RU2579136C1 - Light-converting composite polymer material for greenhouses - Google Patents

Light-converting composite polymer material for greenhouses Download PDF

Info

Publication number
RU2579136C1
RU2579136C1 RU2014146658/05A RU2014146658A RU2579136C1 RU 2579136 C1 RU2579136 C1 RU 2579136C1 RU 2014146658/05 A RU2014146658/05 A RU 2014146658/05A RU 2014146658 A RU2014146658 A RU 2014146658A RU 2579136 C1 RU2579136 C1 RU 2579136C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
greenhouses
light
phosphor
polymer
polymer material
Prior art date
Application number
RU2014146658/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Васильевич Вишняков
Наталья Анатольевна Вишнякова
Original Assignee
Анатолий Васильевич Вишняков
Наталья Анатольевна Вишнякова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Васильевич Вишняков, Наталья Анатольевна Вишнякова filed Critical Анатолий Васильевич Вишняков
Priority to RU2014146658/05A priority Critical patent/RU2579136C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2579136C1 publication Critical patent/RU2579136C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to agriculture, particularly to polymer composite materials for greenhouses. Light-converting composite polymer material contains a polymer matrix with dispersed therein red inorganic broadband luminophor, which has the formula: Lis(M(1-x)-Eux)1MgmAlnSipNq, where m = Sr, Ca, BA, taken separately or together, and where values of indices in elements of the compounds are as follows: 0.045 ≤ s ≤ 0.60, 0.005 ≤ x ≤ 0.12, 0 ≤ m ≤ 0.12, 0 ≤ n ≤ 1.0, 1.0 ≤ p ≤ 2.40, 3.015 ≤ q ≤ 4.20, with restriction concerning all compositions 2.0 ≤ p+n ≤ 2.40 and q ≠ 4. Proposed phosphor converts in red-orange phyto-active radiation within the 580-750 nm not only ultraviolet and, partially, blue-green radiation of sunlight.
EFFECT: technical result consists in stimulation of growth and development of green plants.
5 cl, 2 dwg, 2 tbl, 12 ex

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к полимерным композиционным материалам для парников и теплиц, включающим полимерную матрицу с диспергированным в ней красным неорганическим широкополосным люминофором, преобразующим поглощаемое ультрафиолетовое и, частично, сине-зеленое излучение солнечного света или заменяющее его искусственное освещение с превращением первичного света в красно-оранжевое излучение. Изобретение может быть использовано для производства светопреобразующего укрывного материала и полимерных покрытий на поверхности теплиц и парников.The invention relates to agriculture, in particular to polymeric composite materials for greenhouses and greenhouses, including a polymer matrix with a red inorganic broadband phosphor dispersed in it, converting the absorbed ultraviolet and, in part, blue-green radiation of sunlight or replacing artificial light with the conversion of primary light in red-orange radiation. The invention can be used for the production of light-converting covering material and polymer coatings on the surface of greenhouses and greenhouses.

В настоящее время достоверно установлено, что фитоактивным действием обладает не весь спектр видимого излучения, а его отдельные участки, соответствующие полосам фотосинтетически активной радиации (ФАР).At present, it has been reliably established that not the entire spectrum of visible radiation has a phytoactive effect, but its individual sections corresponding to the bands of photosynthetically active radiation (PAR).

В случае зеленых растений к ФАР относят полосы в фиолетово-синей области с максимумами поглощения при 426, 440 нм, перекрывающие область от 410 до 480 нм. Излучение в этой области обладает как субстратным, так и регуляторным воздействием. Излучение в области 600-700 нм (полосы с максимумами при 612, 642, 660 и 700 нм) обладает значительно более ярко выраженным субстратным и регуляторным воздействием, чем в коротковолновой области спектра. Наконец, излучение в области 700-750 нм имеет выраженное регуляторное и слабое субстратное действие [Ракитин А.В. Действие красного света в смешанном светопотоке на продукционный процесс растений. Автореферат дисс. к.б.н., Томск. 2001; Минич И.Б. Влияние красного люминесцентного излучения на морфогенез и баланс эндогенных гормонов растений. Автореферат дисс. к.б.н., Томск. 2005].In the case of green plants, the PHA includes bands in the violet-blue region with absorption maxima at 426, 440 nm, covering the region from 410 to 480 nm. Radiation in this area has both substrate and regulatory effects. Radiation in the region of 600–700 nm (bands with peaks at 612, 642, 660, and 700 nm) has a significantly more pronounced substrate and regulatory effect than in the short-wave region of the spectrum. Finally, radiation in the region of 700-750 nm has a pronounced regulatory and weak substrate effect [A. Rakitin The effect of red light in mixed light flow on the production process of plants. Abstract of diss. Ph.D., Tomsk. 2001; Minich I.B. The effect of red fluorescent radiation on the morphogenesis and balance of endogenous plant hormones. Abstract of diss. Ph.D., Tomsk. 2005].

Оптимум в распределении ФАР по длинам волн зависит от типа растения, но в случае зеленых растений всегда доминирующую роль играет излучение в красной области. В отношении фитоактивного действия поглощение света в оранжево-красной области, по крайней мере, вдвое эффективнее, чем в сине-фиолетовой, и в 4 раза выше, чем в желто-зеленой области.The optimum in the distribution of PARs by wavelength depends on the type of plant, but in the case of green plants, radiation in the red region always plays the dominant role. With regard to the phytoactive effect, the absorption of light in the orange-red region is at least twice as effective as in the blue-violet region, and 4 times higher than in the yellow-green region.

Учитывая это, основная идея использования в сельском хозяйстве современных пленочных укрывных материалов, точно также, как и принципы оформления современных систем искусственного освещения, сводится либо к коррекции солнечного излучения, или к созданию источников излучения со спектром, приближенным к спектру фитоактивной радиации. В обоих случаях конечной целью является увеличение доли биостимулирующего красного излучения, поглощение которого зелеными растениями промотирует процессы фотосинтеза.Given this, the main idea of using modern film covering materials in agriculture, just like the principles of designing modern artificial lighting systems, comes down to either correcting solar radiation or creating radiation sources with a spectrum close to the spectrum of phytoactive radiation. In both cases, the ultimate goal is to increase the proportion of biostimulating red radiation, the absorption of which by green plants promotes the processes of photosynthesis.

Преобразование света в композиционных полимерных укрывных материалах осуществляется обычно в результате введения в прозрачную полимерную матрицуThe conversion of light in composite polymer coating materials is usually carried out as a result of incorporation into a transparent polymer matrix

- либо химических соединений европия [Патент Великобритании N 2158833 А, кл. С08К 5/00, 1985; патент Швейцарии N 667463 А, кл. С09К 11/06, 1985; Патенты РФ 2153519, 2248386];- or chemical compounds of europium [British Patent N 2158833 A, cl. C08K 5/00, 1985; Swiss patent N 667463 A, cl. C09K 11/06, 1985; Patents of the Russian Federation 2153519, 2248386];

- либо органических или неорганических люминофоров, актививированных европием [Патент ФРГ №2642704, Патенты РФ 1463737, 2008316, 2059999, 2407770, USPatents 6153665, 7366834, 8057703, USPatent Application 20100307055]- either organic or inorganic phosphors activated by europium [German Patent No. 2642704, RF Patents 1463737, 2008316, 2059999, 2407770, USPatents 6153665, 7366834, 8057703, USPatent Application 20100307055]

В первом случае полимерный светопреобразующий материал получают при перемешивании исходного полимера с комплексным органическим или неорганическим соединением европия с последующей экструзией термопластичного полимера или же растворением комплексного соединения, содержащего европий, в жидком мономере с последующей блок-полимеризацией.In the first case, the polymer light-converting material is obtained by mixing the starting polymer with a complex organic or inorganic europium compound, followed by extrusion of a thermoplastic polymer or dissolving a complex compound containing europium in a liquid monomer followed by block polymerization.

В случае же использования порошкообразных неорганических люминофоров их смешивают с выбранным гранулированным термопластичным полимером и получают пленочный композиционный материал методом экструзии при нагревании приготовленной смеси полимера с люминофором. При этом в качестве компонента, образующего полимерную матрицу, было рекомендовано использовать различные полимеры, в частности полиэтилен высокого и низкого давления, сополимер этилена с винилацетатом (EVA), поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и др.In the case of the use of powdered inorganic phosphors, they are mixed with the selected granular thermoplastic polymer and a film composite is obtained by extrusion by heating the prepared mixture of polymer with phosphor. At the same time, it was recommended to use various polymers as a component forming the polymer matrix, in particular high and low pressure polyethylene, a copolymer of ethylene with vinyl acetate (EVA), polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, etc.

Комплексные органические соединения европия с органическими лигандами, также как и Eu-соли органических кислот, обладают невысокой радиационной устойчивостью и быстро деградируют из-за фотодеструкции, фотоокисления или гидролиза. По этой причине при изготовлении светопреобразующих укрывных материалов предпочтение в последние годы отдается порошкообразным полимерным материалам с диспергированными неорганическими люминофорами.The complex organic compounds of europium with organic ligands, as well as the Eu salts of organic acids, have low radiation resistance and quickly degrade due to photodestruction, photooxidation or hydrolysis. For this reason, in the manufacture of light-converting covering materials, in recent years, preference has been given to powdered polymer materials with dispersed inorganic phosphors.

Известны две группы активированных европием неорганических люминофоров - узкополосные и широкополосные. В первом случае при возбуждении ультрафиолетом в их спектре люминесценции наблюдаются несколько узких полос, связанных с электронными переходами между d- и f-состояниями в ионе Eu2+. К таким люминофорам относятся оксидные, оксисульфидные, алюминатные, галофосфатные, боратные системы. Известны, например, патенты, в которых описано применение:Two groups of europium-activated inorganic phosphors are known - narrow-band and broad-band. In the first case, when excited by ultraviolet light, several narrow bands are observed in their luminescence spectrum, associated with electronic transitions between the d and f states in the Eu 2+ ion . Such phosphors include oxide, oxysulfide, aluminate, halophosphate, borate systems. Patents are known, for example, which describe the use of:

- активированного европием оксида иттрия в смеси с галофосфатом стронция, активированного сурьмой и марганцем, и ортованадатом иттрия [Патент ФРГ №2642704];- europium activated yttrium oxide in a mixture with strontium halophosphate activated with antimony and manganese and yttrium orthovanadate [German Patent No. 2642704];

- активированного европием оксида иттрия в трехкомпонентной смеси, включающей ортованадат иттрия, активированный европием, а также галофосфат стронция, активированный сурьмой и марганцем [патент РФ 2008316];- europium activated yttrium oxide in a three-component mixture comprising yttrium orthovanadate activated by europium, as well as strontium halophosphate activated by antimony and manganese [RF patent 2008316];

- активированные европием галогенсодержащие оксосульфидные или совместно с ними оксоселенидные соединения лантана общей формулы- europium activated halogen-containing oxosulphide or together with them oxo-selenide compounds of lanthanum of the general formula

[(La1-xEux)O]m(Lig)n, где Lig - F, Cl, Br, О, S, Se [патент РФ №205999], а также оксисульфида иттрия, активированного европием Y2-xEuxO2S1±0,2, где х=0,001-0,1, который ранее использовался как эффективный католюминофор красного цвета [патент РФ РФ 2160289 и USPatent №6153665].[(La 1-x Eu x ) O] m (Lig) n , where Lig is F, Cl, Br, O, S, Se [RF patent No. 205959], as well as yttrium oxysulfide activated by europium Y 2-x Eu x O 2 S 1 ± 0.2 , where x = 0.001-0.1, which was previously used as an effective red phospholumin phosphor [RF patent 2160289 and USPatent No. 6153665].

Существенный недостаток композиций, предложенных в [РФ 2059999, 2160289, US 6153665], заключается в том, что все оксогалогениды и особенно оксоселениды редкоземельных элементов на воздухе в присутствии влаги разрушаются.A significant drawback of the compositions proposed in [RF 2059999, 2160289, US 6153665] is that all oxo-halides, and especially oxo-selenides of rare-earth elements, are destroyed in air in the presence of moisture.

Второй недостаток состоит в том, что спектр их люминесценции образован совокупностью нескольких узких пиков, отвечающих переходам 5DJ7FJ'. При этом пики с наибольшей интенсивностью лежат в области 610-630 нм. Наличие нескольких узких пиков в отличие от широкой полосы снижает интегральную эффективность люминофора по той причине, что в обычных условиях растение контактирует с солнечным светом, спектр излучения которого в видимой области является сплошным. Поскольку ширина полос поглощения у растений значительно больше, чем у полос в спектре люминесценции, то растение утилизирует излучение не только тех длин волн, которая соответствует узкой полосе в спектре люминесценции, но более широкой совокупности длин волн в полосе поглощения.The second drawback is that their luminescence spectrum is formed by a combination of several narrow peaks corresponding to transitions 5 D J7 F J ' . In this case, the peaks with the highest intensity lie in the region of 610-630 nm. The presence of several narrow peaks, in contrast to a wide band, reduces the integral efficiency of the phosphor for the reason that under normal conditions the plant comes into contact with sunlight, the emission spectrum of which is continuous in the visible region. Since the width of the absorption bands in plants is much larger than that of the bands in the luminescence spectrum, the plant utilizes radiation not only of those wavelengths that corresponds to a narrow band in the luminescence spectrum, but a wider set of wavelengths in the absorption band.

Авторы патентной заявки USPatent Application 20100307055 (09.12.2010), PCT/GB 2008/003584 (22.10.2008) отмечают, что возбуждение люминофора ультрафиолетовым излучением с последующим высвечиванием в красной области может наблюдаться как в заявленных ими составах Ce(Mg, Mn)Al11O19:Cr и (Ва, Eu, Mn, Mg)Al10O17:Cr, так и в алюминатных люминофорах с Се, Mn, Cr, а также в барий-магниевых алюминатах (ВАМ) с Eu, Mn, Cr и в общем случае в семействах алюминатов, силикатов, алюмосиликатах, фосфатах, боратах и их смесях в присутствии Fe, Cr, Ni, Mn, или других переходных металлах совместно Eu, Се и другими редкоземельными элементами.The authors of the patent application USPatent Application 20100307055 (12/09/2010), PCT / GB 2008/003584 (10/22/2008) note that the excitation of the phosphor with ultraviolet radiation and subsequent highlighting in the red region can be observed as in the Ce (Mg, Mn) Al compositions claimed by them 11 O 19 : Cr and (Ba, Eu, Mn, Mg) Al 10 O 17 : Cr, as well as in aluminate phosphors with Ce, Mn, Cr, as well as in barium-magnesium aluminates (BAM) with Eu, Mn, Cr and in the general case in the families of aluminates, silicates, aluminosilicates, phosphates, borates and their mixtures in the presence of Fe, Cr, Ni, Mn, or other transition metals together Eu, Ce and other rare earths bubbled elements.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является патент US 7536834 (26.05.2009) [PCT/FR 03/03283: 04.11.2003], в котором описан светопреобразующий материал, включающий барий-магний силикатный люминофор, активированный европием и марганцем, состава:Closest to the proposed invention is the patent US 7536834 (05.26.2009) [PCT / FR 03/03283: 04/04/2003], which describes a light-converting material including barium-magnesium silicate phosphor activated by europium and manganese, composition:

Ba3(1-x)Eu3xMg(1-y)MnySi2O8, где 0<х≤0,3 0<у≤0,3.Ba 3 (1-x) Eu 3x Mg (1-y) Mn y Si 2 O 8 , where 0 <x≤0.3 0 <y≤0.3.

Спектр люминесценции этого люминофора при возбуждении ультрафиолетовым излучением (250-390 нм) включал две широкие полосы в сине-голубой (400-500 нм) и красно-оранжевой (550-700 нм) областях. Этот патент был выбран в качестве прототипа.The luminescence spectrum of this phosphor when excited by ultraviolet radiation (250-390 nm) included two broad bands in the blue-blue (400-500 nm) and red-orange (550-700 nm) regions. This patent has been selected as a prototype.

В сравнении с узкополосными люминофорами композиция, предложенная в прототипе, имеет более высокую интегральную эффективность, но, как и в прежних технических решениях, преобразование света в пленке осуществляется главным образом за счет УФ-части излучения солнечного света. Другой недостаток состоит в том, что предлагаемые силикатные люминофоры, как и оксо-сульфиды, достаточно легко гидролизуются.Compared with narrow-band phosphors, the composition proposed in the prototype has a higher integrated efficiency, but, as in previous technical solutions, the conversion of light in the film is carried out mainly due to the UV part of sunlight. Another disadvantage is that the proposed silicate phosphors, like oxo sulfides, are easily hydrolyzed.

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании светопреобразующего композиционного полимерного материала для парников и теплиц, который позволяет значительно увеличить интенсивность фитоактивного красного излучения в результате увеличении доли световой энергии, трансформируемой в красно-оранжевое излучение за счет преобразования первичного света не только в ультрафиолетовой, но и в видимой части солнечного излучения.The objective of the invention is to create a light-converting composite polymer material for greenhouses and greenhouses, which can significantly increase the intensity of phytoactive red radiation as a result of an increase in the proportion of light energy converted into red-orange radiation due to the conversion of primary light not only in ultraviolet, but also in visible parts of solar radiation.

Поставленная задача решается светопреобразующим композиционным полимерным материалом, включающим полимерную матрицу с диспергированным в ней красным неорганическим широкополосным люминофором, относящимся к классу литий-алюмонитридосиликатов щелочноземельных металлов, активированных европием, который преобразует не только ультрафиолетовое, но и, частично, сине-зеленое излучение солнечного света или заменяющее его искусственное освещение, с конверсией первичного светового потока в красно-оранжевое излучение, при этом состав применяемого люминофора отвечает общей формуле:The problem is solved by a light-converting composite polymer material, including a polymer matrix with a red inorganic broadband phosphor dispersed in it, belonging to the class of lithium-aluminum nitride silicates of alkaline earth metals, activated by europium, which converts not only ultraviolet, but also, partially, blue-green radiation from sunlight artificial light replacing it, with the conversion of the primary light flux into red-orange radiation, while the composition is the removed phosphor corresponds to the general formula:

Lis(M(1-x)-Eux)1MgmAlnSipNq Li s (M (1-x) - Eu x ) 1 Mg m Al n Si p N q

где M=Sr, Са, Ва, взятые порознь или совместно, и где значения индексов у элементов, входящих в состав соединения, составляют:where M = Sr, Ca, Ba, taken separately or together, and where the values of the indices of the elements that make up the compound are:

0,045≤s≤0,600.045≤s≤0.60

0,005≤х≤0,120.005≤x≤0.12

0≤m≤0,120≤m≤0.12

0≤n≤1,00≤n≤1.0

1,0≤р≤2,401,0≤r≤2,40

3,015≤q≤4,203.015≤q≤4.20

с ограничением, что для всех композиций 2,0≤р+n≤2,40 и q≠4.with the restriction that for all compositions 2.0 ≤ p + n ≤ 2.40 and q ≠ 4.

Существуют два направления практического использования предлагаемых светопреобразующих композиционных материалов на основе разработанного красного люминофора, а именно:There are two areas of practical use of the proposed light-converting composite materials based on the developed red phosphor, namely:

1) получение укрывного пленочного материала для парников с естественным освещением.1) obtaining a covering film material for greenhouses with natural light.

2) получение тонкослойных полимеризующихся лакокрасочных покрытий, наносимых на поверхность стекла или прозрачных полимерных материалов и, в частности, поликарбоната.2) obtaining thin-layer polymerizable paint coatings applied to the surface of glass or transparent polymeric materials and, in particular, polycarbonate.

В первом случае красный неорганический широкополосный люминофор диспергируют в полимерной матрице, в качестве которой используют термопластичный полимер из группы веществ, включающих полиэтилен высокого и низкого давления, линейные полиэтилены низкой плотности, сополиолефины, смеси сополимеров, поливинилхлорид, поликарбонат, метилметакрилат, полистирол, ПЭТфталат, силикон при этом концентрация люминофора в полимерной матрице изменяется в интервале 0,05 до 10 мас. %In the first case, the red inorganic broadband phosphor is dispersed in a polymer matrix, which is used as a thermoplastic polymer from a group of substances including high and low pressure polyethylene, linear low density polyethylene, copolyolefins, copolymer blends, polyvinyl chloride, polycarbonate, methyl methacrylate, polystyrene, PET phthalate, silicone the concentration of the phosphor in the polymer matrix varies in the range of 0.05 to 10 wt. %

Во втором случае красный неорганический широкополосный люминофор диспергируют в полимерной матрице, в качестве которой взят прозрачный, безцветный, водостойкий, отверждаемый на воздухе, полимерный лак из группы алкидно-уретановых, алкидно-пентафталевых, полиуретановых, акриловых или силикон-акриловых соединений, при этом концентрация люминофора в полимерной матрице изменяется в интервале 0,5 до 10 мас. %In the second case, the red inorganic broadband phosphor is dispersed in a polymer matrix, which is taken as a transparent, colorless, waterproof, curable in air, polymer varnish from the group of alkyd-urethane, alkyd-pentaphthalic, polyurethane, acrylic or silicone-acrylic compounds, while the concentration the phosphor in the polymer matrix varies in the range of 0.5 to 10 wt. %

Примеры практического выполненияPractical examples

В примере №1 приведена информация о составе, условиях синтеза и оптических свойствах предлагаемого красного люминофора. В примерах №2-12 дано описание условий приготовления светопреобразующих композиционных материалов с участием полученного красного люминофора.Example No. 1 provides information on the composition, synthesis conditions, and optical properties of the proposed red phosphor. In examples No. 2-12, a description is made of the conditions for the preparation of light-converting composite materials with the participation of the obtained red phosphor.

Пример №1Example No. 1

Синтез красных люминофоров осуществляли с использованием нитридов металлов: Sr3N2, EuN, Mg3N2, полученных прямым синтезом из элементов Sr и Mg (3N: by Changlong Co. LTD), Eu (metal 4N: by Baotou rare earth element Co. LTD). Остальные нитриды были приобретены в различных компаниях, а именно: Li3N и Ca3N2 (3N: Alfa-Aesa (Shanghai) Co. Ltd.), AlN (3N: by Sigma (Tianjin) Co. LTD), Si3N4 (3N: by Japanese Yubu Co..LTD). Для введения европия использовали оксид (Eu2O3-4N: by Yangzhong rare earth Co LTD) или нитрид европия, полученный из элементов. При этом значимых различий в оптических характеристиках у образцов обнаружено не было.The synthesis of red phosphors was carried out using metal nitrides: Sr 3 N 2 , EuN, Mg 3 N 2 obtained by direct synthesis from Sr and Mg elements (3N: by Changlong Co. LTD), Eu (metal 4N: by Baotou rare earth element Co . LTD). The remaining nitrides were purchased from various companies, namely: Li 3 N and Ca 3 N 2 (3N: Alfa-Aesa (Shanghai) Co. Ltd.), AlN (3N: by Sigma (Tianjin) Co. LTD), Si 3 N 4 (3N: by Japanese Yubu Co..LTD). For the introduction of europium, oxide (Eu 2 O 3 -4N: by Yangzhong rare earth Co LTD) or europium nitride obtained from elements was used. In this case, no significant differences in the optical characteristics of the samples were found.

Наряду с указанными веществами для синтеза люминофоров использовали плавни - галогениды металлов (CaF2, BaF2, BaCl2, SrF2), вводимые в количестве 1,5-5 мас. %. Эти вещества присутствуют на стадии синтеза в расплавленном состоянии. Они увеличивают скорость транспорта реагирующих веществ и способствуют получению гомогенного продукта.Along with these substances for the synthesis of phosphors used fluvide - metal halides (CaF 2 , BaF 2 , BaCl 2 , SrF 2 ), introduced in an amount of 1.5-5 wt. % These substances are present at the stage of synthesis in the molten state. They increase the speed of transport of reacting substances and contribute to a homogeneous product.

Смешивание и измельчение исходных веществ проводили в среде сухого азота в шкафах с камерой шлюзования. Полученную смесь исходных веществ загружали в тигель из нитрида бора с плотно закрытой крышкой. После загрузки в печь образец в течение 5 часов нагревали в потоке 3Н2+N2 до 1700°С. Продолжительность прокаливания составляла 5 часов, после чего образец охлаждали до 100°С в течение 8 часов. Размер частиц у приготовленных образцов (D50) составлял по данным о лазерном рассеянии света 8-10 мк.Mixing and grinding of the starting materials was carried out in dry nitrogen in cabinets with a lock chamber. The resulting mixture of starting materials was loaded into a crucible of boron nitride with a tightly closed lid. After loading into the furnace, the sample was heated in a stream of 3H 2 + N 2 for 5 hours to 1700 ° C. The duration of calcination was 5 hours, after which the sample was cooled to 100 ° C for 8 hours. The particle size of the prepared samples (D50) was 8-10 microns according to data on laser light scattering.

Светотехнические характеристики [цветовые координаты (x, y): положение максимума (λпик), ширина полосы излучения на длине волны, отвечающей положению максимума (Δλ), и пиковая интенсивность люминесценции (L)], приведены в таблице №1.Lighting characteristics [color coordinates (x, y): maximum position (λ peak ), emission bandwidth at a wavelength corresponding to the maximum position (Δλ), and peak luminescence intensity (L)] are given in table No. 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Приведенный набор образцов дает представления о возможной вариации оптических свойств люминофоров. Как видно, увеличение концентрации европия в люминофоре приводит к смещению максимума в спектре люминесценции в красную область, но сопровождается заметным снижением яркости свечения. Несмотря на спад яркости, образцы с высокой концентрацией европия представляют значительный практический интерес для ряда растений, поглощающих свет с длинами волн более 650 нм.The given set of samples gives an idea of a possible variation in the optical properties of phosphors. As can be seen, an increase in the concentration of europium in the phosphor leads to a shift in the maximum in the luminescence spectrum to the red region, but is accompanied by a noticeable decrease in the brightness of the glow. Despite the decrease in brightness, samples with a high concentration of europium are of considerable practical interest for a number of plants that absorb light with wavelengths greater than 650 nm.

На фиг. 1 для образца №2 приведены совместно спектр возбуждения люминесценции (линия, располагающаяся в области длин волн 200-600 нм) и спектр люминесценции, возбуждаемый излучением с длиной волны 455 нм. Левая кривая показывает зависимость интенсивности возбуждаемой люминесценции (ось ординат - условные единицы) от длины волны возбуждающего света (ось абсцисс). Чем сильнее происходит поглощение света, тем выше интенсивность возбуждаемой красной люминесценции. Как видно, образец эффективно поглощает излучение не только в ультрафиолетовом диапазоне (200-400 нм), но и в сине-зеленой области спектра (более 60% при 500 нм и 15% при 560 нм). Справа от спектра возбуждения люминесценции приведен спектр люминесценции, наблюдаемый при возбуждении светом с длиной волны 455 нм. Максимум в спектре люминесценции располагается при 625,0 нм, а ширина спектра на половине высоты составляет 88,2 нм.In FIG. 1 for sample No. 2, the luminescence excitation spectrum (a line located in the wavelength region of 200-600 nm) and the luminescence spectrum excited by radiation with a wavelength of 455 nm are shown together. The left curve shows the dependence of the intensity of the excited luminescence (ordinate axis - arbitrary units) on the wavelength of the exciting light (abscissa axis). The stronger the absorption of light, the higher the intensity of the excited red luminescence. As can be seen, the sample effectively absorbs radiation not only in the ultraviolet range (200-400 nm), but also in the blue-green region of the spectrum (more than 60% at 500 nm and 15% at 560 nm). To the right of the luminescence excitation spectrum is the luminescence spectrum observed upon excitation by light with a wavelength of 455 nm. The maximum in the luminescence spectrum is located at 625.0 nm, and the width of the spectrum at half height is 88.2 nm.

Пример №2Example No. 2

Светопреобразующий укрывной материал для парников был получен с использованием красного люминофора №2 и гранул (≈3×3×3 мм) полиэтилена высокого давления, при этом концентрацию люминофора в полимерном материале изменяли от 0,1 до 10 мас. %. Процесс включал стадию приготовления суперконцентрата (masterbutch). Для этого гранулы исходного полиэтилена вначале смешивали с порошкообразным люминофором. Массовая доля люминофора в смеси составляла 5%. После этого полученную смесь нагревали до 140°С, перемешивали в расплавленном состоянии и гранулировали. Размер полученных гранул суперконцентрата был близок к размеру гранул исходного полиэтилена. Использование суперконцентрата обеспечивало однородность распределения люминофора по объему.The light-converting covering material for greenhouses was obtained using red phosphor No. 2 and granules (≈3 × 3 × 3 mm) of high-pressure polyethylene, while the concentration of the phosphor in the polymer material was changed from 0.1 to 10 wt. % The process included the stage of preparation of the superconcentrate (masterbutch). For this, the granules of the starting polyethylene were first mixed with a powder phosphor. The mass fraction of the phosphor in the mixture was 5%. After that, the resulting mixture was heated to 140 ° C, stirred in the molten state and granulated. The size of the obtained granules of the superconcentrate was close to the size of the granules of the original polyethylene. The use of superconcentrate ensured uniform distribution of the phosphor throughout the volume.

Приготовленный суперконцентрат тщательно перемешивали с гранулами полиэтилена в массовом соотношении (1:49). К смеси добавляли также антиоксидант (Irganox (0,1%), УФ-протектор (Tinuvin - 1,5%) и полиэтилен-гликоль (PEG-400 - 0,1%) как связующий агент.The prepared superconcentrate was thoroughly mixed with granules of polyethylene in a mass ratio (1:49). Antioxidant (Irganox (0.1%), UV-protector (Tinuvin - 1.5%) and polyethylene glycol (PEG-400 - 0.1%) as a binding agent were also added to the mixture.

Концентрации люминофора в исходной смеси всех компонентов составляла 0,1 мас. %.The concentration of the phosphor in the initial mixture of all components was 0.1 wt. %

Светопреобразующий полимерный композиционный пленочный материал получали методом экструзии при 140°С. Толщина полученной пленки составляла - 100 микрон, прозрачность пленки 89,2%, фактор рассеяния (Haze) на твердых частицах введенного люминофора был равен 19,2. На фиг. 2 приведен спектр люминесценции полученной пленки при возбуждении свечения синим светодиодом с длиной волны 455 нм. Как видно, поглощенное синее излучение трансформируется в наиболее фитосинтетически активную радиацию, отвечающую области (600-700 нм), и в малой степени в зелено-голубое излучение. Можно наблюдать также появление двух узких полос, возникновение которых, наряду с широкой полосой в красной области, связано, как можно предполагать, с перераспределением европия между фазами полимерной матрицы и нитридным люминофором.The light-converting polymer composite film material was obtained by extrusion at 140 ° C. The thickness of the obtained film was 100 microns, the transparency of the film was 89.2%, and the scattering factor (Haze) on the solid particles of the introduced phosphor was 19.2. In FIG. Figure 2 shows the luminescence spectrum of the obtained film upon excitation of the glow by a blue LED with a wavelength of 455 nm. As can be seen, the absorbed blue radiation is transformed into the most phytosynthetically active radiation corresponding to the region (600-700 nm), and to a small extent into green-blue radiation. One can also observe the appearance of two narrow bands, the appearance of which, along with a wide band in the red region, is connected, as can be expected, with the redistribution of europium between the phases of the polymer matrix and the nitride phosphor.

Примеры №3-6Examples No. 3-6

По методике, описанной в примере №2, были приготовлены образцы светопреобразующего композиционного полимерного пленочного материала с использованием тех же исходных веществ. Концентрации вводимого красного люминофора в конечном продукте составляла 0,1; 0,3; 1,0; 5 и 10 мас. %. Образцы №3 и №4 были получены с использованием суперконцентрата. Исходные композиции для пленочного материала в случае образцов №5 и №6 были приготовлены, минуя стадию изготовления суперконцентрата, т.е. при непосредственном смешивании порошка люминофора с гранулами полиэтилена. Толщина полученной пленки во всех случаях составляла 100 мкм.According to the method described in example No. 2, samples of a light-converting composite polymer film material were prepared using the same starting materials. The concentration of the introduced red phosphor in the final product was 0.1; 0.3; 1.0; 5 and 10 wt. % Samples No. 3 and No. 4 were obtained using superconcentrate. The initial compositions for the film material in the case of samples No. 5 and No. 6 were prepared bypassing the stage of manufacturing a superconcentrate, i.e. by directly mixing the phosphor powder with polyethylene granules. The thickness of the obtained film in all cases was 100 μm.

Данные о характеристиках полученного материала в зависимости от содержания красного люминофора приведены в табл. №2.Data on the characteristics of the obtained material depending on the content of the red phosphor are given in table. No. 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Пример №7Example No. 7

Светопреобразующий материал для полимерных лакокрасочных покрытий был изготовлен на основе прозрачных бесцветных водостойких лаков, при этом концентрацию люминофора в полимерной матрице изменяли от 1 до 10%. В зависимости от материала окрашиваемой поверхности лак может относиться к одной из следующих групп соединений: алкидно-уретановых, алкидно-пентафталевых, полиуретановых, акриловых силиконовых и силикон-акриловых.The light-converting material for polymer coatings was made on the basis of transparent, colorless, waterproof varnishes, while the concentration of the phosphor in the polymer matrix was changed from 1 to 10%. Depending on the material of the surface to be painted, the varnish can belong to one of the following groups of compounds: alkyd-urethane, alkyd-pentaphthalic, polyurethane, acrylic silicone and silicone-acrylic.

В рассматриваемом примере светопреобразующий полимерный материал для лакокрасочных покрытий был изготовлен на основе имеющегося на рынке алкидно-уретанового лака JACHTLAK S-1006. Люминофор №2, взятый в количестве 1,5 г, добавляли к 48,5 г лака и перемешивали в 3D смесителе в течение 20 минут. Полученный лакокрасочный материал, содержащий 3 мас. % люминофора, люминесцировал красным светом при возбуждении синим светодиодом (455 нм). Спектр свечения не отличался от приведенного на фиг. 1. После высушивания нанесенного покрытия при 85°С спад яркости при неизменности спектрального состава свечения не превышал 5-7%.In this example, the light-converting polymer material for paint coatings was made on the basis of the marketed JACHTLAK S-1006 alkyd-urethane varnish. Phosphor No. 2, taken in an amount of 1.5 g, was added to 48.5 g of varnish and mixed in a 3D mixer for 20 minutes. The resulting paint material containing 3 wt. % phosphor, luminescent in red when excited by a blue LED (455 nm). The luminescence spectrum did not differ from that shown in FIG. 1. After drying the applied coating at 85 ° C, the decrease in brightness with the invariance of the spectral composition of the glow did not exceed 5-7%.

Таким образом, вводимый в полимерную матрицу светопреобразующий люминофор эффективно поглощает не только ультрафиолетовое излучение в области 250-400 нм, но также синее и частично сине-зеленое излучение, трансформируя его в красно-оранжевое излучение в той области спектра, где свет стимулирует рост и развитие зеленых растений.Thus, the light-converting phosphor introduced into the polymer matrix effectively absorbs not only ultraviolet radiation in the region of 250-400 nm, but also blue and partially blue-green radiation, transforming it into red-orange radiation in the region of the spectrum where light stimulates growth and development green plants.

Пример №8-12Example No. 8-12

В приведенных ниже примерах светопреобразующие композиционные полимерные лакокрасочные материалы были изготовлены с применением бесцветного лака на основе акриловых полимеров. Концентрацию красного светопреобразующего люминофора, с максимумом в спектре люминесценции, располагающимся при длине волны 650 нм, изменяли от 1 до 10 мас. %.In the examples below, light-transforming composite polymeric paints and varnishes were made using a colorless varnish based on acrylic polymers. The concentration of the red light-converting phosphor, with a maximum in the luminescence spectrum located at a wavelength of 650 nm, was varied from 1 to 10 wt. %

В таблице №3 приведены данные об интенсивности красной люминесценции при возбуждении синим светом с длиной волны 455 нм.Table 3 shows the data on the intensity of red luminescence upon excitation by blue light with a wavelength of 455 nm.

Figure 00000003
Figure 00000003

Как видно из приведенных данных, увеличение концентрации люминофора в лакокрасочном материале сверх 5% не приводит к возрастанию яркости люминесценции, интенсивность которой, однако, практически не уменьшается. Это позволяет использовать более концентрированные суспензии с целью уменьшения числа наносимых слоев лакокрасочного материала при изготовлении покрытий.As can be seen from the data presented, an increase in the concentration of the phosphor in the paint material over 5% does not increase the brightness of the luminescence, the intensity of which, however, is practically not reduced. This allows the use of more concentrated suspensions in order to reduce the number of applied layers of paint material in the manufacture of coatings.

Claims (5)

1. Светопреобразующий композиционный полимерный материал для парников и теплиц, включающий полимерную матрицу с диспергированным в ней неорганическим красным широкополосным люминофором, состав которого отвечает общей формуле:
Lis(M(1-x)-Eux)1MgmAlnSipNq,
где M=Sr, Ca, Ba, взятые порознь или совместно, и где значения индексов у элементов, входящих в состав соединения, составляют:
0,045≤s≤0,60
0,005≤x≤0,12
0≤m≤0,12
0≤n≤1,0
1,0≤p≤2,40
3,015≤q≤4,20
с ограничением, что для всех композиций 2,0≤p+n≤2,40 и q≠4.
1. Light-converting composite polymer material for greenhouses and greenhouses, including a polymer matrix with an inorganic red broadband phosphor dispersed in it, the composition of which corresponds to the general formula:
Li s (M (1-x) - Eu x ) 1 Mg m Al n Si p N q ,
where M = Sr, Ca, Ba, taken separately or together, and where the values of the indices of the elements that make up the compound are:
0.045≤s≤0.60
0.005≤x≤0.12
0≤m≤0.12
0≤n≤1.0
1,0≤p≤2,40
3.015≤q≤4.20
with the restriction that for all compositions 2.0≤p + n≤2.40 and q ≠ 4.
2. Светопреобразующий композиционный полимерный материал для парников и теплиц по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используют термопластичный полимер из группы веществ, включающей полиэтилен высокого и низкого давления, линейные полиэтилены низкой плотности, сополиолефины, смеси сополимеров, поливинилхлорид, поликарбонат, метилметакрилат, полистирол, полиэтилентерефталат, силикон.2. The light-converting composite polymer material for greenhouses and greenhouses according to claim 1, characterized in that the thermoplastic polymer from the group of substances including high and low pressure polyethylene, linear low density polyethylene, copolyolefins, copolymer blends, polyvinyl chloride, polycarbonate is used as a polymer matrix , methyl methacrylate, polystyrene, polyethylene terephthalate, silicone. 3. Светопреобразующий композиционный полимерный материал для парников и теплиц по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы взят прозрачный, бесцветный, водостойкий, отверждаемый на воздухе полимерный лак из группы алкидно-уретановых, алкидно-пентафталевых, полиуретановых, акриловых или силикон-акриловых соединений.3. The light-converting composite polymer material for greenhouses and greenhouses according to claim 1, characterized in that the polymer matrix is a transparent, colorless, waterproof, curable in the air polymer varnish from the group of alkyd-urethane, alkyd-pentaphthalic, polyurethane, acrylic or silicone acrylic compounds. 4. Светопреобразующий композиционный полимерный материал для парников и теплиц по п.1 или 2, отличающийся тем, что концентрация люминофора в полимерной матрице изменяется в интервале 0,05-10,0 мас.%.4. Light-converting composite polymer material for greenhouses and greenhouses according to claim 1 or 2, characterized in that the concentration of the phosphor in the polymer matrix varies in the range of 0.05-10.0 wt.%. 5. Светопреобразующий композиционный полимерный материал для парников и теплиц по п.1 или 3, отличающийся тем, что концентрация люминофора в полимерной матрице изменяется в интервале 0,5-10,0 мас.%. 5. Light-converting composite polymer material for greenhouses and greenhouses according to claim 1 or 3, characterized in that the concentration of the phosphor in the polymer matrix varies in the range of 0.5-10.0 wt.%.
RU2014146658/05A 2014-11-20 2014-11-20 Light-converting composite polymer material for greenhouses RU2579136C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014146658/05A RU2579136C1 (en) 2014-11-20 2014-11-20 Light-converting composite polymer material for greenhouses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014146658/05A RU2579136C1 (en) 2014-11-20 2014-11-20 Light-converting composite polymer material for greenhouses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2579136C1 true RU2579136C1 (en) 2016-03-27

Family

ID=55657072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014146658/05A RU2579136C1 (en) 2014-11-20 2014-11-20 Light-converting composite polymer material for greenhouses

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579136C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2615701C2 (en) * 2015-09-30 2017-04-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" Luminescent metal-containing polymerizable compositions and manufacturing methods

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94042026A (en) * 1994-11-23 1996-07-10 Р.Н. Щелоков Polymeric composition for light-transforming film material
WO2004036962A1 (en) * 2002-10-14 2004-04-29 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Light-emitting device comprising an eu(ii)-activated phosphor
FR2846647A1 (en) * 2002-11-05 2004-05-07 Rhodia Elect & Catalysis New europium-, praseodymium- and manganese-doped barium magnesium silicate, aluminosilicate, gallosilicate or borosilicate useful as a luminophore, e.g. in light-converting materials
US7536834B2 (en) * 2002-11-05 2009-05-26 Rhodia Electronics & Catalysis Light-converting material comprising a barium magnesium silicate as additive
RU2407770C2 (en) * 2007-03-09 2010-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "СВЕТ" Light-converting material and composition for producing said material
US8535564B2 (en) * 2009-06-24 2013-09-17 Seoul Semiconductor, Co., Ltd. Light emitting device employing luminescent substances with oxyorthosilicate luminophores

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94042026A (en) * 1994-11-23 1996-07-10 Р.Н. Щелоков Polymeric composition for light-transforming film material
WO2004036962A1 (en) * 2002-10-14 2004-04-29 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Light-emitting device comprising an eu(ii)-activated phosphor
FR2846647A1 (en) * 2002-11-05 2004-05-07 Rhodia Elect & Catalysis New europium-, praseodymium- and manganese-doped barium magnesium silicate, aluminosilicate, gallosilicate or borosilicate useful as a luminophore, e.g. in light-converting materials
US7536834B2 (en) * 2002-11-05 2009-05-26 Rhodia Electronics & Catalysis Light-converting material comprising a barium magnesium silicate as additive
RU2407770C2 (en) * 2007-03-09 2010-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "СВЕТ" Light-converting material and composition for producing said material
US8535564B2 (en) * 2009-06-24 2013-09-17 Seoul Semiconductor, Co., Ltd. Light emitting device employing luminescent substances with oxyorthosilicate luminophores

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2615701C2 (en) * 2015-09-30 2017-04-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" Luminescent metal-containing polymerizable compositions and manufacturing methods

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1554914B1 (en) Light-emitting device comprising an eu(ii)-activated phosphor
KR101539446B1 (en) Green-emitting, garnet-based phosphors in general and backlighting applications
CN103429701B (en) The phosphorescent substance of the additive Mn of colour stable
JP5851994B2 (en) Alkaline earth metal silicate luminescent materials and methods for improving their long-term stability
KR101717245B1 (en) LED red fluorescent material and lighting device having same
KR20080037707A (en) Photonic material with regularly arranged cavities
CN101072844A (en) Illumination system comprising a radiation source and a luminescent material
EP1773966A1 (en) Illumination system comprising a radiation source and a luminescent material
WO2006095284A1 (en) Illumination system comprising a radiation source and a luminescent material
KR20080110764A (en) Method for incorporating nanophosphors in microoptical structures
CN111971366A (en) Near-infrared light-emitting phosphor, phosphor mixture, light-emitting element, and light-emitting device
KR101717241B1 (en) Red light-emitting nitride material, and light-emitting part and light-emitting device comprising same
CN114437724A (en) Gallate-based multicolor long-afterglow luminescent material and preparation method thereof
JP3949290B2 (en) Display device
CN101126023B (en) Silicate substrate luminescent material with multiple emission peak, preparation method thereof and luminescent device using the same
CN106590646B (en) A kind of white light LEDs blue light fluorescent powder of near ultraviolet excitation and preparation method thereof
KR101223501B1 (en) Long-afterglow luminescent material and its preparation method
RU2579136C1 (en) Light-converting composite polymer material for greenhouses
CN101358133B (en) White light emitting diode and sulphide fluorescent material thereof
JPH08151573A (en) Fluorescent substance having afterglow property
WO2016080857A1 (en) Light-converting composite polymer material for forcing frames and greenhouses
CN109943324B (en) Ultra-wide white fluorescent material, preparation method and application thereof, and lighting apparatus
JP3232549B2 (en) Afterglow phosphor
JP3345823B2 (en) Afterglow phosphor
JP3646675B2 (en) Afterglow phosphor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181121