农用塑料薄膜保温剂的研究与应用

金洪波

（淄博市临淄新农塑料厂 淄博255414）

摘 要：随着我国功能性农膜的发展，目前市场对农膜用保温助剂的研究和应用还处在初级阶段，本文综合阐述了农膜用保温剂的四大作用、论述了农膜用保温剂的主要指标、特点及加工，以及指出了农膜用保温剂的现状与发展问题。

关 键 词：比表面积、孔容、粒径分布、碱式碳酸镁铝、聚团、红外阻隔、磨耗值、开口剂

一、前言

目前，我国功能性农膜发展有了长足的进步，特别是在防老化、流滴、消雾等方面的技术趋于成熟。但是，在保温助剂的应用上，农膜行业仍然处在初级水平，只有极少数厂家掌握先进的保温技术。国外农膜的保温技术和应用已经非常成熟^[1]。因此，农膜用保温助剂的研究与应用是非常必要的。

二、保温剂的种类及规格

保温剂的种类主要分为天然矿物质和化学合成品两类：天然矿物质类包括，如：滑石粉、硅藻土、绢云母、高岭土、硅灰石、石英等；化学合成品类包括，如：碳酸钙、二氧化硅、氧化镁、碱式碳酸镁铝、氢氧化铝、碳酸锂、硅酸盐、有机硅等。

1. 保温剂的外形结构

碳酸钙 硅藻土 滑石粉 合成二氧化硅

图1 四种助剂的电镜照片

无论是天然矿物质，还是化学合成品，他们都有自己的外形结构。由于外形结构的不同，他们所发挥的作用也不同。同时，还有内部构造和物理性能的不同也都影响他们的作用和 效果。

下面我们来对比一下各种保温剂在电镜下的外形结构(见图1)：

首先，看助剂的外形结构是否接近球形，球形有利于开口；二看助剂内部结构，带有孔容结构的助剂吸附能力强；其次要看助剂的各项主要指标。从图1中可以看出硅藻土和合成二氧化硅比较复合要求。

2.保温剂的各项主要技术指标

表1：保温剂的各项技术指标

从表1中可以看出各项技术指标对我们应用和加工保温助剂时都起到关键的作用。

首先，平均粒径及粒径分布是表述助剂的外观尺寸范围，它可以用来测算助剂和薄膜厚度之间的尺寸关系^[2]，选择要应用的范围。从图 2 中可以看出Mineral A/B和Sylobloc两个产品不同的粒径范围表述，而目数只是表述了助剂外形尺寸的最大上限值，不能表述它的范围和下限。

图2 两种助剂的粒径分布曲线

其次,是助剂的内部结构，助剂有带孔容和不带孔容的两种，为了测量助剂有无孔容和孔容的大小，我们用比表面积来表述，其测试方法是应用氮气吸附法测量材料的比表面、孔径分布及孔体积的分析仪。比表面积是指每克物质的表面积，用于评价粉体材料的活性、吸附、催化等多种性能的重要物理属性。随着超细粉体材料的迅猛发展，测定比表面积对掌握粉体材料的性能具有极为重要的意义。

密度 = 2.1 g/ml 表观密度 = 0.40 g/ml 无孔容体积 孔容体积 = 1.0 ml/g

图3 不同的孔容

最后是助剂的主要化学成分是否符合生产要求，是要进行典型的化学分析（如表2 ），

表2 SYLOBLOC 的典型化学分析值

表3 Celebrite 的典型化学分析值

表2是美国格雷斯公司SYLOBLOC 合成二氧化硅的典型的化学分析值，表3是美国EPM公司Celebrite 硅藻土的典型的化学分析值^[3]，这些指标要符合FDA(美国)食品及药物管理局的认证，在保证产品质量安全的同时，保证接触到的人身和动植物的安全。

三、保温剂的作用与应用

保温剂在功能性农膜中起着非常重要作用，它除了自身的功能外还兼顾着其他几个方面的作用，归纳后有如下四大作用。

1. 保温剂的第一个作用是加工助剂

首先，在功能母料制作过程中，保温剂可以使低分子材料有效的掺入到高分子材料中，并可以控制挤出打滑现象，由于农膜母料中要加入大量的低分子流滴剂，所以保温剂就是母料加工中必不可少的加工助剂。但是，要有合适的加入量，加入量越大磨耗越大，产品的雾度值就越高。加入量取决于助剂平均粒径及粒径分布和比表面积。因此，吸附能力越强加入量就越小，粒径越小加入量越少。

2. 保温剂的第二个作用是保温助剂

保温助剂的保温效果是指其对远红外的阻隔能力，阻隔能力越强保温效果就越好。但是，对可见光和红外光的阻隔应越小越好。保温助剂又分为透明和不透明两种，不透明保温助剂阻隔可见光和不可见光；透明保温助剂不阻隔可见光和红外光，只阻隔远红外光，属于单方向阻隔，符合农膜的保温效果要求^[4]。不透明保温助剂在阻隔远红外光的同时也阻隔可见光和不可见光，所以他的增温效果差，不符合农膜的保温效果要求。其阻隔能力依次为：碳酸锂、氢氧化铝＞水滑石＞高岭土＞硅藻土＞滑石粉，碳酸锂、氢氧化铝、水滑石属人工合成，和天然矿物质比较具有：杂质少、纯度高、不影响透明性、安全可靠等优点。

3. 保温剂的第三个作用是开口助剂。

近些年来，农膜加工中越来越多的使用线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯和EVA等高端材料^[5]，这些材料透明性柔软性好、强度突出。但是，冷却速度慢、粘性大，易粘连，再加上功能膜中加入一定量的低分子材料，使薄膜的开口性降低了，给农民在使用中造成了麻烦，开口时薄膜极易产生不规则的拉伤，上棚后拉伤处产生裂口。因此，功能性棚膜的防粘连和开口问题已经摆在我们的面前，是必须要解决的时候了。

图4电子显微镜下的薄膜表面

开口剂的作用和效果。选择开口剂形状越接近球形开口效果越佳。开口剂可以改善薄膜表面的黏度，减少接触面积，提高防粘连效果。选择合理的粒径和粒径分布与薄膜厚度的关系，一般选择薄膜厚度的1-2倍粒径为开口剂^[6]。开口剂的加入，使薄膜表面形成轻微凸起（见图4），防止薄膜完全接触而造成粘连。

4. 保温剂的第四个作用是缓释助剂。

所有的保温剂都有缓释效果，也就说都是缓释助剂^[7]。但是，有孔容的比没孔容的缓释效果好，孔容大的比孔容小的好，而其加入量小。因为，缓释剂的加入量和作用取决于保温剂的比表面积，同时还取决保温剂的平均粒径和粒径分布。

保温剂加入量的大小除了考虑以上四大功能外，还要考虑对薄膜光学性能和对设备磨耗的影响，同时还要考虑成本因素和产品的性价比。所以，保温剂的应用是一个复杂的系统工程。

四、保温剂的设计与加工

1. 单层多功能农膜保温剂的设计

在单层多功能农膜中加入保温剂时，应该考虑成本因素和综合性价比对加工的影响，可以采用复合式的混合物，既突出各自的优点又可以改善加工性能，尽量降低不良因素，充分发挥保温助剂的综合效果。

2. 三层多功能农膜保温剂的设计 A

在设计三层共挤的保温剂时，A、C层（如图5所 示）的设计要考虑加工、 B开口效果和对透明度的影响，不需考虑保温效果，选用合理的开口剂和 加入量，选好的粒径和粒径分布，还要考虑对机器的磨耗值。B层就不需 C要考虑开口效果，只需要考虑加工、保温效果和对透明度的影响。这样可 图5三层农膜结构 以达到加工、透明、保温、开口、磨耗及缓释效果俱佳。

3. 保温剂的加工

要充分考虑到保温剂是容易吸潮的产品，造粒时多采用风冷切粒或水冷拉条工艺。水环切粒要在甩干的基础上，再加上翻腾干燥床干燥，才能充分保障产品的质量。在目数达3000目以上、粒径达到微米级时，加工极易聚团（如图6 所示）。要想获得好的分散（图7所示）就要采用好的工艺、好的设备和高分子的分散剂。还要注意水滑石在高温、高剪切下，结晶水的脱出^[8]。

4. 各种保温剂的性能对比

表4 各种保温剂之性能

从表4的各种助剂性能对比来看，水滑石有比较突出的优点，综合性能排在第一位，要想充分发挥其优势，就要克服水滑石在加工中的难度。在加工中要注意的是：混料时中低速搅拌；挤出时低剪切，即低温低速；尽量采用风冷切粒工艺，如采用水冷拉条，要加热风干燥；造粒后采用密封包装。从而保证了在母料应用前水滑石不吸潮和结晶水不脱出。

五、保温剂的现状与发展

现阶段大部分农膜企业使用的是传统的不透明保温助剂，其原因是使用惯性，货源、熟练、成本低、以及对透明保温助剂不清楚、不熟悉。随着农膜技术的发展，不透明保温助剂的弊端逐步的显现出来。随着市场对功能膜的透明性要求越来越高，透明保温助剂在农膜中的应用，将越来越引起农膜企业的重视^[9]；随着功能膜减薄技术的成熟，高阻隔、高透明、高保温的助剂将成为今后的发展方向。

参考文献：

[1] 秦立洁，田岩. 国产水滑石在农膜中的应用探索. 中国农塑技术学会农膜制品分会焦作2005年第五次理事会

[2] C.K. Tham – TCS manager, AP.SYLOBLOC  in plastics film.Adsale Chinaplas 2003,shanghai.

[3] Jennifer Jobson. Trace Elements. Adsale Chinaplas 2003,shanghai.

[4] 金洪波, 于永珍, 赵为民. 关于聚烯烃类多功能棚膜透光性能的研究. 塑料，2002，10

[5] PERE PAPASEIT, JORDI BADIOLA, ENRIC ARMENGOL.Plastics and Agriculture. 1997 Spain

[6] Anti-Blocking of Polyolefin Films. from of www.ineossilicas.com

[7] 陈祖欣.使用农膜添加剂时应注意的问题. 中国农塑技术学会农膜制品分会南昌2006年理事会会议

[8] 王建荣.水滑石和插层水滑石的红外吸收性能及在农膜中的应用. 农膜制品分会焦作2005年第五次理事会

[9] 陈宇，高继志，戴亚东，等.北方园艺设施用聚烯烃棚膜研究开发的进展.中国塑料加工工业信息中心2001年会论文