CN111621077A - 一种转光母粒及制备方法及采用转光母粒制备的转光农膜 - Google Patents

一种转光母粒及制备方法及采用转光母粒制备的转光农膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转光母粒及制备方法及采用转光母粒制备的转光农膜，属于农业薄膜技术领域。所述转光母粒包括以下材料及质量比：有机荧光分子：聚合物材料＝(0.001‑0.1)：1。本发明中所提供的转光农膜，使用加入有机荧光分子的转光母粒制得，所采用的有机荧光分子可实现紫光转蓝光，而且价格低廉，与现有的转光剂相比降低转光农膜的成本。本发明中所采用的有机荧光分子与聚合物材料具有较好的相容性，不需要额外的改性处理，可以直接掺入聚合物材料中制得均一的转光农膜，制备方法简便易操作，适用于工业化生产。

Description

一种转光母粒及制备方法及采用转光母粒制备的转光农膜
技术领域
本发明属于农业薄膜技术领域，具体涉及一种转光母粒、制备方法及采用转光母粒制备的转光农膜。
背景技术
光是植物生长发育的基本环境因素。它不仅是光合作用的基本能源,而且是植物生长发育的重要调节因子。植物的生长发育不仅受光量或光强(光子通量密度,photonflux density,PFD)的制约，而且受光质即不同波长的光与辐射及它们不同组成比例的影响。光质对植物的生长、形态建成、物质代谢及基因表达等均有调控作用。设施栽培受外界环境条件影响较大，尤其是冬春季栽培时设施内易形成弱光环境，严重影响植株正常的光合作用和生长，导致产量和品质的降低。目前制备转光农膜成为了解决这一问题促进植物生长、提高农产品产量的有效途径之一。
转光农膜是将具有转光作用的转光剂掺入到农用塑料中经吹塑加工而形成的具有转光性质的农用薄膜。转光农膜是世界各国正在兴起的控制性功能农膜，这种农膜既保留了普通农膜的透光性，又能将日光中部分紫外光和绿光转换为植物生长需要的蓝光和红橙光，从而使土地和棚内温度比普通农膜提高2-5度，提高植物光合利用率。覆盖转光农膜能够改善植物生态因素，增强光合作用和水、肥的有效利用，不仅产量显著增加，而且可以提前收获，品质也有所改善。因此，转光农膜及转光剂的开发研究自然成了世界各国农膜领域的热门课题之一。
转光农膜的核心技术是光能转换剂(转光剂)的研制。转光剂是一类能将日光中对植物光合作用有害或无用的紫外光、绿光等转化为光合作用所需的红光、蓝光的化学物质。转光剂的使用可以改善农作物的光照条件，充分利用太阳能，减少农药和化肥的使用，实现农作物的增产。目前转光剂已成为现代高科技农业中一种重要的物资，也被称为第三代物理肥料(光肥)。众所周知，植物对光能的要求，除了光强度和光周期之外，光质是很重要的因素。光质不仅影响农作物的光合作用速率，而且可以调控作物生长。根据对植物光合作用的测定，多数植物的光谱响应峰值分别出现在440nm、620nm和670nm处，在太阳光的有效光合辐射光区中，紫-蓝光(380-480nm)的吸收率为95％，橙-红光(620-680nm)的吸收率为90％，而黄-绿光的吸收仅为50-70％。近紫外光(280-380nm)中除360nm处的光对果实的着色有一定帮助外，其他波段的光对植物有强烈的破坏作用。因此，制备转光农膜的关键在于使转光农膜在阳光透过后产生蓝、红两个波峰以得到光合作用的增益效果。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种转光母粒、制备方法及采用转光母粒制备的转光农膜，尤其是一种紫外光转蓝光的转光母粒及其制备方法和采用该母粒制备的转光农膜，以克服现有技术中所存在的缺陷。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明主要通过以下技术方案实现。
一种转光母粒，包括以下材料及质量比：有机荧光分子：聚合物材料＝(0.001-0.1)：1。
进一步地，所述有机荧光分子选自4,4-双(2-二甲氧基苯乙烯基-)联苯、4,4'-双(2-磺酸钠苯乙烯基)联苯、三嗪氨基类二苯乙烯、苯并噁唑基二苯乙烯、含2个烯键的二苯乙烯、含氰基类二苯乙烯、三联吡啶二苯乙烯中的一种或多种。
优选地，所述有机荧光分子选自4,4-双(2-二甲氧基苯乙烯基-)联苯、4,4'-双(2-磺酸钠苯乙烯基)联苯、磺酸类三嗪氨基二苯乙烯、酰胺类三嗪氨基二苯乙烯、季铵盐类三嗪氨基二苯乙烯、4,4′-双(2-苯并噁唑基)二苯乙烯、含2个烯键的二苯乙烯、4,4'-双(2-甲酸乙酯乙烯基)二苯乙烯、4,4-二氰基乙烯基-二苯乙烯、三联吡啶二苯乙烯中的一种或多种。
进一步地，所述聚合物材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯共聚酯、聚氯乙烯中的一种或多种。
本发明还提供了一种上述转光母粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将有机荧光分子、聚合物材料加入到密炼机中进行混炼，得到混合均匀的块状聚合物熔体；
(2)将块状聚合物熔体加入到强制喂料机中，通过强制喂料机将块状聚合物熔体加入到单螺杆挤出机中，挤出条状聚合物；
(3)将条状聚合物加入切粒机中，获得转光母粒。
优选地，步骤(1)中密炼机温度为140℃-220℃，混炼时间为0.5h-3h。
优选地，步骤(2)中单螺杆挤出机的模头温度为200-250℃，转速为100-180rpm。
优选地，步骤(3)中切粒机转速为500-1000rpm。
本发明第三方面提供一种利用上述制备方法所制得的转光母粒制备的转光农膜，其制备方法为：将转光母粒加入到吹膜机中，吹膜获得转光农膜。
优选地，吹膜机三温区料筒温度分别为180℃-240℃，机头温度为190℃-250℃。连接器温度为190℃-250℃，螺杆旋转频率为10.00Hz-18.00Hz，收卷转速为120rpm-200rpm。
其中，本发明中所使用的密炼机、强制喂料机、切料机、吹膜机均为本领域内常规设备。
本发明中所提供的转光农膜，使用加入有机荧光分子的转光母粒制得，所采用的有机荧光分子可实现紫光转蓝光，而且价格低廉，与现有的转光剂相比降低转光农膜的成本。本发明中所采用的有机荧光分子与聚合物材料具有较好的相容性，不需要额外的改性处理，可以直接掺入聚合物材料中制得均一的转光农膜，制备方法简便易操作，适用于工业化生产。
附图说明
图1是实施例1制备的转光农膜的归一化紫外吸收光谱；
图2是实施例1制备的转光农膜的归一化荧光发射光谱；
图3是实施例1制备的转光农膜和对比例制备的空白膜的透射光谱。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
将1g有机荧光分子4,4'-双(2-甲氧苯乙烯基)联苯和1kg聚乙烯加入到密炼机中，140℃下密炼2h，得到块状聚乙烯熔体；
将块状聚乙烯熔体加入到强制喂料机中，使用强制喂料机将聚乙烯熔体加入到单螺杆挤出机中，使用单螺杆挤出机挤出条状聚合物；单螺杆挤出机的模头温度为200℃，转速为120rpm；
将条状聚合物加入切粒机中，切粒机转速为500rpm，获得转光母粒。
将制备得到的转光母粒加入到吹膜机的料斗中，吹膜机三温区料筒温度分别为180℃、200℃、240℃，机头温度为190℃，连接器温度为200℃，螺杆旋转频率为15.00Hz，收卷转速为150rpm，制得转光农膜。
实施例2：
将3g有机荧光分子4,4′-双(2-苯并噁唑基)二苯乙烯和1kg聚乙烯加入到密炼机中，200℃下密炼0.5h，得到块状聚乙烯熔体；
将块状聚乙烯熔体加入到强制喂料机中，使用强制喂料机将聚乙烯熔体加入到单螺杆挤出机中，使用单螺杆挤出机挤出条状聚合物；单螺杆挤出机的模头温度为230℃，转速为120rpm；
将条状聚合物加入切粒机中，切粒机转速为700rpm，获得转光母粒。
将制备得到的转光母粒加入到吹膜机的料斗中，吹膜机三温区料筒温度分别为200℃、220℃、240℃，机头温度为235℃，连接器温度为250℃，螺杆旋转频率为10.00Hz，收卷转速为120rpm，制得转光农膜。
实施例3：
将5g有机荧光分子4,4′-双(2-苯并噁唑基)二苯乙烯和1kg聚乙烯加入到密炼机中，220℃下密炼1h，得到块状聚乙烯熔体；
将块状聚乙烯熔体加入到强制喂料机中，使用强制喂料机将聚乙烯熔体加入到单螺杆挤出机中，使用单螺杆挤出机挤出条状聚合物；单螺杆挤出机的模头温度为250℃，转速为120rpm；
将条状聚合物加入切粒机中，切粒机转速为1000rpm，获得转光母粒。
将制备得到的转光母粒加入到吹膜机的料斗中，吹膜机三温区料筒温度分别为180℃、200℃、240℃，机头温度为250℃，连接器温度为190℃，螺杆旋转频率为18.00Hz，收卷转速为200rpm，制得转光农膜。
实施例4：
将10g有机荧光分子4,4'-双(2-甲酸乙酯乙烯基)二苯乙烯和1kg聚氯乙烯加入到密炼机中，140℃下密炼2h，得到块状聚氯乙烯熔体；
将块状聚氯乙烯熔体加入到强制喂料机中，使用强制喂料机将聚乙烯熔体加入到单螺杆挤出机中，使用单螺杆挤出机挤出条状聚合物；单螺杆挤出机的模头温度为200℃，转速为180rpm；
将条状聚合物加入切粒机中，切粒机转速为500rpm，获得转光母粒。
将制备得到的转光母粒加入到吹膜机的料斗中，吹膜机三温区料筒温度分别为180℃、200℃、240℃，机头温度为190℃-，连接器温度为200℃，螺杆旋转频率为15.00Hz，收卷转速为150rpm，制得转光农膜。
对比例：
将不添加转光剂的聚乙烯颗粒加入到吹膜机的料斗中，实施例1相同条件下通过吹膜机制备得到聚合薄膜，以此薄膜作为对比用的空白膜使用。
性能表征
1、将实施例1制得的转光农膜利用紫外分光光度计，测波长在290nm-800nm之间的紫外吸收光谱，结果如图1所示，从图中可以看出，本发明实施例制得的转光农膜在波长低于400nm时具有较强的吸收，波长为340nm时具有最大吸收峰。
将实施例1-实施例4制得的转光农膜，进行荧光发射光谱测试，在激发波长为360nm下，在380-700nm范围内的荧光发射光谱结果如图2所示，图中1、2、3、4分别代表实施例1、实施例2、实施例3、实施例4。从图2中，可以看出在紫外光的激发下本发明的转光农膜可以发射出较强的蓝光(380-480nm)，通过图1和图2可以看出，本发明的转光农膜可以吸收植物不需要的紫外光并将其转化为对植物生长有利的蓝光。
2、将实施例1制得的转光农膜和对比例制得的空白膜，放置在太阳底下，肉眼观察可以发现，本发明的转光农膜具有明显的蓝紫色，而对比例的空白膜没有明显颜色变化，可以看出，本发明的转光农膜能够吸收太阳光的紫外光并将其转换成蓝紫光。
3、实施例1制得的转光农膜和对比例制得的空白膜，分别利用紫外分光光度计，在波长为290nm-800nm范围内，测其透射光谱如图3所示，测量间隔0.5nm，从图3可以看出，在可见光部分，本发明的转光农膜由于有机荧光分子的加入，其透射率与空白膜相比并没有较大差距，由此说明，有机荧光分子的加入并不影响转光农膜对可见光的透过性能；而在紫外光部分，本发明的转光农膜的透射率明显下降，这是由于本发明的转光农膜中的有机荧光分子将紫外光吸收导致。可见，本发明的转光农膜能够通过有机荧光分子对紫外光的部分吸收，对植物有强烈破坏作用的紫外光吸收，只透过对植物有增益效果的蓝光，达到转光的作用，从而改善农作物的光照条件，充分利用太阳光，减少农药和化肥的使用，实现农作物的增产。
综合以上，本发明制备的转光农膜具有吸收植物不需要的紫外光并将其转化为对植物生长有利的蓝光的功能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种转光母粒，其特征在于，包括以下材料及质量比：有机荧光分子：聚合物材料＝(0.001-0.1)：1。
2.如权利要求1所述的转光母粒，其特征在于，所述有机荧光分子选自4,4-双(2-二甲氧基苯乙烯基-)联苯、4,4'-双(2-磺酸钠苯乙烯基)联苯、三嗪氨基类二苯乙烯、苯并噁唑基二苯乙烯、含2个烯键的二苯乙烯、含氰基类二苯乙烯、三联吡啶二苯乙烯中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的转光母粒，其特征在于，所述有机荧光分子选自4,4-双(2-二甲氧基苯乙烯基-)联苯、4,4'-双(2-磺酸钠苯乙烯基)联苯、磺酸类三嗪氨基二苯乙烯、酰胺类三嗪氨基二苯乙烯、季铵盐类三嗪氨基二苯乙烯、4,4′-双(2-苯并噁唑基)二苯乙烯、含2个烯键的二苯乙烯、4,4'-双(2-甲酸乙酯乙烯基)二苯乙烯、4,4-二氰基乙烯基-二苯乙烯、三联吡啶二苯乙烯中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的转光母粒，其特征在于，所述聚合物材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯共聚酯、聚氯乙烯中的一种或多种。
5.如权利要求1至4任一项所述转光母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将有机荧光分子、聚合物材料加入到密炼机中进行混炼，得到混合均匀的块状聚合物熔体；
(2)将块状聚合物熔体加入到强制喂料机中，通过强制喂料机将块状聚合物熔体加入到单螺杆挤出机中，挤出条状聚合物；
(3)将条状聚合物加入切粒机中，获得转光母粒。
6.如权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中密炼机温度为140℃-220℃，混炼时间为0.5h-3h。
7.如权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中单螺杆挤出机的模头温度为200-250℃，转速为100-180rpm。
8.一种利用权利要求5或6或7所述制备方法所制得的转光母粒制备的转光农膜，其特征在于，其制备方法为：将转光母粒加入到吹膜机中，吹膜获得转光农膜。
9.如权利要求8所述转光农膜，其特征在于，吹膜机三温区料筒温度分别为180℃-240℃，机头温度为190℃-250℃。
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