CN108059727A - 一种黑色涂层的隔热塑料地膜及制备方法 - Google Patents

一种黑色涂层的隔热塑料地膜及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农业膜领域，具体涉及一种黑色涂层的隔热塑料地膜及制备方法。通过在丙烯酸树脂形成的过程中加入碳纳米管/氧化石墨烯，将碳纳米管/氧化石墨烯分散在丙烯酸预聚合体中，进一步，以玻璃微珠为核，丙烯酸深度聚合包覆在玻璃微珠表面，从而使碳纳米管/氧化石墨烯以膜的形式分散包覆在玻璃微珠表面，得到的乳液喷涂于基膜表面，最大程度的展露碳纳米管/氧化石墨烯的吸光隔热效能。克服了传统在热熔塑料中难分散的缺陷，降低了碳纳米管/氧化石墨烯的用量，增强了红外隔热的效果，使得地膜隔热性能更加优异，适用于高温季节喜凉的菠菜种植。

Description

一种黑色涂层的隔热塑料地膜及制备方法
技术领域
本发明涉及农业膜领域，具体涉及一种黑色涂层的隔热塑料地膜及制备方法。
背景技术
温室大棚的覆盖材料将作物与外界环境隔离，使作物处于一个相对封闭的、可控制的生长环境条件之中。通过温室覆盖材料，作物生长所处的室内或棚内环境与外界环境之间不断进行着能量(光、热)和物质(水、气肥等)的交换与流通，两者之间相互影响，相互作用。因此温室覆盖材料是温室中最重要的部件之一，温室覆盖材料品种及其特性直接影响着棚内作物的生长。选用适合作物生长发育需求的温室覆盖材料，能够提供适于作物生长的环境条件，利于土壤保墒和盐碱度控制，促进作物生长和早熟，提高作物产量，提高经济效益。
专利申请号CN201610407491.0公开了一种农用地膜的制备方法，通过静置压膜的方法制备了地膜，提高了地膜的抗菌性、耐候性，通过强压的搅拌设计杜绝了气泡的存在，使合成地膜具有较强的稳定性，但该地膜的隔热保温性能差，且制备工艺复杂，生产成本高昂。
专利申请号CN201610956019.2公开了一种易降解耐紫外线农用地膜，以聚乳酸为原料，掺杂抗紫外线和抗氧化性填料后熔融纺丝制备地膜骨架，再将细菌纤维素膜和骨架复配冷压制得制膜，易生物降解，但保温保水性能差、机械性能差、抗撕抗拉强度不高。
专利申请号CN201410569917.3O公开了一种抗氧化的农用地膜，以三聚甘油单硬脂酸酯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等其它助剂制备了农用地膜，该地膜具有较强的抗氧化性，但抗光线能力差，易于造成大棚内植物水分流失。
为了提高地膜抗光线能力，利用碳纳米管、氧化石墨烯作为红外隔热选择性吸收剂，对地膜隔热具有显著的效果。然而，在地膜中直接分散碳纳米管、氧化石墨烯的难度较大，造成吸光隔热效果差，需要添加较多的碳纳米管、氧化石墨烯，致使地膜成本高，难以推广应用。
发明内容
针对现有碳纳米管、氧化石墨烯难以在地膜中高效分散、需要添加量大、成本高的缺陷，本发明提出一种黑色涂层的隔热塑料地膜及制备方法。通过在聚合乳液形成过程中加入碳纳米管、氧化石墨烯预分散，乳液中的胶粒子为表面分散丙烯酸树脂和碳纳米管、氧化石墨烯，内核为玻璃微珠；在基膜上涂层得到具有优异吸光隔热的地膜。克服了在热熔塑料中难以分散碳纳米管、氧化石墨烯的缺陷，而且碳纳米管、氧化石墨烯使用量少，大幅降低了隔热塑料地膜的成本。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，制备过程包括以下步骤：
（1）将碳纳米管、氧化石墨烯、分散剂加入带有搅拌器的反应釜中混合，高速搅拌至混合均匀，然后加入丙烯酸、过硫酸盐、亚硫酸氢纳、水混合,温度升至80-85℃，搅拌反应15min；然后加入玻璃微珠，温度升至100℃，搅拌反应60-120min，得到由丙烯酸树脂包覆碳纳米管和氧化石墨烯的乳液；
（2）将乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸亚丙酯、聚氯乙烯、光稳定剂、抗氧剂放入密炼机中混炼塑化，混炼均匀后通过单螺杆挤出机热熔流延得到基膜，在基膜上趁热喷涂步骤（1）得到的乳液，得到黑色隔热塑料地膜。
上述方案中，所述的碳纳米管为管径0.5～200nm、长度大于200nm的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种。
上述方案中，所述的分散剂为烷基磺酸盐类、烷基苯基磺酸盐类、歧化松香皂类中的一种。
上述方案中，所述的玻璃微珠的球度大于0.8，粒径＜10μm。
上述方案中，步骤（1）所用的原料，按重量份计：碳纳米管1-3份、氧化石墨烯3-5份、分散剂0.01-0.03份、丙烯酸30-50份、过硫酸盐0.5-1份、亚硫酸氢纳0.05-0.1份、水100-200份、玻璃微珠15-30份。
上述方案中，步骤（2）的原料重量组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物10～20份、聚碳酸亚丙酯3～5份、聚氯乙烯5～8份、光稳定剂1～3份、抗氧化剂0.5～2份。
上述方案中，所述的光稳定剂为紫外线吸收剂UV-531、紫外线吸收剂UVP-327、光稳定剂774或水杨酸酯中的一种。
上述方案中，所述的抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂2246、抗氧剂300中的一种。
由上述方法制备得到的一种黑色涂层的隔热塑料地膜。
本发明的有益效果：通过在丙烯酸树脂形成的过程中加入碳纳米管/氧化石墨烯，将碳纳米管/氧化石墨烯分散在丙烯酸预聚合体中，进一步，以玻璃微珠为核，丙烯酸深度聚合包覆在玻璃微珠表面，从而使碳纳米管/氧化石墨烯以膜的形式分散包覆在玻璃微珠表面，得到的乳液喷涂于基膜表面，最大程度的展露碳纳米管/氧化石墨烯的吸光隔热效能。克服了传统在热熔塑料中难分散的缺陷，降低了碳纳米管/氧化石墨烯的用量，增强了红外隔热的效果，使得地膜隔热性能更加优异，适用于高温季节喜凉的菠菜种植。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，制备过程包括以下步骤：
（1）将碳纳米管、氧化石墨烯、分散剂烷基磺酸钠加入带有搅拌器的反应釜中混合，高速搅拌至混合均匀，然后加入丙烯酸、过硫酸钠、亚硫酸氢纳、水混合,温度升至805℃，搅拌反应15min；然后加入球度大于0.8，粒径＜10μm的玻璃微珠，温度升至100℃，搅拌反应600min，得到乳液；按重量份计：碳纳米管1份、氧化石墨烯3份、分散剂0.01份、丙烯酸30份、过硫酸钠0.5份、亚硫酸氢纳0.05份、水100份、玻璃微珠15份；
（2）将乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸亚丙酯、聚氯乙烯、光稳定剂UV-531、抗氧剂264、放入密炼机中混炼塑化，混炼均匀后通过单螺杆挤出机热熔流延得到基膜，在基膜上趁热喷涂步骤（1）得到的乳液，得到黑色隔热塑料地膜。原料重量组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、聚碳酸亚丙酯3份、聚氯乙烯5份、光稳定剂1份、抗氧化剂0.5份。
实施例2
一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，制备过程包括以下步骤：
（1）将碳纳米管、氧化石墨烯、分散剂烷基苯基磺酸钠加入带有搅拌器的反应釜中混合，高速搅拌至混合均匀，然后加入丙烯酸、过硫酸钠、亚硫酸氢纳、水混合,温度升至85℃，搅拌反应15min；然后加入球度大于0.8，粒径＜10μm的玻璃微珠，温度升至100℃，搅拌反应80min，得到乳液；按重量份计：碳纳米管1份、氧化石墨烯3-5份、分散剂0.02份、丙烯酸30-50份、过硫酸钠0.5份、亚硫酸氢纳0.05份、水100份、玻璃微珠20份；
（2）将乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸亚丙酯、聚氯乙烯、光稳定剂774、抗氧剂1076放入密炼机中混炼塑化，混炼均匀后通过单螺杆挤出机热熔流延得到基膜，在基膜上趁热喷涂步骤（1）得到的乳液，得到黑色隔热塑料地膜。原料重量组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、聚碳酸亚丙酯4份、聚氯乙烯8份、光稳定剂1份、抗氧化剂0.5份。
实施例3
一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，制备过程包括以下步骤：
（1）将碳纳米管、氧化石墨烯、分散剂歧化松香皂类加入带有搅拌器的反应釜中混合，高速搅拌至混合均匀，然后加入丙烯酸、过硫酸钠、亚硫酸氢纳、水混合,温度升至85℃，搅拌反应15min；然后加入球度大于0.8，粒径＜10μm的玻璃微珠，温度升至100℃，搅拌反应120min，得到乳液；按重量份计：碳纳米管1份、氧化石墨烯5份、分散剂0.03份、丙烯酸400份、过硫酸钠1份、亚硫酸氢纳0.1份、水150份、玻璃微珠30份；
（2）将乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸亚丙酯、聚氯乙烯、光稳定剂UVP-327、抗氧剂300放入密炼机中混炼塑化，混炼均匀后通过单螺杆挤出机热熔流延得到基膜，在基膜上趁热喷涂步骤（1）得到的乳液，得到黑色隔热塑料地膜。原料重量组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、聚碳酸亚丙酯5份、聚氯乙烯5、光稳定剂1份、抗氧化剂1份。
实施例4
一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，制备过程包括以下步骤：
（1）将碳纳米管、氧化石墨烯、分散剂十二烷基磺酸钠加入带有搅拌器的反应釜中混合，高速搅拌至混合均匀，然后加入丙烯酸、过硫酸钠、亚硫酸氢纳、水混合,温度升至85℃，搅拌反应15min；然后加入球度大于0.8，粒径＜10μm的玻璃微珠，温度升至100℃，搅拌反应60min，得到乳液；按重量份计：碳纳米管3份、氧化石墨烯3份、分散剂0.02份、丙烯酸50份、过硫酸钠1份、亚硫酸氢纳0.05份、水200份、玻璃微珠30份；
（2）将乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸亚丙酯、聚氯乙烯、光稳定剂UV-531、抗氧剂2246放入密炼机中混炼塑化，混炼均匀后通过单螺杆挤出机热熔流延得到基膜，在基膜上趁热喷涂步骤（1）得到的乳液，得到黑色隔热塑料地膜。原料重量组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、聚碳酸亚丙酯5份、聚氯乙烯5份、光稳定剂1份、抗氧化剂2份。
对比例1
一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，制备过程包括以下步骤：
（1）将碳纳米管、氧化石墨烯、分散剂十二烷基磺酸钠加入带有搅拌器的反应釜中混合，高速搅拌至混合均匀，然后加入球度大于0.8，粒径＜10μm的玻璃微珠，分散的到复合粉末；按重量份计：碳纳米管3份、氧化石墨烯3份、分散剂0.02份、玻璃微珠30份；
（2）将复合粉末与乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸亚丙酯、聚氯乙烯、光稳定剂UV-531、抗氧剂2246放入密炼机中混炼塑化，混炼均匀后通过单螺杆挤出机热熔流延得到黑色隔热塑料地膜。原料重量组分为：复合粉末0.2份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、聚碳酸亚丙酯5份、聚氯乙烯5份、光稳定剂1份、抗氧化剂2份。
将实施例1～4、对比例1制备的厚度为0.08mm的地膜进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1： 厚度为0.08mm的地膜机械性能检测结果
将实施例4、对比例1制备的厚度为0.08mm的地膜进行隔热温差试验，试验结果如表2。试验步骤如下：
（1）试验样箱的制备：用钢丝搭建一个边长10cm的正方体框架，采用地膜对正方体表面包覆一层，内置温度传感器，得到试验样箱。
（2）高温温差试验：用碘钨丝灯垂直照射试验样箱，调节碘钨丝灯的功率，改变样箱地膜外表面的温度，观察样箱内温度变化情况。
（3）低温温差试验：将试验样箱放入低温试验箱中，调节低温试验箱温度，观察样箱内温度变化情况。
表2 温差试验数据结果

Claims (9)

1.一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，制备过程包括以下步骤：
（1）将碳纳米管、氧化石墨烯、分散剂加入带有搅拌器的反应釜中混合，高速搅拌至混合均匀，然后加入丙烯酸、过硫酸盐、亚硫酸氢纳、水混合,温度升至80-85℃，搅拌反应15min；然后加入玻璃微珠，温度升至100℃，搅拌反应60-120min，得到由丙烯酸树脂包覆碳纳米管和氧化石墨烯的乳液；
（2）将乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳酸亚丙酯、聚氯乙烯、光稳定剂、抗氧剂放入密炼机中混炼塑化，混炼均匀后通过单螺杆挤出机热熔流延得到基膜，在基膜上趁热喷涂步骤（1）得到的乳液，得到黑色隔热塑料地膜。
2.根据权利要求1所述一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米管为管径0.5～200nm、长度大于200nm的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种。
3.根据权利要求1所述一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，其特征在于：所述的分散剂为烷基磺酸盐类、烷基苯基磺酸盐类、歧化松香皂类中的一种。
4.根据权利要求1所述一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，其特征在于：所述的玻璃微珠的球度大于0.8，粒径＜10μm。
5.根据权利要求1所述一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所用的原料，按重量份计：碳纳米管1-3份、氧化石墨烯3-5份、分散剂0.01-0.03份、丙烯酸30-50份、过硫酸盐0.5-1份、亚硫酸氢纳0.05-0.1份、水100-200份、玻璃微珠15-30份。
6.根据权利要求1所述一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）的原料重量组分为：乙烯-醋酸乙烯共聚物10～20份、聚碳酸亚丙酯3～5份、聚氯乙烯5～8份、光稳定剂1～3份、抗氧化剂0.5～2份。
7.根据权利要求1所述一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，其特征在于：所述的光稳定剂为紫外线吸收剂UV-531、紫外线吸收剂UVP-327、光稳定剂774或水杨酸酯中的一种。
8.根据权利要求1所述一种黑色涂层的隔热塑料地膜的制备方法，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂2246、抗氧剂300中的一种。
9.权利要求1-8任一项所述方法制备得到的一种黑色涂层的隔热塑料地膜。
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