CN102977407B - 一种含有单硬脂酸甘油酯和稀土脂肪酸皂的组合物及制备方法 - Google Patents
一种含有单硬脂酸甘油酯和稀土脂肪酸皂的组合物及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明请求保护一种包含单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂组合物及其应用，属于高分子材料技术领域。本发明组合物中包含单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂，其中组合物中稀土脂肪酸皂为脂肪酸镧、脂肪酸铈或其组合，单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂重量比优选为（1-5）∶1；本发明组合物与薄膜树脂相容性好，防雾流滴性能优异，使用寿命长，具有十分广阔的农业推广前景。
Description
技术领域
[0001] 本发明涉及一种防雾流滴的组合物及其制备工艺，具体涉及一种含有单硬脂酸甘油酯和稀土脂肪酸皂的组合物及制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
我国作为一个有着14亿人口的发展中国家，农业是国民经济的基础，随着高效农业的发展，对塑料棚膜的需求量巨大。2001年我国塑料农膜产量约7000kt，我国农膜的生产量和使用量位居世界第一位，占国内塑料总产量的12%，高于世界平均水平。农膜覆盖栽培已经在全国范围内推广使用，近年来由于牲畜越冬棚膜、储存饲料膜及日光温室膜需求迅速增长，农膜工业发展潜力巨大。当大棚内接近塑料薄膜表面的温度达到露点以下时，空气中的水汽达到饱和或过饱和时就会在其表面凝结成水滴而雾化。雾滴的存在不但会导致透光率明显下降，影响了植物光合作用及正常生长；而且棚内层冷凝成水滴滴落在瓜果蔬菜上，会导致农作物靡烂或滋生病菌，因此流滴剂及消雾剂应运而生，棚膜流滴剂和防雾剂前景广阔，亟待发展。
流滴剂和消雾剂一般是由多种酯化物复配而成的化合物，这些化合物由亲水基和疏水基组成，在塑料薄膜中添加流滴剂、消雾剂后，其分子运动可以通过塑料内部的非结晶区域逐渐迁移到薄膜表面做定向排列，流滴剂、消雾剂分子的亲水基自动排列在薄膜外侧，靠向空气的一方，而疏水基则自动排列在薄膜内侧，形成具有亲水性的膜。消雾剂按使用方法可以分为两大类，一是内涂式，将具有消雾效果的助剂直接喷涂在棚膜表面，操作简单，但是粘合不好会影响使用效果；二是添加式，与许多塑料助剂一样，在塑料聚合或棚膜压延时添加进去，许多高档高效消雾剂属于该类型。无论内涂式或添加式，流滴剂、消雾剂必须具有典型的表面活性剂的特征，有能够改善聚合物薄膜表面亲水性的亲水基团和能够使流滴剂、消雾剂分子附着在膜面的疏水基团，因此流滴剂、消雾剂组成主要是具有高表面活性的特殊表面活性剂，主要有含氟、硅或含氮、磷、硼等表面活性剂。这些表面活性剂作为流滴剂、消雾剂使用，必须兼具较高的热稳定性和与其他助剂的配伍性，可与其他助剂协同使用，并且不影响薄膜的性质。
国外研究与生产流滴剂及消雾剂水平最高的国家是日本，日本理研维他命公司、三菱公司、米可多公司均是世界上著名的流滴剂及消雾剂及其母料的生产商。我国流滴剂及消雾剂研究起步较晚，但是近年来进展很快，以国产硅系消雾剂和流滴剂组成的防滴消雾体系已在聚烯烃棚膜生产中应用，而且国内消雾膜产量逐年增加。尽管我国流滴剂及消雾剂的研究开发较快，但是仍然存在很多问题，一是高档添加型含氟流滴剂及消雾剂尚没有生产，多数企业生产内涂式或含硅添加型产品，产品消雾效果不理想，产量比较低，市场有待进一步开发；二是流滴剂及消雾剂产品与合成树脂、其他塑料助剂相容性问题没有很好解决，影响使用效果和棚膜的质量；三是多数产品是借鉴国外开发的产品进行研究，与国内棚膜实际应用地区的气候情况联系不紧，尽管在理论上行得通，但是与实际应用效果差距较大，而且品种单一，不能满足不同地区用户的要求。
李婉等在《防雾膜的研究现状和发展前景》（发表于中国科技博览2010年第25期）综述了防雾膜的防雾无滴原理，常用流滴剂和消雾剂的分类和防雾性能的测定方法。赵桂华在《喷涂型防雾防水滴剂的研制》（发表于塑料科技2000年第4期）公开了一种聚乙烯棚膜用喷涂型防雾防水滴剂的研制和使用效果，该防水滴剂的流滴持效性长、生产成本低，但该流滴剂与棚膜存在相容性的问题，使用寿命短。
发明内容
为了克服现有防雾流滴剂与薄膜相容性差、使用寿命短、防雾流滴性能不佳的现有技术不足，本发明提供一种含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物及其应用，该组合物作为添加剂加入薄膜母料用于防雾流滴时，可以大大提高薄膜的防雾流性能，延长薄膜使用寿命，具备显著的农业推广价值。
本发明目的之一是提供一种含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物。发明人对组合物中的稀土脂肪酸皂中的稀土种类进行了进一步选择，发明人发现当本发明所述组合物中稀土脂肪酸皂为脂肪酸镧、脂肪酸铈或其组合时，组合物的防雾流滴性能更好。根据该组合物的防雾流滴性能，所述组合物中单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的重量份数比为（1-5）：1，优选为4：1。更进一步优选为含有单硬脂酸甘油脂80份、脂肪酸镧10份和脂肪酸铈10份。
本发明目的之二在于提供一种上述含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物的制备方法，该制备方法包括如下步骤： 1）称取处方量的脂肪酸投入高速剪切搅拌机内，搅拌温控100℃后投入稀土的氧化物或氢氧化物即可制备得到稀土脂肪酸皂；2）稀土脂肪酸皂中控合格后向高速剪切搅拌机内投入高纯单硬脂酸甘油酯共熔、控制反应釜温度在85-100℃，保温搅拌半小时后负压脱水后即可得到本发明组合物。
上述所述组合物的制备方法中，其中所述高纯单硬脂酸甘油酯中单硬脂酸甘油酯的纯度在99%以上。
本发明目的之三在于提供一种上述组合物的用途，即所述组合物在防雾或/和防流滴中的应用。本发明组合物用于所述用途时，可以采用两种方式达到目的，一种是内添加法，即将本发明组合物与聚乙烯树脂混合吹膜形成无滴膜，凝结在薄膜表面的水滴能迅速扩散形成极薄的水膜或大水珠顺薄膜流下。另一种为外涂法，即将本发明组合物制备成溶液形式外涂在塑料薄膜的表面，从而达到防水滴效果。
由表1可以看出，添加比例不同本发明组合物与未添加组相比的薄膜相比在高温防雾期、低温防雾期方面均具有显著性差异，其中添加比例在10%-15%之间时，添加本发明组合物的防雾期更好，添加更高比例的本发明组合物的薄膜在防雾期方面有所下降，在相同添加比例的情况下，型号3（按本发明实施例3制备的组合物）在提高薄膜防雾期方面更为优异。由表2可以看出，添加比例不同本发明组合物与未添加组相比的薄膜相比在接触角方面均具有显著性差异，其中添加比例在10%-15%之间时，添加本发明组合物的接触角更小，添加更高比例的本发明组合物的薄膜在接触角方面有所上升，在相同添加比例的情况下，型号3（按本发明实施例3制备的组合物）在降低薄膜接触角方面更为优异，。故根据该实施例，本发明组合物在母料中的添加比例优选为10-15%，实施例所制备的组合物为本发明优选实施方式。
本发明所述组合物用于防流滴用途时，与现有技术相比具有以下技术优势：
1) 本发明组合物配方简单、成本低廉，制备工艺操作性强，工艺可控，具有很高的价格优势和工业应用前景。
2) 本发明组合物防雾流滴性能优异，本发明实施例7证明本发明组合物添加于母料中后可改善薄膜的高温和低温防雾期，大大提高薄膜的使用时间和适用范围；本发明组合物添加入母料时可以减低水滴与薄膜的接触角，从而使薄膜的防雾性能大大提高。
本发明组合物用于防雾流滴用途时，可以采用外涂方式或内添方式，与薄膜树脂相容性强，使用方便，操作简单，具有重要的农业推广意义。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明进行进一步说明，但本发明内容并不局限于下述实施例。下述实施例中所使用的“份”或百分数均是指原料的重量份或重量百分数。
实施例1 本发明组合物及其制备
处方：单硬脂酸甘油脂 100份
脂肪酸镧 20份
制备方法：称取处方量的脂肪酸投入高速剪切搅拌机内，搅拌温控100℃后投入镧的氧化物制备得到稀土脂肪酸皂，稀土脂肪酸皂中控合格后向高速剪切搅拌机内投入95%的单硬脂酸甘油酯共熔、控制反应釜温度在85-100℃，保温搅拌半小时后负压脱水后即可得到本发明所述组合物。
实施例 2本发明组合物及其制备
处方：单硬脂酸甘油脂 100份
脂肪酸铈 20份
制备方法：称取处方量的脂肪酸投入高速剪切搅拌机内，搅拌温控100℃后投入铈的氧化物制备得到稀土脂肪酸皂，稀土脂肪酸皂中控合格后向高速剪切搅拌机内投入92%的单硬脂酸甘油酯共熔、控制反应釜温度在85-100℃，保温搅拌半小时后负压脱水后即可得到本发明所述组合物。
实施例3本发明组合物及其制备
处方：单硬脂酸甘油脂 80份
脂肪酸镧 10份
脂肪酸铈 10份
制备方法：称取处方量的脂肪酸投入高速剪切搅拌机内，搅拌温控100℃后投入镧的氧化物和铈的氢氧化物制备得到稀土脂肪酸皂，稀土脂肪酸皂中控合格后向高速剪切搅拌机内投入90%的单硬脂酸甘油酯共熔、控制反应釜温度在85-100℃，保温搅拌半小时后负压脱水后即可得到本发明所述组合物。
实施例4本发明组合物及其制备
处方：单硬脂酸甘油脂 20份
脂肪酸铈 20份
制备方法：称取处方量的脂肪酸投入高速剪切搅拌机内，搅拌温控100℃后投入铈的氧化物制备得到稀土脂肪酸皂，稀土脂肪酸皂中控合格后向高速剪切搅拌机内投入95%的单硬脂酸甘油酯共熔、控制反应釜温度在85-100℃，保温搅拌半小时后负压脱水后即可得到本发明所述组合物。
实施例5本发明组合物及其制备
处方：单硬脂酸甘油脂 90份
脂肪酸镧 20份
脂肪酸铈 10份
制备方法：称取处方量的脂肪酸投入高速剪切搅拌机内，搅拌温控100℃后投入镧的氧化物制备得到稀土脂肪酸皂，稀土脂肪酸皂中控合格后向高速剪切搅拌机内投入95%的单硬脂酸甘油酯共熔、控制反应釜温度在85-100℃，保温搅拌半小时后负压脱水后即可得到本发明所述组合物。
实施例 6 含有本发明组合物的溶液
将实施例1-5所得到的本发明组合物溶于适量水，使之形成均一稳定的溶液，该溶液外涂与塑料膜的表面在-5℃-80℃均具有良好的防雾流滴性能，其中按实施例3所制备的组合物的防雾流滴性能最佳。
实施例7 含有本发明组合物的薄膜的性能测定
1、含有本发明组合物的薄膜制备
分别取按表1所示的本发明组合物及其他助剂与载体树脂(EVA)充分混合后，采用德国PLE-330型Brabender塑化仪进行共混、挤出、造粒。挤出机各段温度分别控制在90℃、150℃、170℃、160℃ 。其中防雾剂含量为薄膜中本发明组合物的百分含量，型号1为按照实施例1制备的本发明组合物，型号2为按照实施例2制备的本发明组合物，型号3为按照实施例3制备的本发明组合物，型号4为按照实施例4制备的本发明组合物，型号5为按照实施例5制备的本发明组合物。
将母料与基体树脂(LDPE)按一定比例混合，于德国产PLE-330型Brabender吹塑机上吹塑成膜(防雾滴剂在播膜中总含量如表1所示)，膜厚控制在0.08mm
左右。挤出机各段温度分别控制在l00℃、170℃、180℃、170℃。
、防雾滴膜的性能测试
将按照本实施例上述方法制备得到的薄膜进行防雾滴膜的性能测试：
2.1 接触角的测定
取80mm×20mm的防雾滴膜，固定在载玻片上，于J-150型接触角测定仪(承德实验机有限责任公司)上进行测定。测试时，在薄膜的不同地方测量5-8次，取其平均值θ，并计算它的方差s。
2.2 防雾滴性能的测定
(1)测试装置取一块长150mm，宽150mm，厚约0.08mm的正方形薄膜，罩于500ml的烧杯上，将杯口扎紧，烧杯内装有400ml水。将烧杯分别放置在不同温度的恒温水槽中，呈15。倾角，观察薄膜表面的雾滴情况。
(2)高温防雾滴性：将烧杯分别置于60℃和80℃的恒温水槽中，环境温度为室温。60℃时薄膜上雾滴面积超过膜面的1/3视为失效，80℃时超过1/2视为失效。
(3)低温防雾滴性：将烧杯置于18℃的恒温水槽中，环境温度为-5℃。薄膜上雾滴面积超过1/4视为失效。
结果与讨论
表1母料中防雾剂含量对薄膜防雾性能的影响
与1组相比，*P＜0.05，**P＜0.01；
由表1可以看出，添加比例不同本发明组合物与未添加组相比的薄膜相比在高温防雾期、低温防雾期方面均具有显著性差异，其中添加比例在10%-15%之间时，添加本发明组合物的防雾期更好，添加更高比例的本发明组合物的薄膜在防雾期方面有所下降，故根据本实施例，本发明组合物在母料中的添加比例优选为10-15%。在相同添加比例的情况下，型号3（按本发明实施例3制备的组合物）在提高薄膜防雾期方面更为优异，为本发明优选实施方式。
表2母料中防雾剂含量对薄膜接触角的影响
与1组相比，*P＜0.05，**P＜0.01；
接触角越小，水滴越容易滑落，薄膜的防流滴效果越好。由表2可以看出，添加比例不同本发明组合物与未添加组相比的薄膜相比在接触角方面均具有显著性差异，其中添加比例在10%-15%之间时，添加本发明组合物的接触角更小，添加更高比例的本发明组合物的薄膜在接触角方面有所上升，故根据本实施例，本发明组合物在母料中的添加比例优选为10-15%。在相同添加比例的情况下，型号3（按本发明实施例3制备的组合物）在降低薄膜接触角方面更为优异，为本发明优选实施方式。
上述实施例仅是本发明较佳实施例，其并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质任何细微修改﹑等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物在防雾或防流滴中的应用，其特征在于，所述稀土脂肪酸皂为脂肪酸镧、脂肪酸铈或其组合。
2.根据权利要求1 所述的一种含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物的应用，其特征在于所述组合物中单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的重量份数比为（1-5）：1。
3.根据权利要求2 所述的一种含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物的应用，其特征在于所述组合物中单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的重量份数比为4 ：1。
4.根据权利要求1 所述的一种含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物的应用，其特征在于所述组合物中含有如下组分：
单硬脂酸甘油脂 80 份；
脂肪酸镧 10 份；
脂肪酸铈 10 份。
5.根据权利要求1 所述的一种含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物的的应用，其特征在于，所述组合物的制备方法包括下述两个步骤：
a）称取处方量的脂肪酸投入高速剪切搅拌机内，搅拌温控100℃后投入稀土的氧化物或氢氧化物即可制备得到稀土脂肪酸皂，；
b）稀土脂肪酸皂中控合格后向高速剪切搅拌机内投入高纯单硬脂酸甘油酯共熔、控制反应釜温度在85-100℃，保温搅拌半小时后负压脱水后即可得到本发明所述防雾流滴剂组合物。
6.根据权利要求5 所述的一种含有单硬脂酸甘油脂和稀土脂肪酸皂的组合物的应用，其特征在于所述高纯单硬脂酸甘油酯中单硬脂酸甘油酯的纯度在99% 以上。
7.根据权利要求1 所述的应用，其特征在于所述组合物喷涂于薄膜表面或添加入薄膜生产用母料中。
8.根据权利要求7 所述的应用，其特征在于所述组合物在薄膜生产用母料的重量添加比例为10-15%。
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