喷涂型纳米SiOx复合防雾剂工艺及性能的研究

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我国是个农业大国,随着人们生活水平的提高和农用棚膜覆盖面积的扩大(主要是蔬菜、花卉类),市场对温室栽培类农产品的质量提出了更高要求,其中温室覆盖材料的防雾流滴问题一直是人们致力于研究提高的关键技术。目前通常使用内添加型防雾剂,其优点在于它与其他助剂及母料一次成型加工方便,并且它所制得的棚膜流滴持效期可以满足大部分作物一个生长周期的需要,能有效改善温室栽培的环境;但是目前棚膜寿命一般为2-3年,而其流滴持效期却只有3-6个月,即内添加型防雾剂不能完全满足棚膜使用期内对防雾流滴性能的要求。基于此,现在人们开始研究喷涂型防雾剂弥补内添加型防雾剂的不足,但已研究开发出的喷涂型防雾剂与膜材表面结合力不够强,随水流失速率太快,造成防雾流滴持效期不能完全满足农作物生长的需要,需经常反复喷涂,增加了生产成本。本论文针对这一现状,在实验室前期工作的基础上,提出利用无机纳米粒子改性喷涂型防雾剂的思路,一方面对相关理论进行分析补充;另一方面,其结果可对喷涂型防雾剂的制备工艺提供指导,为如何增强喷涂型防雾剂与膜材表面的结合力,延长防雾流滴持效期,扩大喷涂型防雾剂的应用范围提供新方向。本文研究的具体内容如下:1、针对喷涂型防雾剂的特殊性和纳米粒子的特点,分析考察了纳米SiOx粒子三个特征因素(粒径、比表面积以及表面羟基含量)对防雾流滴性能的影响,据此选择了适用于改性喷涂型防雾剂的纳米SiOx粒子——浙江弘晟材料科技股份有限公司生产的DP1型为代表的纳米SiOx。2、选择了三种不同分子结构的双亲性化合物作为所选纳米SiOx粒子的表面处理剂,并采用定量混和搅拌后静置观察的方法考察了其与防雾剂的相容性。由于防雾剂组分分子结构的特殊性(富含羟基的双亲性化合物),结果表明当纳米SiOx与防雾剂的质量比≤5:100时,分散体系均匀、热稳定性好,即可将纳米SiOx粒子直接进行分散于所选防雾剂中制得复合防雾剂。3、研究了纳米SiOx粒子的分散工艺。对影响纳米SiOx在防雾剂中均匀分散的四个主要因素(纳米SiOx与防雾剂的质量比,剪切分散强度,剪切分散时间,超声波分散时间)进行了正交设计实验。在改进国家标准GB/T 19603-2004方法基础上,对制得样品分别进行浸泡前后的流滴性能测试,并对初滴时间以及每十滴平均时间进行极差分析,结合十滴时候关系图得知,对初期防雾流滴性能影响最大的因素是纳米SiOx与防雾剂的质量比,其最佳工艺参数:纳米SiOx与防雾剂的质量比为5:100,剪切分散转速为1.6×104rpm(对应剪切分散线速度为15.6m/s),剪切分散时间为300s,超声波分散时间为2700s。由此工艺条件制得的样品浸泡前的初滴时间是380.29s,每十滴平均时间是231.09s,且流滴曲线比较平缓。对后期防雾流滴性能影响最大的因素是均浆机的剪切分散时间,其最佳工艺参数:纳米SiOx与防雾剂的质量比为1:100,剪切分散转速为1.6×104rpm(对应剪切分散线速度为15.6m/s),剪切分散时间为120s,超声波分散时间为1800s。在此工艺条件下制得的样品浸泡后的初滴时间是417.81s,每十滴平均时间是256.53s,且其浸泡后的流滴曲线波动很小。4、对纳米SiOx复合喷涂型防雾剂分散体系及使用时的喷涂表面分别进行了TEM和AFM微观结构表征。通过各项实验结果的分析、微观结构的表征,表明经强剪切分散和超声波分散相结合的分散处理,优选工艺所得浸泡前后性能良好的样品中,纳米SiOx均得到了纳米尺度上的均匀分散,在防雾剂防雾流滴过程中,纳米SiOx粒子起到桥梁的作用,将防雾剂较好地固定在膜材表面,增强防雾剂与膜材表面的结合力,减缓防雾剂随水流失的速率,从而延长了防雾流滴持效期,提高喷涂型防雾剂的防雾流滴性能。
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