CN1074005C - 一种仿生态农膜及其所用转光体系 - Google Patents

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Abstract

一种仿生态农膜及其所用转光体系，该仿生态农膜系含有转光体系的农膜，其可将阳光紫外线按仿生态特征转化为400～500nm的青蓝光和550～700nm的红橙光，将阳光中光合作用不能利用或较少利用的黄绿光转化为光合作用较为有利的550～700nm的红橙光；所述农膜用转光体系，主要含有转光剂，该转光体系是转光剂和转光助剂的复配物；转光剂和转光助剂的配比为1/5～1/3。本发明提供的转光体系可使农膜相对单一转光剂体系的转光效率提高50%以上，寿命在实验室模拟条件下有明显延长。

Description

一种仿生态农膜及其所用转光体系
本发明涉及膜技术，特别提供了一种具有仿生态特征的农用薄膜，及使农膜具有仿生态特征的转光体系。
一般农用薄膜主要是起透光和保温作用。农膜的透射光谱与作物光合作用所需的光谱不一致将影响作物的生长和降低作物抵御病虫害的能力。为了更好地利用太阳能，一种新型农膜-转光农膜相应问世。这种转光农膜可将太阳光中的大部分紫外光光线转化成具有仿生态特征的有利于农作物生长的红橙光和青蓝光。通过大规模的农田试验，发现这种转光农膜对大多作物的增产效果明显好于一般的农用薄膜。目前，涉及的转光剂可分为两类，第一类为有机物(德国专利：3818986，中国专利：1066857)，如苯并恶唑类，有机还原染料如还原红，还原绿和还原紫等，乖荧光颜料如荧光增白剂，荧光黄和甲甲蓝等；第二类为无机物(中国专利：1122814，荷兰专利：189794)，如各种稀土螯合物。但应用这些转光剂生产出的农膜存在如下问题：1．仅将紫外线转为单一波段的可见光，如红橙光或青蓝光，因此不具有仿生态的特征；2．对有机物转光剂，在紫外线的作用下容易发生氧化和降解作用，因此寿命较短；3．大多转光剂由物理混合的方式进入农膜内，转光剂的颗粒较大，因此对太阳光的吸收效率和农膜透光特性都有不利的影响。
本发明的目的是合成一种仿生态的转光体系，这种转光体系可将阳光中的紫外线转化为具有叶绿素吸收特征的发射光谱和将阳光中的光合作用不能利用或较少利用的黄绿光转化为光合作用较为有利的红橙光，并对这种转光体系进行防紫外辐照保护，因而有效改善了农膜的转光效率和转光寿命，提高了农作物特别是蔬菜瓜果和花卉的产量。
本发明提供了一种仿生态农膜，其特征在于：该仿生态农膜是含有转光体系的农膜，其可将阳光紫外线按仿生态特征转化为400～500nm的青蓝光和550～700nm的红橙光，将阳光中光合作用不能利用或较少利用的黄绿光转化为光合作用较为有利的550～700nm的红橙光；所述农膜用转光体系，主要含有转光剂，该转光体系是转光剂和转光助剂的复配物；转光剂和转光助剂的配比为1/5～1/3；转光助剂为对转光剂具有负载、保护、分散和敏化作用的有机物，具体为纤维素、淀粉；
本发明中提供的转光助剂为对转光剂具有负载、保护、分散和敏化作用的有机物，具体为纤维素、淀粉；转光剂为具有转光特性的有机物和无机物，有机物是荧光素中酞菁蓝、还原红，无机物是稀土中螯合物；
本发明又提供了上述仿生态农膜转光体系的制备过程，该转光体系是由转光剂和转光助剂分别溶解于溶剂中然后两者混合，充分反应，再除去溶剂得到；转光剂溶剂为氯苯、4一甲基吡啶、四氢呋喃极性溶剂，转光助剂溶剂为水；处理温度为10～100℃，溶液pH范围为3～12。
其中，以处理温度为10～50℃，pH范围为10～12最佳。
本发明提供的转光体系可使农膜相对单一转光剂体系的转光效率提高50％以上，寿命在实验室模拟条件下有明显延长。
下面通过实施例对本发明提供的转光体系给予进一步说明。
实例1  转光体系的合成
在500ml三颈瓶中，依次加入转光剂还原红和酞菁蓝的乙醇溶液和转光助剂淀粉的水溶液，反应温度50℃，充分搅拌2小时，减压抽干水和乙醇，得转光体系，转光剂与转光体系的比为1/5。由此按常规转光剂加入量构成的转光农膜称为1号膜。仅有转光剂而无转光助剂的转光农膜称为2号膜。
可以用荧光光谱法在某一紫外线的激发下农膜的可见光区的发射光谱峰面积大小来衡量转光效率的高低，由发射光谱形状来判定转光特性的优劣。例如用370nm为激发较长，分别测定1号膜和2号膜的发射光谱得到图1，可见由本发明所提供的转光剂和转光助剂的配合构成的农膜的转光效率比单纯用转光剂的体系的转光效率高，由发射光谱形状可知它与叶绿素的吸收光谱相似，因而具有良好的仿生态行为。
用450nm～500nm的可见光激发1号农膜可得到红橙光区的发射谱，见图2。说明这种转光农胰可将阳光中的光合作用不能利用或较少利用的黄绿光转化为光合作用较为有利的红橙光。
实例2将实例1所述转光体系中转光剂换为稀土的螯合物，转光助剂换为纤维素在不同反应温度下合成，其农膜转光效率变化结果见表1。其中，SA表示1号膜发射光谱中的红区蜂面积，S表示2号膜发射光谱中的红区峰面积。转光效率的提高用两个峰面积之比SA/S来说明。
表1不同温度下合成的转光体系对农膜转光效率的影响
    温度(℃)     SA/S
    20     1.22
    30     1.53
    40     1.76
    50     2.16
反应条件：
    溶剂：四氢呋喃
    pH值：7
    反应时间：3小时
    转光剂与转光助剂配比为1/3。
实例3将实例2所述转光体系在不同pH值下合成，其转光效率提高的结果见表2。
表2不同pH值下合成的转光体系对农膜转光效率的影响
pH值     2     4     5     7     8   10   12
SA/S  2.96  1.05  1.82  1.53  3.54  1.67  1.69
反应条件：
    溶剂：四氢呋喃
    温度：30℃
    反应时间：3小时
    转光剂与转光助剂配比为1/3。
实例4将实例2所述转光体系在不同溶剂下合成，其转光效率提高的结果见表3。
表3以不同溶剂合成的转光体系对农膜转光效率的影响
    溶剂     SA/S
    四氢呋喃     2.16
    4-甲基吡啶     4.43
    乙醇     1.26
    氯苯     1.46
反应条件：
    温度：50℃
    反应时间：3小时
    pH值：7
    转光剂与转光助剂配比为1/3。
实例5将实例1所述转光体系构成的1号膜和2号膜置于125W高压汞灯环型辐照腔内，同时接受紫外线辐照。分别测定1号膜和2号膜的发射光谱红区相对峰面积的变化，见表4。可见在18小时的紫外光辐照下，1号膜的转光效率下降了14％，而2号膜下降了48％。
表4转光体系抗紫外作用的比较
光照时间(h) 0  2  4  6  8  10  12  14  16  18
    1号膜 1  1.17  1.11  1.03  0.97  0.95  0.94  0.90  0.82  0.86
    2号膜 1  0.78  0.75  0.65  0.62  0.60  0.57  0.53  0.52  0.52
实例6加有转光体系塑料薄膜的使用性能。(1)保温性比较见表5。可见1号膜保温效果比2号膜好。
表5 1996年棚膜试验温度测定表(℃)时间：96年12月
棚膜名称     1号膜     2号膜
 日期   最高温度 最低温度  最高温度  最低温度
12月12日     18.5     0.5     16.0     -1.5
12月13日     17.5     1.0     14.5     -1.0
12月14日     18.0     0     15.0     -2.5
12月15日     19.5     4.5     17.0      2.0
12月16日     16.0     4.5     13.5      1.5
12月17日     16.5     1.0     13.5     -2.0
 平均     17.7     1.9     14.9     -0.58
(2)蔬菜生产发育情况及产量比较见表6和表7。表6不同棚膜茼蒿生产发育情况及产量比较单位：厘米，克，元
项目     株高     茎粗     单株重     667平米产值
1号膜     32.4     0.48     8.1     5059.98
2号膜     29.9     0.48     7.6     4726.87
表7不同棚膜甜瓜生产发育情况及产量比较单位：厘米，克，元
项目     叶长/叶宽     单株重     667平米产值
1号膜     23.8/25.9     582.7     9229.10
2号膜     22.4/24.7     478.3     7844.40
由上述实例，利用本发明提供的转光体系，可以构成仿生态转光特性行为的、有较高转光次序和较长转光寿命的转光农膜。农田试验结果表明，这种新型转光农膜的膜保温性、耐雾性和防病虫害性都有所改进，可使蔬菜作物明显增产。

Claims (5)

1．一种仿生态农膜及其所用转光体系，其特征在于：该仿生态农膜系含有转光体系的农膜，其可将阳光紫外线按仿生态特征转化为400～500nm的青蓝光和550～700nm的红橙光，将阳光中光合作用不能利用或较少利用的黄绿光转化为光合作用较为有利的550～700nm的红橙光；所述农膜用转光体系，主要含有转光剂，该转光体系是转光剂和转光助剂的复配物；转光剂和转光助剂的配比为1/5～1/3。
2．按照权利要求1所进农膜，其特征在于：转光助剂为对转光剂具有负载、保护、分散和敏化作用的有机物，具体为纤维素、淀粉。
3．按照权利要求1所述农膜，其特征在于：转光剂为具有转光特性的有机物和无机物，有机物是荧光素中酞菁蓝、还原红，无机物是稀土中螯合物。
4．一种权利要求1所述农膜及其所用转光体系中转光体系的制备，其特征在于：该转光体系是由转光剂和转光助剂分别溶解于溶剂中然后两者混合，充分反应，再除去溶剂得到；转光剂溶剂为氯苯、4～甲基吡啶、四氢呋喃极性溶剂，转光助剂溶剂为水；处理温度为10～100℃，溶液pH范围为3～12。
5．按照权利要求4所述农膜用转光体系的制备，其特征在于：处理温度为10～50℃，pH范围为10～12。
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