助劑對聚乙烯醇縮甲醛機械性能及負壓滲水性能的影響

叢 萍，龍懷玉，張認連

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助劑對聚乙烯醇縮甲醛機械性能及負壓滲水性能的影響

叢 萍，龍懷玉※，張認連

（中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081）

為了提高新型負壓滲水材料聚乙烯醇縮甲醛（polyvinyl formal，PVFM）的機械性能，該試驗在先前制備聚乙烯醇縮甲醛泡沫塑料的基礎上添加SiO2粉末、高嶺土、硅油、硅油+SiO2粉末、硅油+高嶺土5種助劑，運用機械發泡法制得5種聚乙烯醇縮甲醛泡沫塑料管，與不添加助劑的聚乙烯醇縮甲醛泡沫塑料管（CK）比較，檢測了其基本物理性能、機械性能、負壓滲水性能、孔隙結構等指標。結果表明，除SiO2粉末外，其余4種助劑均能改善PVFM的外觀質量，使之表面光滑細膩；這5種助劑會降低PVFM負壓滲水材料的吸水倍率，提高表觀密度、真密度、孔隙率，其中加入高嶺土能夠在保證較高吸水倍率的同時顯著（＜0.05）增大孔隙率；硅油+SiO2粉末、硅油+高嶺土2種混合助劑能夠顯著（＜0.05）提高PVFM負壓滲水材料的機械性能，其中硅油+ SiO2粉末對其硬度的提高幅度高達62.5%，對拉伸強度的增幅高達51.9%，硅油+高嶺土對其斷裂伸長率的增幅高達33.5%；加入助劑能顯著（＜0.05）提高PVFM的發泡點值，硅油+高嶺土使增幅達70.7%；但幾種助劑的加入并未提高PVFM的累積入滲量及滲水速率，僅在較低負壓（-10 kPa）下加入SiO2粉末能使PVFM的累積入滲量增加；5種助劑的加入均能使PVFM孔隙結構變得更加均勻致密，其中加入硅油+高嶺土后孔隙最為均勻細小，氣泡極少。總體而言，混合助劑的兩個處理均能提高PVFM的外觀質量、發泡點值和機械性能，其提高幅度不同程度地高于單一助劑，而SiO2粉末可以較好地提高-10 kPa下PVFM的累積入滲量和滲水速率，此研究為高分子型負壓滲水材料的改良提供方向。

材料；機械性能；物理性能；助劑；聚乙烯醇縮甲醛；負壓滲水性能

0 引 言

聚乙烯醇縮甲醛（polyvinyl formal，PVFM）泡沫塑料是一種親水性強、吸水效果好的多孔性海綿材料，由3種主原料即聚乙烯醇（polyvinyl alcohol,PVA）、水、甲醛按照一定比例合成[1-3]。課題前期研究表明，調整配比后的PVFM具備較高的發泡點，可以承受一定的負壓，相互連通的小孔可以讓水分滲出，能作為負壓滲水材料應用到負壓灌溉中[4]。但其真正投入負壓灌溉使用時面臨的最大問題是抗壓強度較低，埋在土壤中時會因土壤擠壓而變形，因此提高其強度成為一個亟待解決的問題。

添加助劑是增強高分子材料各項性能的重要手 段[5-6]。陳永等研究用三聚氰胺增強聚乙烯醇縮甲醛的耐熱性，從而將其制備成高耐熱高阻燃材料[7-8]；王連才等運用物理輻照的方法對聚乙烯醇所甲醛進行改良，制備成精密的過濾材料[9]；也有用正丁醛/尿素為復合改性劑改良PVFM的膠黏性[10]等，這些研究主要集中在包裝材料、化工產業、電學電導[11]等方面，對于農業負壓灌溉中負壓滲水材料的研究改良還尚未有研究。

有資料表明，合成的二氧化硅呈白色無定型的微細粉狀，吸潮后聚合形成細顆粒，多孔，有吸水性，內表面積大，表面具有親水性羥基，在樹脂中的分散力較大，能提高塑料制品的物理性能，能增強增韌不飽和聚酯[12]，常用作塑料和橡膠工業的補強性填充劑[5]。高嶺土是一種常見的1:1型親水性層狀硅酸鹽黏土礦物，可作為補強劑使用[13]，在高分子材料中的加入量為5%～30%[14]，可以使塑料表面光滑，減少熱裂和收縮，能夠提高橡膠的力學強度[15-16]、耐磨性、耐腐蝕性、均勻性[17]以及穩定性等，還可提高產品的品質，降低成本。二甲基硅油（以下簡稱硅油）作為一種表面活性劑[18]則起到了消泡、勻泡的效果[19-20]，因其較低的表面張力使得材料表面更加光滑，此外，硅油也因具有較好的潤滑性和化學穩定性而作為脫模劑與增光劑來使用，也能夠提高產品品質[21]。

本文從成本、環境效應[22]以及易獲得性綜合考慮選擇顆粒填料SiO2粉末、顆粒填料高嶺土、表面活性劑二甲基硅油作為助劑添加到PVFM中，比較不同助劑對PVFM負壓滲水材料的基本物理性質、機械強度、負壓滲水性能的影響，以期在保證產品質量及負壓滲水性能的基礎上提高其機械強度，為PVFM新型負壓滲水材料真正投入到負壓灌溉工程中打好基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試劑

聚乙烯醇（PVA），平均聚合度1 750±50，上海國藥集團化學試劑有限公司；甲醛，質量分數37%～40%，天津市福晨化學試劑廠；鹽酸，質量分數36%～38%，北京化工廠。二甲基硅油，天津科密歐化學試劑有限公司；工業用高嶺土，200目（粒徑≤75m），石家莊長利礦產品有限公司；SiO2粉末，200目，北京冠金利新材料科技有限公司。

1.1.2 儀器

JJ-1A數顯電動攪拌器：金壇市榮華儀器制造有限公司；DZKW-D-1型單孔單列電熱恒溫水浴鍋：北京市永光明醫療儀器有限公司；3H-2000 TD-型全自動真密度分析儀：貝士德儀器科技（北京）有限公司；BHLM-M18型無油真空泵：北京化工大學北京北化黎明膜分離技術有限責任公司；WDW-W500型高分子材料萬能試驗機、HS-A數顯邵氏A型硬度計：青島東標檢測服務有限公司。

1.1.3 供試土壤

供試土壤選擇適宜多數作物生長的壤質砂土，顆粒組成如表1。將其過2 mm篩自然風干，按照土壤容重 1.44 g/cm3均勻填充在土箱中用于土柱試驗。環刀法測得其田間持水量為36.5%（質量百分數）。

表1 土壤顆粒組成

1.2 試驗設計

1.2.1 PVFM滲水器的制備

試驗根據助劑的不同設置5個處理和1個對照CK（即未添加任何助劑），每個處理進行3次重復，助劑的具體用量如表2所示[14]。3種主要試劑配比PVA:水:甲醛=1:7.5:0.75[4]，具體操作為稱取20 g PVA于三口燒瓶中，加入150 mL蒸餾水，95 ℃以上水浴加熱溶解，期間用攪拌機500 r/min低速攪拌，加快溶解。至透明糊狀時，趁熱加入助劑，繼續攪拌，冷卻降溫至55 ℃，加入過量催化劑濃鹽酸10 mL，采用機械發泡法[23]，在1 500 r/min轉速下攪拌約5 min，加入15 mL甲醛后繼續攪拌5～ 10 min，倒入模具，55 ℃的烘箱中固化10 h。將樣品從模具中取出并置于堿液中浸泡，洗去多余酸和甲醛。制得一端封閉的PVFM空心泡沫塑料管，長度約150 mm，外徑30 mm，內徑10 mm[24]，對其相應指標進行測試。

表2 不同處理的試驗設計

1.2.2 基本物理性能的觀測

用手擠壓濕態產品，觀察產品形狀的彈性回復率[12]。吸水倍率的測試參照GB/T 10801.1-2002，表觀密度測試參照GB/T 6343-2009。真密度由貝士德儀器科技（北京）有限公司3H-2000 TD-型全自動真密度分析儀依據氣體膨脹法測定。孔隙率根據P=（1-o/）計算，式中o為表觀密度（g/cm3），為真密度（g/cm3）。

1.2.3 機械性能的觀測

硬度參照GB/T 531.1-2008，由青島東標檢測公司運用HS-A數顯邵氏A型硬度計測定；拉伸強度及斷裂伸長率參照GB/T 1040.1-2006，由青島東標檢測公司用WDW-W500高分子材料萬能試驗機進行測定。

1.2.4 負壓滲水性能的測定

發泡點：用BHLM-M18型無油真空泵抽氣對被水飽和的PVFM塑料管抽氣，記錄抽氣管內剛好出現氣泡時的最大壓強，即為發泡點，取其絕對值記為發泡點值。

累積入滲量及滲水速率：在0與-5 kPa下進行土柱試驗，測定采用高50 cm、長30 cm、裝土寬度3 cm的有機玻璃土箱，將添加不同助劑所制得的PVFM灌水器與作為負壓水源的馬氏瓶連接，水平埋入已填充質地均勻土壤的土箱內，如圖1。待灌水器放入土箱中，按容重1.44 g/cm3迅速填好土時開始計時，每隔一定時間在有刻度的馬氏瓶上記錄水位，通過水位變化得到該段時間的累積入滲量，累積入滲量與入滲時間之比即為滲水速率。

圖1 土柱試驗裝置圖

1.2.5 負壓滲水性能的測定

在日本奧林巴斯DP71極高分辨率研究級數碼顯微鏡下進行拍照，觀察添加不同助劑后的PVFM負壓滲水材料的孔隙結構。

1.3 數據分析

試驗數據用SAS 9.0軟件進行方差分析，Microsoft Excel 2010軟件進行數據統計及作圖。

2 結果與分析

2.1 不同助劑對PVFM外觀質量的影響

表3表明助劑加入對PVFM負壓滲水材料的外觀質量產生影響。硅油的加入能夠提高原PVFM表面的光滑度，使表面更加細膩，且增加了PVFM的回彈能力；高嶺土加入使PVFM的顏色更白，表面略顯細膩；而SiO2粉末加入使原PVFM表面的光滑度大大降低，有均勻的粗糙感。

表3 添加不同助劑后PVFM的外觀質量

2.2 不同助劑對PVFM基本物理性能的影響

由表4可以看出，加入不同助劑的PVFM與未添加助劑的PVFM在吸水倍率、表觀密度、孔隙率等方面均有不同。加入這5種助劑后，PVFM負壓滲水材料的吸水倍率降低，表觀密度和孔隙率增大。高分子材料的吸水倍率不僅與自身孔隙率有關，還取決于孔隙的大小、形狀、封閉狀態，只有小而細且互相聯通的孔隙，即開孔結構，才能吸收并鎖住水分[25]。在本研究中，吸水倍率降低的同時孔隙率反而增大，說明助劑可能是通過增加閉孔孔隙而降低了開孔孔隙比例來使吸水倍率降低的。

硅油、硅油+SiO2處理的吸水倍率與CK有顯著性差異，二者分別較CK降低23.9%、25.9%，而單獨加入SiO2粉末僅降低10.9%，說明硅油的加入是引起吸水倍率降低的主要因素；高嶺土的加入并未使吸水倍率顯著降低。添加助劑的處理表觀密度均在0.139～0.197 g/cm3之間，與CK差異顯著，其由大到小依次為硅油+SiO2粉末、硅油、硅油+高嶺土、SiO2粉末、高嶺土、CK，其中，硅油+SiO2粉末處理與其他4個助劑處理也有顯著性差異（<0.05）。添加助劑的5個處理，其真密度與CK差異顯著（<0.05），添加各助劑均能明顯增加材料的真密度，其中以硅油+高嶺土、硅油+SiO2粉末、SiO2粉末最為顯著。所有處理的孔隙率均在82%以上，除硅油處理外，各助劑處理均顯著提高孔隙率，但提高幅度較小，在3.7個百分點以下，相較而言，加入高嶺土對孔隙率提升最為明顯。由上可以看出，添加高嶺土最能在保證較高吸水倍率的同時增大孔隙率，也能顯著提高表觀密度和真密度；雖然加入助劑能使吸水倍率下降，但降低后的吸水倍率仍然大于4，是先前負壓灌溉所用陶瓷頭滲水器[26]（吸水倍率為0.138）的29倍，說明添加助劑的PVFM仍具有較高的吸水性，這些助劑的加入不會成為吸水倍率的限制因素。

表4 不同處理對吸水倍率、表觀密度、真密度和孔隙率的影響

注： a,b等代表不同處理間差異顯著（<0.05）。下同。

Note: a,b et al represent significance difference between different treatments(<0.05). The same below.

2.3 不同助劑對PVFM機械性能的影響

由表5可知，加入不同助劑所制得的PVFM的硬度以邵氏A硬度來表示，加入單一助劑使PVFM的硬度下降，加入混合助劑后的硬度有所提高，其中硅油+SiO2粉末處理的硬度最大為13，與CK相比提高62.5%，且與其他處理差異顯著（<0.05），添加硅油、SiO2粉末、高嶺土處理的硬度最小，僅為5，相較而言CK位于中間水平，硬度為8。對于拉伸強度的提升最明顯的是硅油+SiO2粉末的處理，拉伸強度為0.82 MPa，較CK組提升了51.9%，相反高嶺土處理有小幅下降，降幅達37.0%。從斷裂伸長率來看，以硅油+高嶺土處理的斷裂伸長率最大，達到271%，較CK提升33.5%。各指標在不同處理間的表現較為一致，硬度大的，拉伸強度較大，斷裂伸長率也偏大。對于埋在土壤中的負壓供水器而言，需要很好的抗壓、抗斷裂、抗形變性能[27]，但由于在一個生長季內土壤的非人為形變難以大于100%，所以各處理的斷裂伸長率均能滿足需要。因此，就機械性能而言，添加硅油+SiO2粉末的處理是最佳處理，硅油+高嶺土的處理其次。

2.4 不同助劑對PVFM負壓滲水性能的影響

2.4.1 不同助劑對PVFM發泡點的影響

根據圖2可以看出，各處理的發泡點值全部在39.5～60.6 kPa之間，且較CK的35.5 kPa均有提高，其中硅油+高嶺土處理的發泡點值明顯高于其他4個處理。硅油+高嶺土處理的發泡點值最高為60.6 kPa，極顯著（＜0.01）地高于CK、SiO2、高嶺土、硅油+SiO2處理，且較CK提高了70.7%。硅油處理的發泡點值次高，為53.6 kPa，極顯著（＜0.01）地高于CK達51.0%。由此可見，單獨加入硅油或同時加入硅油和高嶺土均能顯著提高發泡點值，后者提高幅度更大。

表5 不同處理對硬度、拉伸強度、斷裂伸長率的影響

注：A,B等代表不同處理間差異極顯著（P<0.01）。

2.4.2 不同助劑對PVFM累積入滲量的影響

對添加不同助劑的PVFM滲水器在-5、-10 kPa下的累積入滲量進行了測定，如圖3。可以看出，-5 kPa時，入滲相同時間，CK的入滲量總高于各助劑處理，以入滲5 h為例，CK可入滲0.33 L，而添加5種助劑的PVFM僅入滲0.17～0.23 L，可見添加助劑會引起PVFM累積入滲量降低。不同助劑處理進行比較，入滲相同時間，硅油+高嶺土處理的累積入滲量最低，其他4個處理的累積入滲量相近，其曲線介于CK與硅油+高嶺土之間。-10 kPa時，入滲相同時間，CK的累積入滲量居于中間水平，20 h時累積入滲量約0.06 L；SiO2粉末處理的累積入滲量最大，20 h累積入滲量約0.07 L，較CK提高16.7%；硅油處理則處于最低，20 h的累積入滲量約為0.04 L，較CK降低了33.3%，高嶺土、硅油+高嶺土兩個處理的累積入滲量曲線與CK較為接近，20 h累積入滲0.06 L左右。綜合看來，發泡點值最高的硅油+高嶺土處理在-5 kPa的累積入滲量最少，在-10 kPa時的累積入滲量表現中等，而添加SiO2粉末的處理在-10 kPa下的累積入滲量最高。加入助劑在一定程度上降低PVFM的累積入滲量也可能與形成閉孔結構有關[28]。

2.4.3 不同助劑對PVFM滲水速率的影響

圖4可以看出，不同負壓下的滲水速率均表現為起初一段時間快速下降，后緩慢下降，直至最后趨于穩定狀態。-5 kPa下硅油+SiO2粉末處理的初始滲水速率最大，但隨后急速下降，相較而言，滲水速率始終保持較大的是CK，其速率曲線1 h后始終處于其他處理之上，且穩定滲水速率約為0.06 L/h，高于其他各處理，其中硅油+高嶺土處理的滲水速率始終處于最低水平。-10 kPa下添加不同助劑處理的滲水速率曲線走勢表現較為一致，雖然初始滲水速率為CK最高，硅油處理最低，整體變幅在0.006～0.014 L/h之間，但穩定滲水速率差別很小，各處理均在0.003 L/h左右；添加硅油的滲水速率在各時段均為最低，其余各處理差異不大。綜上分析，-5 kPa下，相同時間內，加入助劑會在一定程度上降低PVFM的滲水速率，其中降低幅度最大的是硅油+高嶺土，-10 kPa壓力加入助劑對于滲水速率而言未見明顯降低，添加SiO2粉末能在較低負壓（-10 kPa）下提高PVFM的滲水速率。

圖3 不同處理對-5及-10 kPa下PVFM累積入滲量的影響

圖4 不同處理對-5及-10 kPa下PVFM滲水速率的影響

2.5 不同助劑對PVFM泡孔形態的影響

由圖5可見，未添加任何助劑的CK中有較多細長狀相互聯通的孔隙，這是決定CK高吸水倍率以及較高滲水速率的重要因素。加入硅油后氣泡孔隙明顯減少，且內部結構更加致密，但缺少聯通性孔隙，雖然能顯著提高發泡點值，但也降低了滲水性能。加入SiO2粉末后與CK相比材料質地更加均勻，但仍有不少大的氣泡孔隙出現，聯通孔隙明顯變得細小。加入高嶺土后質地稍變致密，也有聯通孔隙的存在，但孔隙的形狀更加細小，數量也較CK明顯減少。同時加入硅油和SiO2粉末使PVFM負壓滲水材料的質地較單獨加SiO2粉末變得更加均勻致密，與單獨加入硅油相比有更多密集的微小孔隙存在，但其孔徑要比CK的小很多。硅油和高嶺土的同時加入使內部結構變得均勻，孔隙密集而細小，但其孔徑要比CK的小很多。可見，助劑的加入均使PVFM貫通孔隙的孔徑明顯變小，孔隙結構的這些變化很好地印證了前邊的結果，即助劑的加入提高了PVFM負壓滲水材料的發泡點值，但是卻降低了其滲水速率。

a. CKb. 硅油 b. Silicone oilc. SiO2粉末c. SiO2powder d.高嶺土d. Kaoline.硅油+SiO2粉末e. Silicone oil + SiO2 powderf.硅油+高嶺土f. Silicone oil + kaolin

3 討 論

本研究通過在原PVFM負壓滲水材料中加入不同助劑來比較其對PVFM機械性能及負壓滲水性能的影響，以期達到改良PVFM負壓滲水材料機械性能的目的。研究發現，在PVFM中加入表面活性劑二甲基硅油，能夠明顯改善其外觀質量，使之光滑細膩，更利于PVFM的脫模[39]，此外，在制備PVFM材料時發現，加入硅油時混合液里氣泡較少，從數碼顯微鏡下也能看出加入硅油的PVFM滲水材料明顯孔隙致密、氣泡少，這主要是由于硅油本身具有滑爽性，可以做穩泡劑、消泡劑使用，這與嚴慧等[20]、孫爭光等[21]的研究相符，但硅油的單獨與混合加入均導致PVFM的吸水倍率顯著下降，且累積入滲量與入滲速率處于較低水平，相反發泡點值卻顯著提高，這與二甲基硅油促進交聯以及硅油普遍的憎水性[30]有關，即交聯致密，孔隙細小，水分不易滲透，分子表面有疏水性的烴基，導致吸水能力下降。單獨加入二甲基硅油不能提高PVFM的任何一項機械性能，說明二甲基硅油不能單獨作為補強劑使用，它對機械性能的增加不產生效力。前人研究表明，二氧化硅可以作為一種補強劑來使用[5]，但在本試驗中加入二氧化硅粉末并未對PVFM的機械性能產生增強效應，孔隙結構也僅僅是稍見均勻，仍有不少大氣泡存在，累積入滲量及滲水速率與CK相當，略高于其他處理，可能由于SiO2表面的親水性羥基的存在，-10 kPa下的累積入滲量及滲水速率能夠保持在較高水平，恰好滿足多數作物生長適宜的-10 kPa的水分條件[31-32]，因此該規格的SiO2粉末建議作為-10 kPa下PVFM的補強劑來使用。加入高嶺土能在一定程度上改善PVFM的外觀質量，使其外表細膩光滑，這與其本身白色、細膩有關，但單獨加入高嶺土對PVFM的機械性能并沒有顯著提高，對累積入滲量以及滲水速率也有降低，結合微觀孔隙結構來看，除了機械發泡產生的大氣泡外，高嶺土也能夠像硅油一樣使孔隙變得更加致密細膩，但二者的作用原理不同，高嶺土是一種親水性黏土礦物，其微觀結構主要為片狀[14]，在PVFM中進行片狀排列會更顯平整，但也會阻隔孔隙，導致累積入滲量和滲水速率下降。所以對PVFM而言，高嶺土也不能作為一種優良補強劑。混合助劑較單一助劑能更好地增強PVFM負壓滲水材料的機械性能，硅油+SiO2粉末最為明顯地提高硬度以及拉伸強度，硅油+高嶺土最為明顯地提高斷裂伸長率和發泡點值，雖在滲水性能方面未見提升，但也能保證負壓下的水分滲灌。結合微觀結構分析，硅油+SiO2粉末的孔隙結構在細膩均勻的基礎上不乏相互聯通的微小孔隙，硅油+高嶺土的孔隙更加均勻一致，氣泡孔隙更加細小緊密，孔隙的緊密連接為PVFM負壓滲水材料提供了更為堅實的骨架支撐[25]。

4 結 論

1）除單獨加入SiO2粉末外，硅油、高嶺土、硅油+SiO2粉末、硅油+高嶺土4種助劑的加入都能改善聚乙烯醇縮甲醛（polyvinyl formal，PVFM）負壓滲水材料的外觀品質，使之表面光滑細膩。

2）助劑的加入能降低PVFM的吸水倍率，提高表觀密度、真密度、孔隙率及發泡點值，使聯通孔隙變得 細小。

3）硅油+SiO2粉末對PVFM負壓滲水材料的硬度、拉伸強度都有顯著提升，與CK相比增幅分別達62.5%、51.9%，硅油+高嶺土能明顯提高斷裂伸長率，增幅達33.5%。

4）5種助劑的加入均能顯著提高PVFM負壓滲水材料的發泡點值，其中以硅油+高嶺土處理、硅油處理的發泡點值最高，分別為60.6、53.6 kPa，極顯著（<0.01）地高于CK；加入助劑對累積入滲量以及滲水速率有不同程度的降低作用，較低負壓值（-5 kPa）下CK的累積入滲量以及滲水速率均明顯地高于所有添加助劑的PVFM，較高負壓值（-10 kPa）下SiO2粉末處理的累積入滲量、滲水速率最高，硅油處理的最低，其余處理與CK差異并不大。

5）混合助劑的綜合效果優于單一助劑。混合助劑的加入可以顯著提高PVFM的基本物理性能、機械性能以及發泡點值，使孔隙結構均勻致密。

綜上，添加5種助劑能顯著增強PVFM機械性能、提高發泡點值，尤其以2種混合助劑效果最好，可以作為PVFM負壓滲水材料的增強型助劑，對于提高滲水速率方面還有待于挖掘新型助劑。

[1] 姜玉，魏風軍. 聚乙烯醇縮甲醛泡沫塑料的研究進展[J]. 中國塑料，2011(4)：12－16. Jiang Yu, Wei Fengjun. Research Progress in poly (vinyl formal) cellular plastics[J]. China Plastics, 2011(4): 12－16. (in Chinese with English abstract)

[2] 王光釗，李靜. PVFM泡沫塑料的研究及應用[J]. 塑料科技，2006，34(5)：70－73. Wang Guangzhao, Li Jing. Research and application of PVFM foam plastics[J]. Plastics Science and Technology, 2006, 34(5): 70－73. (in Chinese with English abstract)

[3] 唐龍祥，王安鋒，劉春華，等. 聚乙烯醇縮甲醛吸水泡沫塑料的制備及性能研究[J]. 塑料助劑，2012(5)：34－36. Tang Longxiang, Wang Anfeng, Liu Chunhua, et al. The preparation and properties of absorbent foam plastic of poly formal[J]. Plastic Additives, 2012(5): 34－36. (in Chinese with English abstract)

[4] 叢萍，龍懷玉，岳現錄，等. 聚乙烯醇縮甲醛負壓滲水材料的制備及可行性分析[J]. 高分子材料科學與工程，2015(10)：133－139. Cong Ping, Long Huaiyu, Yue Xianlu, et al. Preparation of PVFM negative pressure seepage materials and feasibility assessment[J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2015(10): 133－139. (in Chinese with English abstract)

[5] 楊鳴波，唐志玉. 高分子材料手冊(上)[M]. 北京：化學工業出版社，2009，6.

[6] 曾廣勝，孫剛. 化學助劑對淀粉/EVA復合發泡材料力學性能的影響[J]. 材料保護，2014 (增刊1)：102－104. Zeng Guangsheng, Sun Gang. The impact of chemical additives on the mechanical properties of the starch/EVA foam composite materials[J]. Materials Protection, 2014(Supp.1): 102－104. (in Chinese with English abstract)

[7] 陳永，廖兵，姜玉，等. 三聚氰胺改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的制備與熱性能[J]. 高分子材料科學與工程，2009(12)：77－80. Chen Yong, Liao Bing, Jiang Yu, et al. Preparation of poly (vinyl formal) cellular plastics modified with melamine and its thermal property[J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2009(12): 77－80. (in Chinese with English abstract)

[8] 姜玉. 聚乙烯醇縮甲醛/二氧化硅復合泡沫材料的制備及熱性能研究[J]. 中國塑料，2012(2)：41－45. Jiang Yu. Preparation and thermal characterization of modified poly (vinyl formal)/sillica composite foamed plastics[J]. China Plastics, 2012(2): 41－45. (in Chinese with English abstract)

[9] 王連才，曹巍，翟彤，等. 輻照改性聚乙烯醇縮甲醛精密過濾材料的制備與性能分析[J]. 核技術，2014(6)：47－50. Wang Liancai, Cao Wei, Zhai Tong, et al. Preparation and properties analysis of irradiation-modified polyvinyl formal precision filtering material[J]. Nuclear Techniques, 2014(6): 47－50. (in Chinese with English abstract)

[10] 李明田，楊瑞嵩，附青山，等. 雙改性劑對聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑性能的影響[J]. 中國膠粘劑，2015(4)：37－40. Li Mingtian, Yang Ruisong, Fu Qingshan, et al. Influence of two modifiers on properties of polyvinyl formal adhesive[J]. China Adhesives, 2015(4): 37－40. (in Chinese with English abstract)

[11] Khare P K, Pandey R K, Jain P L. Investigation of electrical conduction in polyvinyl formal[J]. Bulletin of Materials Science, 1999, 22(6), 1003－1008.

[12] 徐喻瓊，游敏，瞿金平，等. 二氧化硅增強增韌不飽和聚酯[J]. 華南理工大學學報(自然科學版)，2008(7)：106－110,116. Xu Yuqiong, You Min, Qu Jinping, et al. Strengthening and toughening of unsaturated polyester with silicon dioxide[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2008 (7): 106－110,116. (in Chinese with English abstract)

[13] 張玉德，劉欽甫，李和平，等. 高嶺土/白炭黑并用填充天然橡膠復合材料的性能[J]. 高分子材料科學與工程，2011(3)：87－91. Zhang Yude, Liu Qinfu, Li Heping, et al. Properties of natural rubber composites with kaolin and silica hybrid filler[J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2011, (3): 87－91. (in Chinese with English abstract)

[14] 方鄴森，林承毅，方金滿，等. 高嶺土礦物填料在高分子材料中的應用[J]. 江蘇地質，1991(3)：179－182. Fang Yesen, Lin Chengyi, Fang Jinman, et al. Application of kaolin filler in the production of high polymer[J]. Jiangsu Geology, 1991(3): 179－182. (in Chinese with English abstract)

[15] Rattanasom N, Saowapark T, Deeprasertkul C. Reinforcement of natural rubber with silica/carbon black hybrid filler[J]. Polymer Testing, 2007, 26(3): 369－377.

[16] Yahaya L E, Adebowale K O, Menon A R R. Mechanical properties of organomodified kaolin/natural rubber vulcanizates[J]. Applied clay science, 2009, 46(3): 283－288.

[17] 張印民，劉欽甫，孫俊民，等. 丁苯橡膠/高嶺土復合材料的性能及補強機理[J]. 高分子材料科學與工程，2014，30(9)：74－79. Zhang Yinmin, Liu Qinfu, Sun Junmin, et al. Properties and reinforcement mechanism of styrene butadiene rubber composites filled with modified kaolin[J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2014, 30(9): 74－79. (in Chinese with English abstract)

[18] Anthony J O'Lenick. Silicone emulsions and surfactants[J]. Journal of Surfactants and Detergents, 2000, 3(3): 387－393.

[19] Wu Fei, Cai Chun, Wang Liang, et al. Breaking and inhibiting foam performance of modified silicone oils in oil-based system[J]. Journal of Dispersion Science and Technology, 2008, 2(5): 792－795.

[20] 嚴慧，刁勇. 二甲基硅油及其衍生物在消泡劑領域的研究進展[J]. 精細與專用化學品，2010，18(1)：19－23. Yan Hui, Diao Yong. Development of dimethyl silicone oil and its derivatives in defoamer field[J]. Fine and Specialty Chemicals, 2010, 18(1): 19－23. (in Chinese with English abstract)

[21] 孫爭光，李盛彪，朱杰，等. 有機硅表面活性劑的合成與應用[J]. 化工新型材料，2001(3)：10－12. Sun Zhengguang, Li Shengbiao, Zhu Jie, et al. Preparation and application of organosilicone surfactant[J]. New Chemical Materials, 2001(3): 10－12. (in Chinese with English abstract)

[22] 楊尚源，李鑫，楊佳，等. 二甲基硅油的環境行為與生態效應研究進展[J]. 應用生態學報，2012(8)：2319－2324. Yang Shangyuan, Li Xin, Yang Jia, et al. Environmental behavior and ecological effect of polydimethylsiloxane: A review[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012(8): 2319－2324. (in Chinese with English abstract)

[23] Tomita T, Kawasaki S, Okada K. A novel preparation method for foamed silica ceramics by sol-gel reaction and mechanical foaming[J]. Journal of Porous Materials, 2004, 11(2): 107－115.

[24] 叢萍，龍懷玉，岳現錄. PVFM滲水器規格對其負壓滲水性能的影響[J]. 灌溉排水學報，2015(9)：7－14. Cong Ping, Long Huaiyu, Yue Xianlu. Effect of PVFM seepage cup specifications on the seepage capacity under negative pressure[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2015(9): 7－14. (in Chinese with English abstract)

[25] 侯保順，鄭裕東，岳麗娜，等. 縮醛度與孔隙結構對PVF多孔材料吸水性能與力學性能的影響[J]. 高分子學報，2015(6)：657－666. Hou Baoshun, Zheng Yudong, Yue Lina, et al. Effects of degree of acetalization and pore structure on water absorbency and mechanical properties of polyvinyl formal (PVF) Porous material[J]. Acta Polymerica Sinica, 2015(6): 657－666. (in Chinese with English abstract)

[26] 鄒朝望，薛緒掌，張仁鐸，等. 負水頭灌溉原理與裝置[J]. 農業工程學報，2008，23(11)：17－22. Zou Chaowang, Xue Xuzhang, Zhang Renduo, et al. Principle and equipment of negative pressure irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2008, 23(11): 17－22. (in Chinese with English abstract)

[27] 江培福，雷廷武，Vincent F Bralts，等. 土壤質地和灌水器材料對負壓灌溉出水流量及土壤水運移的影響[J]. 農業工程學報，2006，22(4)：19－22. Jiang Peifu, Lei Tingwu, Vincent F Bralts, et al. Effects of soil textures and emitter material on the soil water movement and efficiency of negatively pressurized irrigation system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2006, 22(4): 19－22. (in Chinese with English abstract)

[28] 朱文利，周南橋，張志洪. 開孔微孔塑料的研究進展[J]. 塑料，2004. 33(2)：53－56,86. Zhu Wenli, Zhou Nanqiao, Zhang Zhihong. Study progress on open-celled microcellular plastics[J]. Plastics, 2004. 33(2): 53－56, 86. (in Chinese with English abstract)

[29] 陳志周，牟建樓，王林，等. 聚乙烯醇水溶性薄膜生產工藝研究[J]. 農業工程學報，2008，24(7)：247－250. Chen Zhizhou, Mou Jianlou, Wang Lin, et al. Optimization of filming technology of water-soluble PVA film[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(7): 247－250. (in Chinese with English abstract)

[30] 鄭峰，王艷姍，丁大彬，等. 含氫硅油改性稀土熒光竹塑復合材料的耐水性[J]. 農業工程學報，2015，31(21)： 308－314. Zheng Feng, Wang Yanshan, Ding Dabin, et al. Water resistance of rare earth fluorescent bamboo plastic composites modified with hydrogen silicone oil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(21): 308－314. (in Chinese with English abstract)

[31] 肖海強，劉學勇，龍懷玉，等. 土壤水勢對烤煙生長及其耗水特性的影響[J]. 中國煙草科學，2015(1)：35－41. Xiao Haiqiang, Liu Xueyong, Long Huaiyu, et al. The effects of soil water potential on the growth and water consumption of flue-cured tobacco[J]. Chinese Tobacco Science, 2015(1): 35－41. (in Chinese with English abstract)

[32] 萬克江，薛緒掌，王志敏，等. 供水吸力對黃瓜若干生理指標的影響[J]. 干旱地區農業研究，2005(6)：102－106. Wan Kejiang, Xue Xuzhang, Wang Zhimin, et al. Influence of water supply tension to some physiological parameters of cucumber[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2005(6): 102－106. (in Chinese with English abstract)

Effects of auxiliaries on mechanical properties and negative pressure water permeability of polyvinyl formal

Cong Ping, Long Huaiyu※, Zhang Renlian

(100081,)

In order to improve the mechanical property of negative pressure water seepage material polyvinyl formal (PVFM), 5 auxiliaries including silica, kaolin, silicone oil, silicone oil + silica, and silicone oil + kaolin, were added into PVFM, which were then moulded to water seepage tube using the mechanical foaming method. Their basic physical properties, mechanical properties, negative pressure water permeability and pore structure were characterized under negative pressure irrigation, and then, the results were compared with that of PVFM without adding auxiliaries (CK). The results showed that besides SiO2powder, the 4 auxiliaries could improve the appearance quality of PVFM, and make the surface smooth and delicate. Adding auxiliaries could reduce the water absorbency of PVFM and increase the apparent density, true density and porosity, and the auxiliary of kaolin could significantly (<0.05) improve the porosity and ensure a high water absorption at the same time. Compound auxiliaries could improve the mechanical properties of PVFM; the most great improvement of the hardness was 62.5% and that of tensile strength was 51.9%, which were caused by silicone oil + SiO2, and that of the elongation at break was 33.5%, which was caused by silicone oil + kaolin. Adding auxiliaries could significantly (<0.05) improve the bubble point value of PVFM, and silicone oil + kaolin could make an increase of 70.7%. But adding these auxiliaries could not improve PVFM cumulative infiltration and infiltration rate. Only in lower negative pressure (-10 kPa), adding SiO2into PVFM could maintain a slightly higher cumulative infiltration and infiltration rate. Adding auxiliaries could make the pore structure more uniform. Silicone oil + kaolin was the most obvious one to make pores uniform and small, and the bubbles few. In general, the 2 treatments with mixed auxiliaries simultaneously improved the appearance quality and bubble point value.The increase range was higher than that of single promoter in varying degree. SiO2powder could improve PVFM cumulative infiltration and seepage rate under-10 kPa. This study provides a promising direction for the improvement of polymer negative pressure water seepage material.

materials; mechanical properties; physical properties; auxiliary; poly vinyl formal (PVFM); negative pressure water permeability

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.015

TQ328

A

1002-6819(2017)-08-0112-07

2016-10-10

2017-04-04

國家高技術研究發展計劃（863計劃）（2013AA102901）

叢 萍，女（漢族），山東膠州人，博士生，從事農業節水技術研究。北京 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，100081。 Email：cpqdjz@126.com

龍懷玉，男（漢族），湖南綏寧人，研究員，博士，從事土壤水肥調控研究。北京 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，100081。Email：hylong@caas.ac.cn

叢 萍，龍懷玉，張認連. 助劑對聚乙烯醇縮甲醛機械性能及負壓滲水性能的影響[J]. 農業工程學報，2017，33(8)：112－118. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.015 http://www.tcsae.org

Cong Ping, Long Huaiyu, Zhang Renlian. Effects of auxiliarieson mechanical properties and negative pressure water permeability of polyvinyl formal[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 112－118. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.015 http://www.tcsae.org