DE3022117C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Erdalkali-substituierte Cerium-Magnesium-Aluminat-Phosphore, die im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums Strahlung abgeben. Leuchtstofflampen, in welchen solche Phosphore enthalten sind, können zur Hautbräunung benutzt werden.

In GB-PS 14 52 083 ist ein ultraviolettes Licht abgebender Leuchtstoff für eine Leuchtstofflampe beschrieben, der die Zusammensetzung CeMgAl₁₁O₁₉ und Magnetoplumbitstruktur hat. In GB-PS 11 91 014 ist ein Leuchtstoff offenbart, dessen Zusammensetzung CeAl₁₁O₁₈ ist und der Magnetoplumbitstruktur hat. Wenn auch CeAl₁₁O₁₈ und CeMgAl₁₁O₁₉ ähnliche Kristallstrukturen haben, so wird doch durch den Einschluß von Magnesium die UV-erregte Emissionspitze von ca. 460 nm im Fall von CeAl₁₁O₁₉ auf ca. 370 nm bei CeMgAl₁₁O₁₉ verschoben. Diese Phosphore sind selbstaktiviert durch das Ce³⁺-Ion.

In seiner Untersuchung von Aluminaten mit Magnetoplumbit- oder α-Aluminiumoxidstruktur stellte der Erfinder der US-PS 40 88 922 fest, daß durch teilweisen Ersatz des Ceriums durch Barium, Strontium oder Calcium die Temperaturabhängigkeit der Emission der Cerium-Magnesium-Aluminate stark verbessert werden kann. Die Erdalkali-substituierten Cerium- Magnesium-Aluminate sind also wirksamer als die Cerium-Magnesium- Aluminate in stark belasteten Leuchtstofflampen, die mit Wandtemperaturen im Bereich von 200°C-400°C arbeiten. Solche Erdalkali-substituierten Cerium-Magnesium-Aluminate sind in US-PS 40 88 922 offenbart.

In US-PS 41 53 572 sind UV-abgebende Yttrium-substituierte Magnesium-Aluminat-Phosphore beschrieben, deren Emissionen optimal sind für die Psoriasis-Behandlung.

Es ist bekannt, daß gewisse Ionen, wie Fe³⁺ und Ti⁴⁺, wenn sie im Kronglas von Leuchtstofflampen enthalten sind, die Absorption schädlicher, im UV-B-Bereich abgegebener, Sonnenbrand hervorrufender Strahlung bewirken, so daß gewisse Phosphore in solchen Lampen benutzt werden können, auf die sonst wegen ihrer unerwünscht hohen Energieabgabe in diesem Bereich verzichtet werden müßte. Allerdings haben derartige energieabsorbierende Stoffe im Glas auch die Tendenz, Energie im UV-A-Bereich zu absorbieren, so daß sie die gesamte Hautbräunungsfähigkeit der Lampe reduzieren.

Gemäß der Erfindung ist festgestellt worden, daß gewisse Erdalkali-substituierte Cerium-Magnesium-Aluminat-Phosphore eine optimale Energieabgabe innerhalb des UV-A-Bereichs und eine minimale Energieabgabe innerhalb des UV-B-Bereichs haben, so daß diese Phosphore für Leuchtstofflampen geeignet sind, die zum Hautbräunen verwendet werden.

Derartige Phosphore werden durch folgende Molekularformel dargestellt:

Ce _xR _y(Mg_1-B Zn _B) _zAl₁₁O_{16,5 + 3/2 (x + y) + z}

worin

R = Ba, Sr, oder Ca
x = 0,80-0,95
y = 0,02-0,15
z = 0,80-1,0 und
B = 0-0,5

Lampen, die solche Phosphore enthalten, haben eine verbesserte Energieabgabe im UV-A-Bereich und eine verringerte Energieabgabe im UV-B-Bereich im Vergleich mit Lampen, die Phosphorzusammensetzungen gemäß dem Stand der Technik enthalten.

Gegenwärtig gehen die Bestrebungen hauptsächlich dahin, neue Phosphore zu entwickeln, die eine maximale Energieabgabe im Hauptbräunungsbereich des elektromagnetischen Spektrums, d. h. von 315-400 nm haben, der als UV-A-Bereich bezeichnet wird, im Gegensatz zu einer Energieabgabe im Sonnenbrand hervorrufenden Bereich unterhalb von 315 nm, dem sogenannten UV-B-Bereich. Ein im Handel erhältlicher Leuchtstoff, der gegenwärtig bei der Hautbräunung verwendet wird, ist BaSi₂O₅ : Pb. Es werden jedoch Phosphore mit höherer Abgabe im UV-A-Bereich und geringerem Strahlungsabfall benötigt.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten, auch unter Hinweis auf ein Beispiel näher erläutert.

Phosphore gemäß der Erfindung lassen sich ohne weiteres durch Mischen der nötigen Mengen geeigneter Ausgangsstoffe sowie durch Brennen in einer reduzierenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur während einer mäßigen Zeitspanne zubereiten. Die Dauer und Temperatur sowie die reduzierende Atmosphäre sind nicht von entscheidender Bedeutung; bevorzugt wird jedoch ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff oder Wasserstoff, ein Temperaturbereich von 1450°C-1750°C und eine Dauer von 1-5 Stunden. Die jeweiligen Ausgangsstoffe sind auch nicht von entscheidender Bedeutung, sollten aber natürlich so gewählt sein, daß sie während des Brennens die nötige Zusammensetzung ergeben. Geeignet sind Verbindungen, die beim Erwärmen zu Oxiden, z. B. Hydroxiden, Carbonaten, Sulfaten, Nitraten usw. zerfallen. Bevorzugte Ausgangsstoffe sind Al(OH)₃, MgO, BaO oder BaF₂, CeO₂ oder CeF₃. Die gegenwärtig besonders bevorzugte Zusammensetzung hat etwa folgende Molekularformel:

Ce_0,90Ba_0,05Mg_1,0Al₁₁O_18,925

Beispiel Zubereitung von Ce_0,90Ba_0,05Mg_1,0Al₁₁O_18,925

Es werden 2,330 g CeO₂, 0,632 g MgO und 0,135 g BaF₂ mit 13,470 g Al (OH)₃ gemischt. Das Gemisch wird 4 Stunden bei einer Temperatur von 1550°C in einer dissoziierten Ammoniakatmosphäre (75 Vol.-% N₂, 25 Vol.-% H₂) gebrannt. Der dabei entstehende Leuchtstoff der oben genannten molaren Zusammensetzung liegt im wesentlichen in hexagonaler Magnetoplumbitphase vor und hat bei Verwendung in einer normalen 40-W- Fluoreszenzlampe eine Emissionsintensitätsspitze bei ca. 349 nm. Die Energieabgabe der Lampe nach 100 Stunden Betriebszeit ist wie folgt:

Wattabgabe unterhalb 315 nm (UV B)-0,15
Wattabgabe zwischen 315 und 400 nm (UV A)-11,20
Strahlungsabgabe nach 100 Stunden (%) - 97,9.

Strahlungsabgabe wird definiert als das Verhältnis zwischen der Energieabgabe im UV-A-Bereich der Lampe, dividiert durch die anfängliche Energieabgabe der Lampe, z. B.

In der beigefügten Tabelle sind Lampendaten für diesen und andere erfindungsgemäße Phosphore im Vergleich zu Leuchtstoff­ zusammensetzungen gemäß dem Stand der Technik aufgeführt. Alle Lampendaten beziehen sich auf Niederdruck-Quecksilberdampflampen, bei denen die spektrale Durchlässigkeit des Lampenglases von ca. 90% bei ca. 350 nm auf nahezu 0 bis ca. 270 nm abnimmt. Es ist also klar, daß ein Teil der UV-A-Strahlung und ein beträchtlicher Teil der UV-B-Strahlung des Phosphors vom Lampenglas absorbiert wird. Die angegebenen Daten beziehen sich auf die Lampen und nicht auf die Phosphore. Einige Punkte in der Tabelle sollten näher erläutert werden. Zunächst zeigen die erfindungsgemäß hergestellten Phosphore nach 100 Betriebsstunden eine Energieabgabe im UV-A-Bereich, die gegenüber den Hochtemperatur-Phosphoren gemäß US-PS 40 88 922 vergleichbar bis höherwertig ist. Allerdings haben die Hochtemperatur- Phosphore, die eine vergleichbare UV-A-Energieabgabe haben, auch eine unerwünscht hohe Energieabgabe im UV-B-Bereich, in dem Sonnenbrand entsteht. Zweitens haben die Phosphore gemäß der Erfindung eine bessere Energieabgabe im UV-A-Bereich gegenüber den übrigen untersuchten Phosphoren gemäß dem Stand der Technik, einschließlich dem Yttrium-substituierten Cerium- Magnesium-Aluminat gemäß US-PS 41 53 572, dem Cerium-Magnesium- Aluminat gemäß GB-PS 14 52 083 und dem handelsüblichen normalen bleiaktivierten Bariumsilicat-Phosphor. Drittens haben die Phosphore gemäß der Erfindung einen geringeren Strahlungsabfall nach 100 Betriebsstunden im Vergleich zum Cerium-Magnesium-Aluminat gemäß GB- PS 14 52 083 und dem normalen handelsüblichen, bleiaktivierten Bariumsilicat-Phosphor.

Die erfindungsgemäßen Erdalkali-substituierten Cerium- Magnesium-Aluminat-Phosphore haben eine optimale Energieabgabe im UV-A-Bereich (im Hautbräunungsbereich) des elektromagnetischen Spektrums und eine minimale Energieabgabe im UV-B-Bereich (dem Sonnenbrandbereich) des elektromagnetischen Spektrums und eignen sich infolgedessen für Leuchtstofflampen zur künstlichen Hautbräunung.

Tabelle

Zusammensetzungs- und 40-W-Niederdruck-Quecksilberdampflampendaten für verschiedene Phosphore zur Hautbräunung

Claims (2)

1. Erdalkali-substituierte Cerium-Magnesium-Aluminat-Phosphore mit hexagonaler Magnetoplumbitstruktur, gekennzeichnet durch folgende molare Zusammensetzung: Ce _xR _y(Mg_1-B Zn _B) _zAl₁₁O_{16,5 + 3/2 (x + y) + z} worin
x = 0,80-0,95
y = 0,02-0,15
z = 0,80-1,0
B = 0-0,5
und R aus der aus Ba, Sr und Ca bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

2. Leuchtstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende molare Zusammensetzung: Ce_0,90Ba_0,05Mg_1,0Al₁₁O_18,925.