本發(fā)明涉及一種鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑及其制備方法和含該鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑的轉(zhuǎn)光膜，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光合作用是植物賴以生存的基礎(chǔ)，農(nóng)作物干物質(zhì)重的90％以上都來(lái)源于光合作用。然而，太陽(yáng)光中并非所有波長(zhǎng)的光都能被植物利用，一般只有波長(zhǎng)400～480nm(藍(lán)光區(qū))和波長(zhǎng)600～680nm(紅橙區(qū))的光才能被植物中的葉綠素吸收進(jìn)行光合作用。轉(zhuǎn)光劑可將太陽(yáng)光中植物不能利用的紫外光和綠光轉(zhuǎn)換成植物生長(zhǎng)所需要的藍(lán)紫光和紅橙光，可以有效改善作物的光照條件，充分利用太陽(yáng)能，減少農(nóng)藥和化肥的使用量，被人們稱為第三代物理肥料(光肥)。

通過在農(nóng)用薄膜中添加轉(zhuǎn)光劑，可以增加轉(zhuǎn)光功能，改善棚膜透過光質(zhì)，促進(jìn)大棚作物的光合作用。實(shí)驗(yàn)表明，轉(zhuǎn)光膜能能夠利用轉(zhuǎn)光劑的轉(zhuǎn)光性能來(lái)改善作物光照條件，即增加對(duì)植物的藍(lán)紫光和紅橙光的照射程度，從而使得農(nóng)作物根系發(fā)達(dá)、莖葉茂盛，還可以改善作物品質(zhì)、增產(chǎn)增收。

目前，市場(chǎng)上的轉(zhuǎn)光劑可分為有機(jī)配體稀土類、熒光染料類和硫化物類。有機(jī)配體稀土類轉(zhuǎn)光劑轉(zhuǎn)光性能較好，但其熒光壽命短、強(qiáng)度衰減快，長(zhǎng)期使用發(fā)光強(qiáng)度降低明顯，成本較高，與高分子基體的相容性不好，分散性差；熒光染料類轉(zhuǎn)光劑與樹脂的相容性較好，但大多易發(fā)生氧化和分解，使用壽命不長(zhǎng)，對(duì)太陽(yáng)光的吸收和轉(zhuǎn)換效率不高，影響農(nóng)膜的透光性；硫化物類轉(zhuǎn)光劑的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，容易水解和光解。因此，人們一直致力于開發(fā)新的性能更優(yōu)異的轉(zhuǎn)光劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑及其制備方法和含該鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑的轉(zhuǎn)光膜。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑，其組成通式為：A_1-xZn_xAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺，其中，A為Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺中的至少一種，0≤x<1。

上述鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑的制備方法包括以下步驟：將金屬氧化物、納米金屬氧化物、堿土鹽類、激活劑和助熔劑研磨充分混合均勻后加入坩堝中，再置于高溫爐，進(jìn)行程序升溫和降溫：1)以5～10℃/min的升溫速率升溫至250～350℃，恒溫反應(yīng)20～40分鐘；2)以5～10℃/min的升溫速率升溫至1500～1600℃，恒溫反應(yīng)2～4小時(shí)；3)以3～8℃/min的降溫速率降溫至500～600℃，再自然冷卻至室溫，出爐，得到鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑。

所述的金屬氧化物、納米金屬氧化物的質(zhì)量比為1：(0.25～4)。

所述的堿土鹽類的物質(zhì)的量與金屬氧化物和納米金屬氧化物總物質(zhì)的量的比值為1：(0.25～4)。

所述的激活劑的質(zhì)量為金屬氧化物、納米金屬氧化物和堿土鹽類總質(zhì)量的0.1％～6％。

所述的助熔劑的質(zhì)量為金屬氧化物、納米金屬氧化物和堿土鹽類總質(zhì)量的1％～20％。

所述的金屬氧化物為Al₂O₃或Al₂O₃與ZnO的混合物。

所述的納米金屬氧化物為納米Al₂O₃、納米ZnO中的至少一種。

所述的堿土鹽類為CaCO₃、SrCO₃、BaCO₃、MgCO₃、Ca(COOCH₃)₂、CaCl₂、SrCl₂、BaCl₂中的至少一種。

所述的激活劑為MnCO₃、Mn₃O₄、四水合乙酸錳、檸檬酸錳中的至少一種。

所述的助熔劑為Na₂CO₃、NaCl、Li₂CO₃、KCl、K₂CO₃、KF、NaF、MgF₂中的至少一種。

一種含有上述鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑的轉(zhuǎn)光膜，其由如下質(zhì)量份的原料制備而成：

薄膜基體：100份；

母粒基體：8～45份；

鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑：0.5～10份；

潤(rùn)滑劑：0.15～0.3份；

光穩(wěn)定劑：0.5～1.5份；

抗氧劑：0.3～1.5份。

所述的薄膜基體為聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、乙烯-醋酸乙烯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。

所述的母粒基體為聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯樹脂、聚氯乙烯中的至少一種。

所述的潤(rùn)滑劑為N，N'-乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、鋁酸酯、鈦酸酯、石蠟中的至少一種。

所述的光穩(wěn)定劑為受阻胺類、鄰羥基二苯甲酮類、苯并三唑類、水楊酸酯類、三嗪類、取代丙烯腈類中的至少一種。

所述的抗氧劑為芳香胺類抗氧劑、受阻酚類抗氧劑、硫代二丙酸雙酯類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑中的至少一種。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑制備過程中添加了一定量的納米金屬氧化物，提高了轉(zhuǎn)光劑的發(fā)光強(qiáng)度，使之具有發(fā)光強(qiáng)度高、轉(zhuǎn)光效率高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、制備方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，其在農(nóng)用薄膜中的添加量小，和薄膜基體的相容性好，對(duì)薄膜的透光率影響小，生產(chǎn)成本低。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑樣品4的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。

圖2為實(shí)施例1的鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑樣品4的SEM圖。

具體實(shí)施方式

一種鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑，其組成通式為：A_1-xZn_xAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺，其中，A為Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺中的至少一種，0≤x<1。

上述鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑的制備方法包括以下步驟：將金屬氧化物、納米金屬氧化物、堿土鹽類、激活劑和助熔劑研磨充分混合均勻后加入坩堝中，再置于高溫爐，進(jìn)行程序升溫和降溫：1)以5～10℃/min的升溫速率升溫至250～350℃，恒溫反應(yīng)20～40分鐘；2)以5～10℃/min的升溫速率升溫至1500～1600℃，恒溫反應(yīng)2～4小時(shí)；3)以3～8℃/min的降溫速率降溫至500～600℃，再自然冷卻至室溫，出爐，得到鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑。

優(yōu)選的，所述的金屬氧化物、納米金屬氧化物的質(zhì)量比為1：(0.25～4)。

優(yōu)選的，所述的堿土鹽類的物質(zhì)的量與金屬氧化物和納米金屬氧化物總物質(zhì)的量的比值為1：(0.25～4)。

優(yōu)選的，所述的激活劑的質(zhì)量為金屬氧化物、納米金屬氧化物和堿土鹽類總質(zhì)量的0.1％～6％。

優(yōu)選的，所述的助熔劑的質(zhì)量為金屬氧化物、納米金屬氧化物和堿土鹽類總質(zhì)量的1％～20％。

優(yōu)選的，所述的金屬氧化物為Al₂O₃或Al₂O₃與ZnO的混合物。

優(yōu)選的，所述的納米金屬氧化物為納米Al₂O₃、納米ZnO中的至少一種。

優(yōu)選的，所述的堿土鹽類為CaCO₃、SrCO₃、BaCO₃、MgCO₃、Ca(COOCH₃)₂、CaCl₂、SrCl₂、BaCl₂中的至少一種。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的堿土鹽類為CaCO₃、SrCO₃、BaCO₃、MgCO₃、Ca(COOCH₃)₂中的至少一種。

再進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的堿土鹽類為CaCO₃。

優(yōu)選的，所述的激活劑為MnCO₃、Mn₃O₄、四水合乙酸錳、檸檬酸錳中的至少一種。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的激活劑為MnCO₃、Mn₃O₄中的至少一種。

優(yōu)選的，所述的助熔劑為Na₂CO₃、NaCl、Li₂CO₃、KCl、K₂CO₃、KF、NaF、MgF₂中的至少一種。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的助熔劑為KF、MgF₂中的至少一種。

一種含有上述鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑的轉(zhuǎn)光膜，其由如下質(zhì)量份的原料制備而成：

薄膜基體：100份；

母粒基體：8～45份；

鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑：0.5～10份；

潤(rùn)滑劑：0.15～0.3份；

光穩(wěn)定劑：0.5～1.5份；

抗氧劑：0.3～1.5份。

優(yōu)選的，所述的薄膜基體為聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、乙烯-醋酸乙烯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種。

優(yōu)選的，所述的母粒基體為聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯樹脂、聚氯乙烯中的至少一種。

優(yōu)選的，所述的潤(rùn)滑劑為N，N'-乙撐雙硬脂酰胺、聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、鋁酸酯、鈦酸酯、石蠟中的至少一種。

優(yōu)選的，所述的光穩(wěn)定劑為受阻胺類、鄰羥基二苯甲酮類、苯并三唑類、水楊酸酯類、三嗪類、取代丙烯腈類中的至少一種。

優(yōu)選的，所述的抗氧劑為芳香胺類抗氧劑、受阻酚類抗氧劑、硫代二丙酸雙酯類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑中的至少一種。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明。

實(shí)施例1：鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺

1)生產(chǎn)原料：

樣品1～7的生產(chǎn)原料如表1所示：

表1樣品1～7的生產(chǎn)原料組成表

2)生產(chǎn)工藝：

將Al₂O₃、納米Al₂O₃、CaCO₃、MnCO₃、MgF₂和KF按表1的比例稱量，研磨充分混合均勻后加入坩堝中，置于高溫爐，進(jìn)行程序升溫和降溫：1)以5℃/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫反應(yīng)30分鐘；2)以10℃/min的升溫速率升溫至1550℃，恒溫反應(yīng)3小時(shí)；3)以8℃/min的降溫速率降溫至550℃，再自然冷卻至室溫，出爐，得到鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺。

3)發(fā)光性質(zhì)檢測(cè)：

分別以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)樣品1～7，其發(fā)射主峰均位于655nm處，發(fā)射強(qiáng)度如表2所示：

表2鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品1～7在主峰655nm處的發(fā)射強(qiáng)度

由表2可知：以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品1～7，最強(qiáng)發(fā)射峰均位于655nm處，隨著納米Al₂O₃含量的增加，發(fā)射強(qiáng)度逐漸增大，直到Al₂O₃和納米Al₂O₃的質(zhì)量比為1:1時(shí)，發(fā)射強(qiáng)度最大，之后隨著納米Al₂O₃的含量繼續(xù)增加，發(fā)光強(qiáng)度有所降低。說(shuō)明將Al₂O₃和納米Al₂O₃的質(zhì)量比控制在一定范圍內(nèi)，可以顯著增大鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑產(chǎn)品的發(fā)光強(qiáng)度。

本實(shí)施例制備的鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑樣品4的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜如圖1所示，SEM圖如圖2所示。由圖1可知：鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品4的吸收峰位于382nm和468nm處，以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品4，其最強(qiáng)發(fā)射峰均位于655nm處。實(shí)施例2：鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺

1)生產(chǎn)原料

樣品1～7的生產(chǎn)原料如表3所示：

表3樣品1～7的生產(chǎn)原料組成表

2)生產(chǎn)工藝

將Al₂O₃、納米Al₂O₃、CaCO₃、Mn₃O₄、MgF₂和KF按表3的比例稱量，研磨充分混合均勻后加入坩堝中，置于高溫爐，進(jìn)行程序升溫和降溫：1)以10℃/min的升溫速率升溫至350℃，恒溫反應(yīng)20分鐘；2)以8℃/min的升溫速率升溫至1500℃，恒溫反應(yīng)4小時(shí)；3)以3℃/min的降溫速率降溫至600℃，再自然冷卻至室溫，出爐，得到鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺。

3)發(fā)光性質(zhì)檢測(cè)

分別以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)樣品1～7，其發(fā)射主峰均位于655nm處，發(fā)射強(qiáng)度如表4所示。

表4鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品1～7在主峰655nm處的發(fā)射強(qiáng)度

由表4可知：以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品1～7，最強(qiáng)發(fā)射峰均位于655nm處，隨著納米Al₂O₃含量的增加，發(fā)射強(qiáng)度逐漸增大，直到Al₂O₃和納米Al₂O₃的質(zhì)量比為1:1時(shí)，發(fā)射強(qiáng)度最大，之后隨著納米Al₂O₃的含量繼續(xù)增加，發(fā)光強(qiáng)度有所降低。說(shuō)明將Al₂O₃和納米Al₂O₃的質(zhì)量比控制在一定范圍內(nèi)，可以顯著增大鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑產(chǎn)品的發(fā)光強(qiáng)度。

實(shí)施例3：鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑Ca_0.5Zn_0.5Al₁₂O₁₉:Mn⁴⁺

1)生產(chǎn)原料

樣品1～7的生產(chǎn)原料如表5所示：

表5樣品1～7的生產(chǎn)原料組成表

2)生產(chǎn)工藝

將CaCO₃、Al₂O₃、ZnO、納米ZnO、MnCO₃、MgF₂和KF按表5的比例稱量，研磨充分混合均勻后加入坩堝中，置于高溫爐，進(jìn)行程序升溫和降溫：1)以5℃/min的升溫速率升溫至280℃，恒溫反應(yīng)40分鐘；2)以5℃/min的升溫速率升溫至1600℃，恒溫反應(yīng)2小時(shí)；3)以5℃/min的降溫速率降溫至550℃，再自然冷卻至室溫，出爐，得到鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑Ca_0.5Zn_0.5Al₁₂O₁₉:Mn⁴⁺。

3)發(fā)光性質(zhì)檢測(cè)

分別以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)樣品1～7，其發(fā)射主峰均位于655nm處，發(fā)射強(qiáng)度如表6所示。

表6鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑Ca_0.5Zn_0.5Al₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品1～7在主峰655nm處的發(fā)射強(qiáng)度

由表6可知：分別以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑Ca_0.5Zn_0.5Al₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品1～7，最強(qiáng)發(fā)射峰均位于655nm處，當(dāng)ZnO和納米ZnO的質(zhì)量比為4:1時(shí)，發(fā)射強(qiáng)度最大，且大于全為ZnO的那組樣品，再增加納米ZnO的含量，發(fā)光強(qiáng)度降低。說(shuō)明將ZnO和納米ZnO的質(zhì)量比控制在一定范圍內(nèi)，可以顯著增大鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑產(chǎn)品的發(fā)光強(qiáng)度。

實(shí)施例4：鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑Ca_0.5Zn_0.5Al₁₂O₁₉:Mn⁴⁺

1)生產(chǎn)原料

樣品1～7的生產(chǎn)原料如表7所示：

表7樣品1～7的生產(chǎn)原料組成表

2)生產(chǎn)工藝

將CaCO₃、ZnO、Al₂O₃、納米Al₂O₃、MnCO₃、MgF₂和KF按表7的比例稱量，研磨充分混合均勻后加入坩堝中，置于高溫爐，進(jìn)行程序升溫和降溫：1)以8℃/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫反應(yīng)30分鐘；2)以10℃/min的升溫速率升溫至1500℃，恒溫反應(yīng)3小時(shí)；3)以5℃/min的降溫速率降溫至550℃，再自然冷卻至室溫，出爐，得到鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑Ca_0.5Zn_0.5Al₁₂O₁₉:Mn⁴⁺。

3)發(fā)光性質(zhì)檢測(cè)

分別以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)樣品1～7，其發(fā)射主峰均位于655nm處，發(fā)射強(qiáng)度如表8所示。

表8鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑Ca_0.5Zn_0.5Al₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品1～7在主峰655nm處的發(fā)射強(qiáng)度

由表8可知：分別以波長(zhǎng)382nm和468nm的光激發(fā)鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑Ca_0.5Zn_0.5Al₁₂O₁₉:Mn⁴⁺樣品1～7，最強(qiáng)發(fā)射峰均位于655nm處，隨著納米Al₂O₃含量的增加，發(fā)射強(qiáng)度逐漸增大，直到Al₂O₃和納米Al₂O₃的質(zhì)量比為1:1時(shí)，發(fā)射強(qiáng)度最大，之后隨著納米Al₂O₃的含量繼續(xù)增加，發(fā)光強(qiáng)度有所降低。說(shuō)明將Al₂O₃和納米Al₂O₃的質(zhì)量比控制在一定范圍內(nèi)，可以顯著增大鋁酸鹽轉(zhuǎn)光劑產(chǎn)品的發(fā)光強(qiáng)度。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。