关于农业用塑料棚膜流滴性能的探讨
中图分类号：TS176 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0271-02
我国是农业大国，农业是我国的基础产业之一，因此，农用塑料薄膜在我国的使用量非常大，堪称世界之最。塑料薄膜[1]具有保温、保湿、增产的作用，随着农业生产水平的提高， 塑料棚膜已经成为一个大的农膜品种，其种类、性能也有了多元化发展，应用前景更加广阔。
1.我国塑料棚膜的发展现状
50年代末，我国开始制造和使用农业用薄膜，在80年代开始研制和使用防老化防雾滴聚乙烯塑料棚膜，90年代初则开始研制和使用多层共挤多功能塑料棚膜。2000年以后，我国农膜生产企业和科研院所、生产企业紧密合作，加大技术创新力度，先后成功了研发PE流滴耐老化棚膜、EVA多功能棚膜及专用化棚膜等新型棚膜，极大的促进了棚膜行业的发展[2]。
我国棚膜按照材料不同，主要有聚乙烯（PE）棚膜、聚氯乙烯（PVC）棚膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）棚膜和调光性棚膜四种。
聚乙烯（PE）棚膜质地轻且柔软、易加工、透光性好、无毒，是我国主要的棚膜品种，其缺点主要有：耐候性及保温性差，不易粘接，所以生产PE大棚薄膜，必须加入耐老化剂、无滴剂及保温剂等助剂，改善棚膜的性能，才能应用于实际生产。
聚氯乙烯（PVC）棚膜保温性、透光性、耐候性较好，PVC无滴防老化膜具有防老化和流滴特性，透光性和保温性好，无滴性可持续半年之久，安全使用寿命达一到两年。应用广泛，是目前首选的高效节能型日光温室覆盖材料。
乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）棚膜是在分子链中引入5%-40%的醋酸乙烯单体，形成的一种低结晶度，高韧性，抗冲击好，透光性好，可回收的新型环保材料。
调光性棚膜是在PE树脂中加入稀土及其他功能性助剂制成的可以对光线进行选择透过性的一种覆盖材料。
2.流滴性能分析
2.1.流滴作用的宏观机理
塑料薄膜表面具有疏水性，水与薄膜之间界面张力大，当塑料薄膜表面温度低于环境大气的露点或周围处于高温高湿状态时，其表面会凝结很多细小水珠，这些微小水珠对光的反射阻碍了光线的通过，不利于作物生长，流滴剂就是防止塑料薄膜表面形成水滴的一类助剂，含有这类助剂的棚膜称作流滴性棚膜。
流滴性棚膜是棚膜原材料中加入流滴剂的一种功能性棚膜，流滴剂大多为非离子型表面活性剂[3]，这种活性剂是由亲水基团与亲油基团两部分组成。表面活性剂加入薄膜后随着分子运动逐渐迁移到薄膜外表面，覆盖在高聚物的低能表面上，使其表面能增高，同时，表面活性剂呈亲水基向外亲油基向内状，当水蒸气接触到薄膜表面时便被亲水基捉住，并借助于本身的活性所形成的低界面张力使水滴铺展开来。
亲水基团极性的强弱决定了亲水性的大小。亲水性强且亲油基长的流滴剂与树脂相容性好，迁移速率慢，持久防雾效果好；亲水性强但亲油基短的流滴剂迁移速率快，初期防雾效果好。此外，控制释放速度技术也是解决流滴持效期的有效方法。为提高聚乙烯膜流滴持效期，可以在加入普通非离子表面活性剂的同时，加入油酸锆、双酯酸锆、草酸锆等化合物。
2.2.国标中流滴性能的测定及注意事项
作为透光温室覆盖材料的塑料薄膜，流滴性能是其最重要的一项检测指标。在2005年6月国家标准发布以前，各生产厂家只有一些简单的测试方法和经验判断方法[4]。归纳起来分为4类方法，用于分析材料的流滴性：根据固体表面润湿原理测量其接触角和表面润湿张力，判断塑料表面的润湿性能；根据塑料表面的露滴凝集现象；测定结露条件下材料透光率下降的程度；现场目测法。实验室采用的流滴性能评价方法主要有以下5种：
流滴持效期：在室温下，取一块20cm*20cm，厚度约为0.08-0.12mm的薄膜，罩于装有400ml水的容量为500ml的烧杯上，将烧杯分别置于水温为60℃和80℃的恒温水槽中，将烧杯呈现15℃的倾斜角，然后观察流滴膜表面的雾滴情况。60℃时膜上雾滴面积超过膜面的1/3视为失效，80℃时超过1/2视为失效。流滴膜从开始使用到失效所经历的时间即为流滴持效期。
初期流滴性：在罩有薄膜的500ml烧杯里加人400mL的60℃的水，保持水温恒定，观察15min内薄膜表面的雾滴情况。
高温流滴性：在烧杯中放入（50±2）℃水至离烧杯口缘下3cm处，用待测样品封口，将烧杯置于（50±2）℃恒温槽中，等20min后，观察膜内表面水的凝聚情况，以水的结露百分率作为评分标准。
持久流滴性：将试样分别浸泡6h，12h，18h，24h，48h，然后取出凉干，再进行高温流滴性评价。
其他性能的测定：用紫外分光光度计测无滴膜在500nm时的透光率；用接触角测定仪测定无滴膜与水的接触角；将无滴膜在浸泡前和浸泡后进行红外光谱分析。
以上方法虽能说明问题但是缺乏专业技术的支持，并且操作复杂，不可控因素较多，而GB4455-2006《农用中聚乙烯吹塑棚膜》标准中明确规定了用初滴时间和流滴失效时间两个指标来对聚乙烯流滴耐老化棚膜的流滴性能进行判定。标准中提到了流滴性能、流滴性能失效、初滴时间、流滴性能失效时间等概念，规范了试样的状态调节、试验标准环境、试验仪器和失效面积计算方法等重要因素，内容为：首先将试样按照GB/T2918-1998中的规定在（23±2）℃的标准环境中放置不少于4小时后测试，同测试环境；其次将装有三分之二水的流滴试验仪60℃恒温预热30分钟后，将棚膜测试面朝向流滴试验仪，放上压板，压锤尖对准试样画出的圆心并拧紧喉箍，使试样绷平且松紧合适。此时试样薄膜以向下与水平呈45。的倾斜角扣在试验仪上，与仪器形成封闭环境。然后启动秒表，观察试样内表面露滴凝聚的情况，记录初滴时间，以秒（s）为单位。最后应每天观察至少一次，随时记录流滴性能失效面积比，当在标准规定的天数内出现白色露滴≥30.0%。有滴面积≥50.0%两种情况之一时试验结束，此时的时间为流滴性能失效时间，以天（d）为单位。 试验中的注意事项：
（1）区分棚膜的正反面，一定要将测试面朝向流滴试验仪，因为流滴性能试验仪模拟的一边是大气环境一边是封闭的植物生长环境，如果测试面装反，试验结果就没有任何意义。
（2）保证试验在标准环境（23±2）℃中进行，试验仪器要摆放在干净无风的平稳台上，尽量远离窗户，保证试验大环境无太大的风流量，因为风会带来冷空气使试样内外表面形成气温差，这样一来就会加剧露滴形成，影响试验结果。
2.3.棚膜流滴性能的重要性
流滴性棚膜的制备是一个比较复杂的工艺过程，要考虑到薄膜厚度，聚合物加工条件，添加剂的热稳定性等等因素，才能制造出合格的流滴性棚膜。假如棚膜的流滴性能不合格，可能会出现棚膜在很短时间内聚集大量水珠，水珠会导致入射光线发生反射或折射使透光率下降，从而导致植物的生长速率下降，农作物成熟延迟，最终减产；也有可能水滴起到了透镜作用，透热透光聚集在脆弱的植物组织上，烧坏农作物。由此可见流滴性能合格是棚膜才能对植被起到保护作用。
3.塑料棚膜发展中存在的问题及建议
3.1.塑料棚膜发展及存在的问题
我国塑料棚膜产量及用量虽大，但农膜生产水平低于世界发达国家水平，很难满足要求，千万吨以上的制造厂商仍然很少， 小规模工厂很多， 企业研发技术投资少、规模小、效益差，很难创出著名商标产品，再加上市场中出现不正常的竞争现象，导致棚膜质量的不稳定。
目前，国内厂家生产的塑料棚膜从品种和种类上还相对比较单一。虽然我国近年来相继开发成功了PE耐老化、流滴耐老化棚膜、EVA多功能棚膜及专用化棚膜等新型棚膜，但它们的应用份额还很小。
按照农作物的生长需要，可以划分为三类农用塑料棚膜，即普通塑料棚膜、功能塑料棚膜、控制性功能塑料棚膜（包括光谱选择、光谱转换、功能控制等）。而我国现有的国家标准GB4455-2006《农业用聚乙烯吹塑棚膜》仅适用于聚乙烯普通棚膜、耐老化棚膜和流滴耐老化棚膜，对功能性棚膜、控制性功能塑料棚膜缺少规范的要求和标准，特别是对于棚膜的有效使用寿命（耐候性），无滴有效期，没有符合工业生产要求的统一的检测方法和标准。
3.2.建议
在我国、塑料棚膜的使用量[5]，虽然占世界前列，但棚膜的技术含量较低，大多数为普通棚膜。功能性棚膜仅占20%-25%，主要是长寿（耐候）防流滴功能。要加快我国调整塑料棚膜产品结构的速度，我们可以从国外引进棚膜的新材料新品种和新技术，选择性的借鉴国外先进经验，当然，标准现状的改善，同样与整个市场环境的改善、企业诚信体系的建设、企业执行标准的力度和程度息息相关。完善我国农业用棚膜法规管理体系任重道远， 现阶段我们应充分加强国际交流，有效利用国外资源，研究成熟、先进的管理经验，使我农业用棚膜管理体系日趋完善。
