本发明涉及一种塑料薄膜领域，具体涉及一种具有可控透水透气性的塑料薄膜领域，更具体的涉及适合干燥环境下使用的可控透水透气性塑料薄膜领域，同时涉及塑料薄膜的制备方法领域。
背景技术：
塑料薄膜是日常生活和工业生产中应用十分广泛的材料，通常是采用其隔水隔气的特性。在农业生产过程中，农业塑料薄膜广泛用于大棚、地膜等领域，其具有保温保水的效果，但在需要通风或长时间光照时，需要人工进行控制，避免过分的升温等温度调节效果。
在实际生产中，上述问题的解决通常是在铺设结构进行改进，如在大棚设置可控天窗、遮阳帘等，没有见到在塑料膜薄制备结构中进行改进，主要在于其结构涉及存在的难度和成本控制存在较大问题。针对该问题，发明人经过长期的研究，得到一种可控透水透气的塑料薄膜，在长期阳光照射下，可以控制塑料薄膜表面出现空隙，达到温度和湿度智能控制的效果。但实际使用中发现，适合潮湿条件下使用的改进塑料薄膜，在干燥环境下使用效果不佳，其证明还需要进一步考虑使用环境不同对结构不同的要求，在特别干燥环境下和潮湿环境下要求不同，进行了一系列不同得结构改进。
技术实现要素：
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发明目的:本发明通过对塑料薄膜原材料的选择，实现了强光照射下，薄膜温度升高，薄膜自动出现孔洞，实现了透气透水的效果，在低温或者夜间或者阴雨天，孔洞闭合，达到保温的效果。由于本发明采用了凝胶结构，为了保证其在干燥条件下的使用效果和使用耐久性，还在外侧设置了微孔保水薄膜层，其具有控制快速失水的效果，平衡了干燥失水和透气透水的效果。
为了实现上述效果，发明还给出了具体的组成以及制备方法。
本发明可以采用下述方案实施该技术方案。
一种干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜，塑料薄膜包括透水透气薄膜层和微孔保水薄膜层，透水透气薄膜层组成包括高分子聚合物基料、粒径可控聚合物凝胶微球，其中粒径可控聚合物凝胶微球包括温敏聚合物和吸热无机纳米颗粒；微孔保水薄膜层具有直径5-20微米小孔，密度100-500孔/cm2。
作为进一步优选技术方案，所述高分子聚合物基料选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯等中的一种或几种的混合物。
作为进一步优选技术方案，所述温敏聚合物包括异丙基丙烯酰胺的均聚物或共聚物。
作为进一步优选技术方案，所述吸热无机纳米颗粒为纳米二氧化钛，粒径为100-250纳米。
作为进一步优选技术方案，所述高分子聚合物基料和粒径可控聚合物凝胶微球的质量比为100：5-8。
作为进一步优选技术方案，所述粒径可控聚合物凝胶微球中温敏聚合物、吸热无机纳米颗粒和水的质量比为100：2-10：100-500。
作为进一步优选技术方案，所述共聚物中异丙基丙烯酰胺单体占所有单体的重量比至少85％。
作为进一步优选技术方案，所述微孔保水薄膜层与所述透水透气薄膜层采用相同的。
所述的干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜的制备方法，制备方法包括：所述高分子聚合物基料颗粒与所述粒径可控聚合物凝胶微球均匀混合，通过挤出得到透水透气薄膜层；透水透气薄膜层表面层压微孔保水薄膜层，层压所得塑料薄膜无微孔保水薄膜层一侧进一步被喷洒水雾，静置3-10分钟，擦干表面即得干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜。
作为进一步优选技术方案，所述粒径可控聚合物凝胶微球通过乳液聚合得到。
作为进一步优选技术方案，所述粒径可控聚合物凝胶微球粒径控制在4-15微米。
上述技术方案都可以达到本发明的技术效果，进一步限定的方案属于优选技术方案。
技术详述
塑料薄膜部分
本发明的干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜包括透水透气薄膜层和微孔保水薄膜层，透水透气薄膜层组成包括高分子聚合物基料、粒径可控聚合物凝胶微球，其中粒径可控聚合物凝胶微球包括温敏聚合物和吸热无机纳米颗粒；微孔保水薄膜层具有直径5-20微米小孔，密度100-500孔/cm2。
粒径可控聚合物凝胶微球是后期透水透气的核心，通过控制微球的粒径实现透明薄膜空隙的“打开”和“关闭”。本发明中粒径可控聚合物微球采用温敏聚合物体积变化控制粒径，为了实现热转化，其中采用了吸热无机颗粒，其可以为炭黑、金属微粒、光热转换颗粒。
为了实现光线可以作为空隙开闭的开关，优选采用光热转换颗粒，最优选为纳米二氧化钛。其粒径在100-250纳米范围内效果最佳，更优选150-200微米，光热转换效率较高，如果粒径过大，会导致后期微球粒径过大，影响薄膜强度以后薄膜的厚度；如果粒径过小，在薄膜很薄且填充量不大时，紫外线吸收少，温度升高慢，凝胶响应速率慢。
在聚合物凝胶微球中采用了温敏聚合物，温敏聚合物可以采用现有技术中常见的任何种类的温敏单体均聚或温敏单体与其他单体共聚得到的均聚物或者共聚物。
作为优选技术方案，所述温敏聚合物为异丙基丙烯酰胺的均聚物或共聚物，异丙基丙烯酰胺的响应温度在33℃左右，通过共聚单体种类和用量可以调整响应温度，还温度根据使用需要进行调整。为了保证温敏响应性，在所述共聚物中异丙基丙烯酰胺单体占所有单体的重量比至少85％，如果低于该数值，温敏性无法保障。
在薄膜制备中，高分子聚合物基料可以选择现有技术中常见的薄膜用聚合物，作为优选，所述聚合物基料选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯等中的一种或几种的混合物。所述高分子聚合物基料和粒径可控聚合物凝胶微球的质量比为100：5-8。微球的用量选择是基于薄膜在后期使用中透气透湿的效果，如果微球用量低于上述值，在高温太阳直射过程中，散热效果不好，导致在大棚或地膜使用中温度过高；如果微球用品高于上述值，会导致失热过快，同时，也会较大程度上降低薄膜强度。
凝胶微球采用水凝胶微球，其在使用过程中“失水-吸水”，可以从自然界中吸收水分。所述粒径可控聚合物凝胶微球中温敏聚合物、吸热无机纳米颗粒和水的质量比为100：2-10：100-500，二氧化钛用量过高过低都会影响温敏的响应性，过高的话，失热透气过快，过低的话，响应速率过低，都不适合实际使用。
同时，由于凝胶在特别干燥条件下会有较大程度的失水，但是凝胶开关的失效率增加，为了克服该问题，本发明选择在透水透气薄膜层一侧设置微孔保水薄膜层，保证凝胶微球自然挥发减少，而要设置微孔还要保证在凝胶开关打开后，湿气或热气可以正常的排出。这就需要对孔径和孔密度进行控制。微孔保水薄膜层具有直径5-20微米小孔，密度100-500孔/cm2。如果粒径过大或孔密度过大，则凝胶微球自然吸水增快，如果粒径过小或孔密度过小，则在凝胶开关打开后，湿气或热气无法正常的排出。
塑料薄膜的制备方法
在塑料薄膜制备中，凝胶微球制备方法没有明确的限定，现有技术中微凝胶的制备工艺都适用于本发明凝胶微球的制备工艺。作为优选方案，所述粒径可控聚合物凝胶微球通过乳液聚合得到。所述粒径可控聚合物凝胶微球粒径控制在4-15微米，根据薄膜厚度选择具体粒径，粒径控制根据凝胶微球制备中转速、浓度等参数进行控制，此技术现有技术有很多相关报道。由于设置了微孔保水薄膜层，为了保证热气或湿气的快速排出，作为凝胶微球粒径较常规情况下较小，当凝胶微球开关变小后，与微孔配合，气体排出较为顺畅。
由于本发明制备中采用了水凝胶微球，其在响应温度左右会失水，而在常规制备中，其加工温度选大于上述温度，故其制备中，必须采用特殊的处理方法。
作为本发明塑料薄膜制备的重点，其核心步骤有包括：所述高分子聚合物基料颗粒与所述粒径可控聚合物凝胶微球均匀混合，通过挤出得到透水透气薄膜层；透水透气薄膜层表面层压微孔保水薄膜层，层压所得塑料薄膜无微孔保水薄膜层一侧进一步被喷洒水雾，静置3-10分钟，擦干表面即得干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜。
该制备方法中，混料步骤采用常规的制备方法均可，重点是成膜后进一步喷洒水雾，使凝胶吸水。由于透水透气薄膜层一侧设置了微孔保水薄膜层，其需要在未设置微孔保水薄膜层喷洒水雾，并根据需要控制静置吸水时间。不宜让水凝胶吸水时间过长，溶胀幅度过大，影响薄膜平整性以及后期温度的响应性。不采用上述方法，难以保证可以得到本发明所要求的产品结构。
同时，为了保持薄膜中凝胶微球的水含量，所述薄膜成卷后应当进行密封保藏。
塑料薄膜的应用
本发明中干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜可以广泛应用于需要进行温度和湿度控制的领域，同时，你需要有自然加湿或人工加湿装置配合，保证薄膜形成一种循环，自然环境过分干燥条件下使用效果不佳。具体来说，干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜最适宜用于农业用保温薄膜，如，大棚薄膜、地膜。
有益的技术效果
本发明属于首创型发明，其通过在常规塑料薄膜嵌入温敏性水凝胶微球“开关”，在阳光直射温度上升时，开关打开，塑料薄膜覆盖物温度降低，当温度降低时，开关关闭，薄膜起到保温作用。上述调节属于自动调节，无需人工再次干预，温度调节效果优异。为了保证薄膜适合在干燥环境下(湿度低于50％)，在常规透水透气薄膜层表面层压微孔保水薄膜层，平衡了常规条件下保水和高温条件下的排气。同时，为了制备该特殊结构的塑料薄膜，本发明还提供了一种塑料薄膜的制备方法，通过二次补水的方式保证塑料薄膜结构完整性。上述塑料薄膜结构和制备方法都是保证控温控湿而研发，可以达到控制被覆盖物温度基本恒定的需要，实验效果优异。
具体实施方式
为了使技术人员可以更为直观的了解本发明的技术方案，下面给出若干个实施方式。下面提供的技术方案仅为了说明技术方案，不构成对发明技术保护范围的任何限制。
微球的制备
制备例1
粒径可控聚合物凝胶微球采用乳液方式制备，其中最终微球中异丙基丙烯酰胺：150nm的二氧化钛和水的重量比为100:5:200，命名为微球1，粒径约10微米。
制备例2
粒径可控聚合物凝胶微球采用乳液方式制备，其中最终微球中异丙基丙烯酰胺：150nm的二氧化钛和水的重量比为100:20:200，命名为微球2，粒径约10微米。
制备例3
粒径可控聚合物凝胶微球采用乳液方式制备，其中最终微球中异丙基丙烯酰胺：150nm的二氧化钛和水的重量比为100:1:200，命名为微球3，粒径约10微米。
制备例4
粒径可控聚合物凝胶微球采用乳液方式制备，其中最终微球中异丙基丙烯酰胺：300nm的二氧化钛和水的重量比为100:5:200，命名为微球4，粒径约10微米。
制备例5
粒径可控聚合物凝胶微球采用乳液方式制备，其中最终微球中异丙基丙烯酰胺：20nm的二氧化钛和水的重量比为100:5:200，命名为微球5，粒径约10微米。
制备例6
粒径可控聚合物凝胶微球采用乳液方式制备，其中最终微球中异丙基丙烯酰胺和水的重量比为100:200，命名为微球6，粒径约10微米。
制备例7
控制粒径25微米，命名为微球7，其他同制备例1。
制备例8
控制粒径3微米，命名为微球8，其他同制备例1。
微孔保水薄膜
微孔保水薄膜1：微孔保水薄膜层具有直径15微米小孔，密度200孔/cm2。
微孔保水薄膜2：微孔保水薄膜层具有直径3微米小孔，密度200孔/cm2。
微孔保水薄膜3：微孔保水薄膜层具有直径30微米小孔，密度200孔/cm2。
微孔保水薄膜4：微孔保水薄膜层具有直径15微米小孔，密度600孔/cm2。
实施例1
塑料薄膜制备：聚乙烯基料颗粒与微球1以质量比100:6的比例均匀混合，通过挤出得到塑料薄膜，厚度50微米；透水透气薄膜层表面层压微孔保水薄膜1，层压所得塑料薄膜无微孔保水薄膜层一侧进一步被喷洒水雾，静置5分钟，擦干表面即得干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜。
实施例2
塑料薄膜制备：聚丙烯基料颗粒与微球1以质量比100:6的比例均匀混合，通过挤出得到塑料薄膜，厚度100微米；透水透气薄膜层表面层压微孔保水薄膜1，层压所得塑料薄膜无微孔保水薄膜层一侧进一步被喷洒水雾，静置5分钟，擦干表面即得干燥环境下用可控透水透气塑料薄膜。
对比例1-7
分别采用微球2-8替换实施例1中的微球1，其他用量及步骤均与实施例1相同。
对比例8-10
分别采用微孔保水薄膜2-4替换实施例1中的微孔保水薄膜，其他用量及步骤均与实施例1相同。
对比例11
实施例1中聚乙烯基料颗粒与微球1以质量比100:2的比例均匀混合，其他同实施例1。
对比例12
不加入微球，其他同实施例1。
对比例13
不覆盖微孔保水薄膜层，其他同实施例1。
测试方法
1.降温测试
以测试薄膜覆盖带有温度计和控温装置的密闭测试盒，控制测试盒内温度30℃后关闭控温装置，外侧采用强光照射，外侧湿度40％，光照开始时温度20℃，记录30分钟内测试盒内温度变化。测试三次计算平均值。
2.保温测试
以测试薄膜覆盖带有温度计和控温装置的密闭测试盒，控制测试盒内温度25℃后关闭控温装置，将测试盒置于15℃的恒温环境下，外侧湿度40％，记录30分钟内测试盒内温度变化。测试三次计算平均值。
3.极端干燥测试
以测试薄膜覆盖带有温度计和控温装置的密闭测试盒，控制测试盒内温度25℃后关闭控温装置，将测试盒置于15℃的恒温环境下，外侧湿度10％，记录30分钟内测试盒内温度变化。测试三次计算平均值。
测试结果(单位：℃)
上述一系列的实施例和对比例展现出本发明干燥环境下可控透水透气塑料薄膜优异的性能，实施例1和对比例1、2和5证明二氧化钛用量的影响，实施例1和对比例3和4证明二氧化钛粒径的影响，实施例1和对比例6、7、11和12证明微球粒径和用量的影响，对比例8-10以及13证明微孔膜孔径和孔密度的影响。由此可以看出，本发明塑料薄膜的透水透气与二氧化钛粒径、用量，微球粒径和用量以及微孔保水薄膜的用量。
保温实验以及极端干燥条件下的实验均证明，本发明的塑料薄膜的保温效果与未进行可控调节的薄膜基本一致，并且在极端干燥条件下的干燥效果也十分优异。干燥条件下的上述性能主要源自微孔保水薄膜的使用。