DE4326521A1

DE4326521A1 - Lichtstreuendes Material und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4326521A1
Application number: DE4326521A
Authority: DE
Inventors: Minoru Ishiharada; Itsuo Tanuma; Kazuo Naito
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2013-08-07
Also published as: FR2694641A1; FR2694641B1; US5744534A; DE4326521B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Material zur wirksamen Streuung von Licht, ins besondere ein lichtstreuendes Material zur Verwendung in Kombination mit einem lichtübertragenden beziehungsweise lichtdurchlässigen Schlauch und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bekannte lichtstreuende Materialien zur wirksamen Übertragung und Streuung von Licht umfassen lichtstreuende Elemente in Form optischer Kunststoffasern, Illuminatoren und lichtstreuende Materialien von Me talldispersionssystemen.

Ein typisches lichtstreuendes Element aus einer optischen Kunststoffaser wird dadurch hergestellt, daß eine oder mehrere optische Kunststoffasern zu einer Bandform verarbeitet werden und etwa durch Feilen Kratzer auf der Außenoberfläche des Bandes ausgebildet werden, wodurch auf einem Ende des Bandes (Faser oder Fasern) einfallendes Licht aus dem Band durch solche Kratzer austritt und gestreut wird. Dieses lichtstreuende Element besitzt jedoch Streuungseigenschaften, die stark von der Vertei lung der Kratzer abhängen und erzeugt eine stark variierende Menge an Streulicht. Um die Menge an Streulicht zu erhöhen, muß die Menge an ein fallendem Licht gesteigert werden. Dies kann wiederum beispielsweise durch Erhöhung des Faserdurchmessers erzielt werden. Je größer der Durchmesser ist, desto weniger flexibel werden die optischen Kunststoffa sern. Die obere Grenze des Durchmessers beträgt etwa 3 mm gemäß dem Stand der Technik. Dies begrenzt die Menge an einfallendem Licht und die Menge an Streulicht.

Illuminatoren in Form lichtstreuender Röhren unter Verwendung eines flüssigen Kerns werden in JP-A-80 910/1989 und JP-A-80 912/1989 be schrieben. Diese lichtstreuende Röhre umfaßt einen Mantel in Form eines hohlen flexiblen, rohrförmigen Elements, welcher mit einer Kernflüssig keit mit einem höheren Brechungsindex als der Mantel gefüllt ist, wobei die sich gegenüberliegenden Öffnungen des Mantels durch Fensterele mente geschlossen sind. Licht tritt an einem oder beiden Enden der lichts treuenden Röhre ein, wodurch Licht aufgrund von Streuung an der Kern- Mantel-Grenzfläche und/oder Rayleigh-Streuung in der Kernflüssigkeit austritt. Dieser Illuminator kann einen größeren Durchmesser aufweisen, ohne an Flexibilität zu verlieren. Ein großer wirksamer Lichtaufnahmebe reich erlaubt einen wirksamen Eintritt und Austritt von Licht. Die Wirt schaftlichkeit ist ein anderer Vorteil.

Trotz dieser Vorteile besteht bei dem obengenannten Illuminator die Mög lichkeit eines Zerbrechens oder Springens des Mantels und eines daraus resultierenden Auslaufens der Kernflüssigkeit während der Anwendung, was zu einem wesentlichen Verlust an Lichtemission führt. Die Lichtemis sion durch Streuung an der Kern-Mantel-Grenzfläche und/oder Rayleigh- Streuung in der Kernflüssigkeit ist im allgemeinen von einer geringen Lichtintensität begleitet, so daß eine starke Lichtquelle erforderlich ist, um die Lichtemissionsmenge zu erhöhen.

Die lichtstreuenden Materialien des Metalldispersionssystems werden hergestellt durch Dispergieren metallisierter Teilchen (beispielsweise durch Verdampfung von Metallen, wie etwa Aluminium, metallisierte Glaskügelchen) von Metallfolienflocken oder Metallteilchen in transpa renten Harzen. Das Licht wird hierbei durch Lichtreflexion an den Metallo berflächen gestreut. Metalle besitzen jedoch im allgemeinen ein Refle xionsvermögen von etwa 90 bis 95%, wobei Licht nach mehreren Reflexio nen seine Intensität verliert. Da eine Anzahl von Reflexionen wiederholt wird, bis das Licht das lichtstreuende Material verläßt, ist das Licht hin sichtlich seiner Intensität wesentlich verringert, wenn es als Streulicht auftritt. Hinsichtlich den Streurichtungen tritt meistens eine Rückstreu ung auf, wobei es schwierig ist, ein gesamtes Objekt über einen breiten Be reich zu beleuchten.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines lichtstreuenden Materials, welches flexibel ist, leicht zu handhaben ist, leicht zu verarbeiten und günstig herzustellen ist und bei der Lichtstreu ung hocheffizient ist. Ein anderes Ziel ist die Bereitstellung eines Verfah rens zu dessen Herstellung.

Gemäß der Erfindung hat sich gezeigt, daß durch Vermischen mit und Di spergieren in einer transparenten Elastomermatrix mit einer Glasüberg angstemperatur von weniger als Raumtemperatur eines transparenten Materials mit einem von der Matrix verschiedenen Brechungsindex; durch Vermischen mit und Dispergieren in einem Monomer, welches zu einem transparenten Elastomer mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als Raumtemperatur polymerisierbar ist, eines transparenten Materials mit einem zum transparenten Elastomer verschiedenen Brechungsindex und Polymerisieren des Monomers; oder durch Vermischen mit und Di spergieren in einer transparenten Elastomermatrix mit einer Glasüber gangstemperatur von weniger als Raumtemperatur eines Monomeren, wel ches zu einem Polymer mit einem zum transparenten Elastomer verschie denen Brechungsindex polymerisierbar ist, und Polymerisieren des Mono meren, ein lichtstreuendes Material erhalten wird, umfassend eine trans parente Elastomermatrix mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als Raumtemperatur, in welcher Teilchen aus einem transparenten Mate rial mit einem zur Matrix unterschiedlichen Brechungsindex dispergiert sind. Da dieses lichtstreuende Material eine optisch inhomogene See-In sel-Struktur aufweist, wird in das lichtstreuende Material eintretendes Licht an der Grenzfläche zwischen transparenten Materialien mit unter schiedlichen Brechungsindizes ohne einen wesentlichen Verlust durch Absorption aufgrund der Brechung und Reflexion von Licht gestreut, da das lichtstreuende Material ganz aus transparenten Materialien gebildet ist. Somit wird einfallendes Licht in wirksamer Weise gestreut. Da das lichtstreuende Material hauptsächlich aus der Elastomermatrix mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als Raumtemperatur gebildet ist, ist es vollkommen flexibel und leicht zu handhaben und bei Raumtempera tur zu verarbeiten.

Mit dem Ausdruck "Teilchen" ist gemeint, daß das transparente Material eine kugelige, elliptische, stabförmige, plattenförmige oder irgendeine an dere erwünschte Form aufweist.

Der Ausdruck "weniger als Raumtemperatur" wird hier in dem Sinne ver wendet, daß er Raumtemperatur einschließt.

Ebenso hat sich gezeigt, daß durch Polymerisieren mindestens zweier ver schiedener Monomeren, welche unterschiedliche Reaktivität (beispiels weise Reaktionsgeschwindigkeit) besitzen und transparente Polymere mit unterschiedlichen Brechungsindizes bilden, wobei mindestens ein Poly mer eine Elastomermatrix mit einer Glasübergangstemperatur von weni ger als Raumtemperatur bildet, ein lichtstreuendes Material erhalten wird, welches aus optisch inhomogenen transparenten Polymeren be steht. Da das untergeordnete Monomer, welches mit dem eine Matrix bil denden Basismonomer vermischt wird, eine unterschiedliche Reaktivität (beispielsweise Reaktionsgeschwindigkeit) von dem Basismonomer auf weist, geht das untergeordnete Monomer im wesentlichen eine Homopo lymerisation oder eine Blockcopolymerisation mit dem Basismonomer ein. Die betreffenden Monomeren bilden Kohäsionsstrukturen, welche auf den jeweiligen Polymerisationsketten als Keime ausgebildet wurden. In ein solches lichtstreuendes Material eintretendes Licht wird an der Grenzflä che zwischen den Kohäsionsstrukturen mit unterschiedlichen Bre chungsindizes aufgrund Brechung und Reflexion von Licht gestreut, je doch ohne Verlust durch Absorption, da das lichtstreuende Material voll kommen aus transparenten Materialien gebildet ist. Somit wird einfallen des Licht in wirksamer Weise gestreut. Da das lichtstreuende Material hauptsächlich aus der elastomeren Matrix mit einer Glasübergangstem peratur von weniger als Raumtemperatur gebildet ist, ist es vollkommen flexibel und leicht zu handhaben und bei Raumtemperatur leicht zu verar beiten.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein lichtstreuendes Mate rial vorgesehen, umfassend eine transparente Elastomermatrix und darin dispergierte Teilchen aus einem transparenten Material. Die transparente Elastomermatrix besitzt eine Glasübergangstemperatur von weniger als Raumtemperatur und das teilchenförmige transparente Material besitzt einen von der Matrix verschiedenen Brechungsindex.

Das oben definierte lichtstreuende Material kann auf verschiedenen We gen hergestellt werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein lichtstreuendes Material hergestellt durch Vermischen mit und Dispergieren in einer transparenten Elasto mermatrix von Teilchen aus einem transparenten Material.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein lichtstreuendes Material hergestellt durch Vermischen mit und Dispergieren in einem Monomer eines transpa renten Materials und Polymerisieren des Monomeren. Das Monomer wird zu einem transparenten Elastomer mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als Raumtemperatur polymerisiert. Das transparente Materi al besitzt einen von dem transparenten Elastomer unterschiedenen Bre chungsindex.

Gemäß einem vierten Aspekt wird ein lichtstreuendes Material hergestellt durch Vermischen mit und Dispergieren in einer transparenten Elasto mermatrix eines Monomeren und Polymerisieren des Monomeren. Das transparente Elastomer besitzt eine Glasübergangstemperatur von weni ger als Raumtemperatur. Das Monomer wird zu einem Polymer mit einem zu dem transparenten Elastomer verschiedenen Brechungsindex polyme risiert.

Gemäß einem fünften Aspekt wird ein lichtstreuendes Material hergestellt durch Polymerisieren mindestens zweier verschiedener Monomeren, wel che unterschiedliche Reaktivität besitzen und transparente Polymere mit unterschiedlichen Brechungsindizes bilden, wobei mindestens ein Poly mer eine Elastomermatrix mit einer Glasübergangstemperatur von weni ger als Raumtemperatur bildet, wodurch ein lichtstreuendes Material ge bildet wird, das aus optisch inhomogenen transparenten Polymeren be steht.

Das erfindungsgemäße lichtstreuende Material umfaßt eine transparente Elastomermatrix und darin dispergierte Teilchen aus einem transparen ten Material. Die transparente Elastomermatrix besitzt eine Glasüberg angstemperatur (Tg) von weniger als Raumtemperatur (RT) und das teil chenförmige transparente Material besitzt einen von der Matrix verschie denen Brechungsindex.

Die transparente Elastomermatrix kann aus transparenten Polymeren mit einer Tg von weniger als Raumtemperatur (Tg RT) gewählt werden. Bei spielhafte Polymere umfassen Polyvinylacetat, Polyethylen-Vinylacetat- Copolymere, Polyethylen-Polyvinylalkohol-Copolymere, Polyisoprenkaut schuk, Polybutadienkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymere, Styrol-Bu tadien-Styrol-Blockcopolymerkautschuk, Styrol-Butadien-Blockcopo lymerkautschuk, Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymerkautschuk, Sty rol-Isopren-Blockcopolymerkautschuk, Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol- Copolymerkautschuk, Butylkautschuk, halogenierter Butylkautschuk, Chloroprenkautschuk, Acrylkautschuk, EPDM, Acrylnitril-Butadien-Co polymere, Fluoridkautschuk, thermoplastischer Fluoridkautschuk, Sili conkautschuk, Polybuten und Acrylatesterpolymere und -copolymere. Bevorzugte Polymere sind Acrylatesterpolymere und -copolymere mit Tg RT, aufgrund deren Transparenz. Beispiele des Alkoholrests, welche den Acrylatester aufbauen, umfassen Alkylreste, wie etwa Methyl-, Ethyl-, Bu tyl-, Propyl-, Stearyl- und Laurylreste sowie 2-Hexyl-, Cyclohexyl-, Tetra hydrofurfuryl-, Aminoethyl-, 2-Hydroxyethyl-, 3-Hydroxypropyl-, 3- Chlor-2-hydroxypropyl-, und Trifluorethylreste. Ebenso geeignet sind Ester der Acrylsäure mit polyfunktionellen Alkoholen, wie etwa Ethylen glykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol und Trimethylolpropan. Ein zusätzliches mono- oder polyfunktionelles Monomer, welches selbst ein Polymer mit Tg < RT bildet, kann in Kombination mit dem obengenannten Monomer verwendet werden, wenn das resultierende Copolymer Tg RT erfüllt. Beispielhafte zusätzliche Monomere sind Methacrylatesterderiva te, welche Alkoholreste, wie oben erwähnt, aufweisen können. Ebenso ge eignet sind polymerisierbare Vinylmonomere, einschließlich Styrol, Divi nylbenzol, α-Methylstyrol, Vinylacetat, Methylvinylketon, Phenylvinylke ton und Vinylbenzoat. Selbst ein Polymer mit Tg < RT kann als Matrix bei der Durchführung der Erfindung verwendet werden, sofern es in einem Weichmacher, Öl oder Lösungsmittel gelöst und gequollen worden ist, so daß Tg RT.

In der transparenten Elastomermatrix sind transparente Teilchen mit ei nem von der transparenten Elastomermatrix verschiedenen Brechungsin dex dispergiert. Die Dispersion besitzt eine optisch inhomogene Struktur und stellt ein lichtstreuendes Material dar. Das transparente Elastomer besitzt einen Brechungsindex (n₁) und die Teilchen oder Agglomerate aus dem transparenten Material besitzen einen Brechungsindex (n₂).

Vorzugsweise beträgt der Unterschied zwischen n₁ und n₂ mindestens 0,005, weiter vorzugsweise mindestens 0,01, wenn für das lichtstreuende Material Helligkeit erforderlich ist, am bevorzugtesten mindestens 0,03, wenn eine höhere Helligkeit erforderlich ist. Die Lichtstreuung wäre unzu reichend, wenn der Unterschied weniger als 0,005 beträgt. Die obere Gren ze des Unterschieds zwischen n₁ und n₂ beträgt vorzugsweise 2. Wenn der Unterschied mehr als 2 beträgt, können die Lichtstreuung zur stark und die Verträglichkeit zwischen der Matrix und den Teilchen verschlechtert sein, wodurch unzureichende lichtstreuende Materialien resultieren. Ei nes von n₁ und n₂ kann höher als das andere sein, obwohl es bevorzugt ist, daß n₁ höher als n₂ ist.

Die in der transparenten Elastomermatrix zu dispergierenden transparen ten Teilchen können entweder anorganische oder organische Materialien sein. Beispiele des anorganischen Materials umfassen Pulver, Fasern und Kügelchen aus Quarzglas, Mehrkomponentenglas, Saphir und Quarz. Bei spiele des organischen Materials umfassen Polyamide, Polystyrol, Polyme thylmethacrylat, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Polyethylenvinylacetatcopolymere, Polyvinylalkohol, Po lyethylenpolyvinylalkoholcopolymere, Fluoridharze, Silikonharz, Polyiso prenkautschuk, Polybutadienkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymere, Butylkautschuk, halogenierter Butylkautschuk, Chloroprenkautschuk, Acrylkautschuk, EPDM, Acrylnitril-Butadien-Copolymere, Fluoridkaut schuk, Silikonkautschuk, ABS-Harz, Acrylnitril-Styrol-Copolymerharz, Styrol-Butadien-Copolymere, Acrylnitril-EPDM-Styrol-Terpolymere, Sty rol-Methylmethacrylat-Copolymere, Methacrylharz, Epoxyharz, Polyme thylpenten, Allyldiglykolcarbonatharz, Spiranharz, amorphes Polyolefin, Polyallylat, Polysulfon, Polyallylsulfonpolyethersulfon, Polyetherimid, Polyimid, Polyethylenterephthalat, Diallylphthalat, Polyestercarbonat, Paraffin, Polybuten und Polyisobutylen, in Pulver-, Faser- oder Kugelform.

Beim Dispergieren des transparenten Materials in der transparenten Ela stomermatrix kann das transparente Material in Masseform oder flüssiger Form, beispielsweise durch Kneten oder Mahlen beziehungsweise Walzen in der transparenten Elastomermatrix dispergiert werden. Das flüssige transparente Material kann aus anorganischen oder organischen transpa renten Flüssigkeiten gewählt werden, beispielsweise Silikonöl, fluoriertes Öl, flüssiges Paraffin, Ethylenglykol, Polybuten und Polyisobutylen. Die transparenten Materialteilchen besitzen eine Größe (der Abstand, welcher von Licht bedeckt wird, welches entlang der Einfallsachse passiert), wel che vorzugsweise um einen Faktor von 0,1 bis 50, weiter vorzugsweise 0,5 bis 20, am meisten bevorzugt 2 bis 10, größer ist als die Wellenlänge des Einfallslichts. Wenn die Teilchengröße weniger als das 0,1-fache der Wel lenlänge des Einfallslichts beträgt, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß Rayleigh-Streuung überwiegt, so daß die Lichtstreuung schwächer wird und durch die Licht-Wellenlänge beeinträchtigt wird. Wenn die Teilchen größe mehr als das 50-fache der Wellenlänge des Einfallslichts beträgt, neigen die transparenten Materialteilchen zur Agglomeration, wobei das Lichtstreuvermögen verringert wird.

Die Menge der eingemischten transparenten Materialteilchen beträgt vor zugsweise etwa 0,005 bis 50 Teile, insbesondere 0,01 bis 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der transparenten Elastomermatrix.

Das oben erwähnte lichtstreuende Material kann hergestellt werden durch Vermischen mit und Dispergieren in einer transparenten Elastomermatrix mit Tg RT von Teilchen eines transparenten Materials mit einem von der Matrix verschiedenen Brechungsindex. Die hierbei angewandte Misch technik umfaßt das Vermischen mittels einem Mischer oder Extruder, Lö sungsmittelgießen, Diffusion durch Quellung oder dergleichen.

Ebenso kann das lichtstreuende Material hergestellt werden durch Vermi schen mit und Dispergieren in einem Monomer, welches zu einem transpa renten Elastomer mit Tg RT polymerisiert wird, eines transparenten Ma terials mit einem von dem transparenten Elastomer verschiedenen Bre chungsindex und Polymerisieren des Monomeren. Alternativ hierzu kann das lichtstrahlende Material hergestellt werden durch Vermischen mit und Dispergieren in einer transparenten Elastomermatrix mit Tg RT ei nes Monomeren, welches zu einem Polymer mit einem von dem transparen ten Elastomer verschiedenen Brechungsindex polymerisiert wird und Po lymerisieren des Monomeren. Das hierbei verwendete Monomer kann ein einziges Monomer oder eine Mischung aus zwei oder mehreren Monomeren sein, welche ein Copolymer zu bilden vermögen. Die Polymerisation des Monomeren kann in herkömmlicher Weise bewirkt werden.

Um seine Wärmebeständigkeit und chemische Beständigkeit zu verbes sern, wird das lichtstreuende Material vorzugsweise vernetzt, falls erfor derlich, um seinen dispergierten Zustand zu fixieren. Die Vernetzung kann durch Wärme, ultraviolette Strahlung, Elektronenstrahlen und γ- Bestrahlung erreicht werden. Teilchen oder Agglomerate aus transparen tem Material oder die transparente Elastomermatrix können vor der Di spergierung vernetzt werden. Alternativ hierzu kann ein lichtstrahlendes Material gebildet und dann vernetzt werden.

Das Verfahren zur Herstellung eines lichtstreuenden Materials ist nicht auf die oben beschriebenen Fälle beschränkt. Beispielsweise ist es akzep tabel, zwei oder mehrere Monomere unterschiedlicher Reaktivität, wie et wa unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkelten, zu polymerisieren. Insbesondere werden mindestens zwei unterschiedliche Monomere, wel che verschiedene Reaktivität aufweisen und transparente Polymere mit unterschiedlichen Brechungsindizes bilden, polymerisiert, wobei minde stens ein Polymer (resultierend aus einem Basismonomer) eine Elastomer matrix mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als Raumtempe ratur bildet. Hierbei wird ein lichtstrahlendes Material gebildet, welches aus optisch inhomogenen transparenten Polymeren besteht.

Das eine Matrix des lichtstreuenden Materials bildende Basismonomer kann aus Monomeren gewählt werden, welche zu transparenten Elastome ren oder Polymeren mit Tg RT polymerisieren. Das Polymer kann entwe der ein Homopolymer oder ein Copolymer sein. Ferner kann das hierin ver wendete Monomer ein einziges Monomer oder eine Mischung aus zwei oder mehreren Monomeren sein, welche zur Bildung eines Copolymeren oder transparenten Elastomeren fähig sind.

Bevorzugte Basismonomere sind aufgrund der Transparenz Acrylatester, welche Polymere (einschließlich Homopolymeren und Copolymeren) mit Tg RT bilden. Beispiele des den Acrylatester aufbauenden Alkoholrests umfassen Alkylreste, wie etwa Methyl-, Ethyl-, Butyl-, Propyl-, Stearyl- und Laurylreste, und 2-Hexyl-, Cyclohexyl-, Tretrahydrofurfuryl-, Ami noethyl-, 2-Hydroxyethyl-, 3-Hydroxypropyl-3-Chlor-2-hydroxypropyl und Trifluorethylreste. Ebenso geeignet sind Ester der Acrylsäure mit po lyfunktionellen Alkoholen, wie etwa Ethylenglykol, Triethylenglykol, Poly ethylenglykol und Trimethylolpropan. Ein zusätzliches mono- oder poly funktionelles Monomer, welches selbst ein Polymer mit Tg < RT bildet, kann in Kombination mit dem Basismonomer verwendet werden, wenn bei dem resultierenden Copolymer Tg RT. Beispielhafte zusätzliche Mono mere sind Methacrylatesterderivate, welche Alkoholreste, wie oben er wähnt, aufweisen können. Ebenso geeignet sind polymerisierbare Vinyl monomere, einschließlich Styrol, Divinylbenzol, α-Methylstyrol, Vinyla cetat, Methylvinylketon, Phenylvinylketon und Vinylbenzoat.

Ein zweites Monomer wird gleichzeitig mit dem Basismonomer polymeri siert, um eine optisch inhomogene Struktur zu bilden, wobei die Polymer matrix aus dem Basismonomer resultiert. Das zweite Monomer, welches ein Polymer mit einem von der Polymermatrix verschiedenen Brechungs index bildet, kann irgendein gewünschtes sein, vorzugsweise Acrylsäuree sterderivate und Methacrylsäureesterderivate, wie oben für das Basismo nomer erwähnt. Das Polymer mit einem von der Polymermatrix verschiede nen Brechungsindex umfaßt Homopolymere und Copolymere. Die Copoly mere umfassen diejenigen mit dem Basismonomer. Das zweite Monomer sollte aus solchen Monomeren gewählt werden, welche hinsichtlich der Reaktivität, wie etwa Reaktionsgeschwindigkeit, von dem Basismonomer verschieden sind und welche nach der Polymerisierung eine optisch inho mogene Struktur mit der Polymermatrix, welche aus dem Basismonomer resultiert, bilden.

Die aus dem Basismonomer resultierende Polymermatrix besitzt einen Brechungsindex (n₁) und das Polymer, welches aus dem zweiten Monomer zur Bildung einer optisch inhomogenen Struktur mit der Matrix resultiert, besitzt einen Brechungsindex (n₂). Vorzugsweise beträgt der Unterschied zwischen n₁ und n₂ mindestens 0,005, weiter vorzugsweise mindestens 0,01, wo für das lichtstreuende Material Helligkeit erforderlich ist, am be vorzugtesten mindestens 0,03, wenn eine höhere Helligkeit erforderlich ist. Die Lichtstreuung wäre unzureichend, wenn der Unterschied weniger als 0,005 beträgt. Die obere Grenze des Unterschieds beträgt vorzugsweise 2. Eines von n₁ und n₂ kann höher als das andere sein, obwohl es bevor zugt ist, daß n₁ höher als n₂ ist. Daher sollte das Basismonomer und das zweite Monomer unter Berücksichtigung dieses unterschiedlichen Bre chungsindex gewählt werden.

Bei der Durchführung der Erfindung werden die Monomeren mittels einer beliebigen Technik polymerisiert, beispielsweise durch Wärmepolymeri sation, Photopolymerisation und Polymerisation durch Aussetzen gegenü ber Elektronenstrahlen, γ-Strahlung oder Plasma.

Im Falle einer Wärmepolymerisation können herkömmliche, gut bekannte Katalysatoren in geeigneten Mengen verwendet werden. Beispielhafte Ka talysatoren umfassen organische Peroxide, wie etwa 2, 5-Dimethylhexan- 2,5-dihydroperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan-3, Di-t-bu tylperoxid, t-Butylcumylperoxid. 2,5-Dimethyl-2,5-(t-butylperoxy)hexan, Dicumylperoxid, α,α′-Bis(t-butylperoxyisopropyl)benzol, n-Butyl-4,4- bis(t-butylperoxy)valerat, 2,2-Bis(t-butylperoxy)butan, 1,1-Bis(t-butyl peroxy)cyclohexan, 1,1-Bis(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, t- Butylperoxybenzoat, und Benzoylperoxid; Azoverbindungen, wie etwa Azobisisobutyronitril und Azobiscyclohexancarbonitril; und Persulfate, wie etwa Kaliumpersulfat, Natriumpersulfat und Ammoniumpersulfat.

Für die Photopolymerisation werden ebenso Katalysatoren verwendet. Ge eignet sind Katalysatoren, welche direkt oder indirekt durch Lichtein strahlung Radikale erzeugen, beispielsweise Benzoin, Benzophenon, Ben zoinmethylether, Benzoinethylether, Benzoinpropylether, Benzoinisobu tylether, Dibenzyl, 5-Nitroacenaphthen, Hexachlorocyclopentadien, pa ra-Nitrodiphenyl, para-Nitroanilin, 2,4,6-Trinitroanilin, 1,2-Benzanthra chinon und 3-Methyl-1,3-diaza-1,9-benzanthron.

Die Polymerisation durch Aussetzen gegenüber Elektronenstrahlen, γ- Strahlen oder Plasma schreitet ohne Katalysator voran.

Wenn das Basismonomer und das zweite Monomer polymerisiert werden, werden vorzugsweise 0,005 bis 50 Teile, insbesondere 0,01 bis 10 Ge wichtsteile des zweiten Monomeren, pro 100 Gewichtsteile des Basismo nomeren verwendet.

Es ist erforderlich, daß das erfindungsgemäße lichtstreuende Material ei ne optisch inhomogene Struktur besitzt, beispielsweise eine Struktur mit einer dispersen Phase mit einer kugeligen, elliptischen, stabförmigen, plattenförmigen oder anderen Form, dispergiert in einer Matrix in der Wei se einer See-Insel-Struktur, sowie eine Lamellenstruktur mit Platten, wel che durch Matrixschichten getrennt sind.

Um seine Wärmebeständigkeit und chemische Beständigkeit zu verbes sern, ist das lichtstreuende Material vorzugsweise vernetzt, falls erforder lich zur Fixierung des dispergierten Zustandes. Die Vernetzung kann durch Wärme, Ultraviolettstrahlung, Elektronenstrahlen und γ-Bestrah lung bewirkt werden.

Das erfindungsgemäße lichtstreuende Material kann zu jeder erwünsch ten Form ausgebildet werden, einschließlich Faser-, Stab-, Film-, Plat ten-, Linsen-, Röhren-, Keil-, Kegel- und Haubenform. In jeder Form kann es in Kombination mit einem lichtdurchlässigen Schlauch oder einem op tischen Wellenleiter verwendet werden.

Das erfindungsgemäße lichtstreuende Material kann bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, in typischer Weise als Illuminatoren beziehungsweise Beleuchtungskörper und Lichtaustrittselemente in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Kartenlampen, Raumlampen und Spot-Scheinwerfer an der Decke, Kofferraum- bzw. Gepäckraumlichter, Armaturenbrettleuchten (beispielsweise Tachometer-, Meßgeräte- und Schalterbeleuchtungen). Handschuhfachleuchten, Aschenbecherleuch ten, Schlüssellochleuchten, Kennzeichenleuchten (direktes Licht und Hintergrundlicht), Emblemleuchten, Antennenpolleuchten, Eckpolleuch ten, lineare Beleuchtungskörper für Stoßstange und Seitenbegrenzung. Das Licht aus einer Speziallampe oder die vorhandene Lichtquelle, wie et wa ein Scheinwerfer oder eine Seitenmarkierungslampe im Kraftfahrzeug wird durch einen lichtdurchlässigen Schlauch zu einer Form des erfin dungsgemäßen lichtstreuenden Materials geführt, von welchem Streu licht nach außen austritt.

Weiterhin ist die Erfindung ebenso anwendbar als Flächenleuchten in Re klametürmen, Tafeln, Leuchtwänden, Decken und Geschäftsmaschinen (als Hintergrundlicht) sowie als Stableuchten, eingebaut in Schrankauf hängern, Geländern und Fahrradrahmen sowie als Tisch- und Gangleuch ten. Andere geeignete Anwendungen umfassen Schiffsschläuche, Notfall- Richtlinien, Entfernungs- bzw. Geländeanzeigen auf Golfanlagen sowie Li nienmarkierungen in Pools und Sportplätzen. Beim Einsatz zur Streuung von Ultraviolettstrahlung ist die Erfindung in Form von Inkubationslam pen in biologischen Kulturbehältern und zur Sterilisation und Reinigung von Wasser in Becken, Pools und Wasserfiltrationsanlagen anwendbar.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Sämtliche Teile be ziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

Methylphenylsiliconkautschuk 100 Teile
(Brechungsindex 1,50)
Glaskügelchen 5 Teile
(Durchmesser 10 µm, Brechungsindex 1,60).

Diese Komponenten wurden in einem Mischer vermischt und zu einem Stab von 10 mm Durchmesser extrusionsgeformt. An einem Ende des lichtstreuenden Stabs wurde Licht eingeführt, wobei es sich gezeigt hat, daß das Licht gleichmäßig vom Stab gestreut wurde. Dieser lichtstreuende Stab war vollkommen flexibel und konnte in jede beliebige Form gebogen werden.

Beispiel 2

Methylphenylsiliconkautschuk 100 Teile
(Brechungsindex 1,50)
Polystyrol (Brechungsindex 1,60) 5 Teile.

Diese Komponenten wurden in einem Mischer vermischt und zu einem Stab von 10 mm Durchmesser extrusionsgeformt. An einem Ende des lichtstreuenden Stabs wurde Licht eingeführt, wobei sich gezeigt hat, daß das Licht gleichmäßig von dem Stab gestreut wurde. Dieser lichtstreuende Stab war vollkommen flexibel und konnte in jede gewünschte Form gebo gen werden.

Beispiel 3

n-Butylacrylat 100 Teile
Polystyrol 0,2 Teile
Benzoylperoxid 0,2 Teile

n-Butylacrylat (Acrylmonomer), welches zu einem Homopolymer mit Tg RT zu polymerisieren war und ein Polystyrol mit einem von dem Acrylmo nomer verschiedenen Brechungsindex wurden vermischt und dispergiert. Die resultierende Flüssigkeitsmischung wurde mit Benzoylperoxid ver mischt. Man ließ die Mischung bei 90°C während 96 Stunden polymerisie ren.

Beispiel 4

Das Verfahren gemäß Beispiel 3 wurde wiederholt, mit Ausnahme der Ver wendung von 2-Ethylhexylacrylat anstelle von n-Butylacrylat und Poly methylmethacrylat anstelle von Polystyrol.

Beispiel 5

Das Verfahren gemäß Beispiel 3 wurde wiederholt, mit Ausnahme der Ver wendung von Stearylmethacrylat anstelle von n-Butylacrylat.

Beispiel 6

Das Verfahren gemäß Beispiel 3 wurde wiederholt, mit Ausnahme der Ver wendung von Laurylmethacrylat anstelle von n-Butylacrylat und Polysty rololigomer anstelle von Polystyrol.

Beispiel 7

Methylphenylsiliconkautschuk 100 Teile
(Brechungsindex 1,50)
Methylmethacrylat 0,1 Teile
Azobisisobutyronitril 0,2 Teile.

Diese Komponenten wurden in einer Walzenmühle gemahlen und zu einem Stab von 10 mm Durchmesser extrusionsgeformt. Der Stab wurde einer UV-Lampe ausgesetzt, um Methylmethacrylat zu polymerisieren.

Beispiel 8

Nach Bestrahlung mit Elektronenstrahlen wurden die in den Beispielen 1 bis 7 hergestellten lichtstreuenden Materialien lösungsmittelunlöslich. Die Materialien blieben hinsichtlich der Flexibilität und dem Lichtstreu vermögen gegenüber den vor der Elektronenexposition im wesentlichen unverändert.

Die in den Beispielen 3 bis 7 hergestellten lichtstreuenden Materialien wurden zu Stäben mit 10 mm Durchmesser geformt. An einem Ende der Stäbe wurde Licht eingeführt, wobei es sich gezeigt hat, daß das Licht gleichmäßig von den Stäben über eine Länge von 1 mm gestreut wurde. Diese lichtstreuenden Stäbe waren vollkommen flexibel und konnten in je de beliebige Form gebogen werden.

Beispiel 9

Butylacrylat (M1) 100 Teile
Cyclohexylmethacrylat (M2) 25 Teile
n-Butylmercaptan 0,2 Teile
Azobisisobutyronitril 0,2 Teile.

Eine flüssige Mischung aus diesen Komponenten, das heißt eine vorwie gend ein Acrylmonomer (M1) enthaltende Mischung, welche zu einem Ho mopolymer mit Tg RT zu polymerisieren war und ein anderes Monomer (M2) mit einem von dem Acrylmonomer verschiedenen Brechungsindex und einer verschiedenen Reaktionsgeschwindigkeit wurden bei 70°C wäh rend 96 Stunden polymerisiert.

Beispiel 10

Das Polymerisationsverfahren gemäß Beispiel 9 wurde wiederholt, mit Ausnahme der Verwendung von 2-Ethylhexylacrylat als M1 und Cyclohe xylmethacrylat als M2.

Beispiel 11

Das Polymerisationsverfahren gemäß Beispiel 9 wurde wiederholt, mit Ausnahme der Verwendung von Stearylmethacrylat als M1 und Trimethy lolpropantrimethacrylat als M2.

Beispiel 12

Das Polymerisationsverfahren gemäß Beispiel 9 wurde wiederholt, mit Ausnahme der Verwendung von Laurylmethacrylat als M1 und Trimethy lolpropantrimethacrylat als M2.

Die in den Beispielen 9 bis 12 hergestellten lichtstreuenden Materialien wurden zu Stäben mit 10 mm Durchmesser geformt. An einem Ende wurde Licht in die Stäbe eingeführt, wobei es sich gezeigt hat, daß das Licht gleichmäßig von den Stäben über eine Länge von 1 mm gestreut wurde. Die se lichtstreuenden Stäbe waren vollkommen flexibel und konnten in jede beliebige Form gebogen werden.

Nach Bestrahlung mit Elektronenstrahlen wurden die in den Beispielen 9 und 10 hergestellten lichtstreuenden Materialien lösungsmittelunlöslich. Die Materialien blieben hinsichtlich der Flexibilität und dem Lichtstreu vermögen gegenüber denen vor der Elektronenbestrahlung im wesentli chen unverändert.

Gemäß der Erfindung wird ein lichtstreuendes Material erhalten, welches flexibel ist, leicht zu handhaben und zu verarbeiten ist, in wirksamer Wei se das Licht streut und zur Verwendung mit einem lichtdurchlässigen Schlauch geeignet ist. Das lichtstreuende Material kann bei geringen Ko sten in einfacher Weise hergestellt werden.

Claims

1. Lichtstreuendes Material, umfassend eine transparente Elastomer matrix mit einer Glasübergangstemperatur von weniger als Raumtempe ratur und darin dispergierten Teilchen aus einem transparenten Material mit einem zur Matrix unterschiedlichen Brechungsindex.

2. Verfahren zur Herstellung eines lichtstreuenden Materials, umfas send die Stufe des Vermischens von Teilchen aus einem transparenten Ma terial mit einer transparenten Elastomermatrix, um die Teilchen in der Matrix zu dispergieren, wobei das Elastomer eine Glasübergangstempera tur von weniger als Raumtemperatur besitzt und das transparente Materi al einen zur Matrix unterschiedlichen Brechungsindex aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung eines lichtstreuenden Materials, umfas send die Stufen des
Vermischens eines transparenten Materials mit einem Monomer, um das transparente Material in dem Monomer zu dispergieren, wobei das Mo nomer zu einem transparenten Elastomer mit einer Glasübergangstempe ratur von weniger als Raumtemperatur polymerislerbar ist und wobei das transparente Material einen zum transparenten Elastomer unterschiedli chen Brechungsindex aufweist, und
des Polymerisierens des Monomeren.

4. Verfahren zur Herstellung eines lichtstreuenden Materials, umfas send die Stufen des
Vermischens eines Monomeren mit einer transparenten Elastomer matrix, um das Monomer in der Matrix zu dispergieren, wobei das transpa rente Elastomer eine Glasübergangstemperatur von weniger als Raum temperatur aufweist und das Monomer zu einem Polymer mit einem zu dem transparenten Elastomer unterschiedlichen Brechungsindex polymeri sierbar ist, und
des Polymerisierens des Monomeren.

5. Verfahren zur Herstellung eines lichtstreuenden Materials, umfas send die Stufe des Polymerisierens mindestens zweier unterschiedlicher Monomeren, welche unterschiedliche Reaktivität besitzen und transpa rente Polymere mit unterschiedlichen Brechungsindizes bilden, wobei mindestens ein Polymer eine Elastomermatrix mit einer Glasübergang stemperatur von weniger als Raumtemperatur bildet, wodurch ein aus op tisch inhomogenen transparenten Polymeren bestehendes lichtstreuen des Material gebildet wird.