本發(fā)明是申請?zhí)?01510789895.6，申請日2015年11月17日，發(fā)明名稱“一種散光隔熱熱輻射調(diào)控膜及制備方法”的分案申請。
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)設(shè)施用散光隔熱熱輻射調(diào)控膜及制備方法,散光隔熱熱輻射調(diào)控膜適用于食用菌、白蘆筍等黑暗環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，蒜黃、韭黃、芹菜等蔬菜軟化栽培，以及畜牧養(yǎng)殖控溫、果樹提早或推遲休眠時(shí)調(diào)溫等設(shè)施農(nóng)業(yè)；屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)50年代，日本和歐美等國家開始將塑料薄膜應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，該項(xiàng)技術(shù)的使用帶來了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的改變和生產(chǎn)力的飛躍。日本在蔬菜、花卉、果樹上均利用了薄膜覆蓋技術(shù)。美國主要通過薄膜覆蓋用于保苗。前蘇聯(lián)主要利用地膜覆蓋來提溫、保墑。
我國于1978年將塑料薄膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，主要是棚膜和地膜，廣泛用于日光溫室、塑料大棚及小拱棚的覆蓋材料。目前，我國農(nóng)膜產(chǎn)量和使用量均居世界首位。
我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要模式之一是塑料大棚溫室，棚膜用于增溫，實(shí)現(xiàn)果蔬的反季節(jié)栽培。大多選用聚乙烯（pe）材料制膜，其分子量較高、支鏈數(shù)較少、耐老化。
在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也需要減光降溫來調(diào)控作物生長。果樹反季節(jié)栽培可填補(bǔ)市場空白，滿足消費(fèi)需求，經(jīng)濟(jì)效益顯著，但需要低溫條件提前解除落葉果樹的自然休眠，這成為果樹反季節(jié)栽培的主要制約因素。在白蘆筍和食用菌的生產(chǎn)中，需要黑暗環(huán)境。蒜黃、韭黃、芹菜等蔬菜軟化栽培，需要適宜的溫度、濕度和弱光環(huán)境。畜牧養(yǎng)殖業(yè)需要冬暖夏涼動物生長環(huán)境。
從目前國內(nèi)外薄膜應(yīng)用情況看，實(shí)現(xiàn)調(diào)光控溫措施主要有反射膜反光隔熱技術(shù)、遮陽網(wǎng)減光降溫技術(shù)等。反射膜一般可分為三大類：金屬反射膜、全電介質(zhì)反射膜和金屬電介質(zhì)反射膜。其中，金屬鋁反射膜工藝成熟、生產(chǎn)成本低，工作的波長范圍寬，已開在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。遮陽網(wǎng)是近10年來推廣的一種新型保護(hù)覆蓋材料，夏季覆蓋后有擋光降溫的作用。
雖然，反射膜、遮陽網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但因其技術(shù)和結(jié)構(gòu)因素，還不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。一是反射膜在農(nóng)業(yè)上大面；積反射光線，會形成明晃白亮、眩眼奪目的白亮污染。二是遮陽網(wǎng)對陽光遮蓋隔熱效果有限，不能滿足農(nóng)業(yè)減少的要求。三是反射膜光損大、反光率不高，沒有熱輻射發(fā)射能力；遮陽網(wǎng)吸收陽光產(chǎn)生大量熱能，提升網(wǎng)周圍空氣溫度，所產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線會雙向發(fā)射熱輻射，間接增加設(shè)施溫度。二者隔熱降溫效果不顯著。
現(xiàn)有的光溫調(diào)控功能性薄膜具有以下缺陷：（1）散光遮蓋效果較差，陽光遮蓋率不高；（2）隔熱功能較差，給農(nóng)業(yè)設(shè)施隔熱降溫效果不明顯；（3）功能單一，遮光、隔熱、降溫和增溫不能同時(shí)具備。
因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中還未有理想的光溫調(diào)控薄膜。在轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及節(jié)能減排的背景下，急需一種新型的光溫調(diào)控功能性薄膜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的問題是針對以上不足，提供一種散光隔熱熱輻射調(diào)控膜及制備方法，實(shí)現(xiàn)以下發(fā)明目的：
（１）制備散光隔熱熱輻射調(diào)控膜，使其具有良好的散光遮蓋、吸光遮蓋功能。該膜對可見光、紅外線和紫外線有很高的散光、吸光遮蓋效果。在全日照情況下，陽光遮蓋率達(dá)到99.5%。
（２）制備散光隔熱熱輻射調(diào)控膜，使其具有良好散光隔熱、輻射降溫功能。該膜對陽光的散射遮蓋率達(dá)到94%左右，有效隔斷陽光對農(nóng)業(yè)設(shè)施的照射，隔熱率為85%左右。
（３）制備散光隔熱熱輻射調(diào)控膜，使其具有輻射降溫功能。在全日照情況下，覆蓋該膜的農(nóng)業(yè)設(shè)施表面溫度比不用該膜溫度，在夏天降低20℃左右，春秋季節(jié)低15℃左右。
（４）制備散光隔熱熱輻射調(diào)控膜，使其具有吸光增溫功能。在全日照情況下，覆蓋該膜農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)部溫度，比使用常用薄膜溫度提高5－18℃。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用以下技術(shù)方案：
一種農(nóng)業(yè)設(shè)施用散光隔熱熱輻射調(diào)控膜，所述的調(diào)控膜包括光散射層。
以下是對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：
所述的光散射層，以重量份計(jì)，其母粒包括以下組分：
金紅石型鈦白粉426份
硬脂酸ya-ⅱ-200型30份
pe臘27份
ldpe320份
lldpe197份。
所述的光散射層，以重量份計(jì)，其母粒包括以下組分：
金紅石型鈦白粉426份
酞菁藍(lán)0.6份
硬脂酸ya-ⅱ-200型30份
pe蠟26.4份
ldpe367份
lldpe150份。
所述的光散射層，以重量份計(jì)，其母粒包括以下組分：
金紅石型鈦白粉427份
pe蠟20份
油酸酰胺23份
ldpe333份
lldpe197份。
所述的調(diào)控膜還包括光吸收輻射層；
所述的光吸收輻射層，以重量份計(jì)，其母粒包括以下組分：
ldpe46.5-49份
lldpe27-31份
炭黑2.5-3份
碳化硅粉9-13份
偶聯(lián)劑2-3份
分散劑1-3份
增塑劑2-3份
pe臘2-4份。
所述的金紅石型鈦白粉：由杜邦鈦白粉r-103、r105、r-900組成，所述組分的重量比為3:2:２。
所述的ldpe：折射率為1.50-1.54，密度為0.915-0.940g/cm3；
所述的炭黑：平均粒徑為0.021－0.025μm；
所述的碳化硅微粉：導(dǎo)熱系數(shù)為83.6w/m·k，堆積密度1.75-1.95g/cm3之間,粒徑范圍為0.5-0.3μm。
所述光散射層和光吸收輻射層的厚度比為5：2。
一種散光隔熱熱輻射調(diào)控膜制備方法，所述的制備方法包括制備光吸收輻射層母粒、制備光散射層母粒和共擠成膜；
所述的制備光吸收輻射層母粒包括碳化硅粉的預(yù)處理；
所述的碳化硅粉的預(yù)處理：將原料加入高速攪拌機(jī)中，攪拌，升溫到50℃，保溫0.5-1.0小時(shí)。
所述的共擠成膜：將制備的光散射層母粒與光吸收輻射層母粒加入到兩層共擠吹膜機(jī)中，共擠成膜；
制得的膜厚度為100－140μm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下有益效果：
（１）本發(fā)明制備的散光隔熱熱輻射調(diào)控膜具有良好的散光遮蓋、吸光遮蓋功能。在全日照情況下，陽光遮蓋率可達(dá)到99.5%；在全日照情況下，大棚覆蓋散光隔熱熱輻射調(diào)控膜后，大棚內(nèi)光照強(qiáng)度在0－12lx，形成黑暗度很高的環(huán)境。
（２）本發(fā)明制備的散光隔熱熱輻射調(diào)控膜具有良好散光隔熱、輻射隔熱功能；在全日照情況下，對太陽光散光隔熱率可達(dá)到85%，隔熱節(jié)能效果顯著。
（３）本發(fā)明制備的散光隔熱熱輻射調(diào)控膜具有輻射降溫功能；。在全日照情況下，在夏季覆蓋該膜的農(nóng)業(yè)設(shè)施表面溫度比不用該膜溫度降低20℃以上，使農(nóng)作物生長避免了高溫傷害。
（４）本發(fā)明制備的散光隔熱熱輻射調(diào)控膜具有增溫功能。在氣溫較低的季節(jié)，覆蓋散光隔熱熱輻射調(diào)控膜，農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)部溫度比覆蓋常用薄膜溫度提高5－18℃，可為農(nóng)作物生長提供適宜溫度環(huán)境。
具體實(shí)施方式
以下對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1一種散光隔熱熱輻射調(diào)控膜
一種農(nóng)業(yè)設(shè)施用散光隔熱熱輻射調(diào)控膜，由光散射層和光吸收輻射層二部分組成；光散射層和光吸收輻射層厚度比為5：2。
所述的光散射層主要含有廣譜透光、低折射率的成膜樹脂材料和高折射率微粉材料。
所述的光吸收輻射層主要含有與光散射層樹脂結(jié)合性高的成膜樹脂材料、熱傳導(dǎo)微粉材料和吸光熱輻射微粉。
（1）所述的廣譜透光、低折射率的成膜樹脂材料：
可選用pvc、hdpe、ldpe、lldpe等樹脂，優(yōu)選低密度聚乙烯(ldpe)，密度處于0.915－0.940克/立方厘米之間，折射率1.51，在7.0~１３.0μm波段的遠(yuǎn)紅外線透射率高，是近似遠(yuǎn)紅外線透光體。
（2）所述的高折率微粉材料：
可選用金紅石型鈦白粉（折射率2.73）、銳鈦型鈦白粉（折射率2.55）、硫化鋅微粉（折射率2.37）、氧化銻微粉（折射率2.09-2.25）、氧化鋅微粉（折射率2.02）、立德粉（折射率1.84）。
優(yōu)選金紅石型鈦白粉，折射率為2.73、密度4.26g/cm3，平均粒徑小于0.6μm，最大粒徑不大于1μm。
（3）所述的吸光熱輻射微粉材料：
優(yōu)選炭黑，平均粒徑為0.021－0.025μm，比面積為150㎡/g以上。在8.0-１4.0μm波段遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.95。
（4）所述的導(dǎo)熱微粉材料：
可選用氧化鋁微粉、氧化鎂微粉、氧化鋅微粉、氮化鋁微粉、氮化硼微粉、碳化硅微粉等。
優(yōu)選碳化硅微粉，導(dǎo)熱系數(shù)為83.6w/m·k，堆積密度1.75-1.95g/cm3之間,粒徑范圍為0.5-0.3μm。在8.0-１4.0μm波段遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.82－0.92。
將金紅石型鈦白粉均勻地分散在ldpe成膜樹脂中，作為光散射層。
光散射層對波長相對小的可見光的、紫外線光散射遮蓋率可達(dá)到96%；對波長相對大近紅外線的光散射遮蓋率可達(dá)到92%。
所述的金紅石型鈦白粉由杜邦鈦白粉r-103、r105、r-900按比例為3:2:２配制，平均粒徑控制在0.6μm，最大粒徑控制在1μm以內(nèi)，可有效兼顧不同波長光的散射效率；
將ldpe樹脂與金紅石型鈦白粉質(zhì)量濃度百分比按50：40配制，光散射層厚度為100μm左右時(shí)，散光降溫?zé)彷椛湔{(diào)控膜對陽光散射遮蓋率可達(dá)到94%。
將炭黑均勻地加入到ldpe成膜樹脂中，作為光吸收輻射層，實(shí)現(xiàn)吸光遮蓋功能。
將碳化硅微粉均勻地加入到光吸收輻射層中，增強(qiáng)光吸收層的導(dǎo)熱性能。
將ldpe樹脂與炭黑、碳化硅微粉質(zhì)量濃度百分比按75：2：18配制，光吸收輻射層厚度為40μm左右時(shí)，陽光吸收遮蓋率可達(dá)到98%。
光散射層、光吸收輻射層中的ldpe在7.0~１３.0μm波段的遠(yuǎn)紅外線透射率為90%，近似為遠(yuǎn)紅外線透光體。所述的炭黑、碳化硅微粉在8.0-１4.0μm波段都能高效發(fā)射遠(yuǎn)紅外線。
所述光散射層中的金紅石型鈦白粉：平均粒徑小于0.6μm，最大粒徑不大于1μm。炭黑、碳化硅微粉發(fā)射遠(yuǎn)紅外熱輻射在8-13μm波段為90%左右，是金紅石型鈦白粉平均粒徑的13倍左右，薄膜中的微粉材料對遠(yuǎn)紅外線遮蓋率很小，遠(yuǎn)紅外線能通過衍射方式向空間發(fā)射。
在氣溫較低的季節(jié)，光吸收輻射層朝外覆蓋在農(nóng)業(yè)設(shè)施上，廣譜光吸收陽光，不間斷地吸收陽光，將陽光轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能源源不斷輸送到農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)，從而起到更好的增溫作用。
實(shí)施例2光散射層母粒配方
所述的光散射層母粒為金紅石型鈦白粉、ldpe（低密度聚乙烯）母粒；光散射層母粒原料的具體質(zhì)量份配比如下：
配方一：
母粒原料的具體質(zhì)量份配比如下：
金紅石型鈦白粉426份
硬脂酸ya-ⅱ-200型30份
pe臘27份
ldpe320份
lldpe197份
配方二：
金紅石型鈦白粉426份
酞菁藍(lán)0.6份
硬脂酸ya-ⅱ-200型30份
pe蠟26.4份
ldpe367份
lldpe150份
配方三：母粒原料的具體質(zhì)量份配比如下：
金紅石型鈦白粉427份
pe蠟20份
油酸酰胺23份
ldpe333份
lldpe197份。
上述光散射層母粒配方中的金紅石型鈦白粉：由杜邦鈦白粉r-103、r105、r-900按重量比例3:2:２配制，密度4.26g/cm3，折射率2.73，tio2含量為98%，平均粒徑小于0.6μm。
實(shí)施例3光吸收輻射層母粒配方
所述的光吸收輻射層母粒為炭黑、碳化硅微粉、ldpe（低密度聚乙烯）母粒；光吸收輻射層母粒原料的具體質(zhì)量份配比如下：
配方一：
ldpe48份
lldpe31份
炭黑3份
碳化硅粉11份
偶聯(lián)劑2份
分散劑1份
增塑劑2份
pe臘3份
配方二：
ldpe46.5份
lldpe28份
pe臘2份
炭黑2.5份
碳化硅粉13份
偶聯(lián)劑3份
分散劑3份
增塑劑2份
配方三：
ldpe49份
lldpe27份
炭黑3份
碳化硅粉9份
偶聯(lián)劑3份
分散劑3份
增塑劑2份
pe臘4份
所述的偶聯(lián)劑為：鈦酸酯ndz－105；
所述的分散劑為：dca-810；
所述的炭黑為：炭黑母粒un2014；
所述的增塑劑為：鄰苯二甲酸二丁酯（dbp）。
實(shí)施例4光吸收輻射層母粒的制備方法
步驟1、碳化硅粉的預(yù)處理
將碳化硅粉、偶聯(lián)劑、pe臘按配方的質(zhì)量比加入到高速攪拌機(jī)中攪拌，升溫到50℃，保溫0.5-1.0小時(shí)，使偶聯(lián)劑添加均勻，并且使偶聯(lián)劑活化，增強(qiáng)偶聯(lián)劑的作用；
所述的偶聯(lián)劑為：異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯；分子量：935g/mol，開杯閃點(diǎn)：65℃，淺紅棕色透明液體。
步驟2、添加分散劑和增塑劑
按照配方的質(zhì)量比加入分散劑和增塑劑，用高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，使其混合均勻；
所述的分散劑為：dca-810；
所述的增塑劑為：鄰苯二甲酸二丁酯（dbp）。
步驟3、雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒
將上述步驟得到的混合料與ldpe、lldpe、炭黑色母粒子按配方比例加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混煉；將從雙螺桿擠出機(jī)中出來的物料進(jìn)行風(fēng)冷，造粒，得到光吸收輻射層母粒；
所述的雙螺桿擠出機(jī)的螺桿為同向雙螺桿，螺桿直徑為25mm；
所述的雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為165r/min。
實(shí)施例5一種散光隔熱熱輻射調(diào)控膜的制備方法
步驟1、制備光吸收輻射層母粒
采用實(shí)施例4的方法制備光吸收輻射層母粒。
步驟2、制備光散射層母粒
采用以下方法制備光散射層母粒（鈦白粉母粒）：
將光散射層母粒的各原料按照配方稱量好，加入到單螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融塑化，從機(jī)頭口模擠出的物料經(jīng)過定型、冷卻、牽引、切割工序，得到光散射層母粒；
所述的單螺桿擠出機(jī)的螺旋角為17°；
所述的冷卻工序中冷卻水溫為28℃。
步驟3、共擠成膜
光散射層母粒與光吸收輻射層母粒兩層共擠成膜：
采用兩層共擠技術(shù)，將光散射層母粒與光吸收輻射層母粒加入到兩層共擠吹膜機(jī)中共擠，成聚為散光隔熱熱輻射調(diào)控膜。
制備的散光隔熱熱輻射調(diào)控膜厚度為100－140μm；其中，光散射層與光吸收輻射層厚度比為5：2。
對制備的成品膜進(jìn)行測試：
對本發(fā)明制備的散光降溫?zé)彷椛湔{(diào)控膜進(jìn)行780nm激光穿透測試，以希臘pep黑白膜為對照材料，測試結(jié)果見表1：
表1780nm激光穿透測試結(jié)果
由表1可見，本發(fā)明制備的散光降溫?zé)彷椛湔{(diào)控膜：780nm激光的透過率明顯低于對照材料，透過率為0.489%。
本發(fā)明制備的散光隔熱熱輻射調(diào)控膜，在全日照情況下，陽光遮蓋率可達(dá)到99.5%；該膜覆蓋農(nóng)業(yè)設(shè)施，使其表面溫度比不用散光輻射薄膜溫度，夏天降低20℃左右，春秋季節(jié)低15℃左右。
本發(fā)明散光隔熱熱輻射調(diào)控膜適用于食用菌、白蘆筍等黑暗環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，蒜黃、韭黃、芹菜等蔬菜軟化栽培，以及畜牧養(yǎng)殖控溫、果樹提早或推遲休眠時(shí)調(diào)溫等設(shè)施農(nóng)業(yè)。
最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。