DE3103936C2 - Verfahren zur Herstellung von Lichtsammelsystemen aus fluoreszenzfarbstoffdotierten Polymermaterialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfärben von Lichtsammelsystemen, bestehend aus Schichten von fluoreszenzfarbstoffdotierten Polymermaterialien. Den Farbstoff in ein transparentes Polymer zu bringen, ist nach den bekannten Verfahren nachteilig wegen thermischer und chemischer Belastung des Farbstoffes. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Farbstoff mittels Diffusion aus der Lösung oder aus der Gasphase in das transparente Material zu schaffen. Hierdurch ist es mit Hilfe von z.B. geeigneter Wahl der Temperatur möglich, Farbstoffkonzentrationsprofile zu erstellen.

Description

(a) eine den Polymerkörper umgebende und den Farbstoff gelöst enthaltende flüssige Phase oder

(b) eine den Polymerkörper umgebende und den Farbstoff in verdampfter Form enthaltende Gasphase dient

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lichtsammeisystemen aus fluoreszenzfarbstoffdotierten Polymermaterialien, gemäß dem Oberbegriff des einzigen Anspruchs wie er aus der DE-OS 29 41 313 bekannt ist.

Aufgrund ihrer guten optischen Eigenschaften eignen sich diese eingefärbten Platten besonders für den Einsatz in lichtkonzentrierenden Systemen. Der Fluoreszenzkollektor und seine Varianten sind in verschiedenen Patentanmeldungen beschrieben DE-OS 26 20 115, DE-OS 26 29 641, DE-OS 26 28 281.

Das in der DE-OS 29 41 313 beschriebene »Tauchverfahren« ermöglicht unter gewissen Voraussetzungen das Aufbringen dünner Farbstoffschichten auf transparente Materialien, von einer Diffusion wird nicht gesprochen. Die Farbstoffablagerung beschränkt sich daher auf die äußerste Oberfläche. Der Farbstoff läßt sich somit mechanisch abtragen, z. T. sogar abwischen. Die Langzeitstabilität dieser Schicht ist durch den Einfluß der Witterung gering.

Gemäß der GB-PS 2003 290 ist eine offenporige Struktur durch Tauchen in eine Farbstofflösung eingefärbt worden. Solche Strukturen sind jedoch nicht für Lichtsammeisysteme geeignet, da die Poren zu starker Streuung führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die fluoreszierenden Farbstoffe in die transparenten Polymermaterialien so einzubringen, daß keine Abnutzungserscheinungen und hohe Langzeitstabilität gegeben sind.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch das Verfahren nach dem einzigen Patentanspruch.

Der Färbevorgang erfolgt durch Diffusion

1. aus Lösung,

2. aus der Gasphase.

Im Falle von Polymethylmethacrylaten ermöglicht dies den Einsatz von gegossenem transparentem Ausgangsmaterial, welches die besten optischen Eigenschaften besitzt (geringe innere Streuung, keine innere Spannung, gute Oberflächenqualität, hohe Glastemperatur).

Die Einfärbung von polymeren Materialien mit Hilfe von Diffusion wird zwar in DE-OS 26 32 418, GB 9 21 063, GB 9 21 125, IT 5 24 699, Kunststoff-Handbuch, Bd. 1, 1975, S. 1161, beschrieben. Es handelt sich dabei einmal um die Erzeugung eines visuellen Farbeindrucks auf Fasern durch rein absorbierende Farbstoffe und zum andern um die Erzeugung von Oberfläcnenfärbungen. (n der vorliegenden Erfindung wird jedoch im Gegensatz dazu ein Diffusionsverfahren für Fluoreszenzzwecke, insbesondere für Lichtsammelsysteme beschrieben. Dies stellt sowohl an die Führung des Diffusionsvorgangs als auch an die Eigenschaften der erhaltenen Materialien besondere Anforderungen. Bei Fluoreszenzanwendungen, insbesondere bei Lichtsammelsystemen, müssen z. B. im Gegensatz zu den o. a.

ι» Diffusionsverfahren die optischen Eigenschaften der Oberfläche z. B. das Reflexionsvermögen, weitgehend erhalten bleiben. Weiterhin müssen die Materialien auch nach dem Diffusionsvorgang völlig klar bleiben.

Das erfindungsgemäße Diffusionsverfahren ermöglicht den schonenden Einbau von Farbstoffen in Kunststoffen mit unterschiedlichen Dotierungsprofilen. Damit können sowohl die Lichtstabilität wie auch der Wirkungsgrad des lichtsammelnden Systems positiv beeinflußt werden.

1. Methode: Diffusion aus Lösung

Als Polymere wurden Polymethylmethacrylat, Polyäthylen und Celluloseacetat verwendet Das Verfahren läßt sich analog auf andere Polymere übertragen.

Das Färbeverfahren wird am Beispiel des Polymethylmethacrylats beschrieben. Der verwendete Farbstoff, z. B. 3-Acetylperylen, wird in einem Lösungsmittel, das das Polymere nicht angreift, z. B. Methanol, gelöst. Das Polymere wird als fertiges Teil in die Farbstofflösung gegeben, in das der Farbstoff eindiffundiert. Bei Zimmertemperatur beträgt die Eindringtiefe des 3-Acetylperylens aus Methanol nach einer Woche ca. 2 mm. Die Oberfläche des Polymers bleibt bei Verwendung

v-, geeigneter Lösungsmittel vollständig intakt.

Das Diffurionsverhalten wird von der Wahl des Lösungsmittels stark beeinflußt. So diffundiert z. B. t-butyliertes Rubicen aus Pentan auch nach einer Woche Diffusionszeit nicht meßbar in Polymethylmethacrylat,

«ο während es aus methanolischer Lösung tnit vergleichbarer Geschwindigkeit wie 3-Acetylperylen diffundiert.

Eine Beschleunigung des Diffusionsvorgangs wird in vielen Fällen durch die Zugabe von Chloroform erreicht. Verursacht wird dies einerseits durch die gute

■»5 Löslichkeit vieler Farbstoffe in Chloroform, die wiederum zu einer hohen Farbstoffkonzentration in der Lösung führt und andererseits durch das Aufquellen der Oberfläche des Kunststoffsubstrates. Bei nachträglichem Tempern der gefärbten Proben bei 60-80⁰C im Trockenschrank gehen sie in ihren Ausgangszustand zurück, ohne ihre guten optischen Eigenschaften verloren zu haben. Jedes Kunststoff-Farbstoff-System kann hinsichtlich der Lösungsmittelzusammensetzung optimiert werden.

Die Eindringtiefe des Farbstoffes in das Plexiglas läßt sich durch die geeignete Wahl der Parameter wie Temperatur, Farbstoffkonzentration in der Lösung sowie die Lösungsmittelzusammensetzung variieren. Im Falle der Einfärbung von Polymethylmethacrylat mit

ίο 3-Acetylperylen in methanolischer Lösung konnte eine homogene Farbstoffdotierung erreicht werden.

Vorteile dieses Verfahrens liegen auch darin, daß beliebig geformte Teile eingefärbt werden können.

t>5 2. Methode: Diffusion aus der Gasphase.

Zum Beispiel Polymethylmethacrylat wird evtl. im Vakuum z. B. mit 3-Acetylperylen zusammengebracht

und 14 Tage auf ca. 80— 100°C erhitzt. Das Ergebnis ist analog 1. Die Diffusion erfolgt jedoch langsamer. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist, daß die Oberfläche des Materials in keinerlei Weise beeinträchtigt wird.

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Lichtsammelsystesnen aus fluoreszenzfarbstoffdotierten Polymermaterialien durch EinPxben vorgeformter Teile aus transparenten Polymeren mit fluoreszierenden Farbstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluoreszenzfarbstoff durch Diffusion in die vorgeformten Teile eingebracht wird, wobei als Diffusionsquelle