CN101434725B - 一种新型仿生态双波段光能转换农膜及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型仿生态双波段光能转换农膜及其生产工艺。本发明转光膜转光寿命长，转光性能好，所用转光剂，生产成本低，用量少，可根据不同类型的植物，调节红光转光剂和蓝光转光剂的复配比例，从而更加有效的利用太阳光。生产工艺为将光稳定剂、热稳定剂、流滴剂、复配转光剂等与树脂按比例准确称量后，加入塑炼机，控制搅拌转速，高速搅拌，控制温度至树脂呈塑化状态，排出，投入到造粒挤出机造粒。然后将各种型号的树脂和母粒按工艺配方的要求，准确计量，投入到拌料机，然后加入到挤出机，进行卷取，卸卷，包装。

Description

一种新型仿生态双波段光能转换农膜及其生产工艺

技术领域

本发明属农用技术领域，尤其涉及一种新型仿生态双波段光能转换农膜及其生产工艺。

背景技术

植物对光能的需求，除了光强度和光周期之外，光质是很重要的因素。它不仅影响农作物的光合效率，而且可以调控作物生长。绿色植物的叶绿素对不同波长的光具有不同程度的选择吸收。转光剂则能够吸收太阳光中颇具破坏性的近紫外光，发射出叶绿素光合作用进程中最需要的蓝紫光或红橙光，以完成光转换作用。迄今为止，绝大多数转光薄膜都仅将紫外光转换为单一波段的可见光，如红橙光或青蓝光，尤其是红橙光，与光合作用最需要红蓝光存在较大偏差，虽然能在一定程度上促进光合作用的进程，但并不具备仿生态特性。而波长在400～500nm的青蓝光可活跃叶绿素的形成和活动，600～700nm的红光可增强叶绿体的光合作用能力。另外，不同类型的植物对蓝光和红光的需求比例是不一样的。因而兼具红、蓝双波段转换并能针对不同种类植物可进行红、蓝光比例调控的薄膜的开发，是功能性控制农膜的重要发展方向。

转光农膜的开发迄今已有20多年的历史。早期报道见于地处较高纬度，寒冷地带的俄罗斯和土地资源匮乏的日本。如1976年日本“农业用光线选择利用技术研究协会”报道的掺红色荧光助剂的PE薄膜。1982年，日本研制成功聚苯乙烯荧光聚合物。1985年，俄罗斯的L.N.Golodkova等人将稀土荧光化合物添加到PVC、PE等树脂中制成了温室红光转换薄膜。

国内转光薄膜的开发始于20世纪80年代末。如最早的应用报道：中科院长春物理研究所李文连等人将铕-噻吩乙酰三氟丙酮-三正辛基氧化膦掺加到PVC树脂中制成的光转换蔬菜大棚薄膜，不仅使蔬菜增产，还可用于水稻育秧和人参栽培。1991年上海师大将稀土荧光络合物添加到PE中，所得新型农膜可使番茄、茄子等增产。1992年中科院广州能源所等单位研制的L-蓝光膜，用于水稻育秧，使粮食增产。1994年青岛新桑达经济技术咨询服务公司孙新世等人制得聚乙烯红光转换薄膜并形成了一定的生产能力；同年，中科院化学所和北京农业大学等单位，将俄罗斯学院的转光技术引入国内，开发出商品名为“瑞得来(red light)”的转光母料，并由北京市华盾塑料包装器件公司等单位制成转光农膜，进行了较大规模的农田扣棚实验；中科院物理研究所发明的农用薄膜，以透光性聚合物树脂作薄膜基料，钇、镧、钆、铕配合物发光材料作为荧光添加剂，所得转光农膜可吸收98％的200～450nm的自然光，并将其中的85％转换成680～700nm的红橙光，光稳定时间较长；Nouop.A等人利用挤压法使荧光染料渗入PE中，制造出的棚膜可将绿光部分转换成红色。此外，河南省宜阳县塑料厂、南开大学、北京轻工业学院、北京科技协作中心、中科院广州能源所、黑龙江省伊春市塑料厂、武汉大学、上海师范大学、中国科学院大连物理化学研究所、中科院研究生院东方科源新技术开发中心、北京工商大学、山东农业大学等单位已拥有此方面的研究成果并在联系成果转让，但现有转光薄膜普遍存在的成本高的问题限制了其规模化推广应用

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型仿生态双波段光能转换农膜及其生产工艺。该新型农膜用仿生态双波段转光材料的特征为：一种仿生态双波段光能转换农膜，可表示为：树脂(R)+助剂(H)+红光转光剂+蓝光转光剂M(L₁)_n，其显著特征为：能够吸收太阳光中的紫外光，同时发射蓝光(波段范围400nm～500nm)和红光(600nm～700nm)。

本发明所使用的复配型转光剂，由吸收紫外光发射蓝光的转光剂M(L₁)_n和吸收紫外光发射红光的转光剂A_xB_1-xL₂L₃组成，其中：M为Al³⁺、Ga³⁺、In³⁺、Sc³⁺、Cd²⁺、Be²⁺、Zn²⁺、Zr²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺中的任一种；L₁为水杨醛苯甲酰腙类、水杨醛水杨酰腙类、水杨醛呋喃酰腙类席富碱化合物中的任意一种；A、B为稀土元素铕、钆、钇、铽、镧、钐中的任意两种的组合；L₂为噻吩甲酰三氟丙酮、噻吩乙酰三氟丙酮、邻二苯甲酸、间二苯甲酸、邻羟基苯甲酸、间羟基苯甲酸中的任意一种；L₃为邻菲哕啉及三苯基氧膦、8-羟基喹啉、三联吡啶、二联吡啶、邻氨基吡啶、间氨基吡啶中的任意一种；1≤n≤3，0＜x＜1。

本发明所使用的复配型转光剂由任意一种蓝光转光剂M(L₁)_n与任意一种红光转光材料A_xB_1-xL₂L₃复配即可，两者最佳复配重量比例范围为：1∶1-1∶30。

本发明所用的树脂为聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚醋酸乙烯(EVA)等农用薄膜常用树脂中的任意一种或一种以上的任意比例混合物；所用的光稳定剂为磷酸三甲酚酯、环氧化合物、有机磷酸锌(或有机磷酸钡、有机磷酸钙)三者按照任意比例的复合物；所用的热稳定剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙等硬脂酸盐类种的任意一种或一种以上任意比例组合；所用的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯、烷基磺酸苯酯、亚磷酸三苯酯、环氧十八酯丁酯、环氧化四氢邻苯二甲酸酯、氯化石蜡种的任意一种或一种以上的任意比例组合；所用的流滴剂为山梨醇硬脂酸酯、山梨醇棕榈酸酯、山梨醇单月桂酸酯、硬脂酸甘油酯、季戊四醇单硬脂酸酯中的任意一种或一种以上任意比例组合。

本发明所用的树脂、纳米蓝光转光剂、光稳定剂、热稳定剂、增塑剂和流滴剂重量份比例如下：

(1)树脂100

(2)复配转光剂0.01-5

(3)光稳定剂0.1-10

(4)热稳定剂0.5-10

(5)增塑剂20-45

(6)流滴剂0.1-10

本发明的具体生产工艺如下所述：

(1)转光母粒的生产

将光稳定剂、热稳定剂、流滴剂、转光剂等与树脂按比例准确称量后，加入塑炼机，控制搅拌转速，高速搅拌20-30分钟，控制温度150℃-200℃至树脂呈塑化状态，排出，投入到造粒挤出机造粒，按工艺要求，设置挤出机各区的温度和螺杆转速，母粒经冷却后，用防潮包装袋装好，对袋口进行热封。

(2)转光农膜的生产

各种型号的树脂和母粒按工艺配方的要求，准确计量，投入到拌料机，搅拌到5-10分钟，加入到挤出机料斗，按基料树脂的不同设置挤出机各区温度，一般挤出机温度控制在120℃-180℃，中心进料螺旋模头温度控制在150℃-200℃。按产品的规格要求，采用吹塑法得到薄膜，调整薄膜的宽度和厚度，进行卷取，达到规定的长度后，卸卷，取样进行物理性能检测，产品合格后，包装。

本发明核心技术为本单位研制的新型复配型双波段转光剂，其它所用助剂、树脂等皆有市场销售，所用加工设备为塑料加工通用标准设备。

本发明所述一种新型仿生态双波段光能转换农膜及其生产工艺与已有技术相比具有以下优点：

1、转光农膜所用转光剂生产成本低，用量少，转光性能好，转光膜转光寿命长。

2、转光农膜所用转光剂为复配型，可根据不同类型的植物调节红光转光剂和蓝光转光剂的复配比例，从而更加有效的利用太阳光。

附图说明

附图1为双波段光能转换农膜的荧光激发和发射光谱。

附图2为转光母粒的生产工艺流程。

附图3为转光农膜的生产工艺流程。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明，有必要在此指出的是：本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不局限其范围。本领域专业人员在阅读本发明之后在不违背本发明实质所作出的各种改进都是显而易见的，都属于本发明要求保护范围。

实施例一：

1、转光母粒的生产

取低密度聚乙烯(PE)50份，增塑剂邻苯二甲酸二甲酯50份，光稳定剂取重量比例为5∶3∶2的磷酸三甲酚酯、环氧化豆油、十八烷基磷酸锌复合物25份，热稳定剂重量取比例为1∶1的硬脂酸钡、硬脂酸锌复合物20份，流滴剂取重量比例为1∶1的山梨醇月桂酸酯、硬脂酸甘油酯复合物15份，复配转光剂1份(蓝光转光剂M(L₁)_n与红光转光材料A_xB_1-xL₂L₃重量比例为1∶1)，加入塑炼机，控制搅拌转速，高速搅拌20-30分钟，控制温度140℃-150℃至树脂呈塑化状态，排出，投入到造粒挤出机造粒，设置挤出机温度130℃，母粒经冷却后，切粒过筛，干燥烘干，用防潮包装袋装好，对袋口进行热封备用。

2、转光薄膜的生产

取低密度聚乙烯(PE)树脂90份和转光母粒10份，准确计量，投入到拌料机，搅拌5-10分钟，加入到挤出机料斗，挤出机温度控制在140℃-180℃，中心进料螺旋模头温度控制在150℃-190℃。按产品的规格要求，采用吹塑法得到薄膜，调整薄膜的宽度和厚度，经检验合格后，进行卷取，达到规定的长度后，卸卷，产品检验合格后，包装。

实施例二：

1、转光母粒的生产

取氯乙烯(PVC)50份，增塑剂邻苯二甲酸二甲酯30份，光稳定剂取重量比例为6∶3∶1的磷酸三甲酚酯、环氧化豆油、十八烷基磷酸锌复合物25份，热稳定剂取重量比例为1∶1的硬脂酸钡、硬脂酸锌复合物16份，流滴剂取重量比例为1∶1的山梨醇棕榈酸酯、硬脂酸甘油酯复合物15份，复配转光剂5份(蓝光转光剂M(L₁)_n与红光转光材料A_xB_1-xL₂L₃重量比例为1∶30)，加入塑炼机，控制搅拌转速，高速搅拌20-30分钟，控制温度120℃-140℃至树脂呈塑化状态，排出，投入到造粒挤出机造粒，设置挤出机温度120℃-130℃，母粒经冷却后，切粒过筛，干燥烘干，称量，用防潮包装袋装好，对袋口进行热封备用。

(2)转光薄膜的生产

取聚氯乙烯(PVC)树脂90份和转光母粒10份，投入到拌料机，搅拌5-10分钟，加入到挤出机料斗，挤出机温度控制在130℃-180℃，中心进料螺旋模头温度控制在140℃-190℃。按产品的规格要求，采用吹塑法得到薄膜，调整薄膜的宽度和厚度，卷取，达到规定的长度后，卸卷，取样进行物理性能检测，产品检验合格后，包装。

Claims (5)

1.一种新型仿生态双波段光能转换农膜，其特征在于农膜由树脂、助剂、蓝光转光剂M(L₁)_n和红光转光剂A_xB_1-xL₂L₃组成，该农膜能够吸收太阳光中的紫外光，同时发射400nm～500nm波段范围的蓝光和600nm～700nm波段范围的红光；该农膜主要组份重量份比例如下

树脂                            100

复配转光剂                      0.01-5

光稳定剂                        0.1-10

热稳定剂                        0.5-10

增塑剂                          20-45

流滴剂                          0.1-10

其中，复配转光剂，由吸收紫外光发射蓝光的转光剂M(L₁)_n和吸收紫外光发射红光的转光剂A_xB_1-xL₂L₃复配组成，两者复配重量比例范围为：1∶1-1∶30；

M为Al³⁺、Ga³⁺、In³⁺、Sc³⁺、Cd²⁺、Be²⁺、Zn²⁺、Zr²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺中的任一种；L₁为水杨醛苯甲酰腙、水杨醛水杨酰腙、水杨醛呋喃酰腙席富碱化合物中的任意一种；A、B为稀土元素铕、钆、钇、铽、镧、钐中的任意两种的组合；L₂为噻吩甲酰三氟丙酮、噻吩乙酰三氟丙酮、邻二苯甲酸、间二苯甲酸、邻羟基苯甲酸、间羟基苯甲酸中的任意一种；L₃为邻菲啰啉及三苯基氧膦、8-羟基喹啉、三联吡啶、二联吡啶、邻氨基吡啶、间氨基吡啶中的任意一种；1≤n≤3，0＜x＜1；

所使用的树脂为聚乙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯农用薄膜用树脂中的任意一种或一种以上任意比例的混合物。

2.如权利要求1所述一种新型仿生态双波段光能转换农膜，其特征在于所使用的光稳定剂为磷酸三甲酚酯、环氧化合物和有机磷酸锌或有机磷酸钡或有机磷酸钙三者按照任意比例的复合物。

3.如权利要求1所述一种新型仿生态双波段光能转换农膜，其特征在于所使用的热稳定剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的任意一种或一种以上任意比例的组合。

4.如权利要求1所述一种新型仿生态双波段光能转换农膜，其特征在于所使用的流滴剂为山梨醇硬脂酸酯、山梨醇棕榈酸酯、山梨醇单月桂酸酯、硬脂酸甘油酯、季戊四醇单硬脂酸酯中的任意一种或一种以上任意比例的组合。

5.如权利要求1所述一种新型仿生态双波段光能转换农膜，其特征在于所使用的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯、烷基磺酸苯酯、亚磷酸三苯酯、环氧十八酯丁酯、环氧化四氢邻苯二甲酸酯、氯化石蜡中的任意一种或一种以上任意比例的组合。

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