一種新型紅色轉光膜及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于農業(yè)轉光技術領域，具體涉及一種新型紅色轉光膜及其制備方法與應 用。
【背景技術】
[0002] 隨著社會知識化、科技信息化和經(jīng)濟全球化的不斷推進，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略顯得尤 為重要和突出。然而，目前面臨著資源匱乏和環(huán)境污染兩大難題，這使得如何利用現(xiàn)有的綠 色環(huán)保資源具有深遠意義。纖維素是地球上儲量最豐富的天然高分子，是自然界取之不盡、 用之不竭的可再生資源。與合成高分子相比，纖維素還具有可完全生物降解、無毒無污染、 易于改性、生物相容性好等優(yōu)勢，被認為是未來世界能源化工的主要原料。
[0003] 太陽光是植物進行光合作用的能量來源。然而植物對光能的需求，其中最重要 的就是光質，不僅影響作物的光合效率，還可以調控作物的營養(yǎng)成分。太陽光中的紅光 (600~700nm)對植物的光合作用最為重要，其次是藍光（400~500nm);紫外光（200~ 400nm)則易于促進枝干老化和病菌繁殖，對植物的生長有不良影響；其余一部分光則主要 是轉換為提高溫度的熱能。
[0004] 轉光劑是將太陽光中對植物光合作用無用的紫外線、紫光和綠光轉換成為植物生 長所需的紅光和藍光。對于紅色轉光劑，主要是以Eu摻雜基質和Mn摻雜基質為主，例如 Sr 2Si5N8:Eu2+、CaAl120 19:Mn4+、3. 5MgO ?0? 05MgF2 .Ge02:Mn4+、Y203:Eu3+、Y 202S:Eu3+等，在 200 ~ 600nm波長范圍內存在高效激發(fā)，能夠轉換成植物可以吸收利用的紅光。
[0005] 目前農用薄膜主要是通過聚乙烯等加工而成，而聚乙烯作為一種合成高分子，其 原料相當有限，此外，聚乙烯很難降解，一般需要經(jīng)過80年，甚至是上百年才有部分被分 解。因此，聚乙烯薄膜的使用，不僅是對現(xiàn)有能源的重大挑戰(zhàn)，更是給環(huán)境帶來了巨大威脅。 并且，普通農膜的作用只限于提高地表溫度，保證土壤的濕度，并沒有轉光效果。

【發(fā)明內容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種新型紅色轉光 膜。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述新型紅色轉光膜的制備方法。該方法制備的轉光 膜工藝過程簡單，不發(fā)生化學反應，無污染，性能優(yōu)異，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0008] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述新型紅色轉光膜的應用。
[0009] 本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：一種新型紅色轉光膜，包括轉光劑和載體。
[0010] 所述的轉光劑選用紅色熒光粉，優(yōu)選為Sr2Si具:Eu2+、CaAl 12019:Mn4+、 3. 5MgO ? 0? 05MgF2 ? Ge02:Mn4+、Y203:Eu3+、Ca 2Si5N8:Eu2+、CaAlSiN3:Eu 2+、Gd2Mo309:Eu3+、 YV0 4: Eu3+和Y 202S: Eu3+等中的至少一種。
[0011] 所述的載體為纖維素高分子，可生物降解，是一類綠色化合物。
[0012] 所述的紅色轉光膜的激發(fā)波長優(yōu)選為200~600nm ;
[0013] 所述的紅色轉光膜的發(fā)射波長優(yōu)選為500~800nm ;
[0014] 所述的紅色轉光膜能夠吸收紫外光和一部分可見光，轉換成可以被利用的紅光。
[0015] -種新型紅色轉光膜的制備方法，包括以下步驟：
[0016] (1)纖維素溶解：將纖維素加入到溶解體系中，強烈攪拌，得到纖維素溶液；
[0017] (2)復合過程：將轉光劑加入至步驟（1)的纖維素溶液中，持續(xù)攪拌，使轉光劑在 纖維素溶液中均勻分散，脫去氣泡后，得到均一的復合溶液；
[0018] (3)固化成膜：將步驟（2)得到的復合溶液在玻璃板上流延成膜，后經(jīng)凝固劑固化 成型，洗滌干燥，即得新型紅色轉光膜。
[0019] 步驟（1)中所述的溶解體系優(yōu)選為NaOH/尿素組合水溶液和N-甲基嗎啉-N-氧 化物水溶液中一種；
[0020] 所述的NaOH/尿素組合水溶液優(yōu)選為7wt% NaOH/12wt%尿素的組合水溶液；
[0021] 所述的N-甲基嗎啉-N-氧化物水溶液中的含水量優(yōu)選為13%~17% ;
[0022] 步驟⑴中所述的纖維素溶液中纖維素的濃度優(yōu)選為3%~5. 2%。
[0023] 步驟（1)中所述的纖維素溶解是通過破壞纖維素分子間氫鍵作用進行的，屬于非 衍生化過程。
[0024] 步驟⑵中的轉光劑選用紅色熒光粉，優(yōu)選為Sr2Si具:Eu2+、CaAl 12019:Mn4+、 3. 5MgO ? 0? 05MgF2 ? Ge02:Mn4+、Y203:Eu3+、Ca 2Si5N8:Eu2+、CaAlSiN3:Eu 2+、Gd2Mo309:Eu3+、 YV0 4: Eu3+和Y 202S: Eu3+等中的至少一種。
[0025] 步驟⑵中所述的復合溶液中轉光劑與纖維素的質量比優(yōu)選為1 : (13~80)。
[0026] 步驟（2)中所述的復合過程是一個物理過程，轉光劑可以單項或多項任意選配使 用。
[0027] 步驟（3)中所述的凝固劑優(yōu)選為5wt% H2S04溶液；
[0028] 所述的新型紅色轉光膜可作為農業(yè)棚膜和地膜，應用于作物種植和育苗等方面。
[0029] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果：
[0030] (1)本發(fā)明的紅色轉光膜選用纖維素作為載體，儲量豐富，可持續(xù)生產(chǎn)。纖維素是 地球上儲量最豐富的天然高分子，每年通過光合作用產(chǎn)生的纖維素達1000億噸以上，是自 然界中取之不盡、用之不竭的可再生資源。
[0031] (2)本發(fā)明的紅色轉光膜可生物降解，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品。纖維素是一類富含碳源的 化合物，能夠被土壤或污泥中的細菌、真菌和放線菌等降解。并且，在此過程中，不會產(chǎn)生有 毒、有害物質，符合批量化生產(chǎn)使用的要求。
[0032] (3)本發(fā)明是對現(xiàn)有農用高分子材料薄膜的重要改變，作為一種新型紅色轉光膜， 將天然高分子與轉光劑組合起來，既充分利用了現(xiàn)有的可再生綠色資源，避免了合成高分 子所帶來的環(huán)境問題，又在傳統(tǒng)的薄膜基礎上增加了光學性能。
[0033] (4)本發(fā)明的紅色轉光膜具有優(yōu)異的光學性能。表現(xiàn)有三點：轉光膜結構穩(wěn)定，轉 光劑與纖維素形成強烈的相互作用，具有良好的耐水性；轉光膜具有穩(wěn)定的光學性能，選用 的轉光劑是結晶性化合物，化學性質穩(wěn)定；轉光膜在200~600nm之間存在高效激發(fā)，可以 將紫外光和一部分可見光轉換成對植物生長有用的紅光，提高光能利用率。
【附圖說明】
[0034]圖1是轉光劑Sr2Si5N8:Eu2+的激發(fā)、發(fā)射光譜圖。
[0035] 圖2是轉光劑Sr2Si5N 8:Eu2+的掃描電鏡圖。
[0036]圖3是實施例3制得的新型紅色轉光膜的激發(fā)、發(fā)射光譜圖。
[0037]圖4是實施例4制得的新型紅色轉光膜的激發(fā)、發(fā)射光譜圖。
[0038] 圖5是實施例5制得的新型紅色轉光膜的激發(fā)、發(fā)射光譜圖。
[0039]圖6是實施例6制得的新型紅色轉光膜的激發(fā)、發(fā)射光譜圖。
[0040] 圖7是實施例7制得的新型紅色轉光膜的掃描電鏡圖。
[0041]圖8是實施例7制得的新型紅色轉光膜的轉光效果圖。
[0042] 圖9是實施例7制得的新型紅色轉光膜在不同波長激發(fā)下的發(fā)射光譜圖。
[0043] 圖10是實施例8制得的不同質量比轉光膜的激發(fā)光譜圖（A em=614nm)。
[0044] 圖11是實施例8制得的不同質量比轉光膜的發(fā)射光譜圖（A ex = 256nm)。
[0045]圖12是實施例8制得的不同質量比轉光膜的力學性能圖。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0047] 實施例1
[0048] 新型紅色轉光膜的制備方法可以分為纖維素溶解，復合過程及固化成膜三個階 段：
[0049] 將100g含7wt% NaOH/12wt%尿素的組合水溶液，預冷至-12°C~-13°C，加入 一定量的棉槳（購自湖北化纖集團有限公司，DP = 580)，快速攪拌，得到4wt%纖維素溶 液。接著取〇. l〇g的Sr2Si5N8:Eu2+(轉光劑Sr 2Si5N8:Eu2+的激發(fā)、發(fā)射光譜，見圖1;轉光劑 Sr2Si5N8: Eu2+的掃描電鏡，見圖2)加入到上述溶液中，繼續(xù)攪拌30min，使其均勻分散，經(jīng)高 速離心機脫去氣泡，得到復合溶液（復合溶液中轉光劑與纖維素的質量比是1:40)。將復合 溶液在玻璃板上流延成膜后，立即浸入到5wt % H2S04溶液中固化成型，2min后取出洗滌，平 鋪在玻璃板上自然干燥，即得新型紅色轉光膜。
[0050] 實施例2
[0051] 將100g含50wt% N-甲基嗎啉-N-氧化物水溶液，在85°C下減壓蒸餾，直到含水 量降為13. 3wt%左右為止，然后加入3g棉漿，攪