ITMI20000433A1 - Metodo per la preparazione di dispositivi dispensatori di mercurio dausare in lampade fluorescenti - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’ invenzione industriale dal titolo:

“METODO PER LA PREPARAZIONE DI DISPOSITIVI DISPENSATORI DI MERCURIO DA USARE IN LAMPADE FLUORESCENTI”

La presente invenzione riguarda i dispensatori di piccole quantità di mercurio da usare nelle lampade fluorescenti ed in particolare un metodo perfezionato per la loro realizzazione.

È noto che le lampade fluorescenti richiedono piccole quantità di mercurio per il loro funzionamento. In seguito all’evoluzione tecnologica ed a normative intemazionali sempre più attente all’impiego industriale di sostanze potenzialmente nocive come è appunto il mercurio, la quantità massima di questo elemento impiegata nelle lampade si è recentemente sempre più ridotta fino a valori di circa 3 mg per lampada ed anche meno, come richiesto da alcuni costruttori.

Molti dei metodi tradizionali di dosaggio del mercurio non sono in grado di soddisfare queste richieste, come il dosaggio volumetrico, in quanto goccioline di mercurio aventi il peso richiesto sarebbero di volume estremamente ridotto e quindi pressoché impossibili da dosare con una certa precisione. Inoltre la riproducibilità del dosaggio sarebbe pressoché nulla e si avrebbero comunque problemi di inquinamento. Anche l’introduzione del mercurio nelle lampade in forma di elemento puro contenuto in capsuline di vetro non risolve il problema della precisione di dosaggio e riproducibilità di volumi cosi piccoli di mercurio liquido.

I brevetti US-4.808.136 ed EP-568316 descrivono l’uso di pastiglie o sferule di materiale poroso impregnate di mercurio che viene poi rilasciato per riscaldamento a lampada chiusa. Anche questi metodi richiedono operazioni complesse per il composizione 2 può anche comprendere un materiale emettitore di mercurio miscelato con un materiale promotore del rilascio di mercurio, come leghe a base di rame descritte nelle pubblicazioni di brevetto o domanda di brevetto europeo EP-669639 (Cu-Sn o Cu-Ag), EP-691670 (Cu-Si) ed EP-737995 (Cu-Sn-MM). In alternativa, il materiale emettitore di mercurio può essere miscelato con un materiale getter allo scopo di mantenere costante la composizione del gas raro che costituisce l'atmosfera della lampada in cui vengono immessi i vapori di mercurio. Si noti che la miscelazione è fattibile soltanto in alternativa con il materiale promotore o con il getter, e mai con entrambi assieme, in quanto i materiali promotori esplicano la loro funzione tramite fusione e successiva reazione con il materiale erogatore; un materiale getter eventualmente presente verrebbe quindi ad avere la superficie ricoperta dal materiale promotore fuso, risultando cosi inibito nella sua azione. Pertanto, se si ritiene che il materiale emettitore di mercurio liberi una quantità sufficiente di vapori di questo elemento senza ricorrere ad un materiale promotore, il materiale getter potrà essere miscelato direttamente con quello emettitore, altrimenti quest’ultimo verrà miscelato con il promotore, mentre il getter, che comunque è necessario, dovrà essere posizionato in un’altra zona della lampada, separatamente dal dispositivo dispensatore di mercurio.

Come materiale getter possono essere utilizzate leghe come quella di composizione percentuale in peso Zr 84%-Al 16%, prodotte e vendute dalla richiedente con il nome St 101<®>, la lega di composizione percentuale in peso Zr 76,6%-Fe 23,4%, prodotta e venduta dalla richiedente con il nome St 198<M >o la lega di composizione percentuale in peso Zr 70%-V 24,6%- Fe 5,6%, prodotta e venduta dalla richiedente con il nome St 707<TM>, nonché la lega di composizione percentuale in peso Zr 80,8% - Co 14, 2% - MM 5%, dove MM è una miscela, detta mischmetal di caricamento del mercurio nelle pastiglie, e la quantità di mercurio rilasciata è difficilmente riproducibile. Questi metodi inoltre non risolvono il problema della presenza di vapori di mercurio nell’ambiente di lavoro.

Si è invece dimostrato sostanzialmente soddisfacente l’impiego di elementi dispensatori di mercurio, aventi eventualmente anche la funzione di catodi, costituiti da tubetti metallici di circa 1 mm di diametro e lunghi al massimo 1 cm, riempiti di un opportuno materiale che rilasci, allorché viene riscaldato, vapori di mercurio esclusivamente all’interno della lampada in cui l’elemento dispensatore è contenuto.

Poiché il riempimento di tubicini cosi sottili con polveri dei materiali erogatori di mercurio sarebbe estremamente difficile, è noto utilizzare tubetti di diametro iniziale maggiore, per esempio intorno ad 1 cm, e lunghi per esempio circa 20 cm, che vengono poi trafilati esercitando una trazione ad un’estremità per farla passare attraverso una serie di orifizi di sezione via via decrescente fino a quella che si vuole ottenere. Con questa operazione si realizza anche il contemporaneo allungamento del tubetto, ottenendo un profilato filiforme che viene poi tagliato in tanti elementi dispensatori di mercurio della misura voluta. I profilati filiformi verranno nel seguito per semplicità definiti anche semplicemente “fili”.

Con questo metodo noto di preparazione, la distribuzione finale del mercurio contenuto nelle polveri all ’intemo del “filo” finale, e quindi dei singoli elementi da esso ottenuti per taglio, non è del tutto soddisfacente, dando luogo a fluttuazioni da un elemento all’altro che sono quantificabili, con misurazioni di analisi chimiche, in variazioni pari ad almeno ± 12%. In tal modo non sono garantite prestazioni sufficientemente omogenee delle lampade in cui sono montati detti dispensatori di mercurio.

Costituisce quindi uno scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo perfezionato di produzione di elementi dispensatori di mercurio del tipo summenzionato, tale che gli elementi dispensatori cosi prodotti e derivanti da uno stesso contenitore tubiforme iniziale, presentino tra di loro differenze minori nel contenuto di mercurio rispetto a quelli ottenuti con metodi della tecnica nota, in particolare di trafilatura.

Lo scopo summenzionato viene conseguito con un metodo avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione 1.

Eventuali altri scopi, vantaggi e caratteristiche del metodo secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente dettagliata descrizione con riferimento all’unico disegno annesso in cui:

la Figura 1 mostra schematicamente un esempio realizzativo del metodo secondo la presente invenzione.

Un tubetto metallico l' , avente diametro compreso tra 3 e 15 mm, con parete di spessore pari a 0,1-0,75 mm viene riempito in qualsiasi modo noto con una composizione 2 atta ad erogare mercurio, allorché viene riscaldata. Il metallo del tubetto l' può essere in generale qualsiasi metallo avente caratteristiche di duttilità, che al riscaldamento dia ridotte emissioni di gas ed abbia una buona conducibilità elettrica per facilitare il suo riscaldamento ad induzione; inoltre deve essere tale da non formare amalgama con il mercurio, per evitare che i vapori di questo elemento, una volta rilasciati dal materiale emettitore 2 nel suo interno, vengano trattenuti dal contenitore stesso. Particolarmente preferito per questo impiego è il nichel.

Per quanto riguarda la composizione 2 contenuta all’ interno del tubetto 1 ' essa puòessere costituita da un qualsiasi materiale emettitore di mercurio, per quanto siano preferiti i materiali descritti nel brevetto US-3.657.589. Maggiormente preferito è il composto Ti3Hg prodotto e venduto dalla richiedente con il nome St 505<™>. La elementi che comprende soprattutto cerio, lantanio e neodimio oltre a quantità minori di altre terre rare, prodotta e venduta dalla richiedente con il nome St 787<™ >.

In ogni caso la miscela che costituisce la composizione erogatrice 2 è sotto forma di polvere avente granulometria inferiore a 125 μm.

Secondo la presente invenzione, il tubetto iniziale l' cosi riempito di composizione 2 viene fatto passare tra almeno due coppie di rulli contrapposti 3, 3’ e 4, 4’, tra loro perpendicolari, i cui sensi di rotazione, schematizzati dalle frecce F, F’ e G, G’ in figura 1 , sono tali da spingere concordemente il tubetto 1 ’ nella direzione di avanzamento X-X’ nel senso della freccia. La distanza tra i due rulli di ciascuna coppia è sempre inferiore alla dimensione trasversale massima del tubetto immediatamente a monte del punto in cui incontra tale coppia di rulli.

È preferibile che la riduzione di sezione ad ogni singola operazione di rullatura non sia eccessiva, perché ciò potrebbe comportare eccessivi stress meccanici al tubetto 1, ma si è trovato che una riduzione di sezione del 12% per ogni singola rullatura è preferibile. Nel caso per esempio in cui si voglia ottenere la riduzione di sezione di un tubetto l ’ avente un diametro di circa 1 cm ad un “filo” di dimensione trasversale pari a circa 1 mm saranno necessarie 36 rullature attraverso due coppie di rulli tra loro perpendicolari. Le 36 rullature possono essere realizzate impiegando due sole coppie di rulli, facendo passare per 36 volte il tubetto l ’ attraverso gli stessi rulli, avendo cura di diminuire la distanza tra le coppie di rulli prima di ogni nuova passata. In alternativa, è possibile predisporre ‘freni” costituiti da più coppie di rulli, tali che la distanza tra dette coppie sia decrescente nella direzione di avanzamento X-X' del tubetto 1; per esempio, disponendo di un ‘freno” di rulli costituito da 12 coppie (divise in due gruppi tra loro perpendicolari di 6 coppie), saranno necessarie 6 sole passate. In ogni caso, il numero totale di passate moltiplicato per il numero di coppie di rulli è costante ed uguale al numero di rullature necessarie per passare dal diametro iniziale del tubetto 1 alla sezione finale desiderata. Se l’orientamento relativo del tubetto 1 rispetto agli assi di rotazione delle coppie di rulli è mantenuto costante in tutte le rullature, si otterrà alla fine un filo di sezione essenzialmente quadrata, con al più gli angoli smussati. È anche possibile prevedere che l’asse di rotazione delle coppie di .rulli nelle rullature successive (o delle varie coppie di rulli nei “treni” prima descritti) sia variato secondo angoli prefissati, per esempio uguali a (360/n)°, dove n è il numero di rullature complessive, per ottenere sezioni poligonali con un maggior numero di lati, e al limite approssimare la forma cilindrica anche al termine dello stringimento.

Ultima fase operativa del metodo secondo la presente invenzione è quella di procedere al taglio trasversale, a distanze prefissate, del tubo o filo 1 avente il diametro desiderato al termine delle passate di rullatura, così da ottenere gli elementi dispensatori di mercurio aventi una lunghezza di circa 2-10 mm.

Il vantaggio sopra indicato di avere minori fluttuazioni nel contenuto di mercurio e quindi maggiore omogeneità per quanto riguarda la distribuzione del composto capace di erogarlo nei “fili” ottenuti secondo il metodo dell’invenzione rispetto a quelli ottenuti per trafilatura secondo il metodo noto, risulta chiaramente da prove pratiche eseguite, come descritte nel seguente esempio comparativo.

Partendo da cilindretti lunghi 18-20 cm di diametro 1 cm, riempiti con una miscela costituita dal 61% in peso di St 505, ovvero composto emettitore di mercurio Ti3Hg, e dal 39% in peso di St 101, come sopra definito, alcuni di essi vengono trasformati in “fili” di circa 1 mm di diametro e lunghi circa 10 m con il metodo tradizionale di trafilatura, mentre altri vengono portati alle stesse dimensioni finali utilizzando il metodo della presente invenzione. Entrambi i tipi di filo sono poi tagliati in pezzi lunghi 3 mm e vengono presi a caso 30 pezzi di filo prodotto con il metodo tradizionale di trafilatura e 30 pezzi di filo prodotto con il metodo secondo l' invenzione. Su ogni pezzo viene eseguita un’analisi chimica per determinare il contenuto di Hg con il risultato che i pezzi ottenuti tagliando il “filo” prodotto con il metodo noto contengono 0,85 ± 0,129 mg di Hg per mm di lunghezza, cioè 0,85 ± 15,2 %. Invece gli elementi ottenuti con il metodo a rullatura secondo l’invenzione contengono 0,85 ± 0,061 mg di Hg per mm, vale a dire 0,85 ± 7,2%. Con il metodo dell’invenzione si ha pertanto che la fluttuazione percentuale è inferiore alla metà, e quindi l’omogeneità è doppia di quella che si ha con il metodo tradizionale di trafilatura.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la produzione di elementi dispensatori di mercurio (1) da usare per lampade fluorescenti, con involucro di metallo contenente una composizione (2) atta a rilasciare mercurio, comprendente le fasi di: a) riempire con detta composizione (2) un involucro cilindrico metallico ( 1) di diametro maggiore di quello richiesto per i singoli dispensatori di mercurio finali; b) far passare detto involucro cilindrico ( 1) tra almeno due coppie (3, 3’; 4, 4’) di rulli contrapposti, con gli assi perpendicolari alla direzione (Χ-Χ') di avanzamento dell’involucro tubolare ( 1) per un numero di passate di rullatura sufficiente ad ottenere un profilato filiforme della misura trasversale voluta; e c) tagliare detto profilato (1) in singoli tratti di circa 0,2-1 cm che costituiscono i dispensatori finiti.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui ad ogni passata di rullatura la sezione dell’involucro si riduce di circa il 12%.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il materiale di detto involucro (1, 1) è un metallo duttile, di buona conducibilità elettrica, che non rilascia gas al riscaldamento e non forma amalgama con il mercurio.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detto metallo è il nickel e lo spessore iniziale dell’involucro cilindrico ( 1) è compreso tra 0,1 e 0,75 mm.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detto metallo è il nickel ed il diametro iniziale dell’involucro cilindrico ( 1) è compreso tra 3 e 15 mm.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta composizione (2) è costituita da una miscela di materiale emettitore di mercurio con un materiale promotore del rilascio di mercurio.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta composizione (2) è costituita da una miscela di un materiale emettitore di mercurio con un materiale getter.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detta miscela viene introdotta nell’involucro cilindrico ( 1) sotto forma di polvere avente granulometria non superiore a 125 μm.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 1 , in cui ad ogni rullatura l’asse di rotazione della coppia di rulli è variato di un angolo pari a (360/n)°, dove n è il numero di rullature complessive, rispetto alla rullatura precedente.