[发明专利]一种稀土配合物农用转光膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土配合物农用转光膜，由至少一层共挤吹塑薄膜构成，在所述共挤吹塑薄膜的一层或多层中添加有萘啶类转光剂，含有萘啶类转光剂的共挤吹塑薄膜层为转光层，转光层中萘啶类转光剂的添加质量百分比为0.2～2％；含萘啶类转光剂的转光层中还加入有碱性添加剂，所述碱性添加剂的添加质量百分比为0.2～5％。本发明所制备的萘啶类稀土配合物转光膜能够获得高的光致发光量子产率和出色的光稳定性，解决了现有基于萘啶类稀土配合物制备的转光膜发光效率低、质量不稳定的技术难题。

技术领域

本发明属于农膜材料领域，涉及一种具有高发光效率、长使用寿命的稀土配合物农用转光膜及其制备方法。

背景技术

农用塑料薄膜(简称农膜)是我国三大农业生产资料之一，我国的温室大棚膜面积占世界总面积85％以上，应用十分广泛，市场前景十分广阔。农用塑料薄膜主要由树脂、热稳定剂、光稳定剂、保温剂、流滴剂等添加剂组成，其中，热稳定剂、光稳定剂主要用于改善塑料的加工性、机械强度和抗老化特性，而保温剂、流滴剂则属于功能性助剂，可提高农膜的保温性能和透光率。随着农膜技术的发展，人们对农膜功能性的要求越来越高。转光技术是近来兴起的一项提高农膜功能性的新技术，通过在农膜中引入转光剂，可以将太阳光中低效或不利的光转化成农作物可以高效利用的光，从而提高光能的综合利用率。

光生态学研究表明，400～480nm的蓝紫光及600～680nm的红橙光最有利于植物的光合作用，而将日光中280～380nm的紫外光及被作物茎叶反射较多的绿黄光(510～580nm)转换成蓝紫光及红橙光则可以改善光质，促进作物生长，起到早熟、增产、提高品质的作用。转光剂实质上就是一种具有光波长转换功能的荧光材料，将其掺入农膜中，就可以调控透过农膜后照射进入棚内的太阳光谱，实现光能利用最大化。

实现有效光谱调控的关键在于选择合适的转光剂。转光剂根据组成可分为无机转光剂和有机转光剂两种类型。无机转光剂(通常为颗粒状荧光粉)吸光能力很弱，低掺入浓度下无法产生明显的光吸收与转化，而高掺入浓度则因散射严重难以制备出透明膜，限制了其在转光膜中的应用。有机转光剂具有很强的吸光能力，可以起到有效的光谱调控作用，而且与高分子相容性好，不会影响农膜的透光率。但是传统的有机转光剂通常光稳定性很差，在太阳辐照下很容易分解，难以体现出长期的转光效果(户外使用半衰期通常不足一个月)。

发明人研发团队开发出一种萘啶类稀土配合物(CN201110139842.1，CN201510130379.2)，能够吸收280～370nm的紫外光(摩尔吸光系数达10⁴mol^-1cm^-1)，发射高效率的红光(光致发光量子产率可以达到60-90％)；而且材料的光稳定性出色，有较长的半衰期(粉体老化半衰期1年以上)，是作为农膜转光剂的优良选择。

上述转光剂产品已实现产业化生产，供多家农膜厂使用(例如，淄博舜明荧光科技有限公司的转光农膜结构，CN109796661)。但是，很多厂家利用上述转光剂制备农膜后，得到的农膜产品却发光效率低，光稳定性差。例如，虽然萘啶类转光剂产品粉体的光致发光量子产率可以达到60-90％，但是很多厂家利用该转光剂制备成农膜的发光量子产率仅有20-50％。

发明人团队对此进行了专门研究，发现主要原因是农膜加工过程中塑料粒子氧化产生的酸性物质会与萘啶类转光剂发生反应，导致其发光效率下降。发明人将萘啶类稀土配合物与羧酸类物质混合(醋酸、硬脂酸、油酸)，证实了确实会造成配合物分解。其根源在于萘啶类配体pKa较大，酸性较弱，所以容易与羧酸类物质发生反应而失活。

此外，发明人还发现农膜厂家经常使用的一些色素类添加剂也会造成萘啶类稀土配合物发光的淬灭而导致发光效率下降。另外，发明人还发现所制备的转光农膜的老化半衰期与制备工艺有很大关系，加工过程中双螺杆挤出温度过高或转光剂添加浓度太低也会使转光剂材料的堆积状态在加工过程中被破坏，从而导致其光稳定性变差，影响转光功能起作用的有效时间。

发明内容