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我国聚烯烃功能性农膜开发研究二

2021-08-18 来源:湖南工程机械网

我国聚烯烃功能性农膜开发研究二

2 棚膜功能化的研究进展及应用情况

2.1 功能性棚膜的品种和应用

棚用薄膜从原料上主要有PE膜、EVA膜、PVC膜,国外还有PET及ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚树脂)氟素膜;从薄膜结构上分为单层、双层及多层共挤膜;从功能上分为普通棚膜和以防老化功能为基础的各类单一或多功能膜,包括长寿、流滴、保温、消雾膜,各种专用膜,光质调节膜(转光、反光、调光),高透光,遮光膜等。主要应用在大中棚、小拱棚和温室覆盖中,详细情况如下:

日光温室(含普通、节能和加温、连栋温室)在我国现有面积745.9万亩。其中节能日光温室约513万亩,普通日光温室187.5万亩,加温温室43.5万亩。用膜厚度在65~120μm之间。前者多用消雾型EVA多功能复合膜,后两者使用PE或EVA多功能复合膜及消雾型膜。

连栋温室现有1.9万亩左右,其中多为引进的现代化温室。需用能越3个夏季以上的耐候防尘功能膜,厚度150μm以上。目前进口连栋温室用功能膜大多靠进口。

大中棚现有1129万亩,用于蔬菜、瓜果、花卉生产,可使作物生育期提前或延后20~30d,膜厚度在江南及江淮地区多为65~80 μm,三北地区多为100~120μm。过去主要使用普通棚膜,近年PE长寿、流滴保温及消雾型多功能复合膜也开始采用。

小拱棚是面积最大的简易设施,现已达1071万亩。用膜厚度在30~50μm之间。过去主要使用PE膜,近年来用低VA含量的EVA高保温膜作小拱棚覆盖材料很受欢迎。

功能性棚膜的研究是在园艺生产方式的改进对农膜不断提出新要求的情况下逐渐深入的,其各种功能是从延长使用寿命、提高保温性、保持和提高透光率及光质调节角度出发增加的。

目前,我国以高耐候、高透光、高保温、长效流滴防雾及改善光质的聚烯烃多功能膜为研究开发的热点。主要是从基础树脂的研究与开发、功能助剂的改进与完善、生产工艺技术的提高、加工设备的技术更新等几方面展开的。

2.2 棚膜用基础树脂的研究与开发

基础树脂的正确选用,对农膜的耐老化、强度、透光率、流滴性能等技术指标起重要作用。

过去国内农膜生产企业受国产树脂农膜专用牌号少、数量小及进口树脂的价格、交货期、供应商等因素限制,常因选料不当造成农膜强度低,耐候性差,整批“爆棚”开裂等现象。1996年开始,中国农用塑料应用技术学会农膜分会组织农膜企业与农业、石化、化工行业的有关专家,对用于棚膜的国产、进口PE-LD、PE-LLD、EVA树脂进行了实地扣棚试验及分子结构、催化剂残留量等与产品性能关系的研究,黄皓浩、徐定宇等还建立了评价聚烯烃树脂耐候性的指标和经验公式。结果表明,相对分子质量高、相对分子质量分布窄、催化剂金属残留量小、支链数少、氧化诱导期长、抗黏剂、爽滑剂少的树脂耐老化性能好;结晶度低、结晶尺寸小的树脂成膜后透光率高,雾度低;结晶度高的树脂还会对农膜流滴性产生负面效应。

据此评价标准,燕山石化的2F0.4A、荷兰的2100TN00、卡塔尔的FB3003等牌号的PE-LD;DOW公司的2045G、齐鲁石化的7042、天津联合化学的9085等牌号的PE-LLD;北京有机化工厂的5-0.3、9-0.7等EVA树脂脱颖而出,被筛选为功能性棚膜的主要原料。自此,国内农膜行业对按上述评价标准并选择熔体流动速率0.3~0.8g/10min的PE-LD、EVA和熔体流动速率0.8~1.0g/10min及含己烯(C6)、辛烯(C8)共聚成分的PE-LLD树脂作为功能性农膜的基础树脂达成共识。国内石化企业也根据农膜行业的要求在开发农膜专用料上取得进展。齐鲁石化引进荷兰DSM公司的PE-LD 2100、天津联合化学公司开发的PE-LLD9085、7028(C6成分)、北京燕山石化引进Exxon公司管式法装置生产的LD165、LD361、大庆石化开发的PE-LD 18B等,都是适合农膜的牌号。中科院长春应化所还与吉林石化研究院合作,通过在PE-LLD树脂上接枝表面活性剂的方法,开发成功带亲水、疏水基团的双亲表面活性剂的长效流滴膜专用料。

而国际上近年新开发的茂金属线形低密度聚乙烯(mPE-LLD)则以优异的高透光率、低雾度(与纯EVA薄膜、PVC棚膜相近)的光学性能及突出的高拉伸、高穿刺强度的力学性能,赢得国内农膜企业的青睐。诸如Exxon公司的ECD342(原350D60)、日本三井公司SP1520等牌号的mPE-LLD树脂,已成为添加在薄型、高强度、高光效棚膜的首选基础原料之一。

2.3 薄膜耐老化性能的提高

棚膜的耐老化是所有其他功能的前提。

20世纪70年代末,为适应节约树脂资源、降低覆盖成本的需要,我国开发出防老化膜,棚膜的使用寿命从原来的4~6个月,延长至1年以上。多年来,在我国由于农民经济能力、企业的技术进步及行业竞争等诸多原因,棚膜的使用宽度不断增加,厚度一降再降,但对耐老化的要求并不降低。至今我国的耐老化大棚膜已是世界上最薄的,厚度一般0.06~0.12mm,连续使用10~12个月。

在如此苛刻的条件下,国内农膜企业普遍采取选择好的基础树脂、使用多层共挤生产方式、以高比例PE-LLD与PE-LD共混、添加mPE-LLD并使用高效耐老化剂的方法保证产品寿命。

在聚烯烃农膜耐老化性能上起关键作用的耐老化剂,用量大且性能最优的是受阻胺光稳定剂。20世纪80年代我国普遍使用国内自行研制的低相对分子质量受阻胺光稳定剂GW-540或GW-544/镍盐2002耐老化体系,因易挥发被水抽提和有严重刺激、致敏性及镍污染土壤等问题在90年代末逐渐用无毒聚合型受阻胺光稳定剂与复合型抗氧剂组成的耐老化体系替代。目前北京市化工研究院和北京花山助剂厂的BW-10LD(相当于Tinuvin 622)、783,由于价格合理、性能稳定,大量用于寿命1年的功能膜中。国外的新一代受阻胺光稳定剂如Ciba公司的Chimassorb 944、494、Tinuvin783,Cytec公司的Cyasorb UV-3346、UV-3529,Clariant公司的Hostavin N30等,复合型抗氧剂如B215、B900、B561等虽然价格高,但添加量少、效能高,在国内高档膜中的用量较大。

针对棚膜的“背板效应”问题,北京市化工研究院通过将高相对分子质量受阻胺光稳定剂和具高效热稳定性、金属离子鳌合性的若干光稳定剂复合研制出兼具高效耐光氧老化、热氧老化性能且价格合理的BW-6911/13215耐老化体系;针对蔬菜及花卉生产普遍使用农药、杀虫剂、熏蒸剂等酸性物质使本身碱性的光稳定剂622、944发生反应降低棚膜耐老化性的情况,20世纪末,Ciba公司和Clariant公司推出了含有初级光热稳定作用的金属氧化物或脂肪酸盐的Tinuvin492、Tinuvin 494和Licovin N391受阻胺光稳定剂,使农膜的耐候性在一定程度上不受明显影响,但副作用是引起农膜透明度下降0.2%~3.4%;本世纪初,Cytec公司、Ciba公司推出最新一代的受阻胺光稳定剂Cyasorb UV-3529、Tinuvin NOR371,它们分别在受阻胺光稳定剂的核心单元——四甲基哌啶环的活性氮原子上进行了烷基、烷氧基取代,降低了活性氮发生反应的可能性(即降低了碱性),由于其碱性极低且分子中能高效地产生活性基团,在严酷的化学条件下也保持着优异的光稳定活性,因此赋予农膜出色的抗农药性和光稳定性。上述产品被农膜企业用于生产投放在高温、农药、硫磺使用量大的地区的农膜,收到了很好的效果。

目前部分企业不仅可以按用户要求生产寿命1年以上、抗农药型棚膜,而且可生产寿命二三年以上或用于连栋棚的耐老化膜。如玉溪市旭日塑料公司生产的0.06mm宽幅mPE-LLD耐老化膜在云南昆明玉溪地区覆盖大棚18个月以上;辽宁农用实验厂生产的0.10mm膜在鞍山地区覆盖大棚3年5个月;北京华盾公司生产的厚度0.18mm膜在北京锦绣大地连栋棚上使用达5年。但是,在厚型棚膜寿命与棚膜光学性能的保持上我国与发达国家尚有差距。(待续)

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