ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Полезная модель относится к технике люминесцентных материалов с длительным послесвечением, обладающих способностью при облучении оптическим излучением запасать большое количество энергии и достаточно длительно выделять ее в виде оптического излучения после прекращения возбуждения.
Длительность послесвечения таких материалов достаточна для практического их применения в системах аварийного и автономного освещения, для обозначения эвакуационных выходов при экстремальных ситуациях, в различных элементах одежды специального назначения, для ограждений, для подсветки различных указателей, в том числе рекламных и дорожных и т.д.
Известна полимерная композиция, используемая для изготовления изделий с эффектом послесвечения, и содержащая поливинилхлорид, пластификатор, стабилизатор, смазку и светотрансформирующую добавку, включающую минеральный фотолюминофор, пигмент и наполнитель (патент РФ №2163915, МПК С 09 К 11/08, публикация 2001 г.).
Изделия с известной композицией обладают низким значением яркости послесвечения.
Известен светонакопительный полимерный слой, равномерно наполненный неорганическим светонакопительным излучателем, включающим алюминатный люминофор, причем полимерный слой выполнен в форме пленки на основе полидиметилсилоксана или поликарбоната, а в качестве наполнителя используется смесь
мелкокристаллических неорганических цинк-сульфидных и алюминатных люминофоров, при этом полимерный слой выполнен на светоотражающем носителе, геометрическая толщина которого соизмерима с геометрическими размерами зерен неорганических люминофоров, диспергированных в светонакопительном полимерном слое (заявка РФ №2002118853, МПК С 09 К 11/80, публикация 2004 г.).
Известный светонакопительный слой также имеет низкое значение яркости послесвечения.
Известен композиционный светотехнический материал, включающий подложку из пластической массы, на которую нанесены основа, выполненная из эластичного, прозрачного для видимого излучения полимерного материала, и наполнитель, при этом в качестве наполнителя использован порошок люминофора (патент РФ №2079774, МПК F 21 V 9/10, публикация 1997 г.).
Известный светотехнический материал сложен в изготовлении и имеет низкие светотехнические характеристики.
Известно светоизлучающее изделие, выполненное в виде предупредительных, указательных или габаритных знаков, и содержащее введенный в полимерную матрицу по всему ее объему твердый люминофор в мелко дисперсной форме (заявка РФ №2001110761, МПК С 09 К 11/00, публикация 2003 г.).
Недостатком изделия является то, что для увеличения яркости послесвечения необходимо увеличивать концентрацию люминофора и толщину полимерного связующего, что резко ухудшает физико-механические свойства изделия.
Известен материал с люминесцентным покрытием, нанесенным на одну сторону тканевой подложки, и содержащим неорганический люминофор и каучуковое соединение в качестве связующего, причем в качестве подложки использована огнестойкая ткань, а люминесцентное
покрытие выполнено в два слоя, каждый из которых состоит из смеси двух люминофоров ФВ-540-1 и ФВ-530Б, для отверждения которых применен отвердитель Л-10С типа метилтриацетоксила, и связующего -синтетического каучукового термостойкого низкомолекулярного соединения СКТН, при этом наружный слой люминесцентного покрытия имеет толщину меньшую толщины внутреннего слоя, а на обе стороны тканевой подложки нанесены слои, включающие каучуковое соединение СКТН (патент РФ №2179469, МПК А 62 В 17/00, публикация 2002 г.).
К недостаткам известного материала относится его низкая технологичность, при этом использование органических растворителей повышает токсичность материала.
Задачей создания настоящей полезной модели является расширение арсенала технических средств, используемых при изготовлении фотолюминесцентных материалов, и создание фотолюминесцентного пленочного материала, обладающего длительным эффектом послесвечения.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Фотолюминесцентный пленочный материал содержит расположенные последовательно друг над другом диффузно отражающий слой, образованный наполненным полипропиленом, фотолюминесцентный слой, прозрачный липкий слой и защитный полимерный слой. Фотолюминесцентный слой образован из фотолюминисцентной композиции, включающей люминофор с размером частиц 5-60 мкм, диспергированных в связующей среде, содержащей водный раствор полифосфата натрия, водный раствор сополимера бутилакрилата, акриловой кислоты и натриевой соли акриловой кислоты, и водную дисперсию клея Plextol D224, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
водный раствор полифосфата натрия
- 1-30
водная дисперсия клея Plextol D224
- 5-40
водный раствор сополимера бутилакрилата,
акриловой кислоты и натриевой соли
акриловой кислоты
- остальное
Показатель преломления связующей среды и показатель преломления прозрачного липкого слоя составляет 1,46 -1,52.
На обратную сторону диффузно отражающего слоя нанесен клеевой слой с зафиксированным на нем слоем антиадгезионной бумаги.
На чертеже схематично изображен предлагаемый фотолюминесцентный пленочный материал.
Фотолюминесцентный пленочный материал содержит защитный прозрачный полимерный слой 1, прозрачный клеевой слой 2, фотолюминесцентный слой 3, диффузно отражающий слой 4, клеевой слой 5, слой 6 антиадгезионной бумаги.
Известные фотолюминесцентные композиции включают в себя поликристаллический порошкообразный люминофор и среду, в которой микрокристаллы люминофора диспергированы.
Яркость и время послесвечения микрокристаллов порошкообразного люминофора зависят от природы (матрицы) люминофора и активаторов свечения, которые в свою очередь для люминофоров одной природы зависят от размеров микрокристаллов.
Чем меньше размер микрокристаллов, тем меньше значения яркости и времени послесвечения.
В известных фотолюминесцентных композициях для увеличения чувствительности используемого порошкообразного люминофора увеличивают его рабочий (светящийся) объем. В пленочных фотолюминесцентных системах увеличивают толщину фотолюминесцентного функционального слоя. Это приводит к
увеличению веса фотолюминесцентной конструкции и к излишнему расходованию дорогостоящего фотолюминофора. Неоправданное расходование люминофора для достижения требуемых показателей обуславливается также неэффективным использованием физических свойств среды, в которой диспергируется люминофор.
Среда, в которой диспергируются микрокристаллы люминофора должна соответствовать следующим условиям:
- она должна обладать пленкообразующими свойствами, при этом пленка должна быть оптически прозрачной и малорассеивающей;
- она должна обеспечивать хорошую адгезию к поверхности микрокристаллов люминофора;
- она должна обеспечить хорошую адгезию к поверхности наполненного полипропилена;
- реологические свойства среды должны обеспечить устойчивость к осаждению диспергированных микрокристаллов люминофора, т.е. в отсутствии перемешивания диспергированных в среде частиц люминофора последние не должны падать (оседать) на дно емкости;
- между поверхностью микрокристаллов люминофора и средой должен быть оптический контакт, т.е. граница раздела «среда -люминофор» не должна быть рассеивающей.
В качестве растворителя среды должна быть использована вода, так как при использовании органических растворителей процесс полимеризации или пленкообразования сопровождается удержанием в полимерной пленке остаточного растворителя, присутствие которого недопустимо в материалах, эксплуатируемых в помещениях.
Кроме того, при подготовке к поливу на гибкий носитель среды с диспергированным люминофором, очень важное значение имеет возможность стабилизации дисперсии против осаждения, при наличии в ней как мелких, так и крупных частиц.
В известных люминесцентных композициях для увеличения стойкости частиц люминофора к осаждению используются мелкодисперсные частицы, а среда для диспергирования имеет высокую вязкость.
Но мелкие частицы имеют низкую чувствительность, что приводит к необходимости создания конструкции люминесцентного материала с «толстыми» слоями, значит влекут за собой использование «толстых». Высокая вязкость ограничивает или исключает использование экструзионных или кюветных способов нанесения среды на гибкую основу.
Для повышения длительности послесвечения фотолюминесцентной композиции и изготавливаемого на ее основе пленочного материала предлагается изменять объем диспергированных частиц люминофора, используя водную дисперсию клея, состоящую из частиц с липкими свойствами.
Размер липких частиц водной дисперсии клея составляет порядка 0,2 мкм, а размер частиц люминофора колеблется от нескольких микрон до 80-100 мкм.
Липкие частицы клея в виде водной дисперсии не склеиваются между собой в силу существования специально сформированной приповерхностной области этих частиц, отталкивающей частицы друг от друга при их столкновении.
При столкновении с частицами люминофора, поверхности которых специально гидрофилизируются введением полифосфата, происходит приклеивание мелких частиц клея к поверхности микрокристалла люминофора, что приводит к увеличению как самой поверхности микрокристалла люминофора, так и его веса и объема. При этом на микрокристалл люминофора, находящийся в водной дисперсии, будет
действовать результирующая сила, направленная вверх, что способствует увеличению времени осаждения частиц люминофора.
С учетом возможности изменять вязкость среды, плотность среды и размер частиц появляется возможность увеличить время осаждения люминофора до 24-72 часов в зависимости от размера частиц.
Использование предложенной композиции позволяет увеличить время осаждения до указанных выше значений для частиц ограниченных размерами 5-60 мкм.
Пример состава фотолюминесцентной композиции для приготовления устойчивой к осаждению дисперсии люминофора с размерами микрокристаллов 10-30 мкм (время осаждения - 48 часов):
Люминофор 100 г
10%-ый водный раствор полифосфата натрия 10 мл
Сополимер бутилакрилата, акриловой кислоты и натриевой соли акриловой кислоты (25%-ый водный раствор) 36 мл
60%-я водная дисперсия клея Plextol D224 20 мл
В композиции может быть использован люминофор различных известных марок: ЛДП-2М по ТУ 2661-004-07603167-02, ФВ-530 Д по ТУ 2661-04-48591565-2000, ПЛ-1 по ТУ 2149-044-40245042-2003 и др.
Используемый в композиции люминофор аккумулирует световую энергию при его возбуждении ультрафиолетовым или дневным светом. После прекращения освещения высвечивает (излучает) запасенную световую энергию в течение 8-12 часов.
Полифосфат натрия гидрофилизирует гидрофобную поверхность микрокристаллов люминофора, подготавливая их к процессу диспергирования в связующем веществе, является регулятором вязкости.
Сополимер бутилакрилата, акриловой кислоты и натриевой соли акриловой кислоты - связующее вещество, позволяющее в совокупности с полифосфатом натрия равномерно распределить монокристаллы
люминофора в водном растворе сополимеров, причем достигается высокий процент разделения «слипшихся» микрокристаллов до размеров монокристаллов, образующих поликристаллический люминофор, является регулятором вязкости.
Клей Plextol D224 - водная дисперсия, используется как регулятор вязкости. Способствует устойчивости к осаждению микрокристаллов люминофора (время, в течение которого 80-90% порошкообразного люминофора оседает на дно емкости, содержащей дисперсию и имеющей высоту 100 мм).
Размер клейких частиц дисперсии составляет порядка 0,2 мкм. Эти частицы «облепляют» микрокристаллы люминофора в виде «шубы». Эти образования при столкновении в воде не слипаются, т.к. они не слипаются в исходной дисперсии клея Plextol D224. Плотность «шубы» можно регулировать, изменяя весовое соотношение входящих в рецептуру компонентов.
В предлагаемом фотолюминесцентном пленочном материале слой 1 изготовлен из полиэтилентерефталатной пленки (лавсана) толщиной 35 мкм. Слой 1 защищает фотолюминесцентный функциональный слой 3 от механических повреждений, вредного воздействия влаги, органических растворителей, кислот, щелочей.
Прозрачный клеевой слой 2 выполнен толщиной 25-30 мкм и служит для приклеивания защитного слоя 1 к фотолюминесцентному слою 3. Слой 2 обеспечивает механическую прочность на расклеивание и перегиб. Сглаживает оптическую неоднородность на границах:
фотолюминесцентный слой (3) - клеевой слой (2) - защитный слой (3).
2
Фотолюминесцентный слой 3 образован из суспензии на основе люминофора весом 45-55 г/м и выполнен толщиной 30-40 мкм. Слой 3 представляет собой многокомпонентный композиционный материал, который при возбуждении ультрафиолетовым или видимым светом
22
3
аккумулирует световую энергию в виде возбужденных энергетических состояний, концентрация которых может достигать 10 на смлюминофора. При релаксации этих состояний из возбужденных в невозбужденные наблюдается послесвечение, при этом излучаются (высвечиваются) кванты света в видимой области спектра в течение длительного периода времени (до 8-10 часов).
Отражающий слой 4 представляет собой наполненный белым рассеивающим пигментом полимер (наполненный полипропилен) и выполнен в виде пленки толщиной 70-100 мкм. Слой 4 создает диффузно рассеянный отраженный свет, прошедший через суспензию люминофора, он улучшает (увеличивает) фототехнические характеристики фотолюминесцентного материала: яркость, коэффициент яркости, белизну (координаты цветности белого цвета), защищает фотолюминесцентный слой с тыльной стороны от механических повреждений, вредного воздействия органических растворителей, кислот, щелочей.
Клеевой слой 5 выполнен толщиной 30-35 мкм. Представляет собой высоколипкий клей с остаточной липкостью марки Plextol D224. Физико-механические свойства клея обеспечивают надежную и прочную адгезию практически к любой обезжиренной поверхности. Клеевой слой обладает устойчивостью к перепадам температур (от -50°С до +60°С), химически инертен, не разрушается при изгибающих деформациях и терморелаксациях.
Слой 6 выполнен толщиной 70-110 мкм из бумаги с антиадгезионным покрытием. Слой предназначен для защиты клеевого слоя 5 от несанкционированного, случайного прилипания или повреждения.
Предлагаемый фотолюминесцентная пленочный материал обладает высокой прозрачностью, оптической однородностью, низким коэффициентом отражения и рассеивания связующей композиции. Непрозрачными и в какой-то степени рассеивающими центрами в этой системе являются микрокристаллы люминофора.
Оптическая однородность была достигнута благодаря тому, что функциональный слой 2 и связующее вещество слоя 3 в фотолюминесцентном материале имеют одинаковый показатель преломления n=1,46-1,52. Согласование показателей преломления было достигнуто благодаря тому, что были использованы однотипные материалы - акриловые латексы. Наиболее прозрачное связующее было получено в результате использования истинного водного раствора акрилатных полимеров, формирующих функциональный фотолюминесцентный слой 3.
Достигнутая оптическая однородность позволяет экспонирующему свету проходить по связующему материалу как по светопроводу, огибать микрокристаллы люминофора, засвечивая теневые, «тыльные» части. Результатом этого является повышение эффективности запасания светосуммы и появление возможности уменьшать количество люминофора, наносимого на единицу площади.
Изготавливается фотолюминесцентный пленочный материал следующим образом.
На первой стадии приготавливается люминесцентная композиция, на второй стадии фотолюминесцентная композиция кюветным способом наносится на поверхность наполненного полипропилена и сушится, на третьей стадии на прозрачную лавсановую пленку наносится клеевой слой Plextol D224, сушится и ламинируется наполненой полипропиленовой пленкой с фотолюминесцентным слоем, причем фотолюминесцентный слой приводится в контакт с клеевым слоем
прозрачного лавсана, на четвертой стадии на обратую поверхность (непрозрачную) наполненного полипропилена наносится клеевой слой Plextol D224, сушится и дублируется антиадгезионной бумагой.
Светотехнические характеристики изготовленного фотолюминесцентного пленочного материала на основе фотолюминесцентной композиции сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Фотолюминофор фирмы «Платан»
Остаточная яркость после засветки материала светом от
Наименование
источника типа D<sub>65</sub> (освещенность Е<sub>о</sub>=1000 лк; t=5 мин)
через интервалы времени, мкд/м<sup>2</sup>
Нанос
10 мин
60 мин
220 мин
люминофора
г/м<sup>2</sup>
Значения по ГОСТ
20
2,8
0,3
Р12.3.143-
2002; ГОСТ
312.4.026-
2001
Полученные значения
45-50
44
4,9
1,0
Указанные средние значения яркости могут отличаться на 10% с вероятностью 90-95%
Цветовые координаты и коэффициенты яркости соответствуют указанным ГОСТам.