随着我国农业发展越发精细化、现代化，研发更高效的种植技术以适应作物所需不同生长环境显得尤为重要。棚膜种植可根据不同地域环境需要，以特定功能能棚膜改善温室内小气候，实现农作物产量与质量增益。散光膜能够提高薄膜雾度，均匀棚内光照，避免冠层叶片高温灼伤，促进根际叶片获取更多有效辐射，全面提高植株光线利用率与光合效率[1-2]。李志强等[3]使用双峰聚乙烯散光膜对照普通PO膜，验证散光棚膜改善了葡萄植株中部背光侧叶片以及下部叶片的光环境，提高了叶片的光合速率、叶长×叶宽数值以及叶绿素相对含量，显著提升了果实品质。散光剂共混改性基体树脂是制备各类散光膜的有效途径。目前，类有机-无机杂化结构散光剂的合成在国内报道较少。现市场流通主要以散光农用多功能五层PO涂覆膜为主，该产品通过混入折光指数与基体树脂不同的散光助剂制备体散光膜，膜内散射光由不足10%提升至40%以上[4-5]。云贵高原强紫外辐射种植条件决定了聚乙烯散光膜是其农业种植较好的覆盖材料[6]，散光膜需兼具高透光、高雾度(T%90%，H%60%)，在不影响总光通量条件下提高薄膜雾度。本实验采用熔融共混改性法上吹制膜，以线性低密度聚乙烯为基料，添加不同含量NMS-02，制备高透光高雾度散光膜，分析不同添加量NMS-02对聚乙烯棚膜的光学性能、力学性能、抗热氧老化性等规律。并将自主开发有机-无机杂化结构高透高雾散光剂NMS-02与目前市场流通的散光膜进行对比。1实验部分1.1主要原料散光剂，NMS-02，贵州省纳米材料工程中心；抗氧剂，168和1010，南通新长化学；线性低密度聚乙烯，7042粉料，中国石化茂名石化。1.2仪器与设备双螺杆挤出造粒机，LSHJ-65，南京杰恩特；上吹膜机，SJX3-700，浙江铸信机械有限公司；电子扫描电镜(SEM)，EM-30，韩国库塞姆公司；光电雾度仪，SGW-810，上海仪电物理光学仪器有限公司；拉力试验机，HZ-1003B、耐穿刺试验机，HZ-1004，上海恒准仪器科技有限公司。1.3样品制备表1为聚乙烯棚膜的配方。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.T001表1聚乙烯棚膜的配方Tab.1Formula of polyethylene shed film样品低密度聚乙烯NMS-02抗氧剂1#99.900.12#98.91.00.13#97.92.00.14#96.93.00.15#95.94.00.16#94.95.00.1%%按表1配方将NMS-02、抗氧剂、LLDPE充分混匀置于双螺杆挤出造粒机挤出造粒，造粒温度进料端至模头温度依次为：145、180、190、190、190、180 ℃，熔体温度190 ℃，收料置于热鼓风干燥箱60 ℃烘24 h去除水分，冷却；将所造粒料投入单层上吹膜设备吹制薄膜，从进料端至模头温度依次为：145、150、160、160、160 ℃，取样薄膜厚度约为0.03 mm，常温放置24 h。1.4性能测试与表征光学性能测试:按GB/T 2410—2008进行测试，采用C光源对样品薄膜进行测试。拉伸性能测试:按GB/T 1040.3—2006进行测试，拉伸速度200 mm/min。穿刺强度测试:按GB/T 37841—2019进行测试，穿刺速度200 mm/min。直角撕裂强度测试：按QB/T 1130—1991进行测试，拉伸速度200 mm/min。SEM分析:将制备膜材料采用液氮冷处理脆断，取截面处喷金处理，观察试样的微观形貌。氧化诱导期测试：按GB/T 17391—1998进行测试。2结果与分析2.1光学性能分析图1为不同添加量的NMS-02对聚乙烯薄膜光学性能的影响。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.F001图1不同添加量的NMS-02对聚乙烯薄膜光学性能的影响Fig.1Effect of different amount of NMS-02 on optical properties of polyethylene films从图1可以看出，随NMS-02散光剂添加量逐渐增加，聚乙烯薄膜透光率初期变化不大，与空白膜透光率91.89%几乎相同。由于散光剂以较低浓度分散于聚乙烯连续相中，NMS-02诱导散射多为前向，对薄膜总光通量与透光率影响较小。当NMS-02添加量超过3.0%，聚乙烯薄膜透光率开始逐渐降低。NMS-02添加量继续增加时，散光剂在聚乙烯树脂中分散浓度不断升高，入射光进入膜内发生多次散射，引起光反射率提高，使散射转为后向；多次散射累积效应中光线通过基体的平均自由程度降低，二者均会引起光通量与透光率损失[7]。NMS-02添加量为5.0%时，聚乙烯薄膜透光率最低为91.04%。随NMS-02散光剂添加量逐渐增加，聚乙烯薄膜雾度持续升高。当NMS-02添加量3.0%，聚乙烯薄膜雾度增幅趋于平缓；当NMS-02添加量从3.0%增至5.0%，膜雾度提升约4%。随NMS-02添加量的增加，单位体积薄膜内散光剂浓度提高，入射光在膜内散射次数增加，导致薄膜雾度快速升高[8-9]，但当散光剂添加量达到一定程度后，因光反射引起前向散射转为后向薄膜透光率降低，能提高雾度的有效光通量减少，雾度增幅变缓。图2为散光薄膜散光原理模型图。因此，NMS-02添加量为3.0%时，聚乙烯散光膜兼具良好透光率与雾度（透光率=91.79%、雾度=65.21%），对薄膜光学性能增益效果最优。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.F002图2聚乙烯薄膜散光原理模型图Fig.2Principle model diagram of polyethylene film2.2力学性能分析图3为不同添加量的NMS-02对聚乙烯薄膜力学性能的影响。图3不同添加量的NMS-02对聚乙烯薄膜力学性能的影响Fig.3Effect of different amount of NMS-02 on mechanical properties of polyethylene films10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.F3a1(a)膜样穿刺强度和直角撕裂强度10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.F3a2(b)拉伸强度和断裂伸长率从图3可以看出，NMS-02添加量≤3.0%时，随着NMS-02散光剂添加量逐渐增加，聚乙烯薄膜的穿刺强度、直角撕裂强度、拉伸强度均略有提升。与空白样相比，NMS-02添加量3.0%时，薄膜穿刺强度提升0.003 kN/mm，直角撕裂强度提升约4 N/mm，拉伸强度提升约0.7 MPa，而断裂伸长率基本相同。由于添加散光剂后异相成核效应影响聚乙烯基体的聚集态和应力传导，少量添加散光剂时，其在基体树脂球晶之间均匀分散，当薄膜受外力时，产生应力集中与应力传导作用，使外力在薄膜内均匀传导和消耗，对薄膜力学性能起一定增益作用[10]。当NMS-02添加量3.0%，聚乙烯薄膜的整体力学性能呈降低趋势。散光剂添加过多时，薄膜内粒子浓度过高，其粒子间距减小，在基体树脂晶粒间引发缺陷，在两相间形成弱界面，受外力时易从弱界面发生断裂，导致薄膜整体力学性能降低[11-12]。当NMS-02添加量为5.0%时，对比空白膜，散光薄膜穿刺强度下降约0.009 kN/mm，直角撕裂强度下降约2 N/mm，拉伸强度下降约2 MPa，断裂伸长率下降约150%。NMS-02添加量为3.0%时，可保证聚乙烯散光膜散光功能基础上小幅提升其力学性能。2.3SEM分析图4为不同NMS-02添加量下聚乙烯薄膜截面的SEM照片。图4不同NMS-02添加量下聚乙烯薄膜截面的SEM照片Fig.4SEM images of cross sections of polyethylene films with different NMS-02 additions10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.F4a1(a)未添加NMS-02的薄膜10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.F4a2(b)添加3.0% NMS-02的薄膜10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.F4a3(c)添加5.0% NMS-02的薄膜从图4可以看出，未加NMS-02散光剂空白样呈现典型聚乙烯韧性断裂。当NMS-02添加量为3.0%时，散光剂在膜内分散良好、与树脂相容性佳，对薄膜各项力学性能均有一定增益作用。而添加适宜的散光剂，使入射光产生良好的多重散射同时不会发生过量的入射光反射，散光薄膜同时具备高透光与高雾度的性能。当NMS-02添加量为5.0%时，过高添加量的散光剂集中在基体树脂球晶之间，开始出现多个散光剂单体于膜内聚在一块，增大了树脂球晶间距，基体产生裂纹与孔状结构，易从两相弱界面与孔洞处形成断膜，造成薄膜力学性能下降[13]。膜内散光剂浓度过高，入射光在经过应力发白区及散光剂单体聚集处更易发生多重散射与反射，从而使薄膜透光率降低而雾度提升变缓[14]。SEM微观结构符合光学性能、力学性能变化规律。2.4氧化诱导期分析图5为不同添加量的NMS-02对聚乙烯薄膜氧化诱导期的影响。从图5可以看出，对比未添加散光剂的空白样，添加NMS-02后，聚乙烯薄膜抗热氧老化性能有一定限度提升。NMS-02散光剂为有机-无机杂化结构，以无机粒子为载体，与有机官能团协同作用，不影响基体树脂功能的基础上，无机粒子构架于膜内形成一层薄阻热层，具有一定阻热作用，可减缓树脂分子链断裂时间[15]。但随着NMS-02添加量继续增加，聚乙烯薄膜阻热性能基本保持不变。添加抗氧剂的体系在热环境中，抗氧剂先与氧发生反应，消耗抗氧剂同时一定程度抑制树脂材料热氧老化，从而增加树脂材料抗氧老化性能。与抗氧剂工作机理不同，添加NMS-02体系中NMS-02的无机成分起一定阻热作用，可提升共混体系树脂抗热氧老化性能。但NMS-02添加量5.0%时，NMS-02相对树脂总量占比不高，小范围内提高添加量对树脂抗热氧老化性能影响不大，阻热性能基本保持不变[16]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.11.013.F005图5不同添加量的NMS-02对聚乙烯薄膜氧化诱导期的影响Fig.5Effect of different addition amount of NMS-02 on oxidation induction period of polyethylene films3结论（1）当添加3.0%自制NMS-02散光剂，制备的聚乙烯散光薄膜综合性能最佳，可实现散光薄膜透光率不变条件下的高雾度调控，同时小幅提升其力学性能，并对其抗热氧老化性能有一定增益。（2）加入添加量3.0%的NMS-02散光剂，聚乙烯膜厚0.03 mm，透光率为91.79%，雾度为65.21%，穿刺强度为0.15 kN/mm，直角撕裂强度为121.43 N/mm，拉伸强度为25.221 MPa，断裂伸长率为1 981.452%。3.0% NMS-02的加入使聚乙烯散光膜具有高透明、高雾度、良好的力学性能与抗热氧老化性能。膜内添加散光组分NMS-02散光剂工艺简单，易于规模化连续生产，可为强辐射地区聚乙烯散光膜的开发提供参考。