CN106467614A - 一种环保型储光膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种环保型储光膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保型储光膜及其制备方法和应用。该环保型储光膜的组分包括可生物降解的高分子基质和具有长余辉性能的荧光粉，二者的质量比为（180~185）：（32~78）。具有优异红色、蓝色或橙色长余辉发光性能，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蓝光和红橙光，延长植物光合作用，从而使得农作物达到增产增质的效果，同时该储光膜可自然降解，对环境无污染。其制备方法是将可生物降解的高分子基质PLA、PHB、PHBV、PBS等用良溶剂完全溶解，然后将质量分数5～50%的各色无机荧光粉与完全溶解后的高分子溶液混合并超声均匀分散后流延成膜，干燥后即得环保型储光膜。制备过程中未发生化学反应，具有工艺过程简单、操作方便。

Description

一种环保型储光膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于转光功能材料领域，具体涉及一种环保型储光膜及其制备方法和应用。
背景技术
当前塑料等白色污染日趋严重，必须开发可再生材料以取代传统石化产品。因此，可生物降解的材料显得越来越重要。PLA、PBS、PHB、PHBV作为目前最广泛使用的可生物降解的高分子材料具有广阔的应用前景。由于它们价格相对低廉且可生物降解，可用于制备包装膜和功能材料，以解决环境污染问题。另外，由于它们所制备的膜具有良好的透光性，可用作发光材料的基质，和其它荧光物质或发光物质复合，制备发光膜、发光板及发光纤维。这类发光材料既有良好的发光性能，也有高分子材料的易加工性和力学性能，而且比一般的共轭高分子发光材料稳定性更好，可用于发光、显示和高能探测等领域。
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，从而改变透过农膜的光质，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。
目前市场上销售的农膜多是透明的聚乙烯薄膜，这种薄膜透光度比较高，能够不影响作物的光合作用，但是这种农膜只能被动的接受可见光，无法在夜晚给植物提供可见光。由于作物的光合作用是植物生命活动的全部能量来源，如果能够在夜晚给作物提供可见光，通过改善作物光照条件，不仅可以减少农药和化肥的使用，还能实现农作物增产。然而，如果在田地里给作物提供灯光照明，则会大大增加生产成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种环保型储光膜，该储光膜白天可将太阳光进行存储，在夜晚或光线不足的时候释放出能促进农作物生长的蓝光合红橙光(550～800nm)，从而解决现有的农膜不能实现光能的转换和储存的问题。
本发明同时提供该储光膜的制备方法，通过该方法制备储光膜具有工艺过程简单、不发生化学反应、无污染、易于工业化等优点。同时，本发明提供上述储光膜在农业领域的应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种环保型储光膜，其组分包括可生物降解的高分子基质和具有长余辉性能的荧光粉，所述可生物降解的高分子基质和具有长余辉性能的荧光粉的质量比为（180~185）：（32~78）。
其中：所述的可生物降解的高分子基质为PLA、PBS、PHBV、PHB中的至少一种。所述具有长余辉性能的荧光粉为SrAI2O4:Eu,Dy、Sr2MgSi2O7、Y2O2S:Eu.Mg:Ti中的至少一种。
上述的环保型储光膜的制备方法，包括以下步骤：
1）将可生物降解的高分子基质加入良溶剂中，在室温下搅拌至完全溶解，得到高分子基质溶液。
2）将具有长余辉性能的荧光粉加入到步骤1）配制的高分子基质溶液，并用超声震荡，直至将具有长余辉性能的荧光粉均匀地分散到所述高分子基质溶液中，得到制膜溶液；
3）将步骤2）得到的制膜溶液倾倒于玻璃蒸发皿或聚四氟乙烯盘中，通过流延方法制得环保型储光膜。所述的流延方法的工艺目前已经较为成熟。
其中：步骤1）中所述的良溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的一种或两种以上的混合溶剂。
在步骤1）得到的高分子基质溶液中，可生物降解的高分子基质的浓度为5g/L～100g/L。
而在步骤2）得到的制膜溶液中，具有长余辉性能的荧光粉的质量分数为5～50%。。
步骤2）中，超声震荡的时间为10~30min。
上述环保型储光膜在农作物种植领域可以有广泛的应用。因为其发射光谱与植物光合作用光谱相适配，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。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明中高分子基质的溶解与长余辉荧光粉的共混和再生都是物理过程，未发生化学反应。整个工艺对设备要求不高，有利于工业化生产，废液容易回收循环使用。
2、本发明的环保型储光膜制备工艺简单，稳定性好，成本较低，而且发射光谱与植物光合作用光谱相适配，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。
3、本发明的储光膜由于具有优异蓝光、红橙光长余辉发光性能，能够在夜间或光照不足的条件下较长时间地持续提供植物光合作用所需的红橙光，延长植物光合作用时间。
附图说明
图1 实施例1中质量分数为30%的环保型PHB红光储光膜的热失重曲线；
图2 实施例1中质量分数为30%的环保型PHB红光储光膜的发射光谱；
图3 实施例2中质量分数为15%的环保型PHB橙光储光膜的热失重曲线；
图4 实施例2中质量分数为15%的环保型PHB橙光储光膜的发射光谱；
图5 实施例3中质量分数为30%的环保型PHB蓝光储光膜的热失重曲线；
图6 实施例3中质量分数为30%的环保型PHB蓝光储光膜的发射光谱；
图7 实施例4中质量分数为30%的环保型PHBV红光储光膜的热失重曲线；
图8 实施例4中质量分数为30%的环保型PHBV红光储光膜的发射光谱；
图9 实施例5中质量分数为30%的环保型PBS橙光储光膜的发射光谱；
图10 实施例6中质量分数为30%的环保型PLA蓝光储光膜的发射光谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
采用以下步骤制备环保型储光膜，并通过研究其发光性能来评价其在农作物种植领域的应用：
1）称取1.82克PHB于50ml烧杯中，用20ml三氯甲烷溶解，配制得到浓度为90g/L的PHB溶液。
2）室温搅拌条件下加入0.76克红色长余辉荧光粉SrAI2O4:Eu,Dy，搅拌相对均匀后将所得混合溶液超声15分钟，得到均匀的制膜溶液。
3）将所得溶液倾倒于玻璃蒸发皿或聚四氟乙烯盘中，通过流延方法制备得到质量分数为30%的环保型PHB红光储光膜。
ƒ 从图1可知，掺杂比例为30%的红光PHB储光膜的开始热分解温度为325℃左右，比纯的PHB的热分解温度低了20多摄氏度，说明掺杂红光荧光粉对膜的热稳定影响比较大，使其热稳定性降低。
由2可知，质量分数为30%的环保型PHB红光储光膜的发射光谱位于550nm-720nm，具有较宽的发射峰，最大发射波长位于650nm处。该储光膜的发光强度约为507 a.u.，发光强度较高，发光效果较好。
可见，制备的环保型储光膜的发射光谱与植物光合作用光谱相适配，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。
实施例2：
采用以下步骤制备环保型储光膜，并通过研究其发光性能来评价其在农作物种植领域的应用：
1）称取1.81克PHB于50ml烧杯中，用20ml二氯甲烷溶解，配制得到90g/L的PHB溶液。
2）室温搅拌条件下加入0.32克红橙光长余辉荧光粉Y2O2S:Eu.Mg:Ti，搅拌相对均匀后，将所得混合溶液超声10分钟，得到均匀的制膜溶液。
3）将所得溶液倾倒于玻璃蒸发皿或聚四氟乙烯盘中，通过流延方法制备得到质量分数为15%的环保型的PHB红橙光储光膜。
由图3可知，质量分数为15%的环保型的PHB红橙光储光膜在350℃之前，TGA曲线趋于水平，说明储光薄膜中含有的水和溶剂少，薄膜干燥良好。各掺杂百分比的橙光荧光薄膜从350℃左右，开始分解，说明荧光薄膜的热稳定性好。
由图4可知，质量分数为15%的环保型的PHB红橙光储光膜的发射波长在500nm到750nm之间，具有很宽的发射波长范围，且在600nm左右有橙光的特征发射峰（橙光的发光范围为579到622nm之间）。该储光膜的发射峰强度为9988 a.u.，发光强度很好，发光性能优异。
可见，制备的环保型储光膜的发射光谱与植物光合作用光谱相适配，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。
实施例3：
采用以下步骤制备环保型储光膜，并通过研究其发光性能来评价其在农作物种植领域的应用：
1）称取1.8克PHB于50ml烧杯中，用10ml二氯甲烷溶解，配制得到45g/L的PHB溶液。
2）室温搅拌条件下加入0.76克蓝光长余辉荧光粉Sr2MgSi2O7，搅拌相对均匀后将所得混合溶液超声30分钟，得到均匀的制膜溶液。
3）最后将所得溶液倾倒于玻璃蒸发皿或聚四氟乙烯盘中，通过流延方法制备得到质量分数为30%的环保型的PHB蓝光储光膜。
由图5可知，质量分数为30%的环保型的PHB蓝光储光膜的发光范围是435到450nm，发射光谱在450nm左右有蓝光的特征发射峰。该蓝光荧光薄膜的发光强度约为1050a.u.，发光强度并不高。发光效果一般。
由图6可知，质量分数为30%的环保型的PHB蓝光储光膜的开始热分解温度为350℃，相对于纯的PHB的热分解起始温度而言相差不大，说明掺杂蓝光荧粉对PHB薄膜的热稳定性影响不大。
可见，制备的环保型储光膜可以应用在农作物种植领域。
实施例4：
采用以下步骤制备环保型储光膜，并通过研究其发光性能来评价其在农作物种植领域的应用：
1）称取1.82克PHBV于50ml烧杯中，用20ml三氯甲烷溶解，配制得到90g/L的PHBV溶液。
2）室温搅拌条件下加入0.76克红色长余辉荧光粉SrAI2O4:Eu,Dy，搅拌相对均匀后将所得混合溶液超声15分钟，得到均匀的制膜溶液。
3）将所得溶液倾倒于玻璃蒸发皿或聚四氟乙烯盘中，通过流延方法制备得到质量分数为30%的环保型PHBV红光储光膜。
由图7可知，质量分数为30%的环保型PHBV红光储光膜从325℃开始热分解，到450℃曲线趋于平缓，纯PHBV在450℃时分解失重为95%左右，而掺杂比例为30%的荧光薄膜失重为65%左右。结果表明红色长余辉荧光粉的加入对PHBV的热稳定性有一定的影响，但效果并不明显。
由图8可知，质量分数为30%的环保型PHBV红光储光膜在650nm处有红光的特征发射峰，且发射谱的波长范围并不是很宽。储光膜的发光强度为2600 a.u.,发光强度较强。
可见，制备的环保型储光膜的发射光谱与植物光合作用光谱相适配，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。
实施例5：
采用以下步骤制备环保型储光膜，并通过研究其发光性能来评价其在农作物种植领域的应用：
1）称取1.82克PBS于50ml烧杯中，用10ml氯氯甲烷溶解，配制得到45g/L的PBS溶液。
2）室温搅拌条件下加入0.77克红橙光长余辉荧光粉Y2O2S:Eu.Mg:Ti，搅拌相对均匀后将所得混合溶液超声15分钟，得到均匀的制膜溶液。
3）将所得溶液倾倒于玻璃蒸发皿或聚四氟乙烯盘中，通过流延方法制备得到质量分数为30%的环保型PBS红橙光储光膜。
从图9可知，质量分数为30%的环保型PBS红橙光储光膜的红橙光的发光范围是525~725nm，发射光的波长范围较宽。该储光膜位于603nm处的最强发射峰强度为3596a.u.左右，该储光膜的的发光效果较好。
可见，制备的环保型储光膜的发射光谱与植物光合作用光谱相适配，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。
实施例6：
采用以下步骤制备环保型储光膜，并通过研究其发光性能来评价其在农作物种植领域的应用：
1）称取1.81克PLA于50ml烧杯中，用20ml四氢呋喃溶解，配制得到90g/L的PBS溶液。
2）室温搅拌条件下加入0.76克蓝光长余辉荧光粉Sr2MgSi2O7，搅拌相对均匀后将所得混合溶液超声30分钟，得到均匀的制膜溶液。
3）将所得溶液倾倒于玻璃蒸发皿或聚四氟乙烯盘中，通过流延方法制备得到质量分数为30%的环保型PLA蓝光储光膜。
从图10可知，质量分数为30%的环保型PLA蓝光储光膜的蓝光的发光范围是435~450nm，在450nm左右有蓝光的特征发射峰，且发射光的波长范围比较宽。该储光膜的发射峰强度为2250 a.u.左右。储光膜的的发光效果最好。
可见，制备的环保型储光膜的发射光谱与植物光合作用光谱相适配，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。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种环保型储光膜，其特征在于，其组分包括可生物降解的高分子基质和具有长余辉性能的荧光粉，所述可生物降解的高分子基质和具有长余辉性能的荧光粉的质量比为（180~185）：（32~78）。
2.根据权利要求1所述的环保型储光膜，其特征在于，所述的可生物降解的高分子基质为PLA、PBS、PHBV、PHB中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的环保型储光膜，其特征在于，所述具有长余辉性能的荧光粉为SrAI2O4:Eu,Dy、Sr2MgSi2O7、Y2O2S:Eu.Mg:Ti中的至少一种。
4.一种权利要求1所述的环保型储光膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将可生物降解的高分子基质加入良溶剂中，在室温下搅拌至完全溶解，得到高分子基质溶液；
2）将具有长余辉性能的荧光粉加入到步骤1）配制的高分子基质溶液，并用超声震荡，直至将具有长余辉性能的荧光粉均匀地分散到所述高分子基质溶液中，得到制膜溶液；
3）将步骤2）得到的制膜溶液倾倒于玻璃蒸发皿或聚四氟乙烯盘中，通过流延方法制得环保型储光膜。
5.根据权利要求4所述的环保型储光膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述的良溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的一种或两种以上的混合溶剂。
6.根据权利要求4所述的环保型储光膜的制备方法，其特征在于，在步骤1）得到的高分子基质溶液中，可生物降解的高分子基质的浓度为5g/L～100g/L。
7.根据权利要求4所述的环保型储光膜的制备方法，其特征在于，在步骤2）得到的制膜溶液中，具有长余辉性能的荧光粉的质量分数为5～50%。
8.根据权利要求4所述的环保型储光膜的制备方法，其特征在于，步骤2）中，超声震荡的时间为10~30min。
9.一种权利要求1所述的环保型储光膜在农作物种植领域的应用。
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