[發明專利]使用熱塑性塑料用于農業應用的太陽能匯集

在審

• 申請號: 201410242758.6
• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN104277441A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 蘇雷什·韋拉泰;普拉地·吉瓦伊·納德卡爾尼;M·米拉卡尼·賽義德;維諾德·庫馬爾·瓦蘇德萬;桑卡蘭·內杜巴馬納
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業公司
• 主分類號: C08L69/00
• 分類號: C08L69/00;C08L23/08;C08L67/02;C08K5/3437;C08K5/526;C08K5/3417;A01G7/06
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 王慶艷;王春偉

技術領域

本發明通常涉及能夠將光轉換為更可接受形式的材料例如溫室膜或板用于農業和植物生長目的的用途。特別地，所述材料包含溶解在聚合基體內的有機熒光染料或這類染料的組合(例如苝和/或苝酮(perinone)化合物)，其中所述聚合基體能夠吸收具有500至700nm波長的光，并以大于550至800nm的波長發射所吸收的光。

背景技術

植物依賴于在光合作用有效輻射(PAR)區域內的作為用于光合作用的能量來源的光。PAR區域一般是指具有400至700納米波長的光或輻射。其中，具有大約400至500納米波長的光(或藍光)和具有600至700納米波長的光(或紅光)在光合作用過程中更有效地被植物利用。還已知紅光有利于植物發芽和生根。相比之下，具有大約500至600納米波長的光(或綠光/黃光)不能有效地被植物利用。另外，具有大約700至800納米波長的光(或遠紅光)有利于葉柄延伸，但抑制植物發芽和生根。

有一些通過操縱植物接收的紅光與遠紅光的量(“紅光與遠紅光的比例”或“R:FR”)來積極影響植物生長的嘗試。增加R:FR可以增加植物生長和品質，而降低R:FR比例可以降低植物生長和品質。這些嘗試一般涉及使用設計為操縱穿過材料的自然太陽光的溫室材料。更普遍的策略之一為利用顏料選擇性地吸收兩個紅色區域之一中的光——顏料可以吸收特定的光并反射其它光，但是在將光從一個波長轉換為另一個波長方面是無效的。例如，吸收多于紅光的遠紅光導致紅/遠紅比例增加。

其它策略嘗試增加400至500nm或600至700nm的更重要的光范圍的透射，同時反射500至600nm的最不重要的范圍(參見美國專利4,529,269)。這種策略的目的為簡單地以生長重要的光為重點而忽略其余“不重要的光”。

與目前的溫室材料有關的問題是至少三重的。首先，所使用的幾種化合物和顏料從光穩定性或熱穩定性的觀點來看是不夠穩定的。考慮到溫室材料一般要經受長期室外使用，這是有問題的。其次，顏料是不溶顆粒，并具有聚結到一起的趨勢，這可能造成不均勻地分布到給定材料中，從而負面影響材料的功效(例如，材料的一些部分可能沒有顏料或沒有足夠的量以實現預期的結果)。另外，其不溶性限制給定材料中可以使用的量。第三，目前的策略未有效地改變R:FR比例。幾種不同類型的成分一般用于獲得可接受的比例，或者策略顯示為受自然太陽光中存在的紅光/遠紅光的量限制。

發明內容

已經發現，特定的有機熒光染料可以用于將綠光/黃光轉換為在植物生長應用(例如溫室材料，如膜或板)中更適用的紅光。該發現為該領域現有技術中存在的問題提供幾種解決方案。舉例來說，其實際上將不需要的綠光/黃光轉換為更適用的紅光，而不是廢棄或忽略所述綠光/黃光。這具有直接提高R:FR比例而不需要其它成分的益處。這創造了所需紅光的新來源。另外，熒光染料具有光穩定性和熱穩定性，并可以用于植物生長應用。此外，與顏料不同，染料可以溶解到聚合基體中，這增加了給定基體內存在的染料的量，并使染料在整個基體中均勻地分散。該增加的溶解度確保得到的聚合基體或材料在材料的整個表面上提供一致的光轉換性能。

在本發明的一個方面，公開了一種包含有機熒光染料和聚合基體的波長轉換材料，其中所述有機熒光染料溶解于所述聚合基體中，并且其中所述聚合基體能夠吸收具有500至700nm波長的光，并以大于550至800nm的波長發射所吸收的光。在一些方面，聚合基體能夠吸收具有500至600nm波長的光，并以大于600至700nm或600至800nm的波長發射所吸收的光。波長轉換材料可以是透明的、半透明的或不透明的。在具體的方面，其為透明的或半透明的。聚合基體可以形成為膜或板。膜或板可以是單層的或多層的膜。膜或板可以黏附到另一表面(例如窗戶)。膜或板可以具有10至300μm或0.5至3mm的厚度。聚合基體可以嵌入到另一材料(例如窗戶、擋風玻璃等)中。聚合基體或波長轉換材料可以包含在結構例如用于生長植物的結構(例如溫室、玻璃容器、暖房、植物標本室、植物園、苗圃或生物反應器)中。有機熒光染料、聚合基體和/或波長轉換材料可以具有60至120納米的斯托克斯位移。聚合基體或波長轉換材料在200至350℃的溫度下是熱穩定的。在具體的實施方案中，有機熒光染料可以是含苝的化合物，其非限制性實例在本說明書全文中提供，并通過引用并入本部分。含苝的化合物可以是苝二酰亞胺。苝二酰亞胺可以具有以下結構：