CN105713288B - 一种转光功能农膜及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机功能材料及高分子转光农膜技术领域，公开了一种转光功能农膜及其制备方法和应用。该转光功能农膜包含以下质量分数的组分：1～90％的转光剂母粒，余量为薄膜基体；其中，转光剂母粒包含以下质量分数的组分：5～50％的红光转光剂，1～10％的助剂，余量为母粒基体。所述的红光转光剂的结构通式为M2ZAl22‑xO36:xMn4+，其中M为Ca、Sr和Ba中的至少一种；Z为Mg、Zn和Cd中的至少一种，0≤x≤0.05。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。

Description

一种转光功能农膜及其制备方法与应用
技术领域
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
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。
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Y2O3:Eu3+、Y2O2S: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Eu3+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的跃迁，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Mn4+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Sr2MgAl22O36: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
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)。
本发明另一目的在于提供上述转光功能农膜的制备方法。
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。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种转光功能农膜，包含以下质量分数的组分：转光剂母粒1～90％；薄膜基体余量。
优选地，所述转光剂母粒占转光功能农膜质量分数10～80％；
更优选的，所述转光剂母粒占转光功能农膜质量分数20～40％。
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。
优选地，所述红光转光剂占转光剂母粒质量分数10～40％；
更优选的，所述红光转光剂占转光剂母粒质量分数25～35％。
所述的红光转光剂的结构通式为M2ZAl22-xO36:xMn4+，其中M为Ca、Sr和Ba中的至少一种；Z为Mg、Zn和Cd中的至少一种，0≤x≤0.05。
优选的，所述的x＝0.012。
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。
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。
所述的红光转光剂可由以下方法制备得到：以Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Cd、Mn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式M2ZAl22-xO36:xMn4+的化学计量比称取相应原料，再加入助熔剂，研磨30min，于850℃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1h，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℃下反应3～6h，得红光转光剂。
所述的助熔剂可为氯化铵(NH4Cl)、硼酸(H3BO3)、碳酸锂(Li2CO3)、碳酸钠(Na2CO3)和碳酸钾(K2CO3)中的至少一种。
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％。
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％。
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％。
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。
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；
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。
所述的助剂可为改性剂、光稳定剂和润滑剂中的至少一种。
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。
所述的母粒基体和薄膜基体均为有机高分子材料。
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。
一种上述转光功能农膜的制备方法，主要包括以下步骤：
(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；
(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。
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。
优选的，步骤(1)中所述的挤出造粒指在120～200℃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。
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。
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。
所述的转光功能农膜在农作物种植中的应用。
本发明的机理为：
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。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(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。
(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，可将其直接用于制备转光母粒和转光农膜，减少了对转光剂再处理的步骤。本发明将铝酸盐红光转光剂先制成母粒，再用于制备转光功能农膜，可以对转光剂进行预分散，提高红光转光剂在薄膜基体中的分散性，减少现场操作时的粉尘污染。
附图说明
图1为实施例1所制备的红光转光剂的XRD图谱。
图2为实施例2所制备的红光转光剂x＝0.012的光谱图。
图3为实施例2所制备的红光转光剂x＝0.012的色坐标图。
图4为实施例4所制备的红光转光剂的SEM图，其中助熔剂硼酸的添加量分别为0wt％，1wt％，2wt％，4wt％.。
图5为实施例6所制备阳离子替换的红光转光剂光谱图。
图6为实施例12、13所制备的转光功能农膜的透光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所用试剂均可从市场购得。
实施例1：红光转光剂Sr2MgAl21.988O36:0.012Mn4+的制备
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、1mol氧化镁、10.994mol氧化铝、5wt％氯化铵、2wt％硼酸和1.2％mol碳酸锰，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；熔融阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至x℃(其中x可取1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600)，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
图1为实施例1所制备的不同煅烧温度下的红光转光剂的XRD图谱。由图可知，所制备的红光转光剂与标准卡片基本吻合，随着煅烧温度的增加，杂相逐渐消失，到1500℃时生成纯相。
实施例2：红光转光剂Sr2MgAl22-xO36:xMn4+的制备(其中x分别取0、0.001、0.002、0.004、0.008、0.012、0.016、0.020、0.050)
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、1mol氧化镁、(22-x)/2mol氧化铝、5wt％氯化铵、2wt％硼酸和x mol碳酸锰，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；熔融阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
图2为实施例2所制备的红光转光剂x＝0.012的光谱图。由图可知，本发明的红光转光剂能有效地将太阳光中的紫光(200～450nm)转化为宽波段光谱，主要为红光(620～720nm)。
图3为实施例2所制备的红光转光剂x＝0.012的色坐标图。
实施例3：红光转光剂Sr2MgAl21.988O36:0.012Mn4+的制备
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、1mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰和x wt％(其中x可取0、2、4、6、8、10、12、14、16)氯化铵，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；熔融阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
实施例4：红光转光剂Sr2MgAl21.988O36:0.012Mn4+的制备
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、1mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰和x wt％硼酸(其中x可取0、1、2、4、6、8)，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；熔融阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1300℃，保温6h，之后以5℃的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
图4为实施例4中添加的硼酸助熔剂的量为0wt％，1wt％，2wt％和4wt％时所制备的红光转光剂的SEM图。从图中可以看出，添加硼酸助熔剂可以显著降低红光转光剂的煅烧温度，由扫描电镜图可以看出在1300℃煅烧时，添加助熔剂后，转光剂形貌显著改变，粒径趋于均匀。
实施例5：红光转光剂Sr2-xBaxMgAl21.988O36:0.012Mn4+的制备(其中x分别取0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、1.2、1.6、1.8、2.0)
按照化学计量比，准确称取(2-x)mol碳酸锶、1mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰、5wt％氯化铵、2wt％硼酸和x mol碳酸钡，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；煅烧阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得到目标产物。
实施例6：红光转光剂Sr2-xCaxMgAl21.988O36:0.012Mn4+的制备(其中x分别取0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、1.2、1.4、1.8、2)
按照化学计量比，准确称取(2-x)mol碳酸锶、1mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰、5wt％氯化铵、2wt％硼酸和x mol碳酸钙，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；煅烧阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
图5为实施例6所制备的红光转光剂的光谱图。由图可知，通过阳离子Ca替换Sr后，样品的激发和发射光谱位置不发生改变，而激发和发射光谱的强度都得到明显的增强。
实施例7：红光转光剂Sr2Mg1-xZnxAl21.988O36:0.012Mn4+的制备(其中x分别取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、(1-x)mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰、5wt％氯化铵、2wt％硼酸和x mol氧化锌，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；煅烧阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
实施例8：红光转光剂Sr2Mg1-xCdxAl21.988O36:0.012Mn4+的制备(其中x分别取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、1-x mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰、5wt％氯化铵、2wt％硼酸和x mol氧化镉，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；煅烧阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
实施例9：红光转光剂Sr2MgAl21.988O36:0.012Mn4+的制备
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、1mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰和4wt％碳酸锂，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；熔融阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
实施例10：红光转光剂Sr2MgAl21.988O36:0.012Mn4+的制备
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、1mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰和4wt％碳酸钠，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；熔融阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
实施例11：红光转光剂Sr2MgAl21.988O36:0.012Mn4+的制备
按照化学计量比，准确称取2mol碳酸锶、1mol氧化镁、10.994mol氧化铝、1.2％mol碳酸锰和4wt％碳酸钾，置于玛瑙研钵中，加入无水乙醇充分研磨30min；使原料混合均匀后，待无水乙醇挥发后，装入坩埚并置于烘箱中干燥完全，然后转移至马弗炉中熔融煅烧；熔融阶段，气氛为环境空气气氛，马弗炉以5℃/min的升温速度升至850℃，保温3h。马弗炉自然冷却室温后，所得前驱体经湿法球磨机球磨1h，将粉末样品转移至马弗炉中继续焙烧；焙烧阶段，气氛为环境空气气氛，以5℃/min的升温速度升至1500℃，保温6h，之后以5℃/min的降温速度降温至550℃，随炉冷却至室温。将焙烧后的产物研磨细后，用体积百分比为3％的醋酸酸洗、去离子水水洗，反复3～4次，干燥后得产物。
实施例12：转光功能农膜的制备
取120Kg本发明实施例4的红光转光剂，低密度聚乙烯60Kg(951-000，中石化茂名分公司)，线性低密度聚乙烯200Kg(7042，中石化茂名分公司)，乙烯基双硬脂酰胺20Kg(EBS-SF，东莞市赢德塑胶原料有限公司)，将上述材料依序投加到高速混合机。用高速混合机搅拌，其中搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为2h，待搅拌均匀后，在160℃的操作温度、经转速为300r/min的双螺杆挤出机挤出，风冷造粒，制备成母粒。
取低密度聚乙烯300Kg(951-000，中石化茂名分公司)，线性低密度聚乙烯400Kg(7042，中石化茂名分公司)，前述实施例12所制备的转光母粒300Kg，混合均匀后用吹膜机吹膜而成，所得薄膜厚度为90微米。其中，吹膜机熔融温度为180℃，模头温度为160℃。
实施例13：转光功能农膜的制备
取20Kg本发明实施例4的红光转光剂，乙烯-醋酸乙烯树脂160Kg(4355，美国杜邦)，线性低密度聚乙烯200Kg(7042，中石化茂名分公司)，酚醛树脂20Kg(2123酚醛树脂，无锡欣叶豪化工有限公司)，将上述材料依序投加到高速混合机。用高速混合机搅拌，其中搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为2h，待搅拌均匀后，在160℃的操作温度、经转速为400r/min的双螺杆挤出机挤出，风冷造粒，制备成母粒。
取低密度聚乙烯300Kg(951-000，中石化茂名分公司)，线性低密度聚乙烯400Kg(7042，中石化茂名分公司)，前述实施例13所制备的转光母粒300Kg，混合均匀后用吹膜机吹膜而成，所得薄膜厚度为90微米。其中，吹膜机熔融温度为180℃，模头温度为160℃。
图6为实施例12、13所制备的功能农膜的透光谱图。由图可以看出模拟太阳光源透过转光功能农膜后，在红光区域(600～800nm)的光谱强度明显比普通不添加红光转光剂的空白膜要强许多，由此结果可以知道功能农膜中的红光转光剂吸收近紫外光成分，并将其转化为植物所需要的红光成分。
实施例14：转光功能农膜的制备
取200Kg本发明实施例4的红光转光剂，中密度聚乙烯80Kg(3321C，中海壳牌)，线性低密度聚乙烯100Kg(7042，中石化茂名分公司)，醇酸树脂20Kg(1270A，江苏太华化工有限公司)，将上述材料依序投加到高速混合机。用高速混合机搅拌，其中搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为2h，待搅拌均匀后，在160℃的操作温度、经转速为500r/min的双螺杆挤出机挤出，风冷造粒，制备成母粒。
取低密度聚乙烯300Kg(951-000，中石化茂名分公司)，线性低密度聚乙烯400Kg(7042，中石化茂名分公司)，前述实施例14所制备的转光母粒300Kg，混合均匀后用吹膜机吹膜而成，所得薄膜厚度为90微米。其中，吹膜机熔融温度为180℃，模头温度为160℃。
实施例15：转光功能农膜的制备
取50Kg本发明实施例4所制备的转光剂，高密度聚乙烯130Kg(TR130，中石化茂名分公司)，氨基树脂10Kg(MF590/55iBX，英力士)，10Kg聚乙烯蜡(OPE6820，上海华熠)，将上述材料依序投加到高速混合机。用高速混合机搅拌，其中搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为1～2h，待搅拌均匀后，在180℃的操作温度、经转速为500r/min的双螺杆挤出机挤出，水冷造粒，制备成母粒。
取低密度聚乙烯490Kg(951-000，中石化茂名分公司)，线性低密度聚乙烯500Kg(7042，中石化茂名分公司)，前述实施例15所制备的转光母粒10Kg，混合均匀后用吹膜机吹膜而成，所得薄膜厚度为90微米。其中，吹膜机熔融温度为180℃，模头温度为160℃。
实施例16：转光功能农膜的制备
取50Kg本发明实施例4所制备的转光剂，高密度聚乙烯70Kg(TR130，中石化茂名分公司)，3.75Kg环氧树脂(E-52D，无锡欣叶豪化工有限公司)，硬脂酸季戊四醇酯1.25Kg(广州嘉德乐生化科技有限公司)，将上述材料依序投加到高速混合机。用高速混合机搅拌，其中搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为1～2h，待搅拌均匀后，在200℃的操作温度、经转速为500r/min的双螺杆挤出机挤出，水冷造粒，制备成母粒。
前述实施例15所制备的转光母粒90Kg，取低密度聚乙烯5Kg(951-000，中石化茂名分公司)，线性低密度聚乙烯5Kg(7042，中石化茂名分公司)，，混合均匀后用吹膜机吹膜而成，所得薄膜厚度为90微米。其中，吹膜机熔融温度为180℃，模头温度为160℃。
实施例17：转光功能农膜的制备
取50Kg本发明实施例4所用制备的转光剂，聚丙烯200Kg(F280M，中石化茂名分公司)，聚乙二醇13Kg(天津腾顺佳美化工有限公司)，5Kg铝酸酯偶联剂(LS-822，安徽天长市绿色化工助剂厂)，将上述材料依序投加到高速混合机。用高速混合机搅拌，其中搅拌速度为1200r/min，搅拌时间为1～2h，待搅拌均匀后，在120～200℃的操作温度、经转速为300r/min的双螺杆挤出机挤出，水冷造粒，制备成母粒。
取低密度聚乙烯200Kg(951-000，中石化茂名分公司)，线性低密度聚乙烯260Kg(7042，中石化茂名分公司)，前述实施例17所制备的转光母粒100Kg，混合均匀后用吹膜机吹膜而成，所得薄膜厚度为90微米。其中，吹膜机熔融温度为180℃，模头温度为160℃。
实施例18：转光功能农膜的制备
取50Kg本发明实施例4所制备的转光剂，聚氯乙烯400Kg(QS-800F，中石化齐鲁分公司)，钛酸酯偶联剂30Kg(TMC-981，安徽天长市绿色化工助剂厂)，硬脂酸锌10Kg(江西宏远化工)，将上述材料依序投加到高速混合机。用高速混合机搅拌，其中搅拌速度为800r/min，搅拌时间为1～2h，待搅拌均匀后，在160℃的操作温度、经转速为100r/min的双螺杆挤出机挤出，水冷造粒，制备成母粒。
取低密度聚乙烯200Kg(951-000，中石化茂名分公司)，线性低密度聚乙烯300Kg(7042，中石化茂名分公司)，前述实施例12所制备的转光母粒300Kg，混合均匀后用吹膜机吹膜而成，所得薄膜厚度为90微米。其中，吹膜机熔融温度为180℃，模头温度为160℃。
实施例19：农膜应用
分别取未添加转光剂的农膜和实施例12制成的添加转光剂转光功能农膜覆盖大棚。A大棚不覆盖大棚膜，B大棚覆盖未添加转光剂的普通农膜，C大棚覆盖实施例12制成转光功能农膜。每个大棚规格为长5米，宽5米，高3米。分别选取生菜、白菜同时在三个大棚内种植。种植收成时，每个大棚随机选取3个区域，每个区域选取10株样品，对比分析数据如下表1和表2所示：
表1不同农膜覆盖下的生菜的增产情况
生菜 株数 总重(g) 平均重量(g) 与大棚A对比
大棚A 30 4309.80 143.66 100％
大棚B 30 4804.82 160.16 111％
大棚C 30 5895.33 196.51 137％
表2不同农膜覆盖下的白菜的增产情况
白菜 株数 总重(g) 平均重量(g) 与大棚A对比
大棚A 30 5790.65 193.02 100％
大棚B 30 6242.32 208.07 108％
大棚C 30 6935.26 231.18 120％
从上表1和表2数据可知，本发明制备的装光农膜可有效提高植物的产量。
实施例20：农膜应用
分别取未添加转光剂的农膜和实施例12制成的添加转光剂转光功能农膜覆盖大棚。A大棚不覆盖大棚膜，B大棚覆盖未添加转光剂的普通农膜，C大棚覆盖实施例12制成转光功能农膜。每个大棚规格为长10米，宽10米，高3米。选取红茶同时在三个大棚内种植。种植收成时，每个大棚随机选取3个区域采摘，对比分析数据如下表3所示：
表3不同大棚下的红茶的增产增质情况
红茶 A大棚 B大棚 C大棚
采摘鲜茶叶(g) 1022.50 1242.23 1568.55
制茶用鲜茶叶(g) 522.50 742.23 1068.55
分析用鲜茶叶(g) 500 500 500
水溶出物(％) 35.89 36.18 36.25
咖啡碱(％) 3.92 3.99 5.86
茶多酚(％) 28.12 27.85 29.04
氨基酸(％) 3.62 3.63 3.51
酚氮比 7.76 7.67 8.27
制得干茶叶(g) 62.78 83.13 123.20
从上表3中可以看出，本发明所制备的转光农膜具有良好的转光效果，对植物的增产增质起到了更好的作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种转光功能农膜，其特征在于包含以下质量分数的组分：
转光剂母粒 1～90％
薄膜基体 余量；
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；
所述的红光转光剂的结构通式为M2ZAl22-xO36:xMn4+，其中M为Ca、Sr和Ba中的至少两种；Z为Mg、Zn和Cd中的至少两种，0≤x≤0.05。
2.根据权利要求1所述的一种转光功能农膜，其特征在于：所述的红光转光剂由以下方法制备得到：以Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Cd或Mn的氧化物或相应的碳酸盐、硝酸盐、氧化铝为反应原料，按照红色转光剂的结构通式M2ZAl22-xO36:xMn4+的化学计量比称取相应原料，再加入助熔剂，研磨30min，在氧气气氛或空气气氛下于1000～1600℃下反应3～6h，得红光转光剂。
3.根据权利要求2所述的一种转光功能农膜，其特征在于：所述的助熔剂为氯化铵、硼酸、碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾中的至少一种；所用的助熔剂为红光转光剂中各金属元素的氧化物或相应盐的质量之和的0.05～30％。
4.根据权利要求1所述的一种转光功能农膜，其特征在于：所述的助剂为改性剂、光稳定剂和润滑剂中的至少一种；所述的母粒基体和薄膜基体均为有机高分子材料。
5.根据权利要求1所述的一种转光功能农膜，其特征在于：
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；
所述的母粒基体为低密度聚乙烯、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-醋酸乙烯树脂和聚氯乙烯中的至少一种；
所述的薄膜基体为低密度聚乙烯、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-醋酸乙烯树脂和聚氯乙烯中的至少一种。
6.根据权利要求1～5任一项所述的转光功能农膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(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；
(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。
7.根据权利要求6所述的转光功能农膜的制备方法，其特征在于：
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；
步骤(2)中所述的加工成膜指采用压延法、挤出法或吹塑法进行成膜。
8.根据权利要求6所述的转光功能农膜的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的挤出造粒指在120～200℃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；
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。
9.根据权利要求1～5任一项所述的转光功能农膜在农作物种植中的应用。
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