CN103283532B

CN103283532B - 纳米自组装隔热农膜

Info

Publication number: CN103283532B
Application number: CN201310237433.4A
Authority: CN
Inventors: 王冠英; 马建国; 王宝成; 丁琛
Original assignee: HUBEI TIANRU BONENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUBEI TIANRU BONENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103283532A

Abstract

本发明涉及一种纳米自组装隔热农膜，包括透明的基膜和透明的树脂层，其中树脂层中含有纳米隔热材料并且具有780nm—2400nm波长红外线的70%以上的隔断率、380nm紫外线的25-50%的隔断率和可见光的80%以上的透过率。本发明提供的隔热复合农膜具有较高的可见光透过率较高的红外线隔断率和合适的紫外线透过率。本发明利用了农作物对光谱和温度的最佳生长条件要求。在紫外线和可见光找出合理的技术指标同时考虑对基膜的耐候性即膜的使用时间。利用在膜材料上形成一层隔断层降低大棚内的热释放速度。从而达到保温的作用。

Description

纳米自组装隔热农膜

技术领域

本发明涉及一种有效的隔断红外线和紫外线的复合农膜，特别的涉及一种通过在透明基膜上复合树脂和纳米颗粒自组装隔热涂层的隔热农膜。

背景技术

目前聚乙烯膜及聚酯膜已经广泛用作农业温室大棚膜。但是现有大棚膜由于不具有隔热功能，使得大棚内的昼夜温度稳定性较差，不利于作物的生长。目前采用的水喷雾降温和其它一些方法虽可以起到一定隔热功能，提高大棚内的昼夜温度稳定性，但使得大棚结构复杂、造价高昂。

美国专利US 5807511中的掺锑氧化锡（ATO），对于中心波长1400nm的红外线具有较低的透过率，而对中心波长370nm的紫外线也具有低的透过率。美国专利US 5518810 中掺铟氧化锡（ITO），能阻挡中心波长1000nm的红外线，并可阻挡大部分紫外线。其它同类的专利中也介绍了含有功能性的超细颗粒提供了隔断紫外线以及红外线保留可见光透过的功能。

而农作物的生长除要有适宜的温度外，适当的紫外线对有害菌的抑制和病虫害的防治都是不可缺少的，对紫外线过度的隔断环境并不利于作物的生长，单独使用ITO或ATO隔热粉体都对紫外线有过度的抑制，其透过率都在20%以下。

发明内容

本发明的目的是提供隔热复合农膜，它具有较高的可见光透过率较高的红外线隔断率和合适的紫外线透过率。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：纳米自组装隔热农膜，包括透明的基膜和透明的树脂层，其中树脂层中含有纳米隔热材料并且具有780nm—2400nm波长红外线的70%以上的隔断率（平均值）、380nm紫外线的25-50%的隔断率和可见光的80%以上的透过率。

所述基膜是由聚乙烯树脂、聚酯树脂、聚氯乙烯和乙烯-乙酸乙酯树脂中任何一种或几种制成的膜；树脂层由如下的至少一种树脂和隔热材料按85-95:15-5重量比混合制成，其中所述树脂为：丙烯酸聚合物树脂，苯乙烯-丙烯酸聚合物树脂，丙烯酸改性聚氨酯聚合物树脂，丙烯酸改性聚酯聚合物树脂或丙烯酸-硅共聚树脂；所述隔热材料含有掺铟氧化锡和掺鍗氧化锡；掺铟氧化锡和掺鍗氧化锡的用量重量比为1:0.3-1：1。

本发明所述隔热材料还可含有金红石型二氧化钛，金红石型二氧化钛与掺铟氧化锡的用量重量比为0.1: 1 -0.5:1。

所述基膜为光学透明PET膜。

所述树脂层含有50%的粘度15600的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯（CN929）、10%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPDA）、16%的己二醇二丙烯酸酯（HDDA）、3%引发剂2-羟基-2甲基-1-〔4-(1-甲基乙烯基)苯基〕丙酮（KIP150）、3%的二苯甲酮、3%的金红石型二氧化钛分散溶液、10%的掺铟氧化锡(ITO)分散溶液和5%掺鍗氧化锡（ATO）分散溶液。

或者，所述树脂层含有 53%的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯（CN929、粘度15600），10%的TMPDA, 16%的HDDA, 3%的KIP150,二苯甲酮 3% ，8%的ITO 分散溶液和7%的ATO分散溶液。

所述ITO 分散溶液、ATO分散溶液或金红石型二氧化钛分散溶液由下法制得：将30%的ITO、ATO或金红石型二氧化钛粉、5-10%（最佳8%）的重均分子量15-20万聚丙烯酸酯超支化化合物（如上海三正高分子材料有限公司生产的CH-13产品）、、35-55%（最佳50%）的粘度10000的聚酯丙烯酸酯树脂、0.5-5%（最佳2%）的异己二醇和10%的丙二醇丁醚用球磨机球磨48小时，然后用高速砂磨机砂磨8小时，再用超声波分散机分散90分钟得到粒径20nm-40nm的分散溶液；所述百分比均为重量比。

本发明基膜和树脂层之间涂布有增加附着性的底层树脂层。

所述底层树脂层含有22%的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯（CN968）、14%的SR9011、9%的三官能团甲基丙烯酸酯(SR9009)，6%的Darocur1173 、 3%的ITO分散溶液、 3%的二苯甲酮和43%甲乙酮；所述百分比为重量比。

本发明农膜的外表面还可设有防污染表层。

本发明还提供了一种纳米自组装隔热农膜的制备方法：采用辊涂方式，将基膜按进料方向进料，将树脂涂料通过裂缝加到涂覆辊上并释放到基膜上，接着用压锟整平到预定厚度，在热风干燥器中进行干燥，温度为55-95℃，时间为20-120秒，干燥后对基膜及涂层进行冷却，并卷成卷形。

所述树脂涂料是将50%的粘度15600的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、10%的TMPDA、16%的HDDA，3%引发剂KIP150，3%的二苯甲酮、3%的金红石型二氧化钛分散溶液、10%的掺铟氧化锡分散溶液和5%的掺鍗氧化锡分散溶液混合搅拌均匀，在高速分散机分散1小时得到。

或所述树脂涂料是将 53%的CN929（粘度15600），10%的TMPDA ,16%的HDDA ,3%的KIP150 ,3%的二苯甲酮，8%的ITO 分散溶液和7%的ATO分散溶液混合搅拌均匀，在高速分散机上分散1小时得到。

根据本发明的特征，在隔热膜中，隔断了大部分导致温升的红外线，使大棚温度稳定性提高，促进农舍中作物的生长，限制虫害的入侵。

由于上述构成，在形成涂层过程中将基膜和含有纳米隔热材料的树脂层粘结在一起。

并且为防止空气中污染物附着在膜表面，特别的表面涂有防污染表层。

而为提高基膜和树脂层的附着力，则在树脂层一侧的基膜表面涂覆提高粘附性树脂制成的底层。

本发明利用了农作物对光谱和温度的最佳生长条件要求。在紫外线和可见光找出合理的技术指标同时考虑对基膜的耐候性即膜的使用时间。申请人发现将掺铟氧化锡和掺鍗氧化锡按比例混合后，可以在保证红外线较高的隔断率下将紫外线的隔断率控制在25-50%的范围。280nm通过率为40-50% ，280-800nm通过率80-90%， 800---2500nm通过率在40%以下。通过调整各种光通过率来满足农作物的生长环境，提高质量产量。这种材料技术的应用是在不破坏自然光谱特性选择性的条件下筛选出有利于不同农作物生长的光谱强度。在环境温度较高的情况下农作物对热环境要求在20℃左右，我们利用减少800nm-2500nm辐射强度使大棚内温度大大降低。在环境温度较低的情况下。大棚内温度由于热空气质量低容易形成蒸发气流，利用我们在膜材料上形成一层隔断层降低大棚内的热释放速度。从而达到保温的作用。

具体实施方式

本发明生产上可以通过电晕处理，臭氧处理使基膜获得低能表面，但破坏了基膜的结构，使其目标性能降低，例如透过率，拉伸强度。因此可以通过在基膜A和树脂层G之间涂布增加附着性的底层树脂层H，而不提供亲水性处理。

底层树脂H选用丙烯酸改性聚氨酯聚合物树脂，丙烯酸改性聚酯树脂，丙烯酸-硅树脂。

特别的在底层树脂中添加有纳米金属氧化物粒子（ITO、ATO 、TiO ₂ ），并且使其均匀悬浮其中。为实现此目的使用超分散剂CH-13（上海三正高分子材料有限公司），超分散剂克服了传统分散剂在非水分散体系中的局限性，其在颗粒表面形成多点锚固提高了吸附牢度，减弱了固体颗粒之间的相互作用，增加了颗粒的分散稳定性，并且可以获得比较均匀的粒径分布。

基膜外表面可能被空气中的污物污染，因此，在本发明的农膜外表面提供防污层，为提高附着性，推荐使用与树脂层相似结构的氟硅改性聚合物树脂，通过上述的防污层提供长时间保持高透过率。

本发明的隔热膜中含有的隔热材料，包括ATO,ITO(联创德固赛)，VK-T10（杭州万景公司）。

本发明中的总的透过率，红外线紫外线隔断率的检测是在LS102透射光测定仪（深圳林上科技公司生产）上进行的。

本发明的树脂层是使用UV树脂涂覆在透明基膜上，这与溶剂型树脂涂料具有本质的区别。

本发明的涂布方式采用辊涂方式进行涂覆，基膜按箭头方向进料，将树脂涂料通过裂缝到涂覆辊上并释放到基膜上，接着用压锟整平到预定厚度，在热风干燥器中进行干燥，条件根据树脂层厚度而决定，通常温度为55-95℃，时间为20-120秒是适合的，干燥后对基膜及涂层进行冷却，并卷成卷形。

重复上述过程，以进行各功能涂层的涂覆。一般的，先涂覆底层树脂层，再涂覆隔热树脂层，再在其上面涂覆防污层。

实施例制备涂层涂料

防污涂层涂料：氟碳树脂涂料成品(联创德固赛制造)

涂层涂料 A： CN997（沙多玛制造芳香族聚氨酯丙烯酸酯粘度25000）22% ，CN929（沙多玛制造脂肪族聚氨酯丙烯酸酯粘度15600）39%，CN968（沙多玛制造脂肪族聚氨酯丙烯酸酯粘度700）9.5%，SR9011(沙多玛制造活性稀释剂)4.0%，HDDA 5.0%,，Darocur1173 1.5,Irgacure184 1.0%(汽巴精化制造UV引发剂)，二苯甲酮 5.0%，ITO（联创德固赛）分散溶液10%和金红石型二氧化钛分散溶液3%。将上述物料先搅拌均匀，再高速分散机分散1小时，制备涂层涂料A

涂层涂料B ：CN929 52%，EB5129( 优比西制造脂肪族聚氨酯丙烯酸酯粘度700) 12%，CNUVP220（沙多玛制造聚酯丙烯酸酯粘度10000）3%，HDDA 14%，KIP150（汽巴精化制造UV引发剂）3%，二苯甲酮 3%，ATO(联创德固赛)分散溶液10%和金红石型二氧化钛分散溶液3%；将上述物料先搅拌均匀，再高速分散机分散1小时，制备涂层涂料B。

涂层涂料C： CN929（粘度15600） 50%，TMPDA 10%,HDDA 16%,KIP150 3%,二苯甲酮 3% ，金红石型二氧化钛分散溶液3%，ITO 分散溶液10%和ATO分散溶液5%。将上述物料先搅拌均匀，再高速分散机分散1小时，制备涂层涂料C。

涂层涂料D： CN929（粘度15600） 53%，TMPDA 10%,HDDA 16%,KIP150 3%,二苯甲酮 3% ， ITO 分散溶液8%和ATO分散溶液7%。将上述物料先搅拌均匀，再高速分散机分散1小时，制备涂层涂料D。

上述ITO（ATO、SIR128或SIR159）分散溶液由下法制得：将30%的ITO（ATO、TiO2）粉、8.0%的重均分子量15-20万CH-13超分散剂（上海三正高分子材料有限公司）、50.0%的粘度10000的聚酯丙烯酸酯树脂、2.0%的异己二醇和10%的丙二醇丁醚用球磨机球磨48小时，然后用砂磨机砂磨8小时，再用超声波分散机分散90分钟得到粒径20nm-40nm的分散溶液；所述百分比均为重量比。

底层树脂层

预涂涂料： CN968 22%，SR9011 14%,SR9009(沙多玛制造活性稀释剂) 9%，Darocur 6% ITO分散溶液 3%, 二苯甲酮 3%，甲乙酮 43%将上述物料先搅拌均匀，再高速分散机分散1小时，制备预涂涂料。

将各功能涂层涂料涂覆在厚度50nm的PET膜（杜邦公司制造的光学膜）上，(先在PET膜上涂覆底层树脂层，然后用涂层涂料A、涂层涂料B或涂层涂料C在底层树脂层上涂覆隔热树脂层，再在隔热树脂层上面涂覆防污层)，涂覆后用75℃热风干燥120秒，再用10KW/CM 波长320nm紫外灯照射10秒固化，吹风冷却后卷成卷。结果下表

NO	基膜nm	涂覆厚度nm	可见光透过率%	红外线透过率%	紫外线透过率%	膜状态	备注
								A	PET50	12	71	29	8	透明	预涂膜2nm
B	PET50	12	73	55	6	透明	同上
								C	PET50	12	81	18	58	透明	同上
D	PET50	12	79	27	46	透明	同上

Claims

1.纳米自组装隔热农膜，由50nm的PET基膜、2nm底层树脂层、12nm树脂层和防污涂层组成，底层树脂层设在基膜和树脂层之间；所述底层树脂层含有22%的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、14%的三官能团甲基丙烯酸酯SR9011、9%的三官能团甲基丙烯酸酯SR9009、6%的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、 3%的掺铟氧化锡分散溶液、 3%的二苯甲酮和43%甲乙酮；所述百分比为重量比；所述树脂层含有50%的粘度15600的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、10%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、16%的己二醇二丙烯酸酯、3%引发剂2-羟基-2甲基-1-〔4-(1-甲基乙烯基)苯基〕丙酮、3%的二苯甲酮、3%的金红石型二氧化钛分散溶液、10%的掺铟氧化锡分散溶液和5%掺碲氧化锡分散溶液；所述掺铟氧化锡分散溶液、金红石型二氧化钛分散溶液或掺碲氧化锡分散溶液由下法制得：将30%的掺铟氧化锡粉、金红石型二氧化钛或掺碲氧化锡粉与8%的重均分子量15-20万聚丙烯酸酯超支化化合物、50%的粘度10000的聚酯丙烯酸酯树脂、2%的异己二醇和10%的丙二醇丁醚混合并用球磨机球磨48小时，然后用砂磨机砂磨8小时，再用超声波分散机分散90分钟得到粒径20nm-40nm的分散溶液；所述百分比均为重量比。

2.权利要求1所述的纳米自组装隔热农膜的制备方法，其特征是：采用辊涂方式，将基膜按进料方向进料，将树脂涂料通过裂缝加到涂覆辊上并释放到基膜上，接着用压锟整平到预定厚度，在热风干燥器中进行干燥，温度为55-95℃，时间为20-120秒，干燥后对基膜及涂层进行冷却，并卷成卷形；所述树脂涂料是将50%的粘度15600的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、10%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、16%的己二醇二丙烯酸酯、3%引发剂2-羟基-2甲基-1-〔4-(1-甲基乙烯基)苯基〕丙酮、3%的二苯甲酮、3%的金红石型二氧化钛分散溶液、10%的掺铟氧化锡分散溶液和5%掺碲氧化锡分散溶液混合搅拌均匀，在高速分散机分散1小时得到；所述掺铟氧化锡分散溶液、掺碲氧化锡分散溶液、金红石型二氧化钛分散溶液由下法制得：将30%的掺铟氧化锡粉、掺碲氧化锡粉或金红石型二氧化钛粉与8%的重均分子量15-20万聚丙烯酸酯超支化化合物、50%的粘度10000的聚酯丙烯酸酯树脂、2%的异己二醇和10%的丙二醇丁醚混合并用球磨机球磨48小时，然后用砂磨机砂磨8小时，再用超声波分散机分散90分钟得到粒径20nm-40nm的分散溶液；所述百分比均为重量比。