DE2420192A1

DE2420192A1 - Methode zum auftragen einer haftenden phosphorschicht im glaskolben von leuchtstofflampen

Info

Publication number: DE2420192A1
Application number: DE2420192A
Authority: DE
Inventors: Willy P Schreurs
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1973-05-03
Filing date: 1974-04-26
Publication date: 1974-11-14
Also published as: JPS5014586A; US3833398A; JPS5333116B2

Description

_ΠΤΓ _ . . _τ ι, η δ ¹⁹· April 1974

GTE-Sylvania Inc.j U.S.A. ^

GTE-PA 20

PATENTANMELDUNG

Methode zum Auftragen einer haftenden Phosphorschicht im Glaskolben von Leuchtstofflampen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zum Auftragen einer haftenden Phosphorschicht im Glaskolben einer Leuchtstofflampe unter Verwendung einer wässrigen Phosphor- und Aluminiumaufschlämmung, die vorübergehend ein organisches Bindemittel aufweist, wobei die Glashülle einer Wärmebehandlung nach der Beschichtung ausgesetzt wird.

Beschreibung der bisherigen Technik

Phosphorbeschichtungen wurden im allgemeinen auf der Innenfläche von Leuchtstofflampenkolben mit Hilfe von Aufschlämmungen aufgetragen, welche zerstäubtes Phosphormaterial und ein in einem organischen Lösemittel verteiltes organisches Bindemittel enthielten. Später wurde es jedoch wünschenswert, Wasser als Aufschlämmflüssigkeit zu benutzen, statt eines organischen Lösemittels, um zu vermeiden, daß große Mengen von organischen Lösernittel-

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dämpfen sich im—die Atmosphäre entladen. Ein weiterer Vorteil wässriger Aufschlämmungen ist auch, daß sie nicht entzündbar sind. .

Bei Benutzung wässriger Aufschlämmungen ist es jedoch ein Problem, ein angemessenes Haftvermögen der Phosphorschicht am Lampenkolben zu erreichen. Dieses Problem

j ist besonders akut im Fall von Vorrichtungen zur Schnellstherstellung, wie sie jetzt allgemein bei der Fertigung von röhrenförmigen Leuchtstofflampen Verwendung finden .-Bei diesen Vorrichtungen werden die Lampenkolben, die mit Phosphor beschichtet sind und dann auf 400 - 650 Celsius erhitzt werden, an beiden Enden an eine Saugmaschine angeschlossen, und zwar mit Hilfe von Gummischläuchen, die einen kleinen Durchmesser aufweisen; ein chemisch träges Gas, wie Stickstoff oder Argon, wird dann an einem Ende des Kolbens eingeführt, während das Saugen am anderen Ende stattfindet. Es wird geschätzt, daß die hereinkommende Gasgeschwindigkeit am Blasloch, die auf die phosphorbeschichtete Glaswand auftrifft, mehr als 1,5 m/sec beträgt, Wenn der Phosphor nicht sehr gut am Glas haftet, kann das hsreindringende Gas einen Teil der Phosphorschicht wegblasen, wodurch der Lampenkolben dann nicht mehr gebrauchsfähig ist.

Die Benutzung von anorganischen Bindemitteln oder anorganischen, die Haftfähigkeit begünstigenden Mitteln, wie z.B. Boranhydrid, Bariumnitrat, Bariumphosphat und Phosphorsäure, welche bei Erhitzung der Phosphorschicht schmelzen, kann die Haftfähigkeit der Phosphorschicht zur Genüge verbessern, so daß das Wegblasen von Phosphorteilchen beim Saugzyklus verhindert wird. Diese anorganischen

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Stoffe sind jedoch im allgemeinen der Wirksamkeit und/ oder Erhaltung des Phosphors nicht zuträglich.

Bekannt gemacht in der bisherigen Technik sind wässrige Phosphoraufschlämmungen, die vorübergehend ein organisches Bindemittel enthalten, wie z.B. Karboxylmethylzellulose, Hydroxyäthylzellulose, Polyacrylsäure oder ein Copolymerisat von Methylvinyläther und Maleinsäureanhydrid, sowie ein anorganisches, fein zerriebenes Haftmittel, wie Aluminium, Silicon, Magnesium oder Titanium. Diese Aufschlämmungen haben jedoch im allgemeinen nicht genügend Phosphorhaftfähigkeit, um das Wegblasen von Festkörperchen während des Saugvorgangs zu verhindern.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf einem Leuchtstofflampenkolben eine Phosphorschicht herzustellen, die eine viel bessere Haftfähigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird für den Gattungsbegriff erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst, das die Schritte der Methode angibt.

Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen sowie der Beschreibung einer bevorzugten Ausführung zu entnehmen.

Überblick über die Erfindung

Eine Methode zur Beschichtung von Leuchtstofflampen-Glaskolben benutzt erfindungsgemäss eine wässrige Aufschlämmung, welche Phosphorpulver, ein organisches Bindemittel und fein zerriebenes Alurniniurnoxyd enthält.

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Vor der Zubereitung der Aufschlämmung werden jedoch das Phosphor- und Aluminiumoxyd in einer Lösung von Ammoniumlignosulfonat aufbereitet oder behandelt. Diese Behandlung ergibt eine viel bessere abschließende Haftfähigkeit der Phosphorpartikel an der Lampenhülle.

Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Ein Leuchtstofflampenphosphor, z.B. Kalziumhalogenphosphat, das mit Antimon und Mangan aktiviert ist, wird in Wasser aufgelöst. Die Größe der Partikel in diesem Phosphor ist bezeichnenderweise geringer als 25 Mikron, da größere Partikel eine unzweckmäßig rauhe Oberfläche der Phosphorschicht hervorrufen wurden.

Als nächstes werden die Aluminiumoxydpartikelchen von Sub-Mikrongröße und das Ammoniumlignosulphonat, das durch den bekannten Ionenaustauschprozess gereinigt wurde, der wässrigen Phosphoraufschlämmung beigefügt . Das Verhältnis Aluminiumoxyd/Phosphor ist etwa zwischen 0,2 und 2,0 Gewichtsprozent - vorzugsweise 0,5 - und der Gehalt von Ammoniumlignosulphonat ist etwa 0,02 und 0,2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 vom Phosphor.

Der pH-Wert (Wasserstoffionen-Konzentration] der wässrigen Aufschlämmung, worin der Phosphor etwa 25 Prozent des Gewichts der Gesamtauf sch lämrnung ausmacht, wird zwischen 7,0 und 10,0 mit Ammoniumhydroxyd ausgeglichen, und alles wird ca. 30 Minuten lang kräftig umgerührt. Dieser Kontaktvorgang zwischen dem Lignosulphonat und den Phosphorpartikeln und speziell den Aluminiumoxydpartikeln von Submikrongröße, die eine sehr große Oberfläche besitzen,

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verändert offenbar die Oberflächenladung der Partikel und macht sie selbständig zur entsprechend negativen Glasoberfläche.

Obgleich keine Erklärung abgegeben werden kann, welche bestimmte Stelle der sehr komplizierten Lignosulphonat-Struktur dafür verantwortlich ist, daß die Oberflächenmerkmale der Partikel verändert werden, wird die unerwartete bessere Haftfähigkeit, die man in nach dieser Methode bereiteten nichtorganischen Phosphorschichten beobachtet hat, wahrscheinlich den gemeinsamen Wirkungen hoher Ladung und starker Sorptionsmerkmale des Lignosulphonats zugesprochen.

Nach dem Kontaktvorgang werden die festen Partikel durch Filtern oder Zentrifugieren aus der Aufschlämmung herausgeholt, mit entionisiertem Wasser kräftig gespült, um überschüssiges Lignosulphonat zu entfernen, und in einer Wasserlösung von Polyoxyäthylen wieder aufgeschlämmt, wie es von der Union Carbide unter dem Handelsnamen "Polyox WSRN-3000" verkauft wird.

Die Proportion von P°Lyoxyäthylen kann je nach der erforderlichen Viskosität verändert werden, um irgendeiner der bekannten Phosphorauftragsmethoden gerecht zu werden. Mengen trockenen Polyoxyäthylensvon 0,5 bis 5,0 Gewichtsprozent des Phosphors, und vorzugsweise 1 Prozent, haben sich als zufriedenstellend erwiesen.

Die Polyoxyäthylenlösung kann zweckmäßigerweise so zubereitet werden, wie vom Hersteller vorgeschlagen wird:

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das Bindemittel wird zunächst in einer geringen Menge von Isopropanol verteilt,und dann wird entionisiertes Wasser hinzugefügt, um die nötige Viskosität für das Lösungsmittel zu erhalten. Die üblicherweise in diesen Lösungen beobachtete Trübheit ist einigen restlichen Kalziumsalzen zuzuschreiben, die durch den bekannten Ionenaustauschprozess schnell entfernt werden können.

Benötigt werden kann auch der Zusatz einer kleinen Menge eines Antischaummittel, meist unter 0,5 Gewichtsprozent vom Phosphor, zur fertigen Beschichtungsaufschlämmung, je nach dem Grad des Lufteinschlusses, welcher durch die beim Auftragen benutzten verschiedenen mechanischen Vorrichtungen hervorgerufen wird. Sogenanntes Pluoronic-L-61, ein nicht ionisches, von Wyandotte Chemical Corp. hergestelltes Blockpolymer stellte sich als verträglich mit der erfindungsgemäßen Aufschlämmung heraus.

In einer speziellen Ausführung wurde die Polyoxyäthylenlösung durch Verteilung von 92,5 g Polyoxharz WSRN-300 in 700 ml Isopropanol zubereitet und dann 3000 ml entionisiertes Wasser hinzugefügt.

Die Phosphorschicht-Aufschlämmung wurde zubereitet durch Verteilung der Festsubstanz [350 g Phosphor und 2,1 g Aluminiumoxyd in Submikron-Größe], die zuvor mit Arnmoniumlignosulphonat wie oben behandelt worden war, in 300 ml Polyoxyäthylenlösung plus 55 ml entionisiertem Wasser und sogenanntem Pluoronic L-61.

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Leuchtstofflampenhüllen wurden nach üblichen Methoden mit dieser Phosphoraufschlämmung beschichtet - z.B. durch Ausschwemmen, und nachdem dann die Phosphorschicht trocken war, wurden die beschichteten Kolben 1-6 Minuten lang auf 400 bis 640 Grad Celsius erhitzt, um alles organische Material herauszubrennen. Die Haftfähigkeit der Phosphorschicht betrug 10 Unzen pro

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Quadratzoll (etwa 60 g/cm ). Ohne die Lignosulphonat-Behandlung ist die Haftfähigkeit des Phosphor nur 0,5

Unzen pro Quadratzoll (etwa 3 g/cm ).

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Claims

Patentanspruchs:

Methode zum Auftragen einer haftenden Phosphorschicht im Glaskolben einer Leuchtstofflampe unter Verwendung einer wässrigen Phosphor- und Aluminiumaufschlämmung, die vorübergehend ein organisches Bindemittel aufweist, wobei die Glashülle einer Wärmebehandlung nach der Beschichtung ausgesetzt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Mischen von mit Wasser aufgeschlämmten Phosphor- und Aluminiumoxydpartikeln von Submikrongröße mit einer Ammoniumlignosulphonat-Lösung; Tennen und waschen der festen Partikel;

Wiederaufschlämmung der festen Partikel in einer wässrigen Lösung mit Polyoxyäthylenharz, um eine Phosphorschichtaufschlämmung herzustellen; Auftragen dieser Aufschlämmung auf die Innenfläche der Glashülle einer Leuchtstofflampe; Trocknen der aufgetragenen Schicht; Erhitzen der beschichteten Glashülle bis zu einer Temperatur, die ausreicht, um organisches Material aus der Schicht zu entfernen.
2. Die Methode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der Aluminiumoxydpartikel zu den Phosphorteilchen zwischen ca. 0,2 und 2,0 Prozenz liegt»

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3. Die Methode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Ammoniumlignosulphonat zu Phosphor zwischen ca. 0,02 und 0,2 Prozent liegt.
4. Die Methode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Polyoxyäthylen zu
Phosphor in der Schichtaufschlämmung zwischen ca. 0,5 und 5,0 Prozent beträgt.

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