器壁慢慢向外呈发汗状渗出，并随即通过器壁外部土壤的毛细吸附作用，向土体扩散，给作物供给水分或液体肥料的一种连续灌溉的方式。但目前国内把所有灌溉元件埋在地下的灌溉方式，包括“地下滴灌”等均视为“渗灌”【“渗灌技术存在问题与建议”-《灌溉排水》97.16(2)4】。按照这种划分，主要有以下几种类型：①埋地滴灌体系、②发泡体系、③胶粉填充体系、④植物纤维填充体系。上述技术均存在防堵效果差、加工成型工艺复杂、成孔效率低、本质上并不属于渗透灌溉的缺点。

农用高保水性树脂粉(Water Retaining Polymers agent)或称保水剂(WaterRetaining Agent)它是一类具有高吸水特性的功能性高分子材料的统称。高吸水性树脂首先由美国农研所开发研制成功，之后在日本、法国、英国和德国等也开始进行开发研究。其农业方面的应用研究，开始于20世纪70年代，1990年以后获得了惊人的效果。其中日本在沙滩的20cm深处撒上一层含肥料的高吸水性树脂，其用量与沙的重量比为2∶100，播种菠菜，其单位面积产量为大地菠菜的2倍以上。俄国使用聚丙烯酰胺高吸水性树脂，在伏尔加格勒进行了大面积试验，每公顷地使用100kg，可节水50％并且使农作物增产20％一70％【张科等：高吸水性树脂在农业应用中的研究，辽宁化工，第36卷1第12期，2007年12月】。国内也广泛展开了应用研究。经多年实践，也形成了一些行之有效的使用方法，主要有：①种子包衣(涂膜、涂层)技术、②蘸根技术、③拌土技术等。唐广等在研究了使用高吸水保水剂的土壤水分分布后发现，高吸水保水剂和与之相拌的土壤一起构成吸水网络，对水分进行吸收和保持。【唐广、李慧，“农作物节水抗旱对比试验研究”[J].北京农业科学，2000，18(4)：25-29】。上述资料表明，高保水树脂在根际处形成一个“微型水库”，对保持土壤的水分起到了明显的作用。

现有技术一

专利ZL200710071720.7“农业灌溉用渗水管道或膜或容器、制造方法及其应用”以惰性填料、塑料和由“液体石蜡、硅油或者润滑油”构成的“隔离剂”。将此组合物加工成灌溉器件的方法是先将惰性填料与隔离剂按所需比例加入搅拌机中混合均匀，然后再将塑料投入搅拌机搅拌均匀并用造粒机挤出造粒。再将此颗粒投入加工设备制备成管材、薄膜或容器。在权利要求书中对“隔离剂”作如下说明：“所述隔离剂是指与基质有一定相容性并能在上述惰性材料表面形成一层液膜的材料，这种隔离剂在其后的加工过程中存在于惰性材料相和塑料这两相的中间，以隔离两相，防止惰性材料颗粒直接与塑料材料接触”，在解释使用隔离剂获得的有益效果时说：“基质相与填料相之间有一层隔离剂层，制品加工完后，隔离剂逐渐迁移至基质例如塑料相中。从而在塑料相与填料相间留下细小的空隙”形成了渗水通道。“水可以通过这些通道缓慢地从壁的一侧渗透到另一侧，从而使制成的塑料制品具有了渗漏水的功能”。现有技术一的缺点：然而，按照该专利的描述，填料团聚体接触基体的一面的隔离剂可以产生迁移，形成间隙。但其问题在于填料与填料之间没有与基质接触的表面仍然包裹有隔离剂，即便在最理想的情况下，形成了一种能够贯穿渗灌容器器壁两侧、构成了一个中间是堆砌的填料、堆砌填料与基体之间形成了能够透水的通道的理想模型，这种只能在填料与基体之间形成的通道是相当有限的，填料间大量间隙被隔离剂隔离阻断，不会形成贯穿的渗水通道，即便间隙没被隔离剂阻断，也会因隔离剂的亲油疏水性而造成水渗透困难。从以上分析可以看出，该专利的这种处理并不能提高渗透材料的空隙率，也不能在同样空隙状态下提高水的透过性，其渗水功能较差。另外，现有技术填料填充的比例较低，其填料与塑料基体的比例仅为5～30∶100。

现有技术二

专利ZL200910073031.9“半透膜小型给水器”介绍了一种具有出水狭缝的较硬的锥状体外壳和具有半透膜功能材料为储水芯体的小型给水器。将其插入灌溉土壤，对植物根部实施灌溉，其上部有一连接口，或是与一盛水器连接，或是用管道与水源连接，以提供更多的水源。现有技术二的缺点：具有出水狭缝的较硬的锥状体外壳作为插入土壤时的保护物有一定的作用，但软的半透膜在具有狭缝的外壳内部实际上刚性很低，特别是在流沙质土壤中，较大的器形下若膜容器中水变少时，流沙会挤压膜容器使之体积变小，此时刚性外壳不会起到一点保护作用。另外，作为一个渗透灌溉容器有一个致命弱点，随着灌溉进行容器中水的液面不断降低，透水面积减少灌溉出水量不断减少，只有采取措施保持液位才可能均衡灌溉。另外，该专利的抗堵塞效果较差。

现有技术三

专利申请200380100379.3“一种定量控水阀管、渗灌器及其定量控水方法”，利用亲水毛细管特性：“水沿毛细管器壁向外【毛细管中水与空气接触的端头(端面水)】延伸，其延伸长度(h)与毛细管直径(r)成反比关系：h＝K/r。但当毛细管长度(H)小于h(H＜h)时，水由于自身的表面张力作用，也不会流出毛细管”。该申请人认为，只要毛细管足够细，由于自身的表面张力作用，水在压力作用下也不会流出毛细管(如专利所述：“起到了水阀关的作用”)。但一旦毛细管的端面水与干燥土壤的毛细孔接触时，相当于毛细管被延长时，水由于自身的表面张力作用，水会流进干燥土壤的毛细孔(如专利所述：“起到了水阀开的作用”)。由此他选择了具有一定孔径的多孔介质或毛细管束，并测试了最大孔径与最大耐压、阀管截面积、毛细管长度、出水量之间的关系，并根据这种关系设计了一个带有渗灌头的容器。将渗灌头插入土壤时即可起到灌溉的作用。现有技术三的缺点：该申请的“定量控水阀管”起到了长期灌溉“零能耗”的“全自动供水”的功能。但该申请的实施，特别是用集束毛细管制备“定量控水阀管”存在一定难度，用“多孔介质”来控制则很难得到均一的孔径，因此也很难控制压力与流量的关系，很难实现“全自动供水”的功能。作为一个渗透灌溉容器他也存在随容器中水的液面降低，透水面积减少，灌溉出水量减少的弱点，只有采取措施保持液位才可能均衡灌溉。如该申请所述：“由于在本发明的渗灌器在释水过程中，随着贮水容器中水的组件减少，控水阀管入水口的压力也越小，水的释放速度也就越慢。因此，水的释放速度是逐渐递减的”。该技术存在灌溉水随时间减少的事实，不能够实现不受液位影响的均衡灌溉。

现有技术四

专利ZL00255358.9“旱地渗灌塑料微孔器皿”是一种塑料微孔器皿，使用废旧再生塑料及废旧轮胎等，“其特殊工艺制作一是用硬质开孔泡沫塑料，根据渗透率、耗水需要调整配料的比例以决定他的空隙率和力传导度；二是在塑料制作中添加碎木屑、纤维和细沙；三是用再生塑料做成成品后经机械加工微孔”。现有技术四的缺点：使用废旧塑料及橡胶以及木屑、纤维、细沙成孔方案在单纯挤出成型加工管材是可行的，但使用此方案加工吹塑中空制品由于熔体强度太低，在实施吹塑时熔体会被吹破因此很难成型。另外，由于回收橡胶属韧性材料，其粉碎难度较大，特别是如何控制粉碎的橡胶颗粒的尺寸工艺复杂，粉碎效率低，能耗巨大。其渗出的动力仍然必须借助管道供水水压。

现有技术五

利用高保水性树脂粉的“吸水”“保水”“释水”特性，在农业、林业、治沙等领域已大量使用。将其装入透水容器吸饱水后埋在植物根部给植物供水，常被称作“微型水库”、“固体水”等。专利ZL200520022689.4“植物固体水保水型块”、专利ZL01101462.8“长效固体水、水膜法植树方法及其植树膜”等众多专利介绍了高吸水性树脂的这种应用。现有技术五的缺点：利用高保水树脂的这种特性，在一定场合给植物短期供水无疑也是一种灌溉方式。吸饱水的“固体水”在一定的期间给植物供水是毫无问题的，但水被植物吸收后，如何再次充水、反复使用却存在问题。特别是使用吸水率高的合成高保水树脂价格昂贵，推广受到制约。

综上所述，现有技术中无采用具有三维网络毛细渗水结构的渗透微灌材料制备渗水容器的技术，也没有采用高保水性树脂粉制得的凝胶渗透层作为外部渗水层的技术，所得渗水容器输水量及输水时间的控制是靠外部机械或人工，不是自动适应植物的需求，不能持续、均衡地渗水，无抗菌、防鼠能力，抗阻塞性差、灌溉水受液位影响随时间减少，不能反复使用、不环保、工艺复杂、能耗大、生产效率低，成本高等缺点。

在介绍本发明的内容之前，首先定义本文中使用的关键词。

土壤的水势：土壤水势(soil water potential)是在等温可逆条件下，移动无限少量纯水到土壤中某点，单位纯水所做的功。土壤水势一般表示为负的压力。土壤中水饱和时，土壤水势的绝对值小，土壤含水量低时，土壤水势的绝对值大。因此土壤水势绝对值的大小反映了土壤水分运动和植物吸水的难易。在任何情况下，水的运动趋势都是从水势高移向水势低处。【《中国农业百科全书》】

土壤中的水分可以用两种方式描述：含水量和水势。含水量是指单位体积土壤中水分的体积或单位重量土壤中水分的重量，含水量不能反映土壤水分对植物得有效性。譬如15％的含水量，在沙土中已经相当湿润，几乎所有植物都可以生长。如果黏土含水15％，几乎所有植物都无法生存。相反，如果用水势作为测量单位，测量结果则与土壤性质无关，不管土壤性质，不管地理位置，-10巴的土壤都很干旱，-0.5巴的土壤都很湿润。可以看出，单凭含水量，你无法判断土壤对于植物生长而言的干旱程度。某植物在土壤A中生长的最佳含水量为20％，换一种土壤B，情况就不见得如此。因此，当需要对植物和环境的关系进行研究时，都使用土壤水势。

发明内容

(1)：一种具有毛细渗透功能的微灌材料及其制备方法

一种具有毛细渗透功能的微灌材料及其制备方法，该材料中不含隔离剂和表面活性剂、填充的无机填料比例较高，克服了现有技术中材料的渗水效果较差、投资大、原材料成本高、工艺流程长、生产效率低、总体生产成本高的缺点，同时该材料具有在不亲水的热塑性塑料基体中，均匀分布着由亲水的无机填料颗粒堆砌构成的毛细渗水网络的结构，这种结构既保证了材料的加工及使用性能，又能根据与之接触的土壤的水势高低，水可以通过材料内部的毛细网络自动向外渗水或停止向外渗水。该材料还可具有抗菌、避鼠的功能，可广泛应用于埋地微灌领域需求的各种渗灌管材、渗灌膜管、渗灌膜管(带)、中空容器、薄膜等渗灌元件。

本发明提供了一种毛细渗透微灌材料，包括以下组分：

组分A：热塑性塑料，该热塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯或者以上述热塑性塑料为主的共混/共聚改性物，

其中：所述热塑性塑料的的熔体质量流动速率≤4g/10min；

组分B：亲水的无机填料，所述亲水的无机填料包括金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硅的氧化物、硅酸盐的缩聚物、铝硅酸盐的缩聚物、轻质或者重质碳酸钙、硅胶、沸石、滑石、水合滑石、氯碱工业产生的盐泥、铝业产生的赤泥、钛白粉、工业发电厂烟道气脱硫石膏或锅炉产生的粉煤灰，或者上述无机填料的两种或多种的混合物，所述的亲水的无机填料的粒径为：10μm-1.6μm；

助剂组份C：复合抗氧剂，所述复合抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类热氧稳定剂以重量份数1∶1复合而成；

助剂组份D：熔体质量流动速率≥30g/10min的高流动性聚乙烯或聚丙烯、或平均分子量大于3000的聚乙烯蜡或无规共聚聚丙烯；

上述各组分的重量份数为：

A：100，B：45-300，C：0.2-1.0，D：1-5；

将上述各个组分按照计量称取在混炼机中混炼制得毛细渗透微灌材料。该材料具有在不亲水的热塑性塑料基体中，均匀分布的由亲水的无机填料颗粒堆砌构成的毛细渗水网络结构，能够根据与之接触的土壤的水势高低，水可以通过这种毛细渗水网络向外渗水或停止向外渗水。

其组分A为熔体质量流动速率≤0.1g/10min的聚乙烯。

其组分A为熔体质量流动速率≤0.4g/10min的聚丙烯。

其特征在于其组分B的粒径范围为6.5μm-1.6μm。

其特征在于其组分B的粒径范围为2.6μm-1.6μm。

其特征在于其组分B的重量份数为65-200。

其特征在于其组分B的重量份数为85-150。

其特征在于其组分B中，还可加入纳米颗粒材料，其粒径尺寸为60nm～150nm，加入重量份数为≤10。

其特征在于其纳米颗粒材料为纳米碳酸钙。

其特征在于纳米颗粒材料的粒径尺寸为60nm～100nm。

其特征在于纳米颗粒材料的粒径尺寸为60nm～80nm。

其特征在于其纳米颗粒材料的加入重量份数为≤6。

其特征在于其助剂组份C为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯复合而成。

其特征在于其助剂组份D为熔体质量流动速率≥70g/10min的高流动性聚乙烯或聚丙烯。

其特征在于该材料还含有助剂组份E：抗菌剂，所述抗菌剂为银、铜、锌等金属离子及其化合物或混合物以及纳米金属银，固定在以二氧化钛、硫酸钡、沸石、硅酸盐、硅胶、磷酸盐、活性炭以及纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化硅为载体的复合物，其重量份数为：0.5-5。

其特征在于该材料还含有助剂组份F：避鼠剂，所述避鼠剂为环己酰亚胺、类萜化合物单体、硼系化合物、芳基磷酸酯的金属盐或辣椒素或者上述避鼠剂的两种或多种的混合物，其重量份数为：6-15。

该材料还含有助剂组份G：炭黑或色粉，其重量份数为：1-5。

一种毛细渗透微灌材料的制备方法，采用双螺杆混炼造粒机或往复式单螺杆混炼造粒机，所用混炼造粒机的长径比为≥40∶1，加料口处使用螺纹升角大于25度的长导程、螺杆外径与螺杆内径比(Do/Di)为1.6～1.9的深螺槽的螺纹元件，在加料口下游设有排气口，所述亲水的无机填料采用三级或四级的多级喂料工艺，第一级所加入的填料量为亲水的无机填料量的40％-60％，当含有纳米颗粒材料时，第一级应先将所有纳米级填料全部加入，然后按照40％～20％、30％～0％、20％～0％的比例将剩余的填料从第二级、第三级、第四级逐级加入，混炼造粒制得材料。

一种毛细渗透微灌材料的制备方法，采用双螺杆混炼造粒机或往复式单螺杆混炼造粒机，所用混炼造粒机的长径比为48∶1，加料口处使用螺纹升角大于25度的长导程、螺杆外径与螺杆内径比(Do/Di)为1.6～1.9的深螺槽的螺纹元件，在加料口下游设有排气口，所述亲水的无机填料采用四级喂料工艺，第一级所加入的填料量为亲水的无机填料量的40-60％，当含有纳米颗粒材料时，第一级应先将所有纳米级填料全部加入，然后按照40％～20％、30％～0％、20％～0％的比例将剩余的填料从第二级、第三级、第四级逐级加入，混炼造粒制得材料。

一种毛细渗透微灌材料的制备方法，采用母料制备法，用双螺杆混炼造粒机，所用混炼造粒机的长径比为48∶1，加料口处使用螺纹升角大于25度的长导程、螺杆外径与螺杆内径比(Do/Di)为1.6～1.9的深螺槽的螺纹元件，在加料口下游设有排气口，所述亲水的无机填料采用四级喂料工艺，第一级所加入的亲水的无机填料的量为亲水的无机填料量的40％-60％，当含有纳米颗粒材料时，第一级应先将所有纳米级填料全部加入，第二级、第三级、第四级加料，按照40％～20％、30％～0％、20％～0％的比例将剩余的填料逐级加入，混炼造粒制得材料母料再将母料与剩余的热塑性塑料加入到双螺杆造粒机中，加工成材料。母料的加工工艺时，先将全部的填料和部分的树脂塑料做成母料，然后将母料与剩余的塑料再次造粒制得。

一种毛细渗透微灌材料的制备方法，采用连续混炼造粒机，将所有的物料一次性加入，制得所需材料。

母料法由于经过两次混炼过程，对于粒径较小的填料体系，特别是含有纳米粒子的体系，可得到更好的分散效果。

本发明所述材料的制备方法也可采用连续混炼(FCM)造粒机工艺路线。连续混炼机的混炼腔体容积较双螺杆混炼造粒机大，能一次性容纳颗粒较细、堆密度较小、体积较大的填充体系，所以可将所有的物料一次性加入，制得所需材料。

加工温度一般在110-290℃之间，主要取决于所选的塑料种类及填充物的类型及比例，具体的温度范围将在实施例中给出。本发明材料中添加的亲水的无机填料表面具有众多的亲水的极性官能团，所以具有毛细渗透功能，但由于极性官能团的存在，使得其与不亲水的热塑性塑料的浸润性、相容性均很差，很难被均匀添加进塑料中，所以在传统的塑料加工领域往往需要加入表面改性剂对填料进行表面改性，使其改变或增加与塑料的浸润性、相容性，以获得足够的力学性能来满足材料的加工和使用性能。但是表面改性处理往往破坏了无机填料的亲水性，牺牲了无机填料的毛细渗透性能。本发明为了保持无机填料的亲水渗透性能，不对填料进行表面改性处理，针对不同的物料，通过分级加料等工艺，将填料填充到塑料中，以一种可以允许的团聚态均匀分布到塑料基体中，形成了一种由无数亲水的无机填料颗粒堆砌成的团聚体均匀分布在由不亲水的热塑性塑料构成的连续塑性网络中的结构。亲水的无机填料粒子的堆砌体连接成一个连续三维立体毛细通道，提供了材料极好的渗水特性，不亲水的热塑性塑料形成的连续三维立体网络，提供了材料的加工和机械物理性能。

(2)：一种渗透微灌容器及其制备方法

一种具有自适应均衡渗透灌溉功能并且抗堵塞功能优良的微灌容器，将它埋入土壤植物根部区域可对植物根系直接灌溉。自动适应植物的需求，根据外部土壤水势的高低，自动渗水或停止渗水，具有自适应功能，不存在地表水蒸发浪费，也不存在的由于水本身自重引起的灌溉水的重力渗漏浪费，使每一滴水都被植物所充分利用，将灌溉水节省到最低程度，大大提高了灌溉水的效率。优良的防堵塞效果使得容器可保持持续渗水效果；毛细渗透功能使得灌溉均匀平衡。它可以单独使用起到微型水库的作用，也可以与管道体系相连接并辅助以其它灌溉必需的元件，构成一种“无动力、自适应、持续、均衡渗透微灌体系”。该渗透微灌容器包含前述(1)中所述的具有毛细渗透功能的微灌材料。

1.一种渗透微灌容器，该容器由毛细渗透功能的微灌材料制成，所述微灌材料包括：组分A：热塑性塑料，该热塑性塑料的熔体质量流动速率(MFR)≤4g/10min(GB/T 3682-2000，190℃/2.16kg，下同)；组份B：亲水的无机填料，所述亲水的无机填料的平均粒径为10μm-1.6μm；助剂组份C：复合抗氧剂，所述复合抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂1∶1复合而成；助剂组份D：熔体质量流动速率≥30g/10min的高流动性聚丙烯、聚乙烯或平均分子量大于3000的聚乙烯蜡或无规共聚聚丙烯；上述各组分的重量份数为：A：100，B：45-300，C：0.2-1.0，D：1-5，通过将上述各个组分按照计量称取在混炼机中混炼制得。

所述毛细渗透功能的微灌材料具有在不亲水的热塑性塑料基体中，均匀分布的由亲水的无机填料颗粒堆砌构成的毛细渗水网络结构，使得由毛细渗透功能的微灌材料制成的渗透微灌容器能够根据与之接触的土壤的水势高低，水可以通过该容器内部的具有网络结构的毛细通道向外渗水或停止向外渗水，该容器具有进水口(7)和排气口(8)。

2.如技术方案1所述的渗透微灌容器，其特征是其毛细渗透管组分中的组分A选自，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯或者以上述热塑性塑料为主的共混/共聚改性物；组份B选自，金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硅的氧化物、硅酸盐的缩聚物、铝硅酸盐的缩聚物、轻质或者重质碳酸钙、硅胶、沸石、滑石、水合滑石、氯碱工业产生的盐泥、铝业产生的赤泥、钛白粉、工业发电厂烟道气脱硫石膏或锅炉产生的粉煤灰，或者上述无机填料的两种或多种的混合物。

3.如技术方案1中所述的渗透微灌容器，其特征在于其组分B中，还可加入纳米颗粒材料，其粒径尺寸为60nm～150nm，加入重量份数为≤10。

4.如技术方案1中所述的微灌容器，其特征在于具有毛细渗透功能的微灌材料，还含有助剂组份E：抗菌剂，所述抗菌剂为银、铜、锌等金属离子及其化合物或混合物以及纳米金属银，固定在以二氧化钛、硫酸钡、沸石、硅酸盐、硅胶、磷酸盐、活性炭以及纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化硅为载体的复合物，其重量份数为：0.5-5。

5.如技术方案1中所述的渗透微灌容器，其特征在于具有毛细渗透功能的微灌材料，还含有助剂组份F：避鼠剂，所述避鼠剂为环己酰亚胺、类萜化合物单体、硼系化合物、芳基磷酸酯的金属盐或辣椒素或者上述避鼠剂的两种或多种的混合物，其重量份数为：6-15。

6.一种防堵塞的渗透微灌容器，该容器具有双层结构，外层为凝胶保护层(11)，内层为采用如技术方案1-5所述的渗透微灌容器构成，所述凝胶保护层(11)由无纺布和高保水性树脂粉组成，按体积计，高保水性树脂粉为无纺布的0.5％-3％，所述高保水性树脂粉被投放在无纺布空隙内，从内层渗出的水使得高保水性树脂粉膨胀形成凝胶，在由无纺布构成的高强度高分子骨架网络中，凝胶保护层一面紧贴在内层的外壁使凝胶与毛细通道形成一体，一面与土壤接触形成具有渗透功能的防堵塞凝胶保护层。

7.如技术方案6所述防堵塞的渗透微灌容器，其特征是其外层凝胶保护层(11)中的高保水性树脂粉选自：改性淀粉类、纤维素类、甲壳素类、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、醋酸乙烯酯类聚合物以及它们的共聚物、接枝物、衍生物或者改性物。

8.如技术方案6中所述防堵塞的渗透微灌容器，其特征为按体积计，高保水性树脂粉为无纺布的0.5％-1％。

9.如技术方案6所述防堵塞的渗透微灌容器，其特征是其内层被制成扁平状膜容器(12)，所述膜容器(12)上，带有进水口(7)以及排气管(8)，所述进水口(7)以及排气管(8)上带有喇叭口(13)。喇叭口是为了便于灌水及与堵头或管道连接。

10.如技术方案1-5之一所述的微灌容器，其特征是该容器为中空吹塑制品，所述进水口(7)以及排气管(8)为螺旋状，该容器的外表面带有纵向加强筋结构(9)和横向凹状加强结构(10)。

11.如技术方案10所述的微灌容器，其特征是还包含一外层，所述外层为凝胶保护层(11)。

12.如技术方案1-5中所述微灌容器的制备方法，包括以下步骤：

制备具有毛细渗透功能的微灌材料：采用双螺杆混炼造粒机或往复式单螺杆混炼造粒机，采用三级或四级的多级喂料工艺，所用混炼造粒机的长径比为≥40∶1，在每级加料口下游设有排气口，加料口处使用螺纹升角大于25度的长导程、螺杆外径与螺杆内径比为1.6～1.9的深螺槽的螺纹元件，首先将全部塑料、助剂和40％～60％的填料，从混炼造粒机主料口加入，当含有纳米颗粒材料时，第一级应先将所有纳米颗粒材料全部加入，然后再在第二级、第三级、第四级加料口，按照40％～20％、30％～0％、20％～0％的比例将剩余的填料逐级加入，混炼造粒制得材料；

微灌容器的制备：将具有毛细渗透功能的微灌材料用中空吹塑工艺加工成中空容器，然后进行拉伸；或将此材料用吹膜机加工成薄膜，然后经焊接、拉伸、切割成所需要的容器；其中拉伸倍数为1～7倍。

13.如技术方案12中所述的微灌容器的制备方法，其特征为其拉伸倍数为2～4倍。

14.如技术方案6-9中所述防堵塞的微灌容器的制备方法，包括以下步骤：

内层的制备：按照技术方案12所述制备方法制备内层；

外层的制备：将疏松型无纺布裁剪成相应宽度，然后将高保水性树脂粉均匀布撒在疏松型无纺布上，按体积计，高保水性树脂粉为无纺布的0.5％-3％，使高保水性树脂粉均匀落入无纺布的孔隙内，然后用水蒸气处理10-30分钟，使高保水性树脂粉膨胀，牢牢的固定于无纺布孔隙内，然后将包含有高保水性树脂粉的无纺布焊接或缝合成容器状，并根据微灌容器的尺寸截成相应的长度，将其套在内层外构成具有凝胶保护层的防堵塞的微灌容器。

凝胶层不仅提升了微灌容器的渗水效果，还起到防堵塞的保护效果。

具有毛细渗透功能的内层容器与外部凝胶保护层构成具有优秀防堵塞功能的双层渗透微灌容器。当容器装满水后，在水的作用下，交联的高保水性树脂粉在疏松的无纺布内会进一步膨胀，由于高保水性树脂粉吸水后的膨胀倍数可高达几百倍，但由无纺布构成的非水溶性塑料网络是高度抗拉的，所以凝胶保护层会紧紧贴在具有毛细渗透功能的内胆壁上，形成毛细层与凝胶层合为一体的紧密接触。这种紧密接触会进一步提高渗透效果，同时膨胀的高保水性树脂粉也会向外凸出，形成与土壤颗粒良好接触的凝胶保护层。

本技术方案主要带来了如下有益效果：

(1)工艺简便，抗堵塞性能及其它综合性能优越

与现有的成孔技术(发泡成孔、废旧橡胶粉碎填充成孔、木粉或纤维填充成孔、集束毛细管、多孔介质等)相比，本发明采用无机超细粉体(例如碳酸钙粉体)均匀分散在塑料机体中，通过一定的工艺自然形成的无数微孔。所用的无机超细粉体，例如轻质碳酸钙、纳米碳酸钙等的合成工艺已很成熟，对粒径及粒径分布的控制已相当有效，产品已广泛应用在造纸、涂料、塑料改性等领域。而这些无机超细粉体的粒径及粒径分布是决定开孔尺寸及尺寸分布的基础。本发明技术均比现有专利技术工艺相对简便，使用本发明的成孔技术，渗水通道是自动生成的，生成渗水孔隙的效率更高，对孔隙尺寸及尺寸分布的控制更为有效，无数连续细孔贯穿整个灌溉容器的表面，产品性能更为优越，所以能在土壤形成连续均匀的湿润体，灌溉均匀，在敷设了本发明所制备的渗灌容器的区域，其灌水均匀度一般可达95％以上，提高了灌溉效率，增加了产量，同时成本更低，市场竞争力更高。

由于本发明的渗水通道是由无数的连续的极细微的毛细孔构成，均匀贯穿于整个灌溉容器的表面，毛孔尺寸远远小于土壤的团粒结构；其灌溉渗出水的速度及出水量完全取决于植物的需求且均衡，不存在重力水，不会将土壤原有的团粒和毛细结构破坏；另外，本发明采用一种复合结构设计，在毛细渗透层外又增加了一种全新思路的防堵保护层。该保护层是在疏松的无纺布骨架中填加了高保水树脂，利用高保水树脂吸水膨胀的特性形成致密无缝隙的凝胶保护层，改原有的单纯毛细渗透为毛细渗透与凝胶的复合渗透。凝胶层是一种“无缝隙”的水凝胶，所以它既不会被土壤颗粒堵塞也不会被植物根系堵塞；由于凝胶层保护使得本发明的灌溉容器只要有一点水存在就总是保持湿润状态，所以不存在由于干涸结垢造成的化学堵塞；单纯的毛细渗透元件器壁与土壤接触是一种平面接触，而改为凝胶保护层接触，则是一种立体接触，增大了灌溉元件与土壤的接触面积。所以本发明的抗物理堵塞、抗化学堵塞及抗植物根系堵塞的能力，远远高于任何其它方案。另外，本发明使用的热塑性塑料加有抗菌剂，所以抗生物堵塞性能也十分优秀。综合以上本发明制备的渗透微灌容器具有优秀的综合抗堵塞能力。本发明制备的渗透微灌容器根据需要还可添加抗鼠害剂，所以具备抗鼠害能力。

(2)减少工序，减少了污染，提高效率，降低成本，效益明显

本发明不使用任何“隔离剂”、“表面活性剂”，不必对填料进行表面改性处理，也不需增加用水将部分表面活性剂抽提的工序，减少了工序，减少了污染，降低了原材料成本及工艺成本，降低了劳动强度、改善了劳动环境，提高了生产效率。另外，由于现有技术落后，为保证灌溉元件具有必要的机械强度，现有技术方案使用的填料的填充比例较低，而本技术方案添加的填料比例可高达60％。简单计算，按照上述现有专利的最高填充比例(填料与塑料基体的比例为30∶100)23.1％计，按照目前市面树脂通用聚乙烯树脂12000元/吨、超细填料2000元/吨计，增加36.9％的填料意味着降低成本3690元/吨。即使不考虑由于不使用隔离剂所带来的原材料成本降低，也不考虑由于不必增加加热混合工序带来的生产成本的降低，仅增加填料一项即可降低成本约为38.1％，经济效益十分明显。

(3)三维网络毛细渗水结构形成独特的自适应渗透特性

本发明制备的渗透微灌容器具有良好的自适应灌溉功能。这种微灌容器具有一种由无数亲水的无机填料颗粒堆砌成的团聚体均匀分布在由不亲水的热塑性塑料构成的连续塑性网络中的结构。不亲水的热塑性塑料构成一个连续三维立体塑性网络，提供了渗透微灌管的机械物理性能。亲水的无机填料粒子的堆砌其中塑料网络中，形成一个连续三维立体毛细渗水通道，提供了渗透微灌管极好的渗水特性，微量水形成的氢键加强了这种无机粒子间的结合，使之不会被水的渗出而流失。将具有这种结构的微灌容器埋在地下，微灌容器器壁上丰富而又突出在外的填充无机颗粒或者与土壤颗粒相接触混合在一起，构成完整的毛细渗透体系，或者与凝胶保护层紧密结合在一起，通过凝胶层与土壤接触，构成完整的毛细/凝胶复合渗透体系。若土壤的“水势”低于容器内灌溉水的“水势”，容器内的水会沿着内层毛细通道向外渗出，或者直接进入土壤，或者通过凝胶保护层进入土壤。其渗出的动力为毛细吸力、凝胶层的吸力及离浆作用和干燥土壤的吸力。在此过程中渗透微灌容器中的灌溉水连续不断地通过渗透微灌容器器壁上无数毛细通道及凝胶层向土壤渗透实现灌溉。随着灌溉过程的进行，土壤的水含量不断增加，直至渗透微灌管内部的“水势”与土壤的“水势”相同，灌溉结束。此时，渗透微灌容器中水、土壤水两者处于平衡态，渗透微灌容器内部水不再向外渗透。处在这种平衡态中的植物，其根系表皮由一种半透膜构成，当植物生长的需求使得植物根系内部的“水势”小于土壤的“水势”时，土壤水透过根系表面的半透膜向植物根系内部渗透，进入植物体内，使得植物体内的“水势”上升，直至满足植物的需求，植物不再吸水，渗透微灌容器也不再向外供(渗)水，灌溉结束。此时，渗透微灌容器中水、土壤水、植物体内水三者间处于平衡态。当进入植物体内的水分在植物根系的渗透压、水分子之间的内聚力以及植物毛细通道的作用下，水分很快沿植物躯干上升，同时在植物蒸腾拉力下，植物体内水分到达所有需要水分生长的部位。随着植物的生长，植物体内水分的蒸腾，植物内部的“水势”下降，植物体内水、土壤毛细水、渗透微灌容器内部水三者之间的“水势”平衡被破坏，土壤中的水重新渗浸入植物体内，渗透微灌容器中的水再次向土壤补充，再次实施灌溉。如此，周而复始，连绵不断，实现自适应的灌溉功能。由于植物体内水分、土壤毛细水、渗透微灌管内部水三者之间总是处于一种动态平衡之中，构成了一种真正最节水“无动力、自适应、持续、均衡渗透微灌体系”。

(4)拉伸方案提高了渗水效果

本发明采用了拉伸技术方案。为了观察拉伸对物料产生的影响，使用扫描电镜对未拉伸和拉伸的渗透膜样品进行了观察。这些扫描电镜的照片真实的显示了拉伸与不拉伸的不同效果。图6是未拉伸样品的表面扫描电镜照片、图7是未拉伸样品的表面及断面扫描电镜照片，从未拉伸样品的照片可见，未拉伸的样品内部已存有由大量堆砌的碳酸钙颗粒间隙构成的渗水通道，但这些通道有些并未打通，这点从图6、图7的未拉伸样品表面完全封闭，不存在孔洞便可看出。图8是拉伸样品的表面扫描电镜照片、图9是拉伸样品的表面及断面扫描电镜照片。从拉伸样品的照片可见，拉伸的样品内部存有由大量堆砌的碳酸钙颗粒间隙构成的渗水通道更加丰富贯通，有些颗粒已经被挤压出表面，这点从图8、图9的拉伸样品表面存在大量孔洞便可看出。拉伸不仅仅加剧了填料与高分子基体之间的剥离程度，最重要的是拉伸造成基体对填料产生了强烈的挤压作用，这种挤压使得在熔融加工期间被包裹在基体的不同区间的填料发生重排位移，这种位移传递了外界的拉力使填料冲破包裹区间的基体的薄弱部位形成填料之间的贯通，而亲水的填料之间贯通的间隙是构成渗水通道的关键。这种间隙要远远大于现有技术由于隔离剂迁移而形成的间隙，而且这种间隙完全由亲水颗粒构成，其透水性能远远优于现有方案中使用“隔离剂”(油脂类物质)获得渗水效果。

(5)节水、节能、节省费用

使用本发明的微灌带可以在无压条件下运行，但由于水源总是会有一定的势能所以在实际场合往往是在低压条件下运行，灌水器的工作压力一般只有1～4米水柱压力，一般仅靠田边高位水槽提供。只要高位水槽中有水，就可以实现长期无动力不间断自动灌溉，所以能耗极少。同时由于渗灌容器埋在地下，既避免了像地面灌溉由于长期暴漏在太阳光下造成灌溉容器的老化失效，又不妨碍地面上的田间管理耕作，灌水所需劳动力较少，所以既节省了渗灌容器频繁更换的费用，又节省了日常维护的运行费用。

现有的所有埋地灌溉均属于压力或重力灌溉，也就是说，在没有人为干预的情况下，灌溉水会不管植物是否需求会一直流到无水为止。但本发明的渗透微灌是一种“自适应方式”的地下灌溉方式，灌水过程中不但土壤表层保持干燥，株间及地表蒸发减少，而且不致产生地面径流和深层渗漏，所以渗灌用水最省。渗灌一般比地面灌溉省水50％～70％，比喷灌省水15％～20％，比滴灌节水10％。同时避免了使用电脑及机电仪表实现自动化控制所需的大量费用。

(6)不随水位降低、渗灌面积减少而导致灌溉不均衡

现有技术，随着灌溉的进行，容器中水位降低，灌溉容器的透水面积减少，会产生灌溉不均衡现象。若单独使用本发明的微灌容器，随着灌溉的进行，容器中水位虽然也会下降，但由于外部凝胶层的存在，只要容器内有水，容器外部的凝胶层水量不但底部充足，由于凝胶之间的水的传递，使得整个凝胶层水依然充足，所以此时的渗透微灌容器内部的水位似乎仍然没有降低，仍然呈现一种均衡灌溉的效果。

(7)特殊加工设计，提高了渗透微灌容器的应用领域

本发明通过吹塑加工带有加强筋的中空容器，提高了渗透微灌容器抗外部压力的能力，使解决了现有技术不能抗流沙挤压的缺点，提高了应用范围，对荒漠造林治沙起到关键作用。

(8)大大降低了固体水的成本

与全部使用高保水性树脂粉的固体水灌溉方式比，本发明仅在表面使用薄薄一层，假定可节约95％的树脂，如不考虑容器的费用(相比与树脂的高价格可以忽略不计)相当于降低95％的成本。大大节省了价格昂贵的高保水性树脂粉的用量，降低了成本，同时还提高了单位体积下的水容量。由于容器内水可以补充，所以本发明的“固体水”可以反复使用，大大提高了价格昂贵的高保水树脂的利用率。

附图说明

图1是渗透微灌容器1的示意图；

图2是抗外压渗透微灌容器2的示意图；

图3是防堵塞双层渗透微灌容器3的示意图；

图4是抗外压、防堵塞双层渗透微灌容器4的示意图；

图5是防堵塞双层渗透微灌膜容器5的示意图；

图6是未拉伸样品表面的扫描电镜照片；

图7是未拉伸样品断面及表面的扫描电镜照片(注：圆圈内显示无机颗粒的堆砌及间隙)；

图8是拉伸样品表面的扫描电镜照片；

图9是拉伸样品表面和断面的扫描电镜照片；

图10是测试渗透膜渗透性能的测试仪器示意图。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

(1)：一种具有毛细渗透功能的微灌材料及其制备方法

实施例一

将氯碱工业副产盐泥(浆料)，用板框压滤机除去多余水分干燥后，研磨筛分得10微米(μ)盐泥粉体填料，使用熔体流动速率(MFR)为4的线性低密度聚乙烯(LLDPE)树脂为基料，填料与树脂的质量份数比为300∶100；助剂为：受阻酚抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、添加量为0.3质量份数，亚磷酸酯稳定剂为亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、添加量为0.3质量份数；平均分子量为4000的高流动聚乙烯(PE蜡)，添加量为1质量份数；含炭黑40％炭黑母料35质量份。将上述组份按计量分三级添加，第一级加入所有的树脂、助剂及相应比例的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的40％、40％、20％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为44∶1的双螺杆造粒机，在170-200℃下挤出造粒，然后干燥、包装。

实施例二

使用6.5微米(μm)的碳酸钙为填料，熔体流动速率(MFR)为0.3的低密度聚乙烯(LDPE)树脂为基料，填料与树脂的质量份数比为200∶100；助剂为：受阻酚抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、添加量为0.3质量份数，亚磷酸酯稳定剂为亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、添加量为0.3质量份数；熔体流动速率(MFR)为30的高流动聚乙烯(PE)，添加量为1质量份数。将上述组份按计量分三级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应比例的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的40％、40％、20％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为40∶1的双螺杆造粒机，在170-190℃下挤出造粒，然后干燥、包装。

实施例三

使用1.6微米(μm)碳酸钙为填料，熔体流动速率(MFR)为0.1的高密度聚乙烯(HDPE)树脂为基料，填料与树脂的质量份数比为150∶100；助剂为：受阻酚抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、添加量为0.3质量份数，亚磷酸酯稳定剂为亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、添加量为0.3质量份数；熔体流动速率(MFR)为70的高流动聚乙烯(PE)，添加量为3质量份数。将上述组份按计量分四级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应比例的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的30％、30％、30％、10％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为48∶1的双螺杆造粒机，在180-210℃下挤出造粒，然后干燥、包装。

实施例四

使用2.5微米(μm)碳酸钙为填料，熔体流动速率(MFR)为0.4的PP树脂为基料，填料与树脂的质量份数比为100∶100；助剂为：受阻酚抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、添加量为0.3质量份数，亚磷酸酯稳定剂为亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、添加量为0.3质量份数；熔体流动速率(MFR)为100的高流动聚丙烯(PP)，添加量为2质量份数。将上述组份按计量分三级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应比例的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的40％、40％、20％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为44∶1的双螺杆造粒机，在180-210℃下挤出造粒，然后干燥、包装。

实施例五

使用60～80纳米等级的纳米钙10质量份数、1.6微米(μm)的碳酸钙35质量份数与熔体流动速率(MFR)为～0.1的高密度聚乙烯(HDPE)树脂100质量份数；助剂为：受阻酚抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、添加量为0.3质量份数，亚磷酸酯稳定剂为亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、添加量为0.3质量份数；熔体流动速率(MFR)为70的高流动聚乙烯，添加量为5质量份数。将上述组份按计量分四级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的40％、30％、20％、10％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为48∶1的双螺杆造粒机，在170-190℃下挤出造粒，然后干燥、包装。

实施例六

使用60～100纳米钙15质量份数、1.6微米(μm)的碳酸钙50质量份数与熔体流动速率(MFR)为～4的聚丙烯(PP)树脂100质量份数；助剂为：受阻酚抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、添加量为0.3质量份数，亚磷酸酯稳定剂为亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、添加量为0.3质量份数；熔体流动速率(MFR)为100的高流动聚丙烯(PP)、添加量为3质量份数。将上述组份按计量分四级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的40％、30％、20％、10％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为48∶1的双螺杆造粒机，在180-210℃下挤出造粒，然后干燥、包装。

实施例七

使用60～150纳米等级的纳米钙30质量份数、1.6微米(μm)碳酸钙420质量份数与熔体流动速率(MFR)为～4的聚乙烯(LDPE)树脂100质量份数；助剂为：受阻酚抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、添加量为0.3质量份数，亚磷酸酯稳定剂为亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、添加量为0.3质量份数；平均分子量为4000的聚乙烯蜡、添加量为2质量份数。将上述组份按计量分四级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的30％、30％、20％、20％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为48∶1的双螺杆造粒机，在170-190℃下挤出造粒，制成母料。再按550质量份的母料和200质量份的熔体流动速率(MFR)为～0.1的高密度聚乙烯(HDPE)分别计量加入螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为36∶1的双螺杆造粒机中，在180-210℃下挤出造粒得到材料，然后干燥、包装。

实施例八

将60～150纳米等级的纳米钙10质量份数、1.6微米(μm)碳酸钙140质量份数与熔体流动速率(MFR)为～0.4的高密度聚乙烯(HDPE)树脂100质量份数；助剂为：受阻酚抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、添加量为0.3质量份数，亚磷酸酯稳定剂为亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、添加量为0.3质量份数；熔体流动速率(MFR)为70的高流动聚乙烯、添加量为2质量份数。将上述组份按计量分别加入FCM造粒机中，使用双转子直径为100(φ100)在180-210℃下挤出，挤出的料块落入螺杆直径为150(φ150)，长径比(L/D)为7∶1的单螺杆挤出机中，在180-220℃挤出造粒得到材料，然后干燥、包装。

实施例九

按照实施例三，再加入3份含有银离子的纳米二氧化钛得到抗堵塞渗灌材料。

实施例十

按照实施例九，再加入15份含有环己酰亚胺的微胶囊添加剂得到抗堵塞避鼠害渗灌材料。

将上述实施例3中材料经吹膜得到渗透膜，测试其力学性能及渗水速率，所得结果见表1。采用GB/T1040.3-2006测定的拉伸强度，表中性能数据与材料的配方和制备工艺有关，并不代表本专利只能得到这些性能。

表1、材料的薄膜样品性能表

产品	拉伸强度(Mpa)纵向/横向	渗水速率(l/m2-min)
			实施例一	8.24/2.36	0.13
实施例二	12.5/3.68	0.21
			实施例三	22.7/11.9	0.20
实施例四	30.2/18.4	0.19
			实施例五	25.3/15.9	0.15
实施例六	31.8/18.1	0.14
			实施例七	23.6/9.9	0.17
实施例八	27.8/13.2	0.18
			实施例九	24.7/9.9	0.19
实施例十	14.7/8.9	0.18

实施例十一

图1给出了用中空吹塑加工得到的具有无动力、自适应、持续、均衡渗透功能的渗透微灌容器1的示意图。

按照填料与树脂的质量份数比为150∶100的比例将1.6微米碳酸钙、熔体流动速率(MFR)为0.1的高密度聚乙烯(HDPE)树脂、助剂为：0.3质量份数的四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和、0.3质量份数的亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、3质量份数的熔体流动速率(MFR)为70的高流动聚乙烯(PE)、3重量份数的纳米氧化钛与银离子的复合抗菌剂以及10重量份数的环己酰亚胺避鼠剂。将上述组份按计量分四级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应比例的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的30％、30％、30％、10％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为48∶1的双螺杆造粒机，在180-210℃下挤出造粒，然后干燥，得到HDPE吹塑材料。将此材料用中空吹塑机加工成瓶状或者其他形状的渗透微灌容器1，形状可以是多种多样的，取决于设计的模具，只要能满足植物灌溉的要求即可。然后按照3倍拉伸比拉伸。渗透微灌容器1上设计有带有螺旋6的进水口7以及排气管8。螺旋6便于与堵头或管道连接，螺旋的形状不是重要的，还可以设计成其它任何便于连接的形状。进水口7和排气管8的长度取决于容器的掩埋深度或者说所灌溉的植物根部距地面的深度，必须保证它们能露在地面以便操作。渗透微灌容器1具有毛细渗水特征，可用于对抗堵塞性能要求不高的灌溉系统。

实施例十二

图2给出了用中空吹塑加工得到的具有无动力、自适应、持续、均衡渗透功能的抗外压渗透微灌容器2的示意图。

按照填料与树脂的质量份数比为100∶100的比例将2.6微米碳酸钙、熔体流动速率(MFR)为0.4的聚丙烯(PP)树脂、助剂为：0.3质量份数的四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和、0.3质量份数的亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、2质量份数的熔体流动速率(MFR)为100的高流动聚丙烯(PP)、3重量份数的纳米氧化钛与银离子的复合抗菌剂以及10重量份数的环己酰亚胺避鼠剂。将上述组份按计量分三级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应比例的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的40％、30％、30％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为48∶1的双螺杆造粒机，在190-220℃下挤出造粒，然后干燥，得到PP吹塑材料。将此材料用中空吹塑机加工成带有纵向加强筋结构9及横向凹形加强结构10的瓶状或者其他形状的抗压渗透微灌容器2，形状可以是多种多样的，取决于设计的模具，只要能满足植物灌溉的要求即可。然后按照2倍拉伸比进行拉伸，得到自承式抗压渗透微灌容器2。自承式抗压渗透微灌容器2上设计有带有螺旋6的进水口7以及排气管8。螺旋6便于进水口7与堵头或管道连接，螺旋的形状不是重要的，还可以设计成其它任何便于连接的形状。进水管7和排气管8的长度取决于容器的掩埋深度或者说所灌溉的植物根部距地面的深度，必须保证它们能露在地面以便操作。自承式抗压渗透微灌容器2具有毛细渗水特征，可用于对抗堵塞性能要求不高的灌溉系统。

实施例十三

图3给出了用中空吹塑加工得到的具有无动力、自适应、持续、均衡渗透功能的防堵塞渗透微灌容器3的示意图

防堵塞复合微灌容器3使用了凝胶保护层11可获得最好的效果。凝胶保护层11是采用如下方法制成：先按照吹塑瓶的圆周周长将疏松型无纺布裁剪成适当宽度，然后将高保水性树脂粉按照与无纺布的体积比为1％的量，均匀布撒在疏松型无纺布上，轻微振动无纺布，使高保水性树脂粉均匀落入无纺布的孔隙内，然后用水蒸气处理30分钟，使高保水性树脂粉颗粒膨胀，紧紧卡在具有一定强度的无纺布骨架内，然后将包含有高保水性树脂粉的无纺布缝合成管状，并根据吹塑瓶的高度截成适当的长度，再将其套在实施例1制备的单层渗透微灌容器1外构成凝胶保护层11。当容器装满水后，在水的作用下，交联的高保水性树脂粉在疏松的无纺布内会进一步膨胀，由于高保水性树脂粉吸水后的膨胀倍数可高达几百倍，但由无纺布构成的非水溶性塑料网络是高度抗拉的，所以凝胶保护层会紧紧贴在吹塑而成的具有毛细渗透功能的内胆壁上，甚至可能深入到毛细孔内，形成毛细层与凝胶层合为一体的紧密接触。这种紧密接触会进一步提高渗透效果，同时膨胀的高保水性树脂粉也会向外凸出，形成与土壤颗粒接触的良好凝胶渗透层。防堵塞复合微灌容器3具有毛细渗透及凝胶渗透特征，应用于灌溉系统，具有优秀的抗堵塞性能。

实施例十四

图4给出了用中空吹塑加工得到的具有无动力、自适应、持续、均衡渗透功能的防外压、抗堵塞渗透微灌容器4的示意图

将实施例十三制备的凝胶保护层11套在实施例十二制备的自承式抗外压渗透微灌容器2外，得到的抗压、防堵塞复合微灌容器4。抗压、防堵塞复合微灌容器4具有毛细渗透及凝胶渗透特征，应用于灌溉系统，具有优秀的抗外压及防堵塞性能。

实施例十五

图5给出了用吹塑薄膜加工得到的具有无动力、自适应、持续、均衡渗透功能的扁平状防堵塞渗透微灌膜容器5的示意图

按照填料与树脂的质量份数比为45∶100的比例将1.6微米碳酸钙35份和60-80纳米的纳米碳酸钙10份、熔体流动速率(MFR)为0.1的高密度聚乙烯(HDPE)树脂、助剂为：0.3质量份数的四[β-(3.5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和、0.3质量份数的亚磷酸三(2.4-二叔丁基苯基)酯、5质量份数的熔体流动速率(MFR)为70的高流动聚乙烯(PE)。将上述组份按计量分四级分别加入双螺杆造粒机中，第一级加入所有的树脂、助剂及相应比例的填料，每级加入填料的比例按照填料总量的30％、30％、30％、10％计，使用螺杆直径为75(φ75)、长径比(L/D)为48∶1的双螺杆造粒机，在180-210℃下挤出造粒，然后干燥，得到HDPE吹膜材料。

将此材料用吹膜机加工成薄膜，然后经焊接、拉伸成所需要的器形具有毛细渗透功能的内层膜容器12。拉伸比为5倍。内层膜容器12上设计有带有喇叭口13形状的进水口7以及排气管8。喇叭口13形状的进水口7是为了便于灌水及与堵头或管道连接，进水口7和排气管8的长度取决于容器的掩埋深度或者说所灌溉的植物根部距地面的深度，必须保证它们能露在地面以便操作。

按照内层膜容器12的宽度将疏松型无纺布裁剪焊接成圆筒状，再按照内层膜容器12长度裁剪成段套在其上，并将底部焊接。然后将高保水性树脂粉按照与无纺布的体积比为0.5％的量，均匀布撒在疏松型无纺布上，轻微振动无纺布，使高保水性树脂粉均匀落入无纺布的孔隙内，然后用水蒸气处理30分钟，使高保水性树脂粉颗粒膨胀，紧紧卡在具有一定强度的无纺布骨架内，构成凝胶保护层11。内层膜容器12与凝胶保护层11，构成扁平状防堵塞渗透微灌容器5。当容器中装满水后，在水的作用下，交联的高保水性树脂粉在疏松的无纺布内会进一步膨胀，由于高保水性树脂粉吸水后的膨胀倍数可高达几百倍，但由无纺布构成的非水溶性塑料网络是高度抗拉的，所以凝胶保护层会紧紧贴在吹塑而成的具有毛细渗透功能的内胆壁上，形成毛细层与凝胶层合为一体的紧密接触。这种紧密接触会进一步提高渗透效果，同时膨胀的高保水性树脂粉也会向外凸出，形成与土壤颗粒接触的良好凝胶渗透层。防堵塞双层渗透微灌膜容器5具有毛细渗透及凝胶渗透特征，应用于灌溉系统，具有优秀的抗堵塞性能。

将上述实施例十一、十二、十五中材料经吹膜得到渗透膜，测试其力学性能及渗水速率，所得结果见表2。采用GB/T1040.3-2006测定的拉伸强度，表中性能数据与材料的配方和制备工艺有关，并不代表本专利只能得到这些性能。

表2、材料的薄膜样品性能表

渗水速率数据采用以下测试方法获得：

测试渗透膜渗透性能的测试仪器如图10所示。结合图示将测试渗透膜渗透性能的测试仪器的使用及测试方法说明如下：

将带有螺纹的粉体底盘14和粉体压盖15旋转连接在一起，构成装载具有毛细渗透功能的土壤的腔体。在装入土壤前，不要将粉体底盘14和粉体压盖15旋转的太紧，让其具有上下移动的空间。将土壤装满腔体后，将粉体压盖上沿与待测渗透膜18接触的表面用面巾纸擦拭干净，覆盖上渗透膜18。渗透膜18应事先冲切或剪裁成与粉体压盖15外沿直径相同的圆片。再将密封胶垫19压在渗透膜样片上，用带有螺旋的膜样压盖20旋紧，将膜样紧紧固定在土壤腔体上，构成测试盒。随后，不断轻轻震动测试盒，不断用扳手通过旋紧凹槽16慢慢旋紧粉体底盘14，直至渗透膜样片与土壤紧密全面平整接触。在膜样压盖20外沿设有若干凹槽，凹槽内装有密封胶圈17。将带有刻度的玻璃材质或塑料材质的透明量筒21安装在测试盒上。密封胶圈17起到固定及密封的作用。测试时将水倒入量筒21内，由于干燥的土壤具有较低的水势，量筒的水透过渗透膜不断向土壤渗透，记录液面随时间的变化，测得渗透膜样的透水率。也可在吸水前后对测试盒称重，测得渗透膜样的透水率。

$V=\frac{W-W_0}{M}$ 或 $V=\frac{L_0-L}{M}$

式中：

V为单位面积的透水率，单位为g/m²-min或l/m²-min；

W或L为单位时间吸水后测试盒的重量或吸水后量筒液位的毫升数；

W₀或L₀为吸水前测试盒的重量或吸水前量筒液位的毫升数；

M为测试膜样与水接触的面积。

因为土壤的毛细渗透特性与土壤的结构、性质、土壤颗粒的大小和颗粒粒径分布以及初始含水量有关，也与测试样品膜或片的厚度有关，所以为能够平行评价用不同配方及不同制备方法加工的渗透元件的渗透性能，保证测试的重复性，除了应控制测试样品的厚度外，在评价渗透膜的渗透特性时应选用同一种土壤，同时应保证土壤颗粒的粒径大小和粒径分布相同。在研究中发现，选用轻质碳酸钙具有较好的数据重复性，推荐使用在110℃下烘干2小时后的市售800目或1200目轻质碳酸钙。

本领域技术人员可以根据本发明公开的内容和所掌握的本领域技术对本发明内容作出替换或变型，但是这些替换或变型都不应视为脱离本发明构思的，这些替换或变型均在本发明要求保护的权利范围内。

Claims (14)

1.一种渗透微灌容器，该容器由毛细渗透功能的微灌材料制成，所述微灌材料包括：组分A：热塑性塑料，该热塑性塑料的熔体质量流动速率≤4g/10min；组份B：亲水的无机填料，所述亲水的无机填料的平均粒径为10μm-1.6μm；助剂组份C：复合抗氧剂，所述复合抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂1∶1复合而成；助剂组份D：熔体质量流动速率≥30g/10min的高流动性聚丙烯、聚乙烯或平均分子量大于3000的聚乙烯蜡或无规共聚聚丙烯；上述各组分的重量份数为：A：100，B：45-300，C：0.2-1.0，D：1-5，通过将上述各个组分按照计量称取在混炼机中混炼制得。

所述毛细渗透功能的微灌材料具有在不亲水的热塑性塑料基体中，均匀分布的由亲水的无机填料颗粒堆砌构成的毛细渗水网络结构，使得由毛细渗透功能的微灌材料制成的渗透微灌容器能够根据与之接触的土壤的水势高低，水可以通过该容器内部的具有网络结构的毛细通道向外渗水或停止向外渗水，该容器具有进水口(7)和排气口(8)。

2.如权利要求1所述的渗透微灌容器，其特征是其毛细渗透管组分中的组分A选自，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯或者以上述热塑性塑料为主的共混/共聚改性物；组份B选自，金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硅的氧化物、硅酸盐的缩聚物、铝硅酸盐的缩聚物、轻质或者重质碳酸钙、硅胶、沸石、滑石、水合滑石、氯碱工业产生的盐泥、铝业产生的赤泥、钛白粉、工业发电厂烟道气脱硫石膏或锅炉产生的粉煤灰，或者上述无机填料的两种或多种的混合物。

3.如权利要求1中所述的渗透微灌容器，其特征在于其组分B中，还可加入纳米颗粒材料，其粒径尺寸为60nm～150nm，加入重量份数为≤10。

4.如权利要求1中所述的微灌容器，其特征在于具有毛细渗透功能的微灌材料，还含有助剂组份E：抗菌剂，所述抗菌剂为银、铜、锌等金属离子及其化合物或混合物以及纳米金属银，固定在以二氧化钛、硫酸钡、沸石、硅酸盐、硅胶、磷酸盐、活性炭以及纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化硅为载体的复合物，其重量份数为：0.5-5。

5.如权利要求1中所述的渗透微灌容器，其特征在于具有毛细渗透功能的微灌材料，还含有助剂组份F：避鼠剂，所述避鼠剂为环己酰亚胺、类萜化合物单体、硼系化合物、芳基磷酸酯的金属盐或辣椒素或者上述避鼠剂的两种或多种的混合物，其重量份数为：6-15。

6.一种防堵塞的渗透微灌容器，该容器具有双层结构，外层为凝胶保护层(11)，内层为采用如权利要求1-5所述的渗透微灌容器构成，所述凝胶保护层(11)由无纺布和高保水性树脂粉组成，按体积计，高保水性树脂粉为无纺布的0.5％-3％，所述高保水性树脂粉被投放在无纺布空隙内，从内层渗出的水使得高保水性树脂粉膨胀形成凝胶，在由无纺布构成的高强度高分子骨架网络中，凝胶保护层一面紧贴在内层的外壁使凝胶与毛细通道形成一体，一面与土壤接触形成具有渗透功能的防堵塞凝胶保护层。

7.如权利要求6所述防堵塞的渗透微灌容器，其特征是其外层凝胶保护层(11)中的高保水性树脂粉选自：改性淀粉类、纤维素类、甲壳素类、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、醋酸乙烯酯类聚合物以及它们的共聚物、接枝物、衍生物或者改性物。

8.如权利要求6中所述防堵塞的渗透微灌容器，其特征为按体积计，高保水性树脂粉为无纺布的0.5％-1％。

9.如权利要求6所述防堵塞的渗透微灌容器，其特征是其内层被制成扁平状膜容器(12)，所述膜容器(12)上，带有进水口(7)以及排气管(8)，所述进水口(7)以及排气管(8)上带有喇叭口(13)。

10.如权利要求1-5之一所述的微灌容器，其特征是该容器为中空吹塑制品，所述所述中空吹塑制品上带有进水口(7)及排气管(8)，所述进水口(7)上带有螺纹(6)，该容器的外表面带有纵向加强筋结构(9)和横向凹状加强结构(10)。

11.如权利要求10所述的微灌容器，其特征是还包含一外层，所述外层为凝胶保护层(11)。

12.如权利要求1-5中所述微灌容器的制备方法，包括以下步骤：

制备具有毛细渗透功能的微灌材料：采用双螺杆混炼造粒机或往复式单螺杆混炼造粒机，采用三级或四级的多级喂料工艺，所用混炼造粒机的长径比为≥40∶1，在每级加料口下游设有排气口，加料口处使用螺纹升角大于25度的长导程、螺杆外径与螺杆内径比为1.6～1.9的深螺槽的螺纹元件，首先将全部塑料、助剂和40％～60％的填料，从混炼造粒机主料口加入，当含有纳米颗粒材料时，第一级应先将所有纳米颗粒材料全部加入，然后再在第二级、第三级、第四级加料口，按照40％～20％、30％～0％、20％～0％的比例将剩余的填料逐级加入，混炼造粒制得材料；

微灌容器的制备：将具有毛细渗透功能的微灌材料用中空吹塑工艺加工成中空容器，然后进行拉伸；或将此材料用吹膜机加工成薄膜，然后经焊接、拉伸、切割成所需要的容器；其中拉伸倍数为1～7倍。

13.如权利要求12中所述的微灌容器的制备方法，其特征为其拉伸倍数为2～4倍。

14.如权利要求6-9中所述防堵塞的微灌容器的制备方法，包括以下步骤：

内层的制备：按照权利要求12所述制备方法制备内层；

外层的制备：将疏松型无纺布裁剪成相应宽度，然后将高保水性树脂粉均匀布撒在疏松型无纺布上，按体积计，高保水性树脂粉为无纺布的0.5％-3％，使高保水性树脂粉均匀落入无纺布的孔隙内，然后用水蒸气处理10-30分钟，使高保水性树脂粉膨胀，牢牢的固定于无纺布孔隙内，然后将包含有高保水性树脂粉的无纺布焊接或缝合成容器状，并根据微灌容器的尺寸截成相应的长度，将其套在内层外构成具有凝胶保护层的防堵塞的微灌容器。

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