CN103059371B - 一种改性聚乙烯薄膜材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性聚乙烯薄膜材料，由包括以下重量份数的组分制成：聚乙烯树脂80‑110份、光稳定剂0.4‑0.8份、纳米粉体0.3‑1.0份、抗氧剂0.1‑0.8份、保温助剂5‑10份、防雾滴剂3‑6份、硅烷偶联剂0.3‑1.0份、润滑剂1.5‑2.0份、加工改性剂1‑2份。本发明还公开了该改性聚乙烯薄膜材料的制备方法。本发明提供的改性聚乙烯薄膜具有透光率高、保温性好、物理机械性能高、耐候性能优异等优点，而且成本低廉，显著提高了塑料薄膜的综合性能。能更好地适应作物生长的要求，提高保温性质和光照透过量，促进作物生长发育好，提高作物产量和品质，可制成优质的农用大棚膜，具有较好的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及高分子改性技术领域，尤其涉及一种改性聚乙烯薄膜材料及其制备方法。
背景技术
随着农业的发展，农用塑料薄膜已经成为促进农业更高效发展必不可少的重要生产资料。在我国北方寒冬至早春季节，日照时间短、大气温度低，为提高农作物产量，对性能优异的农用大棚膜的需求不断加大。传统农用大棚膜主要采用聚氯乙烯树脂为原料。聚氯乙烯薄膜虽然较耐气候老化，但由于含有大量增塑剂，加工及使用过程中增塑剂挥发加上聚氯乙烯树脂本身会造成环境污染。而且聚氯乙烯低温性能不好，温度较高的时候又易于松弛，易吸附粉尘及薄膜密度较大，单位面积成本较高，不易存放，近年来已经逐渐被聚乙烯薄膜所取代。
但聚乙烯树脂因其分子链中存在双键，在紫外线作用下易氧化降解，导致它在储存、成型、使用过程中，随着时间的延长而发生结构变化，出现物理力学性质的恶化。经过对现有技术的检索发现，文献号为CN101381469A的中国专利描述了一种通过在薄膜的聚乙烯基层上涂覆一层厚度为1-1.2mm的涂料制成农用薄膜材料，涂料的成分包括聚乙烯醇、磷酸、尿素和水，制成的薄膜有高强韧度以及很好的耐老化性。但该方法制备工艺较为复杂，制成的薄膜存在抗老化涂层容易脱落的缺点。文献号为CN1502654A的中国专利记载了一种聚乙烯材料，通过在聚乙烯树脂中添加纳米碳酸钙，提高了聚乙烯地面覆盖薄膜的物理机械性能，并由于纳米碳酸钙所具有的光屏蔽作用改善了地膜的耐老化性能。但由于纳米碳酸钙的加入使得薄膜的透明性降低，而且因未加入辅助的有机光稳定剂，使得薄膜的耐老化性能未得到显著提高。
发明内容
本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种透光率高、保温性好、物理机械性能高、耐候性能优异的改性聚乙烯薄膜材料及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种改性聚乙烯薄膜材料，由包括以下重量份数的组分制成：
聚乙烯树脂 80-110份，
光稳定剂 0.4-0.8份，
纳米粉体 0.3-1.0份，
抗氧剂 0.1-0.8份，
保温助剂 5-10份，
防雾滴剂 3-6份，
硅烷偶联剂 0.3-1.0份，
润滑剂 1.5-2.0份，
加工改性剂 1-2份。
优选的，所述聚乙烯树脂由低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯组成，质量比为5:(3-6)。
优选的，所述光稳定剂选自4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、亚磷酸三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶）酯、水杨酸-4-叔丁基苯酯、2-（2’-羟基-3’,5’-二叔苯基）-5-氯化苯并三唑中的一种或几种。
优选的，所述纳米粉体选自二氧化钛粉体、二氧化硅粉体或其混合物，所述纳米粉体的平均粒径为20-80纳米。
优选的，所述抗氧剂选自N,N′-二（-萘基）对苯二胺、硫代二丙酸十八酯、[-（3,5二叔丁基4-羟基-苯基）丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯或1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷中的一种或几种。
优选的，所述保温助剂选自氢氧化镁粉、铝酸钠、硫酸镁、水滑石中的一种或几种。
优选的，所述防雾滴剂选自甘油单油酸酯、硬树脂酸甘油单酯、山梨醇酐脂肪酸酯中的一种或几种。
优选的，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷、-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
优选的，所述润滑剂选自硬脂酸酰胺、硬脂酸甘油酯、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺、硬脂酸及其盐中的一种或几种。
优选的，所述加工改性剂选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡中的一种或几种。
一种改性聚乙烯薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将0.3-1.0重量份纳米粉体进行干燥处理和球磨处理后制成无机纳米复合材料；
（2）将上述无机纳米复合材料进行二次干燥处理后与聚乙烯树脂80-110重量份、光稳定剂0.4-0.8重量份、抗氧剂0.1-0.8重量份、保温助剂5-10重量份、防雾滴剂3-6重量份、润滑剂1.5-2.0重量份、加工改性剂1-2重量份一并置于高速混合机中进行预混合5-10min，转速为800-1500r/min；
（3）再将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.08-0.15mm的聚乙烯薄膜。
优选的，所述步骤（1）中的干燥处理是将纳米粉体置于90-120℃的条件下干燥2-3小时，所述球磨处理是将干燥后的纳米粉体与硅烷偶联剂按1︰1的质量比混合后置于球磨机中进行研磨混合20-30分钟。
优选的，所述步骤（2）中的二次干燥处理是将无机纳米复合材料置于80-100℃的条件下干燥1-2小时。
优选的，所述步骤（3）中的吹塑薄膜法是指：设定吹塑加工温度为160-210℃、吹胀比为1︰（2-4）、牵引速度为4-8m/min、主机转速80-120 r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的改性聚乙烯薄膜具有透光率高、保温性好、物理机械性能高、耐候性能优异等优点，而且成本低廉，显著提高了塑料薄膜的综合性能。能更好地适应作物生长的要求，提高保温性质和光照透过量，促进作物生长发育好，提高作物产量和品质，可制成优质的农用大棚膜，具有较好的推广应用前景。
1、本发明所提供的改性聚乙烯薄膜材料解决了农用薄膜易老化的缺点，通过发挥无机纳米复合材料的宽波段、长效屏蔽紫外线的能力和光稳定剂、抗氧剂的协同作用，使薄膜的耐老化能力大幅度提高；通过无机纳米复合材料、线性低密度聚乙烯与加工改性剂的协同作用，使薄膜获得优异的综合力学性能。
2、本发明所提供的改性聚乙烯薄膜材料通过选定合理的防雾滴剂和保温助剂，解决透光率、保温性、无滴消雾的问题，使薄膜具有保温、透明性好等功能，有利于越冬作物的生长发育，可提高农作物的产量和品质，并能节省薄膜生产成本，有利于推广农用薄膜的使用，满足社会发展的需要。
具体实施方式
下面结合各实施例详细描述本发明。
实施例中采用GB（国标）测定材料的各项性能，如无特别说明，组分的份数均为重量份数。
实施例1
（1）将0.6份二氧化钛（平均粒径为20-80nm）在105℃的条件下干燥2.5小时，干燥后的纳米二氧化钛与0.6份乙烯基三甲氧基硅烷置于球磨机中进行研磨混合25分钟完成表面处理及复配制成无机纳米复合材料；
（2）将上述无机纳米复合材料在95℃的条件下干燥1.5小时，再与低密度聚乙烯50份、线性低密度聚乙烯42份、亚磷酸三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶）酯0.5份、[-（3,5二叔丁基4-羟基-苯基）丙酸]季戊四醇酯0.4份、铝酸钠6份、山梨醇酐脂肪酸酯3.6份、硬脂酸锌1.8份、聚乙烯蜡1.5份一并置于高速混合机中进行预混合8min，转速为1100r/min；
（3）将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.11-0.13mm的聚乙烯薄膜；加工温度170-180℃、吹胀比为1:2.5、牵引速度为5m/min、主机转速95 r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于附表1中。
实施例2
（1）将0.3份二氧化硅（平均粒径为20-80nm）在95℃的条件下干燥2小时，干燥后的纳米二氧化硅与0.3份-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷置于球磨机中进行研磨混合22分钟完成表面处理及复配制成无机纳米复合材料；
（2）将上述无机纳米复合材料在90℃的条件下干燥2小时，再与低密度聚乙烯50份、线性低密度聚乙烯36份、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.4份、[-（3,5二叔丁基4-羟基-苯基）丙酸]季戊四醇酯0.1份、硫酸镁5份、硬树脂酸甘油单酯3.0份、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺1.5份、聚乙烯蜡1.2份一并置于高速混合机中进行预混合5min，转速为950r/min；
（3）将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.12-0.15mm的聚乙烯薄膜；加工温度200-210℃、吹胀比为1:2、牵引速度为4m/min、主机转速80r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于附表1中。
实施例3
（1）将0.5份二氧化钛（平均粒径为20-80nm）在110℃的条件下干燥2.4小时，干燥后的纳米二氧化钛与0.5份乙烯基三甲氧基硅烷置于球磨机中进行研磨混合20分钟完成表面处理及复配制成无机纳米复合材料；
（2）将上述无机纳米复合材料在85℃的条件下干燥1.8小时，再与低密度聚乙烯50份、线性低密度聚乙烯30份、2-（2’-羟基-3’,5’-二叔苯基）-5-氯化苯并三唑0.8份、硫代二丙酸十八酯0.6份、铝酸钠10份、山梨醇酐脂肪酸酯4.8份、硬脂酸锌1.8份、石蜡1.0份一并置于高速混合机中进行预混合6min，转速为800r/min；
（3）将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.10-0.12mm的聚乙烯薄膜；加工温度160-170℃、吹胀比为1:3、牵引速度为8m/min、主机转速120r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于附表1中。
实施例4
（1）将0.8份二氧化硅（平均粒径为20-80nm）在120℃的条件下干燥2.8小时，干燥后的纳米二氧化硅与0.8份-氨丙基三乙氧基硅烷置于球磨机中进行研磨混合30分钟完成表面处理及复配制成无机纳米复合材料；
（2）将上述无机纳米复合材料在100℃的条件下干燥1小时，再与低密度聚乙烯50份、线性低密度聚乙烯60份、亚磷酸三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶）酯0.6份、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷0.8份、水滑石8份、硬树脂酸甘油单酯5.4份、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺2.0份、石蜡1.7份一并置于高速混合机中进行预混合10min，转速为1300r/min；
（3）将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.08-0.10mm的聚乙烯薄膜；加工温度180-190℃、吹胀比为1:4、牵引速度为7m/min、主机转速110r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于附表1中。
实施例5
（1）将1.0份二氧化钛（平均粒径为20-80nm）在90℃的条件下干燥3小时，干燥后的纳米二氧化钛与1.0份乙烯基三甲氧基硅烷置于球磨机中进行研磨混合25分钟完成表面处理及复配制成无机纳米复合材料；
（2）将上述无机纳米复合材料在80℃的条件下干燥1.2小时，再与低密度聚乙烯50份、线性低密度聚乙烯50份、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.6份、[-（3,5二叔丁基4-羟基-苯基）丙酸]季戊四醇酯0.6份、铝酸钠7份、山梨醇酐脂肪酸酯6.0份、硬脂酸锌1.8份、氧化聚乙烯蜡2.0份一并置于高速混合机中进行预混合6min，转速为1500r/min；
（3）将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.09-0.11mm的聚乙烯薄膜；加工温度190-200℃、吹胀比为1:3.5、牵引速度为6m/min、主机转速105r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于附表1中。
对比例1
不添加纳米粉体和硅烷偶联剂，其余同实施例5步骤。将低密度聚乙烯50份、线性低密度聚乙烯50份、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶0.6份、[-（3,5二叔丁基4-羟基-苯基）丙酸]季戊四醇酯0.6份、铝酸钠7份、山梨醇酐脂肪酸酯6.0份、硬脂酸锌1.8份、氧化聚乙烯蜡2.0份一并置于高速混合机中进行预混合6min，转速为1500r/min；将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.09-0.11mm的聚乙烯薄膜；加工温度190-200℃、吹胀比为1:3.5、牵引速度为6m/min、主机转速105r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于附表1中。
对比例2
不添加线性低密度聚乙烯，其余同实施例4步骤。将0.8份二氧化硅（平均粒径为20-80nm）在120℃的条件下干燥2.8小时，干燥后的纳米二氧化硅与0.8份-氨丙基三乙氧基硅烷置于球磨机中进行研磨混合30分钟完成表面处理及复配制成无机纳米复合材料；将上述无机纳米复合材料在100℃的条件下干燥1小时，再与低密度聚乙烯50份、亚磷酸三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶）酯0.6份、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷0.8份、水滑石8份、硬树脂酸甘油单酯5.4份、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺2.0份、石蜡1.7份一并置于高速混合机中进行预混合10min，转速为1300r/min；再将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.08-0.10mm的聚乙烯薄膜；加工温度180-190℃、吹胀比为1:4、牵引速度为7m/min、主机转速110 r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于附表1中。
对比例3
不添加防雾滴剂，其余同实施例5步骤。将1.0份二氧化钛（平均粒径为20-80nm）在90℃的条件下干燥3小时，干燥后的纳米二氧化钛与1.0份乙烯基三甲氧基硅烷置于球磨机中进行研磨混合25分钟完成表面处理及复配制成无机纳米复合材料；将上述无机纳米复合材料在80℃的条件下干燥1.2小时，再与低密度聚乙烯50份、线性低密度聚乙烯50份、4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶0.6份、[-（3,5二叔丁基4-羟基-苯基）丙酸]季戊四醇酯0.6份、铝酸钠7份、硬脂酸锌1.8份、氧化聚乙烯蜡2.0份一并置于高速混合机中进行预混合6min，转速为1500r/min；再将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.09-0.11mm的聚乙烯薄膜；加工温度190-200℃、吹胀比为1:3.5、牵引速度为6m/min、主机转速105r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
将所得材料按标准实验要求加工成测试样条，测试其性能列于附表1中。
附表1
由附表1中各项数据看出，对比例1中不添加纳米粉体使材料的拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度大幅度下降，而经过纳米粉体改性的聚乙烯薄膜材料的力学性能非常好，可满足薄膜的强度需求，克服了薄膜易老化的缺点；对比例2不添加线性低密度聚乙烯使材料的撕裂强度显著下降，而添加线性低密度聚乙烯的材料撕裂强度很大，可满足使用要求；对比例3不添加防雾滴剂使材料的透光率、保温性下降。实施例4、5所得改性聚乙烯薄膜材料的综合性能很好，力学性能、耐老化性、透光率和保温性均显著改善，可提高农作物的产量和品质，并能节省薄膜生产成本。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (8)
1.一种改性聚乙烯薄膜材料，其特征在于，由包括以下重量份数的组分制成：
聚乙烯树脂 80-110份，
光稳定剂 0.4-0.8份，
纳米粉体 0.3-1.0份，
抗氧剂 0.1-0.8份，
保温助剂 5-10份，
防雾滴剂 3-6份，
硅烷偶联剂 0.3-1.0份，
润滑剂 1.5-2.0份，
加工改性剂 1-2份；其中，
所述保温助剂选自氢氧化镁粉、铝酸钠、硫酸镁、水滑石中的一种或几种；
所述防雾滴剂选自甘油单油酸酯、硬树脂酸甘油单酯、山梨醇酐脂肪酸酯中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的改性聚乙烯薄膜材料，其特征在于，所述聚乙烯树脂由低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯组成，质量比为5: (3-6)。
3.如权利要求1所述的改性聚乙烯薄膜材料，其特征在于，所述光稳定剂选自4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、亚磷酸三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶）酯、水杨酸-4-叔丁基苯酯、2-（2’-羟基-3’,5’-二叔苯基）-5-氯化苯并三唑中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的改性聚乙烯薄膜材料，其特征在于，所述纳米粉体选自二氧化钛粉体、二氧化硅粉体或其混合物，所述纳米粉体的平均粒径为20-80纳米。
5.如权利要求1所述的改性聚乙烯薄膜材料，其特征在于，所述抗氧剂选自N,N′-二（-萘基）对苯二胺、硫代二丙酸十八酯、[-（3,5二叔丁基4-羟基-苯基）丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯或1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的改性聚乙烯薄膜材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷、-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种；所述润滑剂选自硬脂酸酰胺、硬脂酸甘油酯、N,N’-亚乙基双硬脂酸胺、硬脂酸及其盐中的一种或几种；所述加工改性剂选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡中的一种或几种。
7.一种如权利要求1所述的改性聚乙烯薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将0.3-1.0重量份纳米粉体进行干燥处理，之后将干燥后的纳米粉体与硅烷偶联剂按1：1的质量比混合并球磨处理后制成无机纳米复合材料；
（2）将上述无机纳米复合材料进行二次干燥处理后与聚乙烯树脂80-110重量份、光稳定剂0.4-0.8重量份、抗氧剂0.1-0.8重量份、保温助剂5-10重量份、防雾滴剂3-6重量份、润滑剂1.5-2.0重量份、加工改性剂1-2重量份一并置于高速混合机中进行预混合5-10min，转速为800-1500r/min；
（3）再将上述预混合好的物料置于挤出机上通过吹塑薄膜法制成厚度为0.08-0.15mm的聚乙烯薄膜。
8.如权利要求7所述的改性聚乙烯薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的干燥处理是将纳米粉体置于90-120℃的条件下干燥2-3小时，所述球磨处理是将干燥后的纳米粉体与硅烷偶联剂按1︰1的质量比混合后置于球磨机中进行研磨混合20-30分钟；所述步骤（2）中的二次干燥处理是将无机纳米复合材料置于80-100℃的条件下干燥1-2小时；所述步骤（3）中的吹塑薄膜法是指：设定吹塑加工温度为160-210℃、吹胀比为1︰(2-4)、牵引速度为4-8m/min、主机转速80-120 r/min，将混合好的物料吹塑为聚乙烯薄膜。
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