CN102746547A - 一种毛细渗透微灌材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种毛细渗透微灌材料，包括以下组分：组分A：热塑性塑料，组分B：亲水的无机填料，助剂组分C：复合抗氧剂，助剂组分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，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。

Description

一种毛细渗透微灌材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种微灌材料及其制备方法，尤其涉及一种毛细渗透微灌材料及其制备方法。

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。因灌溉方式不合理，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。节水灌溉技术是比传统的灌溉技术明显节约用水和高效用水的灌水技术的总称。节水灌溉技术大致可分为节水灌溉工程技术和节水灌溉农艺技术。在节水灌溉面积中，采用现代先进节水灌溉方式的微乎其微，绝大部分只是按低标准初步进行了节水改造，输水渠道的防渗衬砌率不到30％。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。目前业内已经出现了一些节水灌溉的相关技术，有关微灌材料方面的技术如下：

现有技术1：

专利ZL 200710071720.7，“农业灌溉用渗水管道或膜或容器、制造方法及其应用”介绍的构成渗水元件的组合物包括“粉状的膨润土、白炭黑、活性炭、碳酸钙、或者淀粉”构成的“惰性填料”、由塑料构成的“塑化成型材料基质”和由“液体石蜡、硅油或者润滑油”构成的“隔离剂”。其中填料与塑料的比例为5-30∶100，填料与隔离剂的比例为100∶5-10。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”。

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。

现有技术2：

专利申请200910071769.1“纳米孔膜及制造方法”构思了一种用纳米颗粒制备具有纳米尺寸孔径的薄膜的方法，其处理纳米颗粒的方法及用其制备纳米材料的方法均按照传统工艺进行，不同的是该技术使用了一种表面活性剂，并且认为，将此改性料吹膜后，可用水将部分表面活性剂抽提出，“该部分表面活性剂原先在膜体内占据的空间成为贯通通道的成孔，孔径大小在纳米尺度范围”。

然而上述技术试图把已经与填料结合的表面活性剂用水抽提出，这很难以实现，其希望获得的半透膜渗透效果也难以实现。科学常识可知，表面活性剂的典型结构模型是一种一端为亲油基团另一端是亲水基团组成的物质。在用其处理亲水的无机填料时，亲水的一端向内与填料结合，亲油的另一端向外，该原有的亲水表面为亲油表面，使之与高分子基体的相容性大大提高，使填料与高分子基体的两相界面的结合更为牢固，成为一个有机的整体，才能具有良好的力学性能。在塑料加工改性领域广泛采用这种处理方法，以实现填料与高分子基体之间的牢固结合，提高材料的整体强度。但在希望出现微孔渗透的领域，这种牢固的结合是不被希望的，所希望的是分散的填料颗粒分散在高分子基体中两相界面相容性很差，没有任何结合，两相界面存在大量间隙，表面活性剂的使用对生成微孔是不利的。所以，使用表面活性剂使成孔效率降低，材料的渗水效果较差。

上述两项技术填料填充的比例较低，专利ZL200710071720.7填料与塑料基体的比例为5～30∶100，专利申请`200910071769.1填料与塑料基体的比例为5～60∶100，由于使用了隔离剂和表面活性剂，改变了填料表面的亲水特性，所以材料的渗水效果较差，并且由于需要用隔离剂或表面活性剂对填料进行预混合处理，由此也带来了较长的工艺流程，投资大，原材料成本高，生产效率低，总体生产成本高，且生产环境粉尘大、污染高。

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

本发明提供了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；

助剂组分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；

助剂组分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。

2、如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分A为熔体质量流动速率≤0.1g/10min的聚乙烯。

3、如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分A为熔体质量流动速率≤0.4g/10min的聚丙烯。

4、如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分B的粒径范围为6.5μm-1.6μm。

5、如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分B的粒径范围为2.6μm-1.6μm。

6、如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分B的重量份数为65-200。

7、如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分B的重量份数为85-150。

8、如权利要求1中所述的材料，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。

9、如权利要求8中所述的材料，其特征在于其纳米颗粒材料为纳米碳酸钙。

10、如权利要求8中所述的材料，其特征在于纳米颗粒材料的粒径尺寸为60nm～100nm。

11、如权利要求8中所述的材料，其特征在于纳米颗粒材料的粒径尺寸为60nm～80nm。

12、如权利要求8-11中任一权利要求所述的材料，其特征在于其纳米颗粒材料的加入重量份数为≤6。

13、如权利要求1中所述的材料，其特征在于其助剂组分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。

14、如权利要求1中所述的材料，其特征在于其助剂组分D为熔体质量流动速率≥70g/10min的高流动性聚乙烯或聚丙烯。

15、如权利要求1中所述的材料，其特征在于该材料还含有助剂组分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。

16、如权利要求1中所述的材料，其特征在于该材料还含有助剂组分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。

17、如权利要求1中所述的材料，其特征在于，该材料还含有助剂组分G：炭黑或色粉，其重量份数为：1-5。

18、如权利要求1-17中所述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。

19、如权利要求1-17中所述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。

20、如权利要求1-17中所述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。

21、如权利要求1-17中所述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。

本发明所制备的材料可用于加工埋地微灌领域需求的各种毛细渗透微灌管材、膜管(带)、中空容器、薄膜等渗灌元件。这里所述的毛细渗透功能与现有技术的“滴水”、“漏水”功能不同，是一种独特的毛细渗水特性，这种渗水特性使渗灌元件中的水能根据与之接触的周围的土壤的水势高低，通过材料内部的毛细网络结构而自动地开始渗水或是停止渗水，具有自我适应、自我调节特性。通过使用本发明所述的材料进行埋地灌溉，一方面能较好地完成灌溉任务，保证植物根系周围土壤的水势能满足植物根系的吸收；另一方面又能取得最大程度的节水效果。

本发明所述的材料主要具有以下优势：

1、缩短了工艺流程，降低了劳动强度，减少了污染，改善了劳动环境，提高了生产效率

现有技术使用了隔离剂或表面活性剂对填料进行预处理，所以必须先将填料和隔离剂或表面活性剂计量后加入混合机进行混合，使隔离剂或表面活性剂均匀的包裹在填料表面，这种操作是一种大量使用人力的间歇性操作，由于需要频繁开启混合机装卸物料，所以劳动强度大，加上超细的粉体特别是纳米尺寸的粉体，不可避免的使混合场所粉尘飞扬，工作环境粉尘污染严重，对人体的损害极大。本发明不需要使用对填料进行预处理，所以克服了现有技术所存在的所有缺点。特别是减少了污染，提高了生产效率。

2、大大降低了成本，增加了利润，提高了经济效益

由于现有技术比较落后，担心使用的较多的填料会造成材料强度的降低，所以不但需要对填料进行表面改性，提高与塑料基质结合的牢度，而且填料填充的比例较低。

专利ZL 200710071720.7填料与塑料基体的最高比例为30∶100(填料的填充百分比为23.1％)；专利申请200910071769.1填料与塑料基体的最高比例为60∶100(填料的填充百分比为37.5％)。而本技术方案添加的填料与塑料的比例可高达300∶100(填料的填充百分比为75％)，若目前市面通用聚乙烯树脂、超细填料价格按12000元/吨、2000元/吨计，增加37.5％～51.9％的填料即可降低原材料成本3750元/吨～5190元/吨。即使不考虑由于不使用隔离剂或表面活性剂所带来的原材料成本降低，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原材料成本达45.5％～53.6％。经济效益十分明显。

3、具有环保效益

现代化工企业往往会产生一些工业废料，常见的粉末状工业副产主要有：氯碱工业副产盐泥、氧化铝工业副产赤泥、电厂副产脱硫石膏以及粉煤灰、磷酸工业副产磷石膏等。由于副产来源不同，得到副产的状态有所不同，但这些废料只要经过一定的筛分即可得到满足渗灌材料要求的填料。使用这些用工业废料制备的填料不仅可进一步降低成本，而且具有明显的环保效益。

4、在保证材料的加工和机械物理性能的前提下，提高了渗水性能

本发明提供了一种最新的具有毛细渗透功能的材料及其制备技术。一般认为无机填料量大，渗水性好，极端情况，100％的无机材料，例如用可陶土、氧化硅等烧结成多孔材料制成渗灌制品，渗水性能是优秀的，现有众多专利是采用了这种思路制成用于滴灌系统的滴灌头，据称其渗水性能、抗堵塞性能比一般滴灌头要优秀的多。但它不是塑性材料，其加工及使用均不及塑性材料方便。本发明是用大量无机填料与塑料相结合，制备出既具有优秀渗水和抗堵塞性能，又能够像塑料一样加工和使用的材料。这种材料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网络，提供了材料的加工和机械物理性能，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。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。将具有这种结构的材料加工成的渗水元件埋在地下，渗水器壁上丰富而又突出在外的填充无机颗粒与土壤颗粒相接触混合在一起，构成完整的毛细渗透体系。当渗灌元件内装有水时，元件内的水会自动沿着这些毛细通道向器壁外渗出，其渗出的动力为毛细力及干燥土壤的吸力，而不是现有技术的外界压力或水的自身重力。整个毛细渗透个灌溉过程可描述如下：若土壤的“水势”低于元件内灌溉水的“水势”，则渗灌元件中的灌溉水在土壤毛细力作用下连续不断地通过渗灌元件器壁上无数毛细通道向土壤渗出渗透，进入土壤，实现灌溉。随着灌溉过程的进行，土壤的水含量不断增加，直至渗灌元件内部的“水势”与土壤的“水势”相同，灌溉结束。此时，渗灌元件中水、土壤水两者处于平衡态，渗灌元件内部水不再向外渗透。如果在这种平衡态中加入植物，植物的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，渗灌元件也不再向外供(渗)水。此时，渗灌元件中水、土壤水、植物三者间处于平衡态，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、土壤毛细水、渗灌元件内部水三者之间的“水势”平衡被破坏，土壤中的水重新渗浸入植物体内，渗灌元件中的水再次向土壤补充。如此，周而复始，连绵不断。由于植物体内水分、土壤毛细水、渗灌复合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”。

5、提高了抗堵塞能力

现有技术均无抗菌防霉功能。本专利在无机粉体的选择上添加了少量的具有抗菌防霉功能的金属离子纳米复合材料，在不需要其它复杂处理，没有降低渗透性能的前提下，大大提高了渗灌元件的抗生物堵塞的能力。且不会像有机抗菌剂会随灌溉水而流失失效。

6、增加了抗鼠害能力

根据需要还可以通过添加避鼠剂，提高渗灌元件在原野中抵抗鼠类的啮咬能力。

附图说明

图1是毛细渗透微灌材料的断面及表面；

图2是毛细渗透微灌材料吹塑加工处理成薄膜的断面及表面；

图3是测试毛细渗透微灌材料渗透性能的测试仪器。

具体实施方式

图1中圆圈内显示出填料颗粒的堆砌及间隙。可见用本专利技术制备的材料，存在大量无机填料颗粒堆砌形成的三维网络渗水通道，通道的大小与填料颗粒的大小、形状有关。

由2图可见，加工处理后的断面及表面存在的由热塑性塑料构成的三维网络已经内外贯通，大量无机填料颗粒已堆砌其中，形成三维网络渗水通道，且一些无机填料颗粒已经突破塑料基体表层，暴露在外。

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

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3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1和粉体压盖2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1和粉体压盖2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2上沿与待测渗透膜5接触的表面用面巾纸擦拭干净，覆盖上渗透膜5。渗透膜5应事先冲切或剪裁成与粉体压盖2外沿直径相同的圆片。再将密封胶垫6压在渗透膜样片上，用带有螺旋的膜样压盖7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3慢慢旋紧粉体底盘1，直至渗透膜样片与土壤紧密全面平整接触。在膜样压盖7外沿设有若干凹槽，凹槽内装有密封胶圈4。将带有刻度的玻璃材质或塑料材质的透明量筒8安装在测试盒上。密封胶圈4起到固定及密封的作用。测试时将水倒入量筒8内，由于干燥的土壤具有较低的水势，量筒8中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 (21)

1.一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；

助剂组分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；

助剂组分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。

2.如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分A为熔体质量流动速率≤0.1g/10min的聚乙烯。

3.如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分A为熔体质量流动速率≤0.4g/10min的聚丙烯。

4.如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分B的粒径范围为6.5μm-1.6μm。

5.如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分B的粒径范围为2.6μm-1.6μm。

6.如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分B的重量份数为65-200。

7.如权利要求1中所述的材料，其特征在于其组分B的重量份数为85-150。

8.如权利要求1中所述的材料，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。

9.如权利要求8中所述的材料，其特征在于其纳米颗粒材料为纳米碳酸钙。

10.如权利要求8中所述的材料，其特征在于纳米颗粒材料的粒径尺寸为60nm～100nm。

11.如权利要求8中所述的材料，其特征在于纳米颗粒材料的粒径尺寸为60nm～80nm。

12.如权利要求8-11中任一权利要求所述的材料，其特征在于其纳米颗粒材料的加入重量份数为≤6。

13.如权利要求1中所述的材料，其特征在于其助剂组分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。

14.如权利要求1中所述的材料，其特征在于其助剂组分D为熔体质量流动速率≥70g/10min的高流动性聚乙烯或聚丙烯。

15.如权利要求1中所述的材料，其特征在于该材料还含有助剂组分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。

16.如权利要求1中所述的材料，其特征在于该材料还含有助剂组分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。

17.如权利要求1中所述的材料，其特征在于，该材料还含有助剂组分G：炭黑或色粉，其重量份数为：1-5。

18.如权利要求1-17中所述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颗粒材料全部加入，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。

19.如权利要求1-17中所述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颗粒材料全部加入，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。

20.如权利要求1-17中所述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颗粒材料全部加入，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。

21.如权利要求1-17中所述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。

Images