CN107474454A - 一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，属于透明隔热膜技术领域。薄膜包括：(1)近红吸收剂(2)复合颜料，(3)透明或半透明聚烯烃基体树脂。其制备过程包括以下步骤：首先通过溶剂热法合成工艺合成近红外吸收剂，将近红外吸收颜料和吸收特定波长的颜料以一定比例混合后，进行表面改性，与透明或半透明聚烯烃树脂颗粒复配后进行密炼机密炼后，熔融挤出薄膜，得到一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜。

Description

一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特点在于通过调节近红外吸收剂和吸收特定不同波长颜料的比例，可以使透明隔热薄膜在可见光区最大透过率波长蓝移，属于透明隔热膜技术领域。
背景技术
我国常用的大棚膜主要有四种：第一种是聚氯乙烯(PVC)棚膜；第二种是聚乙烯(PE)棚膜；第三种是乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)棚膜；第四种是多层共挤复合农膜。植物的生长离不开太阳光，然而太阳光中蓝色光和红色光更有利于植物的生长，所以薄膜的好坏取决于对太阳光谱的选择性。在夏季高温干旱的地区，温度过高，会影响作物的生长，所以人们常常使用物理降温的方式如，洒水，覆盖遮阳物，从而给农作物的生长提供适宜的温度环境。众所周知，在太阳辐射能量中，紫外波段约含5％，可见光波段(400-700nm)约含43％，近红外波段(700-2500nm)含约52％。可见光太阳光辐射的能量有一半左右来自于近红外(700-2500nm)辐射。由此，人们想到通过把太阳光中的近红线屏蔽掉，这样就减少了热量的传播。为此人们使用近红外吸收剂加入到农膜中，从而实现隔热的功能。然而，在添加近红外吸收剂的同时，也影响了可见光的透过率，影响了可见光透过的波段，导致了植物的生长不良。
发明内容
鉴于以上不足，本发明提供了一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备的方法，该方法制备的薄膜，对太阳光谱可以选择吸收或透过，使薄膜在具有隔热性能的同时，还能保证植物生长所需要光波的透过率。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将近红外吸收剂M-CuxSy与颜料混合使用分散剂进行表面改性，将改性后的近红外吸收剂与颜料的混合物与透明或半透明聚烯烃树脂在密炼机中熔融共混一段时间，然后再使用单螺杆挤出机，流延挤出具有调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜；近红外吸收剂M-CuxSy式中M为掺杂金属离子，1≤x≤2，1≤y≤2。
优选地，所述掺杂金属离子选自碱土金属、过渡金属、镧系、錒系、IIIA金属、VA金属等，如Fe、Al、Mg、Cs、Ba、Zn、La、Ce、W、Sb等，优选其中一种或两种。
优选地，所述颜料为无机颜料或有机颜料中的一种，根据化合物的类别分类：无机颜料可细分为氧化物、铬酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐、氢氧化物、硫化物、金属等；有机颜料可按化合物的化学结构分为偶氮颜料、酞菁颜料、蒽醌、靛族、喹吖啶酮、二恶嗪等多环颜料、芳甲烷系颜料等。可以举出例如：孔雀蓝，钴蓝，苏格兰墨绿，葡萄牙青紫，巴西深棕，印度橙黄，泰国深黄，摩洛哥艳黄，希腊特黑，西班牙古红，奥地利藤子，尼泊尔橙黄，法国群青，英国钴绿，酞青绿，酞青蓝，玫瑰紫，钛白，土红，大红等其中任何一种或几种组合。
优选地，所述分散剂为硅烷偶联剂KH550，硅烷偶联剂KH560，蓖麻油，白油，硬脂酰胺，高级醇，乙烯基双硬脂酰胺，硬脂酸单甘油酯(GMS)，三硬脂酸甘油酯(HTG)，液体石蜡，硬脂酸锌(ZnSt)，聚乙烯蜡，聚乙二醇200或400其中任何一种或两种组合。
优选地，所述近红外吸收剂与颜料质量比例为1:0.1～2。所述分散剂添加量为体系总质量的1％-20％。优选地，所述外近红外吸收剂与颜料混合物总质量占体系总质量的0.01％-5％。
优选地，所述聚烯烃树脂为聚乙烯树脂、低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯，聚酯树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯和乙烯一乙酸乙酯，乙烯-乙烯醇共聚物，聚丙烯，聚4-甲基-1-戊烯树脂中任何一种或几种制成。
优选地，密炼机中熔融共混温度为120-200℃，密炼时间为5-20min，转动频率为5-30HZ。优选地，单螺杆挤出机，第一区的温度为120-170℃，第二区温度为130-180℃，第三区温度为130-185℃，机头温度为150-180℃。螺杆转动频率为5-30HZ。
M-CuxSy的制备，包括以下步骤：
(1)将铜源、硫源、保护剂、掺杂金属离子金属盐配制而成的混合物溶于溶剂中，调节体系pH为1～9，然后超声分散一段时间，得到分散液混合物；
(2)将分散液混合物转移进入内衬压力反应釜中，密封，放入烘箱，保温一段时间；随后冷却到室温，反应釜中生成物用蒸馏水及无水乙醇交替清洗数次，然后放在烘箱中干燥(如90℃干燥12h)；得到的粉体放入研钵中研磨，得到近红外吸收热屏蔽颜料颗粒。
优选：所述铜源和保护剂摩尔比1:0-2.0。所述铜源和硫源摩尔比1:0.5-4.0。所述掺杂金属离子和铜源摩尔比0-2:1，且不包括0。溶剂选自：正丁醇、乙二醇、乙醇、水其中一种。所述铜源选自：硫酸铜(CuSO4·5H2O)，硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)，氯化铜(CuCl2·2H2O)，柠檬酸铜(C6H6CuO7)，草酸铜(CuC2O4)，酞青蓝(C32H16CuN8)，醋酸铜(C4H8CuO5)，优选其中一种或两种。所述铜源浓度为0.00625-0.0625mol/L。所述硫源选自：硫化钠(Na2S)，硫脲(SC(NH2)2)，硫代硫酸钠(Na2S2O3)，二硫化碳(CS2)，优选其中一种或两种。所述保护剂选自：EDTA(乙二胺四乙酸)一水合柠檬酸(C6H8O7·H2O)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，优选其中一种；掺杂金属离子金属盐，如硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐、草酸盐等。优选地，超声时间为20min～60min。步骤(2)，优选的，所述放入烘箱，保温温度为60℃-190℃，时间为1h-9h。
本发明产品采用岛津UV-3600型紫外可见近红外分光光度计测试薄膜透射率；如图1所示。
本发明具有以下特点:
薄膜为透明半透明聚烯烃共挤薄膜。聚烯烃薄膜作为农作物的大棚膜，对太阳光谱具有选择性。使薄膜在具有隔热性能的同时，还能保证植物生长所需要光波的透过率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是对比例1、实施例1的紫外可见光近红外透射谱图。
具体实施方式
下面将结合附图效果以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
为便于本领域技术人员进一步理解本发明，以下实施例均按相同的制备方法制备。
对比例1
一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法(一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法1)
第一步：按照CuSO4·5H2O，SC(NH2)2，EDTA,掺杂金属离子Bi+摩尔比为1:1:1:0.5配制而成所得的混合物溶于100mL的乙二醇中，用浓盐酸调节pH＝1，随后超声分散20min，然后将混合物转移进入容积为300ml的聚四氟乙烯内衬压力釜中，密封，放入烘箱，保持在100℃，反应4h。而后，随炉冷却到室温，反应釜中生成物用蒸馏水及无水乙醇交替清洗3次，然后粉末放在在真空烘箱中90℃干燥12h。随后将得到的粉体放入研钵中研磨10分钟，得到近红外吸收黑色粉体Bi-CuS。
第二步：取近制备的红外吸收剂0.5g混合，称取KH550 4.5g，搅拌均匀，搅拌6h(没有颜料)。
第三步，取分散液5g与45g PVA树脂颗粒搅拌混合，在密炼机中140℃下密炼15min。频率为15HZ。
第四步，再单螺杆挤出机挤出薄膜，第一区的温度为130℃，第二区温度为130℃，第三区温度为145℃，机头温度为145℃。螺杆转动频率为5-30HZ。
得到一种透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法。薄膜透射率如图1中(1)所示，厚度0.2mm。在可见光区最大透过率波长为572nm。
实施例1
一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法(一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法2)
第一步：按照CuSO4·5H2O，SC(NH2)2，EDTA,掺杂金属离子Bi+摩尔比为1:1:1:0.5配制而成所得的混合物溶于100mL的乙二醇中，用浓盐酸调节pH＝1，随后超声分散20min，然后将混合物转移进入容积为300ml的聚四氟乙烯内衬压力釜中，密封，放入烘箱，保持在100℃，反应4h。而后，随炉冷却到室温，反应釜中生成物用蒸馏水及无水乙醇交替清洗3次，然后粉末放在在真空烘箱中90℃干燥12h。随后将得到的粉体放入研钵中研磨10分钟，得到近红外吸收黑色粉体Bi-CuS。
第二步：称取近红外吸收剂0.5g与孔雀蓝颜料0.5g混合，称取KH550 4.5g，搅拌均匀，搅拌6h。
第三步，取分散液5.5g与45g PVA树脂颗粒搅拌混合，在密炼机中140℃下密炼15min。频率为15HZ。
第四步，再单螺杆挤出机挤出薄膜，第一区的温度为130℃，第二区温度为130℃，第三区温度为145℃，机头温度为145℃。螺杆转动频率为5-30HZ。得到一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜，厚度0.2mm。薄膜透射率如图1中(2)所示在可见光区最大透过率波长为502nm。
实施例2
一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法(一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法3)
第一步：按照CuSO4·5H2O，SC(NH2)2，EDTA,掺杂金属离子Bi+摩尔比为2:1:1:0.5配制而成所得的混合物溶于100mL的乙二醇中，用浓盐酸调节pH＝1，随后超声分散20min，然后将混合物转移进入容积为300ml的聚四氟乙烯内衬压力釜中，密封，放入烘箱，保持在100℃，反应4h。而后，随炉冷却到室温，反应釜中生成物用蒸馏水及无水乙醇交替清洗3次，然后粉末放在在真空烘箱中90℃干燥12h。随后将得到的粉体放入研钵中研磨10分钟，得到近红外吸收黑色粉体Bi-Cu1.96S。
第二步：称取近红外吸收剂0.5g与孔雀蓝颜料0.5g混合，称取KH550 4.5g，搅拌均匀，搅拌6h。
第三步，取分散液5.5g与45g PVA树脂颗粒搅拌混合，在密炼机中140℃下密炼15min。频率为15HZ。
第四步，再单螺杆挤出机挤出薄膜，第一区的温度为130℃，第二区温度为130℃，第三区温度为145℃，机头温度为145℃。螺杆转动频率为5-30HZ。得到一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜，厚度0.2mm。

Claims (11)

1.一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将近红外吸收剂M-CuxSy与颜料混合使用分散剂进行表面改性，将改性后的近红外吸收剂与颜料的混合物与透明或半透明聚烯烃树脂在密炼机中熔融共混一段时间，然后再使用单螺杆挤出机，流延挤出具有调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜；近红外吸收剂M-CuxSy式中M为掺杂金属离子，1≤x≤2，1≤y≤2。
2.按照权利要求1所述的一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属离子选自碱土金属、过渡金属、镧系、錒系、IIIA金属、VA金属，如Fe、Al、Mg、Cs、Ba、Zn、La、Ce、W、Sb优选其中一种或两种。
3.按照权利要求1所述的一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，所述颜料为无机颜料或有机颜料中的一种或几种，根据化合物的类别分类：无机颜料细分为氧化物、铬酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐、氢氧化物、硫化物、金属；有机颜料按化合物的化学结构分为偶氮颜料、酞菁颜料、蒽醌、靛族、喹吖啶酮、二恶嗪等多环颜料、芳甲烷系颜料。
4.按照权利要求1所述的一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，所述颜料为孔雀蓝，钴蓝，苏格兰墨绿，葡萄牙青紫，巴西深棕，印度橙黄，泰国深黄，摩洛哥艳黄，希腊特黑，西班牙古红，奥地利藤子，尼泊尔橙黄，法国群青，英国钴绿，酞青绿，酞青蓝，玫瑰紫，钛白，土红，大红其中任何一种或几种组合。
5.按照权利要求1所述的一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，所述分散剂为硅烷偶联剂KH550，硅烷偶联剂KH560，蓖麻油，白油，硬脂酰胺，高级醇，乙烯基双硬脂酰胺，硬脂酸单甘油酯(GMS)，三硬脂酸甘油酯(HTG)，液体石蜡，硬脂酸锌(ZnSt)，聚乙烯蜡，聚乙二醇200或400其中任何一种或两种组合。
6.按照权利要求1所述的一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，所述近红外吸收剂与颜料质量比例为1:0.1～2；所述分散剂添加量为体系总质量的1％-20％；所述外近红外吸收剂与颜料混合物总质量占总质量的0.01％-5％。
7.按照权利要求1所述的一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚烯烃树脂为聚乙烯树脂、低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯，聚酯树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯和乙烯一乙酸乙酯，乙烯-乙烯醇共聚物，聚丙烯，聚4-甲基-1-戊烯树脂中任何一种或几种制成。
8.按照权利要求1所述的一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，密炼机中熔融共混温度为120-200℃，密炼时间为5-20min，转动频率为5-30HZ；单螺杆挤出机，第一区的温度为120-170℃，第二区温度为130-180℃，第三区温度为130-185℃，机头温度为150-180℃。螺杆转动频率为5-30HZ。
9.按照权利要求1所述的一种调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的制备方法，其特征在于，近红外吸收剂M-CuxSy的制备，包括以下步骤：
(1)将铜源、硫源、保护剂、掺杂金属离子金属盐配制而成的混合物溶于溶剂中，调节体系pH为1～9，然后超声分散一段时间，得到分散液混合物；
(2)将分散液混合物转移进入内衬压力反应釜中，密封，放入烘箱，保温一段时间；随后冷却到室温，反应釜中生成物用蒸馏水及无水乙醇交替清洗数次，然后放在烘箱中干燥(如90℃干燥12h)；得到的粉体放入研钵中研磨，得到近红外吸收热屏蔽颜料颗粒。
所述铜源和保护剂摩尔比1:0-2.0。所述铜源和硫源摩尔比1:0.5-4.0；所述掺杂金属离子和铜源摩尔比0-2:1，且不包括0；溶剂选自：正丁醇、乙二醇、乙醇、水其中一种；所述铜源选自：硫酸铜(CuSO4·5H2O)，硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)，氯化铜(CuCl2·2H2O)，柠檬酸铜(C6H6CuO7)，草酸铜(CuC2O4)，酞青蓝(C32H16CuN8)，醋酸铜(C4H8CuO5)其中一种或两种；所述铜源浓度为0.00625-0.0625mol/L；所述硫源选自：硫化钠(Na2S)，硫脲(SC(NH2)2)，硫代硫酸钠(Na2S2O3)，二硫化碳(CS2)其中一种或两种。所述保护剂选自：EDTA(乙二胺四乙酸)一水合柠檬酸(C6H8O7·H2O)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)其中一种；掺杂金属离子金属盐，如硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐、草酸盐；超声时间为20min～60min；步骤(2)所述放入烘箱，保温温度为60℃-190℃，时间为1h-9h。
10.按照权利要求1-8任一项方法制备得到的调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜。
11.权利要求1-9任一项方法制备得到的调光透明隔热共挤聚烯烃薄膜的应用，用于农作物的大棚膜。
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