农用薄膜选择基础树脂的方法和具体应用

一、前言

   我国是一个农业大国，13亿人口中9亿分布在广大农村乡下，决定了农业是国民经济的基础，实现农业的可持续发展是关系到我国国民经济健康发展和社会稳定的大事，政府一向把农业放在首位来抓。农用薄膜是我国塑料工业中 重要的部分，是现代化农业发展中生重要的生产资料，农用塑料在现代农业科学技术中起着越来越重要的作用。中国农用薄膜产量居世界首位，是其他所有国家总和的1.6倍。据不完全统计，目前全行业已拥有大小规模不等的农膜生产企业近千家，生产能力200万吨以上，实际年产量超过100万吨，其中年生产能力超过万吨的约60家。

   大型骨干企业约30家，其生产能力和年产量均占全国总量的60％，棚膜的耗用量已达70万吨，地膜年销量45万吨，农地膜覆盖面积在2.2亿亩以上，农地膜实际消费量已经超过110万吨。据农业部的预测，2005年，我国可覆盖的地膜面积和棚膜面积分别为5.5亿亩和5000万亩。园艺设施栽培面积将达到2300万亩左右。农用塑料对农业起着增产、增收、防灾、减灾、节水的作用，从而对促进农业的持续发展，保证农产品的有效供应，增加农民的收入，保持社会稳定都具有十分重要的意义。

  二、农膜生产对基础树脂性能要求

   农用棚膜用原料主要有PE、PVC、EVA，国外还有PET及ETFE（乙烯－四氟乙烯共聚物）。地膜目前主要以LLDPE为主，为增加透明度和降低负荷，也有少量共混一点LDPE的。

   根据农膜的功能，选用正确的树脂，对农膜的耐老化、保温性、透光率、流滴性等技术指标起着重要的作用。

   对原料的基本要求

   1、良好的光学性能，即较高的透光率、较低的雾度；

   2、良好的光泽度；

   3、良好的耐老化性能；

   4、良好的物理机械性能；

   5、良好的保温性能，即较高的红外线阻透率；

   6、与功能助剂有良好的相溶性；

   7、良好的成型加工性能；

   8、 的性价比。

   根据使用条件选择覆盖材料

   实际上一种原料很难兼顾到以上全部性能，在应用中需根据使用条件加以取舍。例如：普通、节能型温室多采用PVC、EVA做覆盖材料，大中冷棚采用低VA含量EVA、PE做覆盖材料；而小拱棚基本全部使用PE做覆盖材料。

  （一）、树脂与耐老化性的关系

   农用塑料在使用过程中，受到阳光照射、高低温变化、降水作用和农药喷施、二氧化硫等因素的影响，会逐渐老化，其中 重要的是阳光中紫外线的辐射。因此选择耐紫外线老化的树脂是制备长寿命薄膜的必需。

   1、基础树脂种类

   不同的基材其耐老化性是不同的。导致高聚物降解的敏感波长和高聚物典型化学键键能见下表：

  表1 常见农用树脂光降解敏感波长聚合物种类光降解 敏感波长（nm） PE 300 EVA 280 PVC 310

  表2波长能量和聚合物典型化学键键能波长（nm） 光线能量（kJ/E） 化学键类型 化学键能（kJ/mol） 290 419 C-H 380-420 300 398 C-C 340-350 320 375 C-O 320-380 350 339 C-Cl 300-400

   可以看出紫外线的能量明显高于高聚物的典型化学键能，相比较而言，EVA中的C-O、PVC中的C-Cl更易断裂，导致高聚物降解。

   2、基础树脂的分子结构

   一般情况下，MFR（熔体流动速率）是选择树脂的首要指标，MFR低的树脂相对老化性能要好。另外，分子量、分子量分布、支化度、合成过程中残留杂质的影响也不容忽视。

   分子量高、分子量分布窄耐老化性好在行业中已达成共识。而支链数多表明高聚物本身的叔碳原子增多，这些弱键易受攻击而导致降解。这就是一些MFR较小而其老化性能却较差的原因。

  （二）、光学性能与树脂的关系

   农膜基础树脂的光学性能主要受结晶度和结晶尺寸的影响。结晶度越低，结晶尺寸越小，则透光率越高、雾度越小。农膜常用聚合物的光学性能由优到劣的排列为PVC＞EVA＝mLLDPE＞LDPE＞LLDPE。其中PVC为无规非晶相结构，光学性能极优。如表3实测数据所示：表3薄膜品种与透光率和雾度薄膜品种 厚度（mm） 透光率（％） 雾度（％） PVC三防膜 0.12 92 2 EVA三防膜 0.08 90 9 PE三防膜 0.08 89 17

  (三)保温性与树脂的关系

   1、基材的红外线阻透率

   红外线阻透率是衡量薄膜保温性能的主要指标。因为棚内热量主要是土壤热量以红外线的方式向外辐射的。各种基材的红外线阻透率如表4：

  表4薄膜品种与红外线阻透率品种 PVC / % EVA（VA14%） / % EVA（VA5%） / % PE / % 7-14um远红外线阻透率 80 72 55 25

   2、不同材质的导热性

   农膜作为保温材料，要求其导热系数越低越好，PVC等基材的导热系数由低向高排列依次PVC＜EVA＜PE。

   综上，以PVC为材质的农膜保温性 ，其次是EVA、PE。

  （四）树脂与助剂的相容性

   通常情况下，分子极性大、结晶度低的树脂与助剂相容性好于分子极性弱、结晶度高的树脂。在实际应用中也证明了这一点。以内添加型双防膜为例：PVC双防膜的流滴期可以做到6个月；EVA双防膜流滴期在4-5个月；PE双防膜的流滴期只在3-4个月范围内。

  三、目前市场上流通原料的使用情况

  （一）PE

   PE具体一般分为LDPE、LLDPE、HDPE。在农用薄膜上广泛应用的是LDPE、LLDPE。在实际应用中是按具体使用方式不同比例共混。

   1、LDPE

   LDPE与LLDPE相比，成型加工性良好，制品柔软、透明度、耐低温性良好。

   （1）棚膜生产用LDPE 树脂

   实践表明，PE长寿棚膜生产，应优先选用MFR=0.3～0.4g/10min的农膜专用料或重包装级料。国产牌号应用比较成熟的有燕山石化的LD163、LD165、2F0.4A，齐鲁石化的2100TN00等，进口的有美国埃克森LD165、荷兰2100TN00、卡塔尔FB3003等。PE多功能棚膜宜选用MFR=0.3～0.8g/10min的农膜级用料，在行业中应用比较成熟的有北京燕化LD150、齐鲁石化2101、美国埃克森LD150。在小拱棚的生产中，大庆18D（MFR=1.5g/10min）、北京燕化LD100（MFR=2.0g/10min）、上海石化N150（MFR=1.5g/10min）应用比较广泛。

   （2）地膜生产用LDPE

   在地膜生产中已采用LLDPE为主要原料，为降低加工负荷和改善透明度，有的企业加入少量LDPE，可采用MFR=1.5～2.0g/10min的树脂。北京燕化LD100应用效果较好。

   2、LLDPE

   LLDPE具有线性主链，与LDPE相比，分子量分布较窄，支链短。由此决定LLDPE的机械性能、耐老化性能好于LDPE，这一特点在薄型膜上表现特别突出，但其加工性能、光学性能差于LDPE。

   （1）棚膜 用LLDPE

   生产宽幅PE功能棚膜，实践证明应优先选用MFR=0.8～1.0g/10min的农膜级用料，应用比较成熟的有国产牌号天津石化9085、扬子石化1081等，进口牌号埃克森1001、沙特118N、美国陶氏2045等。生产小拱棚可选用MFR=0.8～2.0g/10min膜级LLDPE，应用比较成熟的有国产7042、0209AA，进口品牌有埃克森1002、沙特218等。

   （2）地膜用LLDPE

   国内企业生产地膜通常选用MFR=0.8～2.0g/10min的LLDPE生产地膜。国产牌号7042、9020、1082等已成熟应用。但不同厂家的同一牌号在使用过程中也不尽相同，有的使用良好，有的易出现晶点、有吹膜膜泡不稳易有掉刀现象。进口牌号有加拿大0218D、埃克森1002、沙特218W等应用较好。

   3、mLLDPE

   国际上近年来新开发的茂金属线性低密度聚乙烯以其优异的光学性能和突出的力学性能已成为生产薄型、高强度、高光效棚膜的 基础原料之一。应用比较成熟的有埃克森的ECD342/341、日本三井公司的SP1520等。

  （二）EVA

   一般的EVA农膜应用在日光温室。在生产中多采用多层复合共挤出吹膜技术。以三层复合为例，在内层（扣棚）使用VA含量5～9％，MFR=0.3～1.0g/10min；中层使用VA含量9～14％，MFR=0.3～1.0 g/10min；外层（扣棚）选用LDPE＋LLDPE（或mLLDPE）共混作为骨架<