魔芋转光喷施液的制备和性能

张茂美，龚 军，涂万新，廉世勋

(1 常德职业技术学院药学系，湖南常德 415000；2 湖南师范大学化学化工学院，长沙 410081)

太阳辐射是植物进行光合作用的能量来源。植物光合作用发生在叶绿体中，叶绿体中叶绿素的最大吸收光谱为 400～480 nm附近的蓝紫光和600～680 nm的橙红光，380 nm以下的紫外光和500～580 nm的绿光基本被反射[1]。实际照射到地面的日光中，蓝光区和红光区的辐射强度较弱，因此，若能调节透过植物太阳光质，减少紫外光，增强蓝光和红光照射，则有可能提高植物光能利用率，促进植物生长[2,3]。20世纪90年代研制的农用转光剂，将转光剂添加到高分子树脂中制成转光膜，用于农作物栽培，促进了作物早熟、增产[4-7]。目前由于转光农膜存在生产成本高、易老化、难降解等问题而未能推广。如能将转光剂与特定的成膜剂混合配制成乳液，于植物叶面上喷施结膜，因膜的转光作用而促进植物生长，则不但可降低生产成本，且转光剂的使用更直接、高效、环保。

魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan，KGM)是结构、性质与淀粉十分相似的天然高分子化合物，具有增稠性、稳定性、黏结性、成膜性和特定的生物活性，在食品、医药、化工、环保、造纸和高分子材料等领域广泛应用[8]。利用魔芋葡甘聚糖天然无毒、可降解性能及良好的抗水性、成膜性，笔者研究将 Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr3+荧光粉(RI)添加到改性魔芋精粉(KF)溶胶中，混匀配成可用于植物叶面喷施的乳液，测试了乳液喷施成膜后的荧光性能和透光性能，探讨荧光粉添加量、KF浓度对薄膜性能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料及设备

魔芋精粉(湖北科玛协力魔芋实业发展有限公司)；Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr3+荧光粉(RI)(湖南师范大学发光材料研究室)；氢氧化钙、甲醛、甘油(均为分析纯，广州市海珠区华安化工厂)。日立F-4500荧光分光光度计、U-3310紫外可见光谱仪(日本日立公司)；JB-3型定时恒温磁力搅拌器(上海浦东物理光学仪器厂)；8002型定时恒温水浴箱(河北省黄骅航天仪器厂)。

1.2 方 法

1.2.1 KF溶胶的制备及转光液配制

称取0.8 g KF精粉，与 100 mL纯水混合，置于 60 ℃恒温水浴，搅拌溶胀 90 min后，加适量Ca(OH)2调节，再加入少量已预先溶解的甲醛、甘油，继续搅拌溶胀30 min，制得KF溶胶。待KF溶胶冷却后，加入事先研磨的Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr3+荧光粉，磁力搅拌15 min，使荧光粉分散均匀，得转光剂乳液。

1.2.2 样品膜制备

用喷雾器将转光剂乳液喷涂在水平光洁的玻璃板上，在自然条件下干燥成膜(RI-KF膜)。同时制得未添加荧光粉的KF薄膜(CK膜)。

1.2.3 薄膜性能测试

(1)荧光光谱测定。采用前表荧光法[9-10]。日立F-4500型荧光光谱仪，配以R928光电倍增管，滤光片为U390 nm，校正标样采用LG化学(湖南)荧光材料有限公司生产的Y2O3:Eu红色荧光粉，激发光和发射光狭缝均为5.0 nm，扫描速度1 200 nm/min；PMT电压400 V。先以λem=620 nm为监控波长测激发光谱，再以最佳激发波长为监控波长测发射光谱。

荧光粉平行检测3次，每个样品膜检测3个发光点，结果取平均值。

(2)透光率测定。采用U-3310紫外可见光谱仪，检测薄膜样品的透光率T(%)。扫描波长范围 200～780 nm，扫描速度300 nm/min，狭缝宽度5.0 nm。

2 结果与分析

2.1 荧光光谱

图1是RI荧光粉及添加了荧光粉的转光液喷涂所成薄膜(RI-KF膜)的荧光光谱。从图1(a)可知，薄膜样品的激发谱带位于200～400 nm处，光谱半宽度126 nm，激发光谱主峰在330 nm，是由O(2P)→Ti(3d)电荷传输跃迁引起的。从图1(b)可知，330 nm波长激发下，薄膜样品的发射光谱位于600～650 nm红光区，发射主峰在617 nm处，光谱半宽度为20 nm，这是 Pr3+的1D2-3H4特征发射[11]。未添加荧光粉的膜无荧光发射。由此可见，RI-KF膜具有吸收紫外光发射红光的功能。薄膜荧光光谱与其添加的荧光粉光谱基本一致，因为荧光粉的添加量较小，故荧光强度下降。植物叶绿体中叶绿素红区有效吸收光谱在600～680 nm处[12]，可见，RI-KF膜在红光区的荧光发射与叶绿素红区吸收光谱相匹配。

图1 RI和RI-KF膜的荧光光谱

2.2 荧光粉添加量对薄膜荧光性能的影响

图2是 KF质量分数为 0.8%时，RI添加量在0.1%～2.0%(质量)范围，对转光液所成薄膜在617 nm处红光发射强度的影响。

从图2可知，当荧光粉添加量为0.1%时，薄膜样品荧光发射极弱，仪器几乎检测不到荧光。随着荧光粉添加量的增大，薄膜样品的荧光发射强度显著增加。荧光粉添加量每增加 2%，薄膜样品的荧光发射强度增加30%～44%。但实验发现，荧光粉添加量大于1%时，由于RI与KF溶胶的相容性变差，对薄膜样品的韧性及透光性能有较大影响，且成本较高，综合考虑，荧光粉的添加量以1%为宜。

图2 荧光粉添加量对薄膜荧光发射强度的影响

2.3 KF浓度对薄膜荧光性能的影响

荧光粉添加量为1%，KF浓度不同时，转光液所成薄膜在617 nm处红光发射强度不同，如图3所示。

从图3可知，薄膜荧光强度随KF浓度增大而增强。KF质量分数在 0.2%～0.8%时，KF每增加0.2%，薄膜荧光强度分别增加13%，49%，67%。 这可能是由于随KF浓度增大，KF所成溶胶黏度增大，与荧光粉相容性更好的缘故。但当KF质量分数达1%时，转光液黏度太大，不易喷施，且喷施后所成薄膜太厚而不易脱落，影响实际应用，故KF质量分数以0.8%为宜。

图3 KF浓度对薄膜荧光发射强度的影响

2.4 透光率

当荧光粉的添加量一定，KF浓度对薄膜透光率影响不大。薄膜透光率主要受荧光粉添加量影响。图4是KF质量分数为0.8%时，添加RI荧光粉0，0.4%，1%，2%的转光液所成薄膜1，2，3，4的透光率。

图4 RI浓度对薄膜透光率的影响

从图4可知，与CK膜相比较，RI-KF膜的透光率有所下降。薄膜在200～400 nm紫外光区透光率均低于600 nm左右红光区，这与其添加的荧光粉吸收紫外光发射红光的作用一致。RI-KF膜的透光率随RI添加量的增大而降低，这是由于随RI添加量增大，荧光粉与KF的相容性变差的缘故。在620 nm处，当RI添加量为0.4%时，薄膜透光率为85%；当RI添加量为1%时，薄膜透光率为70%；当RI添加量为2%时，薄膜透光率仅为48%。当荧光粉添加量小于1%时，薄膜红光区的透光率较高，但此时薄膜荧光发射强度较弱，转光作用差；当荧光粉添加量大于1%时，薄膜红光区的透光率太低，即使此时薄膜荧光发射强度较大，其转光作用也很有限。综合考虑，荧光粉添加量以1%为宜。

3 结 论

(1)0.8%KF溶胶中加入1%RI荧光粉配成转光液，喷涂后能快速成膜，该膜因转光剂的作用具有吸收紫外光、发射617 nm红光的作用，发射光谱与植物叶绿素红区吸收光谱相匹配。

(2)转光液所成薄膜透光率随荧光粉添加量增大而降低。当荧光粉添加量为 1%时，薄膜可见光区透光率为61%～70%，620 nm处透光率为70%。

(3)荧光粉添加量不超过2%时，转光液所成薄膜红光发射强度与荧光粉添加量呈正比，但由于荧光粉添加量较大时，会降低薄膜样品的韧性及透光率，且在实际应用中成本较高，故荧光粉的添加量以1%为宜。

(4)KF质量分数为0.8%时，转光液易喷施，成膜快，所成薄膜厚度适宜，薄膜荧光性能及透光性能较好。

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