温室薄膜配方设计

温室薄膜配方设计1简介中国足农业大国，也是世界上农用薄膜使用最最大的国家。近年来，随着都市农业的发胜。秤地纷纷建起塑料温室，塑料大棚农用薄膜作为农田保护地最主要的覆盖材料 1999年的产量已达100万吨。其中棚膜6O万吨，覆盖面积2000亩，地膜4O万吨，覆盖面积1.8亿亩。聚乙烯无滴薄膜在农业上最重要的用途就是作为棚膜使用。塑料大棚对蔬菜、瓜果的提前播种和成熟起着至关重要的作用，它为一年四季提供新鲜蔬菜，满足人民生活需要做出了重大贡献。聚乙烯无滴薄膜是由一定比例的线性低密度聚乙烯(LLDPE)，一定比例的低密度聚乙烯(LDPE)(有时加一定比例的EVA)，一定比例的无滴母料混合后挤出吹塑而成。塑料大棚的主要功能是提高棚内温度。除作为高分子材料的塑料薄膜本身具有较低的热传导系数可以起到减少棚内热损失的作用外，无滴母料中具有阻隔红外线作用的含硅类无机矿物填料如滑石粉、高岭土等也能显著提高棚膜的保温性，棚内温度的提高必然导致地面水分的蒸发。而目前大多数农地膜生产厂家所用(或自已生产的)聚乙烯无滴薄膜母料中的无滴剂如540B、622A或W94等，只有防滴效果，这就导致了棚内雾气较大，从而使如黄瓜、西瓜、茄子等开花类蔬菜容易染病，影响产量及收成。聚乙烯防雾无滴薄膜是在原无滴母料生产中加入了一定比例的防雾剂全氟烷，从而使生产出的无滴薄膜具有了一定的防雾性，解决了棚内雾汽较大这一难点，对减少蔬菜特别是开花类蔬菜的病虫害，提高蔬菜产量作出了贡献。2.PE膜配方设计原则2.1 PE基材选择PE原料不含DEHA，符合无毒材质的要求，即使燃烧也只产生二氧化碳和水，对环境没有任何影响。PE薄膜透水、透氧适中，所以选用PE作为基材。PE的品种有PE-HD、PE-LD、PE-LLD等，熔体流动速率为2 g10 min的PE-LLD的熔体强度好，适合流延生产。PE-LLD有4个碳的PE-LLD、6个碳的PE-LLD和8个碳的PE-LLD，随着碳原子个数的增加，支链长度增加，结晶度降低，生成的共聚物“缠绕或扭结”效应增加，断裂伸长率、穿刺强度及撕裂强度等均提高l3 J。从表1可以看出，PE-LLD-C4薄膜横向拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度较好，透光率也接近PVC保鲜膜，同时PE-LLD-C4价廉、来源广，所以选择PE-LLD-C4为基材。PE-LLD-C4薄膜与PVC薄膜性能（厚度均为12um）类别透光率%拉伸强度纵/横Mpa断裂伸长率纵/横%撕裂强度纵/横Nmm-1PE-LLD-C4薄膜9251/52370/70097/128PVC薄膜9420/10151/23181/952.2稳定化助剂2.2.1 光稳定剂PE薄膜聚乙烯树脂在日光照射下发生光氧化,属自由基链式反应。要减缓树脂的光氧老化作用,就需加入光稳定剂以阻断链式反应的持续进行。按照作用机理的不同，光稳定剂可分为紫外线吸收剂、能量猝灭剂、过氧化物分解剂和自由基捕获剂等不同类型。它们作用于聚乙烯老化的不同阶段, 使聚乙烯受到保护, 减缓其老化,Pic.1所示。加入紫外线吸收剂,可减少树脂中生色团( ch)受紫外线照射而引发光化学反应的几率;加入能量猝灭剂可使受照激发的生色团或单线态氧失活;加入过氧化物分解剂可减少过氧化物分解为活泼自由基的数目;加入自由基捕获剂可使已生成的自由基失活,终止自由基链式反应。Pic.1聚烯烃的光氧化与稳定作用针对国内常用的几种不同类型的光稳定剂,按相同剂量加入32Lm厚的LLDPE薄膜中,考察其作用效果,结果见表1。结果表明,受阻胺类光稳定剂效果一般较好,能量猝灭剂次之,而紫外线吸收剂作用很小。这一结果是容易理解的,因为紫外线吸收剂的作用是通过吸收紫外线来保护树脂中生色团不受紫外线照射,从而减少链引发反应。根据比尔朗伯定律,对紫外线吸收的能力与吸收剂浓度及薄膜厚度成指数衰减关系。由于加工及成本方面的原因,吸收剂浓度不可能太大,膜厚又只有32Lm,因而对紫外线的吸收能力不明显,Pic.2所示。一般认为,在100Lm以上厚度的制品中使用紫外线吸收剂才有较为明显的效果。受阻胺的高效性则与其几种稳定机理的协同作用有关,Pic.3所示。受阻胺不仅能分解氢过氧化物,捕获自由基,还可以再生。其中受阻胺生成的氮氧自由基对断裂链自由基的捕获反应被认为是受阻胺的主要作用。Pic.2 薄膜紫外线透过率与薄膜厚度及UV- 531 加入量的关系UV- 531 加入质量分数, %: A ) 01 15; B) 01 30; C) 01 60Pic.3 受阻胺的稳定化机理由于受阻胺光稳定剂的效果是综合作用,一些物理因素如加工稳定性、耐抽提性、迁移性及官能团密度等都对其效果有重要影响。例如GW- 480、GW- 540的相对分子质量低,在薄膜加工和使用中容易挥发和析出,损失较多,效果要差一些;GW-544虽然相对分子质量也低,但本身就是氮氧自由基,活性高,捕获自由基能力强,因而效果较好;受阻胺PDS虽是大分子光稳定剂,但有效官能团太少,效果也不太理想;944FL因其有较大的分子量及适宜的官能团含量而效果最好。2.2.2抗氧剂抗氧剂是一类化学物质，当其在聚合物体系中仅少量存在时，就可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命，又被称为“防老剂”。温室薄膜长期在阳光空气中放置，很容易被氧化，因此应在基材中加入一定量的抗氧剂。2.3 填充改性剂添加了光敏剂和碳酸钙的聚乙烯薄膜具有节省合成树脂、促进塑料光降解、促进塑料填埋后降解、在土壤中碳酸钙回归自然无害、焚烧时对环境危害小等众多优点，而且由于碳酸钙填充的聚乙烯薄膜在填充质量达30时仍具有良好的力学性能，对于制造不易回收或无回收利用价值的一次性使用的薄膜材料是非常适合的，将大大减轻废弃塑料对环境的压力和不利影响。与其它非金属矿物粉体材料相比，碳酸钙具有明显的优势：1)价格便宜；2)色泽好，易着色；3)硬度低，其莫氏硬度为3，因此填充塑料对所接触的设备部件和模具的磨损较轻；4)热稳定性及化学稳定性良好；5)易干燥，无结晶水，吸附的水分通过加热容易除去；6)无毒，无刺激性，无味。碳酸钙对PE膜光学性能的影响添加了粉体填料的塑料是否透明取决于粉体填料的折射率与塑料基体的折射率之问的差别。几种非矿填料填充聚乙烯薄膜的透光性见表2。表2 几种非矿填料对LDPE薄膜透光性的影响注：各种非矿填料的添加质量分数都是10o和具有极强遮盖力的钛白粉、铅白(氧化铅)、锌白(氧化锌)(折射率分别为2。52，2。O1和1。79)不同，碳酸钙的遮盖力很弱，因此白度再高的碳酸钙也不能作为颜料使用，但可以使填充塑料制品表面对光线的反射率降低，增大透射率。2.4 防雾滴剂普通PE薄膜无防雾性，包装含有水分的食品时，其表面易凝结水珠而成雾状，看不清内容物，影响包装外观，所以需要添加防雾剂，让水滴自动流散，保持良好的透明度，还可防止水滴滴到食品上而引发食品发霉、腐烂。防雾剂种类很多，化学组成多数是脂肪酸与多元醇的部分酯化物。中链脂肪酸酯与PE-LLD的相容性差，迁移至薄膜表面快，初期防雾效果好，但易被水冲刷，持久性差；长链脂肪酸酯与PE-LLD的相容性好，迁移至薄膜表面慢，持久防雾效果好，将这两种防雾剂配合使用，长链脂肪酸酯则会在中链脂肪酸酯与PE-LLD之间起到增容作用，防止中链脂肪酸酯被水冲刷，既能达到良好的初期防雾效果，又能起到持久防雾效果。从表4可以看出：(1)因流延生产温度太高(高达270)，防雾剂不宜直接添加在表层。防雾剂的主要成分为多元醇脂肪酸酯，在高温下不稳定，流失严重，直接添加在表层的量少，达不到防雾效果，量多了由于大量挥发、分解造成薄膜破洞，既造成防雾剂严重浪费，也影响正常生产。因此防雾剂宜包裹在芯层；(2)防雾剂1与PELLD的相容性差，析出快，低温防雾效果优，高温由于水汽量大，防雾剂部分被冲刷，防雾效果下降。久置后由于防雾剂大量迁出而在薄膜表面析出，影响薄膜外观，尤其添加量过多时更是如此；(3)防雾剂2与PELLD的相容性好，防雾效果差，即使添加量过多也难达到好的效果；(4)防雾剂1与防雾剂2配合使用时防雾效果好，但添加量宜适中，过多后薄膜久置会由于防雾剂过量外迁而在薄膜表面形成半透明的油雾，从而影响其外观。表4：防雾剂对薄膜表层及芯层的生产及防雾效果的影响2.5 润滑剂根据与PE初级粒子的相容性，润滑剂通常分为内润滑剂和外润滑剂。内润滑剂由于和PE初级粒子的相容性较好，可以有效地改善PE初级粒子之间的内聚力，从而促进PVC的塑化。而外润滑剂由于与PVC的相容性较差，往往起到隔离PVC熔体与金属的作用，从而提高熔体的整体滑动。常用的内润滑剂有脂肪皂