魔芋轉(zhuǎn)光噴施液的制備和性能

張茂美，龔 軍，涂萬新，廉世勛

(1 常德職業(yè)技術(shù)學院藥學系，湖南常德 415000；2 湖南師范大學化學化工學院，長沙 410081)

太陽輻射是植物進行光合作用的能量來源。植物光合作用發(fā)生在葉綠體中，葉綠體中葉綠素的最大吸收光譜為 400～480 nm附近的藍紫光和600～680 nm的橙紅光，380 nm以下的紫外光和500～580 nm的綠光基本被反射[1]。實際照射到地面的日光中，藍光區(qū)和紅光區(qū)的輻射強度較弱，因此，若能調(diào)節(jié)透過植物太陽光質(zhì)，減少紫外光，增強藍光和紅光照射，則有可能提高植物光能利用率，促進植物生長[2,3]。20世紀90年代研制的農(nóng)用轉(zhuǎn)光劑，將轉(zhuǎn)光劑添加到高分子樹脂中制成轉(zhuǎn)光膜，用于農(nóng)作物栽培，促進了作物早熟、增產(chǎn)[4-7]。目前由于轉(zhuǎn)光農(nóng)膜存在生產(chǎn)成本高、易老化、難降解等問題而未能推廣。如能將轉(zhuǎn)光劑與特定的成膜劑混合配制成乳液，于植物葉面上噴施結(jié)膜，因膜的轉(zhuǎn)光作用而促進植物生長，則不但可降低生產(chǎn)成本，且轉(zhuǎn)光劑的使用更直接、高效、環(huán)保。

魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan，KGM)是結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與淀粉十分相似的天然高分子化合物，具有增稠性、穩(wěn)定性、黏結(jié)性、成膜性和特定的生物活性，在食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)保、造紙和高分子材料等領(lǐng)域廣泛應用[8]。利用魔芋葡甘聚糖天然無毒、可降解性能及良好的抗水性、成膜性，筆者研究將 Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr3+熒光粉(RI)添加到改性魔芋精粉(KF)溶膠中，混勻配成可用于植物葉面噴施的乳液，測試了乳液噴施成膜后的熒光性能和透光性能，探討熒光粉添加量、KF濃度對薄膜性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料及設(shè)備

魔芋精粉(湖北科瑪協(xié)力魔芋實業(yè)發(fā)展有限公司)；Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr3+熒光粉(RI)(湖南師范大學發(fā)光材料研究室)；氫氧化鈣、甲醛、甘油(均為分析純，廣州市海珠區(qū)華安化工廠)。日立F-4500熒光分光光度計、U-3310紫外可見光譜儀(日本日立公司)；JB-3型定時恒溫磁力攪拌器(上海浦東物理光學儀器廠)；8002型定時恒溫水浴箱(河北省黃驊航天儀器廠)。

1.2 方 法

1.2.1 KF溶膠的制備及轉(zhuǎn)光液配制

稱取0.8 g KF精粉，與 100 mL純水混合，置于 60 ℃恒溫水浴，攪拌溶脹 90 min后，加適量Ca(OH)2調(diào)節(jié)，再加入少量已預先溶解的甲醛、甘油，繼續(xù)攪拌溶脹30 min，制得KF溶膠。待KF溶膠冷卻后，加入事先研磨的Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr3+熒光粉，磁力攪拌15 min，使熒光粉分散均勻，得轉(zhuǎn)光劑乳液。

1.2.2 樣品膜制備

用噴霧器將轉(zhuǎn)光劑乳液噴涂在水平光潔的玻璃板上，在自然條件下干燥成膜(RI-KF膜)。同時制得未添加熒光粉的KF薄膜(CK膜)。

1.2.3 薄膜性能測試

(1)熒光光譜測定。采用前表熒光法[9-10]。日立F-4500型熒光光譜儀，配以R928光電倍增管，濾光片為U390 nm，校正標樣采用LG化學(湖南)熒光材料有限公司生產(chǎn)的Y2O3:Eu紅色熒光粉，激發(fā)光和發(fā)射光狹縫均為5.0 nm，掃描速度1 200 nm/min；PMT電壓400 V。先以λem=620 nm為監(jiān)控波長測激發(fā)光譜，再以最佳激發(fā)波長為監(jiān)控波長測發(fā)射光譜。

熒光粉平行檢測3次，每個樣品膜檢測3個發(fā)光點，結(jié)果取平均值。

(2)透光率測定。采用U-3310紫外可見光譜儀，檢測薄膜樣品的透光率T(%)。掃描波長范圍 200～780 nm，掃描速度300 nm/min，狹縫寬度5.0 nm。

2 結(jié)果與分析

2.1 熒光光譜

圖1是RI熒光粉及添加了熒光粉的轉(zhuǎn)光液噴涂所成薄膜(RI-KF膜)的熒光光譜。從圖1(a)可知，薄膜樣品的激發(fā)譜帶位于200～400 nm處，光譜半寬度126 nm，激發(fā)光譜主峰在330 nm，是由O(2P)→Ti(3d)電荷傳輸躍遷引起的。從圖1(b)可知，330 nm波長激發(fā)下，薄膜樣品的發(fā)射光譜位于600～650 nm紅光區(qū)，發(fā)射主峰在617 nm處，光譜半寬度為20 nm，這是 Pr3+的1D2-3H4特征發(fā)射[11]。未添加熒光粉的膜無熒光發(fā)射。由此可見，RI-KF膜具有吸收紫外光發(fā)射紅光的功能。薄膜熒光光譜與其添加的熒光粉光譜基本一致，因為熒光粉的添加量較小，故熒光強度下降。植物葉綠體中葉綠素紅區(qū)有效吸收光譜在600～680 nm處[12]，可見，RI-KF膜在紅光區(qū)的熒光發(fā)射與葉綠素紅區(qū)吸收光譜相匹配。

圖1 RI和RI-KF膜的熒光光譜

2.2 熒光粉添加量對薄膜熒光性能的影響

圖2是 KF質(zhì)量分數(shù)為 0.8%時，RI添加量在0.1%～2.0%(質(zhì)量)范圍，對轉(zhuǎn)光液所成薄膜在617 nm處紅光發(fā)射強度的影響。

從圖2可知，當熒光粉添加量為0.1%時，薄膜樣品熒光發(fā)射極弱，儀器幾乎檢測不到熒光。隨著熒光粉添加量的增大，薄膜樣品的熒光發(fā)射強度顯著增加。熒光粉添加量每增加 2%，薄膜樣品的熒光發(fā)射強度增加30%～44%。但實驗發(fā)現(xiàn)，熒光粉添加量大于1%時，由于RI與KF溶膠的相容性變差，對薄膜樣品的韌性及透光性能有較大影響，且成本較高，綜合考慮，熒光粉的添加量以1%為宜。

圖2 熒光粉添加量對薄膜熒光發(fā)射強度的影響

2.3 KF濃度對薄膜熒光性能的影響

熒光粉添加量為1%，KF濃度不同時，轉(zhuǎn)光液所成薄膜在617 nm處紅光發(fā)射強度不同，如圖3所示。

從圖3可知，薄膜熒光強度隨KF濃度增大而增強。KF質(zhì)量分數(shù)在 0.2%～0.8%時，KF每增加0.2%，薄膜熒光強度分別增加13%，49%，67%。 這可能是由于隨KF濃度增大，KF所成溶膠黏度增大，與熒光粉相容性更好的緣故。但當KF質(zhì)量分數(shù)達1%時，轉(zhuǎn)光液黏度太大，不易噴施，且噴施后所成薄膜太厚而不易脫落，影響實際應用，故KF質(zhì)量分數(shù)以0.8%為宜。

圖3 KF濃度對薄膜熒光發(fā)射強度的影響

2.4 透光率

當熒光粉的添加量一定，KF濃度對薄膜透光率影響不大。薄膜透光率主要受熒光粉添加量影響。圖4是KF質(zhì)量分數(shù)為0.8%時，添加RI熒光粉0，0.4%，1%，2%的轉(zhuǎn)光液所成薄膜1，2，3，4的透光率。

圖4 RI濃度對薄膜透光率的影響

從圖4可知，與CK膜相比較，RI-KF膜的透光率有所下降。薄膜在200～400 nm紫外光區(qū)透光率均低于600 nm左右紅光區(qū)，這與其添加的熒光粉吸收紫外光發(fā)射紅光的作用一致。RI-KF膜的透光率隨RI添加量的增大而降低，這是由于隨RI添加量增大，熒光粉與KF的相容性變差的緣故。在620 nm處，當RI添加量為0.4%時，薄膜透光率為85%；當RI添加量為1%時，薄膜透光率為70%；當RI添加量為2%時，薄膜透光率僅為48%。當熒光粉添加量小于1%時，薄膜紅光區(qū)的透光率較高，但此時薄膜熒光發(fā)射強度較弱，轉(zhuǎn)光作用差；當熒光粉添加量大于1%時，薄膜紅光區(qū)的透光率太低，即使此時薄膜熒光發(fā)射強度較大，其轉(zhuǎn)光作用也很有限。綜合考慮，熒光粉添加量以1%為宜。

3 結(jié) 論

(1)0.8%KF溶膠中加入1%RI熒光粉配成轉(zhuǎn)光液，噴涂后能快速成膜，該膜因轉(zhuǎn)光劑的作用具有吸收紫外光、發(fā)射617 nm紅光的作用，發(fā)射光譜與植物葉綠素紅區(qū)吸收光譜相匹配。

(2)轉(zhuǎn)光液所成薄膜透光率隨熒光粉添加量增大而降低。當熒光粉添加量為 1%時，薄膜可見光區(qū)透光率為61%～70%，620 nm處透光率為70%。

(3)熒光粉添加量不超過2%時，轉(zhuǎn)光液所成薄膜紅光發(fā)射強度與熒光粉添加量呈正比，但由于熒光粉添加量較大時，會降低薄膜樣品的韌性及透光率，且在實際應用中成本較高，故熒光粉的添加量以1%為宜。

(4)KF質(zhì)量分數(shù)為0.8%時，轉(zhuǎn)光液易噴施，成膜快，所成薄膜厚度適宜，薄膜熒光性能及透光性能較好。

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