本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)光功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)保型儲光膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

當(dāng)前塑料等白色污染日趨嚴(yán)重，必須開發(fā)可再生材料以取代傳統(tǒng)石化產(chǎn)品。因此，可生物降解的材料顯得越來越重要。PLA、PBS、PHB、PHBV作為目前最廣泛使用的可生物降解的高分子材料具有廣闊的應(yīng)用前景。由于它們價格相對低廉且可生物降解，可用于制備包裝膜和功能材料，以解決環(huán)境污染問題。另外，由于它們所制備的膜具有良好的透光性，可用作發(fā)光材料的基質(zhì)，和其它熒光物質(zhì)或發(fā)光物質(zhì)復(fù)合，制備發(fā)光膜、發(fā)光板及發(fā)光纖維。這類發(fā)光材料既有良好的發(fā)光性能，也有高分子材料的易加工性和力學(xué)性能，而且比一般的共軛高分子發(fā)光材料穩(wěn)定性更好，可用于發(fā)光、顯示和高能探測等領(lǐng)域。

不同成分的光對植物的生長作用不同。波長400～480nm 的藍(lán)紫光可被葉綠素、類胡蘿卜素強(qiáng)烈吸收，促進(jìn)植物的莖葉生長；波長600～700nm的紅橙光被葉綠素吸收，可促進(jìn)植物的果實(shí)生長；波長500～600nm的黃綠光對光合作用幾乎無貢獻(xiàn)；而波長315～400nm的近紫外線除360nm附近的光對促進(jìn)植物果實(shí)著色有益外，其余的均會使植物變矮，葉片變厚；波長290～315nm的紫外線對大多數(shù)植物都有害，會促使農(nóng)膜老化衰敗。理想的轉(zhuǎn)光膜可將對植物生長有害的及無法吸收的光轉(zhuǎn)換為光合作用中葉綠素可以吸收利用的藍(lán)紫光和紅橙光，從而改變透過農(nóng)膜的光質(zhì)，促進(jìn)植物對氮、磷、鉀、鋅等營養(yǎng)元素的吸收，提高植株的葉片面積和展開度，增加植物的株高和葉柄長度，由此增加葉片葉綠素的含量，使葉片中的光合作用產(chǎn)物含量升高，促進(jìn)作物生長。

目前市場上銷售的農(nóng)膜多是透明的聚乙烯薄膜，這種薄膜透光度比較高，能夠不影響作物的光合作用，但是這種農(nóng)膜只能被動的接受可見光，無法在夜晚給植物提供可見光。由于作物的光合作用是植物生命活動的全部能量來源，如果能夠在夜晚給作物提供可見光，通過改善作物光照條件，不僅可以減少農(nóng)藥和化肥的使用，還能實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)。然而，如果在田地里給作物提供燈光照明，則會大大增加生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種環(huán)保型儲光膜，該儲光膜白天可將太陽光進(jìn)行存儲，在夜晚或光線不足的時候釋放出能促進(jìn)農(nóng)作物生長的藍(lán)光合紅橙光(550～800nm)，從而解決現(xiàn)有的農(nóng)膜不能實(shí)現(xiàn)光能的轉(zhuǎn)換和儲存的問題。

本發(fā)明同時提供該儲光膜的制備方法，通過該方法制備儲光膜具有工藝過程簡單、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、無污染、易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。同時，本發(fā)明提供上述儲光膜在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種環(huán)保型儲光膜，其組分包括可生物降解的高分子基質(zhì)和具有長余輝性能的熒光粉，所述可生物降解的高分子基質(zhì)和具有長余輝性能的熒光粉的質(zhì)量比為（180~185）：（32~78）。

其中：所述的可生物降解的高分子基質(zhì)為PLA、PBS、PHBV、PHB中的至少一種。所述具有長余輝性能的熒光粉為SrAI₂O₄:Eu,Dy、Sr₂MgSi₂O₇、Y₂O₂S:Eu.Mg:Ti中的至少一種。

上述的環(huán)保型儲光膜的制備方法，包括以下步驟：

1）將可生物降解的高分子基質(zhì)加入良溶劑中，在室溫下攪拌至完全溶解，得到高分子基質(zhì)溶液。

2）將具有長余輝性能的熒光粉加入到步驟1）配制的高分子基質(zhì)溶液，并用超聲震蕩，直至將具有長余輝性能的熒光粉均勻地分散到所述高分子基質(zhì)溶液中，得到制膜溶液；

3）將步驟2）得到的制膜溶液傾倒于玻璃蒸發(fā)皿或聚四氟乙烯盤中，通過流延方法制得環(huán)保型儲光膜。所述的流延方法的工藝目前已經(jīng)較為成熟。

其中：步驟1）中所述的良溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、四氫呋喃中的一種或兩種以上的混合溶劑。

在步驟1）得到的高分子基質(zhì)溶液中，可生物降解的高分子基質(zhì)的濃度為5g/L～100g/L。

而在步驟2）得到的制膜溶液中，具有長余輝性能的熒光粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～50%。。

步驟2）中，超聲震蕩的時間為10~30min。

上述環(huán)保型儲光膜在農(nóng)作物種植領(lǐng)域可以有廣泛的應(yīng)用。因?yàn)槠浒l(fā)射光譜與植物光合作用光譜相適配，對植物增產(chǎn)增質(zhì)起到更好的作用，功能農(nóng)膜大棚種植有無病害、無蟲害、無化學(xué)農(nóng)藥、品質(zhì)好、提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值和大規(guī)模的推廣前景。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明中高分子基質(zhì)的溶解與長余輝熒光粉的共混和再生都是物理過程，未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。整個工藝對設(shè)備要求不高，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，廢液容易回收循環(huán)使用。

2、本發(fā)明的環(huán)保型儲光膜制備工藝簡單，穩(wěn)定性好，成本較低，而且發(fā)射光譜與植物光合作用光譜相適配，對植物增產(chǎn)增質(zhì)起到更好的作用，功能農(nóng)膜大棚種植有無病害、無蟲害、無化學(xué)農(nóng)藥、品質(zhì)好、提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值和大規(guī)模的推廣前景。

3、本發(fā)明的儲光膜由于具有優(yōu)異藍(lán)光、紅橙光長余輝發(fā)光性能，能夠在夜間或光照不足的條件下較長時間地持續(xù)提供植物光合作用所需的紅橙光，延長植物光合作用時間。

附圖說明

圖1 實(shí)施例1中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHB紅光儲光膜的熱失重曲線；

圖2 實(shí)施例1中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHB紅光儲光膜的發(fā)射光譜；

圖3 實(shí)施例2中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的環(huán)保型PHB橙光儲光膜的熱失重曲線；

圖4 實(shí)施例2中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的環(huán)保型PHB橙光儲光膜的發(fā)射光譜；

圖5 實(shí)施例3中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHB藍(lán)光儲光膜的熱失重曲線；

圖6 實(shí)施例3中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHB藍(lán)光儲光膜的發(fā)射光譜；

圖7 實(shí)施例4中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHBV紅光儲光膜的熱失重曲線；

圖8 實(shí)施例4中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHBV紅光儲光膜的發(fā)射光譜；

圖9 實(shí)施例5中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PBS橙光儲光膜的發(fā)射光譜；

圖10 實(shí)施例6中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PLA藍(lán)光儲光膜的發(fā)射光譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

采用以下步驟制備環(huán)保型儲光膜，并通過研究其發(fā)光性能來評價其在農(nóng)作物種植領(lǐng)域的應(yīng)用：

1）稱取1.82克PHB于50ml燒杯中，用20ml三氯甲烷溶解，配制得到濃度為90g/L的PHB溶液。

2）室溫攪拌條件下加入0.76克紅色長余輝熒光粉SrAI₂O₄:Eu,Dy，攪拌相對均勻后將所得混合溶液超聲15分鐘，得到均勻的制膜溶液。

3）將所得溶液傾倒于玻璃蒸發(fā)皿或聚四氟乙烯盤中，通過流延方法制備得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHB紅光儲光膜。

? 從圖1可知，摻雜比例為30%的紅光PHB儲光膜的開始熱分解溫度為325℃左右，比純的PHB的熱分解溫度低了20多攝氏度，說明摻雜紅光熒光粉對膜的熱穩(wěn)定影響比較大，使其熱穩(wěn)定性降低。

由2可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHB紅光儲光膜的發(fā)射光譜位于550nm-720nm，具有較寬的發(fā)射峰，最大發(fā)射波長位于650nm處。該儲光膜的發(fā)光強(qiáng)度約為507 a.u.，發(fā)光強(qiáng)度較高，發(fā)光效果較好。

可見，制備的環(huán)保型儲光膜的發(fā)射光譜與植物光合作用光譜相適配，對植物增產(chǎn)增質(zhì)起到更好的作用，功能農(nóng)膜大棚種植有無病害、無蟲害、無化學(xué)農(nóng)藥、品質(zhì)好、提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值和大規(guī)模的推廣前景。

實(shí)施例2：

采用以下步驟制備環(huán)保型儲光膜，并通過研究其發(fā)光性能來評價其在農(nóng)作物種植領(lǐng)域的應(yīng)用：

1）稱取1.81克PHB于50ml燒杯中，用20ml二氯甲烷溶解，配制得到90g/L的PHB溶液。

2）室溫攪拌條件下加入0.32克紅橙光長余輝熒光粉Y₂O₂S:Eu.Mg:Ti，攪拌相對均勻后，將所得混合溶液超聲10分鐘，得到均勻的制膜溶液。

3）將所得溶液傾倒于玻璃蒸發(fā)皿或聚四氟乙烯盤中，通過流延方法制備得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的環(huán)保型的PHB紅橙光儲光膜。

由圖3可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的環(huán)保型的PHB紅橙光儲光膜在350℃之前，TGA曲線趨于水平，說明儲光薄膜中含有的水和溶劑少，薄膜干燥良好。各摻雜百分比的橙光熒光薄膜從350℃左右，開始分解，說明熒光薄膜的熱穩(wěn)定性好。

由圖4可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的環(huán)保型的PHB紅橙光儲光膜的發(fā)射波長在500nm到750nm之間，具有很寬的發(fā)射波長范圍，且在600nm左右有橙光的特征發(fā)射峰（橙光的發(fā)光范圍為579到622nm之間）。該儲光膜的發(fā)射峰強(qiáng)度為9988 a.u.，發(fā)光強(qiáng)度很好，發(fā)光性能優(yōu)異。

可見，制備的環(huán)保型儲光膜的發(fā)射光譜與植物光合作用光譜相適配，對植物增產(chǎn)增質(zhì)起到更好的作用，功能農(nóng)膜大棚種植有無病害、無蟲害、無化學(xué)農(nóng)藥、品質(zhì)好、提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值和大規(guī)模的推廣前景。

實(shí)施例3：

采用以下步驟制備環(huán)保型儲光膜，并通過研究其發(fā)光性能來評價其在農(nóng)作物種植領(lǐng)域的應(yīng)用：

1）稱取1.8克PHB于50ml燒杯中，用10ml二氯甲烷溶解，配制得到45g/L的PHB溶液。

2）室溫攪拌條件下加入0.76克藍(lán)光長余輝熒光粉Sr₂MgSi₂O₇，攪拌相對均勻后將所得混合溶液超聲30分鐘，得到均勻的制膜溶液。

3）最后將所得溶液傾倒于玻璃蒸發(fā)皿或聚四氟乙烯盤中，通過流延方法制備得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型的PHB藍(lán)光儲光膜。

由圖5可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型的PHB藍(lán)光儲光膜的發(fā)光范圍是435到450nm，發(fā)射光譜在450nm左右有藍(lán)光的特征發(fā)射峰。該藍(lán)光熒光薄膜的發(fā)光強(qiáng)度約為1050a.u.，發(fā)光強(qiáng)度并不高。發(fā)光效果一般。

由圖6可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型的PHB藍(lán)光儲光膜的開始熱分解溫度為350℃，相對于純的PHB的熱分解起始溫度而言相差不大，說明摻雜藍(lán)光熒粉對PHB薄膜的熱穩(wěn)定性影響不大。

可見，制備的環(huán)保型儲光膜可以應(yīng)用在農(nóng)作物種植領(lǐng)域。

實(shí)施例4：

采用以下步驟制備環(huán)保型儲光膜，并通過研究其發(fā)光性能來評價其在農(nóng)作物種植領(lǐng)域的應(yīng)用：

1）稱取1.82克PHBV于50ml燒杯中，用20ml三氯甲烷溶解，配制得到90g/L的PHBV溶液。

2）室溫攪拌條件下加入0.76克紅色長余輝熒光粉SrAI₂O₄:Eu,Dy，攪拌相對均勻后將所得混合溶液超聲15分鐘，得到均勻的制膜溶液。

3）將所得溶液傾倒于玻璃蒸發(fā)皿或聚四氟乙烯盤中，通過流延方法制備得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHBV紅光儲光膜。

由圖7可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHBV紅光儲光膜從325℃開始熱分解，到450℃曲線趨于平緩，純PHBV在450℃時分解失重為95%左右，而摻雜比例為30%的熒光薄膜失重為65%左右。結(jié)果表明紅色長余輝熒光粉的加入對PHBV的熱穩(wěn)定性有一定的影響，但效果并不明顯。

由圖8可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PHBV紅光儲光膜在650nm處有紅光的特征發(fā)射峰，且發(fā)射譜的波長范圍并不是很寬。儲光膜的發(fā)光強(qiáng)度為2600 a.u.,發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)。

可見，制備的環(huán)保型儲光膜的發(fā)射光譜與植物光合作用光譜相適配，對植物增產(chǎn)增質(zhì)起到更好的作用，功能農(nóng)膜大棚種植有無病害、無蟲害、無化學(xué)農(nóng)藥、品質(zhì)好、提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值和大規(guī)模的推廣前景。

實(shí)施例5：

采用以下步驟制備環(huán)保型儲光膜，并通過研究其發(fā)光性能來評價其在農(nóng)作物種植領(lǐng)域的應(yīng)用：

1）稱取1.82克PBS于50ml燒杯中，用10ml氯氯甲烷溶解，配制得到45g/L的PBS溶液。

2）室溫攪拌條件下加入0.77克紅橙光長余輝熒光粉Y₂O₂S:Eu.Mg:Ti，攪拌相對均勻后將所得混合溶液超聲15分鐘，得到均勻的制膜溶液。

3）將所得溶液傾倒于玻璃蒸發(fā)皿或聚四氟乙烯盤中，通過流延方法制備得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PBS紅橙光儲光膜。

從圖9可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PBS紅橙光儲光膜的紅橙光的發(fā)光范圍是525~725nm，發(fā)射光的波長范圍較寬。該儲光膜位于603nm處的最強(qiáng)發(fā)射峰強(qiáng)度為3596a.u.左右，該儲光膜的的發(fā)光效果較好。

可見，制備的環(huán)保型儲光膜的發(fā)射光譜與植物光合作用光譜相適配，對植物增產(chǎn)增質(zhì)起到更好的作用，功能農(nóng)膜大棚種植有無病害、無蟲害、無化學(xué)農(nóng)藥、品質(zhì)好、提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值和大規(guī)模的推廣前景。

實(shí)施例6：

采用以下步驟制備環(huán)保型儲光膜，并通過研究其發(fā)光性能來評價其在農(nóng)作物種植領(lǐng)域的應(yīng)用：

1）稱取1.81克PLA于50ml燒杯中，用20ml四氫呋喃溶解，配制得到90g/L的PBS溶液。

2）室溫攪拌條件下加入0.76克藍(lán)光長余輝熒光粉Sr₂MgSi₂O₇，攪拌相對均勻后將所得混合溶液超聲30分鐘，得到均勻的制膜溶液。

3）將所得溶液傾倒于玻璃蒸發(fā)皿或聚四氟乙烯盤中，通過流延方法制備得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PLA藍(lán)光儲光膜。

從圖10可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的環(huán)保型PLA藍(lán)光儲光膜的藍(lán)光的發(fā)光范圍是435~450nm，在450nm左右有藍(lán)光的特征發(fā)射峰，且發(fā)射光的波長范圍比較寬。該儲光膜的發(fā)射峰強(qiáng)度為2250 a.u.左右。儲光膜的的發(fā)光效果最好。

可見，制備的環(huán)保型儲光膜的發(fā)射光譜與植物光合作用光譜相適配，對植物增產(chǎn)增質(zhì)起到更好的作用，功能農(nóng)膜大棚種植有無病害、無蟲害、無化學(xué)農(nóng)藥、品質(zhì)好、提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值和大規(guī)模的推廣前景。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。