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調(diào)溫等設施農(nóng)業(yè)；屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
20世紀50年代，日本和歐美等國家開始將塑料薄膜應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，該項技術(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)栽培可填補市場空白，滿足消費需求，經(jīng)濟效益顯著，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)外薄膜應用情況看，實現(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)中廣泛應用。遮陽網(wǎng)是近10年來推廣的一種新型保護覆蓋材料，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)領域得到廣泛應用，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)生遠紅外線會雙向發(fā)射熱輻射，間接增加設施溫度。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到94%左右，有效隔斷陽光對農(nóng)業(yè)設施的照射，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)設施內(nèi)部溫度，比使用常用薄膜溫度提高5－18℃。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用以下技術(shù)方案：
一種散光隔熱熱輻射調(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)方案的進一步改進：
所述的光散射層，以重量份計，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，其母粒包括以下組分：
金紅石型鈦白粉426份
酞菁藍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，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，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處理；
所述的碳化硅粉的預處理：將原料加入高速攪拌機中，攪拌，升溫到50℃，保溫0.5-1.0小時。
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。
具體實施方式
以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實施例1一種散光隔熱熱輻射調(diào)控膜
一種散光隔熱熱輻射調(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波段的遠紅外線透射率高，是近似遠紅外線透光體。
（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波段遠紅外發(fā)射率為0.95。
（4）所述的導熱微粉材料：
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到96%；對波長相對大近紅外線的光散射遮蓋率可達到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，散光降溫熱輻射調(diào)控膜對陽光散射遮蓋率可達到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，增強光吸收層的導熱性能。
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，陽光吸收遮蓋率可達到98%。
光散射層、光吸收輻射層中的ldpe在7.0~１３.0μm波段的遠紅外線透射率為90%，近似為遠紅外線透光體。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紅外線遮蓋率很小，遠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)闊崮埽瑹崮茉丛床粩噍斔偷睫r(nóng)業(yè)設施內(nèi)，從而起到更好的增溫作用。
實施例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中攪拌，升溫到50℃，保溫0.5-1.0小時，使偶聯(lián)劑添加均勻，并且使偶聯(lián)劑活化，增強偶聯(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：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，用高速攪拌機進行攪拌，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、雙螺桿擠出機進行造粒
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中進行混煉；將從雙螺桿擠出機中出來的物料進行風冷，造粒，得到光吸收輻射層母粒；
所述的雙螺桿擠出機的螺桿為同向雙螺桿，螺桿直徑為25mm；
所述的雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為165r/min。
實施例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中進行熔融塑化，從機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。
對制備的成品膜進行測試：
對本發(fā)明制備的散光降溫熱輻射調(diào)控膜進行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)明制備的散光降溫熱輻射調(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，陽光遮蓋率可達到99.5%；該膜覆蓋農(nóng)業(yè)設施，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調(diào)溫等設施農(nóng)業(yè)。
最后應說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，對于本領域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。