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蓬勃发展的中国塑料薄膜行业

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中国自生产农用塑料薄膜至今,取得了两个世界第一,即产量第一和覆盖面积第一,大致相当于世界其他国家总和的1.6倍。农用塑料薄膜主要是棚膜和地膜,另外还包括遮阳网、防虫网、饲草用膜以及农用无纺布等。塑料薄膜广泛用作日光温室、塑料大棚及各种塑料小拱棚的覆盖材料。棚膜年耗用量已达70万吨,覆盖面积达5000万亩;地膜年消耗量约45万吨,覆盖面积在2.2亿亩以上。随着农业科学技术的迅速发展,对农膜的需求量将会继续增长。据不完全统计,目前全行业拥有农膜生产企业近千家,生产能力达200万吨以上,其中年生产能力万吨以上的企业约60家,大型骨干企业约30家。

棚膜覆盖栽培技术早在50年代末期就已经开始应用,该技术不仅能促进作物生长,使作物增产,而且实现了果蔬在寒冷季节的栽培。棚膜按照功能分有:长寿命膜、无滴膜、保温膜、转光膜、漫散射膜、反光膜等。我国目前棚膜材料以聚乙烯(PE)为主,另有部分聚氯乙烯(PVC)、乙烯/乙酸乙烯(EVA)、茂金属聚乙烯(mPE),国外还有用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)制备棚膜,虽然性能优异,但是由于价格昂贵,用量较少。

塑料地膜能起到保温护根、防冻、保墒、调节光照、节水、除草,以及控制土壤盐碱度的作用,进而促进作物早熟,提高作物产量和质量。地膜按照功能分有:普通无色透明膜(又称有滴膜)、无滴膜(又称流滴膜)、光效膜(包括有色膜和转光膜)、除草膜、保温膜、可降解膜、耐老化膜、渗水膜(包括小孔膜和微孔膜)等。我国目前地膜材料以聚乙烯(PE)为主,另有部分聚氯乙烯(PVC)。虽然乙烯/乙酸乙烯(EVA)膜与PE膜相比,保温性、透明性好,与无滴剂有较好的相容性,拉伸性好而易成膜,且耐老化、耐冲击,但由于价格较贵,用量较少。若其成本降低,预计用量会逐步增加。

1、长寿命耐老化薄膜

吹膜设备

我国生产的耐老化棚膜多为较薄型棚膜(厚度为0.06mm~0.10mm),其使用寿命一般达到1.5~2年,与国外较厚(厚度为0. 18mm~0.20mm)的棚膜相比,使用寿命尚有较大差距,如日本的PVC长寿命膜可以使用2~3年,PET膜可以使用10年。通过优化通用树脂材料和稳定剂,可以延长棚膜的使用寿命。具体来说,在优化基础树脂材料方面,农膜生产企业往往以熔体流动速率(MFR)为依据,选用分子量较高、分子量分布较窄、支链数较少的树脂来生产耐老化PE棚膜。此外,基础树脂的过渡金属离子残留量、结晶形态和结晶度等也是优化功能化棚膜的重要指标,如北京燕山石化公司、齐鲁石化公司、天津联合化学公司等已经开发出了用于功能性PE棚膜生产的专用树脂;在添加复合无毒光稳定剂,开发高效耐老化体系方面,我国已应用十多年的GW540/2002耐老化体系,因有严重刺激性和致敏性,需要逐步被无毒耐老化体系替代。国外的无毒聚合型受阻胺光稳定剂目前已相继进入我国市场,其中有瑞士汽巴精化公司、美国氰特公司、瑞士科莱恩公司、意大利3VSigma公司等,但国外推出的聚合型受阻胺光稳定剂价格较高,我国大部分厂家还难以承受。北京市化学工业研究院推出的BW6911新型光稳定剂和6911/B215耐老化体系,不仅性能优异,而且价格便宜。采用该体系生产的聚烯烃棚膜在东北、华北、西南地区应用后都取得了令人满意的效果,较好地克服了“背板效应”,延长了棚膜使用寿命,值得进一步推广应用。

地膜对耐老化性能的要求没有棚膜高。在塑料地膜中,PVC是最早使用的地膜树脂,具有强度高、抗紫外线、耐老化、透明性和保温性好的特点,但是因为密度大、膜厚、配方工艺复杂、成本高,已经逐渐被PE膜替代。目前,除东北三省和山东部分地区外,其它地区几乎都使用PE膜。在PE地膜中,HDPE、LDPE、LLDPE这三种聚乙烯均有应用,其中,HDPE强度高,但是不耐老化;LDPE强度低,但透光性好;LLDPE强度好且耐老化,所以LLDPE最适合做地膜材料。考虑到成本,我国耐老化PE地膜料多以70%的LLDPE与LDPE共混。

2、防雾流滴膜

有滴膜膜内温度高,适用于春秋两季,对喜温作物效果好,缺点是膜内易形成雾滴,影响透光。无滴膜(又称流滴膜)表面含亲水物质,膜内水滴顺膜流下,湿度低,透光性好,膜内外温差大,性能普遍优于有滴膜。为了改善膜的流滴性能,一般可以通过对膜进行表面极性改性或是添加流滴剂,在应用时往往同时添加或在膜表面涂覆流滴剂与防雾剂,即使之兼有防雾和流滴的功能,从而进一步提高膜的透光性。流滴剂为多种非离子型表面活性剂复配物,消雾剂为特殊型表面活性剂,如含氟表面活性剂和/或含硅表面活性剂。研究发现,流滴剂与消雾剂的“配合效应”至关重要。北京市化学工业研究院和临安市塑料化工助剂厂都开发出了流滴消雾效果良好的流滴消雾体系。涂覆型流滴消雾剂原来是为了起到补效的作用,以使膜的性能和寿命能够尽量同步,而目前对于涂覆型流滴消雾体系的开发,已经成为制取功能化棚膜的重要途径之一。

3、光效膜

对于棚膜来说,为了获取促进作物生长的阳光,往往在膜中添加转光剂,而在地膜中则较少使用转光剂,更多使用的是有色膜。在转光剂的开发应用方面,只有以转绿光为主才能真正发挥光转换作用。目前已在转光棚膜生产中应用的转光剂主要有稀土转光剂或有机荧光颜料组成的转光剂。湖南师范大学发光材料研究室开发的“单基双能稀土转光剂”具有将紫外光转换为蓝光和红光并将绿光转换为红光的功能,具有较好的应用效果。有些企业生产的转光棚膜还被称为高光能膜、光生态膜、高光质膜等。北京华盾塑料公司开发的高光能棚膜具有激发光谱和发射光谱较宽的特点,蓝光区(420nm~460nm)和红光区(620nm~660nm)的发射光谱有较高的相对发光强度。由于蓝紫光有利于作物生长,红光能促进果实形成,因此可使作物提前成熟,前期产量增高,有较好的增产增收效果。

双向拉伸薄膜生产设备

地膜中有色膜的品种较多,以适用于不同作物。如紫色膜能透过红、蓝光并吸收绿光,可提高菠菜产量,延长上市期;红色膜能透过红光和蓝光,促进黄瓜生长;银灰色膜和铝箔反光膜具有较强光反射作用,能驱蚜虫、保地温、对光照不足的作物果实背面进行补光、促进果实着色、提高果实产量和含糖量。有色地膜材料一般为PE,也有少量PVC,颜料是以色母粒的形式进行添加。各类有色地膜多为单层膜,除了铝箔反光膜和黑白双面地膜为复合膜。无论是转光棚膜,还是有色地膜,都朝着高效能和专用化方面发展。

4、多功能复合膜

随着生产技术的提高,农膜向着可同时满足长寿命、保温、消雾、透光性好的多功能性薄膜的方向发展。先进的三层共挤复合吹膜工艺技术已在较多企业生产中得到成功应用。有的企业采用内冷装置提高了宽幅吹塑膜泡的稳定性及棚膜的透明性,并改善了棚膜的流滴性;有的企业已采用国产三层复合宽幅吹膜机组,能够生产宽度12m~20m的功能性棚膜;一些企业改进了吹塑膜泡插叠机构和牵引卷取技术,有效地解决了棚膜折叠部位的蠕变问题,提高了棚膜平整性;有的企业改进了母料制造工艺、树脂与母料混合工艺及挤出工艺技术,使功能助剂在棚膜中分散得更均匀、更稳定,从而提高了功能性棚膜的质量。如添加了流滴消雾体系和无机保温剂的EVA多功能三层复合棚膜(厚度为0.10mm)在辽宁省沈阳市郊区、辽中县和鞍山地区等覆盖越冬效果较好。

5、可降解农膜

为了解决农膜的白色污染问题,除了加强对耐老化农膜的回收以外,更重要的是加强对降解地膜的开发与应用,这也是农膜的一个发展趋势。传统的可降解地膜主要是通过共混法制备,即在聚乙烯树脂中掺入可被生物降解的物质,或者添加光降解剂等其它成分,使其在使用中可局部先发生破裂,进而大片薄膜变成不被注意的小碎片进入土壤,然而这只是将显形污染变成隐形污染,而并未从根本上解决土壤污染的问题。目前可降解地膜开发的热点是用其它结构的可降解高分子材料来替代加入光降解剂的聚烯烃,或者将新型可降解材料与聚烯烃、降解剂共混,把生物降解和光降解结合起来,提高降解效率和可控性,从而从根本上解决降解不完全的问题。

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