一种转光农膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于农用光－光转换功能材料领域，公开了一种用氮化物红色荧光粉作为转光剂的转光农膜及其制备方法与应用。该转光农膜主要包括转光剂母粒和薄膜基体，其中转光剂母粒由以下质量分数的组分组成：氮化物红色转光剂10～50％；助剂1～10％；余量为母粒基体。本发明专利技术的氮化物转光剂与植物光合作用所需的光谱匹配良好，同时通过三价稀土离子共掺和阳离子替换，获得了优异红色长余辉发光性能，能够在夜间或无阳光的条件下较长时间持续提供植物光合作用所需的红橙光，延长植物光合作用。将该氮化物转光剂制成母粒再用于制造农膜，可以对转光剂进行预分散，提高氮化物转光剂在薄膜基体中的分散性，当应用于农业领域，能达到增产增质的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农用光一光转换功能材料领域，特别涉及一种转光农膜及其制备方法 与应用。
技术介绍
农用稀土发光-转光材料也称为农用转光剂。农用转光剂经加工为转光农膜并用 于农作物种植时，可将太阳光中对植物生长无用或有害的部分转换为植物生长需要吸收的 光；此外，具有明显余辉效果的转光剂，在自然条件下供光不足时仍可使大棚内植物光合作 用高效地进行。因此，农用转光剂及转光农膜作为一种有效提高温室作物产量的高科技农 业补光材料，在传统农业耕作模式已不能满足现代社会需求的背景下，越来越成为目前光 电技术在农业领域应用的新趋势。 不同成分的光对植物的生长作用不同。波长400~480nm的蓝紫光可被叶绿素、 类胡萝卜素强烈吸收，促进植物的茎叶生长；波长600~700nm的红橙光被叶绿素吸收，可 促进植物的果实生长；波长500~600nm的黄绿光对光合作用几乎无贡献；而波长315~ 400nm的近紫外线除360nm附近的光对促进植物果实着色有益外，其余的均会使植物变矮， 叶片变厚；波长290~315nm的紫外线对大多数植物都有害，会促使农膜老化衰败。理想的 转光膜可将对植物生长有害的及无法吸收的光转换为光合作用中叶绿素可以吸收利用的 蓝紫光和红橙光，从而改变透过转光农膜的光的光质，促进植物对氮、磷、钾、锌等营养元素 的吸收，提高植株的叶片面积和展开度，增加植物的株高和叶柄长度，由此增加叶片叶绿素 的含量，使叶片中的光合作用产物含量升高，促进作物生长。 目前为止，能用于加工转光农膜且能较好地促进农作物生长的关键材料转光剂， 尽管已取得了一些进展，但仍存在很多的问题：（1)含三价铕离子（Eu 3+)的有机配体稀土转 光剂，可吸收240~420nm紫外光，发射出580~630nm的红橙光，其优点是初始亮度高，对 提高作物的全期产量及品质作用显著，但其只吸收紫外光且发射光谱窄，与植物的吸收波 长匹配性差，在太阳光下容易光解，而且成本较高；(2)蒽醌类、吡嗪类或吖啶类荧光染料， 其优点是不仅吸收紫外光而且吸收黄绿光，但其发射光谱与植物吸收波长匹配性差，成本 高，而且荧光寿命短强度衰减快；（3)含铕（Eu 2+)的碱土金属硫化物的无机稀土转光剂，其 可吸收自然光中的280~400nm紫外光发射出的红橙光，或者同时吸收紫外光和黄绿光，发 射蓝紫光、红橙光，而且其具有宽的的发射谱带，发射光谱与植物光合作用所需光谱相对吻 合以及转光强度衰减较慢的优点，但其初始亮度不如有机稀土转光剂，且在空气中易潮解， 光照下易氧化。 稀土掺杂氮化物荧光粉因其结构稳定性高，激发波长范围宽，发射波长可调，物理 性质稳定，发光效率高，无毒等优良的性能，受到了科学界和LED产业界的极大关注。而现 有专利和相关文献未见有将此类氮化物红色荧光粉作为农膜用转光剂。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种转光农 膜。该转光农膜采用氮化物红色荧光粉作为转光剂，可将太阳光中的紫光（200~400nm) 和占太阳光谱能量较大比例的黄绿光（400~550nm)等转换为能促进农作物生长的红橙光 (550 ~800nm)。 本专利技术的另一目的在于提供上述转光农膜的制备方法。 本专利技术的再一目的在于提供上述转光农膜在农业领域的应用。 本专利技术的目的通过下述方案实现： -种转光农膜，主要包括转光剂母粒和薄膜基体，其中转光剂母粒由以下质量分 数的组分组成： 氮化物红色转光剂10~50 % 助剂 1 ~10% 母粒基体 余量。 所述的氮化物红色转光剂的结构式可为M2 xSi5Ns:XRE或M1 yAlSiN3:yRE中的一种 或多种，其中：0〈x〈2,0〈y〈0. 5 ;M可为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn和Cd中的至少一种；RE可为Eu，或 Eu与Tm、Nd、Er、Ho、Dy五种稀土金属中的至少一种。 优选的，所述的M为碱土金属Ca、Sr或Ba中的至少一种；所述的RE为Eu，或Eu 与Tm、Nd、Dy三种稀土金属元素中的至少一种。 更优选的，所述的M为碱土金属Ca、Sr或Ba中的两种或两种以上。 所述的氮化物红色转光剂可由以下方法制备得到：按化学式从碱土金属单质粉 末、铝粉、硅粉和稀土金属粉末中称量相应的原料单质，研磨以混合均匀，在惰性气氛下 800~1000 °C熔融1~2h，得到前驱体；经球磨1~2h后，将前驱体在N2气氛下1400~ 1600°C焙烧3~6h，得所需的氮化物红色转光剂。 当合成M2 xSi5Ns:xRE时，所用的碱土金属粉末、娃粉和稀土金属粉末的摩尔比为 (2-x) :5:x，其中0〈x〈2 ;当合成M1 yAlSiN3:yRE时，所用的碱土金属粉末、错粉、娃粉和稀土 金属粉末的摩尔比为（1-y) :l:l:y，其中〇〈y〈〇. 5。 优选地，当合成M2 xSi5Ns:xRE时，所用的碱土金属粉末、娃粉和稀土金属粉末的摩 尔比为1. 96:5:0. 04 ;当合成M1 yAlSiN3:yRE时，所用的碱土金属粉末、铝粉、硅粉和稀土金 属粉末的摩尔比为〇. 96:1:1:0. 04。 为了更好的实现本专利技术，对焙烧后的产物进行冷却、研磨、酸洗、水洗、干燥等过 程，可得纯化后的氮化物红色转光剂。 所述的冷却优选指冷却至室温。 所述的酸可为硝酸、盐酸和硫酸中的一种，优选为体积分数为10%的硝酸。 所述的母粒基体可为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙稀、中密度聚乙稀、高密度聚 乙稀、聚丙稀、乙烯-醋酸乙烯酯树脂和聚氯乙烯中的至少一种。 所述的助剂可为聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸季戊四醇酯、聚 乙二醇、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种。 所述的薄膜基体可为低密度聚乙烯、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-醋酸乙烯酯树脂和聚氯乙烯中的至少一种，薄膜基体和母粒基体可以 相同也可以不同。 优选的，上述的薄膜基体为低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的至少一种。 所述的转光农膜中，氮化物红色转光剂质量可为转光农膜质量的0. 01~20%。 优选的，所述的转光农膜中，氮化物红色转光剂质量为转光农膜质量的0. 5~ 2%〇 所述的薄膜基体的用量为转光农膜质量的50~97%。 优选的，所述的薄膜基体的用量为转光农膜质量的90~97%。 -种所述的转光农膜的制备方法，主要包括以下步骤： (1)将氮化物红色转光剂、母粒基体以及助剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造 粒，得转光剂母粒； (2)将薄膜基体和步骤⑴中得到的转光剂母粒混合均勾，加工成膜，得转光农 膜。 步骤（1)中所述的挤出造粒优选在130~180°C的操作温度下经转速为100~ 400r/min的双螺杆挤出机挤出，风冷造粒。 步骤（2)中所述的加工成膜可采用包括压延法和挤出法等进行。 所述的转光农膜能有效吸收太阳光中对植物生长有害的紫外光部分，转化为能促 进植物光合作用的红橙光部分，应用于农业领域，能达到增产增质的效果，具有很高的经济 价值。 本专利技术的机理为： 代表性的氮化物红色荧光粉如M2Si5Ns:Eu、MAlSiN 3:Eu具有较宽的激发带，激发光 谱覆盖200~550nm ;发射光谱可覆盖550~700nm，较适合植物光合作用所需的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转光农膜，其特征在于：包括转光剂母粒和薄膜基体，其中，转光剂母粒由以下质量分数的组分组成：氮化物红色转光剂      10～50％助剂                  1～10％母粒基体              余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷炳富，王劲，张浩然，刘应亮，庄健乐，邓建昆，张海明，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44