CN111607151A - 一种隔热转光农膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔热转光农膜及其制备方法，属于农业薄膜技术领域。所述隔热转光农膜由隔热转光母粒制得，所述隔热转光母粒包括原料及质量比为：隔热纳米颗粒：有机荧光分子：聚合物材料＝(0.0001‑0.01)：(0.0001‑0.01)：1。本发明中所选用的隔热纳米颗粒和转蓝光的有机荧光分子与聚合物相容性良好，不需要进行改性处理即可掺入聚合物中形成均一的隔热转光农膜。而且本发明的制备方案简单易行，适用于工业化生产，基于此方案所制备的薄膜可以广泛应用在农用大棚上。

Description

一种隔热转光农膜及其制备方法
技术领域
本发明属于农业薄膜技术领域，具体涉及一种隔热转光农膜及其制备方法。
背景技术
农膜主要用于覆盖农田，起到提高地温、保证土壤湿度、促进种子发芽和幼苗快速增长的作用，同时还能抑制杂草的生长；农膜主要成分是聚乙烯。目前，随着农村经济的发展，我国农膜市场正呈现加速发展态势，应用范围正逐步扩大，同时对农膜的要求也逐步提高。农膜产品结构将向多层复合发展、性能向高透光、高保温、高强度、长寿命等方面发展。目前，农膜作为棚膜使用时，夏季气温较高，容易导致大棚内温度急剧升高，从而限制植物的光合作用，影响植物产量。
同时，由于植物对光能的要求，除了光强度和光周期之外，光质也是很重要的因素。光质不仅影响农作物的光合作用速率，而且可以调控作物生长。根据对植物光合作用的测定，多数植物的光谱响应峰值分别出现在440nm、620nm和670nm处，在太阳光的有效光合辐射光区中，紫-蓝光(380-480nm)的吸收率为95％，橙-红光(620-680nm)的吸收率为90％，而黄-绿光的吸收仅为50-70％。近紫外光(280-380nm)中除360nm处的光对果实的着色有一定帮助外，其他波段的光对植物有强烈的破坏作用。因此，能够将紫外光和绿光转换为植物生长所需的蓝光和红橙光的转光农膜正在兴起。转光农膜是一种调控性功能农膜，这种农膜既保留了普通农膜的透光性，又能将日光中部分紫外光和绿光转换为植物生长需要的蓝光和红橙光，从而提高植物光合利用率。覆盖转光农膜能够改善植物生态因素，增强光合作用和水、肥的有效利用，不仅产量显著增加，而且可以提高效率，品质也有所改善。目前，转光农膜及转光农膜中所添加的转光剂是世界各国农膜领域的热门课题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种隔热转光农膜及其制备方法，解决了现阶段农膜不隔热、转光性能差等缺陷。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明主要通过以下技术方案实现。
一种隔热转光农膜，所述隔热转光农膜由隔热转光母粒制得。
进一步地，所述隔热转光母粒包括原料及质量比为：隔热纳米颗粒：有机荧光分子：聚合物材料＝(0.0001-0.01)：(0.0001-0.01)：1。
优选地，隔热纳米颗粒和有机荧光分子的质量比为1:3。
进一步地，所述隔热纳米颗粒选自粒径在50nm～500nm之间的单斜相二氧化钒。
进一步地，所述有机荧光分子选自4,4-双(2-二甲氧基苯乙烯基-)联苯、4,4'-双(2-磺酸钠苯乙烯基)联苯、三嗪氨基类二苯乙烯、苯并噁唑基二苯乙烯、含2个烯键的二苯乙烯、含氰基类二苯乙烯、三联吡啶二苯乙烯中的一种或多种。
优选地，所述有机荧光分子选自4,4-双(2-二甲氧基苯乙烯基-)联苯、4,4'-双(2-磺酸钠苯乙烯基)联苯、磺酸类三嗪氨基二苯乙烯、酰胺类三嗪氨基二苯乙烯、季铵盐类三嗪氨基二苯乙烯、4,4′-双(2-苯并噁唑基)二苯乙烯、含2个烯键的二苯乙烯、4,4'-双(2-甲酸乙酯乙烯基)二苯乙烯、4,4-二氰基乙烯基-二苯乙烯、三联吡啶二苯乙烯中的一种或多种。
进一步地，所述聚合物材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯共聚酯、聚氯乙烯中的一种或多种。
本发明还提供了一种所述隔热转光母粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将隔热纳米颗粒、有机荧光分子、聚合物材料加入到密炼机中进行混炼，得到混合均匀的块状聚合物熔体；
(2)将块状聚合物熔体加入到强制喂料机中，通过强制喂料机将块状聚合物熔体加入到单螺杆挤出机中，挤出条状聚合物；
(3)将条状聚合物加入切粒机中，获得隔热转光母粒。
进一步地，步骤(1)中密炼机温度为140℃-220℃，混炼时间为0.5h-3h。
进一步地，步骤(2)中单螺杆挤出机模头温度为200-250℃，转速为100-180rpm。
进一步地，步骤(3)中切粒机转速为500-1000rpm。
本发明第三方面提供一种所述隔热转光农膜的制备方法，将隔热转光母粒加入到吹膜机中，吹膜获得隔热转光农膜。
优选地，吹膜机三温区料筒温度分别为180℃-240℃，机头温度为190℃-250℃，连接器温度为190℃-250℃，螺杆旋转频率为10.00Hz-18.00Hz，收卷转速为120rpm-200rpm。
其中，本发明中所使用的密炼机、强制喂料机、切料机、吹膜机均为本领域内常规设备。
二氧化钒是一种典型的相变材料，低温下呈半导体态，表现出红外线高透过率，高温下则呈金属态，表现出对太阳光中红外线的低透过率。基于二氧化钒的这种对太阳光智能调控的特性，将二氧化钒加入到农膜中，可使农膜在温度低时，允许太阳光红外波段光透过，实现对棚内的加热保温；而温度高时，会降低红外波段的透过率，抑制太阳光棚内加热，实现降温隔热的效果。而有机荧光分子的加入，可实现紫光转蓝光，而且价格低廉，与现有的转光剂相比降低转光农膜的成本。
本发明中所选用的隔热纳米颗粒和转蓝光的有机荧光分子与聚合物相容性良好，不需要进行改性处理即可掺入聚合物中形成均一的隔热转光农膜。而且本发明的制备方案简单易行，适用于工业化生产，基于此方案所制备的薄膜可以广泛应用在农用大棚上。
附图说明
图1是对比例3的转光农膜的归一化紫外吸收光谱；
图2是对比例3的转光农膜的归一化荧光发射光谱；
图3是对比例3的转光农膜和对比例1制备的空白膜透射光谱；
图4是实施例1制备的隔热转光农膜的荧光发射光谱；
图5是实施例1制备的隔热转光农膜在室温和高温下的透射光谱；
图6是对比例1的空白膜在室温和高温下透射光谱；
图7是对比例2的隔热农膜在室温和高温下透射光谱。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
将1g粒径为50nm～500nm的单斜相二氧化钒、3g有机荧光分子4,4'-双(2-甲氧苯乙烯基)联苯和1kg聚乙烯加入到密炼机中，在160℃下密炼2h，得块状聚合物熔体；
将块状聚合物熔体加入到强制喂料机中，通过强制喂料机将块状聚合物加入到单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机模头温度为230℃，转速为100rpm，挤出条状聚合物；
将条状聚合物加入到切粒机中，转速600rpm下，获得大小均匀的颗粒状聚合物母粒；
将颗粒状聚合物母粒加入到吹膜机的料斗中，使吹膜机三温区料筒温度分别为180℃、200℃、240℃，机头温度为250℃，连接器温度为200℃，螺杆旋转频率为15.00Hz，收卷转速为150rpm，制得隔热转光农膜。
实施例2
将1g粒径为50nm～500nm的单斜相二氧化钒、3g有机荧光分子4,4′-双(2-苯并噁唑基)二苯乙烯和1kg聚乙烯加入到密炼机中，在140℃下密炼2h，得块状聚合物熔体；
将块状聚合物熔体加入到强制喂料机中，通过强制喂料机将块状聚合物加入到单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机模头温度为200℃，转速为120rpm，挤出条状聚合物；
将条状聚合物加入到切粒机中，转速800rpm下，获得大小均匀的颗粒状聚合物母粒；
将颗粒状聚合物母粒加入到吹膜机的料斗中，使吹膜机三温区料筒温度分别为200℃、200℃、230℃，机头温度为200℃，连接器温度为240℃，螺杆旋转频率为18.00Hz，收卷转速为120rpm，制得隔热转光农膜。
实施例3：
将3g粒径为50nm～500nm的单斜相二氧化钒、9g有机荧光分子4,4'-双(2-甲酸乙酯乙烯基)二苯乙烯和1kg聚氯乙烯加入到密炼机中，在220℃下密炼0.5h，得块状聚合物熔体；
将块状聚合物熔体加入到强制喂料机中，通过强制喂料机将块状聚合物加入到单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机模头温度为200℃，转速为120rpm，挤出条状聚合物；
将条状聚合物加入到切粒机中，转速1000rpm下，获得大小均匀的颗粒状聚合物母粒；
将颗粒状聚合物母粒加入到吹膜机的料斗中，使吹膜机三温区料筒温度分别为180℃、200℃、240℃，机头温度为190℃，连接器温度为200℃，螺杆旋转频率为10.00Hz，收卷转速为120rpm，制得隔热转光农膜。
实施例4
将1g粒径为50nm～500nm的单斜相二氧化钒、3g有机荧光分子4,4'-双(2-甲氧苯乙烯基)联苯和1kg聚乙烯加入到密炼机中，在150℃下密炼2.5h，得块状聚合物熔体；
将块状聚合物熔体加入到强制喂料机中，通过强制喂料机将块状聚合物加入到单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机模头温度为220℃，转速为180rpm，挤出条状聚合物；
将条状聚合物加入到切粒机中，转速800rpm下，获得大小均匀的颗粒状聚合物母粒；
将颗粒状聚合物母粒加入到吹膜机的料斗中，使吹膜机三温区料筒温度分别为210℃、200℃、190℃，机头温度为200℃，连接器温度为240℃，螺杆旋转频率为17.00Hz，收卷转速为160rpm，制得隔热转光农膜。
实施例5
本实施例中采用2g粒径为50nm～500nm的单斜相二氧化钒、6g有机荧光分子4,4'-双(2-甲氧苯乙烯基)联苯和1kg聚乙烯，其他条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例中采用3g粒径为50nm～500nm的单斜相二氧化钒、9g有机荧光分子4,4'-双(2-甲氧苯乙烯基)联苯和1kg聚乙烯，其他条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例中采用4g粒径为50nm～500nm的单斜相二氧化钒、12g有机荧光分子4,4'-双(2-甲氧苯乙烯基)联苯和1kg聚乙烯，其他条件均与实施例1相同。
对比例1
将不添加任何添加剂的聚乙烯颗粒加入到吹膜机的料斗中，实施例1相同条件下通过吹膜机制备得到聚合薄膜，作为对比用的空白膜使用(记为空白膜)。
对比例2
实施例1相同的实验条件下，只加入1g粒径为50nm～500nm的单斜相二氧化钒和1kg聚乙烯，制得聚合物农膜(记为隔热农膜)。
对比例3
实施例1相同的实验条件下，只加入3g有机荧光分子4,4'-双(2-甲氧苯乙烯基)联苯和1kg聚乙烯，制得聚合物农膜(记为转光农膜)。
性能表征
1、有机荧光分子加入对聚合物农膜的影响
将对比例3制得的转光农膜利用紫外分光光度计，测波长在290nm-800nm之间的紫外吸收光谱，结果如图1所示，从图中可以看出，对比例3的转光农膜在波长低于400nm时具有较强的吸收，波长为340nm时具有最大吸收峰，由此对比例3的转光农膜可以有效的吸收太阳光中对植物不利的紫外光。
将对比例3制得的转光农膜，进行荧光发射光谱测试，在激发波长为360nm下，在380-700nm范围内的荧光发射光谱结果如图2所示，从图2中，可以看出在紫外光的激发下本发明的转光农膜可以发射出较强的蓝光(380-480nm)，由此可表明对比例3的转光农膜可以吸收植物不需要的紫外光并将其转化为对植物生长有利的蓝光。
将对比例3制得的转光农膜和对比例1制得的空白膜，分别利用紫外分光光度计，在波长为290nm-800nm范围内，测其透射光谱如图3所示，测量间隔0.5nm，从图3可以看出，在可见光部分，对比例3的转光农膜由于有机荧光分子的加入，其透射率与空白膜相比并没有较大差距，由此说明，有机荧光分子的加入并不影响转光农膜对可见光的透过性能；而在紫外光部分，转光农膜的透射率明显下降，这是由于转光农膜中的有机荧光分子将紫外光吸收导致。
2、隔热纳米颗粒的加入对聚合物农膜的影响
将实施例1制备的隔热转光农膜进行荧光发射光谱测试，在激发波长为360nm下，在380-700nm范围内的荧光发射光谱结果如图4所示，从图中可以看出，隔热纳米颗粒的加入，并没有对农膜的转光性能产生影响，由此，可以看出隔热纳米颗粒的加入不会对有机荧光分子的转光性能产生不利影响。
将实施例1制备的隔热转光农膜、对比例1的空白膜、对比例2的隔热膜，分别在室温和90℃下，测其在波长为290nm～2200nm范围内的透射光谱(紫外分光光度计，测量间隔0.5nm)，结果分别如图5、图6、图7所示。图6可以看出，室温和90℃温度下，空白膜的透射率几乎无差别，可见，在高温时，红外线的透过性与室温时相似，空白膜高温下对红外线的阻断效果与室温下相似，空白膜不具有高温下阻断红外线透过的功能。图7可以看出，隔热纳米颗粒的加入能够使薄膜在室温时和高温时其透射曲线出现明显差异，尤其是在波长为800-2200nm范围内具有较大差异；在高温时，复合薄膜在波长为800-2200nm范围内的透射率明显低于室温状态的透射率。从图5中可以看出，本发明的隔热转光农膜，在加入隔热纳米颗粒和有机荧光分子后，在室温时和高温时其透射曲线仍出现明显差异，尤其是在波长为800-2200nm范围内具有较大差异；在高温时，隔热转光农膜在波长为800-2200nm范围内的透射率明显低于室温状态的透射率，可以看出，隔热转光农膜在高温状态下能够阻隔红外线的透过，由此可以表明二氧化钒纳米颗粒的加入可以使隔热转光农膜在高温时具有阻隔红外线透过的功能，使隔热转光农膜具有隔热功能；而有机荧光分子的加入并不会影响二氧化钒纳米颗粒发挥作用。
综上所示，本发明的隔热转光农膜，既可以阻断红外光线的透过，起到隔热的作用，同时又能够实现紫外光转蓝光，使对植物有强烈破坏作用的光转换成对植物有利的光，实现农作物的增产。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种隔热转光农膜，其特征在于，所述隔热转光农膜由隔热转光母粒制得。
2.如权利要求1所述隔热转光农膜，其特征在于，所述隔热转光母粒包括原料及质量比为：隔热纳米颗粒：有机荧光分子：聚合物材料＝(0.0001-0.01)：(0.0001-0.01)：1。
3.如权利要求2所述隔热转光农膜，其特征在于，隔热纳米颗粒和有机荧光分子的质量比为1:3。
4.如权利要求2所述隔热转光农膜，其特征在于，所述隔热纳米颗粒选自粒径在50nm～500nm之间的单斜相二氧化钒。
5.如权利要求2所述隔热转光农膜，其特征在于，所述有机荧光分子选自4,4-双(2-二甲氧基苯乙烯基-)联苯、4,4'-双(2-磺酸钠苯乙烯基)联苯、三嗪氨基类二苯乙烯、苯并噁唑基二苯乙烯、含2个烯键的二苯乙烯、含氰基类二苯乙烯、三联吡啶二苯乙烯中的一种或多种。
6.如权利要求2所述隔热转光农膜，其特征在于，所述聚合物材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯共聚酯、聚氯乙烯中的一种或多种。
7.如权利要求2所述隔热转光农膜，其特征在于，所述隔热转光母粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将隔热纳米颗粒、有机荧光分子、聚合物材料加入到密炼机中进行混炼，得到混合均匀的块状聚合物熔体；
(2)将块状聚合物熔体加入到强制喂料机中，通过强制喂料机将块状聚合物熔体加入到单螺杆挤出机中，挤出条状聚合物；
(3)将条状聚合物加入切粒机中，获得隔热转光母粒。
8.如权利要求7所述隔热转光农膜，其特征在于，步骤(1)中密炼机温度为140℃-220℃，混炼时间为0.5h-3h。
9.权利要求1至8任一项所述隔热转光农膜的制备方法，其特征在于，将隔热转光母粒加入到吹膜机中，吹膜获得隔热转光农膜。
10.如权利要求9所述制备方法，其特征在于，吹膜机三温区料筒温度分别为180℃-240℃，机头温度为190℃-250℃，连接器温度为190℃-250℃，螺杆旋转频率为10.00Hz-18.00Hz，收卷转速为120rpm-200rpm。
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