一种稀土转光剂及其在制备转光农膜中的应用

本发明涉及一种稀土转光剂及其在制备转光农膜中的应用，属于光学材料。

背景技术：

1、随着现代农业、科技农业和生态农业的不断发展，对农用薄膜各项功能的要求也就越来越多，各类功能性的薄膜相继被研发出来。太阳光中的紫外光会灼伤植物的组织而造成伤害，绿光则会被植物反射而造成光能浪费。转光剂是一类能将日光中对植物光合作用有害或无用的紫外光、绿光等转化为光合作用所需的红光、蓝光的化学物质。转光剂的核心元素是稀土离子，如eu3+，sm3+等，均具有紫外转红的作用。将适当、适量的稀土转光剂应用到高分子树脂中制备具有光转换功能的薄膜，能够将自然中的紫外光和绿光转换为可被植物吸收的、有利于光合作用的红橙光和蓝光，进而改善作物的光照条件，增大光能的利用率，强化植物的光合作用。相比普通的聚乙烯农膜，转光农膜可有效提高地膜覆盖处的地表温度和棚内温度，可缩短作物的成熟时间，减少作物的发病指数，同时达到增产增量，改善作物的外观、口感等品质。转光剂和转光膜都已成为农业科技化、现代化、生态化发展的重要手段。

2、稀土无机类转光剂是以无机盐为基质，掺杂稀土离子制得。稀土无机类转光剂根据激活剂的类型可以转换红蓝两种光。稀土无机类转光剂具有更长的使用寿命，更低廉的成本，激发光波长可调控，更匹配与植物的吸收光谱。例如，以铕为中心发光离子，掺杂钇所制备的稀土无机转光剂，其自身具有较好的转光能力，但是与聚合物树脂的相容性差，导致制备的转光农膜的荧光较弱。当采用常规硅烷偶联剂改性时，虽然会在一定程度上提高其与聚合物树脂的相容性，但是接枝的硅烷偶联剂往往会通过改变铕离子发光中心的微环境，导致转光剂的发光强度明显变弱，无法满足使用要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种稀土转光剂及其在制备转光农膜中的应用，以解决目前采用硅烷偶联剂对稀土转光剂进行改性时导致转光剂的发光强度明显变弱的问题。

2、本发明提供了一种稀土转光剂，由包括以下步骤的方法制得：

3、（1）将硝酸铕、硝酸钇和叔胺羧酸化合物在溶剂中混合反应，得到稀土盐，然后将稀土盐煅烧研磨后得到无机转光剂；所述叔胺羧酸化合物的结构如下：

4、；

5、（2）将所述无机转光剂和硅烷偶联剂在溶剂中混合反应，得到稀土转光剂；所述硅烷偶联剂的结构如下：

6、。

7、优选地，所述叔胺羧酸化合物的摩尔量与硝酸铕和硝酸钇的摩尔量之和的比为3：5；硝酸铕和硝酸钇的摩尔比为0.1-0.3：0.7-0.9。

8、优选地，步骤（1）中的溶剂由水和乙醇组成，叔胺羧酸化合物、水和乙醇的质量比为1：6-7：1.5-2。

9、优选地，步骤（1）中混合反应的温度为75-85℃，时间为10-12h。

10、优选地，步骤（1）中煅烧的温度为1250-1300℃，时间为3-5h。

11、优选地，步骤（1）中无机转光剂的平均粒径为50-70nm。

12、优选地，步骤（2）中无机转光剂和硅烷偶联剂的质量比为10：0.5-0.8。

13、优选地，步骤（2）中混合反应的温度为80-90℃，时间为4-6h；步骤（2）中的溶剂由水和乙醇组成，硅烷偶联剂、乙醇和水的质量比为1-2.5：90-95：5-10。

14、优选地，所述叔胺羧酸化合物由富马酸和3-叔丁基-d-β-丙氨酸混合反应制得，所述富马酸和3-叔丁基-d-β-丙氨酸的摩尔比为2：1；所述硅烷偶联剂的制备方法如下：将2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑和醛类化合物进行席夫碱反应，得到巯基席夫碱化合物，然后将巯基席夫碱化合物和1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲氧基二硅氧烷进行迈克尔加成反应，得到硅烷偶联剂，所述2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑和醛类化合物的摩尔比为1：1.2-1.4，巯基席夫碱化合物和1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲氧基二硅氧烷的摩尔比为2：1，醛类化合物的结构如下：

15、。

16、本发明提供了一种如上所述的稀土转光剂在制备转光农膜中的应用。

17、相比于现有技术，本发明的有益效果如下：

18、（1）本发明在合成无机转光剂时，采用叔胺羧酸化合物作为沉淀剂时，可以有效提高稀土元素的分布均匀性，而后采用亲油疏水性硅烷偶联剂对无机转光剂进行表面改性，可以进一步提高稀土转光剂和基体树脂之间的亲和相容性，进而赋予转光农膜良好的机械力学性能和较高的透光率以及紫外线阻隔率。

19、（2）本发明通过合成具有叔丁基、氮原子和五元羧基的叔胺羧酸化合物，并将其作为沉淀剂，沉淀剂中存在5个羧基，5个羧基同时与稀土离子结合，可以有效提高稀土盐中稀土离子的分布均匀性，进而提高煅烧物中稀土元素的分布均匀性以及煅烧过程中挥发性气体的释放均匀性，进一步提高煅烧物的松散程度和降低颗粒之间的结合力。

20、（3）本发明采用具有支化结构且含有噻二唑环、呋喃环、席夫碱基团、硫醚键和叔丁基尾链的硅烷偶联剂对合成的无机转光剂进行表面改性，可以将硅烷偶联剂中的各基团化学接枝于无机转光剂表面，提高无机转光剂的亲油疏水性，进而提高稀土转光剂的耐水稳定性。虽然硅烷偶联剂在无机转光剂表面高密度接枝，但是由于硅烷偶联剂具有枝杈状结构，不会明显减弱无机稀土转光剂将紫外光和绿光转化为红光的能力。

1.一种稀土转光剂，其特征在于，由包括以下步骤的方法制得：

2.如权利要求1所述的稀土转光剂，其特征在于，所述叔胺羧酸化合物的摩尔量与硝酸铕和硝酸钇的摩尔量之和的比为3：5；硝酸铕和硝酸钇的摩尔比为0.1-0.3：0.7-0.9。

3.如权利要求1或2所述的稀土转光剂，其特征在于，步骤（1）中的溶剂由水和乙醇组成，叔胺羧酸化合物、水和乙醇的质量比为1：6-7：1.5-2。

4.如权利要求1或2所述的稀土转光剂，其特征在于，步骤（1）中混合反应的温度为75-85℃，时间为10-12h。

5.如权利要求1或2所述的稀土转光剂，其特征在于，步骤（1）中煅烧的温度为1250-1300℃，时间为3-5h。

6.如权利要求1或2所述的稀土转光剂，其特征在于，步骤（1）中无机转光剂的平均粒径为50-70nm。

7.如权利要求1所述的稀土转光剂，其特征在于，步骤（2）中无机转光剂和硅烷偶联剂的质量比为10：0.5-0.8。

8.如权利要求1或7所述的稀土转光剂，其特征在于，步骤（2）中混合反应的温度为80-90℃，时间为4-6h；步骤（2）中的溶剂由水和乙醇组成，硅烷偶联剂、乙醇和水的质量比为1-2.5：90-95：5-10。

9.如权利要求1所述的稀土转光剂，其特征在于，所述叔胺羧酸化合物由富马酸和3-叔丁基-d-β-丙氨酸混合反应制得，所述富马酸和3-叔丁基-d-β-丙氨酸的摩尔比为2：1；所述硅烷偶联剂的制备方法如下：将2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑和醛类化合物进行席夫碱反应，得到巯基席夫碱化合物，然后将巯基席夫碱化合物和1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲氧基二硅氧烷进行迈克尔加成反应，得到硅烷偶联剂，所述2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑和醛类化合物的摩尔比为1：1.2-1.4，巯基席夫碱化合物和1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲氧基二硅氧烷的摩尔比为2：1，醛类化合物的结构如下：

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的稀土转光剂在制备转光农膜中的应用。