CN101914336A

CN101914336A - 聚乙烯大棚膜用水性涂覆液

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Publication number: CN101914336A
Application number: CN2010102626172A
Authority: CN
Inventors: 骆增来
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2010-12-15

Abstract

本发明涉及一种聚乙烯大棚膜用水性涂覆液。所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液，由以下重量百分比的组分构成：有机胶乳液0.07-10.0％，无机纳米胶0.5-15.0％，乳化剂0.2-1.0％，润湿剂0.1-2.0％，消泡剂0.01-0.5％，流平剂0.05-2.0％，去离子水69.5-99.07％。本发明的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液在电晕处理后的聚乙烯膜上使用，透明度好，有效期可以达到两年以上，且本产品不含有机溶剂，具有纯水性，无毒，环保的优点。

Description

聚乙烯大棚膜用水性涂覆液

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯大棚膜用水性涂覆液。

背景技术

在我国，1969年出现普通大膜，80年代中期开发了具有流滴性能的PVC膜和PE耐老化膜。90年代中后期，才开始进入多层共挤，功能性农膜开发与应用的繁荣时期。以EVA树脂为基础的多功能复合农膜获得飞速的发展，农膜的功能也有最初单一保温功能的普通膜逐步向高透光，高保温功能，长寿，流滴，消雾等功能复合膜的方向。

进入二十一世纪功能性膜的发展更加丰富，就流滴膜而言，已经有当初单一的普通流滴膜发展成具有长效性以及多功能性能的流滴膜。从加工方法上讲有内添加型，有外涂型和接枝型。单就外涂型也有当初的喷涂法，浸罐法向更加科学的浸涂烘干型或印刷型发展，持效期也从6个月向一年或更长时间提高。

外涂型流滴剂在国内起步较晚，开始研究在九十年代中，真正应用还是在2000年初，外涂型涂覆液产品经过科技人员多年的努力，产品的质量正日益得到完善，加上涂膜产品的性价比高，使用中不影响农膜的耐老化性，能与膜的使用寿命几乎同步，同时在膜中不需要再添加消雾剂又能有效解决雾气的问题，故其应用前景越来越得到农膜厂家和农民的关注。

起初的外涂型流滴剂缺点还是较多；一，工业化较难；二，浸罐以后不能烘干，不利运输；三，在使用中，风干后膜发白，影响膜的透光性；四，易龟裂；五，时间短，不能与膜同步；六，需要使用大量的溶剂，不利于环境保护。

其配方如下：取300ml经过改性的硅溶胶，加入30％的硝酸铝360ml，再加入500ml的溶剂{如乙醇或丙酮}，最后加少量的表面活性剂[如OP-10，TA-40或尼那尔]。经搅拌均匀后，以一定比例的纯水进行稀释即可使用。如今在市场上销售的外涂型流滴剂主要还是以这类配方为主。持效期可达6个月左右。

市场上还有采用双组分的，首先将硅溶胶与硅烷偶联剂{A151或KH-550}进行接触反应作为A组，水和多价离子盐硝酸铝或其它盐混合作为B组份。使用时将A组份加入水中搅拌均匀再加入B组份搅匀，此液涂于膜上即可成透明的膜。

以上这些配方的涂液其流滴性和减雾性还可以，但持效性和抗低温性都不理想。在冬天特别是在东北的气温有时达零下20℃以下，如果没有相适应的涂液，势必会导致涂膜结冰龟裂，影响使用效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术所存在的上述问题，提供一种透明度好，有效期长的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液。

所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液，其特征在于由以下重量百分比的组分构成：有机胶乳液0.07-10.0％，无机纳米胶0.5-15.0％，乳化剂0.2-1.0％，润湿剂0.1-2.0％，消泡剂0.01-0.5％，流平剂0.05-2.0％，去离子水69.5-99.07％。

所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的有机胶乳液是自制的水性聚丙烯酸酯，其组份为甲基丙烯酸甲酯，甲基丙酸丁酯，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸，重量比例为250～300∶30～120∶50～100∶300～400∶20～50。

所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述无机纳米胶的纳米组份可以是SiO₂、MgO、Al₂O₃、TiO₂、ZnO的一种或两种以上的混合物。

所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的乳化剂可以是脂肪醇聚氧乙烯醚，十二烷基硫酸钠，十二烷基磺、酸钠，SPAN-20，吐温-20其中的一种或两种以上的复配物。

所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的润湿剂可以是尼纳尔6501，有机硅表面活性剂，氟硅类化合物。

所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的消泡剂可以是有机硅消泡剂，磷酸三丁酯。

所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的流平剂可以是氟硅类化合物，有机硅表面活性剂，聚氧乙烯醚化合物。

所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述去离子水的电导率控制在5.0-10.0us/cm。

本专利申请中涉及的百分含量，除另有说明外，均为重量百分含量，且各组分均以其有效含量计算。

本发明的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液在电晕处理后的聚乙烯膜上使用，透明度好，有效期可以达到两年以上，且本产品不含有机溶剂，具有纯水性，无毒，环保的优点。

附图说明

图1为塑料薄膜的表面结构示意图；

图2、图3、图4分别是普通PE膜、电晕处理的膜、马来酸酐接枝膜的表面吸附图。

具体实施方式

一、机理

膜为树脂聚合物，表面基本性质可以用湿润，表面极性及摩擦3个物理性质来表征，如图1。

这些特征与涂释有密切关系，塑料薄膜的表面区域具有一定的厚度通常为5-10nm，这是表面涂释感兴趣的厚度。从微观看塑料薄膜的最表层为吸附层，它含有迁移到膜表面的低分子量组分，以及表面吸附的润滑油，还有迁移到表面的添加剂共同形成的半液体薄层.该层对涂膜与塑料表面的附着起着破坏作用。第二层是塑料的表层.然后为树脂聚合物本体。由于形成条件和存在条件的原因，薄膜表层的结晶形态、结晶度、晶柱大小等方面均与本体有较大差异，其运动状态、分子链的缠结状态等与本体不仅相同，又由于塑料表层分子链的活动空隙大，故其玻璃化温度低于本体.聚合物链由内部向外部移动对体系能量更为有利，故表层分子链含量高于本体。

因此在涂覆时应考虑破坏或改变表层机构，使表层具有可吸附的自由电子，尽可能增加表面的接触面积，才能使涂料与塑料表面的界面形成有效的分子间结合，这种力称为黏合力。这种黏合力是凭借化学键和范德华力来完成的，然而要使之有效地起作用，首要条件是必须使两者密切接触。这需要涂液能充分润湿膜，即涂料能充分自然展开，换言之，就是要充分考虑膜与涂液间的表面张力。

我们知道叶面的露珠，溅落的水银，总是球形的，由滴管口缓慢流出的液体不是连续的液流而是连串的液滴，以及一些昆虫可以在水面上而不致沉入水中等等现象，这些都是由于两者的张力相差很大所致。

在配制涂液时需要对表面张力进行必要的调整。为增大涂液的表面张力，可以在涂液中添加无机化合物，如无机盐，不挥发的酸，碱非离子表面活性剂。如果要降低涂液的表面张力，可以添加有机化合物，如阴，阳离子或非离子表面活性剂。当然添加量要适量，否则影响其它功效。

我们知道塑料属于低表面能物质，塑料的表面张力一般低于涂料的表面张力，不利于涂液的铺展，润湿和附着。以下是一些塑料的表面张力：

PVC 39mN/m	PE 32mN/m
		聚四氟乙烯 18mN/m	聚甲基丙烯酸甲酯39mN/m
水 72mN/m	乙醇 22.32mN/m

涂料对膜的润湿是附着的先决条件，涂料必须有适当的流动性，润湿性。相对来讲通过提高塑料的表面张力，可以提高润湿性能，因此，塑料在涂膜前要进行改性，改变塑料表层结构，增加表面张力是必要的。为增加涂料的附着性，一般方法有；一，增加塑料表面层的粗糙度，以增加涂料的接触面积。二，增加涂料对膜的溶涨，采用溶剂的方法，使涂膜与塑料表面形成一感个共混体。还有涂膜的分子机构与塑料的分子结构是否相似等因素都影响涂膜的附着。

目前工业化能采取的措施有进行电晕处理，接枝改性和导入马来酸酐等极性基团。以上方法理论上都可以有效提高表面张力和改善涂料的附着性。

二、涂液的要求

经过不断应用试验，我们发现作为一种好的涂覆液应该具备以下几方面的特点；

1；具有较好的工艺流平性，以利于润湿，铺展，提高涂膜的均匀性。

2；良好的附着性。

3；流滴消雾性。

4；一定的柔软性，利于卷曲。

5；无毒性，应不含挥发性有毒物质。

6；成膜后具有良好的透明性，不影响薄膜的透光性。

7；耐刮擦性能。

8；较好的耐候性。

9；较好的工艺加工性能。

据此，我们对涂液的配方，以及膜的影响因素进行了探索，同时对不同的膜进行了比较，做了以下试验：

三、涂液的配制

A：胶体；自制。表面张力为30mN/m。

B：助剂；[消泡剂，增塑剂，流平剂等]，少量，工业级。表面张力＜30mN/m。

C：改性纳米胶；自制，要求粒径；＜50nm。表面张力34-36mN/m。

1技术说明

一般涂覆膜在大田长期应用过程中由于太阳暴晒，干湿交体，冷热变化，会引起涂膜的龟裂，起皱，流失，内应力的破坏等老化现象。这一老化现象主要是太阳光的紫外线对塑料和涂料中的成分起到降解和破坏的作用。研究表明在涂液中加入纳米材料通过对紫外线吸收和反射，可有效保护膜和涂料的使用期限。如：当纳米TIO2在涂液中含量为5.5％时，即可屏蔽99％的紫外线，同时随着纳米材料含量的增加其抗紫外线的能力也随之增加。

同时，经过对纳米改性使胶体形成了稳定的分散体系，不下沉，不分层。经与其它胶体配合使用，具有很好的协同效果。同时又显著提高了涂膜的耐久性，耐老化性。

2制作步骤

本实施例中采用如下配方

1)有机胶乳液(是水性聚丙烯酸酯乳液，其组份为甲基丙烯酸甲酯，甲基丙酸丁酯，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸，重量比例为250～300∶30～120∶50～100∶300～400∶20～50)，使用量为0.07-10.0％；

2)无机纳米胶(纳米组份可以是SiO₂、MgO、Al₂O₃、TiO₂、ZnO等的一种或2种以上的混合物)使用量为0.5-15.0％；

3)乳化剂(可以是脂肪醇聚氧乙烯醚，十二烷基硫酸钠，十二烷基磺、酸钠，SPAN-20，吐温-20等其中的一种或两种以上复配物)用量为0.2-1.0％；

4)润湿剂(尼纳尔6501，有机硅表面活性剂，氟硅类化合物等)使用量；0.1-2.0％；

5)消泡剂(可以是有机硅消泡剂，磷酸三丁酯等)使用比例；0.01-0.5％；

6)流平剂(氟硅类化合物，有机硅表面活性剂，聚氧乙烯醚化合物)使用比例；0.05-2.0％；

7)去离子水(电导率控制在5.0-10.0us/cm)用量69.5-99.07％。

将以上物料按比例混合搅拌均匀即可，PH值为5.5-6.8。测定涂液的表面张力用自动表面张力测定仪BZY-2型测定为30mN/m。

3膜的制作

取四张膜，分别为D，E，F，G。

D为普通的聚乙烯膜，表面张力为32mN/m膜的尺寸为40X40Cm。产地，本地。

E膜是经过电晕处理的聚乙烯膜，其表面张42mN/m.膜的尺寸40X40Cm。产地北京。

F膜是经过马来酸酐接枝的聚乙烯膜。其表面张力为36mN/m。尺寸为40X40Cm。产地，山东。

G膜是经过电晕处理的聚乙烯膜，其表面张42mN/m.膜的尺寸40×40Cm。产地北京。用原来早期的涂覆液进行对照试验。

在平面桌上分别铺上以上D、E、F三张膜，用烧杯分别倒上适量自制的涂液，使涂液均匀地铺展开，然后挂起凉1分钟后，再用吹风机吹干。吹干温度要求不宜过高。一定要在热变形温度以下否则容易使膜变形起皱。制成后的膜透明，不影响雾度，且不发粘，易于卷筒。

用以上同样的方法，用原来早期的涂覆液在G膜上进行涂覆，并烘干。

以下是不同塑料的热变形温度：

高压聚乙烯 40--50℃	低压聚乙烯 60--85℃
		中压聚乙烯 50--80℃	聚丙烯 100-110℃

四、扣杯试验

试验仪器；恒温水浴试验仪。口径为30CM。方法以协会制定的标准为依据。

以下是试验相关数据：

最后将E膜用于大田扣棚，经观察消雾和流滴情况较好。

五、分析

从图2我们发现，未经过处理的膜表面因无极性，无自由电子使胶体和膜无法形成一种相互吸引的结合力，仅凭胶体的粘着力经不起不断的水洗而被冲刷掉。

常言道根深叶茂，一棵树只有把根深深扎入土壤里，才能枝叶茂盛，长成大树，经得起刮风下雨的考验；沙土上是无法建成高楼的，只有把基础打深打实了，才能建起高楼大厦。如图3，从微观看涂液中的胶束就好比一棵棵树苗，经过电晕处理的膜表面形成了无数个凹坑，有效增加了表面积，增加了粗糙度，产生了有效的自由电子。这样，胶束就能轻易进入到各个坑中与自由电子进行结合。这样的化学键结合能大大提高其结合力，附着性，经得起水洗，这样的坑越密越细越好。

如图4，经过马来酸酐接枝的膜表面也形成了一定的自由电子，但由于接触面积仅限于平面，没有足够多的自由电子数，同时胶束无法深入到膜内，使胶体与膜的结合力不够，导致持效期不够。膜表面自由电子数取决于接枝率的高低。

六、结论

[1]经过处理以后的膜涂覆性，附着性明显要好于未处理的膜，说明涂液的表面张力低于膜的张力，这样有利于润湿，附着。不同的涂料体系有不同的表面张力，表面张力只是一种不可缺的条件，但又不是影响附着性的主要因素。表面张力可以通过添加表面活性剂来改善，但无法改变附着性。前面谈到的涂料配方其表面张力在30mN/m左右，涂液的张力低于膜的表面张力，其润湿性，铺展性都已足够，但仍不能形成有效的结合，原因是涂液与膜没有形成有效的键能结合，最终导致了界面的破坏。通过处理以后的膜表面具有了可以与阳离子结合的自由电子，从而使附着性提高。胶体本身的张力不能低于的表面张力，这样等降低表面张力的表面活性剂部分流失以后，依然不影响与膜的结合力。

[2]在此涂液中不使用有机溶剂，在生产使用过程中能做到既降地成本，又能绿色环保，有利于推广应用。

[3]经过电晕处理的膜应用用本发明的涂覆液有效期达到100天以上且不失效，按理论估算，使用有效期可达两年以上。

[4]试验证明；E膜在整个扣杯试验过程中呈镜面状态，在大田应用中流滴消雾性良好，说明试验与应用相符合，具有相对应性。

[5]使用改性的纳米胶能保证有效防雾滴性能的同时，又能提高涂层的耐刮擦性能，在大田应用中已得到了验证。同时又能抗紫外线。大大提高涂膜的适应性。

[6]使用马来酸酐接枝的办法能提高涂覆的性能，但由于还未达到理想的效果，还有待进一步探讨。

[7]通过以上试验还发现涂液的表面张力不是一成不变的，而是随着涂液浓度的降低，表面张力随之增加。因此要有一个合理的稀释浓度，才有利于涂覆。

[8]用原来配方制作的涂覆液经处理后的膜涂覆使用期达不到理想的效果，持效期不够。

综上，本发明的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液在电晕处理后的聚乙烯膜上使用，透明度好，有效期可以达到两年以上，且本产品不含有机溶剂，具有纯水性，无毒，环保的优点。

Claims

1.聚乙烯大棚膜用水性涂覆液，其特征在于由以下重量百分比的组分构成：有机胶乳液0.07-10.0％，无机纳米胶0.5-15.0％，乳化剂0.2-1.0％，润湿剂0.1-2.0％，消泡剂0.01-0.5％，流平剂0.05-2.0％，去离子水69.5-99.07％。

2.如权利要求书1所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的有机胶乳液是自制的水性聚丙烯酸酯，其组份为甲基丙烯酸甲酯，甲基丙酸丁酯，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸，重量比例为250～300∶30～120∶50～100∶300～400∶20～50。

3.如权利要求书1所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述无机纳米胶的纳米组份可以是SiO₂、MgO、Al₂O₃、TiO₂、ZnO的一种或两种以上的混合物。

4.如权利要求书1所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的乳化剂可以是脂肪醇聚氧乙烯醚，十二烷基硫酸钠，十二烷基磺、酸钠，SPAN-20，吐温-20其中的一种或两种以上的复配物。

5.如权利要求书1所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的润湿剂可以是尼纳尔6501，有机硅表面活性剂，氟硅类化合物。

6.如权利要求书1所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的消泡剂可以是有机硅消泡剂，磷酸三丁酯。

7.如权利要求书1所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述的流平剂可以是氟硅类化合物，有机硅表面活性剂，聚氧乙烯醚化合物。

8.如权利要求书1所述的聚乙烯大棚膜用水性涂覆液制备方法，其特征在于所述去离子水的电导率控制在5.0-10.0us/cm。