張 浩，劉 佳，孫緒軍

納米噴涂式農(nóng)膜防霧涂層的制備

張 浩，劉 佳，孫緒軍

（連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇連云港222006）

通過預(yù)先制備納米SnO2/SiO2/TiO2溶膠，并研究其在涂布附著力促進劑的聚乙烯膜材的各項性能。實驗結(jié)果表明，涂膜具有超親水防霧性能，優(yōu)異的透光性。在聚乙烯膜上應(yīng)用持效期可以達到10-12月，可保證作物在整個生長周期內(nèi)不受霧滴危害。

SnO2/SiO2/TiO2；聚乙烯膜；防霧

溫室大棚是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要設(shè)施之一,它改變了傳統(tǒng)種植方法對自然條件的依賴。有效地提高了單位面積上作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,相對降低了生產(chǎn)成本。因此溫室大棚種植技術(shù)在農(nóng)業(yè)和種植業(yè)中正在逐步取代傳統(tǒng)種植技術(shù)而被人們所接受。為了解決普通聚乙烯棚膜使用中的霧滴問題和彌補無滴膜流滴持效期短、霧氣大的缺陷，我國近年有很多廠家先后研究開發(fā)出多種外噴式防流滴、消霧劑噴液。但是多是雙組分產(chǎn)品，噴涂后的農(nóng)用棚膜流滴持效期預(yù)期一般是3-6個月。有些外噴式噴液中加有親水性高分子物質(zhì)，如:聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚氨酯等等樹脂或乳液。使得噴液能在棚膜表面形成一層透明的雜化膜,增大了噴液同棚膜的吸附作用，延長了噴液的流滴持效期,但親水性高分子對水有一定的吸水率和溶脹性,有些高分子物質(zhì)甚至?xí)僖淮稳芙庠谒小．?dāng)水浸濕鋪到棚膜及雜化膜之間，會減少界面相互作用力,雜化膜會逐漸溶脹、脫落，導(dǎo)致防流滴、消霧性能失效。有些噴液中添加了有機溶劑，利用有機溶劑對棚膜樹脂的溶解、溶脹性能，在棚膜表面形成活性缺陷，高表面活性的納米粒子優(yōu)先同活性缺陷相互作用，在某些條件下甚至于會形成一些化學(xué)鍵，存在于缺陷內(nèi)部，達到長時間的防流滴、消霧的功能。在這種噴液中含有的有機溶劑對棚膜樹脂有侵蝕作用，條件稍微改變甚至于會導(dǎo)致棚膜表面有蝕化，影響了棚膜的透明性和霧度，而且由于大量的有機溶劑的加入，會降低納米SiO2、納米氧化鋁的親水性，甚至于會得不到親水性涂層。有些噴液對稀釋用水有要求,水中所含的離子會同噴液反應(yīng)，降低其防流滴、消霧的性能。市場上的大多數(shù)產(chǎn)品是雙組分的外噴式防流滴、消霧劑噴液，一旦用自來水稀釋混勻后必須在短時間里全部用完，否則放置一段時間之后，稀釋液會有沉淀產(chǎn)生，甚至于失效。

我們研制出噴涂型防霧滴劑。其特點為單組分的納米無機粒子與復(fù)合表面活性劑的分散液,其噴涂于聚烯烴棚膜內(nèi)表面可達到防霧滴功效,持效期可達到10-12個月?？杀ＷC作物在整個生長周期內(nèi)不受霧滴危害，失去流滴消霧性能的聚乙烯功能膜，可用噴涂型防霧滴劑進行補救，以達到延長防霧滴持效期,滿足作物生長需要的目的。

1 納米防霧劑的制備

1.1 納米SnO2/SiO2/TiO2復(fù)合水分散液的制備

在開啟磁力攪拌條件下，將硅酸四乙酯、鈦酸四丁酯、無水酒精混合均勻，然后滴加95%酒精，滴加完成后60°保溫一段時間，得納米SiO2/TiO2溶膠。

1.2 納米SnO2/SiO2/TiO2溶膠的制備

在開啟磁力攪拌條件下，將納米SnO2溶膠加到納米SiO2/TiO2溶膠中，再滴加80%酒精，滴加完成后60°保溫一段時間，最后將pH值調(diào)為9～10，得納米SnO2/SiO2/TiO2透明無色溶膠。

1.3 納米SnO2/SiO2/TiO2凝膠涂膜的制備

將普通硅酸鹽玻璃清洗干凈，采用浸漬-提拉的方法制備玻璃涂膜，玻璃涂膜常溫干燥，干燥溫度為5～30℃。

2 農(nóng)膜噴涂

2.1 農(nóng)膜材料的預(yù)處理

首先將農(nóng)膜材料進行預(yù)處理，方法如下：(1)將PET基體先用蒸餾水超聲清洗30min，以去除表面黏附大顆粒物；(2)在無水乙醇中超聲清洗30min，去除表面油污等有機物雜質(zhì)；(3)活化處理基體，用10%的氫氧化鈉活化處理；(4)最后放入去離子水中徹底清洗干凈并將基片晾干待用。

2.2 涂膜與固化

材料：無水乙酸，附著力促進劑NC308，聚乙烯膜，一次性注射器，塑料板，毛刷取四快靜電膜，涂覆NC308，兩塊用酒精清洗，清洗后晾干，一塊常溫固化，一塊通過烘箱110℃2小時，加熱快速固化；另兩塊直接涂覆，條件同上。

納米SnO2/SiO2/TiO2凝膠,直接噴液在聚乙烯棚膜上,使噴液對棚膜完全潤濕,形成一層連續(xù)、透明的水膜,讓濕膜在室溫條件下自然干燥或60～80℃烘干即可。

3 結(jié)果與討論

3.1 涂膜的超親水性

通過對不同材料的超親水性研究，科研人員提出以下兩種機理[1]。一種認(rèn)為超親水性與材料的電子空穴對有關(guān)，另一種認(rèn)為超親水性與材料表面的粗超度有關(guān)。由于常規(guī)方法很難得到穩(wěn)定的超級粗糙度表面材料，目前關(guān)于超親水的研究，主要集中在材料的電子空穴對研究上。由圖1藍色圈中可以看出，納米SnO2/SiO2/TiO2凝膠涂膜的水接觸角在5°以下，達到超親水性能的要求。該涂膜在背光的條件下測得，沒有經(jīng)過紫外光的照射，其可見光超親水性與SnO2有關(guān)（圖1紅色圈是塑料表面沒有涂覆的效果圖）。

圖1 涂膜表面接觸角為3.7°

納米SnO2是光致發(fā)光材料，其發(fā)光區(qū)域不僅紫外光區(qū)存在，可見光區(qū)也有[2]。與禁帶寬度3.62 eV相對應(yīng)的紫外光區(qū)發(fā)光峰在342 nm處（受納米尺寸大小影響，相應(yīng)會發(fā)生漂移），可見光區(qū)發(fā)光峰在560～600 nm（2.07 eV）處，研究認(rèn)為發(fā)光峰由納米SnO2的氧空位引起。當(dāng)納米SnO2與納米SiO2/TiO2復(fù)合后，微觀上存在氧空穴，空穴具有超親水性，因液滴尺寸遠遠大于空穴尺寸，故宏觀上表現(xiàn)出超親水性。

3.2 涂膜防霧性能

農(nóng)膜表面霧氣產(chǎn)生的機理[3]：水蒸氣在表面凝結(jié)，因無法得到均勻鋪展，在表里生成微小液滴，可見光的波長比液滴尺寸小，在液滴表面形成漫反射。

由圖2可以看出，納米SnO2/SiO2/TiO2凝膠涂膜對水蒸氣具有很好的防霧性能。試驗方法如下：先將方格紙放入玻璃燒杯底部，然后向燒杯內(nèi)加入70℃溫水，再將普通農(nóng)膜和對比的涂膜農(nóng)膜同時放到燒杯上。從圖2可以看出：涂膜玻璃片上的液滴可以均勻鋪展，能清楚地看到燒杯底部的方格；普通玻璃片上的液滴不能鋪展，表面呈現(xiàn)霧狀，無法看到燒杯底部的方格。

圖2 涂膜的防霧性測試（玻璃燒杯水溫70℃）

3.3 涂膜透光性

用紫外-可見分光光度計測定普通農(nóng)膜和涂膜農(nóng)膜的透射率。由圖3可以看出，涂膜的農(nóng)膜對光起增透作用。其中普通農(nóng)膜對光的平均透射率為69.299，涂膜農(nóng)膜對光的平均透射率為71.998，增投率達3.89%，最大透光率波長在555～565 nm處。

圖3 普通農(nóng)膜和涂膜農(nóng)膜的透光率（紅色：普通農(nóng)膜，黑色：涂膜農(nóng)膜）

3.4 涂膜農(nóng)膜的自清潔性能

農(nóng)膜長期在戶外工作，一年四季都要經(jīng)受風(fēng)吹、日曬、雨淋及外界污染，表面的污垢會不斷增加，污垢層的增厚必然會減少太陽光的透過量，進而影響農(nóng)膜的使用效率。

納米SnO2/SiO2/TiO2涂膜具有超親水、抗靜電、有機物不易在表面附著的特點[4]。并且附著的灰塵容易被雨水沖刷掉，能保持自清潔。將普通玻璃一半用納米SnO2/SiO2/TiO2涂膜，60°置于室外，平均1個月測試一次透光率，測試前用噴霧器水洗60s，一年測試結(jié)果，涂膜玻璃比普通玻璃透光率提高8.32%（12次平均）。

3.5 結(jié)論

采用溶膠法制備納米SnO2/SiO2/TiO2溶膠，浸漬-提拉法在玻璃表面涂膜，涂膜常溫干燥。涂膜無須紫外光照射，背光測試條件下，具備超親水性，其中水在玻璃涂膜上的接觸角為3.7°。水蒸氣試驗具有很好的防霧性能，對光的增投率為3.89%。一年測試的結(jié)果表明：室外自清潔效果比較明顯，透光率平均提高8.32%。

［1］ 孫琳.雜化Ti O2多孔薄膜及其無紫外光輻照下的超親水特性[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

［2］ 周曉明.Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體/二氧化錫納米結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的制備及其應(yīng)用性能研究[D].長春：吉林大學(xué)，2013.

［3］ 封玉鳳,王利新.自清潔防霧玻璃的研究進展[J].玻璃與搪瓷，2013(1):39-42.

［4］ 馬穎,彭錦雯,李淑靜,鄧衛(wèi)星.玻璃防霧涂層的研究進展[J].膠體與聚合物，2011(1):43-45.

The Lining-up of Anti-fogging Agriculture Plastic Film

ZHANG Hao，LIU Jia，SUN Xu-jun
（School of Medicine and Chemical Engineering，Lianyungang Technical College，Lianyungang 222006，China）

By preparing SnO2/SiO2/Tio2sol,the paper makes a study of the performances on polyethylene membrane material,a coating adhesion promoter.The result shows that the film has great performance in anti-fogging and light guiding.The PE film can keep working for 10-12 months,keeping crops from the fog drop during their growth cycle.

SnO2/SiO2/TiO2；PE film；Anti-fogging

O62

A

1009-4318（2017）03-0001-03

2017-05-28

江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（201611050009Y）

張 浩（1967-），男，江蘇徐州人，連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院研究員級高級工程師，博士，主要從事納米材料方面的研究。