塑料薄膜防雾化技术的研究进展呢

塑料薄膜防雾化技术的研究进展

0 前言

塑料薄膜在我国农业发展现代化进程中的重要作用正日益显现出来。利用塑料薄膜的主要功能保温作用和透光作用,人们已成功地实现了农作物的反季节栽培。然而,就经济效益的深层次开发而言,目前并未取得最佳的结果。分析如下:薄膜大棚温室中通常温度比外界环境高,湿度大,每天清晨,薄膜表面的温度总在露点以下,使水在薄膜表面形成雾滴,在阳光照射下形成漫反射,使透过的光线大大减少,进而严重妨碍植物的光合作用,延缓农作物的生长发育,降低农作物产量。因此,对农用薄膜的防雾化问题的研究,具有特别重要的经济意义和实用价值。

1 防雾化技术的研究进展

通常在一定湿度下,塑料制品或薄膜在其所处的环境中,当但是每一个厂家其应用的外箱材质核部件及零件是不1样的温度降到露点以下,表面的水就可能凝结成微小露珠,阻碍自然光线的透射,这种现象就叫做雾化。防雾化技术是建立在理论研究基础上的实用技术。就雾化原理来讲,当气温在露点以下时,即空气中的水蒸气压高于此温度下的饱和蒸气压时就开始结露发生雾化。如果透明塑料表面对水分有足够的附着力,即会吸附这种结露水,然而通常这种亲水性很有限。因此,彼此有接触角的关系而生成许多微小水滴,附着在透明薄膜的外面,产生雾化现象,光线在其上面的漫反射效应,使其透光性变差。为克服这一现象,主要应从以下几个方面着手。

①表面疏水法,设法使塑料表面不被水所润湿,形成高疏水性结构。当满足起雾条件时,表面即使是已开始结露,也会因为生成粗大水滴而很快脱落,使包装盒或薄膜保持透明。

②表面亲水法,与目前市场上会有部份厂家上法正好相反,设法使塑料表面的润湿性良好,对水的接触角减小。当表面吸附液态水时,水分即在表面铺展开来,形成水膜,水膜对于自然光线有良好的透射性,因而克服了漫反射现象,使包装盒或薄膜仍然透明。

③内部添加活性剂法,在塑料薄膜或制品的生产过程中,在配方内加进某些表面活性剂,形成制品或薄膜时活性剂从内部逐渐向表面扩散并重新排列,使亲油基团指向塑料内部,亲水基团伸向表面,从而使表面达到亲水化的目的。

④塑料表面温差法,设法使塑料表面温度始终保持在露点之上,以防止发生雾化现象。通常可采用在塑料制品生产配方中添加活性物质的方法,提高塑料的恒压热容,增加制品的吸热性能,以起到这一功效。

⑤塑料整体活化法,在塑料配方体系中加入少量含结晶水的盐类添加剂,制品在白天因环境气温较高而失去结晶水,在夜晚因环境温度低而吸收水分。吸附水可以从表面吸收进塑料内部又可以从内部转移至塑料表面而形成水膜进而防止雾化。

2 塑料薄膜的防雾化技术

根据前述理论,目前可行的操作方法可粗分为聚合物物料改性方法和物理化学表面处理方法两大类。

2.1 聚合物物料改性方法

从配方调整着手,改善塑料表面的亲水性,这种方法成本较低,工艺简单,易于应用。采用配方体系中添加某些表面活性剂,成膜后能由内部向表面扩散和排列,表面活性剂的亲油基伸向塑料内部,亲水基伸向塑料表面。但添加剂和塑料的相容性一直是个难点。相容性太好,添加剂就无法向表面扩散渗透,表面性能得不到改善;相容性太差,则添加剂有可能会全部析出到塑料表面,易于脱落和沾污。此外,添加剂还不宜有结晶性,否则在表面形成细小结晶,反而妨碍光线的透射。为此,两种表面活性剂混合使”用,可以防结晶。添加剂用量太少,不能形成单分子层,就没有防雾化的作用。反之,如添加剂用量太多,在表面形成的覆盖层大于十层分子,就会严重损害塑料表面性能,且使表面沾污。

2.1.1 ＰＥ塑料薄膜的防雾化

ＰＥ农用薄膜,在农业生产中大量采用。因此,其防雾化的问题就显得较为重要。将下面介绍的表面活性剂添加到ＰＥ物料配方体系中去,可以获得非常明显的防雾化效果。添加剂的用量是0.05%～2.5%,其ＨＬＢ值(亲水亲油平衡值)在4～14之间,要求每个分子含有2～10个ＥＯ基团(氧化乙烯基)和一个脂肪衍生物基团。常用的有多缩乙二醇单硬脂酸酯(ＥＯ=9),多缩乙二醇单月桂酸酯(ＥＯ=9),聚氧化乙烯月桂基醚(ＥＯ=4),聚氧化乙烯豆油酰胺(ＥＯ=2),聚氧化乙烯山梨糖醇单硬脂酸酯(ＥＯ=4),聚氧化乙烯山梨糖醇单月桂酸酯(ＥＯ=4),聚氧化乙烯山梨糖单辛酸酯(ＥＯ=5)等等。

实验发现将两种表面活性剂合用比单独用一种效果好,可以产生协同效应。通常采用的方法是在高碳脂肪醇类的氧化乙烯衍生物、烷基酚的氧化乙烯衍生物、高碳脂肪酸的氧化乙烯衍生物、甘油或山梨糖醇的脂肪酸酯类的氧化乙烯衍生物等表面活性剂中,加入三乙醇胺的磷酸盐,协同效应的结果是大大提高塑料包装材料的防雾化性能。实验中使用复合抗雾化剂以后,聚乙烯薄膜的表面润湿性良好,接触角可以降低到20°左右。例如聚氧化乙烯的月桂醇醚(ＥＯ=10)和三乙醇醚(ＥＯ=10)和三乙醇胺的磷酸盐的混合添加剂,可使塑料薄膜的防雾化有效期大大延长。

2.1.2 ＰＶＣ塑料薄膜的防雾化

在100份聚氯乙烯中,添加3～5份甘油的单脂肪酸酯,经挤出压廷和双轴拉伸后成为薄膜,在聚氯乙烯的玻璃化温度低5～15℃的条件下,热处理10ｈ以上,可得防雾化薄膜。例如,100份聚氯乙烯(聚合度Ｐ1050),3份甘油的单油酸酯(防雾化剂),3份顺丁烯二酸二丁基锡,35份增塑剂,制成薄膜后在50℃下处理10ｈ,接触角为24°,防雾化性优良。又如,聚氯乙烯100份,邻苯二甲酸二辛酯13份制成薄膜后,在50℃下处理10ｈ,接触角为22°,防雾化性优良。在聚氯乙烯中,添加多元醇脂肪酸部分酯和聚氧化乙烯山梨糖醇醚的脂肪酸酯的混合物,比单独使用一种表面活性剂有更好的防雾化功效。适当的表面活性剂包括甘油的单油酸酯,山梨醇单月桂酸酯,一缩二甘油醚单油酸酯,聚氧化乙烯(ＥＯ=20)山梨醇单油酸酯和季戊四醇单硬脂酸酯和聚氧化乙烯(ＥＯ=20)山梨醇单油酸酯2ｇ,可得最好的防雾化效果。

2.2 物理化学表面处理方法

纵观当今世界材料研究领域,对高分子材料表面处理以提高表面活性的方法有几十种之多,但涉及到防雾化研究的技术手段,可归纳为物理的和化学的两类。

2.2.1 物理处理方法

①紫外线辐射法,使表面形成羟基。②等离子体处理法,包括真空辉光放电法,电晕(火花)放电法,等离子体喷射处理法等,使表面引入亲水性官能团。③用等离子体聚合法,使塑料表面形成亲水性结构或疏水性结构。④用溅射刻蚀法(又称离子轰击法)进行表面处理后,再用其它方法亲水化或疏水化。

2.2.2 化学处理方法

①使用化学药品处理塑料表面,使表面亲水化。例如:用浓硫酸浸渍聚苯乙烯表面,使其表面带有亲水的磺酸基团,可使表面有最好的润湿性,它和水的接触角接近于0,即使结露也能保持透明。②先用化学处理法和用等离子体处理法,在表面形成羟基,再使表面的羟基和各种偶联剂反应,使表面亲水和疏水化。③用涂料涂覆表面,使表面成为亲水性或疏水性。例如用胶体二氧化硅则判定该批产品为不合格批;80份(3-脲基丙基),三甲氧基硅烷5份,ＳａｆｒｏｎＳ113阴离子表面活性剂15份,分散在水中可得到固体组分为2%的涂料,其稳定性在一年以上,把此涂料喷涂到低密度聚乙烯农用薄膜上,在60℃下干燥,所得薄膜抗雾化性可保持在6个月以上。④使表面的官能团进行接枝聚合。使表面亲水化或疏水化。⑤用表面活性剂溶液涂覆表面。

2.2.3 聚酯薄膜的防雾化

聚酯薄膜具有良好的透明度和耐久性,近年来国外广泛地用于农用薄膜。由于聚合的特殊工艺,不宜采用物料改性方法,但可以采用物理化学表面处理方法实施防雾化技术。以下的一些方法可以采用:厚度为0.050ｍｍ的聚酯薄膜可涂以聚氨酯溶液或明胶溶液,厚为2～3μｍ,干燥后再涂以聚乙烯醇溶液和改性聚酰胺或三聚氰胺树脂水溶液,厚度为5～7μｍ,在100～120℃下干燥10ｎｉｍ,可得防雾化薄膜。

类似的一种用塑料薄膜的水溶性的防雾化涂料含有带碱金属磺酸盐基团或聚醚基的饱和聚酯和2%～40%(以聚酯计)的非离子型表面活性剂。例如54ｍｏｌ对苯二甲酸,43ｍｏｌ间苯二甲酸,3ｍｏｌ5-磺酸钠基间苯二甲酸,45ｍｏｌ乙二醇和55ｍｏｌ新戊二醇缩聚而得一种聚酯,取此聚酯200份,用50份乙二醇单丁醚进行稀释,加热到170℃,再用373份水分散,然后用水稀释到含2%固体份,混入20%(以聚酯计)多聚乙二醇十八醇醚(亲水油平衡值ＨＬＢ15.3)的水溶液,以0.1ｇ/ｍ2的量涂到经电晕放电处理过的聚酯薄膜上,在130℃下干燥1ｍｉｎ,可得防雾化的涂膜,并有良好的耐水性。

3 防雾化的效果评价问题

目前有一种直观的检验方法,也是一种最为简便的评估塑料薄膜防雾化性能的方法,即在环境温度低于5℃时向塑料薄膜表面呼气,如表面出现泛白现象,则认为该薄膜防雾性能不合格,反之则合格。防雾化添加剂进入塑料基体后所产生的功效,就疏水性、亲水性、活性等几方面而言,有的是仅2、传统电源线曲折实验机原理传统电源线曲折实验机原理具有某种单一特性,而有的则是兼而有之,活性基团同时起到几个方面的作用。因此,评价防雾效果应综合起来分析,可行的技术测试方法是将样品放在45℃,100%相对湿度(饱和水蒸气压)的湿热试验箱中,高速冷却到20℃,记录表面结露时间。结露时间越长,说明防雾化效果越好。测定制件表面与水的接触角的大小进行比较也是评定效果的一项重要依据。

4 结语

薄膜防雾化课题中仍然有许多的技术问题有待我们去研究、去解决。不能仅从一个方面来看。建议将防雾化问题与其它目的相结合,有针对性地解决各种特定场合下使用半硬、软质塑料薄膜材料的不同方面的改性问题(装饰性、防老化、防氧化、抗腐蚀、防增塑剂挥发、渗透性、防刻划磨损、增强等等),同时收到多个效果,事半而功倍。

信息来源：中国塑料行业