纳米喷涂式农膜防雾涂层的制备

张 浩，刘 佳，孙绪军

纳米喷涂式农膜防雾涂层的制备

张 浩，刘 佳，孙绪军

（连云港职业技术学院医药与化学工程学院，江苏连云港222006）

通过预先制备纳米SnO2/SiO2/TiO2溶胶，并研究其在涂布附着力促进剂的聚乙烯膜材的各项性能。实验结果表明，涂膜具有超亲水防雾性能，优异的透光性。在聚乙烯膜上应用持效期可以达到10-12月，可保证作物在整个生长周期内不受雾滴危害。

SnO2/SiO2/TiO2；聚乙烯膜；防雾

温室大棚是现代农业的重要设施之一,它改变了传统种植方法对自然条件的依赖。有效地提高了单位面积上作物的产量和质量,相对降低了生产成本。因此温室大棚种植技术在农业和种植业中正在逐步取代传统种植技术而被人们所接受。为了解决普通聚乙烯棚膜使用中的雾滴问题和弥补无滴膜流滴持效期短、雾气大的缺陷，我国近年有很多厂家先后研究开发出多种外喷式防流滴、消雾剂喷液。但是多是双组分产品，喷涂后的农用棚膜流滴持效期预期一般是3-6个月。有些外喷式喷液中加有亲水性高分子物质，如:聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚氨酯等等树脂或乳液。使得喷液能在棚膜表面形成一层透明的杂化膜,增大了喷液同棚膜的吸附作用，延长了喷液的流滴持效期,但亲水性高分子对水有一定的吸水率和溶胀性,有些高分子物质甚至会再一次溶解在水中。当水浸湿铺到棚膜及杂化膜之间，会减少界面相互作用力,杂化膜会逐渐溶胀、脱落，导致防流滴、消雾性能失效。有些喷液中添加了有机溶剂，利用有机溶剂对棚膜树脂的溶解、溶胀性能，在棚膜表面形成活性缺陷，高表面活性的纳米粒子优先同活性缺陷相互作用，在某些条件下甚至于会形成一些化学键，存在于缺陷内部，达到长时间的防流滴、消雾的功能。在这种喷液中含有的有机溶剂对棚膜树脂有侵蚀作用，条件稍微改变甚至于会导致棚膜表面有蚀化，影响了棚膜的透明性和雾度，而且由于大量的有机溶剂的加入，会降低纳米SiO2、纳米氧化铝的亲水性，甚至于会得不到亲水性涂层。有些喷液对稀释用水有要求,水中所含的离子会同喷液反应，降低其防流滴、消雾的性能。市场上的大多数产品是双组分的外喷式防流滴、消雾剂喷液，一旦用自来水稀释混匀后必须在短时间里全部用完，否则放置一段时间之后，稀释液会有沉淀产生，甚至于失效。

我们研制出喷涂型防雾滴剂。其特点为单组分的纳米无机粒子与复合表面活性剂的分散液,其喷涂于聚烯烃棚膜内表面可达到防雾滴功效,持效期可达到10-12个月。可保证作物在整个生长周期内不受雾滴危害，失去流滴消雾性能的聚乙烯功能膜，可用喷涂型防雾滴剂进行补救，以达到延长防雾滴持效期,满足作物生长需要的目的。

1 纳米防雾剂的制备

1.1 纳米SnO2/SiO2/TiO2复合水分散液的制备

在开启磁力搅拌条件下，将硅酸四乙酯、钛酸四丁酯、无水酒精混合均匀，然后滴加95%酒精，滴加完成后60°保温一段时间，得纳米SiO2/TiO2溶胶。

1.2 纳米SnO2/SiO2/TiO2溶胶的制备

在开启磁力搅拌条件下，将纳米SnO2溶胶加到纳米SiO2/TiO2溶胶中，再滴加80%酒精，滴加完成后60°保温一段时间，最后将pH值调为9～10，得纳米SnO2/SiO2/TiO2透明无色溶胶。

1.3 纳米SnO2/SiO2/TiO2凝胶涂膜的制备

将普通硅酸盐玻璃清洗干净，采用浸渍-提拉的方法制备玻璃涂膜，玻璃涂膜常温干燥，干燥温度为5～30℃。

2 农膜喷涂

2.1 农膜材料的预处理

首先将农膜材料进行预处理，方法如下：(1)将PET基体先用蒸馏水超声清洗30min，以去除表面黏附大颗粒物；(2)在无水乙醇中超声清洗30min，去除表面油污等有机物杂质；(3)活化处理基体，用10%的氢氧化钠活化处理；(4)最后放入去离子水中彻底清洗干净并将基片晾干待用。

2.2 涂膜与固化

材料：无水乙酸，附着力促进剂NC308，聚乙烯膜，一次性注射器，塑料板，毛刷取四快静电膜，涂覆NC308，两块用酒精清洗，清洗后晾干，一块常温固化，一块通过烘箱110℃2小时，加热快速固化；另两块直接涂覆，条件同上。

纳米SnO2/SiO2/TiO2凝胶,直接喷液在聚乙烯棚膜上,使喷液对棚膜完全润湿,形成一层连续、透明的水膜,让湿膜在室温条件下自然干燥或60～80℃烘干即可。

3 结果与讨论

3.1 涂膜的超亲水性

通过对不同材料的超亲水性研究，科研人员提出以下两种机理[1]。一种认为超亲水性与材料的电子空穴对有关，另一种认为超亲水性与材料表面的粗超度有关。由于常规方法很难得到稳定的超级粗糙度表面材料，目前关于超亲水的研究，主要集中在材料的电子空穴对研究上。由图1蓝色圈中可以看出，纳米SnO2/SiO2/TiO2凝胶涂膜的水接触角在5°以下，达到超亲水性能的要求。该涂膜在背光的条件下测得，没有经过紫外光的照射，其可见光超亲水性与SnO2有关（图1红色圈是塑料表面没有涂覆的效果图）。

图1 涂膜表面接触角为3.7°

纳米SnO2是光致发光材料，其发光区域不仅紫外光区存在，可见光区也有[2]。与禁带宽度3.62 eV相对应的紫外光区发光峰在342 nm处（受纳米尺寸大小影响，相应会发生漂移），可见光区发光峰在560～600 nm（2.07 eV）处，研究认为发光峰由纳米SnO2的氧空位引起。当纳米SnO2与纳米SiO2/TiO2复合后，微观上存在氧空穴，空穴具有超亲水性，因液滴尺寸远远大于空穴尺寸，故宏观上表现出超亲水性。

3.2 涂膜防雾性能

农膜表面雾气产生的机理[3]：水蒸气在表面凝结，因无法得到均匀铺展，在表里生成微小液滴，可见光的波长比液滴尺寸小，在液滴表面形成漫反射。

由图2可以看出，纳米SnO2/SiO2/TiO2凝胶涂膜对水蒸气具有很好的防雾性能。试验方法如下：先将方格纸放入玻璃烧杯底部，然后向烧杯内加入70℃温水，再将普通农膜和对比的涂膜农膜同时放到烧杯上。从图2可以看出：涂膜玻璃片上的液滴可以均匀铺展，能清楚地看到烧杯底部的方格；普通玻璃片上的液滴不能铺展，表面呈现雾状，无法看到烧杯底部的方格。

图2 涂膜的防雾性测试（玻璃烧杯水温70℃）

3.3 涂膜透光性

用紫外-可见分光光度计测定普通农膜和涂膜农膜的透射率。由图3可以看出，涂膜的农膜对光起增透作用。其中普通农膜对光的平均透射率为69.299，涂膜农膜对光的平均透射率为71.998，增投率达3.89%，最大透光率波长在555～565 nm处。

图3 普通农膜和涂膜农膜的透光率（红色：普通农膜，黑色：涂膜农膜）

3.4 涂膜农膜的自清洁性能

农膜长期在户外工作，一年四季都要经受风吹、日晒、雨淋及外界污染，表面的污垢会不断增加，污垢层的增厚必然会减少太阳光的透过量，进而影响农膜的使用效率。

纳米SnO2/SiO2/TiO2涂膜具有超亲水、抗静电、有机物不易在表面附着的特点[4]。并且附着的灰尘容易被雨水冲刷掉，能保持自清洁。将普通玻璃一半用纳米SnO2/SiO2/TiO2涂膜，60°置于室外，平均1个月测试一次透光率，测试前用喷雾器水洗60s，一年测试结果，涂膜玻璃比普通玻璃透光率提高8.32%（12次平均）。

3.5 结论

采用溶胶法制备纳米SnO2/SiO2/TiO2溶胶，浸渍-提拉法在玻璃表面涂膜，涂膜常温干燥。涂膜无须紫外光照射，背光测试条件下，具备超亲水性，其中水在玻璃涂膜上的接触角为3.7°。水蒸气试验具有很好的防雾性能，对光的增投率为3.89%。一年测试的结果表明：室外自清洁效果比较明显，透光率平均提高8.32%。

［1］ 孙琳.杂化Ti O2多孔薄膜及其无紫外光辐照下的超亲水特性[D].杭州：浙江大学，2014.

［2］ 周晓明.Ⅱ-Ⅵ族半导体/二氧化锡纳米结构复合薄膜的制备及其应用性能研究[D].长春：吉林大学，2013.

［3］ 封玉凤,王利新.自清洁防雾玻璃的研究进展[J].玻璃与搪瓷，2013(1):39-42.

［4］ 马颖,彭锦雯,李淑静,邓卫星.玻璃防雾涂层的研究进展[J].胶体与聚合物，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

江苏省大学生创新创业训练项目（201611050009Y）

张 浩（1967-），男，江苏徐州人，连云港职业技术学院医药与化学工程学院研究员级高级工程师，博士，主要从事纳米材料方面的研究。