DE69602308T2 - Glaszusammensetzung für eine lampenhülle einer blauen lampe für schwarzes licht - Google Patents
Glaszusammensetzung für eine lampenhülle einer blauen lampe für schwarzes lichtInfo
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Glaszusammensetzung zum Gebrauch bei einer blauen Schwarzlichtlampe.
- Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Glaslampenhülle für eine blaue Schwarzlichtlampe.
- Die erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine blaue Schwarzlichtleuchtstofflampe mit einer Glaslampenhülle aus einer derartigen Glaszusammensetzung. Blaue Schwarzlichtlampen strahlen im Wesentlichen UV-A-Strahlung (Wellenlänge 315-380 nm) aus und nur wenig sichtbares violett-blaues Licht. Derartige Lampen enthalten Queckdampf, in dem im betrieb eine Entladung erzeugt wird, unter Ausstrahlung der charakteristischen Quecksilberspektrallinien, u. a. die der erwünschten 365 nm Länge. An der Innenwand der Lampenhülle ist ein Leuchtstoffpulver angebracht, das kurzwellige UV-B- und -C-Strahlung absorbiert und diese danach in Form der hauptsächlich langwelle UV-A-Strahlung emittiert.
- Die Aufgabe einer blauen Schwarzlichtlampe ist das Aufleuchten lassen bestimmter Materialien durch UV-A-Strahlung, welcher Effekt als Photolumineszenz bezeichnet wird. Dieser Effekt ist am besten sichtbar in dunkler Umgebung. Deswegen ist es von Bedeutung, daß die Lampe möglichst wenig sichtbares Licht ausstrahlt. Dies wird dadurch verwirklicht, daß das Glas der Lampenhülle das emittierte sichtbare Licht zum großen Teil absorbiert. In abgeschaltetem Zustand der Lampe ist das Glas der Lampenhülle schwarz. Das Glas läßt UV-A-Strahlung und etwas violettes und blaues Licht durch, wodurch die eingeschaltete Lampe einen violett-blauen Farbton hat. Die Lampe darf weder schädliche UV-B-Strahlung (Wellenlänge 280-315 nm), noch UV-C-Strahlung (Wellenlänge 100-280 nm) aussenden; diese Strahlung wird nahezu völlig von dem Leuchtstoffpulver an der Innenwand der Lampenhülle absorbiert.
- Solche Lampen werden u. a. bei der Studierung von Mineralien, Edelsteinen, Briefmarken u. a. sowie bei der Ermittlung von Fälschungen, wie Banknoten, Checques, Dokumenten und Gemälden. Die Lampen werden auch gebraucht zur Diag nose und Behandlung von Hautkrankheiten sowie bei der Beleuchtung von Discos (Disco-Leuchten).
- Das Glas der bisherigen blauen Schwarzlichtlampen ist bleihaltig und enthält etwa 20 Gew.-% PbO. PbO fördert die Verarbeitbarkeit und steigert den elektrischen Widerstand des Glases.
- Ein Nachteil der Verwendung von PbO ist die Giftigkeit. Bei der Zubereitung von Bleiglas gelangt PbO in die Atmosphäre durch Zerstäubung und Verdampfung, was für die Operators sowie umweltschädlich ist. Auch bei der Warmbearbeitung von Bleiglas, wie beim "Brücken", Formgestalten und Anschmelzen wird PbO frei. Dies alles erfordert daher eingreifende Anpassungen der Arbeitsumgebung, damit man nicht dem PbO-Einfluß ausgesetzt wird. Ein weiterer Nachteil von PbO ist die auftretende Verringerung der Lichtausbeute bei gedrängten Leuchtstofflampen, die durch Verdampfung und darauf folgende Kondensation von PbO am Leuchtstoffpulver beim Warmverarbeiten des bleihaltigen Rohrglas verursacht wird. Daher hat man bereits lange gesucht nach einem Glas für eine Lampenhülle, das bleifrei ist und dennoch die gewünschten physikalischen Eigenschaften in Bezug auf die Schmelzbarkeit, Erweichung, Ausdehnung und Transmission aufweist.
- Aus der Russischen Patentanmeldung SU-A-1721031 ist ein bleifreies Glas bekannt zum Gebrauch in blauen Schwarzlichtlampen. Die beschriebenen Glaszusammensetzungen mit einer hohen Transmission bei 365 nm enthalten 2 bis 4 Gew.-% B&sub2;O&sub3;.
- Ein Nachteil der Verwendung von B&sub2;O&sub3; ist der hohe Preis dieses Werkstoffes und die Agressivität gegenüber dem feuerfesten Material des Glasofens. Andere Nachteile des jeweiligen bekannten bleifreies Glases sind der hohe Gehalt an BaO (6 bis 8 Gew.-%) und NiO (7 bis 9 Gew.-%), welche Stoffe teuer sind. Wegen des hohen BaO-Gehalts nimmt zugleich die Kristallisationsneigung des Glases stark zu. Dem bekannten bleifreien Glas wird auch noch eine antimonhaltige Komponente als Läuterungsmittel hinzugefügt. Dieser Stoff ist aber toxisch und und bleibt in dem Glas als im Wesentlichen Sb&sub2;O&sub3; zurück.
- Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Glaszusammensetzung für eine Lampenhülle einer blauen Schwarzlichtleuchtstofflampe zu schaffen, wobei diese Glaszusammensetzung bleifrei ist und außerdem nicht die oben genannten Nachteile aufweist und wobei die Transmission für UV- und sichtbare Strahlung der der bekannten Glaszusammensetzung entspricht.
- Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung eine Lampenhülle mit einer derartigen Glaszusammensetzung zu schaffen, deren Transmission für UV-A- Strahlung (hauptsächlich bei einer Wellenlänge von 365 nm) der der bisherigen Lampenhülle wenigstens entspricht.
- Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine blaue Schwarzlichtlampe zu schaffen mit einem Farbton der brennenden Lampe, der dem der bisherigen Lampe entspricht, so daß die bisherige Lampe und die erfindungsgemäße Lampe ohne Weiteres ausgetauscht werden können.
- Diese Aufgabe, ein neu UV-Lichtdurchlässiges, bleifreies Schwarzglas für eine Hülle einer Leuchtstofflampe zu schaffen, wird nach der Erfindung erfüllt durch eine Glaszusammensetzung, die, ausgedrückt in Gewichtsprozent, aus den nachfolgenden Bestandteilen besteht:
- SiO&sub2; 65-75
- Al&sub2;O&sub3; 1-3
- Na&sub2;O 14-18
- K&sub2;O 0,5-5
- MgO 2-5
- CaO 3-6
- CoO 0,45-1,0
- NiO 2,8-3, 4
- Fe&sub2;O&sub3; 0-0,2
- Rest 0-0,3
- Diese Glaszusammensetzung weist nicht die obengenannten nachteiligen Komponenten PbO, B&sub2;O&sub3;, BaO und Sb&sub2;O&sub3; auf. Das Glas enthält bis 0,3 Gew.-% an etwaigen Verunreinigungen, TiO&sub2; und/oder Reste des verwendeten Läuterungsmittels. Das Glas hat eine hohe Transmission für UV-A-Strahlung und ist dadurch mit dem bisherigen Glas austauschbar. Das Glas eignet sich durchaus zur Herstellung von Lampenhüllen für blauen Schwarzlichtlampen.
- Der SiO&sub2;-Gehalt des erfindungsgemäßen Glases beschränkt sich auf 65 -75 Gew.-%. Diese Gehalte führen in Kombination mit den übrigen Bestandteilen zu einem gut schmelzbaren Glas. SiO&sub2; dient als Netzwerkformer. Wenn der Gehalt den Wert 65 Gew.-% unterschreitet verringert der Zusammenhang des Glases sowie die chemische Festigkeit desselben. Übersteigt der Gehalt den Wert von 75 Gew.-%, so wird die Glasbildung erschwert und die Gefahr vor Oberflächenkristallisation nimmt zu.
- Al&sub2;O&sub3; verbessert die chemische Festigkeit und die Festigkeit gegen Verwitterung des Glases. Unterhalb 1 Gew.-% ist der Effekt zu gering und die Kristallisationsneigung des Glases nimmt zu. Über 3 Gew.-% nimmt die Viskosität und die Erweichungstemperatur (Tsoft) des Glases zu viel zu, was die Verarbeitbarkeit des Glases beeinträchtigt.
- Die Alkalimetalloxide Na&sub2;O und K&sub2;O werden als Schmelzmittel verwendet und senken die Viskosität des Glases. Unterhalb der angegebenen Grenzen nimmt Tsoft zu viel zu und über den angegebenen Grenzen nimmt der elektrische Widerstand zu viel ab. Die Alkalimetalloxide dienen zugleich zur Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten (α) des Glases an den des Glases des zum Evakuieren erforderlichen Stengels.
- Die Erdalkalimetalloxide MgO und CaO haben die günstige Eigenschaft, daß sie die chemische Resistenz des Glases verbessern und die Schmelztemperatur (Tmelt) senken. Unterhalb der angegebenen Grenzen nehmen Tsoft und die Kristallisationsneigung zu viel zu.
- CoO und NiO werden dem Glas hinzugegeben, damit das sichtbare Licht absorbiert wird. CoO absorbiert grünes bis rotes Licht (500-700 nm) und NiO absorbiert blaues bis grünes Licht (400-550 nm). Die beiden Komponenten haben den Vorteil, daß sie wenig UV-A-Strahlung um 365 nm herum absorbieren. Die beiden Komponenten sind jedoch sehr teuer und werden in einer möglichst niedrigen Konzentration hinzugefügt. Eine zu niedrige Konzentration jeder Komponente führt zu einer zu hohen Transmission in dem sichtbaren Wellenlängenbereich, wodurch der Farbton einer brennenden Lampe mit einer Hülle aus diesem Glas von dem der bisherigen Lampe abweichen wird.
- Ein NiO-Gehalt über der angegebenen Grenze führt zu einer zu niedrigen Transmission bei einer Wellenlänge von 404,7 nm (eine der Hg-Spektrallinien), wodurch eine brennende Lampe mit einer Hülle aus diesem Glas einen anderen Farbton haben wird als eine bisherige Lampe. Außerdem nimmt über der angegebenen Grenze die UV-A-Absorption zu viel zu.
- Ein CoO-Gehalt über der angegebenen Grenze führt zu einem anderen Farbton der Lampe, d. h. dieser Farbton wird dunkler und blauer. Außerdem wird die IR-Transmission des Glases abnehmen, wodurch das Glas sich schwerer formgestalten läßt. Eine höhere Konzentration an CoO führt auch zu einer höheren UV-A- Absorption. Das Glas kann zugleich noch bis zu 0,2 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; enthalten. Fe&sub2;O&sub3; hat einen günstigen Einfluß auf die Absorption schädlicher UV-B- und UV-C- Strahlung.
- Die bleifreie Glaszusammensetzung nach der Erfindung läßt sich mit Na&sub2;SO&sub4; läutern, wodurch das Glas bis zu 0,2 Gew.-% SO&sub3; enthalten kann. Die Verwendung giftiger Antimonverbindungen wird dadurch vermieden.
- Vorzugsweise hat das erfindungsgemäl3e Glas die nachfolgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent, zur Vermeidung sichtbarer Farbunterschiede brennender blauer Schwarzlichtlampen mit Hüllen aus diesem Glas:
- SiO&sub2; 67,8-68,8
- Al&sub2;O&sub3; 1,6-1,8
- Na&sub2;O 16,7-17,3
- K&sub2;O 1,0-1,2
- MgO 3,2 - 3,6
- CaO 4,5-4,9
- CoO 0,52-0,58
- NiO 2,9-3,1
- Fe&sub2;O&sub3; 0,05-0,09
- Rest 0-0,3
- Die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung ist wegen der hohen Transmission von UV-A-Strahlung und der hohen Absorption von sichtbarem Licht sehr geeignet zur Herstellung von Glashüllen für blaue Schwarzlichtlampen. Diese Hüllen sind meisten rohrförmig mit einem Außendurchmesser zwischen 9 und 30 mm. Auf der Innenseite der Hüllenwand wird ein Leuchtstoffpulver aufgetragen, beispielsweise Strontiumtetraborat, das mit zweiwertigem Europium aktiviert worden ist. Dadurch, daß in dem Glas kein PbO vorhanden ist, tritt bei der Formgestaltung des Rohrglases bei erhöhter Temperatur weder Verdampfung noch Kondensation von PbO auf dem Leuchtstoffpulver auf, so daß die Lichtausbeute der Lampe nicht abnimmt. Eine blaue Schwarzlichtlampe mit einer Hülle aus einer erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung hat im Betrieb denselben Farbton wie die bisherigen blauen Schwarzlichtlampen mit Hüllen aus PbO-haltigem Glas. Asußerdem ist die Ausbeute an UV-A-Strahlung wenigstens gleich der der bisherigen Lampen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- - Fig. 1 die Kurve der Transmission T (in %) als Funktion der Wellenlänge λ (in nm) eines Glases mit einer Dicke von 0,85 nm und mit einer Zusammensetzung nach der Erfindung,
- Fig. 2 die Kurve der Transmission T (in %) als Funktion der Wellenlänge λ (in nm) eines bisherigen Glases für eine blaue Schwarzlichtlampe mit einer Glasdicke von 0,85 mm,
- Fig. 3 eine Ansicht einer blauen Schwarzlichtlampe und
- Fig. 4 das relative Emissionsspaktrum einer blauen Schwarzlichtlampe mit einer Hülle aus einer Glaszusammensetzung nach der Erfindung.
- Es wird eine Glaszusammensetzung zum Schmelzen gebracht, ausgehend von den nachfolgenden Werkstoffmengen:
- Quarzmehl 1242,9 g
- Kalifeldspat 182,3 g
- Soda 575,0 g
- Dolomit 308,5 g
- Kobaltoxid 11,9 g
- Nickeloxid 60,6 g
- Eisenoxid 0,9 g
- Natriumsulfat 100 g +
- Insgesamt 2392,1 g
- Das Schmelzen des Glases erfolgt in einem Platintiegel in einem gasgeheizten Laborofen bei 450ºC. Das Natriumsulfat dient als Läuterungsmittel. Aus dem Gemisch entstehen 2.0 kg Glas. Beim Schmelzen und bei der Weiterverarbeitung treten keine besonderen Probleme auf. Aus dem geschmolzenen Glas werden Platten gegossen und Kugeln geblasen.
- Die Zusammensetzung des erhaltenen erfindungsgemäßen Glases und die physikalischen Eigenschaften sind in der Tafel 1 angegeben. Zum Vergleich ist in dieser Tafel eine bisherige bleihaltige Glaszusammensetzung einer blauen Schwarzlichtlampe angegeben. TAFEL 1
- Die Symbole in der Tafel 1 haben die nachfolgende Bedeutung:
- I&sub2;&sub5;&submin;&sub3;&sub0;&sub0;: mittlerer Ausdehnungskoeffizient zwischen 25/C und 300/C.
- Tstrain (/C): Temperatur, bei der η (Viskosität) = 1014,5 dpa·s, als niedrige Entspannungstemperatur bezeichnet.
- Tann (/C):Temperatur, bei der η = 1013,0 dPa·s, als hohe Entspannungstemperatur bezeichnet.
- Tsoft (/C):Temperatur, bei der η = 107,6 dPa·s, als Erweichungstemperatur bezeichnet.
- Twork (/C):Temperatur, bei der η = 104,0 dPa·s, als Arbeitstemperatur bezeichnet.
- Tmelt (/C):Temperatur, bei der η = 102,0 dPa·s, als Schmelztemperatur bezeichnet.
- Rho (ohm.cm) apezifischer elektrischer Widerstand.
- Tk100 (/C):Temperatur, bei der p (Rho) = 108 ohm.cm.
- Tg (/C):Transformationstemperatur.
- log(Rho)&sub2;&sub5;&sub0;: Logarithmus mit Grundzahl 10 von Rho bei 250/C.
- log(Rho)350: Logarithmus mit Grundzahl 10 von Rho bei 350/C.
- s.m. (kg/m³): spezifische Masse.
- Die Transmission des Glases (einschließlich der Reflexionsverluste an der Oberfläche) in dem Bereich zwischen 200 und 800 nm ist gemessen an einer doppelpolierten Glasplatte mit einer Dicke von 0,85 mm. Diese Dicke entspricht der Wandstärke einer Umhüllung einer bestehenden blauen Aschwarzlichtlampe.
- Fig. 1 zeigt die Kurve der Transmission T (in %) als Funktion der Wellenlänge λ (in nm) des erfindungsgemäßen bleifreien Glases. In Fig. 2 ist derselbe Zusammenhang zwischen bestehendem bleifreiem Glas für Umhüllungen von blauen Schwarzlichtlampen dargestellt. Die beiden Kurven sind nahezu identisch in der Form. Die bleifreie Glaszusammensetzung nach der Erfindung (Tafel 1, Spalte 2) hat vergleichbare physikalische Eigenschaften wie die eines bestehenden bleihaltigen Glases (Tafel 1, Spalte 3) und ist somit geeignet als Ersatz für die bestehende bleihaltige Glaszusammensetzung für eine Hülle einer blauen Schwarzlichtlampe.
- Die Tafel 2 zeigt die Transmissionswerte des erfindungsgemäßen bleifreien Glases und des bestehenden bleihaltigen Glases bei einer Anzahl wichtiger Wellenlängen.
- Die Wellenlänge von 280 nm und die Quecksilberlinien 296,7; 302,2 und 312,6 nm gehören zu der UV-B-Strahlung. Von 290 nm an wird diese Strahlung zum Teil von dem Glas durchgelassen. Diese Strahlung wird jedoch völlig absorbiert durch das Leuchtstoffpulver auf der Innenwand der Lampenhülle.
- Die Wellenlänge von 365 nm, die zu der UV-A-Strahlung gehört, ist eine der Quecksilberlinien und ist zugleich die Wellenlänge, bei der das übliche Leuchtstoffpulver maximal emittiert. Die Transmission des Glases soll bei dieser Welenlänge maximal sein.
- Die Transmissionen bei der Quecksilberlinien 404,7 nm und bei den Wellenlängen 410 und 430 nm sind von bedeutung, weil diese den Übergang bilden, bei dem UV-A-Strrahlung durchgelassen und das sichtbare Licht absorbiert wird. Für blaue Schwarzlichtlampen soll dieser Übergang möglichst scharf sein, d. h. die Lampe soll nur wenig sichtbares Licht und viel UV-A-Strahlung emittieren.
- Die Transmissionen bei den Wellenlängen 510 und 560 nm sind von Bedeutung, weil digitalisierten Augenempfindlichkeit gerade in diesem Wellenlängenbereich maximal ist und die Absorptionskoeffizienten von NiO bzw. VoO hier minimal sind. Eine Senkung des NiO- und/oder des CoO-Gehalts ist bei diesen Wellenlängen am deutlichsten spürbar in der Form einer Transmissionserhöhung. TAFEL 2
- In der Tafel 3 ist der Einfluß des Gehalts an CoO und NiO in den Gläsern 1-7 auf die Transmission bei verschiedenen Wellenlängen sichtbaren Lichtes anmgegeben. Die Konzentrationen der übrigen Komponenten, ausgenommen SiO&sub2;, sind dabei konstant gehalten. Alle Transmissionen sind bei einer Glasstärke von 0,85 mm gemessen worden. Die Gläser 1-3 sind bleifreie Gläser nach der Erfindung. Das Glas 1 entspricht der der Tabeller 1 und 2. Die Gläser 4-7 sind bleifreie Gläser nicht nach der Erfindung, in denen nur der Co)- und/oder der NiO-Gehalt variiert ist. Die Gläser 4-7 zeigen eine zu hohe Transmission bei den Wellenlängen 410; 430; 510 und 560 nm. Minimal 0,45 Gew.-% CoO ist erforderlich für eine ausreichend niedrige Transmission in dem sichtbaren Wellenbereich. Aus demselben Grund soll auch NiO einen minimalen Gehalt enthalten.
- Es stellt sich heraus, daß die weiteren Komponenten, wie Na&sub2;O, in dem Glas keinen Einfluß auf die Transmission von sichtbarem Licht haben. TAFEL 3
- Das hergestellte bleifreie erfindungsgemäße Glas wird auf eine an sich bekannte Art und Weise zu einer Röhrenform mit einem Außendurchmesser von 16 mm ausgezogen. Die erhaltene Röhre wird auf der Innenseite mit einem SrB&sub4;O&sub7; : Eu- Leuchtstoffpulver versehen und zu einer blauen Schwarzlicht-Leuchtstofflampe weiter verarbeitet. Fig. 3 zeigt schematisch eine Ansicht einer blauen Schwarzlichtlampe 1 mit einer röhrenförmigen Hülle 3 aus einem Glas mit einer Zusammensetzung nach der Erfindung. Die Lampe ist auf beiden Enden mit Kontaktstiften 5 und 5' versehen zum Anschließen an die Netzspannung.
- In Fig. 4 ist das relative Emissionsspektrumeiner derartigen brennenden Lampe dargestellt. In dieser Figur ist vertikal die Emission E in arbiträren Einheiten (a. u.) und horizontal die Wellenlänge λ (in nm) aufgetragen. Deutlich ersichtlich ist, daß die Lampe fast ausschließlich UV-A-Strahlung emittiert mit einem Maximalwert bei λ = 365 nm. Das Emissionsspektrum entspricht dem einer bestehenden blauen Schwarzlichtlampe mit einer bleihaltigen Glashülle.
- Ein Glas mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist bleifrei, enthält kein B&sub2;O&sub3; und eignet sich durchaus zum Gebrauch als Hülle einer blauen Schwarzlichtlampe. Eine derartige Lampe hat im Betrieb denselben blau-violetten Farbton wie eine bestehende Lampe mit einer Hülle aus bleihaltigem Glas. Der CoO- und der NiO-Gehalt liegen dazu innerhalb sehr enger Grenzen, wobei insbesondere der CoO-Nenngehalt wesentlich von dem der bekannten bleihaltigen Gläser abweicht.
Claims (4)
1. Für UV-Licht durchlässiges, bleifreies schwarzes Glas für eine Hülle
einer Leuchtstofflampe, wobei das Glas, ausgedrückt in Gewichtsprozent, aus den
nachfolgenden Bestandteilen besteht:
SiO&sub2; 65-75
Al&sub2;O&sub3; 1-3
Na&sub2;O 14-18
K&sub2;O 0,5-5
MgO 2-5
CaO 3-6
CoO 0,45-1,0
NiO 2,8-3,4
Fe&sub2;O&sub3; 0-0,2
Rest 0-0,3
2. Glas nach Anspruch 1 mit der nachfolgenden Zusammensetzung:
SiO&sub2; 67,8-68,8
Al&sub2;O&sub3; 1,6-1,8
Na&sub2;O 16,7-17,3
K&sub2;O 1,0-1,2
MgO 3,2-3,6
CaO 4,5-4,9
CoO 0,52-0,58
NiO 2,9-3,1
Fe&sub2;O&sub3; 0,05-0,09
Rest 0-0,3.
3. Lampenhülle mit einer Glaszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2.
4. Leuchtstofflampe mit einer Lampenhülle mit einer Zusammensetzung
nach Anspruch 1 oder 2.
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