2 棚膜功能化的研究進展及應(yīng)用情況 2.1 功能性棚膜的品種和應(yīng)用 棚用薄膜從原料上主要有PE膜、EVA膜、PVC膜,國外還有PET及ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚樹脂)氟素膜;從薄膜結(jié)構(gòu)上分為單層、雙層及多層共擠膜;從功能上分為普通棚膜和以防老化功能為基礎(chǔ)的各類單一或多功能膜,包括長壽、流滴、保溫、消霧膜,各種專用膜,光質(zhì)調(diào)節(jié)膜(轉(zhuǎn)光、反光、調(diào)光),高透光,遮光膜等。主要應(yīng)用在大中棚、小拱棚和溫室覆蓋中,詳細情況如下: 日光溫室(含普通、節(jié)能和加溫、連棟溫室)在我國現(xiàn)有面積745.9萬畝。其中節(jié)能日光溫室約513萬畝,普通日光溫室187.5萬畝,加溫溫室43.5萬畝。用膜厚度在65~120μm之間。前者多用消霧型EVA多功能復(fù)合膜,后兩者使用PE或EVA多功能復(fù)合膜及消霧型膜。 連棟溫室現(xiàn)有1.9萬畝左右,其中多為引進的現(xiàn)代化溫室。需用能越3個夏季以上的耐候防塵功能膜,厚度150μm以上。目前進口連棟溫室用功能膜大多靠進口。 大中棚現(xiàn)有1129萬畝,用于蔬菜、瓜果、花卉生產(chǎn),可使作物生育期提前或延后20~30d,膜厚度在江南及江淮地區(qū)多為65~80 μm,三北地區(qū)多為100~120μm。過去主要使用普通棚膜,近年P(guān)E長壽、流滴保溫及消霧型多功能復(fù)合膜也開始采用。 小拱棚是面積最大的簡易設(shè)施,現(xiàn)已達1071萬畝。用膜厚度在30~50μm之間。過去主要使用PE膜,近年來用低VA含量的EVA高保溫膜作小拱棚覆蓋材料很受歡迎。 功能性棚膜的研究是在園藝生產(chǎn)方式的改進對農(nóng)膜不斷提出新要求的情況下逐漸深入的,其各種功能是從延長使用壽命、提高保溫性、保持和提高透光率及光質(zhì)調(diào)節(jié)角度出發(fā)增加的。 目前,我國以高耐候、高透光、高保溫、長效流滴防霧及改善光質(zhì)的聚烯烴多功能膜為研究開發(fā)的熱點。主要是從基礎(chǔ)樹脂的研究與開發(fā)、功能助劑的改進與完善、生產(chǎn)工藝技術(shù)的提高、加工設(shè)備的技術(shù)更新等幾方面展開的。 2.2 棚膜用基礎(chǔ)樹脂的研究與開發(fā) 基礎(chǔ)樹脂的正確選用,對農(nóng)膜的耐老化、強度、透光率、流滴性能等技術(shù)指標起重要作用。 過去國內(nèi)農(nóng)膜生產(chǎn)企業(yè)受國產(chǎn)樹脂農(nóng)膜專用牌號少、數(shù)量小及進口樹脂的價格、交貨期、供應(yīng)商等因素限制,常因選料不當造成農(nóng)膜強度低,耐候性差,整批“爆棚”開裂等現(xiàn)象。1996年開始,中國農(nóng)用塑料應(yīng)用技術(shù)學(xué)會農(nóng)膜分會組織農(nóng)膜企業(yè)與農(nóng)業(yè)、石化、化工行業(yè)的有關(guān)專家,對用于棚膜的國產(chǎn)、進口PE-LD、PE-LLD、EVA樹脂進行了實地扣棚試驗及分子結(jié)構(gòu)、催化劑殘留量等與產(chǎn)品性能關(guān)系的研究,黃皓浩、徐定宇等還建立了評價聚烯烴樹脂耐候性的指標和經(jīng)驗公式。結(jié)果表明,相對分子質(zhì)量高、相對分子質(zhì)量分布窄、催化劑金屬殘留量小、支鏈數(shù)少、氧化誘導(dǎo)期長、抗黏劑、爽滑劑少的樹脂耐老化性能好;結(jié)晶度低、結(jié)晶尺寸小的樹脂成膜后透光率高,霧度低;結(jié)晶度高的樹脂還會對農(nóng)膜流滴性產(chǎn)生負面效應(yīng)。 據(jù)此評價標準,燕山石化的2F0.4A、荷蘭的2100TN00、卡塔爾的FB3003等牌號的PE-LD;DOW公司的2045G、齊魯石化的7042、天津聯(lián)合化學(xué)的9085等牌號的PE-LLD;北京有機化工廠的5-0.3、9-0.7等EVA樹脂脫穎而出,被篩選為功能性棚膜的主要原料。自此,國內(nèi)農(nóng)膜行業(yè)對按上述評價標準并選擇熔體流動速率0.3~0.8g/10min的PE-LD、EVA和熔體流動速率0.8~1.0g/10min及含己烯(C6)、辛烯(C8)共聚成分的PE-LLD樹脂作為功能性農(nóng)膜的基礎(chǔ)樹脂達成共識。國內(nèi)石化企業(yè)也根據(jù)農(nóng)膜行業(yè)的要求在開發(fā)農(nóng)膜專用料上取得進展。齊魯石化引進荷蘭DSM公司的PE-LD 2100、天津聯(lián)合化學(xué)公司開發(fā)的PE-LLD9085、7028(C6成分)、北京燕山石化引進Exxon公司管式法裝置生產(chǎn)的LD165、LD361、大慶石化開發(fā)的PE-LD 18B等,都是適合農(nóng)膜的牌號。中科院長春應(yīng)化所還與吉林石化研究院合作,通過在PE-LLD樹脂上接枝表面活性劑的方法,開發(fā)成功帶親水、疏水基團的雙親表面活性劑的長效流滴膜專用料。 而國際上近年新開發(fā)的茂金屬線形低密度聚乙烯(mPE-LLD)則以優(yōu)異的高透光率、低霧度(與純EVA薄膜、PVC棚膜相近)的光學(xué)性能及突出的高拉伸、高穿刺強度的力學(xué)性能,贏得國內(nèi)農(nóng)膜企業(yè)的青睞。諸如Exxon公司的ECD342(原350D60)、日本三井公司SP1520等牌號的mPE-LLD樹脂,已成為添加在薄型、高強度、高光效棚膜的首選基礎(chǔ)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世紀70年代末,為適應(yīng)節(jié)約樹脂資源、降低覆蓋成本的需要,我國開發(fā)出防老化膜,棚膜的使用壽命從原來的4~6個月,延長至1年以上。多年來,在我國由于農(nóng)民經(jīng)濟能力、企業(yè)的技術(shù)進步及行業(yè)競爭等諸多原因,棚膜的使用寬度不斷增加,厚度一降再降,但對耐老化的要求并不降低。至今我國的耐老化大棚膜已是世界上最薄的,厚度一般0.06~0.12mm,連續(xù)使用10~12個月。 在如此苛刻的條件下,國內(nèi)農(nóng)膜企業(yè)普遍采取選擇好的基礎(chǔ)樹脂、使用多層共擠生產(chǎn)方式、以高比例PE-LLD與PE-LD共混、添加mPE-LLD并使用高效耐老化劑的方法保證產(chǎn)品壽命。 在聚烯烴農(nóng)膜耐老化性能上起關(guān)鍵作用的耐老化劑,用量大且性能最優(yōu)的是受阻胺光穩(wěn)定劑。20世紀80年代我國普遍使用國內(nèi)自行研制的低相對分子質(zhì)量受阻胺光穩(wěn)定劑GW-540或GW-544/鎳鹽2002耐老化體系,因易揮發(fā)被水抽提和有嚴重刺激、致敏性及鎳污染土壤等問題在90年代末逐漸用無毒聚合型受阻胺光穩(wěn)定劑與復(fù)合型抗氧劑組成的耐老化體系替代。目前北京市化工研究院和北京花山助劑廠的BW-10LD(相當于Tinuvin 622)、783,由于價格合理、性能穩(wěn)定,大量用于壽命1年的功能膜中。國外的新一代受阻胺光穩(wěn)定劑如Ciba公司的Chimassorb 944、494、Tinuvin783,Cytec公司的Cyasorb UV-3346、UV-3529,Clariant公司的Hostavin N30等,復(fù)合型抗氧劑如B215、B900、B561等雖然價格高,但添加量少、效能高,在國內(nèi)高檔膜中的用量較大。 針對棚膜的“背板效應(yīng)”問題,北京市化工研究院通過將高相對分子質(zhì)量受阻胺光穩(wěn)定劑和具高效熱穩(wěn)定性、金屬離子鰲合性的若干光穩(wěn)定劑復(fù)合研制出兼具高效耐光氧老化、熱氧老化性能且價格合理的BW-6911/13215耐老化體系;針對蔬菜及花卉生產(chǎn)普遍使用農(nóng)藥、殺蟲劑、熏蒸劑等酸性物質(zhì)使本身堿性的光穩(wěn)定劑622、944發(fā)生反應(yīng)降低棚膜耐老化性的情況,20世紀末,Ciba公司和Clariant公司推出了含有初級光熱穩(wěn)定作用的金屬氧化物或脂肪酸鹽的Tinuvin492、Tinuvin 494和Licovin N391受阻胺光穩(wěn)定劑,使農(nóng)膜的耐候性在一定程度上不受明顯影響,但副作用是引起農(nóng)膜透明度下降0.2%~3.4%;本世紀初,Cytec公司、Ciba公司推出最新一代的受阻胺光穩(wěn)定劑Cyasorb UV-3529、Tinuvin NOR371,它們分別在受阻胺光穩(wěn)定劑的核心單元——四甲基哌啶環(huán)的活性氮原子上進行了烷基、烷氧基取代,降低了活性氮發(fā)生反應(yīng)的可能性(即降低了堿性),由于其堿性極低且分子中能高效地產(chǎn)生活性基團,在嚴酷的化學(xué)條件下也保持著優(yōu)異的光穩(wěn)定活性,因此賦予農(nóng)膜出色的抗農(nóng)藥性和光穩(wěn)定性。上述產(chǎn)品被農(nóng)膜企業(yè)用于生產(chǎn)投放在高溫、農(nóng)藥、硫磺使用量大的地區(qū)的農(nóng)膜,收到了很好的效果。 目前部分企業(yè)不僅可以按用戶要求生產(chǎn)壽命1年以上、抗農(nóng)藥型棚膜,而且可生產(chǎn)壽命二三年以上或用于連棟棚的耐老化膜。如玉溪市旭日塑料公司生產(chǎn)的0.06mm寬幅mPE-LLD耐老化膜在云南昆明玉溪地區(qū)覆蓋大棚18個月以上;遼寧農(nóng)用實驗廠生產(chǎn)的0.10mm膜在鞍山地區(qū)覆蓋大棚3年5個月;北京華盾公司生產(chǎn)的厚度0.18mm膜在北京錦繡大地連棟棚上使用達5年。但是,在厚型棚膜壽命與棚膜光學(xué)性能的保持上我國與發(fā)達國家尚有差距。(待續(xù))
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