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Die
vorliegende Anmeldung stellt eine Teilfortführungsanmeldung der US-Patentanmeldung
laufende Nummer 09/110,040, eingereicht am 2. Juli 1998 unter dem
Titel STRUCTURE FOR ACHIEVING A LINEAR LIGHT SOURCE GEOMETRY [Aufbau
zur Erzielung einer linearen Lichtquellengeometrie] dar, die selbst
wiederum eine Teilfortführungsanmeldung
der US-Patentanmeldung laufende Nummer 09/061,562, eingereicht am
16. April 1998 unter dem Titel LINEAR ILLUMINATION SOURCES AND SYSTEMS
[Lineare Beleuchtungsquellen und -systeme] darstellt.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft lichtreflektierende geformte oder
extrudierte Gehäuse
mit einem zur Erhöhung
des Wirkungsgrades von Beleuchtungsquellen ausreichenden Reflexionsgrad
sowie Verfahren zur Herstellung derselben. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung lichtreflektierende Gehäuse aus
synthetischen organischen Polymeren ("Kunststoffen"), deren Baufestigkeit, Maßhaltigkeit
und andere Eigenschaften sie zum Einsatz als in Verbindung mit Lichtquellen
zu verwendende lichtreflektierende Gehäuse geeignet machen. Die erfindungsgemäßen Kunststoffgegenstände weisen
einen Gesamtreflexionsgrad von mindestens etwa 93 Prozent, vorzugsweise
mindestens etwa 94 Prozent, besonders bevorzugt mindestens etwa
95 Prozent und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 96 Prozent
auf, der erzielt wird, ohne daß es
notwendig wäre,
reflektierende Folien oder Metallbeschichtungen einzusetzen.
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Stand der
Technik
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US-Patent
5589524, Y. Ogita et al am 31. Dezember 1996 erteilt, stellt eine
Polyphenylensulfidharzzusammensetzung zur Verfügung, die zur Herstellung eines
lichtreflektierenden Formartikels mit 40 bis 60 Gewichtsprozent
an einem 30 bis 50 Gewichtsprozent Calciumcarbonat mit einer mittleren
Teilchengröße von 1 bis
7 Mikron enthaltenden Polyphenylensulfidharz und mit 8 bis 25 Gewichtsprozent
an Glimmer mit einer mittleren Teilchengröße von 1 bis 10 Mikron geeignet
sein soll. (Siehe Zusammenfassung.) Die Verwendung weiterer Füllstoffe
in der Zusammensetzung wird in Spalte 4, Zeilen 38–48 offenbart, "so long as the effect
of the present invention is not impaired." [soweit die Wirkung der vorliegenden
Erfindung nicht beeinträchtigt
wird.") Eine Liste
derartiger weiterer Füllstoffe
führt unter
zahlreichen anderen Beispielen Antimontrioxid, Zinkoxid und Titanoxide
an.
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US-Patent
4132563, Burke Jr. et al am 2. Januar 1979 erteilt, offenbart eine
Zusammensetzung aus Intraleucosphäruloiden und organischem Farbpigment
sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. Wie die Zusammenfassung
der Offenbarung darlegt, besteht die Zusammensetzung aus Intraleucosphäruloiden
und organischem Farbpigment im wesentlichen aus Sphäruloiden
aus im wesentlichen lichtdurchlässigem
Polymermaterial mit Primärteilchen
einer mittleren Größe nicht über einem
Durchmesser von 4 Mikron, in die eine teilchenförmige Leucopigmentzusammensetzung
eingebettet ist. Diese besteht im wesentlichen aus anorganischem
lichtundurchlässigem
weißem
und/oder lichtdurchlässigem
weißem
Pigmentmaterial mit einem Brechungsindex, der sich von jenem des
Polymers unterscheidet, und aus Primärteilchen mit einer mittleren
Größe nicht über einem
Durchmesser von 0,2 Mikron plus einem organischen Pigmentmaterial.
Das organische Pigmentmaterial bestehe aus Zusammensetzungen mit
organischem Farbpigment mit Primärteilchen
einer mittleren Größe von unter
0,2 Mikron im Durchmesser. Laut Offenbarung dieses Patents ab Spalte
1, Zeile 38, weisen die erfindungsgemäßen Pigmentzusammensetzungen
sehr hochgradige Lichtfestigkeit auf, ganz gleich wie sie eingesetzt
werden, und ermöglichen
auch verbesserte physische Eigenschaften wie Lagerungsbeständigkeit,
leichte Handhabbarkeit und Einarbeiten in Vehikel wie Farben und
thermoplastische Werkstoffe.
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US-Patent
5672409, K. Miyakawa et al am 30. September 1997 erteilt, offenbart,
wie in der Zusammenfassung dargestellt, einen in einer Flächenlichtquelle
eingesetzten, weißen
Polyesterfolienreflektor. Die weiße Polyesterfolie weist feine
darin ausgebildete Hohlräume
auf, und ihre Rohdichte liegt im Bereich von 0,5 bis 1,2. Das Reflexionsvermögen der
Polyesterfolie werde durch das Vorliegen der feinen Hohlräume erhöht. Eine
offenbarte Verwendung für
den Reflektor besteht in einer Flächenlichtquelle mit einem Seitenlichtsystem, etwa
um einen hellen Bildschirm für
eine Flüssigkristallanzeige
zur Verfügung
zu stellen.
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US-Patent
5428105, F.J. McGarry am 27. Juni 1995 erteilt, gründet sich
auf eine Teilung der Anmeldung, die am 27. Dezember 1994 zum US-Patent
5376721 ausreifte. Dieses Patent offenbart eine härtbare Polyesterformzusammensetzung,
die ein als hohlraumhaltige, kautschukartige Teilchen durch die
gesamte Zusammensetzung verteiltes elastomeres Niederprofiladditiv
enthält.
Zusammen mit dem Additiv wird ein verträglichmachendes Mittel eingesetzt,
um einen Duroplast-Formartikel mit sehr glatten lichtreflektierenden Oberflächen der
Klasse A und weiteren beispielsweise in der Zusammenfassung aufgezählten Eigenschaften herzustellen.
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Eine
technische Broschüre
mit einem Urheberrechthinweis aus dem Jahre 1997 der Firma E.I.
Du Pont de Nemours and Company trägt den Titel "Ti-Pure® Titanium
Dioxide". Diese
Broschüre
beschreibt optische und andere Eigenschaften von Titandioxid und
erörtert
die Auswirkung der Teilchengröße der Titanerde
auf den Farbton von transmittiertem Licht. Beispielsweise wird auf
Seite 1 der Broschüre
festgestellt, daß getönte oder
weiße
Stoffe, die Titanerdequalitäten
mit kleiner Teilchengröße enthalten,
im Durchlicht gelber erscheinen als ähnliche Produkte, die Titanerde
höherer
Teilchengröße enthalten.
Im Anhang C der Broschüre
wird die Auswirkung der Teilchengröße des Titanerdezusatzes auf
das Aussehen und die Leistung der Produkte, in denen er verwendet
wird, erörtert.
Tabelle 1 führt
Brechungsindizes für
einige weiße
Pigmente, darunter Rutil- und Anatasetitanerde, sowie einige gebräuchliche
Kunststoffe an.
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JP 05271515 offenbart eine
Harzzusammensetzung mit Lichtbeständigkeit und Flammwidrigkeit,
die ABS-Harz, halogeniertes Polyethylen, eine weitere halogenhaltige
Verbindung, chloriertes Polyethylen, Benztriazol, lichtfesten Stabilisator
vom Amin-Typ, Titanoxid und Sb
2O
3 enthält.
JP 59020347 offenbart eine
Harzzusammensetzung, die ABS-Harz, Tetrabrombisphenol, Antimontrioxid,
MMA-Butadien-Styrol-Copolymerisatharz und wahlweise Flammhemmer-Zersetzungstemperaturregler
enthält.
US 5837757 offenbart nichtbromhaltige,
flammhemmende, reflektierende Polycarbonatharzzusammensetzungen.
JP 07242781 offenbart eine reflektierende
Harzzusammensetzung, die ein Harz aus Styrol- und Methacryl-Oligomeren
und -Polymeren, aromatisches Polycarbonat und Titandioxid umfaßt, und
EP 0717079 offenbart ein
Spritzgußteilchen
für photographische,
lichtempfindliche Materialien aus einer nichtkristallinen Harzzusammensetzung.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird ein
lichtreflektierendes Gehäuse
nach Anspruch 1 zur Verfügung
gestellt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Artikel eine Flammhemmung
entsprechend einer Einstufung gemäß UL-94 (nachstehend definiert)
von mindestens V-1 auf, d.h. V-1 oder V-0. Gemäß einem weiteren Aspekt enthält das flammhemmende
Material (i) Teilchen eines Metalloxidsynergisten, z.B. einen oder
mehrere Stoffe aus der Reihe Antimontrioxid, Antimonpentoxid und
Natriumantimonat, und (ii) eine halogenierte organische Verbindung
als Löschmittel,
z.B. eine bromierte organische Verbindung wie Bis(tribromphenoxy)ethan
oder ein organisches Phosphat oder Borat. Das flammhemmende Material
liegt in solcher Menge vor, daß die
Entflammbarkeit des Gehäuses
gegenüber
jener eines das flammhemmende Material nicht enthaltenden, sonst
aber identischen Gehäuses
verringert wird, z.B. die Entflammbarkeit wird auf ein einer UL-94-Klassifizierung
von V-1 oder V-0 entsprechendes Niveau verringert. Ferner liegen
der Füllstoff und
das flammhemmende Material in solchen Mengen vor, daß das Gehäuse einen
Reflexionsgrad von mindestens etwa 93 Prozent für Licht in einem Wellenlängenbereich
von etwa 400 bis 700 Nanometer aufweist, gemessen als Gesamtreflexionsgrad
(spiegelnd plus diffus) an einer ebenen Probe.
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Ein
notwendiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Füllstoffteilchen
einen Größenbereich
aufweisen, wobei: wenn der Füllstoff
Titanerde enthält,
mindestens etwa 70 Gewichtsprozent der Titanerdeteilchen einen Durchmesser
von etwa 0,12 bis 0,44 Mikron aufweisen; wenn der Füllstoff
Zinksulfid enthält,
mindestens etwa 70 Gewichtsprozent der Zinksulfidteilchen einen
Durchmesser von etwa 0,17 bis 0,65 Mikron aufweisen; und wenn der
Füllstoff
Strontiumtitanat enthält,
mindestens etwa 70 Gewichtsprozent der Strontiumtitanatteilchen
einen Durchmesser von etwa 0,16 bis 0,62 Mikron aufweisen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zugabe eines
aus der Reihe der fluoreszierenden Materialien, die im Ultraviolettbereich
des elektromagnetischen Spektrums (Wellenlängen 300 Nanometer bis 400
Nanometer) Strahlungsenergie absorbieren und diese Energie als sichtbares
Licht im blauen Bereich des Spektrums (Wellenlängen von 400 Nanometer bis
470 Nanometer) ausstrahlen, gewählten Aufhellers
bereitgestellt. Als Beispiele für
derartige Materialien sind etwa Eastobrite® OB-1
und OB-3, erzeugt von Eastman Chemical Corp., Kingsport, Tennessee,
Uvitex®-OB und Uvitex®-MD,
hergestellt durch die Firma Ciba Specialty Chemicals, Basel, Schweiz,
sowie Leucopure® EGM,
Hostalux KCB sowie Hostalux KSB der Firma Clariant, Muttenz, Schweiz
zu nennen.
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Die
vorliegende Erfindung sieht auch vor, daß das Gehäuse wie vorstehend erwähnt wenigstens
eine darin ausgebildete Öffnung
aufweist und so bemessen und ausgelegt ist, daß es eine Lichtquelle aufnehmen kann,
die so innerhalb des Gehäuses
angeordnet ist, daß sie
Licht durch die Öffnung
transmittieren kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann es sich bei der Polymermatrix um jedes beliebige
im wesentlichen klare oder weiße
thermoplastische oder duroplastische Polymer handeln, wie etwa die
aus der Reihe Polyacrylsäurenitril,
Polyester, Epoxyharze, Polyurethane, Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol-Terpolymerisat, Poly(methylpenten),
Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat, Polymethacrylat, Polyacrylat,
Polyvinylchlorid, chloriertes Polyethylen und substituierte Derivate,
Copolymere, Mischungen und Verbundmaterialien aus beliebigen aus
dieser Reihe gewählten
Stoffen. Gemäß einem
damit zusammenhängenden
bevorzugten Aspekt der Erfindung enthält die Polymermatrix eine Mischung
des Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol-Copolymerisats mit
Polyvinylchlorid-Polymerisat oder eine Mischung des Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol-Terpolymerisats
mit einem Polycarbonat-Polymerisat. Beispielsweise kann die Polymermatrix
etwa 10 bis 50 Gewichtsprozent an Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol-Terpolymerisat
und etwa 40 bis 90 Gewichtsprozent an Polycarbonat-Polymerisat enthalten.
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung
und den beigefügten
Zeichnungen dargelegt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
eine schematische perspektivische Sicht einer linearen Beleuchtungsquelle
dar, die eine lineare Lichtquelle und ein lichtreflektierendes Gehäuse gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt;
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1A stellt
eine schematische Querschnittansicht der Beleuchtungsquelle der 1,
senkrecht zur Längsachse
derselben dar;
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2 stellt
eine schematische perspektivische Sicht einer linearen Beleuchtungsquelle
dar, die eine lineare Lichtquelle und ein lichtreflektierendes Gehäuse gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt;
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2A stellt
eine schematische Querschnittansicht der Beleuchtungsquelle der 2,
senkrecht zur Längsachse
derselben dar;
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3 ist
eine graphische Darstellung des Lichtquellenenergiewirkungsgrades,
verglichen mit dem Reflexionsgrad der Innenfläche einer Beleuchtungsquelle;
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4 ist
eine graphische Darstellung des Gesamtreflexionsgrades einer ebenen
Probe eines Materials gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung als Funktion der Beladung des Titanerdefüllstoffs
darin;
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5 ist
eine graphische Darstellung des Gesamtreflexionsgrades einer ebenen
Probe gegen die Wellenlänge
des reflektierten Lichts für
zwei Materialien mit unterschiedlichen Qualitäten der Polymermatrix gemäß unterschiedlichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine graphische Darstellung des Gesamtreflexionsgrades einer ebenen
Probe gegen die Wellenlänge
des reflektierten Lichts für
zwei Materialien mit unterschiedlichen Flammhemmern gemäß unterschiedlichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und
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7 ist
eine graphische Darstellung des Gesamtreflexionsgrades einer ebenen
Probe gegen die Wellenlänge
des reflektierten Lichts für
zwei Materialien, eines mit Aufheller und eines ohne solchen, gemäß unterschiedlichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG UND BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DERSELBEN
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Die
erfindungsgemäßen Gehäuse finden
Anwendung als lichtreflektierende Gehäuse jenes Typs, in dem ein
Schlitz oder eine andere Öffnung
ausgebildet ist, durch den bzw. die Licht aus einer Lichtquelle,
etwa einer in dem Gehäuse
enthaltenen linearen Lichtquelle ausgestrahlt wird. Das ausgestrahlte
Licht umfaßt
sowohl reflektiertes Licht, das von der Innenfläche des lichtreflektierenden
Gehäuses
reflektiert wird, als auch einen Anteil an nicht reflektiertem Licht,
das von der Lichtquelle direkt durch die Öffnung ausgestrahlt wird. Derartige
Vorrichtungen finden vielerlei Anwendung, beispielsweise als Beleuchtungsquelle
in Photokopierern und optischen Scannern. Bei derartigen Anwendungen,
in denen häufig
eine schmale, schlitzartige Öffnung
eingesetzt wird, ist der Wirkungsgrad häufig beeinträchtigt,
da ein Großteil
des von der umschlossenen Lichtquelle ausgestrahlten Lichts viele
Male reflektiert werden muß,
bevor es aus der Öffnung
austritt. Bei Anwendungen wie Photokopierern und optischen Scannern
ist eine hohe Ausgangsstrahlungsleistung erwünscht, um einen schmalen Streifen
des zu scannenden oder zu photokopierenden Bereichs zu beleuchten.
Bei anderen Anwendungen wie Flachbildschirmen ist ein Beleuchtungssystem
mit sehr geringer Dicke äußerst erwünscht, und eine
erhebliche Tiefenverringerung läßt sich
durch Bereitstellung einer hocheffizienten, linearen Beleuchtungsquelle
mit hoher Ausgangsstrahlungsleistung erzielen, die effizient mit
einem dünnen
planaren Wellenleiter gekoppelt werden kann. (Bestrahlungsleistung
ist der Lichtstrom pro Flächeneinheit
und kann beispielsweise als Watt pro Quadratzentimeter ausgedrückt werden.
Die Strahlungsdichte ist die Helligkeit des Lichtes und kann beispielsweise
als Watt pro Quadratzentimeter pro Steradiant ausgedrückt werden,
wobei ein Steradiant die Einheit des Raumwinkels darstellt.) Da
wie nachstehend besprochen der Reflexionsgrad derartiger lichtreflektierender
Gehäuse
sich stark auf den Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems auswirkt,
ist es sehr erwünscht, daß die Kunststoffzusammensetzung
einen Gesamtreflexionsgrad für
Licht im Wellenlängenbereich
von 400 bis 700 Nanometern von mindestens 93 Prozent, vorzugsweise
mindestens 94 Prozent, besonders bevorzugt mindestens etwa 95 Prozent
und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 96 Prozent aufweist,
gemessen als Gesamtreflexionsgrad an einer ebenen (planen) Probe.
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Die
erfindungsgemäßen hochreflektierenden
Kunststoffgehäuse
werden oft in Umgebungen eingesetzt, wo sie nach engen Toleranzen
gefertigt werden müssen
und wo die Maßhaltigkeit äußerst wichtig
ist. Es ist daher sehr erwünscht,
daß für solche
Anwendungszwecke die Gehäuse
nach engen Abmessungstoleranzen extrudiert oder geformt werden können und
daß derartige
Toleranzen auch dann eingehalten werden, wenn sie mechanischer Belastung,
hohen Temperaturen und Feuchtigkeiten, aber auch weiten Schwankungen der
Temperatur und Feuchtigkeit unterworfen werden. Ferner müssen angesichts
der häufigen
Verwendung derartiger Artikel in äußerster Nähe zu Hochspannungslichtquellen
hoher Lichtstärke
die Gehäuse
feuerfest und selbst bei hohen Temperaturen kriechfest unter dem
Druck von Schrauben und anderen mechanischen Befestigungsmitteln
sein. Die Kunststoffgehäuse
sollten in vielen Fällen
auch Ultraviolettbeständigkeit
besitzen, da sie bei vielen Anwendungen über längere Zeiträume der Ultraviolettausstrahlung
verschiedener Lichtquellen ausgesetzt sind.
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Da
der Füllstoff,
der erforderlich ist, um dem Kunststoffgehäuse den gewünschten hohen Reflexionsgrad
zu verleihen, oft in erheblichen Mengen eingesetzt wird, neigt er
dazu, die Verarbeitbarkeit und Zähigkeit der
Kunststoffzusammensetzung, aus der das erfindungsgemäße lichtreflektierende
Gehäuse
extrudiert oder geformt wird, zu verschlechtern. Erwünscht ist
daher, daß es
sich bei der Polymermatrix um ein Polymer handelt, das leicht zu
verarbeiten ist, d.h. das einen verhältnismäßig hohen Schmelzindex aufweist,
sich aber dennoch eine gute Schmelzelastizität bewahrt und eine erwünscht hohe
Schlagzähigkeit
und Bruchdehnung aufweist. Eine hohe Wärmestandfestigkeit, ein hoher
Biegungsmodul und eine hohe Festigkeit der Polymermatrix werden
dazu beitragen, sicherzustellen, daß die erfindungsgemäßen lichtreflektierenden
Kunststoffgehäuse auch
unter Biege- und Torsionsspannung ihre Form behalten und nicht nachgeben.
Diese erwünschten
Eigenschaften sind erfindungsgemäß durch
die Praktiken der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ohne den Reflexionsgrad
der Gehäuse
allzu sehr zu beeinträchtigen.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß der erforderliche
Gesamtreflexionsgrad mittels der geformten oder extrudierten Kunststoffzusammensetzung selbst
erzielt werde, ohne daß auf
die Kunststoffgehäuse
reflektierende Folien oder andere metallisierte Beschichtungen aufgebracht
werden müßten. Schließlich sollten
die Kunststoffzusammensetzungen, aus denen die lichtreflektierenden
Gehäuse
gefertigt werden, wünschenswerterweise
mittels herkömmlicher
Methoden extrudiert oder geformt werden können.
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Die
erfindungsgemäßen Gehäuse entsprechen
derartigen Kriterien.
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Um
nur einen Gehäusetyp
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu veranschaulichen, zeigen die 1 und 1A eine
lineare Beleuchtungsquelle 10 mit einer Linearlichtquelle 12,
die eine Breite W aufweist und von einem lichtreflektierenden Gehäuse 14 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umschlossen wird. Das lichtreflektierende
Gehäuse 14 weist
einen Innendürchmesser
ID und eine darin ausgebildete, sich über dessen Länge, im
allgemeinen parallel zur Längsachse
(nicht dargestellt) des lichtreflektierenden Gehäuses 14 erstreckende,
schlitzartige Öffnung 16 auf.
Lineare Öffnung 16 besitzt
eine Breite w1, und das lichtreflektierende
Gehäuse 14 weist
eine Innenfläche 14a auf.
Es dürfte
klar sein, daß das
lichtreflektierende Gehäuse 14 jede
beliebige Querschnittsform aufweisen kann; neben der in den 1 und 1A dargestellten
kreisförmigen
Querschnittsform kann die Querschnittsform elliptisch oval, spitz
auslaufend oder vieleckig (facettiert) sein, ohne jedoch auf diese
Möglichkeiten
beschränkt
zu sein.
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Dies
gilt auch für
die in den 2 und 2A dargestellte
Ausführungsform,
die eine bis auf folgendes mit der Ausführungsform der 1 und 1A identische
lineare Beleuchtungsquelle 10' darstellt. Anstelle der (auf herkömmliche,
in den 1 und 1A nicht dargestellte Weise)
entlang der Längsachse
des lichtreflektierenden Gehäuses 14 abgestützten Lichtquelle 12 ist
eine lineare Lichtquelle 12' in
das lichtreflektierende Gehäuse 14 eingebettet
und so abgestützt
und ragt aus dessen Innenfläche 14a heraus.
Alle anderen Komponenten der linearen Beleuchtungsquelle 10' der 2 und 2A sind
identisch mit jenen der in den 1 und 1A dargestellten
linearen Beleuchtungsquelle 10 und sind identisch beziffert.
Ihre Beschreibung wird daher nicht wiederholt.
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Die
linearen Beleuchtungsquellen 10 und 10' bilden Teil
der Offenbarung der gleichzeitig anhängigen, eigenen US-Patentanmeldung
laufende Nummer 09/061562, eingereicht am 16. April 1998, die eine
Verbesserung derartiger Vorrichtungen gegenüber der Verwendung von Leuchtstofflampen
mit zum Konzentrieren und Ausrichten des ausgestrahlten Lichts in
einen engen Winkelbereich eingesetzter Innenschlitzöffnung beschreibt.
Es wird einleuchten, daß die
linearen Lichtquellen 12 und 12' ohne Einschränkung eine oder mehrere Leuchtstofflampen,
Leuchtdioden, Laserdioden, organische Leuchtdioden, Elektrolumineszenz-Bandleuchten und
Hochleistungsentladungslampen umfassen können. Eine derartige lineare
Lichtquelle muß nicht
als Einheit aufgebaut sein, sondern kann beispielsweise aus einer
Vielzahl von in Linearanordnung arrangierten Leuchtdioden aufgebaut
werden. Hier und in den Ansprüchen
wird der Begriff „Licht" im weiteren Sinne
verwendet und bezieht verschiedene Lichtspektren einschließlich des
sichtbaren Lichts, Ultraviolettlichts und ausgewählten breiten und engen Wellenlängenbereichen,
z.B. 400 bis 700 Nanometer, ein.
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Es
wird einleuchten, daß der
Energiewirkungsgrad einer Lichtquelle wie den linearen Beleuchtungsquellen 10 und 10' stark durch
den Reflexionsgrad des lichtreflektierenden Gehäuses 14 beeinflußt wird,
da ja ein Großteil
oder der größte Teil
des von der linearen Lichtquelle 12 oder 12' emittierten
Lichts vielmals reflektiert werden muß, bevor es aus der linearen Öffnung 16 tritt.
Beispielsweise kann der Beleuchtungswirkungsgrad der linearen Beleuchtungsquelle 10 der 1 und 1A als
Prozentsatz des von der linearen Lichtquelle 12 emittierten
Lichts definiert werden, das durch die lineare Öffnung 16 entweicht.
Beträgt
die Breite w1 der linearen Öffnung ein
Zehntel des Umfangs des lichtreflektierenden Gehäuses 14, so entweichen
nur 10% des von der linearen Lichtquelle 12 emittierten
Lichts unmittelbar durch die lineare Öffnung 16, d.h. ohne
erst durch die Innenfläche 14a reflektiert
worden zu sein. Die übrigen
90 Prozent der Lichtleistung der linearen Lichtquelle 10 werden
einmal oder mehrere Male reflektiert werden, z.B. zehnmal oder öfter, bevor
sie durch die lineare Lichtöffnung 16 entweichen.
Angesichts der großen
Zahl an Reflexionen ist es sehr wichtig, daß der Reflexionsgrad der Innenfläche 14a möglichst
nahe bei 100 Prozent liegt. Die grundlegende Auswirkung des Reflexionsgrades
der Innenfläche 14a auf
den Wirkungsgrad einer linearen Beleuchtungsquelle 10 wird
gut durch eine Reihe von Versuchen veranschaulicht, in denen der
Reflexionsgrad der Innenfläche
einer linearen Beleuchtungsquelle mit dem Wirkungsgrad der Quelle
verglichen wird. Die Versuche wurden mit einer linearen Beleuchtungsquelle
des gleichen allgemeinen Konstruktionstyps wie in den 1 und 1A dargestellt durchgeführt, deren
Komponentenbezifferung in Klammern auf die Komponente der Testquelle
in nachfolgender Beschreibung bezogen wird. Die lineare Beleuchtungsquelle
(10) umfaßte
eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe (12), die einen Durchmesser
(W) von 2,6 mm und eine Länge
von 268 mm aufwies und in einem lichtreflektierenden Acrylgehäuse (14)
mit einem Innendurchmesser (ID) von 6,4 mm und einer linearen Öffnung (16)
konstanter Breite von 1,5 mm (w1) eingeschlossen
war. Die Lampe (12) wurde durch einen Wechselrichter mit
einer Eingangsleistung von etwa 3,7 Watt gespeist. Fünf verschiedene
Folien aus reflektierendem Material (nicht erfindungsgemäß) wurden
nacheinander innerhalb des Gehäuses
(14) angebracht. Bei den Folienwerkstoffen handelte es
sich um:
Polyethersulfonfilter-Material (der Firma Pall Gelman
Sciences, Port Washington, NY), SpectraflectTM (der
Firma Labsphere, North Sulton, NH), DuraflectTM (der
Firma Labsphere), SilverluxTM (der Firma
3M, Minneapolis, MN), und PredatorTM (der
Firma Pall Gelman Sciences). Alle reflektierenden Materialien mit
Ausnahme der SilverluxTM-Folie waren diffuse
Reflektoren. Die nachstehende Tabelle A zeigt die gemessenen Beleuchtungsquellenwirkungsgrade
(Ausgangsleistung in Lumen je Watt Eingangsleistung) als Funktion
des gemessenen Gesamtreflexionsgrades (spiegelnd plus diffus) des
Folienmaterials.
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Aus
Tabelle A ist ersichtlich, daß auch
kleine Änderungen
des Reflexionsgrades der Innenfläche
(entsprechend der Innenfläche 14a der 1 und 1A)
zu großen
Veränderungen
des Wirkungsgrades der linearen Beleuch tungsquelle führen können. In 3 sind
die Daten der Tabelle A aufgetragen, wobei der Leistungswirkungsgrad
der Beleuchtungsquelle auf der senkrechten Achse gegen den Reflexionsgrad
der geprüften
Folien auf der waagrechten Achse aufgetragen ist. 3 veranschaulicht,
daß die
Erhöhung
des Wirkungsgrades selbst bei so hohen Reflexionsgraden wie 98%
und darüber
immer noch rasch ansteigt.
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Daher
ist zum Beispiel zur Beleuchtungsquelle 10 der 1 und 1A festzustellen,
daß bei
einem Reflexionsgrad der Innenfläche 14a von
90 Prozent und bei durchschnittlich zehnmaliger Reflexion des Lichtes durch
jene Oberfläche,
bevor es durch die lineare Öffnung 16 entweicht,
der Reflexionswirkungsgrad insgesamt (0,90)10 oder
35 Prozent beträgt.
Wird der Reflexionsgrad der Innenfläche 14a jedoch von
90 auf 95 Prozent pro Reflexion erhöht, und das Licht wird zehnmal
durch die Oberfläche
reflektiert, so beträgt
der Reflexionswirkungsgrad insgesamt (0,95)10 oder
60 Prozent. Man sieht, daß durch
eine Erhöhung
des Reflexionsgrades der Innenfläche 14a von
90 Prozent auf 95 Prozent der Wirkungsgrad der Ausgangsleistung
von zehnmal reflektiertem Licht von 35 auf 60 Prozent gesteigert
wird. Weitere Erhöhungen
des Reflexionsgrades über
95 Prozent ergeben natürlich
entsprechend stärkere
Erhöhungen
des Reflexionswirkungsgrades insgesamt. Es wird daher einleuchten,
daß es äußerst wichtig
ist, eine Innenfläche 14a mit
dem höchsten
erzielbaren Reflexionsgrad zur Verfügung zu stellen. Die Praxis
der vorliegenden Erfindung erreicht dieses Ziel mittels des Reflexionsgrades
des Kunststoffs, aus dem das lichtreflektierende Gehäuse 14 selbst
gefertigt ist, und vermeidet so die Kosten und Komplikationen, die
sich ergäben,
wenn auf der Innenfläche 14a eine
reflektierende Folienauskleidung vorzusehen wäre. Erreicht wird dieser hohe
Reflexionsgrad des Kunststoffmaterials gemäß der Praxis der vorliegenden
Erfindung, während
dem lichtreflektierenden Gehäuse 14 dennoch
gute physische Eigenschaften zuteil werden. Wie vorstehend aufgezählt, zählen zu
diesen physischen Eigenschaften annehmbar hohe Werte für Biegefestigkeit,
Zug- und Druckfestigkeit, die Fähigkeit,
nach engen Toleranzen geformt oder extrudiert zu werden, Feuerfestigkeit,
Kriechfestigkeit und Maßhaltigkeit
bei Hochtemperatureinsatz für längere Zeiträume bei
gleichzeitig großen
Schwankungen der Temperatur und Feuchtigkeit. Temperaturschwankungen
ergeben sich beispielsweise zwischen bei der Verwendung von Photokopierern,
optischen Scannern und dergleichen auftretenden hohen Temperaturen
und der Umgebungstemperatur über
Zeiträume, während derer
derartige Vorrichtungen nicht verwendet werden.
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Wie
schon erwähnt,
wurde gefunden, daß diese
Eigenschaften erreicht werden können,
ohne daß es notwendig
wäre, eine
reflektierende Folie oder eine metallische Beschichtungsauskleidung
auf dem Kunststoffgehäuse
vorzusehen, daß jedoch
ein geformtes oder extrudiertes, mit Duroplast oder Thermoplast
gefülltes
Gehäuse
erzielt werden kann, das selbst die vorstehend erwähnten Eigenschaften
aufweist und den beschriebenen hohen Gesamtreflexionsgrad liefert.
Hier und in den Ansprüchen
ist unter dem Begriff „Gesamtreflexionsgrad" die Summe der spiegelnden
und diffusen Reflexion, gemittelt über den sichtbaren Wellenlängenbereich
und nach der Empfänglichkeit
des menschlichen Auges gewichtet, zu verstehen. Die lichtreflektierenden
Gehäuse
können
aus Kunststoffzusammensetzungen hergestellt werden, die annehmbare
Verarbeitbarkeit aufweisen, d.h. die ohne weiteres mittels bekannter
Verfahren geformt und extrudiert werden können. Gefunden wurde, daß derartige
Kunststoffgehäuse
hergestellt werden können,
indem auf einer Matrix aus einem geeigneten thermoplastischen oder
duroplastischen Polymer reflektierende Teilchen von ausgewählter Größe und mit
auf die optischen Eigenschaften des Polymers bezogenen optischen
Eigenschaften dispergiert werden.
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Die Polymermatrix
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Zwar
können
im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine große Anzahl
von thermoplastischen oder duroplastischen Polymeren eingesetzt
werden, doch haben sich Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol-Terpolymerisate
(hier manchmal einfach als „ABS" bezeichnet), substituierte
Derivate derselben sowie Verbundmaterialien und Mischungen aus beliebig
gewählten
Stoffen der vorstehenden Reihe als besonders wünschenswert erwiesen, da derartige
Polymerisate im allgemeinen nur mäßige Kosten verursachen und
gute Verarbeitbarkeitseigenschaften selbst dann aufweisen, wenn
sie in erheblichem Ausmaß mit
einem Füllstoff
aus anorganischem Material beladen sind. Zwar sind viele ABS-Qualitäten schon
an sich reflektierend, infolge von Lichtstreuung durch größere Phasentrennungsgebiete,
doch verleihen in den meisten ABS-Polymerisat-Qualitäten enthaltene Verunreinigungen
dem Polymerisat eine bräunliche
Farbe, was zu verringertem Reflexionsgrad führt, wenigstens in bestimmten
Lichtwellenlängenbereichen.
Für manche
Anwendungszwecke ist es daher vorteilhaft, klare, lichtdurchlässige, nichtgelbe
Matrixpolymere einzusetzen, und lichtdurchlässige ABS-Qualitäten sind im Handel erhältlich.
Hergestellt werden derartige lichtdurchlässige ABS-Qualitäten üblicherweise
entweder, indem man eine Kautschukfraktion (Styrol-Butadien- oder
Butadien-Kautschuk) wählt, deren
Domänengröße wesentlich
kleiner ist als die Wellenlänge
oder der Wellenlängenbereich
des durch den Artikel zu reflektierenden Lichts, und/oder die den
Brechungsindex der aufgepfropften Phase jenem des Kautschuks anpaßt. Bestimmte
Qualitäten
eines derartigen lichtdurchlässigen
ABS können
auch einen auf Methylmethacrylat basierenden Anteil enthalten, was
zu der erwünschten
Angleichung der Brechungsindizes der kontinuierlichen Matrix und
der in dem Polymer enthaltenen, eingeschlossenen Kautschukteilchen
beiträgt.
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Ein
Fall, in dem die Verwendung eines klaren, nichtgelben ABS besonders
günstig
ist, tritt dann ein, wenn die Rutilform von Titanerde als Füllstoff
eingesetzt wird. Rutil-Titanerde wird bei Lichtwellenlängen unter 420
Nanometern immer lichtundurchlässiger.
Diese Eigenschaft wird durch die Tatsache demonstriert, daß bei Rutil-Titanerde über einem
Minimalwert von 7% enthaltenden ABS-Proben das reflektierte Licht
unter 420 Nanometern im allgemeinen rasch absinkt. Durch die vereinte
Wirkung der Verunreinigungen in ABS und der Lichtundurchlässigkeit
von Rutil-Titanerde unter 420 Nanometern weist das durch das Gehäuse reflektierte Licht
ein gewisses Defizit am blauen Ende des sichtbaren Spektrums auf.
Diesem Problem kann man durch den Einsatz von klaren, lichtdurchlässigen Matrixpolymeren
begegnen. Im allgemeinen wurde gefunden, daß bei Verwendung von lichtdurchlässigem ABS
im Gegensatz zu den gelben bis bräunlichen hochschlagzähen ABS-Polymerisaten ein
etwas höherer
Gehalt an Titanerde erforderlich war, um ein entsprechendes Reflexionsvermögen zu erzielen.
Beispielsweise ergaben 25 Gewichtsprozent an Rutil-Titanerde in
dem lichtdurchlässigen
ABS ein ähnliches
Gesamtreflexionsvermögen
wie 18 Gewichtsprozent an Rutil-Titanerde in hochschlagzähem ABS.
Daß eine
höhere
Beladung erforderlich ist, ergibt sich aus der Tatsache, daß das Matrixpolymer
selbst zur Lichtstreuung nichts mehr beiträgt, wodurch die Anzahl an Streuzentren
sinkt und diese nun durch den Füllstoff
allein zur Verfügung
gestellt werden müssen.
Trotzdem bietet das klare ABS-Polymerisat Vorteile hinsichtlich
erhöhten
Reflexionsgrades, wobei die Spektralverteilung nur durch die Titanerde
gesteuert wird und der Reflexionsgrad am blauen Ende des sichtbaren
Spektrums zwischen 420 und 550 Nanometern viel höher ist, wo die bräunliche
Absorption von gewöhnlichem
ABS-Polymerisat das Reflexionsverhalten früher verschlechtert hatte. Zur
Erzielung eines verhältnismäßig gleichmäßigen Reflexionsgrades über das sichtbare
Spektrum ist die Polymermatrix vorzugsweise im wesentlichen nichtgelb.
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Die
Gelbheit lichtdurchlässiger
Kunststoffe kann gemäß dem ASTM-Standardprüfverfahren
auf Gelbheit von Kunststoffen, ASTM D 1925-70 (1988 wieder genehmigt),
das einen Gelbindex („YI") definiert, gemessen
werden. Dieses Prüfverfahren
ist in erster Linie zur Ermittlung des Gelbgrades oder der Veränderung
des Gelbgrades unter Tageslichtbeleuchtung homogener, nicht fluoreszierender,
fast farbloser, lichtdurchlässiger oder
fast weißer
durchscheinender oder lichtundurchlässiger Kunststoffe vorgesehen.
Normalerweise gründen sich
die Prüfergebnisse
auf Farbwerte, die aus auf einem Spektrophotometer vom Typ Hardy-GE
ermittelten Daten berechnet werden, doch können auch andere Geräte verwendet
werden, wenn dies zu gleichwertigen Ergebnissen führt. Der
Gelbindex („YI") ist der Gelbheitswert,
bezogen auf Magnesiumoxid für
CIE-Quelle C. Der Gelbindex wird wie folgt ausgedrückt: YI = [100 (1,28XCIE – 1,06CIE)]/YCIE wobei:
XCIE, YCIE, und ZCIE = Farbwerte (Fußnote 1) der Probe, bezogen
auf Quelle C.
Fußnote
1 – Mittels
dieses Prüfverfahrens
beschreibt ein positiver (+) Gelbindex das Vorliegen und den Wert der
Gelbheit. Eine Probe mit negativem (–) Gelbindex wird ein bläuliches
Aussehen aufweisen.
Die Veränderung
des Gelbindexes (ΔYI)
ist der Unterschied zwischen einem Ausgangswert, YI0,
und dem nach einer vorgeschriebenen Behandlung des Kunststoffs ermittelten
YI. ΔYI = YI – YI0 Fußnote 2 – Mittels
dieser Berechnung weist ein positives (+)ΔYI auf erhöhte Gelbheit und ein negatives (–)ΔYI auf verringerte
Gelbheit oder erhöhte
Blauheit hin.
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Erforderlich
ist für
die Prüfung
unter anderem, daß lichtundurchlässige Proben
mindestens eine planare Oberfläche
und daß lichtdurchlässige Proben
zwei im wesentlichen planare und parallele Oberflächen aufweisen,
wobei die Messungen von den planaren Oberflächen erfolgen. Proben, die
keine planaren Oberflächen
aufweisen, können
unter Bezugnahme miteinander verglichen werden, wenn sie dieselbe
Form aufweisen und für
die Messung ähnlich
positioniert werden. Die Bezugsnormale, wie in Absatz 6 der Prüfvorschrift ASTM
D 1925 dargelegt, erfordern als Primärnormal eine Schicht aus frisch
hergestelltem Magnesiumoxid, hergestellt gemäß empfohlener Praxis ASTM E
259, deren Inhalt hiermit voll umfänglich unter Bezugnahme auf
die vorliegende Anmeldung einbezogen wird. Absatz 6.2 sieht vor,
daß Meßnormale
aus Magnesiumcarbonat, Bariumsulfat oder geeichten Stücken weißen, als
Vitrolite bekannten Konstruktionsglases gefertigt werden. Prüflinge werden
vor den Untersuchungen nicht weniger als vierzig Stunden lang bei
21 bis 25°C
und einer relativen Feuchtigkeit von 45 bis 55% konditioniert, und
die Untersuchungen erfolgen in Laboratoriumsnormalatmosphäre bei gleicher
Temperatur und relativer Feuchtigkeit. Der Gelbindex lichtdurchlässiger und durchscheinender
Kunststoffe ist eine Funktion der Dicke der Prüflinge. Vergleiche unterschiedlicher
Proben sollten daher nur zwischen Proben vergleichbarer Dicke angestellt
werden.
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Für die vorliegende
Erfindung geeignete Polymere umfassen jene mit YI-Werten unter etwa
10, vorzugsweise unter etwa 5 und besonders bevorzugt unter etwa
2.
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Bei
der breiten Ausübung
der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Polymermatrix um
jedes geeignete Polymer handeln. Die folgenden thermoplastischen
Polymere sind bei der Ausübung
der Erfindung besonders günstig:
Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol
(ABS), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT),
Poly(methylpenten), Polypropylen, Polystyrol (PS), Polycarbonat
(PC), Polymethacrylat, Polyacrylat, Polyvinylchlorid (PVC), chloriertes
Polyethylen (CPE), sowie substituierte Derivate, Copolymere, Mischungen
und Verbundmaterialien aus beliebig aus der Reihe der vorstehenden
Verbindungen gewählten
Stoffen. Im allgemeinen werden Polyacrylate und Polymethacrylate
sowie Polyolefine wie Poly(methylpenten) und Polypropylen weniger
bevorzugt, da sie nur schwer flammhemmend gemacht werden können. Zu
den nützlichen
duroplastischen Polymeren zählen
Epoxyharze, Urethane, Acrylate und duroplastische Polyester. Bevorzugt
als Polymermatrix wird eine aus der Reihe Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol-Terpolymerisat, substituierte Derivate
und Mischungen und Verbundmaterialien aus diesen. Ein günstiger
Füllstoff
für diese
Polymermatrix-Klasse enthält
Titanerde, insbesondere Rutil-Titanerde. Beispiele für geeignete
handelsübliche
Polymerverbundmaterialen und Mischungen sind unter anderem eine
lichtdurchlässige
ABS-Qualität
Terlux® der
Firma BASF, Ludwigshafen, BRD, als flammhemmende Qualitäten erhältliche
ABS/PC-Mischungen, 2500F der Firma RTP Co., Winona, Minnesota, Bayblend
FR2000 der Firma Bayer, Leverkusen, BRD, oder Iupilon GP-3L der
Firma Mitsubishi Gas Chemical, Tokio, Japan, flammhemmende ABS/PVC-Mischungen
wie Cycovin® der Firma
Geon, Cleveland, Ohio, oder Suprel® der
Firma Condea Vista Co., Houston, Texas, ABS/PC-Acrylatmischungen
wie Terblend® S
KR2864 oder KR2865wu der Firma BASF, Ludwigshafen, Deutschland,
oder flammhemmendes Silikon-PC-Verbundmaterial
wie NuCycle® der
Firma Sumitomo Dow Ltd., Osaka, Japan.
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Der Füllstoff
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Wie
nachstehend erörtert,
liegen die Brechungsindizes des Polymers und des darin verwendeten
Füllstoffs
wünschenswerterweise
weit auseinander. Um ein hohes Streuvermögen zu erzielen, beträgt der Absolutwert
der Indexdifferenz des Füllstoffs
und der Matrix vorzugsweise mindestens etwa 0,5, weiter bevorzugt mindestens
etwa 0,75 und am meisten bevorzugt mindestens etwa 1. Beispielsweise
hat sich ein ABS-Polymerisat mit einem Brechungsindex von 1,54 in
Verbindung mit einer geeigneten Menge an Rutil-Titanerdefüllstoff
mit einem Brechungsindex von etwa 2,6 bis 2,9 als sehr erfolgreich
erwiesen. Die Rutil-Titanerde weist einen Brechungsindex auf, der
den Anforderungen der vorliegenden Erfindung ohne weiteres mit jeder
geeigneten Polymermatrix genügt,
wie etwa den hier angeführten,
die Brechungsindizes im Bereich von etwa 1,48 bis 1,60 aufweisen.
Zwar können
auch gasgefüllte
Hohlräume
(Index = 1,0) als Füllstoff
eingesetzt werden, doch sind derartige Hohlräume nur schwer zu erzeugen
und während
der Herstellung des erfindungsgemäßen Artikels aufrechtzuerhalten.
Daher werden Hohlräume
als Füllstoff
weniger bevorzugt.
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Ferner
wurde gefunden, daß Teilchengröße und Verteilung
des Füllstoffs
den erzielbaren Lichtreflexionsgrad beeinflussen, und die Bereitstellung
von Teilchen mit einer Größe über einer
bestimmten Untergrenze, bezogen auf die mittlere Wellenlänge des
zu reflektierenden Lichtes, sowie die Bereitstellung einer genügenden und
vorzugsweise einer maximalen Anzahl von verteilten Teilchen pro
Volumeneinheit der gefüllten
Matrix ist anzustreben. Eine weitere Verringerung der primären Teilchengröße des Füllstoffs
läßt sich
im allgemeinen durch Mischen nicht erzielen, sobald die Füllstoffteilchen
in der Polymerschmelze verteilt sind. Daher ist die Teilchengrößenverteilung
des der Polymerschmelze zugesetzten Füllstoffs wesentlich. Titanerdepulver sind
im Handel mit primären
Teilchengrößen im Submikronbereich
erhältlich,
wenngleich das Pulver eine große
Anzahl an Aggregaten oder Agglomeraten einzelner Teilchen enthalten
kann, die natürlich
wesentlich größer sind
als die primäre
Teilchengröße. Um einen
hinreichend hohen Lichtreflexionsgrad zu erzielen, müssen die
Teilchen in einem Abstand voneinander verteilt sein, der im Vergleich
mit der mittleren Wellenlänge
(λ) des
zu reflektierenden Lichtes weit voneinander entfernt ist, das heißt mindestens
etwa einen Abstand von 3λ zwischen
einander. Hinsichtlich der Erhöhung
der optischen Streuleistung durch entsprechende Wahl der Teilchengröße und Verteilung
des Füllstoffs
bedient man sich der durch Mie entwickelten Theorie, wie sie in
der Arbeit „Principles
of Optics" [Prinzipien
der Optik] von M. Born und E. Wolf, 6. Ausgabe, Pergamon, New York
1993, S. 657–664
dargelegt wird. Bei der Wahl der Teilchengröße ist eine vereinfachte Fassung
der Mie-Gleichungen vorteilhaft. Werden die Abmessungen von Teilchen
klein im Vergleich zur Wellenlänge
des zu reflektierenden Lichtes, so streuen die Teilchen bekanntlich
nicht mehr stark. Die Mie-Streuung setzt bei einer vorgegebenen minimalen
Teilchengröße ein und
erfährt
bei zunehmender Teilchengröße eine
Reihe von Resonanzen. Anhand dieser Betrachtungen läßt sich
wie folgt eine Beziehung zwischen den Brechungsindizes der thermoplastischen
und duroplastischen Polymermatrix und jenen des Füllstoffs,
der Füllstoffteilchengröße und der
Lichtwellenlänge
entwickeln. Bei einer Polymermatrix mit einem Brechungsindex von
n1, in der Teilchen eines reflektierenden
Füllstoffs
mit einem Brechungsindex von n2 verteilt
sind, sollten die Füllstoffteilchen
einen Größenbereich
aufweisen, bei dem ein bestimmter Anteil der Füllstoffteilchen, z.B. mindestens
etwa 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens etwa 70 Prozent
und besonders bevorzugt mindestens etwa 80 Gewichtsprozent der Teilchen
einen Durchmesser von etwa D bis 4D aufweisen, wobei D = λ0/πn1δ,
wo λ0 die mittlere Freiraumwellenlänge des
zu reflektierenden Lichtbereichs darstellt (z.B. λ0 =
530 Nanometer für
grünes
Licht) und δ =
|n2 – n1|. Stärker
bevorzugt wird ein Teilchendurchmesserbereich von etwa 1,5D bis
etwa 2,5D. Wird ein stärkerer
Blaustich angestrebt, so kann der Teilchengrößenbereich zu einer etwas niedrigeren
Teilchengröße verschoben
werden, z.B. D bis 2D.
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Der
Füllstoff
sollte in einer solchen Menge vorliegen, daß der Artikel einen Reflexionsgrad
von mindestens etwa 93 Prozent, z.B. mindestens etwa 94 Prozent
und vorzugsweise mindestens etwa 95 Prozent, für Licht in einem Wellenlängenbereich
von etwa 400 bis 700 Nanometer, aufweist. (Der Reflexionsgrad wird
als Gesamtreflexionsgrad an einer ebenen Probe gemessen.)
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Aus
dem vorstehend Gesagten ist abzuleiten, daß die günstigste Teilchengröße für eine bestimmte Lichtwellenlänge desto
kleiner ist, je größer die
Absolutdifferenz zwischen den Brechungsindizes des Matrixpolymers
und des Füllstoffs.
Beispielsweise können
bei Verwendung von Rutil-Titanerde (Brechungsindex = 2,7) als Füllstoff
für lichtdurchlässiges ABS
mit einem Brechungsindex von 1,54 die Werte der minimalen und optimalen
Teilchengröße des Füllstoffs
wie in der nachfolgenden Tabelle A angeführt vorhergesagt werden. Die Daten
der Tabelle A veranschaulichen, daß bei gewünschtem hohem Reflexionsgrad über einen
größeren Wellenlängenbereich
die Teilchengröße über einen
Bereich verteilt werden muß,
der die Resonanzstreubedingungen für Licht an den Grenzen des
gewünschten
Wellenlängenbereichs
mit einschließt.
Beispielsweise sollte zur wirksamen Reflexion von blauem, grünem und
rotem Licht die Teilchengröße für Rutil-Titanerde über einen Bereich
von mindestens etwa 160 Nanometern bis mindestens etwa 239 Nanometern
verteilt sein.
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Tabelle
B – Optimale
Teilchengröße für Rutil-Titanerde
als Füllstoff
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Der
optimale Teilchengrößenbereich
verschiebt sich je nach verändertem
Brechungsindex des Füllstoffs.
Wollte man Tonerdeteilchen (Brechungsindex = 1,77) als Füllstoff
einsetzen, so wären
die in der vorstehenden Tabelle A für Rutil-Titanerde angeführten minimalen
und optimalen Teilchengrößen etwa
zu verfünffachen.
Für die
Ausübung
der vorliegenden Erfindung geeignete Füllstoffe sind in der nachfolgenden
Tabelle C angeführt.
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Die
vorliegende Erfindung wählt
Füllstoffe
aus der Reihe Titanerde, Zinksulfid und Strontiumtitanat, da diese
infolge ihrer im Vergleich mit günstigen
Matrixpolymeren hohen Brechungsindizes ein hohes Streuvermögen bieten.
Die Füllstoffteilchen
weisen einen Größenbereich
auf, in dem: wenn der Füllstoff
Titanerde, z.B. Rutil-Titanerde enthält, mindestens etwa 60 Gewichtsprozent
der Titanerdeteilchen einen Durchmesser von etwa 0,12 bis 0,44 Mikron
aufweisen; wenn der Füllstoff
Zinksulfid enthält,
mindestens etwa 60 Gewichtsprozent der Zinksulfidteilchen einen
Durchmesser von etwa 0,17 bis 0,65 Mikron aufweisen; und wenn der
Füllstoff Strontiumtitanat
enthält,
mindestens etwa 60 Gewichtsprozent der Strontiumtitanatteilchen
einen Durchmesser von etwa 0,16 bis 0,62 Mikron aufweisen.
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Wie
oben schon besprochen werden die Füllstoffe bei gegenseitiger
Annäherung
der Brechungsindizes des Füllstoffs
und des Matrixpolymers nicht wirksam Licht streuen, und der Gesamtreflexionsgrad
wird daher geringer.
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Die
Dispergierbarkeit des Füllstoffs
in der Polymermatrix ist wichtig. Bei starken Füllstoffbeladungen kann es notwendig
oder wünschenswert
sein, eine Vormischung (Master batch) oder ein Konzentrat der Polymerschmelze
mit sehr hoher Füllstoffbeladung
herzustellen. Beispielsweise kann das Konzentrat Füllstoff
im Bereich von 50 bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht
an Füllstoff
und Polymer, enthalten. Eine hohe Füllstoffbeladung im Konzentrat
erhöht
die Viskosität
der Schmelze und führt
zu einem hohen Eintrag von Dispergierenergie in die Schmelze während des
Mischens unter hoher Scherkraft.
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Wünschenswert
ist auch die Verwendung von Dispergierhilfsmitteln, die das Dispergieren
der Füllstoffteilchen
in die Polymermatrix verbessern. Als solche werden im allgemeinen
Verträglichmacher
oder Benetzungsmittel verwendet. Bekannt ist der Einsatz von Silanen
und organischen Titanaten oder Zirkonaten als Koppler zur Verbesserung
der Oberflächenwechselwirkung
zwischen dem Füllstoff
und der Matrixpolymerschmelze. Die Verwendung von Titanaten zusammen
mit Titanerde ist eine glückliche
Wahl. Die Verträglichmacher
oder Benetzungsmittel können
auf die Füllstoffteilchen
vor oder während
dem Compoundieren aufgebracht werden. Beispielsweise ist im Handel
Titanerde in vorbehandelter Form erhältlich, die mit einem die Oberflächenenergiediskrepanz
zwischen den Titanerdeteilchen und dem Matrixpolymer verringernden,
organischen, hydrophoben Koppler beschichtet wurde. Benetzungsmittel
wirken ebenso. Bekannt ist auch die Verwendung einer Reihe von Stearaten
und verwandten Verbindungen als Benetzungsmittel. Zu den handelsüblichen,
entsprechend mit Verträglichmachern
oder Benetzungsmitteln behandelten Formen der Titanerde zählen TiONA® RCL-4
und TiONA® RCL-188,
die von der Firma Millennium Inorganic Chemicals, Hunt Valley, Maryland
vertrieben werden, oder TiPure® R-103 und R-104, die
von der Firma DuPont, Wilmington, Delaware vertrieben werden. Das
RCL-4-Material wird
mit Tonerde und einer organischen Verbindung wie auch TiPure® R-103
und R-104 oberflächenbehandelt,
und das RCL-188-Material wird mit Phosphat und einer organischen Verbindung
oberflächenbehandelt.
Die unter Verwendung dieser handelsüblichen oberflächenbehandelten
Titanerden in ABS und ABS/PC-Mischungen
erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle C dargestellt.
Der blaustichige Farbton ergibt sich aus der niedrigen mittleren
Teilchengröße dieser
bestimmten Titanerdepulver, die ihren Reflexionsgrad am blauen Ende
des Lichtspektrums erhöht.
Die Tonerdebeschichtung der Titanerdeteilchen bewirkt eine Verringerung
der Reaktivität
derselben mit dem Matrixpolymer, ob diese nun durch die Temperatur
während
der Verarbeitung oder durch Einwirkung von ultraviolettem Licht
während
der späteren
Verwendung herbeigeführt
wird. Da Titanerde in Kunststoffen am häufigsten in PVC für den Freilufteinsatz
angewendet wird, beurteilen die Hersteller die W-Beständigkeit
danach, inwiefern der PVC/Titanerde-Verbundstoff während des
längeren
Freilufteinsatzes zur Verkreidung neigt. Eine dicke Beschichtung
mit Tonerde kann Verkreidung verhindern, indem sie die Photoreaktivität der Titanerde
in Grenzen hält.
Tabelle C enthält
auch die von diesem Hersteller stammende Einstufung der W-Beständigkeit
für die
untersuchten Titanerdeproduktqualitäten. Für die Verwendung im vorliegenden
Fall, je nach den spezifischen Anforderungen an die Helligkeit der
Beleuchtungsquelle und die Standzeit dieser Quelle, ist der Wunsch
nach hohem Reflexionsgrad mit den Anforderungen an die W-Beständigkeit
in Einklang zu bringen.
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Tabelle
D – Oberflächenbehandelte
Titanerdepulvercompoundmassen
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Die
Polymermatrix kann in einer Menge von etwa 50 bis 94 Gewichtsprozent
des Artikels, und der Füllstoff,
z.B. Rutil-Titanerde, kann in einer Menge von etwa 6 bis 50 Gewichtsprozent
des Artikels vorliegen, mit der Maßgabe, daß die Mengen an Polymermatrix
und/oder Rutil-Titanerde so eingestellt werden, daß die Anwesenheit
des flammhemmenden Materials in einer zur Verringerung der Entflammbarkeit
des Artikels ausreichenden Menge möglich bleibt. Die Mengen an
diesen Komponenten werden natürlich
auch so eingestellt, daß die
wahlweise Anwesenheit von Aufheller möglich bleibt.
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Flammhemmer-Paket
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Bekanntlich
kann die Flammhemmung von Polymeren durch Einbeziehen von Flammhemmern
in die Zusammensetzung erhöht
werden. Leider wird durch das Einbeziehen derartiger Flammhemmer
der Reflexionsgrad des gefüllten
Polymerverbundkörpers
häufig
beeinträchtigt.
Es wurde jedoch gefunden, daß erstrebenswerte
Feuerbeständigkeitseigenschaften
der erfindungsgemäßen aus
Kunststoff gefertigten, lichtreflektierenden Gehäuse ohne allzu große Einbuße beim
Gesamtreflexionsgrad erzielt werden können, indem man mit dem Polymer
und den reflektie renden Teilchen („Füllstoff") ein ein Löschmittel und einen wahlweisen
Synergisten umfassendes Flammhemmer-Paket kombiniert. Am weitesten verbreitet
als Flammhemmer des Löschmittel-Typs
sind halogenierte Verbindungen, die in der Dampfphase eine Löschwirkung
auf Radikale ausüben,
die eine Zwischenstufe in Verbrennungsreaktionen darstellen. Derartige
Verbindungen werden daher oft als „Löschmittel" bezeichnet. Bekannt ist insbesondere,
daß bromierte
organische Verbindungen als wirksame, flammhemmende Löschmittel
dienen. Erfindungsgemäße Löschmittel
werden aus der einen oder mehrere Stoffe aus der Dekabromdiphenyloxid,
Oktabromdiphenyloxid, Tetrabrombisphenol A, Bis(tribromphenoxy)ethan,
bromiertes epoxyliertes Tetrabrombisphenol A, Diglycidylether des
Tetrabrombisphenols A, Ethylenbis(tetrabromphthalamid), Septabromtrimethylphenylindan
sowie Oktabromtrimethylphenylindan enthaltenden Reihe umfassenden
Gruppe gewählt.
Das Löschmittel
Bis(tribromphenoxy)ethan wird bei manchen Anwendungen bevorzugt.
Weitere übliche
Löschmittel
basieren auf Phosphat- und Boratverbindungen und werden für die vorliegende
Erfindung weniger bevorzugt.
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Ein
vollständiges
Flammhemmer-Paket, das Teil der Zusammensetzung eines Polymers ausmachen soll,
enthält
oft auch einen Synergisten, der die Funktion hat, das Halogen, meist
Chlor oder Brom, in die Flamme einzutragen, indem es verdampfbare
Oxyhalogenid-Verbindungen
bildet. Derartige Metalloxid-Synergisten, die sich bei der Ausübung der
vorliegenden Erfindung als besonders nützlich erwiesen haben, sind
Antimontrioxid, Antimonpentoxid und Natriumantimonat. Der Synergist
kann aus der aus einem oder mehreren Stoffen der Reihe Antimontrioxid,
Antimonpentoxid und ein Natriumantimonat bestehenden Gruppe gewählt werden
und das Löschmittel
kann eine bromierte organische Verbindung enthalten. Der Synergist,
beispielsweise Antimontrioxid, kann einen derartigen Größenbereich
aufweisen, daß mindestens
etwa 60 Gewichtsprozent der Synergistteilchen, z.B. mindestens etwa
70 Gewichtsprozent, einen Durchmesser von etwa 0,18 bis 0,72 Mikron
aufweisen. Handelsübliche
Antimontrioxid-Feinteilchenqualitäten wie
Microfine AO/5 der Firma Anzon, Inc., Philadelphia, Pennsylvania,
weisen im allgemeinen eine Teilchengrößenverteilung auf, die breiter ist
als die optimale. Daher werden im Einsatz bei hohen Beladungswerten
(mehr als etwa 6 Gewichtsprozent) die Verarbeitbarkeit und die mechanischen
Eigenschaften des Polymer-Artikels, z.B. die Schlagzähigkeit
und die Bruchdehnung, erheblich beeinträchtigt. Es ist daher günstig, die
Menge des eingesetzten Synergisten möglichst gering zu halten. Günstig sind
solche Synergist- und Löschmittel-Anteile,
daß der
Synergist in einer Menge von etwa 4 bis 12 Gewichtsprozent des Gehäuses (jedoch
vorzugsweise unter etwa 6 Gewichtsprozent) und das Löschmittel
in einer Menge von etwa 10 bis 25 Gewichtsprozent des Gehäuses vorliegt.
Beispielsweise enthält
eine günstige
Zusammensetzung für
die erfindungsgemäßen Artikel
etwa 31 bis etwa 70 Gewichtsprozent an Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol,
substituierten Derivaten und Mischungen und Verbundmaterialien aus
denselben als Matrixpolymer, etwa 15 bis etwa 30 Gewichtsprozent
an Rutil-Titanerde als Füllstoff;
und etwa 3 bis etwa 5 Gewichtsprozent an Antimontrioxid als Synergist.
Als Löschmittel
können
etwa 12 bis 24 Gewichtsprozent an einer bromierten organischen Verbindung,
gewählt
aus der aus einem oder mehreren Stoffen der Reihe Dekabromdiphenyloxid,
Oktabromdiphenyloxid, Tetrabrombisphenol A, Bis(tribromphenoxy)ethan,
bromiertes Epoxyharz, Septabromtrimethylphenylindan sowie Oktabromtrimethylphenylindan
bestehenden Gruppe vorliegen. Die Mengen an Matrixpolymer und/oder
Füllstoff
werden so eingestellt, daß die Anwesenheit
des flammhemmenden Materials. in einer zur Verringerung der Entflammbarkeit
des Gehäuses hinreichenden
Menge noch möglich
ist. Es kann auch ein Aufheller zugegeben werden, wobei die Mengen
der anderen Bestandteile entsprechend angepaßt werden, um die Zugabe eines
derartigen Aufhellers und etwaiger weiterer fakultativer zusätzlicher
Bestandteile zu ermöglichen.
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Da
die Verwendung eines Synergisten zur Beeinträchtigung von mechanischen Eigenschaften
und des Reflexionsgrades führen
kann, ist die Verwendung von Matrixpolymeren mit inhärent geringerer
Entflammbarkeit anzustreben, die zur Erzielung des erforderlichen
Gehalts an Flammhemmer keines Synergisten bedürfen. Ein Beispiel für eine bevorzugte
Mischung, die die erforderliche leichte Verarbeitbarkeit bei hohen
Füllstoffbeladungen
vereinigt und nicht den Einsatz eines Synergisten erfordert, ist
eine ABS/PC-Mischung. Derartige Mischungen können durch den alleinigen Einsatz
von organischen Löschmitteln
auf Halogen- oder Phosphatbasis flammhemmend gemacht werden. Unter
den Löschmitteln
auf Halogen- und Phosphatbasis wird Löschmitteln auf Halogenbasis
der Vorzug gegeben.
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Verbessern
lassen sich flammhemmende Eigenschaften auch durch Verwendung von
halogenierten organischen Verbindungen als Teil einer Polymermatrixmischung
oder eines Polymermatrixverbundmaterials, beispielsweise durch Verwendung
von chloriertem Polyethylen oder Polyvinylchlorid als Polymermatrix
oder als Teil einer solchen. Beispielsweise lassen sich sowohl chloriertes
Polyethylen als auch Polyvinylchlorid ohne weiteres mit ABS-Polymeren
zu einem Verbundmaterial verbinden, so daß eine geeignete Matrix eine
Mischung oder ein Verbundmaterial aus einer oder aus beiden dieser
halogenierten organischen Verbindungen mit einem ABS-Polymer oder einem
Polymer auf ABS-Basis sein kann. Wird genügend halogenierte organische
Verbindung als Teil der Polymermatrixmischung eingesetzt, so läßt sich
eine für
bestimmte Anwendungen hinreichende flammhemmende Wirkung erzielen,
ohne daß ein
Paket aus einem oder mehreren Löschmitteln und/oder
Synergisten erforderlich wäre.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung sieht ein Polymer auf Basis von Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol als
Polymermatrix, Titanerde (vorzugsweise Rutil-Titanerde) als reflektierendes
Füllstoffmaterial,
und ein flammhemmendes Material vor, das Teilchen eines Metalloxidsynergisten
sowie eine halogenierte organische Verbindung als Löschmittel,
vorzugsweise eine bromierte organische Verbindung als Löschmittel
enthält.
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Aufheller
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht den Zusatz eines
aus der Reihe der fluoreszierenden Materialien, die Strahlungsenergie
im Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums (Wellenlängen 300
Nanometer bis 400 Nanometer) absorbieren und diese Energie als sichtbares
Licht im blauen Bereich des Spektrums (Wellenlängen von 400 Nanometer bis
470 Nanometer), ausgewählten
Aufhellers vor. Bei diesen Materialien kann es sich beispielsweise
um Eastobrite® OB-1
und OB-3, hergestellt von der Firma Eastman Chemical Corp., Kingsport,
Tennessee, Uvitex®-OB,
Uvitex®-MD,
hergestellt von Ciba Specialty Chemicals, Basel, Schweiz, und Leucopure® EGM,
Hostalux KCB, und Hostalux KSB, von der Firma Clariant, Muttenz,
Schweiz, handeln. Brauchbare optische Aufheller basieren im allgemeinen
auf konjugierten organischen Molekülen oder Oligomeren. Ein Beispiel
für eine
brauchbare Verbindungsklasse sind jene, die Stilbensegmente oder
dergleichen enthalten, wie etwa 4,4'-Bis(2-benzoxazolyl)stilben.
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Bei
Verwendung von Rutil-Titanerde als Füllstoff kann die optische Absorption
des Füllstoffs
bei Wellenlängen
unter etwa 420 Nanometer die Wirkung des Aufhellers stören. Nur
auf jenen Anteil des Aufhellers, der verhältnismäßig nahe der Oberfläche liegt,
wird zur Aktivierung der Fluoreszenz des Aufhellers genügendes Ultraviolettlicht
einwirken. Es können
etwas höhere
Aufhellergehalte erforderlich sein als normalerweise für niedrige
TiO2-Beladungswerte eingesetzt werden (z.B.
1000 ppm statt 250 ppm). Auch liegt die Wellenlänge der maximalen Absorption
des Aufhellers vorzugsweise verhältnismäßig nahe
420 Nanometern (z.B. bei etwa 400 Nanometern), und die Wellenlänge der
maximalen Emission vorzugsweise über
420 Nanometern (z.B. bei etwa 450 Nanometern).
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Auch
können
verschiedene zusätzliche
fakultative Zusatzstoffe in die thermoplastische oder duroplastische
Zusammensetzung eingearbeitet werden, je nach den Anforderungen
an die gewählten
Polymere und die Umgebungen, in der sie eingesetzt werden. Zu diesen
zählen
beispielsweise Antioxidantien, Photostabilisatoren, Radikalfänger und
UV-Absorber. Zu den Antioxidantien zählen Verbindungen wie Phenole
und insbesondere sterisch gehinderte Phenole wie etwa Irganox 1010
der Firma Ciba Specialty Chemicals, Basel, Schweiz, Sulfide, organische
Borverbindungen, organische Phosphorverbindungen, N,N'-Hexamethylenbis(3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxyhydrozimtsäureamid),
zu beziehen von der Firma Ciba Specialty Chemicals unter dem Handelsnamen
Irganox 1908. Ein neues Antioxidansprodukt, das spezifisch für Verwendung
mit ABS empfohlen wird, stellt Irganox 1141 der Firma Ciba Specialty
Chemicals dar. Als nicht einschränkende
Beispiele für
Photostabilisatoren und insbesondere sterisch gehinderte Amine als
Lichtstabilisatoren sind Poly[6-morpholino-s-triazin-2,4-diyl)[2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino]hexamethylen],
von der Firma Cytec Industries, Kalamazoo, Michigan unter dem Handelsnamen
Cyasorb UV3346 erhältlich,
und Hostavin N-30 der Firma Clariant, Muttenz, Schweiz, zu nennen.
Zu den geeigneten Radikalfängern
zählen
Sauerstoff, sterisch gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren, sterisch
gehinderte Phenole, 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy-Radikal
(TEMPO), und ähnliche.
Zu den UV-Absorbern zählen Benzotriazol,
Hydroxybenzophenon und dergleichen. Diese Zusatzstoffe können in
Mengen von etwa 0% bis etwa 6% und vorzugsweise von etwa 0,1% bis
etwa 1%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, zugegeben
werden. Vorzugsweise liegen alle Komponenten der Gesamtzusammensetzung
in Vermischung miteinander vor und ganz besonders bevorzugt in im
wesentlichen gleichmäßiger Vermischung.
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Die
nachfolgenden Beispiele veranschaulichen verschiedene, spezifische
Aspekte der vorliegenden Erfindung illustrierende Zusammensetzungen
sowie Vergleiche, die die Auswirkung spezifischer Komponenten der
Formzusammensetzung, aus der die Gehäuse (Prüfplättchen) hergestellt werden,
auf den Gesamtreflexionsgrad aufzeigen.
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Die
Entflammbarkeitsmessungen, auf die in der vorliegenden Schrift,
insbesondere in den folgenden Beispielen und Tabellen und in den
Ansprüchen,
Bezug genommen wird, wurden an Formstäben der beschriebenen Zusammensetzungen
gemäß Normprüfung UL
94 (Underwriters Laboratory) durchgeführt. Die Prüfvorschriften sind in „UL 94
Standard for Test for Flammability of Plastic Materials for Parts
in Devices and Appliances" [Norm
UL 94 zur Prüfung
der Entflammbarkeit von Kunststoffmaterialien für Teile in Vorrichtungen und Einrichtungen],
4. Hrsg., 18. Juni 1991 („UL-94-Prüfverfahren"), herausgegeben
von Underwriters Laboratories, Northbrook, Illinois dargelegt. Die
Offenbarung dieser Schrift wird hiermit vollumfänglich durch Bezugnahme in
die vorliegende Anmeldung einbezogen.
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Bei
dem UL-94-Prüfverfahren
wird ein Horizontalbrenn-Test
(94 HB) an drei Prüfstäben des
Materials durchgeführt,
die vorkonditioniert worden waren, indem sie gemäß Teil 6 des UL-94-Prüfverfahrens
eine bestimmte Zeit lang auf einer bestimmten Feuchtigkeit und Temperatur
gehalten wurden. Die Probe wird auf eine Länge von 125 mm und eine Breite
von 13 mm zugeschnitten und wird an einem Ende so festgeklemmt,
daß ihre
Längsachse
horizontal liegt, und am anderen Ende mit Hilfe eines Methangasbrenners
angezündet.
Eine Klassifizierung nach 94 HB (Horizontalbrennen) wird erreicht,
wenn drei Proben einer Dicke von 3 bis 13 Millimetern („mm") eine maximale
[LÜCKE]
jede
Probe bis zur Halteklemme am oberen Ende der Probe, und keine Entzündung des
Baumwollindikators durch brennende Teilchen oder von der Probe herrührende Tropfen.
Wird allen Anforderungen für
eine Klassifizierung mit 94V-1 entsprochen, nur daß Entzündung des
Baumwollzünders
durch brennende Teilchen oder von der Probe herrührende Tropfen erfolgt, so
ist eine Klassifizierung mit 94V-2 erreicht.
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In
den Tabellen und auch sonstwo in der vorliegenden Beschreibung und
in den Ansprüchen
bedeutet „HB" = 94 HB, „V-0" = 94 V-0, „V-1" = 94V-1 und „V-2" = 94V-2, jeweils
gemäß dem UL-94-Prüfverfahren.
Eine Klassifizierung mit „mindestens
V-1" bedeutet eine
Klassifizierung mit V-1 oder V-0. Alle nachstehenden Tabellen, in
denen Entflammbarkeitsbereiche angeführt sind, weisen die höchste (die
am stärksten
flammhemmende) durch die Proben erzielte Klassifizierung auf, wobei
eine Bewertung mit V-0 als die höchstmögliche Bewertung
gilt. Wo keine Bewertung („KB") angegeben ist,
konnte der geprüften
Probe keine UL-Bewertung für
die jeweilige Prüfung
zugeordnet werden, was in der Praxis bedeutet, daß die geprüfte Probe über einen
längeren Zeitraum
hin weiterflammte oder weiterglühte,
als in den UL-Prüfkriterien
festgelegt ist.
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Beispiel 1
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Proben
von reflektierenden ABS-Zusammensetzungen wurden durch Compoundieren
hergestellt, indem ein hochglänzendes
ABS-Harz mit unterschiedlichen Mengen, wie in Tabelle 1 nachstehend
aufgezeigt, an Rutil-Titanerde, die zur besseren Dispersion oberflächenmodifiziert
worden war, mit hoher Scherkraft vermischt wurde. Bei dem ABS-Polymer
handelte es sich um ein Hochglanzmaterial mit einer Entflammbarkeit gemäß UL-94-Norm, HB (Horizontalbrennversuch),
das unter der Bezeichnung Magnum 9010 von der Firma Dow Chemical
Company, Midland, Michigan, vertrieben wird. Die Titanerde wurde
unter dem Handelsnamen TiONA® RCL-4 von der Firma Millennium
Inorganic Chemicals Co., Hunt Valley, Maryland, bezogen. Aus dem compoundierten
Harz wurden mit Hilfe einer Bereiche mit glänzenden und matten Oberflächenbeschaffenheiten
aufweisenden Form Plättchen
der ABS-Zusammensetzungen geformt. An den glänzenden Bereichen des Plättchens
(1,9 mm dick) wurden mit Hilfe eines Minolta-Reflektometers, Modell
CM-508d, Messungen des Reflexionsvermögens durchgeführt, deren
Ergebnisse in Tabelle 1 dargestellt sind. Diese Messungen kombinierten
sowohl die diffusen als auch die spiegelnden Beiträge zum Reflexionsgrad
und sind gemäß der relativen Empfindlichkeit
des menschlichen Auges gewichtet. Näherte sich die Titanerdebeladung
hohen Werten, so waren Anzeichen für das Erreichen eines Plateaus
oder die Sättigung
des Reflexionsgrades über
einer Beladung von etwa 25 Gew.-% zu beobachten.
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Die
Daten aus Tabelle 1 sind in 4 aufgetragen,
in der das Gesamtreflexionsvermögen
auf der Vertikalachse dargestellt und der Gewichtsprozentsatz an
Titan in der Probe auf der waagrechten Achse dargestellt ist. 4 zeigt
graphisch die Zunahme des Gesamtreflexionsvermögens mit zunehmendem Gewicht
an Titanerde.
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Beispiel 2
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Drei
Proben aus flammhemmenden, reflektierenden ABS-Zusammensetzungen wurden durch Compoundieren
des hochglänzenden
ABS-Harzes und oberflächenbehandelter
Rutil-Titanerde
wie in Beispiel 1 verwendet, hergestellt. Zwei der Proben wurden
mit zwei flammhemmenden Zusatzstoffen compoundiert, wobei es sich
bei einem derselben (FH1) um einen ein feinpulvriges Antimontrioxid
mit hoher Färbekraft
enthaltenden Synergisten handelte. Bei dem anderen Flammhemmer (FH2)
handelte es sich um eine Bis(tribromphenoxy)ethan umfassende bromierte
organische Verbindung, die unter der Bezeichnung FF680 von der Firma
Great Lakes Chemical Co., Wilmington, Delaware, vertrieben wird.
Die flammhemmenden compoundierten Harze wurden dann mit der Rutil-Titanerde
vereinigt. Aus dem compoundierten Harz wurden mit Hilfe einer Bereiche
mit glänzenden
und matten Oberflächenbeschaffenheiten
aufweisenden Form Plättchen
geformt. An den glänzenden
Bereichen des Plättchens
(1,9 mm dick) wurden mit Hilfe eines in Beispiel 1 beschriebenen Minolta-Reflektometers
Messungen des Reflexionsvermögens
durchgeführt,
deren Ergebnisse in der nachstehenden Tabelle 2 dargestellt sind.
Diese Messungen kombinierten sowohl die diffusen als auch die spiegelnden
Beiträge
zum Reflexionsgrad. Es wurde gefunden, daß bei einer bestimmten konstanten
Menge an Titanerde (18 Gewichtsprozent) das Gesamtreflexionsvermögen durch
die Anwesenheit der Flammhemmer erheblich verschlechtert wurde.
Zugabe einer erheblich größeren Menge
an Titanerde (30,5 Gew.-% gegenüber
18 Gew.-%) war erforderlich, um den Reflexionsgrad auf einen Wert
in der Nähe
von 95% zurückzuführen.
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Die
Ergebnisse des Reflexionsvermögenstests
und des UL-94-Prüfverfahrens
für die
Proben nach Beispiel 2 sind nachstehend angeführt. Die in diesem Beispiel
und den nachstehenden Beispielen wiedergegebenen Reflexionsvermögenstests
wurden wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt, sofern nichts anderes angegeben
ist.
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Aus
Tabelle 2 ist ersichtlich, daß Probe
2-1 eine Bewertung mit 94 HB nicht aber eine Bewertung mit 94 V-0 erreichte, während die
Proben 2-2 und 2-3 eine Bewertung mit 94 V-O erzielten.
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Beispiel 3
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Es
wurden Proben von reflektierenden Zusammensetzungen unter Verwendung
unterschiedlicher Matrixharze compoundiert. Probe 3-1 wurde aus
gewöhnlichem
hochglänzendem
ABS-Harz (Magnum 9010 der Firma Dow Chemical), wie in Beispiel 1
verwendet, compoundiert, und Probe 3-2 wurde aus einer lichtdurchlässigen ABS-Spezialqualität (Terlux
2802TR), von der Firma BASF Inc., Ludwigshafen, Deutschland und Mount
Olive, New Jersey, vertrieben, compoundiert. Beide Harze wurden
mit einem Rutil-TiO2 compoundiert, das zur
besseren Dispersion oberflächenmodifiziert
worden war, nämlich
TiONA® RCL-4,
bezogen von der Firma Millennium Inorganic Chemicals Co., in den
in der nachstehenden Tabelle 3 angeführten Mengen. Aus dem compoundierten
Harz wurden mit Hilfe einer Bereiche mit glänzenden und matten Oberflächenbeschaffenheiten
ergebenden Form Plättchen
geformt. An 1,9 mm dicken glänzenden
Bereichen der Plättchen
wurden mit Hilfe des in Beispiel 4 angegebenen MacBeth-Reflektometers Messungen
des Reflexionsvermögens
durchgeführt.
Die Daten aus diesen Untersuchungen sind in 5 aufgetragen,
in der das Gesamtreflexionsvermögen (diffus
plus spiegelnd aus glänzenden
Bereichen der Prüfplättchen)
auf der senkrechten Achse aufgetragen sind und die Wellenlänge des
reflektierten Lichts auf der waagrechten Achse. Die durchschnittlichen
Werte für das
Gesamtreflexionsvermögen über den
Wellenlängenbereich
sind in der nachstehenden Tabelle 3, zusammen mit den Ergebnissen
der Entflammbarkeitsprüfungen,
aufgeführt.
Wenngleich die Ergebnisse für
das durchschnittliche Reflexionsvermögen über den Bereich des sichtbaren
Lichts ähnlich
waren, wie Tabelle 3 zeigt, erwies sich die spektrale Leistung bei
der lichtdurchlässigen
ABS-Zusammensetzung
der Probe 3-2 als weit konstanter als Funktion der Wellenlänge, wie 5 zeigt.
Ein gleichmäßigeres
spektrales Reflexionsvermögen
ermöglicht
es einem einen derartigen Reflektor verwendenden Beleuchtungskörper, Licht
mit einer effektiven Farbtemperatur auszusenden, die jener der Lampe
weit näher
kommt.
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Beispiel 4
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Aus
den Ergebnissen des Beispiels 2 ging hervor, daß die flammhemmenden Zusatzstoffe
für ABS sich
deutlich nachteilig auf das Reflexionsvermögen der hergestellten Zusammensetzungen
auswirken. Daher wurde eine Reihe von alternativen flammhemmenden
Zusatzstoffen als mögliche
Alternativen aufgrund ihrer hohen Weißheit, guten Wärmebeständigkeit,
guten W-Beständigkeit
und in manchen Fällen
guten Befähigung zur
Verbesserung der Fließ-
und Schlagzähigkeitseigenschaften
ermittelt. Eine Serie derartiger Zusammensetzungen wurde hergestellt,
indem das ABS-Harz und oberflächenbehandelte
Titanerde wie in Beispiel 1 beschrieben mit ausgewählten bromierten
flammhemmenden Verbindungen, wie in nachstehender Tabelle 4A angeführt, wobei
die chemischen Bezeichnungen und Lieferanten der Flammhemmer in
nachstehender Tabelle 4 angegeben sind, mit hoher Scherkraft vermischt
wurden.
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Die
flammhemmende Wirkung ist ganz grob gesprochen proportional dem
Bromgehalt, bezogen auf das Gewicht. Die Vorhersage der Verbesserung
des Fließverhaltens
gründet
sich darauf, ob das flammhemmende Material während der Verarbeitung schmelzen
und sich auflösen
oder mit mindestens einer Phase des Matrixpolymers verbinden kann.
Die Verbesserung des Fließverhaltens
kann als Erhöhung
des Schmelzindex für
eine Zusammensetzung mit konstanter Menge an TiO2 gemessen werden.
F-2016, ein amorphes Material mit einem Erweichungspunkt bei niedriger
Temperatur (110°C),
vermischt sich ohne weiteres mit ABS. FF-680 und FR-1808 vermischen sich
gleichfalls mit ABS, sobald sie über
ihre Schmelzpunkte hinaus erwärmt
werden. Als einzige der in Tabelle 4A eingetragenen Stoffe bildet
nur Saytex 8010, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, unter normalen
Verarbeitungsbedingungen keine Schmelzmischung mit ABS. Dieser Flammhemmer liegt
dann als teilchenförmige
Dispersion in dem ABS-Verbund vor. Alle anderen bromierten organischen
Verbindungen weisen eine größere Wärmebeständigkeit
auf als FF-680, wie aus der Temperatur, bei der während der
thermogravimetrischen Analyse (TGA) des compoundierten Harzes ein
5%iger Gewichtsverlust auftritt, hervorgeht. Durchgeführt wird
die TGA, indem man eine Probe des Flammhemmers in einen Ofen einbringt und
die Probe durch Erhöhung
der Ofentemperatur erhitzt und gleichzeitig das Gewicht der Probe
während deren
Erhitzung überwacht
und die Temperatur notiert, bei der ein Gewichtsverlust von 5% des
Ausgangsgewichts der Probe erreicht wird. Diese Werte, von den Herstellern
zur Verfügung
gestellt, sind in Tabelle 4A gleichfalls angeführt.
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Die
Ergebnisse für
das Reflexionsvermögen
bei Titanerde enthaltenden Materialien, die mit unterschiedlichen
Mengen dieser Flammhemmer, dispergiert in einer unter dem Handelsnamen
Magnum 9010 von Dow Chemical vertriebenen ABS-Polymermatrix, sind
nachstehend in Tabelle 4B angeführt.
Die Messungen des Reflexionsvermögens
wurden wie nachstehend in diesem Beispiel beschrieben durchgeführt. Zu
Vergleichszwecken wurden die Herstellerspezifikationen für Magnum
9010 in Tabelle 4B als Probe 4B-1 aufgenommen.
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Die
Messungen des Reflexionsvermögens
wurden sowohl mit einem MacBeth-Gerät (Modell 7000) als auch einem
Minolta Model CM-508d durchgeführt.
Das MacBeth-Reflektometer
lieferte das Reflexionsvermögen
als Funktion der Wellenlänge,
aber auch als Durchschnittswert des Reflexionsvermögens über das
sichtbare Spektrum gewichtet nach der Empfindlichkeit des menschlichen
Auges. Das Minolta und das Macbeth-Instrument sollen beide so ausgelegt
sein, daß sie
das gleiche mittlere Reflexionsvermögen liefern. Die Unterschiede
bei den für
die jeweiligen Proben in Tabelle 4B erstellten Daten ergeben sich
aus geringfügigen
Unterschieden für
die zwei Geräte
und deren Eichung. Die Messungen erfolgten an flachen Plättchen mit
glänzendem
Aussehen und einer Dicke von etwa 1,9 mm. In 6 ist das
GesamtReflexionsvermögen
der glänzenden
Prüfplättchen der
Proben 4B-2 und 4B-5 aufgetragen. Die höhere Weißheit des Flammhemmers F-2016, verglichen
mit dem Flammhemmer FF680 (siehe Tabelle 4), und die höhere Titanerdebeladung
in Probe 4B-5, verglichen mit Probe 4B-2, führte zu einem gleichmäßigeren
spektralen Ansprechverhalten über
das sichtbare Spektrum für
Probe 4B-5. Dies veranschaulicht 6.
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Mit
Saytex 8010 (Probe 4B-3 in Tabelle 4B – Teil 1) wurde bei dem angewendeten
Beladungswert eine Flammhemmerbewertung mit V-0 nicht erzielt. Alle
anderen Zusammensetzungen erreichten eine Entflammbarkeitsbewertung
mit V-0. In den neuen Zusammensetzungen wurden die Mengen an Antimontrioxid
gegenüber
der in Probe 4B-2 eingesetzten erhöht, da dadurch eine Verringerung
der Menge der zur Erzielung der Bewertung mit V-0 erforderlichen
Menge an bromierter organischer Verbindung ermöglicht wurde. Da die organische
Verbindung die primäre
Quelle für
die thermische Instabilität,
UV-Instabilität
und Gelbheit darstellt, wurde die nötige Menge so gering wie möglich gehalten,
um das optische Verhalten zu verbessern. Eine gewisse Verbesserung
des optischen Verhaltens wurde bei Probe 4B-5 insofern beobachtet,
daß die
höhere Weißheit des
Flammhemmers F-2016 (Tabelle 4), zusammen mit der höheren Beladung
mit Antimontrioxid, dem Formartikel der Probe 4B-5 ein gleichmäßigeres
spektrales Ansprechverhalten über
das sichtbare Spektrum verlieh als in der Probe 4B-2. Die mechanischen
Eigenschaften von aus der Zusammensetzung nach 4B-5 geformten Artikeln
waren jedoch nicht so gut wie die für Probe 4B-2, wie aus einem
Vergleich der in Tabelle 4 angeführten
Bruchdehnungs- und IZOD-Kerbschlagmessungen ersichtlich ist.
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Beispiel 5
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Die
Auswirkung der Zugabe eines Aufhellers wurde geprüft, indem
man die ohne Aufheller in einer 6,7 Gew.-% an Rutil-Titandioxid
enthaltenden ABS-Probe (Magnum 9010) und in einer die gleiche Menge
an Rutil-Titandioxid
mit 0,17 Gew.-% an Aufheller enthaltenden Probe erzielten Ergebnisse
miteinander verglich. Diese Proben enthielten keine flammhemmenden
Materialien. Der Aufheller (OB-1 der Firma Eastman Chemical) diente
dazu, von der Lampe im ultravioletten und violetten Teil des Spektrums
emittiertes Licht zu absorbieren und dieses Licht bei blauen Wellenlängen zu
reemittieren. In 7 ist das gesamte (diffuses
plus spiegelndes) Reflexionsvermögen
(gemessen mit Hilfe des in Beispiel 4 beschriebenen MacBeth-Geräts) auf
der Vertikalachse gegen die Wellenlänge des reflektierten Lichts
auf der Horizontalachse aufgetragen. Das Reflexionsvermögen wurde
an den glänzenden
Bereichen von Prüfplättchen gemessen. 7 zeigt
ein Gangkurvenmaximum für
den Reflexionsgrad im blauen Wellenlängenbereich für die Aufheller
enthaltende Probe, doch geht dies auf Kosten des unter etwa 425
Nanometern ("nm") gelieferten Lichts.
Mit Hilfe dieses Tests ließ sich
zeigen, daß die
Zugabe von Aufheller zu erhöhtem
Ansprechen bei um etwa 450 nm zentrierten blauen Wellenlängen beitragen
kann und die über
das sichtbare Spektrum gemittelte Farbtemperatur des reflektierten
Lichts wirksam erhöhen
kann. Zur Erfüllung
der Anforderungen bei bestimmten spezifischen Anwendungen kann dies erwünscht sein.
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Beispiel 6
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Eine
Probe aus einer eine ABS-PC-Mischung verwendenden reflektierenden
Zusammensetzung wurde mit einer flammhemmenden Polymermischung,
RTP 2500 FR A, von der Firma RTP Co., Winona, Minnesota zu beziehen,
hergestellt. Diese Mischung enthielt Polycarbonat (etwa 63 Gew.-%),
ABS (etwa 21 Gew.-%), einen bromierten organischen Flammhemmer (etwa
15 Gew.-%) und einen herkömmlichen
Stabilisator (etwa 1 Gew.-%), jedoch keinen Synergisten wie etwa
Antimontrioxid. Dieses Harz wurde mit unterschiedlichen Mengen einer
Rutil-Titanerde,
TiPure® R-104,
hergestellt von der Firma DuPont, compoundiert. An Prüfstäbchen wurden
Entflammbarkeitsmessungen gemäß UL-94-Normen
für Vertikalbrennprüfungen für die jeweiligen
Zusammensetzungen durchgeführt.
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Aus
diesen titanerdegefüllten
Harzcompoundmassen wurden mit Hilfe einer eine glänzende Oberflächenbeschaffenheit
bewirkenden Form Plättchen
hergestellt. Die Reflexionsgradmessungen wurden mit Hilfe eines
MacBeth-Reflektometers, Modell 7000, an einem Abschnitt der Plättchen mit
einer Dicke von etwa 1,9 Millimetern durchgeführt. Diese Messungen sind in
Tabelle 5 tabelliert.
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Diese
Ergebnisse können
mit jenen der Tabelle 2, Beispiel 2, für ein kein Polycarbonat enthaltendes, ein
Löschmittel
und einen Synergisten umfassendes Flammhemmerpaket verwendendes
ABS-Harz verglichen werden. Die Proben 2-2 und 5-1 weisen dieselbe
Entflammbarkeitsbewertung und etwa den gleichen Titanerdegehalt
auf, Probe 5-1 besitzt jedoch ein erheblich höheres Reflexionsvermögen (95,1
gegenüber 93,96%.
Die Proben der Tabelle 5 ergeben auch einen vergleichsweise höheren blauen
Reflexionsgrad und infolgedessen einen gleichmäßigeren Reflexionsgrad über das
sichtbare Spektrum.
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Beispiel 7
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Die
W-Stabilität
verschiedener reflektierender Compoundmassen wurde als Funktion
des Harzes und der TiO2-Sorte und -Gehalts
untersucht. Bei den dabei verwendeten Harzen handelte es sich um
Acrylsäurenitril-Butadien-Styrol
("ABS"), wie in Beispiel
1, ABS/PC, wie in Beispiel 6, und ABS/Polyvinylchlorid ("ABS/PVC"). Auch wurden drei
Sorten Rutil-TiO2 verwendet, nämlich TiPure
R-104 und TiPure R-103 der Firma DuPont, sowie RCL-4 der Firma Millenium
Chemicals. All diesen war eine ähnlich
feine Teilchengröße und ein ähnlicher
blauer Farbton gemein. Das R-103 wies eine schwerere Oberflächenbeschichtung
aus Tonerde auf als die Titanerden R-104 oder RCL-4, weshalb der
Hersteller die R-103-Titanerde als nichtkreidende Qualität bezeichnete.
Eine der Proben, 7-1, enthielt einen Aufheller (OB-1) wie in Beispiel
5.
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Erste
Messungen des durchschnittlichen Reflexionsgrades und der Gelbheit
nach "ASTM Standard Test
Method for Indexes of Whiteness und Yellowness of Near-White, Opaque
Materials" [ASTM-Prüfverfahren für Weiß- und Gelbindizes
fast weißer,
lichtundurchlässiger
Materialien], ASTM E-313-73 (1992 wiedergenehmigt) wurden an einer
glänzenden
Oberfläche
geformter Proben mit Hilfe eines MacBeth-Reflektometers durchgeführt. Die
vorstehende ASTM-Norm wird hiermit durch Bezugnahme voll umfänglich in
den Bereich der vorliegenden Anmeldung aufgenommen und wird andernorts
in der Beschreibung und in den Ansprüchen als "ASTM-E-313-Prüfung" bezeichnet. Die
ASTM-E-313-Prüfung
korreliert die visuellen Bewertungen nach Gelbheit oder Weißheit bestimmter
weißer
und fast weißer
Oberflächen,
einschließlich
jener von Kunststoffen. Prüflinge
müssen über den
gesamten zur Messung präsentierten
Bereich gleichmäßig gefärbt und
eben sein (Absatz 8.1 der ASTM-E-313-Prüfung), und
als Prüfgerät muß ein mit
einem Farbwert-Integrator ausgerüstetes Spektrofotometer,
ein fotoelektrisches Reflektometer oder ein Kolorimeter mit solchen
Quellen-, Filter- und Empfängereigenschaften,
daß es
Reflexionsvermögen
von weißen
und fast weißen
Proben mit einer Genauigkeit von mindestens 1,0% des Meßbereichs
mißt und
Grün-Blau-Reflexionsvermögensdifferenzen
derartiger Proben mit einer Genauigkeit von plus oder minus 0,5
ergibt, verwendet werden. Absatz 6 der E-313-Prüfung sind Einzelheiten für die erforderliche
Prüfausrüstung zu
entnehmen.
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Wie
in Absatz 7.1 der ASTM-E-313-Prüfung
dargelegt, kommt als Prüfnormal
eine Tablette aus Magnesium- oder Bariumsulfat in Form von weißem Pulver
einer Reflexionsgradnormal-Qualität, nach Spezifikation hergestellt,
oder das ideale, vollkommen reflektierende, vollkommen zerstreuende
Weißnormal
in Frage. Das in Absatz 7.2 der ASTM-E-313-Prüfung angesprochene Meßnormal
kann mit Porzelan emaillierte Metallplättchen, lichtundurchlässiges Weißglas oder
andere derartige Materialien, deren Reflexionsvermögen und Oberflächeneinheitlichkeit
einigermaßen
dauerhaft sind, umfassen.
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Wie
in Absatz 10 der ASTM-F-313-Prüfung
dargelegt können
der Gelbindex ("YI"), aber auch der Weißindex,
aus den gewonnenen Prüfwerten,
wie nachstehend dargelegt, berechnet werden.
- 1)
Man berechnet wie gefordert jeweils den Mittelwert der Meßwerte für Normal
und Probe.
- 2) Bei Verwendung eines Reflektometers berechnet man das grüne, G, und
blaue, B, Reflexionsvermögen der
jeweiligen Probe gemäß den Anleitungen
des Geräteherstellers.
Liegen keine ausdrücklicheren
Anweisungen vor, so läßt sich
das Reflexionsvermögen
der Probe wie folgt berechnen: R = cx(RS/e)wobei:
R = Reflexionsvermögen der
Probe für
das betreffende Filter,
c = mittlerer Meßwert für die Probe,
e = mittlerer
Meßwert
für das
jeweilige Normal, und
RS = dem Normal
mit dem jeweiligen Filter zugeordnetes Reflexionsvermögen.
- 3) Für
die Berechnung der Gelbheit gilt dann YI = 100
(1–B/G)
- 4) Der Weißindex
kann wie folgt berechnet werden: WI = 48–3G
-
Die
Proben 7-1 bis einschließlich
7-10 wurden aus den vorstehend beschriebenen ABS-, ABS/PC- und ABS/PVC- Harzen, mit den vorstehend
beschriebenen Titanerden, hergestellt, wobei die Zusammensetzung der
Proben in der nachstehenden Tabelle 7B angegeben ist. Aus den compoundierten
Harzen wurden mit Hilfe einer Form, die Bereiche mit glänzender
beziehungsweise matter Oberflächenbeschaffenheit
aufwies, Probeplättchen
einer Dicke von 1,9 mm geformt.
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Die
Formplättchen
der Proben 7-1 bis einschließlich
7-10 wurden dann
in einem Bewitterungsapparat wie in Tabelle 7A angeführt mit
UV belichtet. Mit Hilfe geeigneter Filter wurde eine UV-Quelle,
deren Spektralverteilung etwa jener der Sonne entsprach, gewählt. Die
Plättchen
wurden auf Umgebungstemperatur von 40°C gehalten, doch mögen die
Oberflächentemperaturwerte
bis zu 60°C
erreicht haben. Bei allen Proben wurden nach dem ersten (2-teiligen)
Belichtungsintervall, hier als Intervall 1 bezeichnet, sichtbare
Anzeichen der Vergilbung festgestellt. Die aufgetretenen Veränderungen
bei Reflexionsvermögen
und Gelbheit sind in Tabelle 7B detailliert. Die berechneten prozentuellen Änderungen
bei Reflexionsgrad und Gelbheit werden in Tablle 7C vorgelegt. Der
gemessene Reflexionsgrad stellt den Gesamt-(spiegelnd plus diffus)Reflexionsgrad
dar, gemessen an glänzenden
Bereichen der Prüfplättchen mit
Hilfe eines MacBeth-Reflektometers
wie in Beispiel 4 beschrieben. Die gemessene Gelbheit war die mittels
des MacBeth-Geräts
gemäß der vorstehend
beschriebenen ASTM-E-313-Prüfung
gemessene.
-
Tabelle
7A – Bewitterungsbedingungen
reflektierende Materialien Interval
1
-
-
Bezüglich des
Einflusses der Probenzusammensetzung auf die W-Stabilität wurde
eine Reihe von Beobachtungen gemacht. Deren erste ist, daß die W-Stabilität eine Funktion
des Harzes ist, wobei die Rangordnung, von der niedrigsten zur höchsten Stabilität, ABS/PVC,
ABS, ABS/PC war. Was die Titanerdesorte betrifft, so ergab die nichtverkreidende
TiO2-Qualität (R-103) eine etwas höhere Stabilität als die
verkreidenden Qualitäten
(R-104 und RCL-4).
Der geringste Gelbgrad und die prozentuell geringste Veränderung
des Reflexionsgrades wurden mit dem TiO2 R-103
erzielt. Weitaus am stärksten
wirkte sich auf W-Stabilität
der TiO2-Beladungswert aus. Höhere Beladungswerte
ergaben erheblich stabilere Compoundmassen, wie aus den Tabellen 7B
und 7C ersichtlich, sowohl hinsichtlich der Bewahrung eines hohen
Reflexionsgrades als auch kleineren Vergilbungswerten. Die Feuerhemmungsbewertung
(Tabelle 7B) war jedoch gegenläufig
zu der in dem Verbundmaterial vorliegenden Menge an TiO2.
Die höchste
erzielte Bewertung, wobei V-O und V-1 höher eingestuft wurden als HB,
ist in Tabelle 7B dargestellt. Probe 7-3 5 vereint einen hohen Reflexionsgrad
(>95%) mit einer Klassifizierung
mit V-0 und mäßiger Neigung
zur Vergilbung. Die Proben 7-7 und 7-8 zeigten die geringste Veränderung
des Reflexionsvermögens,
ein Hinweis auf die Tatsache, daß die Verwendung von R-103-10 Titanerde eine
gegenüber
verkreidende Titanerdequalität
wie R-104 verwendenden Proben erhöhte W-Stabilität bietet.
-
Tabelle
7B – Zusammengefaßte Daten
-
Zwar
wird die Erfindung an Hand bestimmter Ausführungsbeispiele beschrieben,
doch versteht sich, daß sich
für den
Fachmann nach dem Durchlesen und Begreifen des vorstehenden auch
andere Ausführungsformen
der Erfindung ergeben werden, die alle als in den Schutzbereich
der beigefügten
Ansprüche
fallend zu betrachten sind.
