DE4014363A1

DE4014363A1 - Uv-polymerisationsgeraet fuer industrielle zwecke

Info

Publication number: DE4014363A1
Application number: DE19904014363
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Nath
Original assignee: Nath Guenther
Current assignee: NATH, GUENTHER, DR., 82041 DEISENHOFEN, DE
Priority date: 1990-05-04
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1991-11-07
Anticipated expiration: 2010-05-05
Also published as: DE4014363C2

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Polymeri sationsgerät mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufge führten Merkmalen, die aus AT-A-3 50 296 bekannt sind.

Die AT-A-3 50 296 und die entsprechende US-A-40 09 382 betreffen Beleuchtungseinrichtungen, die in erster Linie als Polymerisationsgeräte für die Aushärtung von strahlungs polymerisierbaren Dentalkunststoffmassen bestimmt sind. Hierfür wird in erster Linie Strahlung im langwelligen Teil des UV-A-Bereiches (ca. 330 bis 400 nm) und im kurzwelligen sichtbaren Spektralbereich benötigt.

Die bekannten Beleuchtungseinrichtungen der oben erwähnten Art enthalten in erster Linie Wolfram-Halogen-Glühlampen. In den oben angegebenen Patentschriften werden jedoch auch Metalldampf- und Xenon-Hochdrucklampen erwähnt. Hinsichtlich der Füllflüssigkeiten wird gefordert, daß sie das Material des Kunststoffschlauches nicht benetzen sollen, um das Entweichen von Füllflüssigkeit infolge von Diffusion durch den Kunststoffschlauch möglichst gering zu halten, wobei generell wäßrige Lösungen von Alkali- und Erdalkalihalo geniden sowie anderen Salzen, wie Nitrate und Phosphate pauschal erwähnt werden, die der genannten Bedingung genügen.

An Polymerisationsgeräte für industrielle Zwecke werden andere und strengere Anforderungen gestellt. Beispielsweise wird zur Aushärtung von strahlungspolymerisierbaren, UV photosensibilisierten Kunststoffen auf Acrylat-, Epoxy oder Silikon-Basis, wie sie insbesondere zum Schutz und zur Kapselung von Halbleitereinrichtungen verwendet werden, zusätzlich zur UV-A-Strahlung auch Strahlung mit Wellen längen im UV-B-Bereich (ca 280-330 nm) und kürzer benötigt, um den bei Verwendung nur längerwelliger Strahlung auf tretenden, unerwünschten Oberflächenschmierfilm zu vermeiden. Um kurze Behandlungszeiten sowohl für die Poly merisation im Inneren der Kunststoffmasse als auch an deren Oberfläche zu erreichen, ist ferner eine hohe Transmission sowohl im UV-A-Bereich als auch im UV-B-Bereich erforderlich. In der Zahnheilkunde ist dagegen die UV-B-Strahlung wegen der Gefahr der Erythembildung und Konjunktivitis unerwünscht.

Es hat sich gezeigt, daß die bekannten, nicht benetzenden Lichtleiter-Füllflüssigkeiten für industrielle UV-Poly merisationsgeräte, die kurzwellige Strahlung bis herunter in den UV-B-Bereich und gegebenenfalls noch darunter liefern sollen, nicht geeignet sind. Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß sich bei weitgehendem Verzicht auf die Forderung, daß die Füllflüssigkeit den Kunststoffschlauch möglichst wenig benetzen soll, Lösungen einiger weniger Vertreter der sehr zahlreichen Gruppe der Phosphate finden lassen, die sich als Füllflüssigkeit eignen, eine über raschend hohe Transmission bei Wellenlängen im UV-B-Bereich und darunter aufweisen und auch bei der Übertragung intensiver Strahlung mit hohem Anteil im kurzwelligen UV eine ausgezeichnete Langzeitstabilität aufweisen sowie außerdem die Herstellung einer wässerigen Lösung mit hinreichend hohem Brechungsindex erlauben. Diese Bedingungen lassen sich in ihrer Gesamtheit mit den bekannten Salz lösungen nicht erfüllen, welche Alkali- und Erdalkalihalo genide oder -nitrate enthalten und auch nicht mit Lösungen der überwiegenden Anzahl der Vertreter der Phosphat-Gruppe.

Der vorliegenden Erfindung liegt also ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein industrielles UV-Polymerisationsgerät anzugeben, welches mit hohem Wirkungsgrad und ausgezeichneter Langzeitstabilität Strahlung mit Wellenlängen unter 330 nm, also im UV-B- Bereich und gegebenenfalls darunter zu liefern vermag.

Diese Aufgabe wird durch ein UV-Polymerisationsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß wäßrige Lösungen von K₂HPO₄ und gegebenenfalls noch NaH₂PO₄ sowie K₃PO₄ eine ausgezeichnete Transmission für Wellenlängen bis herunter in den UV-B-Bereich aufweisen und sich auch bei Einwirkung intensiver UV-B-Strahlung durch eine hervorragende Langzeitstabilität auszeichnen.

Vorzugsweise werden hochkonzentrierte Lösungen der ange gebenen Substanzen verwendet. Bei Dikaliumhydrogenphosphat (K₂HPO₄) kann die Konzentration beispielsweise mindestens 8 Mol pro Liter betragen; bei Natriumdihydrogenphosphat, (NaH₂PO₄), das sich insbesonder für die Verwendung mit einem Laser als Strahlungsquelle eignet, etwa 7,5 Mol pro Liter und bei tertiärem Kaliumphosphat (K₃PO₄) mindestens etwa 2,3 Mol pro Liter.

Die oben angegebenen Substanzen, vor allem Dikaliumhydrogen phosphat, haben den zusätzlichen Vorteil, daß sie auch bei relativ tiefen Temperaturen, z. B. -15°C, noch nicht aus kristallisieren. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, da ein Ausfallen von Salzen bei der Einwirkung tiefer Temperaturen, z. B. während des Transports, das Polymerisationsgerät un brauchbar machen.

Durch die Verwendung von Lichtquellen, welche Strahlung mit Wellenlängen bis herunter in den UV-B-Bereich emittieren, z. B. Höchstdruck-Gasentladungslampen, wie Quecksilber- Höchstdrucklampen oder Lasern, wird eine hohe Ausgangs leistung im UV-B-Bereich gewährleistet.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erlautert, deren einzige Figur eine schematische Schnitt ansicht eines Polymerisationsgerätes gemäß der Erfindung zeigt.

Das in der Zeichnung dargestellte UV-Polymerisationsgerät für industrielle Zwecke enthält eine Strahlungsquelle in Form einer Hg-Höchstdrucklampe 1 mit einem konkaven Rückspiegel 2 und einem Lichtleiter, der einen Kunststoff schlauch 4 aus FEP, also einem Copolymer aus Polytetrafluor ethylen und Hexafluorpropylen, oder einem anderen flexiblen fluorhaltigen Kunststoff, wie z. B TFB, besteht. Zwischen der Lampe 1 und dem Fenster 3 des Lichtleiters ist ein Quarzkondensor (nicht dargestellt) angeordnet. Der Kunststoffschlauch 4 ist mit einer transparenten Flüssigkeit 5 gefüllt und an beiden Enden durch zylinderförmige Quarz glasfenster 3 bzw. 3′ verschlossen. Der Brechungsindex der Flüssigkeit 5 muß höher sein als der des Materials, aus dem der Kunststoffschlauch 4 besteht und soll bei Verwendung eines Kunststoff-schlauches aus FEP etwa 1,43 oder mehr betragen. Bei Verwendung eines Lasers als UV-Strahlungsquelle kann der Brechungsindex niedriger sein und z. B. etwa 1,40 betragen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Flüssigkeit 5 aus einer wäßrigen Lösung von sekundärem Kaliumorthophosphat oder Dikaliumhydrogenphosphat K₂HPO₄ mit einer Konzentration von mindestens etwa 8 Mol pro Liter, also etwa 1400 g pro Liter. Die Flüssigkeit 5 kann einen geringen, die Transmission nicht wesentlich beein flussenden Zusatz eines Fungizids enthalten und/oder nach dem Füllen und Verschließen des Lichtleiterschlauchs durch Bestrahlung mit Gammastrahlung u. dgl. sterilisiert werden.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung bestand die Strahlungsquelle 1 aus einer 200 W-Quecksilber-Höchst drucklampe des Typs HBO 200. Der Lichtleiter enthielt einen Schlauch aus FEP und hatte eine Länge von 1800 mm und einen Innendurchmesser von 5 mm. Die Füllflüssigkeit des Lichtleiters war eine Lösung von hochreinem K₂HPO₄ in hochreinem H₂O mit einer solchen Konzentration, daß sich der Brechungsindex n_D = 1,43 bei 20°C ergab. Die Strahlung der Lampe wurde durch einen Quarzkondensor hoher Öffnung in den Lichtleiter fokussiert.

In der folgenden Tabelle sind der Anfangswert der Trans mission und die Transmission nach 50 Stunden Bestrahlung für den Lichtleiter dieses Polymerisationsgerätes im Vergleich mit einem bekannten Lichtleiter gleicher Bauart, der jedoch als Füllflüssigkeit eine wässrige CaCl₂-Lösung (n_D = 1,43) enthielt, aufgeführt.

Tabelle

Man sieht, daß bei dem Lichtleiter des erfindungsgemäßen Polymerisationsgerätes nicht nur die Stabilität der Trans mission im UV-A- und UV-B-Bereich ganz erheblich besser ist als bei dem bekannten CaCl₂/H₂O-Lichtleiter sondern auch daß die Anfangstransmission bei den kürzeren Wellenlängen etwas besser ist.

Claims

1. UV-Polymerisationsgerät für industrielle Zwecke mit einer Strahlungsquelle (1), die kurzwellige optische Strahlung liefert, und mit einer Lichtleiteranordnung, die einen Schlauch (4) aus Kunststoff enthält, der an seinen Enden durch transparente Fenster (3, 3′) verschlossen und mit einer transparenten Flüssigkeit (5) gefüllt ist, deren Brechungsindex größer ist als der des Kunststoffes und die eine wäßrige Lösung eines Phosphats enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (5) Dikaliumhydrogenphosphat (K₂HPO₄) und/oder Natriumdihydrogen phosphat (NaH₂PO₄) und/oder Trikaliumphosphat (K₃PO₄) enthält.

2. Polymerisationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschlauch (4) aus FEP besteht.

3. Polymerisationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (5) Dikaliumhydrogen phosphat mit einer solchen Konzentration enthält, daß der Brechungsindex n_D mindestens etwa 1,42 beträgt.

4. Polymerisationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine wässrige Dikalium hydrogenphosphatlosung mit einer Konzentration von mindestens 8 Mol pro Liter ist.

5. Polymerisationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (5) eine wässrige Natriumdihydrogenphosphatlösung mit einer Konzentration von mindestens etwa 7 Mol pro Liter ist.

6. Polymerisationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine wäßrige Trikalium phosphatlösung mit einer Konzentration von mindestens etwa 2,5 Mol pro Liter ist.

7. Polymerisationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Fungizid enthält und/oder durch Bestrahlung sterilisiert ist.