КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОГО МАТЕРИАЛА И СВЕТОРАССЕИВАЮЩАЯ ОБОЛОЧКА, ИЗГОТОВЛЕННАЯ ИЗ ЭТОЙ КОМПОЗИЦИИ
COMPOSITION FOR MANUFACTURING OPTICALLY TRANSPARENT MATERIAL AND LIGHT-DISPERSING ENVELOPE, MANUFACTURED FROM THEREOF

Область техники
Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при изготовлении светорассеивающих оболочек светодиодных осветительных устройств, предназначенных, в частности, для общего освещения.
Предшествующий уровень техники
Осветительные устройства, источником светового излучения в которых являются светодиоды, не должны создавать слепящих бликов, резких перепадов яркости на поверхности излучения, вызывающих ощущение дискомфорта. Указанный эффект является следствием высокой яркости светодиодов при относительно малых угловых размерах. Наиболее часто эта проблема решается путем рассеяния излучения с помощью защитно-декоративных средств. Другим путем решения указанной проблемы является создание обширной светоизлучающей поверхности, яркость которой не вызывает дискомфорта и является достаточной для создания нормируемого уровня освещенности.
Известны светящиеся указатели для плавающих средств, изготовленные из термопластичного полимера, включающего частицы люминесцирующего алюмината, легированного редкоземельным металлом, имеющие размеры от 10 до 250 мкм и содержание в количестве 6-20% от массы полимера (патент № WO 2010017580, МПК С09К 11/00, дата публикации 18.02.2010).
Известное решение имеет в составе материала указателей некоторые компоненты, сходные с компонентами изобретения. Однако световые указатели предназначены для использования на плавающих средствах и не пригодны для создания общего освещения.
Использование фотолюминофоров для преобразования светового излучения известно также из патентов RU 2301475 и US 6068383, в которых фотолюминофор в составе пленочного покрытия располагается на поверхности оптически прозрачной конструкции. Такая технология является особенно трудоемкой при нанесении пленки на трехмерную поверхность. При этом возникают проблемы равномерности распределения частиц люминофора в покрытии и проблемы обеспечения его толщины. При этом не гарантируется равномерность яркости по всей светоизлучающей поверхности.
Известен патент, в котором, с целью создания равномерной яркости светоизлучающей поверхности, светоизлучающее устройство включает светодиодный источник света ультрафиолетового спектра свечения и планарное тело, полученное путем формования при размягчающей температуре смеси оптически прозрачной смолы, частиц люминофора, светорассеивающих включений и красящих пигментов (патент РФ №2319063, МПК F21V 9/00, дата публикации 10.06.2006).
Известное решение предназначено для создания планарного тела, используемого в составе маломощных осветительных устройств, создающих низкий уровень освещенности, достаточный для обеспечения работы световых указателей, но не пригодно для осветительных устройств, предназначенных для общего освещения, в которых используется большое количество светодиодов, суммарное количество выделяемого тепла которых оказывает существенное влияние на оптические свойства осветительного устройства.
Включение частиц люминофора в оптически прозрачное связующее является очевидным решением для создания различного рода светорассеивателей для светодиодных осветительных устройств. Однако проблема заключается в том, что для полимерных материалов люминофор является сильным катализатором разложения. По этой причине в процессе термопластичной обработки сырье темнеет после 2-3 отливок. Для изделий, степень оптической прозрачности которых является критичной, потеря даже части прозрачности является совершенно не приемлемой. Кроме того каталитическая активность люминофора оказывает влияние на оптические свойства связующего в продолжение всего периода работы светодиодного осветительного устройства.
Техническим результатом изобретения является предотвращение разложения композиции при формовании изделий из расплава и сохранение оптических свойств изделий в период долговременной эксплуатации, что достигается за счет уменьшения каталитического действия люминофора и восстановления разложившихся фрагментов компонентов.
Раскрытие сущности
Композиция для изготовления оптически прозрачного материала характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.
Композиция для изготовления оптически прозрачного материала, содержащая термопластичный полимер; смесь для термической стабилизации и частицы люминофора, активированного редкоземельным металлом, а в качестве целевых добавок включает дезактиватор металлов и бесцветный компатибилизатор на основе низкомолекулярного полиэтилена с привитыми функциональными акрилатными и эпоксидными химически активными группами при следующем соотношении компонентов, весовых частей:
термопластичный полимер
100
смесь для термической стабилизации
0,1-1,2
активированный металлом люминофор
1-10
дезактиватор металлов
0,1-1
компатибилизатор
0,2-6
Интервал количественных значений компонентов определен эмпирически и учитывает эффективность совместного влияния каждого из компонентов на достижение указанного технического результата. С учетом высокой каталитической активности частиц люминофор, существенное влияние имеет соблюдение пропорциональности содержания в композиции последних трех компонентов.
Смесь для термической стабилизации является традиционной синергически действующей системой в полимерах и конструкционных пластмассах, сохраняющей первоначальную текучесть расплава, придающей устойчивость к изменению цвета полимера и улучшающей его долговременную термостабильность. Указанная смесь включает трис-(2,4-дитретбутилфенил) фосфита и октадецил-3-(3',5'-дитретбутил-4'-гидроксифенил) пропианата в соотношении 4:1 (Irganox B900 Ciba Specialty Chem.).
Введение дезактиватора металлов в указанных количествах в состав композиции обеспечивает стабилизацию полимера как в процессе литья, так и в ходе долговременной эксплуатации. В качестве дезактиватора использовано вещество 2',3-бис-пропионгидразид (IRGA-NOX MD1024 Ciba SpecialLy Chem.) со структурной формулой:
,
Данный компонент ранее не применялся в композициях, содержащих люминофор.
В качестве компатибилизатора использован специально разработанный модифицированный полимер на основе линейного полиэтилена низкой плотности с привитыми функциональными акрилатными и эпоксидными химически активными группами (ОЛЕНТЕН LLDPF-q-GMA, ГК «ОЛЕНТА», Россия).
Светорассеивающая оболочка характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.
Светорассеивающая оболочка, выполненная из оптически прозрачного материала, включающего частицы люминофора, активированного редкоземельным металлом, размер которых выбран из выражения:
0,5<d<10, где
d - размер частиц люминофора, мкм,
и имеющая вид тонкостенного тела, форма которого образована плоскостями и/или произвольно соединенными поверхностями.
Форма светорассеивающей оболочки определяется с учетом назначения осветительного устройства. Например, для светодиодных осветительных ламп с резьбовым цоколем светорассеивающая оболочка предпочтительно должна иметь форму тела вращения (см. фиг.1 и 2). Для потолочного светильника светорассеивающая оболочка может быть выполнена плоской.
Варианты осуществления
В качестве примеров количественного и качественного состава композиции, обеспечивающих достижение указанного технического результата укажем следующие примеры, в которых исходные компоненты имели следующую насыпную плотность:
Насыпная плотность, г/см<sup>3</sup>
Компонент
Термопластичный полимер
0,75
Смесь для термической стабилизации
0,8
Люминофор
3,1
Дезактиватор металлов
0,35
Компатибилизатор
0,63
Пример 1
Поликарбонат Makrolon LED2045
100
Смесь для термической стабилизации
Irganox B900
0,4
Люминофор Nd<sup>3+</sup>:Y<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub> с размером
частиц 2 мкм
5
Дезактиватор металлов IRGANOX MD1024
0,4
Компатибилизатор ОЛЕНТЕН LLDPE-g-GMA
0,7
Пример 2
Поликарбонат Makrolon LED2045
100
Смесь для термической стабилизации
Irganox B900
0,3
Люминофор Nd<sup>3+</sup>:Y<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub> с размером
частиц 3 мкм
3
Дезактиватор металлов IRGANOX MD1024
0,4
Компатибилизатор ОЛЕНТЕН LLDPE-g-GMA
1,5
Промышленная применимость
Все компоненты, используемые в композиции, являются промышленно производимыми материалами. Режимы формообразования объемных тел, изготавливаемых из заявленной композиции, не имеют исключительных особенностей и могут быть воспроизведены на стандартном оборудовании для литья изделий из пластмасс.