專利名稱：一種仿生態(tài)農(nóng)膜及其所用轉(zhuǎn)光體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜技術(shù)，特別提供了一種具有仿生態(tài)特征的農(nóng)用薄膜，及使農(nóng)膜具有仿生態(tài)特征的轉(zhuǎn)光體系。
一般農(nóng)用薄膜主要是起透光和保溫作用。農(nóng)膜的透射光譜與作物光合作用所需的光譜不一致將影響作物的生長和降低作物抵御病蟲害的能力。為了更好地利用太陽能，一種新型農(nóng)膜-轉(zhuǎn)光農(nóng)膜相應(yīng)問世。這種轉(zhuǎn)光農(nóng)膜可將太陽光中的大部分紫外光光線轉(zhuǎn)化成具有仿生態(tài)特征的有利于農(nóng)作物生長的紅橙光和青藍(lán)光。通過大規(guī)模的農(nóng)田試驗，發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)光農(nóng)膜對大多作物的增產(chǎn)效果明顯好于一般的農(nóng)用薄膜。目前，涉及的轉(zhuǎn)光劑可分為兩類，第一類為有機物(德國專利3818986，中國專利1066857)，如苯并惡唑類，有機還原染料如還原紅，還原綠和還原紫等，和熒光顏料如熒光增白劑，熒光黃和甲甲藍(lán)等；第二類為無機物(中國專利1122814，荷蘭專利189794)，如各種稀土螯合物。但應(yīng)用這些轉(zhuǎn)光劑生產(chǎn)出的農(nóng)膜存在如下問題1．僅將紫外線轉(zhuǎn)為單一波段的可見光，如紅橙光或青藍(lán)光，因此不具有仿生態(tài)的特征；2．對有機物轉(zhuǎn)光劑，在紫外線的作用下容易發(fā)生氧化和降解作用，因此壽命較短；3．大多轉(zhuǎn)光劑由物理混合的方式進(jìn)入農(nóng)膜內(nèi)，轉(zhuǎn)光劑的顆粒較大，因此對太陽光的吸收效率和農(nóng)膜透光特性都有不利的影響。
本發(fā)明的目的是合成一種仿生態(tài)的轉(zhuǎn)光體系，這種轉(zhuǎn)光體系可將陽光中的紫外線轉(zhuǎn)化為具有葉綠素吸收特征的發(fā)射光譜和將陽光中的光合作用不能利用或較少利用的黃綠光轉(zhuǎn)化為光合作用較為有利的紅橙光，并對這種轉(zhuǎn)光體系進(jìn)行防紫外輻照保護(hù)，因而有效改善了農(nóng)膜的轉(zhuǎn)光效率和轉(zhuǎn)光壽命，提高了農(nóng)作物特別是蔬菜瓜果和花卉的產(chǎn)量。
本發(fā)明提供了一種仿生態(tài)農(nóng)膜，其特征在于該仿生態(tài)農(nóng)膜是含有轉(zhuǎn)光體系的農(nóng)膜，其可將陽光紫外線按仿生態(tài)特征轉(zhuǎn)化為400～500nm的青藍(lán)光和550～700nm的紅橙光，將陽光中光合作用不能利用或較少利用的黃綠光轉(zhuǎn)化為光合作用較為有利的550～700nm的紅橙光。
本發(fā)明還提供了一種使農(nóng)膜具有仿生態(tài)特征的轉(zhuǎn)光體系，主要含有轉(zhuǎn)光劑，其特征在于該轉(zhuǎn)光體系是轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑的復(fù)配物；轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑的配比為1～1／20；轉(zhuǎn)光助劑為對轉(zhuǎn)光劑具有負(fù)載、保護(hù)、分散和敏化作用的有機物，如紫精、冠醚、纖維素、淀粉。
在上述本發(fā)明轉(zhuǎn)光體系中，轉(zhuǎn)光劑為具有轉(zhuǎn)光特性的有機物和無機物，有機物是一些熒光素，如酞菁藍(lán)、還原紅、熒光黃、甲甲藍(lán)，無機物是一些稀土如銪、鋱的螯合物。
此外，本發(fā)明中轉(zhuǎn)光劑與轉(zhuǎn)光助劑的配比最好為1～1／10。
本發(fā)明又提供了上述仿生態(tài)農(nóng)膜轉(zhuǎn)光體系的制備過程，該轉(zhuǎn)光體系是由轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑分別溶解于溶劑中然后兩者混合，充分反應(yīng)，再除去溶劑得到；轉(zhuǎn)光劑溶劑為極性溶劑如甲苯、氯苯、吡啶、四氫呋喃，轉(zhuǎn)光助劑溶劑為水；處理溫度為10～100℃，溶液pH范圍為3～12。
其中，以處理溫度為10～50℃，pH范圍為10～12最佳。
本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)光體系可使農(nóng)膜相對單一轉(zhuǎn)光劑體系的轉(zhuǎn)光效率提高50％以上，壽命在實驗室模擬條件下有明顯延長。
下面通過實施例對本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)光體系給予進(jìn)一步說明。
實例1轉(zhuǎn)光體系的合成在500ml三頸瓶中，依次加入轉(zhuǎn)光劑還原紅和酞菁藍(lán)的乙醇溶液和轉(zhuǎn)光助劑淀粉的水溶液，反應(yīng)溫度50℃，充分?jǐn)嚢?小時，減壓抽干水和乙醇，得轉(zhuǎn)光體系，轉(zhuǎn)光劑與轉(zhuǎn)光體系的比為1／5。由此按常規(guī)轉(zhuǎn)光劑加入量構(gòu)成的轉(zhuǎn)光農(nóng)膜稱為1號膜。僅有轉(zhuǎn)光劑而無轉(zhuǎn)光助劑的轉(zhuǎn)光農(nóng)膜稱為2號膜。
可以用熒光光譜法在某一紫外線的激發(fā)下農(nóng)膜的可見光區(qū)的發(fā)射光譜峰面積大小來衡量轉(zhuǎn)光效率的高低，由發(fā)射光譜形狀來判定轉(zhuǎn)光特性的優(yōu)劣。例如用370nm為激發(fā)較長，分別測定1號膜和2號膜的發(fā)射光譜得到


圖1，可見由本發(fā)明所提供的轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑的配合構(gòu)成的農(nóng)膜的轉(zhuǎn)光效率比單純用轉(zhuǎn)光劑的體系的轉(zhuǎn)光效率高，由發(fā)射光譜形狀可知它與葉綠素的吸收光譜相似，因而具有良好的仿生態(tài)行為。
用450nm～500nm的可見光激發(fā)1號農(nóng)膜可得到紅橙光區(qū)的發(fā)射譜，見圖2。說明這種轉(zhuǎn)光農(nóng)膜可將陽光中的光合作用不能利用或較少利用的黃綠光轉(zhuǎn)化為光合作用較為有利的紅橙光。
實例2將實例1所述轉(zhuǎn)光體系中轉(zhuǎn)光劑換為稀土的螯合物，轉(zhuǎn)光助劑換為纖維素在不同反應(yīng)溫度下合成，其農(nóng)膜轉(zhuǎn)光效率變化結(jié)果見表1。其中，SA表示1號膜發(fā)射光譜中的紅區(qū)峰面積，S表示2號膜發(fā)射光譜中的紅區(qū)峰面積。轉(zhuǎn)光效率的提高用兩個峰面積之比SA／S來說明。
表1 不同溫度下合成的轉(zhuǎn)光體系對農(nóng)膜轉(zhuǎn)光效率的影響
反應(yīng)條件溶劑四氫呋嘀pH值7反應(yīng)時間3小時轉(zhuǎn)光劑與轉(zhuǎn)光助劑配比為1／3。
實例3將實例2所述轉(zhuǎn)光體系在不同pH值下合成，其轉(zhuǎn)光效率提高的結(jié)果見表2。
表2 不同pH值下合成的轉(zhuǎn)光體系對農(nóng)膜轉(zhuǎn)光效率的影響
反應(yīng)條件溶劑四氫呋喃溫度30℃反應(yīng)時間3小時轉(zhuǎn)光劑與轉(zhuǎn)光助劑配比為1／3。
實例4將實例2所述轉(zhuǎn)光體系在不同溶劑下合成，其轉(zhuǎn)光效率提高的結(jié)果見表3。
表3 以不同溶劑合成的轉(zhuǎn)光體系對農(nóng)膜轉(zhuǎn)光效率的影響
反應(yīng)條件溫度50℃反應(yīng)時間3小時pH值7轉(zhuǎn)光劑與轉(zhuǎn)光助劑配比為1／3。
實例5將實例1所述轉(zhuǎn)光體系構(gòu)成的1號膜和2號膜置于125W高壓汞燈環(huán)型輻照腔內(nèi)，同時接受紫外線輻照。分別測定1號膜和2號膜的發(fā)射光譜紅區(qū)相對峰面積的變化，見表4?？梢娫?8小時的紫外光輻照下，1號膜的轉(zhuǎn)光效率下降了14％，而2號膜下降了48％。
表4 轉(zhuǎn)光體系抗紫外作用的比較
實例6加有轉(zhuǎn)光體系塑料薄膜的使用性能。(1)保溫性比較見表5。可見1號膜保溫效果比2號膜好。
表5 1996年棚膜試驗溫度測定表(℃)時間96年12月
(2)蔬菜生產(chǎn)發(fā)育情況及產(chǎn)量比較見表6和表7。
表6 不同棚膜茼蒿生產(chǎn)發(fā)育情況及產(chǎn)量比較 單位厘米，克，元
表7 不同棚膜甜瓜生產(chǎn)發(fā)育情況及產(chǎn)量比較 單位厘米，克，元
由上述實例，利用本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)光體系，可以構(gòu)成仿生態(tài)轉(zhuǎn)光特性行為的、有較高轉(zhuǎn)光次序和較長轉(zhuǎn)光壽命的轉(zhuǎn)光農(nóng)膜。農(nóng)田試驗結(jié)果表明，這種新型轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的膜保溫性、耐霧性和防病蟲害性都有所改進(jìn)，可使蔬菜作物明顯增產(chǎn)。
權(quán)利要求
1．一種仿生態(tài)農(nóng)膜，其特征在于該仿生態(tài)農(nóng)膜系含有轉(zhuǎn)光體系的農(nóng)膜，其可將陽光紫外線按仿生態(tài)特征轉(zhuǎn)化為400～500nm的青藍(lán)光和550～700nm的紅橙光，將陽光中光合作用不能利用或較少利用的黃綠光轉(zhuǎn)化為光合作用較為有利的550～700nm的紅橙光。
2．一種農(nóng)膜用轉(zhuǎn)光體系，主要含有轉(zhuǎn)光劑，其特征在于該轉(zhuǎn)光體系是轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑的復(fù)配物；轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑的配比為1～1／20；轉(zhuǎn)光助劑為對轉(zhuǎn)光劑具有負(fù)載、保護(hù)、分散和敏化作用的有機物，如紫精、冠醚、纖維素、淀粉。
3．按照權(quán)利要求2所述農(nóng)膜用轉(zhuǎn)光體系，其特征在于轉(zhuǎn)光劑為具有轉(zhuǎn)光特性的有機物和無機物，有機物是一些熒光素，如酞菁藍(lán)、還原紅、熒光黃、甲甲藍(lán)，無機物是一些稀土如銪、鋱的螯合物。
4．按照權(quán)利要求2、3所述農(nóng)膜用轉(zhuǎn)光體系，其特征在于轉(zhuǎn)光劑與轉(zhuǎn)光助劑的配比為1～1／10。
5．一種權(quán)利要求2所述農(nóng)膜用轉(zhuǎn)光體系的制備，其特征在于該轉(zhuǎn)光體系是由轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑分別溶解于溶劑中然后兩者混合，充分反應(yīng)，再除去溶劑得到；轉(zhuǎn)光劑溶劑為極性溶劑如甲苯、氯苯、吡啶、四氫呋喃，轉(zhuǎn)光助劑溶劑為水；處理溫度為10～100℃，溶液pH范圍為3～12。
6．按照權(quán)利要求5所述農(nóng)膜用轉(zhuǎn)光體系的制備，其特征在于處理溫度為10～50℃，pH范圍為10～12。
全文摘要
一種仿生態(tài)農(nóng)膜及其所用轉(zhuǎn)光體系,該仿生態(tài)農(nóng)膜系含有轉(zhuǎn)光體系的農(nóng)膜,其可將陽光紫外線按仿生態(tài)特征轉(zhuǎn)化為400～500nm的青藍(lán)光和550～700nm的紅橙光,將陽光中光合作用不能利用或較少利用的黃綠光轉(zhuǎn)化為光合作用較為有利的550～700nm的紅橙光。轉(zhuǎn)光體系是轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑的復(fù)配物;轉(zhuǎn)光劑和轉(zhuǎn)光助劑的配比為1～1/20;轉(zhuǎn)光助劑為對轉(zhuǎn)光劑具有負(fù)載、保護(hù)、分散和敏化作用的有機物,如紫精、冠醚、纖維素、淀粉。本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)光體系可使農(nóng)膜相對單一轉(zhuǎn)光劑體系的轉(zhuǎn)光效率提高50%以上,壽命在實驗室模擬條件下有明顯延長。
文檔編號A01G9/14GK1204658SQ9811394
公開日1999年1月13日 申請日期1998年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月29日
發(fā)明者吳鳴, 鄒誠厚, 劉菁, 趙桂華, 王復(fù)東 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 大連第九塑料廠