[发明专利]一种转光膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于转光膜领域。

背景技术

植物对光能的要求，除光强和光周期外，光质是十分重要的因素，植物对不同波长的光具有固定的选择性吸收。从叶绿素a和b的吸收光谱来看，主要有两个峰区：(1)蓝紫区400～480nm，其中425nm为叶绿素a吸收峰，440～460nm为叶绿素b、叶黄素及α-胡萝卜素吸收峰；(2)红橙区600～680nm，其中643nm为叶绿素b吸收峰，660nm为叶绿素a的吸收峰。因此，400～480nm的蓝紫区及600～680nm的红橙光更有利于植物的光合作用，而日光中丰富的近紫外光和近红外光被作物茎叶大量反射掉，造成了太阳光能的浪费。为了提高作物对太阳光的的利用率，前苏联科学院的L.N.Golodkava和A.F.Lepaev等人于1983年提出了一种农用转光膜的概念，并于1988年在日本东京“国际园艺设施高技术研讨会上”被推荐为“最有前途的功能性农膜”。它的基本原理是在具有保温防寒避风挡雨作用的聚乙烯、聚氯乙烯等棚膜的基础上，通过添加光能转换剂来增加转光功能，以改善棚膜透过光质，促进大棚作物的光合作用。

我国对转光膜的研究始于20世纪90年代初，至今经历了十余年的发展，2002年生产经营的转光农膜已有近10kt规模。大量的农田应用试验和实地扣棚应用表明，转光膜能改善作物品质，实现增产。农田应用试验结果表明，与普通聚乙烯薄膜相比，稀土转光膜可以提高光温效应，透光率可提高9％左右，棚温增加1℃左右，并能增强植物光合作用能力，生物效应明显，可使作物产量增加，品质改善，其中番茄、黄瓜、草毒增产14％，茄子增产5.67％，产品中Vc及糖的含量有所提高。

在转光薄膜的技术研究与开发中，其技术关键是寻找一种合适的转光剂加入到薄膜基体中，使阳光透过薄膜时，光质发生有利于植物光合作用的变化。从目前转光膜的制备与应用研究状况来看，用于农膜的转光剂种类越来越多，主要可以分为三大类：(1)有机染料类转光剂；(2)无机盐类转光剂；(3)有机金属配合物转光剂。

有机转光剂多为具有较好荧光发射性能的染料化合物，如还原红、荧光增白剂、蒽酮、罗丹明等，它们的共同特点是具有大的共轭π键和刚性平面结构，如多苯环或稠环结构。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。并不是所有的有机染料都可以作为转光剂使用，考虑到成本和环保的要求，罗丹明类、蒽酮类和部分含氮杂环化合物的应用较为常见。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，因此，目前实际应用中多采取与其他转光剂共用的方式，单纯使用有机染料转光膜的产量和使用量呈下降趋势。

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。其中，无机化合物形成了规整的晶格，而引入的稀土离子或重金属离子于晶格之中，起到激活剂的作用，利用这些金属中心与晶格的相互作用而发光。，目前，所研制的纯无机稀土光转换剂尽管提高了转光强度和使用寿命，但仍存在一些缺陷，如光稳定性差，转光衰减快以及随时间的延长透光率降低等问题，而且，由于无机物的结晶度较高，与薄膜树脂的相容性较差、难于分散，使得普通无机盐在高分子薄膜中的分散性不好，形成的薄膜均匀性较差，不仅影响产品的外观光洁度，更会导致稀土团聚引起荧光猝灭，造成薄膜透光率及转光效率下降，加工性能变差。

稀土有机配合物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，具有发光亮度高、光色单一性好、光热稳定性强、不易老化、易于分散于各种溶剂和有机材料中等优点，稀土有机配合物兼具无机离子的强发光性能和有机配体的高相容性特点，克服了单纯使用有机或无机转光剂的缺点，其研究越来越受到重视。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。