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今日我国聚烯烃功能性农膜开发研究四

发布时间:2021-07-11 20:45:07 阅读: 来源:增压泵厂家

我国聚烯烃功能性农膜开发研究四

2.6 光转换农膜的开发

光转换农膜是农膜功能化研究的又一个热点。20世纪90年代初以来,国内开始光转换剂及光转换农膜的研制,已投产的转光农膜每年约几千吨。目前的光转换农膜主要有三类:

(1)含铕(Eu3+)的有机配体稀土转光剂制成的可吸收240~420nm紫外光,发射出580~630nm的红橙光,发射光谱峰值为613nm或618nm的光转换膜。其特点是只吸收紫外光且发射光谱窄、衰减速度快,但初始发光强度高,对作物全期特别是前期的产量及质量提高大。

(2)使用蒽醌类、吡嗪系或丫啶类的红色或蓝色荧光染料中的一种或几种组合制成的将紫外光转蓝光、转红橙光,或同时将黄绿光转化为红橙光的荧光转换膜。其特点是不仅吸收紫外光且吸收黄绿光,有的发射光谱很宽,但价格高,衰减速度也较快,不能与棚膜寿命同步。如孟继武等的可将阳光中的紫外光转化为400~500nm的蓝光和550~700nm的红橙光,将阳光中的黄绿光转化为550~700nm的红橙光的光生态膜;廉世勋等的在380nm的紫外光处和536nm的黄绿光处有最大激发,在459~596nm处有最大发射的“单基双能荧光染料转光剂”制成的光转换膜;大连九塑研制的采用还原红和酞青蓝转光剂激发峰在370nm、515nm、570nm,发射光谱在400~500nm蓝紫光和590~700nm红橙光的仿生态农膜。

(3)含铕(Eu2+、Eu3+)的碱土金属硫氧化物、硫化物配合酸类化合物的无机稀土转光剂制成的光转换膜,可吸收自然光中的280~400nm紫外光发射出红橙光或同时吸收紫外光和黄绿光,发射蓝紫光、红橙光。其特点是虽初始发光强度不如有机稀土转光剂,硫化物遇水易分解,但具有发射谱带宽、发射光谱与植物光合作用光谱相对吻合,稳定性好、转光强度衰减慢的优点。如嵇世山专利公开说明书CN A,使用两种以上镧系元素的硫氧化物配合有机酸胺类化合物制成可吸收自然光中的280~400nm紫外光,发射出红橙光的光转换膜;廉世勋等的在紫外光及黄绿光激发下,同时发射蓝紫光、红光的CaS:xCu+光转换剂及吸收黄绿同时光发射红光的CaS:yEu2+光转换剂制成的光转换膜,河南焦作第一塑料厂的CaS·aEu2+.bMn2+光转换剂制成的吸收紫外光及黄绿光发射蓝紫光和橙红光的光转换膜。

此外,刘建民等添加红外陶瓷粉与转光剂于PE树脂中,制成既可发射红外光,又可将太阳中紫外光转成红外光的PE功能膜;北京华盾塑料公司的高光能膜,兼具有机、无机转光膜的优点,不仅激发光谱和发射光谱较宽,蓝光区(420~460 nm)和红光区(620~660nm)的发射也有较高的强度且衰减慢。

上述的转光膜,在实际使用中都收到使作物提前收获、增产、品质(维生素、糖分等营养物质)提高的效果。

据植物生理学原理,理想的转光农膜应该满足:激发光谱与绿色植物所不需要的反射光谱尽量吻合;发射光谱及发射峰高应与植物叶绿素的吸收光谱即光合作用的光谱曲线尽量吻合(叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱有两个峰区,即400~480nm的蓝紫光区和600~680nm的红橙光区。其中叶绿素a的吸收峰为425nm和660 nm,叶绿素b的吸收峰为440~460nm和643nm)。由于实际到达地面的太如今阳光为290~3 000nm,其中290~400nm的紫外光仅占6%左右,即使完全将日光中的紫外线转为作物光合作用需要的蓝光或红光效果也不明显,而480~580 nm的绿光在400~800nm的可见光中的比例和强度都最多,只有以转绿光为主,才能真正发挥光转换作用。因此,孟继武的“有机共轭分子荧光转光剂”和廉世勋等此前的“单基双能稀土转光剂”值得关注。经笔者测试,前者可以将阳光中的绿光转换为红光且发射光的主峰为600 nm左右,红光峰高、面积大、强度高;后者的最大激发波长为300~350nm和480~580 nm,最大发射波长在420~450nm和620~680nm区域,即具有同时吸收紫外光和绿光并同时发射蓝光和红光的性能。另外,叶孔敦等合成的CaS:Eu,Sm“常充电型”电子陷获材料,不仅可具有CaS:Eu的荧光特性(激发带分别位于峰值波长~279nm的紫外区和400~620 nm的可见光区),而且可将0.8~1.6μm的红外光转换为~672 nm的红光,量子效率高达76%,且化学稳定性好,造价低,是一种优于CaS:Eu的光转换农膜添加剂,其掺Eu2+、Sm3+和Cu+的CaS荧光粉,更有望成为人工模拟叶绿素吸收光谱的新型农用光转换材料是今后的发展方向。

2.7 其他功能膜的开发

薄膜的透明度,常是用户特别是北方农民对薄膜的首选指标。因此,提高薄膜透光率和透明度,对功能性农膜也有很重要的意义。金洪波等研究了影响农膜透光性能的主要因素,指出提高农膜的透光性能应采取选择高透光、添加剂少的基础树脂、析出“喷霜”少的流滴剂、粒径小、纯度高、粒径分布均匀的保温剂;在生产中使用适当温度并用内冷、双风环等增强设备冷却效果,减少膜泡的外力摩擦以及保持机头口模的光洁度,保证环境通风降温等方法。此外,在树脂原料中加入增透剂,使树脂原有的均相成核变为异向成核,增加体系内晶核数,减少晶核尺寸,从而提高透光率降低雾度,也是很有效的方法。长春应化所刘南安等通过添加成核剂、透明剂,使PE-LLD树脂结晶均匀、细密,其中透光率从88.8%提高到90.0%,雾度从13%降到7.4%,北京燕山石油化工有限公司树脂所也做了相关研究。 此外,农膜行业在长寿、流滴等功能的基础上通过光质调节的各种专色膜、专用膜,如:完全遮光的黑/白芦笋膜,青贮膜,黑/银EVA保温膜,完全遮光或半遮光的黑色花卉膜,紫色的叶菜专用膜,蓝紫色的辣椒专用膜及水稻育秧蓝光膜,草莓、人参栽培膜等等,也是近年开发的亮点,为农业的多品种生产提供了方便。

2.8 生产工艺、覆膜技术的研究和设备的改进

近年来,各生产企业在功能性棚膜的生产中,在工艺技术和产品质量控制上也研究、总结了很多经验,使生产技术水平不断提高。在工艺方面:

(1)使用三层共挤复合吹膜工艺,充分考虑产品性能及生产工艺要求,在不同层使用的树脂、助剂的配方不同,既提高产品性能又降低成本。如在节能型日光温室用EVA流滴消雾多功能三层复合膜的结构设计上采用反向吹膜工艺和不同配方,且仅在膜的使以下:用内层加消雾剂;在生产光转换农膜时把易水解的转光剂放在中层等。

(2)改进母料制造工艺、树脂与母料混合工艺及控制吹膜的工艺温度、挤出速度等技术条件,使功能助剂在棚膜中均匀分散,有效地提高批量功能膜生产的稳 定性与产品质量。

(3)控制生产时的吹胀比和薄膜薄厚均匀度,以保证薄膜的强度、断裂伸长率和助剂含量,从而保证产品性能。

(4)在EVA类功能膜的生产中,使薄膜充分冷却并控制好收卷张力,减少因粘连、受力不均产生的凹兜、荷叶边等现象。

在吹塑设备方面,为适应薄型化、高VA含量功能膜的生产,进行了大量的改进,主要有:

(1)将老式单螺杆、芯棒式吹膜机的机头改为带静态混炼头的螺旋机头,改善原料在机头中的混合效果,解决功能膜生产中的混合不均、熔体温差大、产品厚度不均、局部强度低等问题。

(2)使用吹塑机膜泡内冷(IBC)装置及冷却效果更好的双风唇风环,加强对薄膜的冷却效果,提高宽幅吹塑膜泡的稳定性及棚膜的透明度,改善流滴性,提高生产效率。

(3)进行人字板、撑叉板的改造,减小摩擦阻力,采用中心+表面+间隙的卷取技术,有效解决棚膜折叠部位蠕变问题,提高薄膜平整性。

(4)结合树脂原料的选择、耐老化剂的选择与含量调整,通过吹胀比、上牵引辊压力的控制及适当改造,减少薄膜折痕开裂的产生。

此外,覆膜及使用技术对功能性薄膜性能产生的影响有:

在流滴消雾性方面,温室结构应合理、棚膜骨架的倾角不能太小;覆膜时薄膜应张紧、抻平、压牢,尽量减少横向皱折和障碍;合理控制温室内的湿度,减少漫灌,采用高畦及地膜、滴灌、暗沟灌水等措施以保证薄膜的流滴效果和流滴持效期。

在耐老化性能方面,棚膜骨架漆成白色减少“背板效应”,骨架上不留毛刺;覆膜时注意薄膜张紧程度,以免天冷回缩抻坏膜;注意农药的喷洒浓度和位置等。

3 结束语

据农业部门预计,至2010年,全国园艺设施面积将增加到3 800万亩左右,耐候功能膜的年需求量增加到300kt左右,约占棚膜年销量的40%;地膜覆盖栽培面积将扩大到3.1亿亩,地膜的年耗用增加到780kt左右;畜牧、水产专用暖棚面积扩大到150万亩左右,氨化、青贮、缠绕膜的年需求量将达到300kt左右;农产品贮藏保鲜和包装用膜及塑料容器的需求量将在“十五”的基础上翻两番。农业的发展,对功能性农膜不仅在数量而且在质量、品种和性能上都提出了更高的要求。今后几年在农膜的功能性上需着重解决的是:

开发适合不同作物(粮食、蔬菜、经济由此可以看出作物)的通过母乳豢养光合作用条件的各种有色地膜、除草地膜、双色地膜和可控完全降解地膜;

加快涂覆型流滴消雾膜的开发研制,解决耐老化与防雾滴同步、防滴又消雾的问题;进一步提高、发展高保温、高光效薄膜制造技术水平,使棚膜集耐老化、防雾滴、高保温、高光效等多种功能于一身;

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