一种转光功能农膜及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机功能材料及高分子转光农膜技术领域，特别涉及一种转光功能农 膜及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 21世纪经济全球化不断推进，越来越多的农用耕地转为商业、工业用途，且自然环 境在工业化进程下也遭受到不同程度的污染和破坏，这使得提高现有耕地亩产量越来越重 要。进入新世纪以来，中国农业取得了举世瞩目的成就，粮食生产实现了 "十连增"，这一切 离不开化肥的贡献。但是，中国农业这种生产方式却是高投入、低产出，利用率低。农药、化 肥等农资产品的不合理使用也导致了土壤退化、生态环境破坏和农产品品质下降等等，因 此必须转变农业增长方式，加大农业科技创新力度，迎接"减量增效、节本增收"的大考。未 来农业的发展既要提高产量，提升品质，又要利用资源，保护环境，走可持续发展之路。研究 发现，光、电、磁、气对植物的生长有促进作用，同时对某些病虫害有抑制作用。所以，科学家 已经把光、电、磁、气视为肥料，分别称为光肥、电肥、磁肥、气肥，统称"物理肥料"，这是继 "化学肥料"之后的一类新型环保性肥料。同时具有抑制病虫害的功效，这是一种物理防虫 作用，可认为是一种"物理农药"。转光功能农膜是在农用薄膜中引入转光助剂，以改善透过 温室棚膜的光质，使其有益于植物进行光合作用的一种功能塑料膜，这种同时具有肥效和 药效的功能薄膜对推进农业现代化建设具有重要意义。
[0003] 在利用发光材料制备转光剂及转光功能农膜方面，国内外的研究也比较活跃。对 于红光转光剂，主要是以Eu3+离子掺杂基质为主，例如Y 203: Eu3+、Y202S: Eu3+，因铕离子在紫 外光的照射下能发出很强的特征红光，所制成的转光剂在农膜上己有较成功的应用。因为 铕的特征发光波长在~615nm，与植物叶绿素的最大吸收峰位(620~700nm)不是非常吻合， 并且Eu 3+作为稀土离子其原始成本相对较高，因而在农膜中的应用仍存在一定的局限性。过 渡金属离子Mn4+在整个紫外区域都存在吸收，由于 2E-4A2的跃迀，使Mn4+可以发射深红色的 光(620~680nm)很好地匹配植物吸收光谱范围，而且Mn 4+价格比较便宜，资源也比稀土金属 要丰富。中国发明专利CN102321472B公开了一种锰离子掺杂荧光粉Sr2MgAl22〇36: Mn4+，其主 要应用于LED，该红色荧光粉在250到550nm范围内都有吸收，发射宽带位于植物吸收的红光 区，在转光功能农膜中有着巨大的应用潜能。本发明的转光功能农膜与植物光合作用的吸 收光谱匹配性良好。使用该转光功能农膜进行大棚种植，对植物增产起到了非常大的作用， 效果明显，在农作物种植上具有大范围推广应用的潜力。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种转光功能 农膜。该转光农膜可将太阳光中的紫光(200~380nm)或占太阳光谱能量较大比例的黄绿光 (500~580nm)等转换为能促进农作物生长的红橙光(580~800nm)〇
[0005] 本发明另一目的在于提供上述转光功能农膜的制备方法。
[0006] 本发明再一目的在于提供上述转光功能农膜在农作物种植中的应用。
[0007] 本发明的目的通过下述方案实现：
[0008] -种转光功能农膜，包含以下质量分数的组分:转光剂母粒1~90% ;薄膜基体余 量。
[0009] 优选地，所述转光剂母粒占转光功能农膜质量分数10~80% ;
[0010] 更优选的，所述转光剂母粒占转光功能农膜质量分数20~40%。
[0011] 其中，所述的转光剂母粒包含以下质量分数的组分:红光转光剂5~50%;助剂1~ 10%;母粒基体余量。
[0012] 优选地，所述红光转光剂占转光剂母粒质量分数10~40% ;
[0013] 更优选的，所述红光转光剂占转光剂母粒质量分数25~35%。
[0014] 所述的红光转光剂的结构通式为M2ZA122-x〇36:xMn 4+，其中M为Ca、Sr和Ba中的至少 一种;Z为Mg、Zn和Q1中的至少一种，0 < x < 0.05。
[0015] 优选的，所述的x = 0.012。
[0016]优选的，所述红光转光剂的发射波长范围为600~700nm，吸收波长范围为200~ 380nm和500~580nm。
[0017] 优选的，当M为Ca或Sr，Z为Mg时，可获得吸收光谱在200~450nm，发射光谱在620~ 720nm的红色转光剂。
[0018] 所述的红光转光剂可由以下方法制备得到：以0&、31'、1^、]\%、211、0(1、]/[11的氧化物或 相应的碳酸盐、硝酸盐，氧化铝为反应原料，按照红光转光剂的结构通SM2ZA122-x0 36 : xMn4+ 的化学计量比称取相应原料，再加入助熔剂，研磨30min，于850 °C空气气氛下煅烧3小时自 然冷却后，置于球磨机中湿法研磨lh，最后将样品转移到马弗炉中在氧气气氛或空气气氛 下1000~1600°C下反应3~6h，得红光转光剂。
[0019] 所述的助恪剂可为氯化铵(NH4C1)、硼酸(H3B03)、碳酸锂(Li2C0 3)、碳酸钠(Na2C03) 和碳酸钾(K2C03)中的至少一种。
[0020] 所用的助熔剂可为红光转光剂各金属元素的氧化物或相应盐的质量之和的0.05 ~30%〇
[0021] 优选的，所用的助熔剂为红光转光剂各金属元素氧化物或相应盐的质量之和的 0.1 ~20%〇
[0022] 更优选的，所用的助熔剂为红光转光剂各金属元素氧化物或相应盐的质量之和的 1 ~5% 〇
[0023] 为了更好的实现本发明，反应后得到的产物优选进行研磨、过筛、酸洗、水洗、干燥 等过程，得纯化后的红光转光剂。
[0024] 优选的，所述的酸洗过程中的酸可为醋酸、硝酸、盐酸和硫酸中的一种；
[0025] 更优选的，所述的酸洗过程中的酸为体积分数为3%的醋酸水溶液。
[0026] 所述的助剂可为改性剂、光稳定剂和润滑剂中的至少一种。
[0027]优选的，所述的助剂为酚醛树脂、氨基树脂、醇酸树脂、环氧树脂、聚乙烯蜡、乙烯 基双硬脂酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸季戊四醇酯、聚乙二醇、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中 的至少一种。
[0028]所述的母粒基体和薄膜基体均为有机高分子材料。
[0029] 优选的，所述的母粒基体和薄膜基体均为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密 度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯_醋酸乙烯基树脂和聚氯乙烯中的至少一种。其中母 粒基体和薄膜基体为可以相同也可以不同。
[0030] -种上述转光功能农膜的制备方法，主要包括以下步骤：
[0031 ] (1)将红光转光剂、母粒基体以及助剂混合均匀后，挤出造粒，得转光剂母粒；
[0032] (2)将薄膜基体和步骤(1)中得到转光剂母粒混合均匀，加工成膜，得转光农膜。
[0033] 步骤(1)中所述的挤出造粒是指采用双螺杆挤出机挤出造粒。
[0034]优选的，步骤（1)中所述的挤出造粒指在120~200°C的操作温度下经转速为100~ 500r/min的双螺杆挤出机挤出，水冷造粒。具体温度及转速可根据母粒基体材料及转光剂 含量确定。
[0035] 步骤(2)中所述的加工成膜可采用压延法、挤出法或吹塑法等进行成膜。
[0036] 优选的，步骤(2)中所述的加工成膜指采用吹塑法，通过吹塑机吹塑成膜。
[0037] 所述的转光功能农膜在农作物种植中的应用。
[0038] 本发明的机理为：
[0039] 本发明以固相法制得的铝酸盐红光转光剂样品颗粒尺寸均一，分散性较好，具有 宽的激发(250~550nm)和发射谱带(620~720nm)，可有效吸收对植物有害的紫外光，提供 植物生长所需的红橙光。同时，铝酸盐红光转光剂还具有初始发光亮度高，物理化学性质稳 定、转光强度衰减慢和光稳定性高等优点。通过对基质碱土金属阳离子部分取代，合成的铝 酸盐红光转光剂还能获得更强的发光亮度性能，提高对太阳光的吸收和转换效率。
[0040] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
[0041] (1)本发明所使用的转光剂的合成工艺简单，稳定性好，成本远低于传统转光剂， 而且发射光谱与植物光合作用光谱相适配，将其掺入到农膜中，可使农膜具有良好的转光 效果，对植物增产增质起到更好的作用，功能农膜大棚种植有无病害、无虫害、无化学农药、 品质好、提高产量等优点，具有非常高的经济价值和大规模的推广前景。
[0042] (2)本发明中的铝酸盐红光转光剂不仅具有优异的发光特性，而且无毒，可将其直 接用