CN105330935B - 一种散光降温热辐射调控膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种散光降温热辐射调控膜，所述的调控膜的原料包括：成膜树脂材料。所述的调控膜的原料还包括：远红外线微粉材料、微量光吸收微粉材料、高折率微粉材料。所述的调控膜厚度为80‑150μm。所述的成膜树脂材料为低密度聚乙烯，高折率微粉材料为金红石型钛白粉，远红外线微粉材料为远红外陶瓷微粉，微量光吸收微粉材料为炭黑，采用本发明制备的散光降温热辐射调控膜，对阳光遮盖率可达到99%，覆盖农业设施，农业设施表面温度与不用该膜相比，温度低17－25℃。

Description

一种散光降温热辐射调控膜及制备方法
技术领域
本发明涉及一种散光降温热辐射调控膜及制备方法,属于农业技术领域。
散光降温热辐射调控膜主要含有广谱透光、低折射率成膜树脂材料，高折率微粉材料，远红外线微粉材料，微量光吸收微粉材料。
散光降温热辐射调控膜适用于春夏、夏秋高温季节食用菌、白芦笋等黑暗环境农业生产，蒜黄、韭黄、芹菜等蔬菜软化栽培，畜牧养殖设施温度调控，以及果树提早或推迟休眠时调温等设施农业。
背景技术
20世纪50年代，日本和欧美等国家开始将塑料薄膜应用于农业生产，该项技术的使用带来了农业生产方式的改变和生产力的飞跃。日本在蔬菜、花卉、果树上均利用了薄膜覆盖技术。美国主要通过薄膜覆盖用于保苗。前苏联主要利用地膜覆盖来提温、保墒。
我国于1978年将塑料薄膜覆盖技术应用于农业生产，主要是棚膜和地膜，广泛用于日光温室、塑料大棚及小拱棚的覆盖材料。目前，我国农膜产量和使用量均居世界首位。
我国设施农业的主要模式之一是塑料大棚温室，棚膜用于增温，实现果蔬的反季节栽培。大多选用聚乙烯（PE）材料制膜，其分子量较高、支链数较少、耐老化。
在设施农业生产中也需要减光降温来调控作物生长。果树反季节栽培可填补市场空白，满足消费需求，经济效益显著，但需要低温条件提前解除落叶果树的自然休眠，这成为果树反季节栽培的主要制约因素。在白芦笋和食用菌的生产中，需要适宜的温湿度和黑暗环境。蒜黄、韭黄、芹菜等蔬菜软化栽培，需要适宜的温度、湿度和弱光环境。畜牧养殖业需要夏季凉爽动物生长环境。
从目前国内外薄膜应用情况看，实现调光控温措施主要有反射膜反光隔热技术、遮阳网减光降温技术等。反射膜分为金属反射膜、全电介质反射膜和金属电介质反射膜。金属铝膜工艺成熟、生产成本低，工作的波长范围宽，已在农业生产中广泛应用。遮阳网是近10年来推广的一种新型保护覆盖材料，夏季覆盖后有挡光降温的作用。
虽然，反射膜、遮阳网在农业领域得到广泛应用，但因其技术和结构因素，还不能满足现代农业生产需求。一是反射膜在农业上大面积反射光线，会形成明晃白亮、眩眼夺目的白亮污染。二是遮阳网对阳光遮盖效果有限，不能完全满足农业生产的要求。三是反射膜光损大、反射率不高，没有热辐射发射能力；遮阳网吸收阳光产生大量热能，提升网周围空气温度，所产生远红外线会双向发射热辐射，间接增加设施温度。二者降温效果不显著。
因此，农业生产中还未有理想的散光降温调控薄膜。在转变农业生产方式，提高农业经济效益及节能减排的背景下，急需一种新型的散光降温调控功能性薄膜。
现有技术存在以下缺陷：（1）遮盖效果差，对阳光的遮盖率低；（2）金属膜容易产生光污染和重金属污染；（3）降温、隔热效果不佳；（4）功能单一，遮光、隔热、降温和阻热不能同时具备。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种散光降温热辐射调控膜及制备方法，实现以下发明目的：
（１）制备散光降温热辐射调控膜，使其具有良好的遮盖功能。在全日照的情况下，该膜对可见光、红外线和紫外线有很高的散光遮盖效果和少量的吸光遮盖效果，使阳光遮盖率达到99%。
（２）制备散光降温热辐射调控膜，使其具有良好的隔热功能。该膜对可见光的、紫外线光散射率达到97%，对近红外线的光散射率达到93%，隔断阳光对农业设施的照射，减少太阳能通过薄膜向农业设施传导。
（３）制备散光降温热辐射调控膜，使其具有良好的降温功能。该膜能通过远红外材料热辐射降温自身温度，在全日照情况下，覆盖该膜的农业设施表面温度比不用该膜温度低17－25℃。
（４）制备散光降温热辐射调控膜，使其具有阻热功能。在全日照情况下，该膜通过热辐射降温后，能在光照面与背光面形成3－6℃温差。
为实现上述发明目的，采用以下技术方案：
一种散光降温热辐射调控膜，所述的调控膜的原料包括：成膜树脂材料。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述调控膜，以重量份计，包括以下原料组分：
LDPE 37-320份
LLDPE 14-183份
TPU 0.9-9份
金红石型钛白粉 41.5-426份
PE蜡 2.7-27份
油酸酰胺 1.2-13份
远红外陶瓷粉 2.4-20份
炭黑 0.3-2份。
所述调控膜，以重量份计，包括以下原料组分：
LDPE 31份
LLDPE 13份
EVA 7份
TPU 0.8份
金红石型钛白粉 42份
PE蜡 2.7份
油酸酰胺 1.3份
远红外陶瓷粉 1.9份
炭黑 0.3份。
所述调控膜，以重量份计，包括以下原料组分：
LDPE 32份
LLDPE 12份
PVC 4份
金红石型钛白粉 43份
PE蜡 2.7份
油酸酰胺 1.4份
远红外陶瓷粉 2.7份
炭黑 0.2份。
所述成膜树脂材料为PVC、HDPE、LDPE、LLDPE中的一种或多种。
所述的调控膜的原料还包括：远红外线微粉材料、微量光吸收微粉材料、高折率微粉材料。
所述的远红外线微粉材料为白炭黑、生物炭微粉、电气石微粉、远红外陶瓷微粉中的一种或多种；
所述的微量光吸收微粉材料为炭黑；
所述的高折率微粉材料为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉、硫化锌微粉、氧化锑微粉、氧化锌微粉、立德粉中的一种或多种。
所述金红石型钛白粉：由杜邦钛白粉R-103、R-105、R-900、R-931组成，所述组分的重量比为3:2:２:1；折射率为2.73；
所述远红外陶瓷微粉：全波辐射率大于0.9，密度为1.2-2g/cm3，平均粒径小于0.5μm；
所述炭黑：平均粒径为0.021－0.025μm，比面积为150㎡/g以上。
一种散光降温热辐射调控膜的制备方法，
包括原料准备、制备母粒和共混吹膜步骤。
所述的共混吹膜步骤：制备的膜厚度为80-140μm；
所述的制备母粒步骤：包括将原料加入单螺杆挤出机熔融、定型、冷却、牵引、切割工序；
所述单螺杆挤出机的螺旋角为17°；
所述冷却工序中冷却水温为28℃。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
（１）本发明制备的散光降温热辐射调控膜具有良好的遮盖功能，，对可见光、红外线和紫外线有很高的散光遮盖效果和少量的吸光遮盖效果，在全日照的情况下，该膜阳光遮盖率可达到99%。
（２）本发明制备的散光降温热辐射调控膜，对太阳热辐射的隔热率在80%以上，能减少太阳能通过薄膜向农业设施传导。
（３）本发明制备的散光降温热辐射调控膜，能通过热辐射方式给自身降温，并吸收农业设施热量。在全日照情况下，覆盖该膜的农业设施表面温度比不用该膜温度低17－25℃。
（４）本发明制备的散光降温热辐射调控膜，具有很好的阻热作用。在全日照情况下，该膜在光照面与背光面形成3－6℃温差。
实施例1 一种散光降温热辐射调控膜
所述的一种散光降温热辐射调控膜主要含有广谱透光、低折射率的成膜树脂材料，高折率微粉材料，远红外线微粉材料，微量光吸收微粉材料。
（1）所述的广谱透光、低折射率的成膜树脂材料：
成膜树脂可选用PVC、HDPE、LDPE、LLDPE等树脂。优选低密度聚乙烯(LDPE)，密度处于0.915－0.940g/cm3之间，折射率为1.51，在7.0~１３.0μm波段的远红外线透射率高，是近似远红外线透光体。
（2）所述的高折率微粉材料：
可选用金红石型钛白粉（折射率2.73）、锐钛型钛白粉（折射率2.55）、硫化锌微粉（折射率2.37）、氧化锑微粉（折射率2.09-2.25）、氧化锌微粉（折射率2.02）、立德粉（折射率1.84）。
优选金红石型钛白粉，折射率为2.73、密度为4.26g/cm3，平均粒径小于0.6μm，最大粒径不大于1μm。
（3）所述的远红外线微粉材料：
常用的能产生远红外线的材料有：白炭黑、生物炭微粉、电气石微粉、远红外陶瓷微粉。
优选远红外陶瓷微粉，为超细白色粉末（Al2O3、MgO、ZnO、SiO2、ZrO2及稀土氧化物的混合物），密度:1.2-2g/cm3，平均粒径小于0.5μm，全波辐射率大于0.9，在8-14um波段辐射率为0.95。
（4）所述的微量光吸收微粉材料：
优选炭黑，平均粒径为0.021－0.025μm，比面积为150㎡/g以上。在8.0-14μm波段远红外发射率为0.95。
将所述的金红石型钛白粉均匀地分散在LDPE成膜树脂中。该膜对波长相对小的可见光的、紫外线光散射率可达到97%；对波长相对大近红外线的光散射率可达到93%。该膜对光的高效散射作用，使阳光照射到薄膜上的能量大部分得到散射,而不是被薄膜吸收。
将金红石型钛白粉均匀地分散在LDPE成膜树脂中。
所述的金红石型钛白粉由杜邦钛白粉R-103、R-105、R-900、R-931按重量比3:2:２:1配制而成，将平均粒径控制在0.6μm，最大粒径不大于1μm，可有效兼顾不同波长光的散射效率；将LDPE树脂与金红石型钛白粉重量浓度百分比按50：40配制，制备的厚度为100-140μm散光降温热辐射调控膜，阳光散射遮盖率可达到95%。
将炭黑均匀地加入到散光降温热辐射调控膜内。
加入微量的粒径小、比面积大的炭黑，可以增加炭黑对阳光特别是近红线的吸收次数，进一步增强吸光薄膜遮盖能力，阳光总遮盖率达到99%。
将远红外线陶瓷微粉均匀加入到散光降温热辐射调控膜中。
远红外陶瓷粉将薄膜的热能转变为远红外线，以远红外线热辐射形式向接近绝对零度的太空发射，实现了薄膜自身降温。
在本发明制备的散光降温热辐射调控膜中，LDPE在7.0~１３.0μm波段的远红外线透射率高，是近似远红外线透光体；远红外陶瓷粉在8-14μm波段辐射率为0.95。
在本发明制备的散光降温热辐射调控膜中，远红外陶瓷微粉平均粒径小于0.5μm；炭黑平均粒径为0.021－0.025μm；金红石型钛白粉，平均粒径小于0.6μm，最大粒径不大于1μm。远红外陶瓷微粉发射远红外热辐射在8-13μm波段为90%左右。远红外热辐射波长是上述微粉材料平均粒径的13倍左右，薄膜中的微粉材料对远红外线遮盖率很小，远红外线能通过衍射方式向空间发射。
在本发明制备的散光降温热辐射调控膜中，散光降温热辐射调控膜厚度在80-150μm，薄膜中的高折率微粉材料导热系数6.5W/m.K 左右，LDPE成膜树脂导热系数0.3W/m.K左右，陶瓷导热系数约为1.5 W/m.K三者隔热性能很好,阻断了热能通过薄膜向农业设施传导。在全日照情况下，该膜通过热辐射降温，能在光照面与背光面形成3－6℃温差。
实施例2 散光降温热辐射调控膜的配方
散光降温热辐射调控膜的原料配方：
配方一：
所述散光降温热辐射调控膜的原料重量份配比为：
金红石型钛白粉 426份
LDPE 320份
LLDPE 183份
TPU 9份
油酸酰胺 13份
PE腊 27份
远红外陶瓷粉 20份
炭黑 2份
配方二：
所述散光降温热辐射调控膜的原料重量份配比为：
LDPE 31份
LLDPE 13份
EVA 7份
TPU 0.8份
金红石型钛白粉 42份
PE蜡 2.7份
油酸酰胺 1.3份
远红外陶瓷粉 1.9份
炭黑 0.3份
配方三：
所述散光降温热辐射调控膜的原料重量份配比为：
LDPE 32份
LLDPE 12份
PVC 4份
金红石型钛白粉 43份
PE蜡 2.7份
油酸酰胺 1.4份
远红外陶瓷粉 2.7份
炭黑 0.2份
配方四：
所述散光降温热辐射调控膜的原料重量份配比为：
LDPE 37份
LLDPE 14份
TPU 0.9份
金红石型钛白粉 41.5份
PE蜡 2.7份
油酸酰胺 1.2份
远红外陶瓷粉 2.4份
炭黑 0.3份
上述散光降温热辐射调控膜的配方中的金红石型钛白粉为：杜邦钛白粉R-103、R-105、R-900、R-931按重量比3:2:２:1混合而成。
实施例3 一种散光降温热辐射调控膜的制备方法
步骤1、原料准备
（1）远红外陶瓷粉、炭黑选用商品色母粒，按照散光降温热辐射调控膜的原料配方和二种色母粒的有效成分称量，备用。
（2）按照散光降温热辐射调控膜的原料配方称量其它原料，备用。
步骤2、制备母粒
将步骤1称量好的远红外陶瓷粉和炭黑以外的原料加入到单螺杆挤出机中进行熔融塑化，从机头口模挤出的物料经过定型、冷却、牵引、切割工序，得到光散射层母粒；
所述的单螺杆挤出机的螺旋角为17°；
所述的冷却工序中冷却水温为28℃。
步骤3、共混吹膜
将远红外陶瓷粉色母粒、炭黑色母粒和步骤2制备的母粒，加入双螺杆挤出机中，共混吹膜，得到散光降温热辐射调控膜；得到的散光降温热辐射调控膜厚度为80-140μm。
对制备的成品膜进行测试：
对本发明制备的成品散光降温热辐射调控膜进行780nm激光穿透测试和390nm激光穿透测试，以希腊PEP黑白膜为对照材料，测试结果分别见表1和表2；
表1 780nm激光穿透测试结果
由表1可见，本发明制备的散光降温热辐射调控膜：780nm激光的透过率明显低于对照材料，透过率为0.9%。
表2 390nm激光穿透测试结果
由表2可见，本发明制备的散光降温热辐射调控膜：780nm激光的透过率明显低于对照材料，透过率为0.91%。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种散光降温热辐射调控膜，其特征在于：所述的调控膜的原料包括：成膜树脂材料；所述调控膜，以重量份计，包括以下原料组分：
LDPE 37-320份
LLDPE 14-183份
TPU 0.9-9份
金红石型钛白粉 41.5-426份
PE蜡 2.7-27份
油酸酰胺 1.2-13份
远红外陶瓷粉 2.4-20份
炭黑 0.3-2份；
所述金红石型钛白粉：由杜邦钛白粉R-103、R-105、R-900、R-931组成，所述组分的重量比为3:2:２:1；折射率为2.73；
所述远红外陶瓷粉：全波辐射率大于0.9，密度为1.2-2g/cm3，平均粒径小于0.5μm；
所述炭黑：平均粒径为0.021－0.025μm，比面积为150㎡/g以上；
所述的一种散光降温热辐射调控膜的制备方法，包括原料准备、制备母粒和共混吹膜步骤；
所述的共混吹膜步骤：制备的膜厚度为80-140μm；
所述的制备母粒步骤：包括将原料加入单螺杆挤出机熔融、定型、冷却、牵引、切割工序；
所述单螺杆挤出机的螺旋角为17°；
所述冷却工序中冷却水温为28℃。
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