CN107488451A - 一种转光剂及其制备方法和农用红色转光膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于转光剂和薄膜转光技术领域。一种转光剂，化学组成为：Mg7Ge2‑xO10F2:xMn4+，其中x的取值范围为0.01≤x≤0.3。本发明的有益效果是转光剂化学稳定性好、光转换效率高、使用寿命长，可用于生产农用红光膜。

Description

一种转光剂及其制备方法和农用红色转光膜及其制备方法
技术领域
本发明属于转光剂和薄膜转光技术领域，特别是涉及一种转光剂及和农用红色转光膜。
背景技术
根据植物生长生理学的研究，不同波长的太阳光对植物生长起着不同的作用，其中短紫外线对植物的生长有抑制作用，低于400nm区域的紫外光对作物有害；可见光是绿色植物进行光合作用制造有机物质的能量来源，绿色植物叶绿素吸收最多的是红橙光，其次是蓝紫光，而对黄绿光吸收的最少；远红外线发生热效应，供应作物生长发育的热量，在红外线的照射下，可使果实的成熟趋于一致，而近红外线对作物的用处不大。
根据植物生长的需求，市场上出现了各种农用转光膜，特别是农用红色转光膜深受果农关注。对于红色转光膜来说，其核心技术是红色转光剂的开发与利用。从目前转光膜的制备与应用研究状况来看，用于农膜的转光剂主要可以分为三大类：有机染料类转光剂、无机盐类转光剂和配合物转光剂。(1)有机转光剂属于有机物，其最大特点是与棚膜基础树脂的相容性较好，以其制造的转光膜具有浓度可控，分散均匀，加工方便的特点，同时，该类转光剂用于塑料薄膜时不影响薄膜的自身强度及其他理化性质，这使得有机转光剂在农膜应用中具有很好的使用效果。有机转光剂的主要缺陷是有机染料在长时间光照下易发生氧化分解，使用寿命较短。另外，转光强度较低、成本高及自身的颜色等缺陷也都限制了该类转光剂的应用。除这些化学因素之外，由于荧光染料多数具有苯环或稠环，在使用后的降解过程中存在潜在的危害。(2)相比于有机化合物，无机盐价格低廉，易于制备和储存，且耐高温性能好，无机盐类转光剂的应用较为广泛。常见的无机转光剂多为稀土离子或重金属离子掺杂的碱土铝酸盐、氧化物、硫化物、钨酸盐和硅酸盐等。但是无机物的结晶度较高，与薄膜树脂的相容性较差、难于分散，造成薄膜均匀性及透光率下降，加工性能较差。(3)稀土有机转光剂是利用有机配体络合稀土元素的配合物，该类配合物的发光与稀土无机盐的发光情况类似，都是利用稀土金属离子进行转光。然而，由于稀土离子具有丰富的d或f空轨道，配位数较高(6～12)，金属含量高时容易形成离子簇，往往会出现荧光淬灭现象，因而要制得高荧光强度的稀土高分子功能材料比较困难。
文献报道常用的无机盐类转光剂主要有CaS:Eu2+、Sr2Si5N8:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+、CaAlSiN3:Eu2+、CaAl12O19:Mn4+、3.5MgO·0.05MgF2·GeO2:Mn4+、Y2O3:Eu3+、Gd2Mo3O9:Eu3+、YV04:Eu3+和Y2O2S:Eu3+等，其中硫化物类转光剂的化学稳定性差，二价Eu2+掺杂氮化物红色转光剂的制备成本太高，三价Eu3+掺杂转光剂的发射光谱与叶绿素的吸收光谱不匹配，而Mn4+掺杂的转光剂发射峰通常位于650nm左右，非常适用于农用红色转光膜。
发明内容
为了克服上述现有红色转光膜中有机转光剂的使用寿命短、无机盐转光剂与薄膜树脂的相容性较差、稀土有机转光剂的荧光强度低等缺点，本发明的一个目的是提供了一种化学稳定性好、光转换效率高的转光剂及其制备方法；本发明的另一个目的是提供了使用上述转光剂的农用红色转光膜及其制备方法。
为解决上述现有技术的不足，本发明所采用的技术方案如下：一种转光剂，化学组成为：Mg7Ge2-xO10F2:xMn4+，其中x的取值范围为0.01≤x≤0.3。
一种转光剂制备方法，包括以下步骤：(1)以MgCO3、MgF2、GeO2和MnO2为原料，按照化学式Mg7Ge2-xO10F2:xMn4+的化学计量比称取各原料，其中x的取值范围为0.01≤x≤0.3；(2)将步骤(1)获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀；(3)将步骤(2)获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入箱式炉进行灼烧，灼烧温度为1200～1400℃，灼烧时间为4～6小时，烧结气氛为空气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，取出获得烧结体；(4)将步骤(3)获得的烧结体进行球磨粉碎，即得所述转光剂。
农用红色转光膜，包括薄膜基体和转光剂，转光剂的化学组成为：Ca3B5O10Cl:Eu2+。
作为优选，所述薄膜基体成分为聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯中的一种或几种组合。
农用红色转光膜的制备方法，包括以下步骤：(1)转光母粒制备，按重量百分比称取转光剂10～30％，薄膜基体树脂60～80％，其它改性助剂0～20％，然后在150～200℃的塑炼机中混合均匀，最后利用造粒机挤出，风冷造粒制作成转光母粒；(2)转光膜制备，按重量百分比称取转光母粒1～10％，薄膜基体材料90～99％，在混料机中搅拌混合均匀，然后送入挤出机中，经过挤出机的熔融、塑化和挤出，得到农用红色转光膜。
作为优选，所述的其它改性助剂为水杨酸对叔丁基苯醋、2,6二叔丁基对甲酚、聚乙烯蜡和芥酸酰胺中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明提供的转光剂化学稳定性好、光转换效率高、使用寿命长，可用于生产农用红光膜；(2)本发明提供的转光膜可以将300～420nm的紫光和近紫外光、以及部分450～500nm的蓝绿光转换为600～680nm的红光，其发射峰位于650nm左右，有利于叶绿素a和叶绿素b的吸收，能够有效促进植物的光合作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的转光剂激发光谱和发射光谱。
具体实施方式
下面结合说明书附图1和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
一种转光剂，化学组成为：Mg7Ge2-xO10F2:xMn4+，其中x的取值范围为0.01≤x≤0.3。
转光剂制备方法包括以下步骤：(1)以高纯的MgCO3、MgF2、GeO2和MnO2为原料，按照化学式Mg7Ge2-xO10F2:xMn4+的化学计量比称取各原料，其中x为0.1；(2)将步骤(1)获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀；(3)将步骤(2)获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温箱式炉进行灼烧，灼烧温度为1200～1400℃，灼烧时间为4～6小时，烧结气氛为空气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体；(4)将步骤(3)获得的烧结体进行球磨粉碎，即得所述转光剂。
农用红色转光膜，包括薄膜基体和转光剂。制备方法包括以下步骤：(1)转光母粒制备，按重量百分比称取转光剂10％，薄膜基体树脂80％，水杨酸对叔丁基苯醋5％、2,6二叔丁基对甲酚5％，然后在150℃的塑炼机中混合均匀，最后利用造粒机挤出，风冷造粒制作成转光母粒；(2)转光膜制备，按重量百分比称取转光母粒1％，薄膜基体材料99％，在混料机中搅拌混合均匀，然后送入挤出机中，经过挤出机的熔融、塑化和挤出，得到农用红色转光膜。
图1中虚线是实施例1提供的转光剂激发光谱，实线是转光剂发射光谱。
不使用膜种植的生菜A、使用市售膜种植的生菜B和使用实施例制备的农用红色转光膜种植的生菜C进行生菜生长指标试验。生菜生长指标动态测定说明：随机选取20株样本参数接近的生菜，重复3次，测量生菜株高、株幅、叶长、叶宽。取样后先称量地上和地下部的鲜重，然后在60℃烘箱中烘至恒重后测其干重；叶绿素和类胡萝卜素含量测定采用分光光度法；粗蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法；Vc含量测定采用分光光度法；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法；硝酸盐含量测定采用紫外分光光度法。试验是单因素实验设计方案，意味除了膜的不同或者有无膜，别的条件基本一致，所以这些指标如果有显著差异，都是由膜的不同所造成的，天数是播种后40天，试验数据下表1。
表1：
不使用膜种植的黄瓜A、使用市售膜种植的黄瓜B和使用实施例制备的农用红色转光膜种植的黄瓜C进行黄瓜生长指标试验。生菜生长指标动态测定说明：随机选取20株样本参数接近的生菜，重复3次。育苗后12天，试验数据下表2。
表2：
黄瓜A 黄瓜B 黄瓜C
光合速率[μmol/(m2*s)] 2.53±0.11 3.18±0.13 3.42±0.1
蒸腾速率[mol/(m2*s)] 2.73±0.14 3.2±0.14 3.58±0.21
叶面积(cm2) 37.47±0.29 41.1±0.81 42.72±1.51
根长(cm) 19.33±2.14 18.76±2.88 19.08±2.24
株高(cm) 11.27±0.54 7.81±0.09 6.98±0.15
可见，在小苗期，黄瓜C的苗光合作用比较强，蒸腾作用同样也比较强。由于黄瓜A光照得不到利用，小苗有一定徒长。

Claims (6)

1.一种转光剂，其特征在于化学组成为：Mg7Ge2-xO10F2:xMn4+，其中x的取值范围为0.01≤x≤0.3。
2.一种转光剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)以MgCO3、MgF2、GeO2和MnO2为原料，按照化学式Mg7Ge2-xO10F2:xMn4+的化学计量比称取各原料，其中x的取值范围为0.01≤x≤0.3；(2)将步骤(1)获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀；(3)将步骤(2)获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入箱式炉进行灼烧，灼烧温度为1200～1400℃，灼烧时间为4～6小时，烧结气氛为空气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，取出获得烧结体；(4)将步骤(3)获得的烧结体进行球磨粉碎，即得所述转光剂。
3.农用红色转光膜，包括薄膜基体和转光剂，其特征在于转光剂的化学组成为：Mg7Ge2O10F2:Mn4+。
4.根据权利要求3所述的一种农用红色转光膜，其特征在于所述薄膜基体成分为聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯中的一种或几种组合。
5.农用红色转光膜的制备方法，其特征在于红色转光膜如权利要求3所述，制备方法包括以下步骤：(1)转光母粒制备，按重量百分比称取转光剂10～30％，薄膜基体树脂60～80％，其它改性助剂0～20％，然后在150～200℃的塑炼机中混合均匀，最后利用造粒机挤出，风冷造粒制作成转光母粒；(2)转光膜制备，按重量百分比称取转光母粒1～10％，薄膜基体材料90～99％，在混料机中搅拌混合均匀，然后送入挤出机中，经过挤出机的熔融、塑化和挤出，得到农用红色转光膜。
6.根据权利要求5所述的农用红色转光膜的制备方法，其特征在于所述的其它改性助剂为水杨酸对叔丁基苯醋、2,6二叔丁基对甲酚、聚乙烯蜡和芥酸酰胺中的一种或几种。
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