DE2251708C2 - Trübungsmittel für Kunststoffe hoher Lichtdurchlässigkeit und starker Streuung - Google Patents

Description

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steht

Die Erfindung betrifft die Verwendung von gefälltem Bariumsulfat als Trübungsmittel zur Erzielung starker Lichtstreuung bei hoher Lichtdurchlässigkeit in Kunststoffen.

Es ist bekannt, daß Weißpigmente wie Titandioxid, Zinksulfid oder Zinkoxid in der Lage sind, Kunststoffartikel milchig weiß zu färben. Derartig pigmentierte Kunststoffe lassen jedoch so wenig Licht hindurchfallen, daß sie für Lampenabdeckungen nicht in Frage kommen. Bei geringerer Pigmentierung bewirken sie ke'ue Streuung des Lichts mehr und lassen die hinter der Abdeckung vorhandene Lichtquelle klar erkennen. Es ist ferner bekannt, thermoplastische Formmassen auf Basis von Polystyrol oder klaren Styrolcopolymerisaten mit natürlichem Schwerspat einer Teilchengröße zwischen I und 20 μιη zu versetzen. Auf diese Weise sollen besonders lichtdurchlässige und gleichzeitig lichtstreuende Massen erhalten werden, während mit anderen Weißpigmenten wie Titandioxid, Zinksulfid oder Zinkoxid keine entsprechende Lichtstreuung zu erzielen ist (DE-PS Il 69 123). Nach einem aus CH-PS 4 68 434 bekannten Vorschlag sollen die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen für lichttechnische Zwecke durch Zusatz von Glaspulver oder Glasfasern bei gleichzeitig guter Lichtdurchlässigkeit verbessert werden. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß mit so natürlichem Schwerspat Produkte erhalten werden, die in Auf- und Durchsicht leicht grau erscheinen, In der Fachwelt herrscht daher die Meinung vor, daß mit synthetischem Bariumsulfat eine starke Lichtstreuung bei gleichzeitig guter Lichtdurchlässigkeit nicht erreicht SS werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf Basis Bariumsulfat (Brechzahl 1,64) ein Trübungsmittel für Kunststoffe bereitzustellen, welches diesen bei hoher Lichtdurchlässigkeit eine starke Lichtstreuung verleiht, w Hierzu geht die Erfindung von einem Trübungsmittel für iransliizentc ihermoplästische öder duroplnstisehe Kunststoffe auf Basis von Bariumsulfat aus. Gemäß der Krfindung ist das Trübungsmittel der genannten Art gekennzeichnet durch gefälltes Bariumsulfat einer hi mittleren Teilchengröße von 2 bis 12 μπι. und isometrischer Kristalltracht. Die Brechzahlen der Kunststoffe für das erfinclungs gemäße Trübungsmittel liegen zwischen 1,45 und 1,60.

Eine Teilchengröße von 4 bis 9μηι des gefällten Bariumsulfats wird bevorzugt Als isometrische Kristalltracht hat sich die bipyramidale Form als besonders geeignet erwiesen.

Unter mittlerer Teilchengröße ist im Sinne der Erfindung die mittlere Teilchengröße, gemessen nach der Sedimentationsmethode nach Andreasen, zu verstehen (DIN 66 115, Entwurf).

Es wurde ferner gefunden, daß die im Hinblick auf den Streueffekt optimale mittlere Teilchengröße (ob) des Bariumsulfats mit der Brechzahl (n_K) des jeweils eingesetzten Kunststoffs in folgendem Zusammenhang steht:

4,- «Μ-«ir-141

Die gefeilten Bariumsulfatkristalle werdf* in einer Menge von 1 bis 20 Gew-%, bezogen auf eingesetzten Kunststoff, verwendet Nach Maßgabe der gewünschten lichttechnischen Eigenschaften können auch Weißpigmente in kleinen Mengen mitverwendet werden.

Zur erfindungsgemäßen Verwendung des synthetischen Bariumsulfats in Polymeren eignen sich klar durchsichtige und transparente thermoplastische Polymere wie Polyacrylate, Polymethacrylate, Polycarbonat, Polystyrol, halogenhalfige Vinylpolymerisate wie Polyvinylchlorid, Polyamide. Ferner duroplastische Polymere wie Gießharze auf Basis von Epoxy-Verbindungen oder ungesättigten Polyestern.

Erfindungsgemäß werden beispielsweise für Polymere wie Polymethacrylat mit einer Brechzahl von 1,49, gefällte Bariumsulfatkristalle mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 4 μπι eingesetzt Insbesondere eignet sich gemäß der Erfindung Polycarbonat mit der Brechzahl von 1,59, in das gefälltes Bariumsulfat mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 9 μηι eingearbeitet wird.

Unter diesen Bedingungen wird bei hoher Lichtdurchlässigkeit maximale Lichtstreuung erreicht, und der Farbort der diffusen Transmission ist im Falle farbloser Kunststoffe gleich dem der Lichtquelle. Dabei sind Bariumsulfatkristalle weitgehend isometrischer Kristalltracht solchen plättchenförmiger oder dendritischer Struktur in ihren Eigenschaften hinsichtlich optimaler Streuwirkung und Lichtdurchlässigkeit weit überlegen. Gefällte Bariumsulfatkristalle mit einer Teilchengröße unter I μ sind im allgemeinen völlig ungeeignet.

Das erfindungsgemäße Trübungsmittel aus gefälltem Bariumsulfat bestimmter Teilchengr,".3e und Kristalltracht kann in an sich bekannter Weise in das Polymerisat mit z. B. Extrudern, Innenmischern oder Walzen etngeaibeitet werden. Die Polymerisate können ferner noch die üblichen UV-Absorber, Stabilisatoren, Gleitmittel und weitere Zusatzstoffe in üblichen Mengen enthalten.

Die Erfindung wird anhand der Beispiele 1 bis 3 und der nachgereichten Vergleichsbeispiele 4 bis 5 näher erläutert.

Beispiel I

97Og eines feinteiligen Polymethacrylat* mit der Brechzahl 149 werden unter Zusatz von 30 g eines gefällten isometrischen Baritirr.siilfats mit einer mittleren Teilchengröße von 4 bis ^ri um in einem Taumelmischer gemischt. Die Mischung wird anschließend auf einem Extruder aufgeschmolzen und das austretende

Polymethacrylat mit einer Schneidvorrichtung zu einem geeigneten Granulat zerkleinert. Daraus hergestellte Spritzlinge bewirken bei hoher Lichtdurchlässigkeit eine starke Streuung, so daß der Glühfaden einer Lichtquelle nicht mehr sichtbar wird. Die spektrale Zusamme?isetzung des Lichts erfährt beim Durchgang durch den Spritzling keine Veränderung,

Beispiel 2

950 g Methacrylsäureester mit der Brechzahl 1,49 werden mit 50 g eines gefällten isometrischen Bariumsulfats einer mittleren Teilchengröße von 4 bis 5 μπι vermischt und unter Zusatz üblicher Katalysatoren zu einem Polymerisat in Plattenform polymerisiert Diese sind nach dem Tiefziehen für Leuchtstofflampen-Abdeckungen hervorragend geeignet, da sie bei einer maximalen Lichtdurchlässigkeit durch die starke Lichtstreuung die dahinter liegenden Leuchtstofflampen nicht mehr erkennen lassen.

Beispiel 3

_ 950 g eines fpiateiligen Polycarbonats mit der Brechzahl 1,59 werden mit 50 g eines geFällten isometrischen Bariumsulfats mit einer mittleren Teilchengröße von 8 bis 9 μπι gemischL Die Mischung wird auf einem Extruder mit nachgeschalteter Granuliervorrichtung zu Granulaten verarbeitet Diese werden auf Schneckenspritzgußmaschinen zu Latjpenabdeckungen z. B. für Straßenlaternen verarbeitet, die ein Maximum an Lichtdurchlässigkeit aufweisen, ohne, bedingt durch die starke Streuung, die Lichtquelle erkennen zu lassen.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel}

Eine 4% Glasfasern (mittlere Länge 150 μπι, Durchmesser 25 μπι) enthaltende 2 mm starke Polystyrolplatte wird vor eine Glühlampe (25 W) mit sichtbarer Wendel gebracht in der Weise, daß bei einer Beleuchtungsstärke von weniger als 1050 Lux die Wendel der Glühlampe durch diese Platte sichtbar ist.

Bei 1050 Lux Beleuchtungsstärke nimmt das Umfeld um die abgebildete Wendel durch einen Streueffekt die gleiche Helligkeit an wie die Wendel, so daß letztere nicht mehr sichtbar ist.

Ersetzt man die Glasfasern (4%) in der Prüfplatte aus Polystyrol durch natürlichen Schwerspat bzw. gefälltes BaSO₄ mit der mittleren Korngröße von 5 bis 7 μΐη, so benötigt man unter sonst gleichen Bedingungen 3,7% Schwerspat oder 33% gefälltes BaSO₄. Ein gefälltes BaSO₄ mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μίτι hingegen zeigt selbst bei einem Fü."grad von >8% keinen Streueffekt, der zu einem Verschwinden der Wendel führt.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel)

Bringt man eine 4% Trübungsmittel (natürlicher Schwerspat bzw, gefälltes BaSO,, mittlerer Teilchengröße von 5 bis 7 μπι, Glasfasern entsprechend Beispiel 4) enthaltende 2 mm starke Polystyrolplatte in einem bestimmten Abstand so vor eine Lichtquelle, daß die Beleuchtungsstärke direkt hinter der Platte 1000 Lux beträgt, so mißt man in dieser Entfernung für ein"* mit Schwerspat gefüllte Platte 1140 Lux; in dieser Entfernung für eine mit synthetischem BaSO₄ gefüllte Platte 1050 Lux und in dieser Entfernung für eine mit Glasfasern gefüllte Platte 1100 Lux. Setzt man diese Werte mit 100% an, so ergibt sich für die Transmission folgende Reihenfolge:

BaSO₄ gefällt

Glasfasern

Schwerspat

95,2%
903%
87,7%

Gegenüber Trübungsmitteln des Standes der Technik, wie natürlicher Schwerspat und Glasfasern, stellen sich die Vorteile zusammenfassend für das erftndungsgemäße Trübungsmittel aus synthetischem Bariumsulfat bestimmter Kristalltracht in Polystyrol-Formmassen wie folgt dar:

1. Die Extinktion .st gegenüber den verglichenen J" Substanzen am geringsten, d. h. die Durchlässigkeit der mit erfindungsgemäß BaSO₄ gefüllten Prüfplatte ist größer.

2. Die Helligkeit Ry (Remission) über dem weißen Prüfstandard bzw. weißen Karton ist mit erfindungsgemäßem BaSO₄-Trübungsmittel am größten, d. h. die Durchlässigkeit ist höher als mit den anderen Füllstoffen.

3. Die Opazität, gemessen über weißem und schwarzem Kontrastkarton, ist für erfindungsgemäßen BaSO₄ am niedrigsten.

4. Der Glühfaden einer nichtmattierteu Glühbirne ist in einem geringeren Abstand der Prüfplatte von der Glühbirne nicht mehr sichtbar.

Diese Ergebnisse sind außerordentlich überraschend und konnten nicht erwartet werden, da nach Auffassung der Fachwelt nur mit natürlichem Bariumsulfat und weder mit synthetischem Bariumsulfat noch mit Weißpigmenten eine gute Lichtstreuung bei hoher

Lichtdurchlässigkeit zu erzielen ist. Schließlich waren synthetische Bariumsulfate der erfindungsgemäßen Teilchengröße und Kristalhracht nach dem bisherigen Stande der Technik nicht bekannt.

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Trübungsmittel fur transluzente thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe auf Basis Bariumsulfat, gekennzeichnet durch gefälltes Bariumsulfat einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 12 μπι und isometrischer Kristalltracht

2. Trübungsmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gefälltes Bariumsulfat einer mittleren Teilchengröße von 4 bis 9 um to

3. Trübungsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 2. gekennzeichnet durch gefälltes Bariumsulfat bipyramidaler Kristalltracht

4. Trübungsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser (ob) des gefällten Bariumsulfats mit der Brechzahl (n_K)des Kunststoffes in der Beziehung