转光剂及其制备方法和用于生菜种植的转光膜及其制备方法
阅读：888发布：2024-02-15
专利汇可以提供转光剂及其制备方法和用于生菜种植的转光膜及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于转光剂和转光膜领域。转光剂，化学通式为：Ca9-x-yLnNa(PO4)7F:xEu2+,yMn2+，其中Ln代表Y和La稀土元素中的一种或两种的组合，x的取值范围为0.01≤x≤0.06，y的取值范围为0.01≤y≤0.10。该转光剂的优点是转光效率高，能够充分吸收太阳光中的近紫外光，并将其同时转换为蓝光和红光，通过调节Eu2+和Mn2+离子的掺杂比例，有效调节红光和蓝光的比例，非常适合用于种植生菜的转光膜使用。，下面是转光剂及其制备方法和用于生菜种植的转光膜及其制备方法专利的具体信息内容。
1.转光剂，其特征在于化学通式为：Ca9-x-yLnNa(PO4)7F:xEu2+,yMn2+，其中Ln代表Y和La稀土元素中的一种或两种的组合，x的取值范围为0.01≤x≤0.06，y的取值范围为0.01≤y≤0.10。
2.转光剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)以Ca3(PO4)2、LaPO4·H2O、YPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca9-x-yLnNa(PO4)7F:xEu2+,yMn2+的化学计量比称取各原料，x的取值范围为0.01≤x≤0.06，y的取值范围为0.01≤y≤0.10；(2)将步骤(1)获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀；(3)将步骤(2)获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1000～1300℃，灼烧时间为6～8小时，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体；(4)将步骤(3)获得的烧结体进行球磨粉碎，然后用蒸馏水洗涤烘干，即得所述转光剂。
3.根据权利要求2所述的转光剂的制备方法，其特征在于烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气。
4.用于生菜种植的转光膜，其特征在于包括薄膜树脂、转光剂和改性助剂；按重量百分比计转光剂为0.1～2.0％，改性助剂为0.1％～5.0％；其余为薄膜树脂；转光剂如权利要求
1所述。
5.根据权利要求4所述的用于生菜种植的转光膜，其特征在于薄膜树脂的成分为聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯、聚酰胺中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的用于生菜种植的转光膜，其特征在于改性助剂为光稳定剂、抗氧化剂、润滑剂中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的用于生菜种植的转光膜，其特征在于所述光稳定剂为2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑或丁二酸，抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚或2,4,6三叔丁基苯酚水杨酸苯酯，润滑剂为聚乙烯蜡或硬脂酸锌。
8.用于生菜种植的转光膜的制备方法，其特征在于转光膜如权利要求4所述，制备方法包括以下步骤：(1)按重量百分比称取薄膜树脂50～80份、转光剂10～40份、改性助剂3～30份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为150～200℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒1～10份、薄膜树脂90～99份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为150～200℃。
9.根据权利要求8所述的用于生菜种植的转光膜的制备方法，其特征在于改性助剂是光稳定剂1～10份、抗氧化剂1～10份、润滑剂1～10份。
转光剂及其制备方法和用于生菜种植的转光膜及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于转光剂和转光膜领域，特别是涉及一种转光剂和使用该转光剂的用于生菜种植的转光膜。
背景技术
[0002] 据联合国预测，到2050年全球人口将达95亿，人类的食物需求也将要比现在增加70％～100％，而人均耕地面积最近30年来却从0.33hm2下降至0.22hm2，降幅达31.7％，因此，各国政府都在为如何提高用作食物的植物生长效率而努力。
[0003] 在影响植物生长的诸多环境因素中，光是最重要的因素之一。所谓“万物生长靠太阳”，植物对于光的要求，主要为光照颜色、光谱、光照强度和光照时间。然而，太阳光是由许多不同波长的光波所组成，在太阳辐射光谱中只有极小部分对光合作用产生作用，约占太阳光比例的5％。近几年随着农业生产力的提高，温室大棚发展迅速，传统温室大棚一般使用普通树脂薄膜，其作用主要为提高大棚内的气温，以达到促进植物生长的作用。但是由于大棚薄膜的使用却降低了太阳光对植物的光照强度，一定程度上减弱了大棚薄膜的使用效果，尤其是秋冬和早春季节的短日照和低光强环境不利于温室作物的生长。近年兴起的大棚转光膜对这一情况进行了一定的改善，其主要原理就是将太阳光谱中对植物生长无用的太阳光成分转换为对植物生长有利的红光或蓝光，但是这些措施也还存在着不同程度的问题，主要就是缺乏对具体光谱成分以及特定植物生长所需最佳光色组成需求的研究，导致光色组成不能最佳化。
[0004] 根据植物生长生理学的研究发现，不同植物对红光(620～680nm)和蓝光(400～500nm)最佳配比的需求并不相同，以生菜为例，它在定植和育苗阶段光源分别采用红蓝光比为6:1和7:1的光源最适合其生长。具了解，利用LED照明的植物工厂能够有效控制人工灯光的光色组成，但是LED照明植物工厂生产成本中的电费约占了30％，成本仍然较高，若无廉价电源与效率高的人工灯光降低生产成本，植物工厂对农民的吸引力并不大。而农用转光膜不需要消耗电能，可以直接将太阳光谱中对植物生长无用的太阳光成分转换为对植物生长有利的红光或蓝光，目前限制其广泛推广使用的主要问题是转光剂的转光效率偏低，且都以转光成单一红色光为主，很少将光能同时转换成红光和蓝光的产品，尤其是需要根据不同植物的生长需求，获得指定红光和蓝光比例的产品更加难见。
[0005] 本发明根据生菜在生长过程中所需的最佳红光和蓝光比例，提供一种专门用于种植生菜的大棚转光膜，帮助农民改善生产条件，可提高植物的质量、产量，同时可缩短生长期，使其增加收入，产生显著的经济效益和社会效益。
发明内容
[0006] 为了克服上述现有技术中农用转光膜转光效率偏低、以转光成单一红色光为主、很少将光能同时转换成红光和蓝光、且没有根据不同植物的生长需求提供特定红光和蓝光比例的缺点，本发明的一个目的是提供了一种具有特定红光和蓝光比例，转光效率高的转光剂及其制备方法。本发明的另一个目的是提供使用上述转光剂的用于生菜种植的转光膜。
[0007] 为解决上述现有技术的不足，本发明所采用的技术方案如下：转光剂，化学通式为：Ca9-x-yLnNa(PO4)7F:xEu2+,yMn2+，其中Ln代表Y和La稀土元素中的一种或两种的组合，x的取值范围为0.01≤x≤0.06，y的取值范围为0.01≤y≤0.10。
[0008] 转光剂的制备方法，包括以下步骤：(1)以Ca3(PO4)2、LaPO4·H2O、YPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca9-x-yLnNa(PO4)7F:xEu2+,yMn2+的化学计量比称取各原料，x的取值范围为0.01≤x≤0.06，y的取值范围为0.01≤y≤0.10；(2)将步骤(1)获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀；(3)将步骤(2)获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1000～1300℃，灼烧时间为6～8小时，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体；(4)将步骤(3)获得的烧结体进行球磨粉碎，然后用蒸馏水洗涤烘干，即得所述转光剂。
[0009] 作为优选，烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气。
[0010] 用于生菜种植的转光膜，包括薄膜树脂、转光剂和改性助剂；按重量百分比计转光剂为0.1～2.0％，改性助剂为0.1％～5.0％；其余为薄膜树脂。
[0011] 作为优选，薄膜树脂的成分为聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯、聚酰胺中的一种或几种。
[0012] 作为优选，改性助剂为光稳定剂、抗氧化剂、润滑剂中的一种或几种。进一步的，所述光稳定剂为2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑或丁二酸，抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚或2,4,6三叔丁基苯酚水杨酸苯酯，润滑剂为聚乙烯蜡或硬脂酸锌。
[0013] 用于生菜种植的转光膜的制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)按重量百分比称取薄膜树脂50～80份、转光剂10～40份、改性助剂3～30份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为150～200℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒1～10份、薄膜树脂90～99份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为150～200℃。
[0014] 作为优选，改性助剂是光稳定剂1～10份、抗氧化剂1～10份、润滑剂1～10份。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明提供的转光剂转光效率高，能够充分吸收太阳光中的近紫外光，并将其同时转换为蓝光和红光，可以有效促进植物的生长；(2)本发明提供的转光剂可以通过调节Eu2+和Mn2+离子的掺杂比例，有效调节红光和蓝光的比例，当红光达到最强时，其红光和蓝光的比例刚好处于6:1和7:1之间，非常适合用于生菜种植的转光膜使用。(3)本发明提供的用于生菜种植的转光膜，红光和蓝光的比例适合生菜定植和育苗阶段光源的需求，可以提高生菜的生长速度。附图说明
[0016] 图1为实施例1制备的转光剂激发光谱图。
[0017] 图2为实施例1～4的发射光谱图。
[0018] 图3为实施例5～8的发射光谱图。
具体实施方式
[0020] 实施例1
[0021] 转光剂制备：以高纯的Ca3(PO4)2、LaPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca8.97LaNa(PO4)7F:0.02Eu2+,0.01Mn2+的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1200℃℃，灼烧时间为6小时，烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
[0022] 转光膜吹制：(1)按重量百分比称取聚丙烯树脂75份、转光剂10份、2-(2-丁二酸5份、2,6-二叔丁基对甲酚5份、聚乙烯蜡5份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为160℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒6份、聚丙烯树脂94份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为170℃。
[0023] 实施例2
[0024] 转光剂制备：以高纯的Ca3(PO4)2、YPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca8.97YNa(PO4)7F:0.01Eu2+,0.02Mn2+的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1200℃℃，灼烧时间为6小时，烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
[0025] 转光膜吹制：(1)按重量百分比称取聚乙烯树脂50份、转光剂40份、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑3份、2,6-二叔丁基对甲酚3份、聚乙烯蜡4份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为200℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒1份、聚乙烯树脂99份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为150℃。
[0026] 实施例3
[0027] 转光剂制备：以高纯的Ca3(PO4)2、LaPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca8.94LaNa(PO4)7F:0.03Eu2+,0.03Mn2+的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1000℃℃，灼烧时间为8小时，烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
[0028] 转光膜吹制：(1)按重量百分比称取聚苯乙烯树脂80份、转光剂10份、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑4份、2,6-二叔丁基对甲酚4份、硬脂酸锌2份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为150℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒10份、聚苯乙烯树脂90份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为200℃。
[0029] 实施例4
[0030] 转光剂制备：以高纯的Ca3(PO4)2、YPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式2+ 2+
Ca8.92YNa(PO4)7F:0.04Eu ,0.04Mn 的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1000℃℃，灼烧时间为8小时，烧结气氛为
5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
Ca8.92YNa(PO4)7F:0.04Eu ,0.04Mn 的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1000℃℃，灼烧时间为8小时，烧结气氛为
5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
[0031] 转光膜吹制：(1)按重量百分比称取乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂70份、转光剂20份、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑2份、2,4,6三叔丁基苯酚水杨酸苯酯3份、硬脂酸锌5份；
(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为180℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒8份、乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂92份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为180℃。
(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为180℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒8份、乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂92份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为180℃。
[0032] 实施例5
[0033] 转光剂制备：以高纯的Ca3(PO4)2、LaPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca8.9LaNa(PO4)7F:0.05Eu2+,0.05Mn2+的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1300℃℃，灼烧时间为6小时，烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
[0034] 转光膜吹制：(1)按重量百分比称取聚苯乙烯树脂80份、转光剂10份、丁二酸4份、2,4,6三叔丁基苯酚水杨酸苯酯3份、硬脂酸锌3份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为200℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒10份、聚丙烯树脂90份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为200℃。
[0035] 实施例6
[0036] 转光剂制备：以高纯的Ca3(PO4)2、YPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca8.88YNa(PO4)7F:0.06Eu2+,0.06Mn2+的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1300℃℃，灼烧时间为6小时，烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
[0037] 转光膜吹制：(1)按重量百分比称取聚酰胺树脂65份、转光剂30份、丁二酸2份、2,6-二叔丁基对甲酚2份、硬脂酸锌1份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为190℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒2份、聚酰胺树脂
98份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为160℃。
98份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为160℃。
[0038] 实施例7
[0039] 转光剂制备：以高纯的Ca3(PO4)2、LaPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca8.88LaNa(PO4)7F:0.04Eu2+,0.08Mn2+的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1100℃℃，灼烧时间为7小时，烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
[0040] 转光膜吹制：(1)按重量百分比称取聚氯乙烯树脂60份、转光剂20份、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑10份、2,4,6三叔丁基苯酚水杨酸苯酯5份、聚乙烯蜡5份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为180℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒5份、聚氯乙烯树脂95份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为160℃。
[0041] 实施例8
[0042] 转光剂制备：以高纯的Ca3(PO4)2、YPO4·H2O、NaF、Eu2O3和MnCO3为原料，按照化学式Ca8.85YNa(PO4)7F:0.05Eu2+,0.10Mn2+的化学计量比称取各原料；然后将获得的原料在玛瑙研钵中充分研磨后混合均匀，并将获得的混合物放入刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚和混合物一起放入高温管式炉中进行灼烧，灼烧温度为1100℃℃，灼烧时间为7小时，烧结气氛为5％的氢气和95％的氮气混合气，灼烧完成后样品随炉降温至室温，最后取出获得烧结体进行球磨、粉碎、洗涤、烘干即可获得所述转光剂。
[0043] 转光膜吹制：(1)按重量百分比称取聚乙烯树脂55份、转光剂30份、丁二酸5份、2,4,6三叔丁基苯酚水杨酸苯酯5份、聚乙烯蜡5份；(2)在塑炼机将上述材料均匀混合，加热温度为160℃，然后利用造粒挤出机制作成转光母粒；(3)按重量百分比称取转光母粒8份、聚氯乙烯树脂92份，混合均匀后在吹膜机上吹制薄膜，加热温度为160℃。
[0044] 上述以高纯的是指含量在99.5％以上的原料。图1为本发明提供的实施例1制备的转光剂激发光谱图，监测波长为652nm，从1图中可以看出，其适合的激发光波长覆盖了300～400nm范围的近紫外光区，能够有效吸收太阳光谱中的紫光和近紫外光。图2为实施例1～4和实施例5～8的发射光谱图，图3为实施例5～8的发射光谱图，从图2和图3中可以看出，该转光剂在近紫外光(365nm)激发下具有两个明显的发射峰，分别为位于652nm的红光区和位于470nm的蓝光区，尤其是实施例7和实施例8的红光和蓝光比例非常适合生菜的生长需求。
[0045] 不使用膜种植的生菜A、使用市售膜种植的生菜B和使用实施例1制备的转光膜种植的生菜C进行生菜生长指标试验。生菜生长指标动态测定说明：随机选取20株样本参数接近的生菜，重复3次，测量生菜株高、株幅、叶长、叶宽。取样后先称量地上和地下部的鲜重，然后在60℃烘箱中烘至恒重后测其干重；叶绿素和类胡萝卜素含量测定采用分光光度法；粗蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法；Vc含量测定采用分光光度法；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法；硝酸盐含量测定采用紫外分光光度法。试验是单因素实验设计方案，意味除了膜的不同或者有无膜，别的条件基本一致，所以这些指标如果有显著差异，都是由膜的不同所造成的，天数是播种后40天，试验数据下表1。
[0046] 表1：
[0047]
[0048]
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