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2．6  光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜的開發(fā)        光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜是農(nóng)膜功能化研究的又一個熱點。20世紀90年代初以來，國內(nèi)開始光轉(zhuǎn)換劑及光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜的研制，已投產(chǎn)的轉(zhuǎn)光農(nóng)膜每年約幾千噸。目前的光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜主要有三類：    (1)含銪(Eu3+)的有機配體稀土轉(zhuǎn)光劑制成的可吸收240～420nm紫外光，發(fā)射出580~630nm的紅橙光，發(fā)射光譜峰值為613nm或618nm的光轉(zhuǎn)換膜。其特點是只吸收紫外光且發(fā)射光譜窄、衰減速度快，但初始發(fā)光強度高，對作物全期特別是前期的產(chǎn)量及質(zhì)量提高大。    (2)使用蒽醌類、吡嗪系或丫啶類的紅色或藍色熒光染料中的一種或幾種組合制成的將紫外光轉(zhuǎn)藍光、轉(zhuǎn)紅橙光，或同時將黃綠光轉(zhuǎn)化為紅橙光的熒光轉(zhuǎn)換膜。其特點是不僅吸收紫外光且吸收黃綠光，有的發(fā)射光譜很寬，但價格高，衰減速度也較快，不能與棚膜壽命同步。如孟繼武等的可將陽光中的紫外光轉(zhuǎn)化為400~500nm的藍光和550～700nm的紅橙光，將陽光中的黃綠光轉(zhuǎn)化為550～700nm的紅橙光的光生態(tài)膜；廉世勛等的在380nm的紫外光處和536nm的黃綠光處有最大激發(fā)，在459～596nm處有最大發(fā)射的“單基雙能熒光染料轉(zhuǎn)光劑”制成的光轉(zhuǎn)換膜；大連九塑研制的采用還原紅和酞青藍轉(zhuǎn)光劑激發(fā)峰在370nm、515nm、570nm，發(fā)射光譜在400~500nm藍紫光和590~700nm紅橙光的仿生態(tài)農(nóng)膜。    (3)含銪(Eu2+、Eu3+)的堿土金屬硫氧化物、硫化物配合酸類化合物的無機稀土轉(zhuǎn)光劑制成的光轉(zhuǎn)換膜，可吸收自然光中的280~400nm紫外光發(fā)射出紅橙光或同時吸收紫外光和黃綠光，發(fā)射藍紫光、紅橙光。其特點是雖初始發(fā)光強度不如有機稀土轉(zhuǎn)光劑，硫化物遇水易分解，但具有發(fā)射譜帶寬、發(fā)射光譜與植物光合作用光譜相對吻合，穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)光強度衰減慢的優(yōu)點。如嵇世山專利公開說明書CN 1240105A，使用兩種以上鑭系元素的硫氧化物配合有機酸胺類化合物制成可吸收自然光中的280～400nm紫外光，發(fā)射出紅橙光的光轉(zhuǎn)換膜；廉世勛等的在紫外光及黃綠光激發(fā)下，同時發(fā)射藍紫光、紅光的CaS：xCu+光轉(zhuǎn)換劑及吸收黃綠光發(fā)射紅光的CaS：yEu2+光轉(zhuǎn)換劑制成的光轉(zhuǎn)換膜，河南焦作第一塑料廠的CaS·aEu2+．bMn2+光轉(zhuǎn)換劑制成的吸收紫外光及黃綠光發(fā)射藍紫光和橙紅光的光轉(zhuǎn)換膜。        此外，劉建民等添加紅外陶瓷粉與轉(zhuǎn)光劑于PE樹脂中，制成既可發(fā)射紅外光，又可將太陽中紫外光轉(zhuǎn)成紅外光的PE功能膜；北京華盾塑料公司的高光能膜，兼具有機、無機轉(zhuǎn)光膜的優(yōu)點，不僅激發(fā)光譜和發(fā)射光譜較寬，藍光區(qū)(420~460 nm)和紅光區(qū)(620~660nm)的發(fā)射也有較高的強度且衰減慢。        上述的轉(zhuǎn)光膜，在實際使用中都收到使作物提前收獲、增產(chǎn)、品質(zhì)(維生素、糖分等營養(yǎng)物質(zhì))提高的效果。        據(jù)植物生理學原理，理想的轉(zhuǎn)光農(nóng)膜應該滿足：激發(fā)光譜與綠色植物所不需要的反射光譜盡量吻合；發(fā)射光譜及發(fā)射峰高應與植物葉綠素的吸收光譜即光合作用的光譜曲線盡量吻合(葉綠素a和葉綠素b的吸收光譜有兩個峰區(qū)，即400~480nm的藍紫光區(qū)和600~680nm的紅橙光區(qū)。其中葉綠素a的吸收峰為425nm和660 nm，葉綠素b的吸收峰為440～460nm和643nm)。由于實際到達地面的太陽光為290～3 000nm，其中290~400nm的紫外光僅占6％左右，即使完全將日光中的紫外線轉(zhuǎn)為作物光合作用需要的藍光或紅光效果也不明顯，而480～580 nm的綠光在400~800nm的可見光中的比例和強度都最多，只有以轉(zhuǎn)綠光為主，才能真正發(fā)揮光轉(zhuǎn)換作用。因此，孟繼武的“有機共軛分子熒光轉(zhuǎn)光劑”和廉世勛等的“單基雙能稀土轉(zhuǎn)光劑”值得關(guān)注。經(jīng)筆者測試，前者可以將陽光中的綠光轉(zhuǎn)換為紅光且發(fā)射光的主峰為600 nm左右，紅光峰高、面積大、強度高；后者的最大激發(fā)波長為300～350nm和480~580 nm，最大發(fā)射波長在420～450nm和620～680nm區(qū)域，即具有同時吸收紫外光和綠光并同時發(fā)射藍光和紅光的性能。另外，葉孔敦等合成的CaS：Eu，Sm“常充電型”電子陷獲材料，不僅可具有CaS：Eu的熒光特性(激發(fā)帶分別位于峰值波長～279nm的紫外區(qū)和400～620 nm的可見光區(qū))，而且可將0．8~1．6μm的紅外光轉(zhuǎn)換為～672 nm的紅光，量子效率高達76％，且化學穩(wěn)定性好，造價低，是一種優(yōu)于CaS：Eu的光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜添加劑，其摻Eu2+、Sm3+和Cu+的CaS熒光粉，更有望成為人工模擬葉綠素吸收光譜的新型農(nóng)用光轉(zhuǎn)換材料是今后的發(fā)展方向。    2．7  其他功能膜的開發(fā)        薄膜的透明度，常是用戶特別是北方農(nóng)民對薄膜的首選指標。因此，提高薄膜透光率和透明度，對功能性農(nóng)膜也有很重要的意義。金洪波等研究了影響農(nóng)膜透光性能的主要因素，指出提高農(nóng)膜的透光性能應采取選擇高透光、添加劑少的基礎樹脂、析出“噴霜”少的流滴劑、粒徑小、純度高、粒徑分布均勻的保溫劑；在生產(chǎn)中使用適當溫度并用內(nèi)冷、雙風環(huán)等增強設備冷卻效果，減少膜泡的外力摩擦以及保持機頭口模的光潔度，保證環(huán)境通風降溫等方法。此外，在樹脂原料中加入增透劑，使樹脂原有的均相成核變?yōu)楫愊虺珊?，增加體系內(nèi)晶核數(shù)，減少晶核尺寸，從而提高透光率降低霧度，也是很有效的方法。長春應化所劉南安等通過添加成核劑、透明劑，使PE-LLD樹脂結(jié)晶均勻、細密，其中透光率從88．8％提高到90．0％，霧度從13％降到7．4％，北京燕山石油化工有限公司樹脂所也做了相關(guān)研究。    此外，農(nóng)膜行業(yè)在長壽、流滴等功能的基礎上通過光質(zhì)調(diào)節(jié)的各種專色膜、專用膜，如：完全遮光的黑／白蘆筍膜，青貯膜，黑／銀EVA保溫膜，完全遮光或半遮光的黑色花卉膜，紫色的葉菜專用膜，藍紫色的辣椒專用膜及水稻育秧藍光膜，草莓、人參栽培膜等等，也是近年開發(fā)的亮點，為農(nóng)業(yè)的多品種生產(chǎn)提供了方便。    2．8  生產(chǎn)工藝、覆膜技術(shù)的研究和設備的改進        近年來，各生產(chǎn)企業(yè)在功能性棚膜的生產(chǎn)中，在工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制上也研究、總結(jié)了很多經(jīng)驗，使生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高。在工藝方面：    (1)使用三層共擠復合吹膜工藝，充分考慮產(chǎn)品性能及生產(chǎn)工藝要求，在不同層使用的樹脂、助劑的配方不同，既提高產(chǎn)品性能又降低成本。如在節(jié)能型日光溫室用EVA流滴消霧多功能三層復合膜的結(jié)構(gòu)設計上采用反向吹膜工藝和不同配方，且僅在膜的使用內(nèi)層加消霧劑；在生產(chǎn)光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜時把易水解的轉(zhuǎn)光劑放在中層等。    (2)改進母料制造工藝、樹脂與母料混合工藝及控制吹膜的工藝溫度、擠出速度等技術(shù)條件，使功能助劑在棚膜中均勻分散，有效地提高批量功能膜生產(chǎn)的穩(wěn)    定性與產(chǎn)品質(zhì)量。    (3)控制生產(chǎn)時的吹脹比和薄膜薄厚均勻度，以保證薄膜的強度、斷裂伸長率和助劑含量，從而保證產(chǎn)品性能。    (4)在EVA類功能膜的生產(chǎn)中，使薄膜充分冷卻并控制好收卷張力，減少因粘連、受力不均產(chǎn)生的凹兜、荷葉邊等現(xiàn)象。        在吹塑設備方面，為適應薄型化、高VA含量功能膜的生產(chǎn)，進行了大量的改進，主要有：    (1)將老式單螺桿、芯棒式吹膜機的機頭改為帶靜態(tài)混煉頭的螺旋機頭，改善原料在機頭中的混合效果，解決功能膜生產(chǎn)中的混合不均、熔體溫差大、產(chǎn)品厚度不均、局部強度低等問題。    (2)使用吹塑機膜泡內(nèi)冷(IBC)裝置及冷卻效果更好的雙風唇風環(huán)，加強對薄膜的冷卻效果，提高寬幅吹塑膜泡的穩(wěn)定性及棚膜的透明度，改善流滴性，提高生產(chǎn)效率。    (3)進行人字板、撐叉板的改造，減小摩擦阻力，采用中心+表面+間隙的卷取技術(shù)，有效解決棚膜折疊部位蠕變問題，提高薄膜平整性。    (4)結(jié)合樹脂原料的選擇、耐老化劑的選擇與含量調(diào)整，通過吹脹比、上牽引輥壓力的控制及適當改造，減少薄膜折痕開裂的產(chǎn)生。        此外，覆膜及使用技術(shù)對功能性薄膜性能產(chǎn)生的影響有：        在流滴消霧性方面，溫室結(jié)構(gòu)應合理、棚膜骨架的傾角不能太?。桓材r薄膜應張緊、抻平、壓牢，盡量減少橫向皺折和障礙；合理控制溫室內(nèi)的濕度，減少漫灌，采用高畦及地膜、滴灌、暗溝灌水等措施以保證薄膜的流滴效果和流滴持效期。        在耐老化性能方面，棚膜骨架漆成白色減少“背板效應”，骨架上不留毛刺；覆膜時注意薄膜張緊程度，以免天冷回縮抻壞膜；注意農(nóng)藥的噴灑濃度和位置等。    3  結(jié)束語        據(jù)農(nóng)業(yè)部門預計，至2010年，全國園藝設施面積將增加到3 800萬畝左右，耐候功能膜的年需求量增加到300kt左右，約占棚膜年銷量的40％；地膜覆蓋栽培面積將擴大到3．1億畝，地膜的年耗用增加到780kt左右；畜牧、水產(chǎn)專用暖棚面積擴大到150萬畝左右，氨化、青貯、纏繞膜的年需求量將達到300kt左右；農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮和包裝用膜及塑料容器的需求量將在“十五”的基礎上翻兩番。農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對功能性農(nóng)膜不僅在數(shù)量而且在質(zhì)量、品種和性能上都提出了更高的要求。今后幾年在農(nóng)膜的功能性上需著重解決的是：        開發(fā)適合不同作物(糧食、蔬菜、經(jīng)濟作物)的光合作用條件的各種有色地膜、除草地膜、雙色地膜和可控完全降解地膜；        加快涂覆型流滴消霧膜的開發(fā)研制，解決耐老化與防霧滴同步、防滴又消霧的問題；進一步提高、發(fā)展高保溫、高光效薄膜制造技術(shù)水平，使棚膜集耐老化、防霧滴、高保溫、高光效等多種功能于一身；        在推廣已有專用棚膜的同時，加強對農(nóng)膜光質(zhì)調(diào)節(jié)功能的研究，按不同作物對光質(zhì)和光溫環(huán)境要求，進一步研究開發(fā)轉(zhuǎn)光、除蟲、減病、遮光、降溫、透氣等專用棚膜。        此外，農(nóng)膜功能性的提高和產(chǎn)量的擴大，也對助劑和聚合物加工行業(yè)提出了更高的要求。我們期望國產(chǎn)高質(zhì)量的專用牌號樹脂及高效、抗農(nóng)藥型耐候劑、長效流滴劑、氟系消霧劑、高透明低磨耗的保溫劑、抗靜電劑、與植物光合作用曲線更吻合且衰減慢的光轉(zhuǎn)換劑等盡快出現(xiàn)，期望更多功能膜助劑、國產(chǎn)樹脂的創(chuàng)新。         目前，北京華盾公司正牽頭進行GB4455—1994《農(nóng)業(yè)用聚乙烯吹塑薄膜》國家標準的修訂和《農(nóng)業(yè)用乙烯—醋酸乙烯酯共聚物(EVA)棚膜》國家標準的制訂，國內(nèi)包括樹脂、助劑研究單位和農(nóng)膜行業(yè)骨干的18個單位都參加了標準的編寫工作?，F(xiàn)已完成了第二次征求意見，準備在今年報批。我們相信，這兩個標準的制訂，會為我國功能性農(nóng)膜的發(fā)展、產(chǎn)品質(zhì)量的提高和行業(yè)的規(guī)范起到推動作用。（文/田巖）