CN102775750A - 一种可降解的多波段转光地膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种可降解的多波段转光地膜及其制备方法，属地面覆盖薄膜技术领域。其特点是：按百分比称量的可降解聚合物基材塑料母粒、有机转光染料和稀土转光粉，搅拌均匀后直接送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜即得到可降解转光地膜。积极效果在于：制备地膜的原料是纯天然的植物纤维，供应充足；该地膜在使用过程中会缓慢降解；并有利于植株幼苗自行破膜长出；在使用后不需要收集处理，可直接降解作为一种绿色环保的生态肥料。在该地膜中添加转光剂，将太阳光中对植物生长有害的紫外光和黄绿光转化为植物光合作用必备的橙红光或蓝光，不仅有利于作物成长、增强其顶膜能力，对作物也起到催熟、增产和提高农作物质量的作用，是一种绿色高效的“光肥”。

Description

一种可降解的多波段转光地膜及其制备方法
技术领域
属地面覆盖薄膜技术领域，确切地说，是涉及一种可降解转光地膜及其制备方法。
 
背景技术
在气温较低的环境下使用农用地面覆盖薄膜(以下简称地膜)，可以提高农作物的存活率，并且对农作物的生长起到催熟、增产的作用，因此被广泛应用。现有技术通常使用聚乙烯吹塑制备地膜，而聚乙烯原料都来源于石油化工产业等不可再生资源，随着石化资源的日益短缺使地膜原料的长期供应带来危机、成本也越来越高。并且，聚乙烯地膜在使用后不可降解或者需要很久才可缓慢降解，而通常如不处理会给环境带来白色污染，如通过焚烧处理将会带来大量废气污染。而且，在作物幼苗生长后期，幼苗需要顶破地膜才可以健康自由成长，使用现有的聚乙烯地膜需要人工刺破地膜协助幼苗穿透地膜生长，否则会影响作物的生长速度甚至造成作物畸形成长。
植物生长与光合作用密切相关，根据植物学家研究，太阳光的发光光谱对植物的生长发育起着至关重要的作用。蓝紫光和长波紫外光主要促进植物形成色素，并直接影响植物对磷、微量金属元素的吸收及维生素D、角质层的形成等；蓝光促进光合作用的光能；绿光和黄光则抑制叶绿体的活动，使光合作用下降；橙红光是大大增强植物光合作用的光能，有利植物生长。因此，尽可能将其他波长光谱转换为蓝光和橙红光，尤其是橙红光对于促进植物生长、早熟和增产起重要作用。对于我国日照时间长、干旱、冬季长的北方和西北地区，发展农用转光农膜具有相当好的经济和社会效益。
发明内容
本发明提供资源可再生、生物可降解、又添加转光剂有利于作物成长的一种可降解的多波段转光地膜及其制备方法。
本发明采取的技术方案：
一种可降解多波段转光地膜，其方案是：由以下组分及重量百分数含量为原料组成：
   原料名称                     Wt%
可降解聚合物基材                   75～100%
有机转光染料                       0～5%
稀土转光粉                         0～20%
所述可降解聚合物基材，包括：聚乳酸、聚β-羟基丁酸酯、聚乙烯醇、聚己内酯、纤维素、木素、壳聚糖、以上可降解聚合物按照任意比例的混合物或者以上任意可降解聚合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等非可降解聚合物按照任意比例的混合物；
所述有机转光染料，包括：分子式为C28H31ClN2O3称罗丹明B、或分子式为C20H6O5Br4Na2称曙红； 
所述稀土转光粉，包括：稀土硅酸盐、稀土磷酸盐、稀土盐酸盐、稀土硝酸盐、稀土有机配合物的稀土转光粉；
可降解转光地膜，其厚度为0.005-0.05mm,
一种可降解多波段转光地膜的制备方法包括：
按百分比称量的可降解聚合物基材塑料母粒、有机转光染料和稀土转光粉，搅拌均匀后直接送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜即得到可降解转光地膜。
本发明的积极效果在于：
1、采用可降解的聚合物制备地膜，原料来源于纯天然的植物纤维供应充足、稳定，且该地膜在使用过程中会缓慢降解利于植株幼苗自行破膜长出，在使用后不需要收集处理可直接降解最终又变成植物光合作用必需的水和二氧化碳，可以作为一种绿色环保的生态肥料。
2、在该地膜中添加转光剂，可以将太阳光中对植物生长有害的紫外光和黄绿光转化为植物光合作用必备的橙红光和/或蓝光，不仅有利于作物幼苗的茁壮成长、增强其顶膜能力，而且对作物后期的成长也起到催熟、增产和提高农作物质量的作用，是一种绿色高效的“光肥”。  
                             附图说明
    图1是转光地膜在585nm的发射光下的激发光谱；
    图2是转光地膜在263nm紫外光激发下的发射光谱；
    图3是转光地膜在305nm紫外光激发下的发射光谱；
    图4是转光地膜在350nm紫外光激发下的发射光谱；
    图5是转光地膜在550nm黄绿光激发下的发射光谱。
具体实施方式
所述可降解多波段转光地膜的组成通式可表示为：PxRyFz，其中P是可降解塑料基材，R是有机转光染料，F是稀土转光粉。其中x、y、z是其质量百分比(wt%)，75≤x≤100，0≤y≤5，0≤z≤20。
其中P是包括聚乳酸、聚β-羟基丁酸酯、聚乙烯醇、聚己内酯、纤维素、木素、壳聚糖、以上可降解聚合物按照任意比例的混合物或者以上任意可降解聚合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等非可降解聚合物按照任意比例的混合物，其质量百分比(wt%)为80%-95%时更佳，本发明使用的聚乳酸母粒由Nature Works公司供应。
其中R是包括罗丹明B(C28H31ClN2O3)、曙红(C20H6O5Br4Na2)等有机转光染料的一种或多种，优选罗丹明B，其质量百分比(wt%)为0.01%-2%时更佳，本发明使用的罗丹明B由国药集团上海化学试剂公司供应。
其中F是包括稀土硅酸盐、稀土磷酸盐、稀土盐酸盐、稀土有机配合物等稀土转光粉的一种或多种，优选稀土硅酸盐，其质量百分比(wt%)为1%-15%时更佳，本发明使用的稀土转光粉为自制的硅酸钇铕纳米转光粉，所使用的合成化学品均来自国药集团上海化学试剂公司。
图1-图5是根据本发明的一个实施方案制备的可降解转光地膜的荧光光谱图。由图1可以看出所述转光地膜可以吸收从200-365nm的紫外光和500-570nm的黄绿光，由图2-5可以看出所述转光地膜在263nm、305nm和350nm的紫外光以及550nm的黄绿光激发下的可以发射出580-620nm波段的橙红光，而且在305nm的紫外光激发下可以同时发射出430-470nm波段的蓝光。
本发明还提供了可降解多波段转光地膜的制备方法：
一种制备方法是：按百分比称量可降解聚合物基料、有机转光染料和稀土转光粉，加入拌料机中搅拌均匀，然后送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜冷却后即得到转光地膜。
另外一种制备方法是：将有机转光染料和稀土转光粉均匀混合到一种粘合剂中先制备多波段复合转光剂，然后通过涂布方式直接将所述制备好的多波段复合转光剂涂敷在吹塑好的可降解地膜表面即得到可降解转光地膜。
 
实施例
以下通过实施例进一步说明本发明。
    实施例1
    将377g Y2O3和10.56g Eu2O3磁力搅拌下溶于浓盐酸中，70oC下减压蒸馏除去水及过量的盐酸，然后加入3升含NaCl(20g)的乙醇溶液搅拌得澄清透明溶液，加入100g SiO2气溶胶，65oC下磁力搅拌90min得透明溶胶，搅拌下减压蒸馏除去乙醇得到粉末固体，转入马弗炉600oC烧结3h得到硅酸钇铕转光粉。取所述200g硅酸钇铕转光粉、10g罗丹明B和1790g聚乳酸母粒，加入拌料机中搅拌均匀，然后送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜冷却后即得到聚乳酸转光地膜。所制备地膜的厚度约为0.014mm。
如图1中所示的为根据该实施方案制备的转光地膜在585nm的发射光下的激发光谱，也就是说图谱中从200-365nm的紫外光和500-570nm的黄绿光都可以被所述转光地膜所吸收并转化为585nm左右的橙红光。图2-5中是根据本发明中一个实施方案制备的转光地膜在263nm、305nm和350nm的紫外光激发下的发射光谱，可以发射出580-620nm波段的橙红光以及430-470nm波段的蓝光。
    实施例2
    如实施例1制备实施例2的聚乳酸转光地膜，不同之处在于，加入罗丹明B的量为1g，聚乳酸母粒的量为1799g。
    实施例3
    如实施例1制备实施例3的聚乳酸转光地膜，不同之处在于，加入硅酸钇铕转光粉的量为40g, 聚乳酸母粒的量为1950g。
    实施例4
    如实施例1制备实施例4的聚乳酸转光地膜，不同之处在于，将加入的罗丹明B有机转光剂改为曙红。
    实施例5
    如实施例1制备实施例5的聚乳酸转光地膜，不同之处在于，将加入的有机转光剂改为5g罗丹明B和5g曙红的混合物。
    实施例6
    如实施例4制备实施例6的聚乳酸转光地膜，不同之处在于，将加入的曙红的量改为1g，聚乳酸母粒的量为1799g。
    实施例7
    如实施例1制备实施例7的可降解转光地膜，不同之处在于，将聚乳酸改为聚β-羟基丁酸酯作为母粒基材。
    实施例8
    如实施例1制备实施例8的可降解转光地膜，不同之处在于，将1790g聚乳酸母粒改为1000g聚乳酸母粒和790g聚β-羟基丁酸酯的混合母粒作为基材。
    实施例9
    如实施例1制备实施例9的可降解转光地膜，不同之处在于，将1790g聚乳酸母粒改为1500g聚乳酸和290g聚乙烯的混合母粒作为基材。
    实施例10
    取100g SiO2气溶胶加入到200ml乙醇溶液中，搅拌得到透明溶胶，然后加入10g罗丹明B，并搅拌下减压蒸馏除去乙醇得到固体转光粉。将制备好的固体转光粉和1890g聚乳酸母粒加入拌料机中搅拌均匀，然后送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜冷却后即得到聚乳酸转光地膜。
    实施例11
    直接取10g罗丹明B和1990g聚乳酸母粒加入拌料机中搅拌均匀，然后送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜冷却后即得到聚乳酸转光地膜。
    实施例12
    按照中国发明专利(CN200510026704.7)中描述的方法制备200g宽紫外或黄绿光转换红蓝光纳米材料,并加入10g罗丹明B和1790g聚乳酸母粒搅拌均匀，然后送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜冷却后即得到聚乳酸转光地膜。
    实施例13
    如实施例12制备实施例13的聚乳酸转光地膜，不同之处在于，按照中国发明专利(CN201110034663.1)中描述的方法制备200g钒磷酸钇铕转光粉, 并加入10g罗丹明B和1790g聚乳酸母粒搅拌均匀，然后送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜冷却后即得到聚乳酸转光地膜。
    实施例14
    如实施例1制备实施例14的聚乳酸转光地膜，不同之处在于，不加入罗丹明B，只取实施例1制备的200g硅酸钇铕转光粉和1800g聚乳酸母粒，加入拌料机中搅拌均匀，然后送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜冷却后即得到聚乳酸转光地膜。
    实施例15
    如实施例1制备实施例14的聚乳酸转光地膜，不同之处在于，将制备好的190g硅酸钇铕转光粉和10g罗丹明B加入到800g Acronal TL8821水性粘合剂，然后通过Hockmyer高速研磨机在2000转速下研磨2小时，即得到多波段复合转光剂。最后直接将制备好的所述多波段复合转光剂通过浸涂的方式涂敷在吹塑好的可降解地膜表面，即得到可降解转光地膜。
    实施例16
    如实施例15制备实施例16的可降解转光地膜，不同之处在于将制备好的190g硅酸钇铕转光粉和10g罗丹明B加入到800g Elvacite 2008的乙酸正丙酯溶液制备多波段复合转光剂。
实施例17
如实施例1制备实施例17的可降解转光地膜，不同之处在于采用挤出流延薄膜成型机制备可降解转光地膜。
实施例18
如实施例15制备实施例18的可降解转光地膜，不同之处在于采用凹版涂布工艺将制备好的所述多波段复合转光剂涂敷在吹塑好的可降解地膜表面制备可降解转光地膜。

Claims (2)

1.一种可降解的多波段转光地膜，其特征是：由以下组分及重量百分数含量为原料组成：
     原料名称                     Wt%
可降解聚合物基材                   75～100%
有机转光染料                       0～5%
稀土转光粉                         0～20%
所述可降解聚合物基材，包括：聚乳酸、聚β-羟基丁酸酯、聚乙烯醇、聚己内酯、纤维素、木素、壳聚糖、以上可降解聚合物按照任意比例的混合物或者以上任意可降解聚合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等非可降解聚合物按照任意比例的混合物；
所述有机转光染料，包括：分子式为C28H31ClN2O3称罗丹明B、或分子式为C20H6O5Br4Na2称曙红；
所述稀土转光粉，包括：稀土硅酸盐、稀土磷酸盐、稀土盐酸盐、稀土硝酸盐、稀土有机配合物的稀土转光粉；
可降解转光地膜，其厚度为0.005-0.05mm。
2.一种可降解的多波段转光地膜的制备方法，其特征是：有混合方法和涂布方法；所述混合方法：按百分比称量的可降解聚合物基材塑料母粒、有机转光染料和稀土转光粉，加入拌料机中搅拌均匀后直接送入吹塑薄膜挤出机中，挤出薄膜冷却后即为混合方法得到可降解转光地膜；
所述涂布方法：将有机转光染料和稀土转光粉均匀混合到一种粘合剂中先制备多波段复合转光剂，然后通过涂布方式直接将所述制备好的多波段复合转光剂涂敷在吹塑好的可降解地膜表面即为涂布方法得到可降解转光地膜。
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