EA004506B1

EA004506B1 - Усовершенствованный светящийся материал

Info

Publication number: EA004506B1
Application number: EA200300006A
Authority: EA
Inventors: Крейг Джеймсон Бэйлли; Стефен Ламберт
Original assignee: Крейг Джеймсон Бэйлли; Стефен Ламберт
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2004-04-29
Also published as: IL153283A0; EE200200680A; CN1649979A; HUP0300802A3; EA200300006A1; HRP20030010A2; NZ524226A; NO20025714L; NO20025714D0; AU6254501A; US20040021407A1; US7507352B2; PL358226A1; BR0111476A; CA2410437A1; HUP0300802A2; BG107444A; JP2003535954A; AU2001262545B2; WO2001094496A1

Abstract

Светящийся материал, включающий матрицу из каучукового, стеклянного или пластикового материала. Люминесцентный материал диспергирован в матрице, и краситель диспергирован в матрице. Краситель придает матрице цвет при ее наблюдении в практически белом свете, и краситель делает возможной существенную передачу света, излучаемого люминесцентным материалом.

Description

Настоящее изобретение относится к светящимся материалам, имеющим улучшенные свойства.

Термопластичные материалы, имеющие люминесцентные свойства или способность светиться в темноте, хорошо известны. Однако сами эти материалы обычно имеют тусклый бледный зеленый или серый цвет в условиях дневного освещения, что может сделать изделия, изготовленные из таких материалов, плохо видимыми при дневном свете, а также мало привлекательными. Попытки увеличить видимость таких изделий вводом красителей в термопластичные материалы дали неблагоприятный эффект понижения светимости, поскольку краситель гасит свет, испускаемый люминесцентным материалом в термопластике, уменьшая в результате послесвечение материала. Это делает светимость изделия более тусклой и менее продолжительной по сравнению со светимостью неокрашенного изделия.

Например, сигнальные знаки с люминесцентными частями были предложены ранее в υδ-Α-3796869, υδ-Α-4210953, υδ-Α-4546416 и υδ-Ά-5757111. Патент США 5752761 описывает дополнительно облицовку сигнального знака, содержащую комбинацию люминесцентного красящего материала и отражающего красящего материала.

Настоящее изобретение направлено на устранение вышеупомянутых недостатков.

Соответственно первый аспект настоящего изобретения направлен на светящийся материал, включающий матрицу из каучука, стекла или пластика, люминесцентный материал, диспергированный в матрице, и краситель, диспергированный в матрице, причем краситель придает матрице цвет, когда ее наблюдают в практически белом свете, и делает возможной передачу основной части света, излучаемого люминесцентным материалом. Таким образом, материал имеет свойства и высокой видимости, благодаря красителю, и высокой светимости, благодаря тому, что краситель не гасит свет светящегося материала. Небольшое количество красителя, как раз достаточное для того, чтобы обеспечить требуемое окрашивание светящегося материала, дает наименее возможное гашение, выполняя в то же время функцию окрашивания.

Предпочтительно люминесцентный материал включает редкоземельный металл, такой как европий или диспрозий, который предпочтительно находится в виде металла, оксида или алюмината.

Желательно, люминесцентный материал далее содержит щелочно-земельный металл, такой как стронций, который предпочтительно находится в форме металла, оксида или алюмината.

Предпочтительно люминесцентный материал дополнительно включает частицы, имеющие размеры между 8 и 100 мкм. Такая мелкая частица дает высокий уровень светимости, позволяя формовать, экструдировать или любым другим способом изготавливать из материала даже очень мелкие частицы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения мас.% люминесцентного материала от матрицы находится между 4 и 32,5 мас.%, лучше между 4 и 20 мас.% и предпочтительно между 6 и 12 мас.%.

Предпочтительно краситель включает флуоресцентный материал. Это дает улучшенную видимость светящегося материала в условиях слабого освещения, поскольку он будет флуоресцировать любое внешнее излучение, а также реэмитировать любое излучение, накопленное от более высоких световых уровней. Вдобавок цветовой спектр флуоресцентного материала, сравнимый со спектром светящегося материала, является таким, что гашение люминесценции красителем сильно понижено. Светящийся материал возбуждается светом, имеющим длину волны в интервале от 520 до 525 нм, тогда как флуоресцентный материал флуоресцирует в интервале от 340 до 360 нм, ввиду чего эти характеристики не мешают друг другу.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения флуоресцентный материал, включенный в краситель, является флуоресцентом желтого цвета спектра. Это дает минимальный эффект гашения, при котором максимизируется светимость, а также обеспечивается высокий уровень видимости при дневном свете.

Предпочтительно материалом матрицы является полиуретан, сополимер стирола и бутадиена, полиолефин (предпочтительно полипропилен или полиэтилен), акриловые смолы, АВ δ (акрилонитрилбудадиенстирол), полиэтилентерефталат или поликарбонат. Предпочтительно материал матрицы имеет высокую прозрачность. Это обеспечивает улучшенную передачу люминесцентного свечения через материал матрицы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения люминесцентный материал составляет по меньшей мере 90 мас.% от общей массы люминесцентного материала и красителя. Предпочтительно люминесцентный материал составляет 94-99 мас.% от общей массы люминесцентного материала и красителя.

Предпочтительно люминесцентный красящий материал составляет 94-96 мас.% от общей массы люминесцентного материала и красителя.

Предпочтительно мас.% красителя от материала матрицы находится в интервале между 0,2 и 1 мас.%.

Предпочтительно флуоресцентный материал, включенный в краситель, представляет собой пигмент. В предпочтительном варианте осуществления изобретения пигмент является органическим, и предпочтительно пигмент вводят в носителе, являющемся продуктом сокон денсации полиамида. Это делается для того, чтобы заставить пигмент быть совместимым с каучуковым или пластиковым материалом матрицы.

В благоприятном варианте осуществления изобретения материал матрицы представляет собой полимер технического сорта. Предпочтительно полимер имеет высокую прозрачность, и предпочтительно полимер является одним из акриловых полимеров, АВ8, поликарбоната или полиамида, такого как найлон или полиамидный эластомер. Полимеры технического сорта дают светящийся материал, который является более устойчивым к влиянию погоды и потому более подходящим для наружного использования.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения мас.% люминесцентного материала от объединенной массы люминесцентного материала и красителя составляет по меньшей мере 99 мас.%, и предпочтительно находится в интервале между 99,1 и 99,98 мас.%, и желательно между 99,7 и 99,9 мас.%.

Предпочтительно мас.% красителя от матрицы полимера технического сорта находится между 0,005 и 0,05 мас.%.

Предпочтительно краситель, используемый с матрицей полимера технического сорта, представляет собой краситель типа краски.

Предпочтительно краситель является практически белым. Это придает светящемуся материалу белый цвет, делая его пригодным для широкого круга применений и придавая ему хорошую видимость в дневном свете.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения мас.% люминесцентного материала от объединенной массы люминесцентного материала и белого красителя составляет по меньшей мере 97 мас.% и предпочтительно находится в интервале между 98,2 и 99,67 мас.%.

Предпочтительно мас.% белого красителя от материала матрицы находится в интервале между 0,33 и 3 мас.%.

Предпочтительно материал матрицы, используемый с белым красителем, имеет высокую прозрачность и предпочтительно является одним из полиуретана, сополимера стирола и бутадиена, полиолефина (предпочтительно полиэтилена или полипропилена), акрилового полимера, АВ 8, полиэтилентерефталата, поликарбоната или полиамида.

Предпочтительно белый краситель включает одно или несколько соединений из диоксида титана, карбоната кальция, диоксида кремния и других полупрозрачных белых красителей. Предпочтительно белый краситель включает сочетание диоксида титана и диоксида кремния.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения светящийся материал дополнительно включает оптический отбеливатель, диспергированный в матрице. Это дает то преимущество, что улучшаются и видимость мате риала в дневном свете, и видимость в темноте за счет люминесценции.

Предпочтительно оптический отбеливатель представляет собой флюоресцентный синий краситель.

Второй аспект настоящего изобретения направлен на способ изготовления светящегося материала, как он описан выше, включающий стадии

a) компаундирования красителя в материал матрицы из каучука, стекла или пластика и

b) компаундирования в материал матрицы люминесцентного материала, включающего по меньшей мере один щелочно-земельный металл и по меньшей мере один редкоземельный металл.

Альтернативно, порядок стадий а) и Ь) изменен на обратный.

Альтернативно, стадии компаундирования из а) и Ь) объединены в единую стадию смешения.

Предпочтительно приготовление светящегося материала проводят, используя оборудование, приспособленное для того, чтобы понизить сдвиговую деформацию материала.

Третий аспект настоящего изобретения направлен на красящий состав, включающий краситель и люминесцентный материал, где красящий состав пригоден для ввода в материал матрицы из каучука, стекла или пластика для создания светящегося материала, как он описан выше.

Предпочтительно красящий состав готовят в универсальном маточном носителе, который предпочтительно имеет этиленовую основу, таком как полиэтиленметакрилат или полиэтиленвинилацетат. Это обеспечивает хороший уровень диспергирования красителя и светящегося материала внутри материала матрицы.

Предпочтительно красящий состав готовят в до 65 мас.% по массе носителя.

Предпочтительно красящий состав вводят в концентрации выше 10%. Предпочтительно кристаллы стронция и частицы красителя действуют как наполнители. Это имеет эффект снижения воспламеняемости вышеупомянутых термопластиков в испытании горячей проволокой по электрическим стандартам. Это особенно важно для варианта белого компаунда, который имеет эффективность примерно на 1% выше, чем другие цвета.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения красящий состав компаундируют в термопластик. Это дает в результате еще более высокую огнестойкость, поскольку отсутствие этиленового носителя повышает температуру вспышки пластиков.

Предпочтительно красящий состав готовят в машине, оборудованной шнеком с малым сдвигом.

Предпочтительно красящий состав готовят путем добавления люминесцентного материала и красителя к носителю, когда носитель достаточно сильно нагрет или расплавлен. При таком способе уменьшается сдвиг материала.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения красящий состав дополнительно включает оптические отбеливатели.

Четвертый аспект настоящего изобретения направлен на изделие, изготовленное из светящегося материала, как он описан выше. Альтернативно, несветящееся изделие может быть снабжено покрытием или внешним слоем из светящегося материала.

Предпочтительно изделие изготавливают литьем светящегося материала. Отливка может быть образована литьем под давлением, или совместным литьем под давлением, или другими подходящими способами (такими как, например, литьевое прессование или т.п.). Альтернативно, изделие может быть изготовлено экструдированием светящегося материала.

Предпочтительно изделие включает по существу отражающий слой на своей обратной или внутренней стороне. Предпочтительно отражающий слой является белым. Это увеличивает и видимость при дневном свете, и светимость изделия за счет отражения света назад к наблюдателю.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения изделие имеет наложенный на него слой, содержащий отражающие стеклянные бусины или подобное им для улучшения видимости.

Предпочтительно изделие представляет собой липкую ленту, пленку или слой. Предпочтительно люминесцентный материал составляет не более чем 65 мас.% от всего светящегося материала, красителя и материала матрицы, использованных для изготовления ленты.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения изделие представляет собой переключатель. Согласно изобретению предлагается переключатель, который хорошо виден и в условиях дневного/белого света, и в темноте, такой как ночь, или в аварийной ситуации, или при выключении энергии. Предпочтительно переключатель представляет собой переключатель света, пригодный для управления электрическим светом. Альтернативно, переключатель пригоден для использования в качестве части клавиатуры компьютера.

Предпочтительно переключатель света включает электрическое устройство, излучающее свет, управляемое переключателем так, что свет излучается, когда переключатель находится во включенном положении. Это выгодно тем, что излучаемый свет действует на зарядку светящегося материала в переключателе так, чтобы люминесцентное свечение было максимальным, когда переключатель выключен, делая тем самым переключатель более видимым в темноте.

Предпочтительно переключатель является водозащищенным. Таким образом, он может быть использован в подводном оборудовании. Видимость под водой может быть плохой, так что переключатель с улучшенной видимостью является явно выгодным.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения краситель в светящемся материале переключателя придает переключателю белый цвет. Переключатели белого цвета являются обычно используемыми, так что белый светящийся выключатель, вероятно, будет лучше сочетаться с существующим окружением.

Предпочтительно переключатель изготавливают из огнестойкого материала. Предпочтительно для того, чтобы сделать переключатель огнестойким, вводят дополнительные материалы.

Альтернативно, изделие является частью любого из вышеупомянутых переключателей. Предпочтительно часть переключателя приспосабливают так, чтобы она подходила к ранее существовавшему несветящемуся переключателю или к его кожуху. Таким путем обычный переключатель может быть легко изменен так, чтобы иметь желаемые свойства хорошей видимости, обеспечиваемые светящимся материалом согласно настоящему изобретению.

Предпочтительно изделие представляет собой футляр фонаря или часть футляра, который является каучуковой или пластиковой отливкой. Сочетание люминесцентного красящего материала и отражающего красящего материала обеспечивает хорошую видимость (и свойства послесвечения) не только в темноте, но также и в условиях хорошего освещения. Футляр или часть его имеет яркий светящийся внешний вид, а также послесвечение в отсутствии света.

Футляр или его часть с хорошими свойствами послесвечения обычно имеет хорошие эстетические свойства, имея в дневном свете яркий сильно флуоресцирующий цвет, а не молочный цвет, обычно ассоциируемый с известными послесветящимися продуктами. Футляр или его часть хорошо видны в условиях слабого освещения, поскольку они могут флуоресцировать в ответ и на внешнее излучение, и на накопленное излучение.

Предпочтительно отливки для футляра или его части формуют из матрицы, включающей каучуковый или пластиковый материал (который может быть термопластичным, что является предпочтительным, или в некоторых вариантах осуществления изобретения термореактивным), с диспергированными в ней красящими материалами.

Частью футляра согласно изобретению может быть, например, по меньшей мере, часть основного корпуса, обшивка, закрывающий колпачок, бозель, кнопка, шайба или тому подобное.

Предпочтительно изделие представляет собой электрическую вилку, которая изготовлена из огнестойкого материала. Предпочтительно

Ί для того, чтобы сделать переключатель огнеупорным, добавляют дополнительные материалы.

Примеры аспектов настоящего изобретения будут теперь описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1(а) и 1(Ь) показывают графики эмиссии свечения образца светящегося материала согласно настоящему изобретению в сравнении с эмиссией свечения сравнительного образца светящегося материала, окрашенного обычным красителем в обычной концентрации;

фиг. 2(а) и 2(Ь) показывают графики эмиссии свечения образца светящегося материала согласно настоящему изобретению в сравнении с эмиссией свечения сравнительного образца светящегося материала, окрашенного обычным красителем в пониженной концентрации;

фиг. 3(а) и 3(Ь) показывают графики эмиссии свечения образца светящегося материала по настоящему изобретению в сравнении с эмиссией свечения образца светящегося материала, окрашенного флуоресцентным красителем в обычной концентрации.

Все варианты осуществления светящегося материала включают материал матрицы из каучука, стекла или пластиков с диспергированными в нем и красителем для придания светящемуся материалу цвета и увеличения его видимости и эстетической привлекательности в дневном свете, и люминесцентным материалом, позволяющим ему светиться в темноте. Краситель и его пропорцию в материале в целом выбирают так, чтобы его гасящий эффект на свечение, излучаемое светящимся материалом, было таким низким, как возможно, так, чтобы была улучшена и видимость в дневное время, и видимость в темноте.

Люминесцентный материал обычно может представлять собой редкоземельный металл или его оксид, или алюминат. Подходящими являются европий и диспрозий. Дополнительно в сочетании с редкоземельным металлом могут быть использованы щелочно-земельные металлы, их оксиды или алюминаты, подходящим примером является стронций. Люминесцентный материал по своей природе состоит из частиц, и частицы имеют размер между 8 и 100 мкм. Доля люминесцентного материала в светящемся материале является такой, чтобы его процентное содержание по массе относительно массы материала матрицы было между 6 и 32,5 мас.%. В идеале используют количество между 6 и 12 мас.%.

Краситель может быть таким, который придает обычный цвет светящемуся материалу, или он может включать, полностью или частично, флуоресцентный материал так, чтобы сделать светящийся материал флуоресцирующим. Это сильно улучшает свойства светящегося материала, поскольку флуоресценция придает светящемуся материалу увеличенную видимость при низких уровнях освещения по сравнению с видимостью не флуоресцирующего материала. Кроме того, снижается гашение свечения светящегося материала, поскольку цветовой спектр флуоресцентного материала по сравнению со спектром свечения является таким, что поглощение свечения в светящемся материале является очень низким. Флуоресцентный материал, имеющий желтый спектр флуоресценции, является наиболее выгодным в этом отношении и дает минимальное гашение.

Для использования в качестве матрицы подходит большое число материалов. Однако явно желательным является материал с высокой прозрачностью, т.е. хорошо пропускающий свет, для того, чтобы обеспечить хорошую передачу люминесцентного свечения, хорошую флуоресценцию и желаемый эффект окрашивания выбранным красителем.

Для того чтобы получить светящиеся материалы, имеющие матрицы из пластикового материала, которые хорошо подходят для применения во внутренних помещениях, подходящими кандидатами на материал матрицы являются полиуретан, сополимер стирола и бутадиена, полиолефины (в особенности полипропилен и полиэтилен), акриловые полимеры, ΆΒ8 или полиэтилентерефталат. Предпочтительными являются полиолефиновые термопластики, причем наиболее предпочтительным является полиэтилен высокой плотности. Термопластик имеет низкую концентрацию зародышей кристаллизации.

При таких материалах матрицы процентное содержание по массе красителя в сравнении с материалом матрицы находится между 0,2 и 1 мас.%, тогда как люминесцентный материал составляет по меньшей мере 90 мас.% от объединенных люминесцентного материала и красителя. В идеале последняя цифра находится в интервале от 94 до 99 мас.%. Кроме того, краситель представляет собой органический пигмент в носителе, полученном соконденсацией полиамида, что придает пигменту совместимость с полиолефиновым материалом матрицы благодаря относительно большому размеру частиц пигмента. Продукт соконденсации облегчает дисперсию пигмента в материале матрицы так, что он диспергируется вне люминесцентных частиц.

Использование полиолефинов в качестве материала матрицы дает материалы, которые обеспечивают более высокое свечение на единицу люминесцентного материала, чем другие варианты осуществления настоящего изобретения, описанные здесь. Это достигается отчасти из-за благоприятной молекулярной структуры полиолефинов, которые состоят из простых некомплексных цепочек. Такая структура позволяет люминесцентному материалу получить большее количество света для поглощения, а также дает большую возможность реэмитировать поглощенный свет.

Конкретный пример светящегося материала такого типа, пригодного для применения во внутренних помещениях и имеющего высокий уровень свечения, включает матрицу из полиэтилена высокой плотности, краситель в виде желтого флуоресцентного пигмента в количестве 0,3 мас.% от массы материала матрицы и люминесцентный материал в количестве 6 мас.% от массы материала матрицы. Однако количество флуоресцентного пигмента может варьироваться между 0,25 и 0,35 мас.% до тех пор, пока количество люминесцентного материала составляет по меньшей мере 5 мас.%.

Если светящийся материал предназначен для использования снаружи, он должен быть устойчив к разрушающим воздействиям погоды, включающим постепенное обесцвечивание красителя. Такие показатели могут быть достигнуты, если в качестве материала матрицы использовать полимер технического сорта. Подходящие полимеры включают акриловые полимеры, ЛБ8, поликарбонат или полиамид, такой как найлон или полиамидный эластомер. Предпочтительными являются полиамиды.

В данном варианте осуществления изобретения процентный состав светящегося материала изменяется слабо, так, чтобы массовый процент красителя по сравнению с полимерной матрицей находился между 0,005 и 0,05 мас.%. Кроме того, люминесцентный материал составляет по меньшей мере 99 мас.% по массе от объединенных люминесцентного материала и красителя и предпочтительно находится в интервале между 99,1 и 99,98 мас.%, наиболее предпочтительно между 99,7 и 99, 9 мас.%.

Красители, используемые с полимерами технических сортов, являются красителями типа краски и как и прежде могут быть флуоресцентными, нефлуоресцентными или их комбинацией. Однако предпочтительный краситель представляет собой флуоресцирующую зеленым краску с желтым базовым цветом.

Такая предпочтительная краска дает практически желтый цвет при дневном освещении; это является аномалией, которая возникает благодаря присутствию в матрице термопластика люминесцентного материала. Когда люминесцентный материал находится в присутствии ультрафиолетового света, он поглощает и затем реэмитирует накопленный свет в виде фосфоресценции. Такой фосфоресцирующий свет действует на усиление базового цвета краски, который в данном случае является желтым. Тот факт, что фосфоресценция усиливает и делает более длительным базовый цвет, лучше всего демонстрируется при рассматривании светящегося материала в условиях очень слабого ультрафиолетового освещения, где он становится значительно более зеленым по цвету, чем в условиях дневного освещения. Кроме того, в условиях темноты полностью заряженный светя щийся материал оказывается светящимся желтым светом.

В данном варианте осуществления изобретения применение в качестве красителя краски, а не пигмента, является особенно эффективным. Более плотные и более сложные цепочки полимеров технических сортов менее способны отделить пигмент от люминесцентного материала. В результате в полимерах технических сортов пигмент оказывает больший гасящий эффект, чем он оказывает в описанном выше светящемся материале на основе полиолефиновых групп, последствием чего является то, что цвет материала при дневном освещении является существенно более зеленым, а также имеет плохие характеристики свечения. Поэтому краски, которые имеют более эффективные характеристики дисперсии в полимерах технических сортов, дают пониженный эффект гашения по сравнению с эффектом пигментов. При концентрациях красителя, указанных в данном варианте осуществления изобретения, растворимая твердая краска в действительности так диспергирована, что она существует в группах, которые настолько малы, что имеют размер 1-3 молекулы. Краска не связывается с материалом пластиковой матрицы, но становится полностью диспергированной, что является важным для оптимальной характеристики поглощения и реэмиссии люминесцентного материала. Кроме того, природа краски такова, что она не присоединяется к частицам люминесцентного материала, что обеспечивает преимущество, подобное тому, что обнаружено при использовании пигментов в полиолефинах: свободные от краски люминесцентные частицы воспринимают более высокий уровень света, который может и поглощаться, и реэмитироваться.

Объединенные эффекты фосфоресценции, улучшающей базовый цвет зеленой краски, превосходной дисперсии краски в пластике и разделенности краски и люминисцентных частиц обеспечивают дополнительный благоприятный эффект. Им является то, что концентрация краски в светящемся материале, которая требуется для создания эстетически приемлемого цвета при дневном освещении, может быть существенно снижена. Таким образом, любые эффекты гашения также оказываются существенно пониженными. В действительности, рекомендуемое содержание краски такого типа составляет обычно 0,05 мас.% в термопластике, но в данном варианте осуществления настоящего изобретения удовлетворительные результаты были достигнуты при использовании концентрации между 0,01 и 0,025 мас.%, причем 0,014 мас.% дали наилучший результат.

Присутствие люминесцентного материала также снижает требуемую концентрацию красителя благодаря его свойству действовать как вещество, делающее материал непрозрачным. Такая повышенная непрозрачность дополни тельно содействует эффективности флуоресцентного красителя. Такое снижение требуемого количества краски благоприятно тем, что оно снижает уровень гашения эффекта свечения по меньшей мере на 40%.

Конкретный пример светящегося материала такого типа, пригодного для применения вне помещений и требующего уменьшенного количества красителя, включает матрицу из полиамида, краситель в виде флуоресцирующей зеленым краски с желтым базовым цветом в количестве 0,014 мас.% от массы материала матрицы и люминесцентный материал в количестве 8 мас.% от массы материала матрицы.

Фиг. 1, 2 и 3 представляют графики снижения люминесцентного свечения, в минисвечах на квадратный метр, для испытуемых образцов светящегося материала согласно настоящему изобретению, окрашенного флуоресцирующей зеленым краской с желтым базовым цветом, в сравнении с таковым для образцов других светящихся материалов. Каждый график (Ь) следует во времени за соответствующим ему графиком (а) при увеличенном масштабе оси свечения для более детального представления. Во всех случаях результаты были получены из опытов, проводимых в соответствии с ΌΙΝ 67510. Все образцы и варианты осуществления изобретения, и сравнительные образцы представляли собой литые плашки толщиной 2 мм, изготовленные из полиамидной матрицы и маточного носителя, несущего люминесцентный материал и краситель, причем носитель присутствовал в материале матрицы в пропорции 60 мас.% от массы материала матрицы.

В каждом случае краситель, использованный для окраски образцов конкретного варианта осуществления, представлял собой флуоресцирующую зеленым краску, имеющую желтый базовый цвет, которую вводили в полиамидный материал матрицы в концентрации 0,014 мас.% от массы полиамида.

Фиг. 1 показывает образец конкретного варианта осуществления изобретения в сравнении с образцом, в котором использованным красителем являлся желтый растворимый в растворителе краситель типа 8о1уеп1 Ус11о\у 93 Кепа^ах Уе11оте 26ΝΡ, обычно используемый для окрашивания термопластиков, таких как полиамиды. Данный краситель добавляли к полиамиду в количестве 0,05 мас.%, причем количество его было близко к рекомендованной для окрашивания термопластиков концентрации 0,07 мас.%. Как можно видеть из кривых на фиг. 1, конкретный вариант осуществления изобретения является примерно в 2,8 раз более эффективным по излучаемому свечению, чем сравнительный образец, показывая, что применение желтой флуоресцентной краски дает светящийся материал, который лучше чем материал, окрашенный обычной краской, используемой в стандартных рекомендованных концентрациях.

Фиг. 2 показывает образец конкретного варианта осуществления изобретения в сравнении с образцом, в котором использованным красителем опять являлся желтый растворимый в растворителе краситель типа 8о1уеп1 Уе11о\у 93 Кенарах Уе11оте 26ΝΡ. В данном случае краситель добавляли к полиамиду сравнительного образца в количестве 0,014 мас.%, причем данная концентрация была такой же, как концентрация флюоресцентной краски, использованная в образце конкретного варианта осуществления изобретения. Как можно видеть из кривых на фиг. 2, конкретный вариант осуществления изобретения является примерно в 2 раза более эффективным по излучаемому свечению, чем сравнительный образец, показывая, что применение желтой флюоресцентной краски дает светящийся материал, который лучше чем материал, окрашенный обычной краской, использованной в такой же концентрации. Более того, желтый цвет при дневном освещении образца согласно конкретному варианту осуществления изобретения имеет более яркий оттенок, чем у сравнительного образца, и был также признан более приятным эстетически.

Фиг. 3 показывает образец конкретного варианта осуществления изобретения в сравнении с образцом, в котором использованным красителем являлась такая же флюоресцирующая зеленым краска с желтым базовым цветом как та, которую использовали в конкретном варианте осуществления изобретения. Однако краска была добавлена к полиамиду сравнительного образца в количестве 0,05 мас.%, причем такая концентрация является типичной из рекомендованных концентраций для окрашивания термопластиков красками. Как можно видеть из кривых на фиг. 3, конкретный вариант осуществления изобретения является примерно в 1,6 раз более эффективным по излучаемому свечению, чем сравнительный образец, показывая, что применение флуоресцентной краски в пониженной концентрации дает светящийся материал, который лучше чем материал, окрашенный такой же краской, использованной в рекомендованной концентрации.

Следующим вариантом осуществления изобретения, также использующим полимеры технических сортов в качестве материала матрицы, являлся белый светящийся материал, созданный при использовании только белых красителей. Это дает материал, который является крайне универсальным в том, что он пригоден для многих существующих приспособлений и соединительных деталей, обычно изготавливаемых из белых пластиков. Подходящие полимеры включали полиуретан, сополимеры стирола и бутадиена, полиолефины, акриловые полимеры, АВ 8, полиэтилентерефталат, поликарбоны, поликарбонаты, РС-АВ8, сплавы, полиэтиленбутилтерстилен, модифицированный полипропилен, РЕТ и наиболее предпочтительно поли амиды. Как и прежде, желателен материал матрицы с высокой прозрачностью.

Подходящие белые красители включают диоксид титана, карбонат кальция, диоксид кремния и другие прозрачные белые красители. Такие красители являются пигментами и могут быть использованы в сочетании, и диоксид титана, и диоксид кремния особенно хорошо работают в этом отношении.

Пропорции различных компонентов в белом светящемся материале являются такими, что процентное содержание белого красителя от массы материала матрицы находится между 0,33 и 3 мас.% и что процентное содержание люминесцентного материала от суммы люминесцентного материала и красителя составляет по меньшей мере 97 мас.% и предпочтительно находится между 98,2 и 99,67 мас.%.

Конкретный пример белого светящегося материала на основе диоксида титана в качестве флуоресцентного красителя имел в своем составе полиамидную матрицу, люминесцентный материал и диоксид титана в количестве 0,495 мас.% от массы матрицы и в количестве 5,5 мас.% от массы люминесцентного материала. Количество диоксида титана, однако, может варьироваться между 0,35 и 0,65 мас.%.

Диоксид титана обеспечивает желаемый белый цвет при дневном освещении. Предпочтигельный размер частиц пигмента меньше 1 мкм, что улучшает работу люминесцентного материала, поскольку более мелкий размер частиц дает лучшую дисперсию в матрице. Диоксид титана особо предпочтителен благодаря белизне отражаемого им света, которая такова, что часть ее лежит в области спектра возбуждения люминесцентного материала. Таким образом, диоксид титана эффективно способствует процессу зарядки люминесцентного материала и, следовательно, обеспечивает пониженный эффект гашения.

Для того чтобы получить удовлетворительный белый цвет при дневном освещении, в полимеры технических сортов может быть введено примерно 1-3 мас.% диоксида титана. При таком уровне пигментирования эффект гашения по меньшей мере в два раза и до четырех раз выше, чем таковой для приведенного выше конкретного примера, хотя в конкретном примере цвет при дневном освещении еще является практически белым, несмотря на уменьшенное количество красителя.

Повышению белизны светящегося материала дополнительно способствует повышение непрозрачности, которое обеспечивается присутствием люминесцентного материала. Следовательно, для получения материала с практически белым цветом при дневном освещении требуется меньше белого пигмента.

Конкретный пример белого светящегося материала на основе диоксида кремния в качестве красителя имел в своем составе полиамид ную матрицу, люминесцентный материал и диоксид кремния в количестве 1,08 мас.% от массы матрицы и в количестве 12 мас.% от массы люминесцентного материала. Количество диоксида титана, однако, может варьироваться между 0,7 и 1,5 мас.%.

Материал такого состава обладает меньшей интегральной прочностью, чем материал, в котором использован диоксид титана, но имеет то преимущество, что краситель в нем является частично просвечиваемым. Характеристика просвечиваемости такова, что эффект гашения уменьшается, поскольку больше ультрафиолетового света способно достичь люминесцентный материал. Диоксид кремния является также предпочтительным благодаря размету его частиц, который находится в интервале между 0,02 и 0,14 нм, что обеспечивает лучшую дисперсию красителя в пластике. Такое улучшение дисперсии способствует понижению гашения.

Каждый из вышеприведенных вариантов осуществления изобретения, а именно, материал для внутренних помещений, материал для использования вне помещений и белый материал, может быть улучшен добавкой оптических отбеливателей. Таковые могут быть добавлены к люминесцентному материалу и/или к красителю до того, как их добавляют к материалу матрицы, или могут быть добавлены непосредственно к материалу матрицы вместе с люминесцентным материалом и красителем. Отбеливатели заставляют материал выглядеть ярче при дневном освещении и в темноте, так что улучшается его видимость в любое время.

Конкретным вариантом осуществления белого светящегося материала, снабженного оптическими отбеливателями, является вариант осуществления изобретения, включающий полиамидную матрицу, люминесцентный материал, диоксид титана в количестве 0,36 мас.% от массы матрицы и 4 мас.% от массы люминесцентного материала и флуоресцирующую синим краску - оптический отбеливатель в количестве 0,04 мас.% от массы матрицы. Альтернативно, количество диоксида титана может варьироваться между 0,15 и 0,5 мас.%, и количество краски может варьироваться между 0,02 и 0,065 мас.%.

Флуоресцирующая синим краска особенно выгодна как оптический отбеливатель, поскольку она превращает ультрафиолетовый свет в синий флюоресцентный свет. Синий флюоресцентный свет имеет две благоприятных особенности. Во-первых, он обманывает глаз, заставляя его верить, что нечто якобы белее, чем оно есть в действительности, что делает возможным уменьшение количества используемого диоксида титана и, следовательно, понижает гашение. Во-вторых, его длина волны находится в интервале от 540 до 560 нм, что позволяет ему возбуждать люминесцентный материал так, что имеет место сильно пониженный эффект гашения на единицу изменения цвета при дневном освещении в светящемся материале.

Подходящие материалы матрицы не ограничены ранее упомянутыми материалами; они просто особенно подходят для тех конкретных вариантов осуществления изобретения. Другие материалы, которые можно использовать, включают полистирол и термореактивные формуемые материалы, такие как фенольные смолы, мочевины, меламины, найлон 6 и найлон 66. Подходящими являются также натуральный и синтетические каучуки.

Описанные здесь светящиеся материалы могут быть легко изготовлены простым способом. Может быть использован следующий двухстадийный процесс:

a) краситель компаундируют в материал матрицы из каучука, стекла или пластика и

b) люминесцентный материал, включающий по меньшей мере один щелочно-земельный металл и по меньшей мере один редкоземельный металл, компаундируют в материал матрицы.

Альтернативно, порядок стадий а) и Ь) может быть изменен на обратный так, что вначале в материал матрицы компаундируют люминесцентный материал, а затем краситель.

Возможно дополнительно упростить способ, объединив две стадии так, что краситель и люминесцентный материал вместе добавляют к материалу матрицы и все смешивают вместе для получения светящегося материала.

Для улучшения целостности светящегося материала вышеуказанные процессы следует осуществлять, используя оборудование, специально приспособленное для того, чтобы понизить сдвиговую деформацию материала.

Дополнительно для получения таких светящихся материалов, можно создать красящие составы, включающие вместе краситель и люминесцентный материал, которые могут быть введены в подходящий материал матрицы в одностадийном производственном процессе для получения материала. При таком способе красящие составы могут быть поставлены, например, производителям пластиковых материалов, которые затем могут легко изготовить светящиеся материалы посредством их добавления к материалам, с которыми они уже могут работать.

Красящий состав такого типа может быть приготовлен[о] в универсальном маточном носителе, который действует для получения требуемого уровня диспергирования красителя и люминесцентного материала в материале матрицы так, что конечный светящийся материал имеет однородные прочность, структуру и внешний вид и более хорошую скорость поглощения и реэмиссии света. Дополнительной функцией носителя является уменьшение вреда, наносимого машинам для литья пластмасс, используемым для формирования изделий из све тящихся материалов, который может быть вызван твердыми и острыми кристаллами, образующими люминесцентные материалы. Пригодными являются материалы носителей на основе этилена, такие как полиэтиленметакрилат или полиэтиленвинилацетат.

Красящий состав готовят в носителе в пропорции до 65 мас.%.

Для повышения качества красящего соединения путем снижения его сдвига и, тем самым, придания конечному светящемуся материалу улучшенной целостности, приготовление соединения может быть осуществлено с использованием оборудования, снабженного шнеком с малым сдвигом. Для этой цели также люминесцентный материал и краситель следует добавлять к носителю, когда последний достаточно сильно нагрет или расплавлен.

Теперь будет описан ряд красящих соединений, пригодных для применения в представленных выше конкретных примерах светящихся материалов:

- соединение флуоресцентного желтого пигментного красителя и люминесцентного материала в полиэтиленметакрилатном носителе, где краситель и люминесцентный материал присутствуют в носителе в концентрации 60 мас.%. Такое красящее соединение должно вводиться в матрицу из полиэтилена высокой плотности в количестве от 8 до 12 мас.% и предпочтительно в количестве 10 мас.% для получения светящегося материала на основе полиэтилена с высокой светимостью для использования во внутренних помещениях;

- краситель из флуоресцирующей зеленым краски с желтым базовым цветом и люминесцентный материал в носителе из полиэтиленметакрилата, где краситель введен в количестве 0,166 мас.% от массы люминесцентного материала, и краситель и люминесцентный материал вместе введены в носитель в количестве 60 мас.%. Такая комбинация носителя может быть введена в полиамидную матрицу в концентрации между 12 и 18 мас.%, предпочтительно 15 мас.%, для получения светящегося материала для использования вне помещений;

- краситель из диоксида титана и люминесцентный материал в полиэтиленметакрилатном носителе, где краситель введен в количестве 5,5 мас.% от массы люминесцентного материала, и краситель и люминесцентный материал вместе введены в носитель в количестве 60 мас.%. Такое красящее соединение может быть введено в полиамидную матрицу в концентрации 15 мас.% для получения белого светящегося материала на основе диоксида титана;

- краситель из диоксида кремния и люминесцентный материал, введенные в носитель в пропорции 12 и 88 мас.% соответственно, присутствуя вместе в носителе в количестве 60 мас.%. Такой носитель может быть введен в полиамидную матрицу в концентрации 15 мас.% для получения белого светящегося материала на основе диоксида кремния;

- краситель из диоксида титана, люминесцентный материал и флуоресцентная синяя краска в соотношении 4, 95,5 и 0,45 мас.% соответственно, присутствуя вместе в носителе в количестве 60 мас.%. Такой красящий состав (красящее соединение) может быть введен(о) в полиамидную матрицу для получения белого светящегося материала на основе диоксида титана и снабженного оптическими отбеливателями.

При испытании горячей проволокой по Β8Ι на пригодность термопластиков для электрических вилок, если красящий состав применяли в концентрации 30%, это давало эффект повышения огнестойкости на 4% по сравнению с образцом из натурального термопластика.

Когда красящий состав компаундируют в полимер в количестве 20%, это имеет эффект увеличения огнестойкости по меньшей мере на 7% по сравнению с образцом из натурального термопластика.

Когда красящий состав компаундируют в полимер в количестве 30%, это имеет эффект увеличения огнестойкости по меньшей мере на 9% по сравнению с образцом из натурального термопластика.

Во всех приведенных выше примерах образец толщиной 2 мм из поликарбоната, ΆΒ8, сплава поликарбонат-ΆΒδ, полиамида найлон 6 проходил испытание горячей проволокой по электрическим стандартам (т. е. на применение в одобренных Β8Ι электрических вилках) на воспламеняемость.

Все из описанных здесь светящихся материалов могут быть легко превращены в широкий круг изделий. Имея в основе матрицы из пластмассы, каучука или стекла, материалы могут формоваться в изделия путем литья или экструдирования, и таким образом являются пригодными для массового производства изделий.

Если требуется, изделие может быть дополнительно улучшено добавлением к нему отражающего слоя. Это может быть сделано, если изделие имеет обратную сторону или внутреннюю сторону в стороне от той части изделия, которая должна быть светящейся и видимой. Отражающий слой увеличивает видимость изделия в дневном свете и в темноте, отражая свет по направлению к наблюдателю. Отражающий слой может быть белым и изготовленным из материала, отличающегося от светящегося материала самого изделия, и выбирается по своим отражающим свойствам, а не по его видимости или его люминисцентным свойствам.

Особо полезным изделием, которое может быть изготовлено из светящегося материала, является клейкая лента, пленка или слой. Это позволяет легко и просто придать характеристики хорошей видимости при дневном свете и хорошей светимости светящегося материала суще ствующим изделиям, наклеив ленту или пленку на них, как требуется. Пользователь может таким образом улучшить существующее изделие точно, как требуется. При изготовлении такой ленты люминесцентный материал должен предпочтительно включать не более чем 65 мас.% от массы суммы люминесцентного материала, красителя и материала матрицы, используемой для приготовления такой ленты.

Еще одним изделием, которое предпочтительно изготавливать из светящегося материала согласно настоящему изобретению, является переключатель. Уже известны светящиеся переключатели, изготавливаемые из известных термопластичных материалов, упомянутых в начале данного описания. Однако они не получили широкого распространения из-за непривлекательного внешнего вида таких пластиков. Однако переключатели, которые видимы в темноте, являются наиболее полезными. Например, очень полезно иметь возможность увидеть переключатель электрического освещения, когда это освещение выключено, и комната находится в темноте так, как ночью или в случае отказа энергоснабжения. Согласно ранее предложенному решению, которым пытались обойти неблагоприятный внешний вид известных светящихся пластиков, в переключатель встраивали небольшое дополнительное и отдельное устройство, излучающее свет, так, что свет излучался в темноте. Однако при таком решении потребляется энергия для питания дополнительного источника света, и оно также не работает, когда излучающее свет устройство сломается или достигнет конца срока своей службы.

Переключатель, изготовленный из светящегося материала согласно настоящему изобретению, пытается обойти эти проблемы, предлагая переключатель, который дает послесвечение в темноте и имеет приемлемый внешний вид в условиях дневного освещения.

Из светящегося материала согласно настоящему изобретению можно изготовить много переключателей. Кроме вышеупомянутого переключателя освещения рассматривается переключатель для использования в клавиатуре компьютера, какими являются одноходовой переключатель, двухходовой переключатель, многоходовой переключатель, переключатель большого тока/высокого напряжения, кнопочный переключатель, рычаг, шкалы для переключений, пуговичный переключатель, различные переключатели эффектов и различные переключатели сопротивления и т.д.

В частности, в случае переключателя света, белый краситель может быть использован для изготовления переключателя белого цвета. Большое число переключателей света изготавливается в настоящее время из белых пластмасс, так что белый пластиковый переключатель со свойствами свечения будет приемлемым для покупателей.

Люминесцентное свечение переключателя согласно настоящему изобретению может быть улучшено путем оборудования переключателя источником света, таким как излучающий свет диод. Свет от него будет дополнительно заряжать светящийся материал вдобавок к зарядке, которую он получает от пребывания на дневном свете и от другого внешнего освещения, так, что когда переключатель находится в темноте, люминесцентное свечение является более ярким и более продолжительным, чем оно должно было бы быть в случае без источника света.

Светящиеся переключатели имеют также применение в подводном оборудовании. Видимость под водой обычно довольно плоха, так что переключатели, которые сочетают хорошую видимость в дневном свете, будучи яркого цвета или белыми, со светимостью и, возможно, флуоресценцией, являются очень полезными.

Дополнительно, может быть предложен светящийся переключатель, который является огнестойким. Огнестойкость может быть обеспечена многими путями. Они включают покрытие переключателя огнестойким лаком, имеющим высокую прозрачность так, чтобы функция видимости переключателя не ухудшалась, введение огнестойкой присадки в материал матрицы светящегося материала, из которого изготавливают переключатель, изготовление внешнего слоя из высокопрозрачного огнестойкого материала во время изготовления переключателя литьем под давлением, или применение пластиков с высокой температурой плавления в качестве материала матрицы светящегося материала.

Альтернативно, из светящегося материала могут изготавливаться части переключателей. Такие части включают, например, ручку на конце переключателя типа потяни за шнурок. Кроме того, могут быть предложены детали, которые спроектированы для оборудования ранее существовавших переключателей для того, чтобы придать этим переключателям свойства светящегося материала.

Переключатели могут быть также сделаны хорошо видимыми и светящимися путем покрытия их или их частей светящимся материалом во время их изготовления. Альтернативно, на переключатель может быть наложена липкая лента или пленка, изготовленная из светящегося материала.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Светящийся материал, включающий матрицу из каучука, стекла или пластика, люминесцентный материал, диспергированный в матрице, и краситель, диспергированный в матрице, причем краситель придает матрице цвет при ее наблюдении по существу в белом свете и делает возможной существенную передачу света, излучаемого люминесцентным материалом.
2. Материал по п.1, в котором люминесцентный материал включает редкоземельный металл, такой как европий или диспрозий.
3. Материал по п.2, в котором люминесцентный материал представляет собой металл, его оксид или алюминат.
4. Материал по любому из пп.2, 3, в котором люминесцентный материал дополнительно включает щелочно-земельный металл, такой как стронций.
5. Материал по п.4, в котором щелочноземельный металл находится в форме металла, его оксида или алюмината.
6. Материал по любому из пп.1-5, в котором люминесцентный материал включает частицы, имеющие размеры между 8 и 100 мкм.
7. Материал по любому из пп.1-6, в котором содержание люминесцентного материала составляет от 4 до 32,5 мас.% от матрицы.
8. Материал по п.7, в котором содержание люминесцентного материала составляет от 4 до 20 мас.% от матрицы.
9. Способ изготовления светящегося материала по любому из пп.1-8, в котором осуществляют:

a) введение красителя в материал матрицы из каучука, стекла или пластика и

b) введение в материал матрицы люминесцентного материала, включающего по меньшей мере один щелочно-земельный металл и по меньшей мере один редкоземельный металл.
10. Красящий состав для получения светящегося материала по любому из пп.1-8, включающий краситель и люминесцентный материал, который обладает способностью диспергироваться в материале матрицы из каучука, стекла или пластика.