DE19649662A1

DE19649662A1 - Schichtkörper mit Nachleuchteigenschaften, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE19649662A1
Application number: DE19649662A
Authority: DE
Inventors: Annett Dipl Ing Bretschneider; Wolfgang Dr Ing Kuehn; Juergen Dr Wieczoreck; Andreas Dr Winterfeldt
Original assignee: Riedel de Haen AG
Current assignee: Honeywell Riedel de Haen AG
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-04
Also published as: CN1189594C; WO1998023791A1; EP0953068B1; US6699598B2; KR20000057302A; CN1238811A; US6528186B1; JP2001504552A; AU5557398A; EP0953068A1; JP3792731B2; CA2273165A1; DK0953068T3; ES2165100T3; DE59704902D1; ATE206773T1; US20020119333A1; PT953068E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schichtkörper, der ein Substrat und, darauf ein- oder beidseitig aufgebracht, mindestens eine Schicht, die ein Email enthält, umfaßt, wobei die Schicht mindestens einen Leuchtstoff enthält. Ein derartiger Schichtkörper besitzt Nachleuchteigenschaften. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben definierten Schichtkörpers, dessen Verwendung, um einem damit versehenen Gegenstand Nachleuchteigenschaften zu verleihen, sowie diese Gegenstände an sich.

Der erfindungsgemäße Schichtkörper kann überall dort verwendet werden, wo durch plötzlichen Ausfall der Allgemeinbeleuchtung eine Gefahrensituation für Menschen eintreten kann. Dies kann vorgenommen werden in Form von Kennzeichnungen und Sicherheitszeichen im Rahmen eines langnachleuchtenden Sicherheitsleitsystems, um Menschen auf vorgegebenem Rettungsweg sicher zu einem Ausgang bzw. zu einem sicheren Bereich zu führen.

Verfahren zur Herstellung von langnachleuchtenden Stahlemails sind bekannt. Die Herstellung von langnachleuchtenden Stahlemails erfolgte bislang unter Verwendung von Leuchtpigmenten auf Basis von Zinksulfiden.

Um bestimmte Mindestnachleuchtwerte erzielen zu können, mußte ein relativ dicker leuchtstoffhaltiger Emailüberzug gewählt werden. Im Rahmen dieser Verfahren besteht keine technische Möglichkeit, dünne, flexible und damit mehr oder weniger universell einsetzbare Substrate, z. B. Folien auf Basis von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, zu emaillieren.

Der Versuch, die Schichtdicken von Emails durch den Einsatz von kaschierten Folien zu senken, führte aber zu Schichtkörpern, die partiell brennbar oder thermisch zersetzbar sind. Solche langnachleuchtenden Schichtkörper zeigen gute Nachleuchtwerte, besitzen aber den entscheidenden Nachteil der thermischen Zersetzbarkeit. Diese thermische Zersetzung von Kunststoffen ist immer verbunden mit der Freisetzung von reizenden und giftigen Gasen und macht solche Schichtkörper deshalb für eine Reihe von Anwendungen unbrauchbar.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, Schichtkörper mit guten Nachleuchteigenschaften herzustellen, die vorzugsweise nicht brennbar sind und bei Wärmeeinwirkung keine reizenden oder giftigen Gase freisetzen. Ferner sollen diese Schichtkörper durch Siebdruck oder auch durch andere Druckverfahren frei gestaltbar sein.

Darüber hinaus sollen die Schichtkörper kostengünstig herstellbar, einsetzbar und problemlos austauschbar sein.

Diese und weitere Aufgaben werden durch den erfindungsgemäßen Schichtkörper gelöst.

Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung einen Schichtkörper, umfassend ein Substrat, das vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält, und, darauf ein- oder beidseitig aufgebracht, mindestens eine Schicht, die ein Email enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schicht aus Email einen Leuchtstoff enthält.

Sofern bei der Anwendung vollständige Nichtbrennbarkeit vonnöten ist, kann der erfindungsgemäße Schichtkörper frei von Kunststoffen ausgeführt werden.

Als Substrat im erfindungsgemäßen Schichtkörper können alle emaillierbaren Substrate, insbesondere solche auf Metall-Basis, wie z. B. Eisenwerkstoffe, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthaltende Werkstoffe, Kupfer-, Silber-, Gold- und Titan-haltige Werkstoffe eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein Substrat eingesetzt, das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält.

Obwohl bezüglich der Dicke und der Struktur des Substrats keine besonderen Beschränkungen existieren, werden vorzugsweise Lochbleche mit einer Dicke von etwa 0,2 bis etwa 2,5 mm, weiter bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 2,0 mm und insbesondere etwa 0,5 bis etwa 1,5 mm, oder Folien mit einer Dicke von etwa 50 bis etwa 500 µm, weiter bevorzugt etwa 100 bis etwa 400 µm und insbesondere etwa 200 bis etwa 300 µm, eingesetzt. Eine Beschränkung bezüglich der freien Lochfläche der Lochbleche existiert praktisch nicht, vorzugsweise werden jedoch Lochbleche mit einer freien Lochfläche von etwa 20 bis etwa 45% eingesetzt.

Prinzipiell können im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Substrat alle bekannten Aluminiumlegierungen verwendet werden, wobei als wichtigste Legierungszusätze Kupfer, Magnesium, Silicium, Mangan und Zink sowie Gemische aus zwei oder mehr davon und, in kleineren Mengen, Nickel, Cobalt, Chrom, Vanadium, Titan, Blei, Zinn, Cadmium, Wismut, Zirconium und Silber sowie Gemische aus zwei oder mehr davon zu nennen sind.

Ferner umfaßt der erfindungsgemäße Schichtkörper eine Schicht, die ein Email enthält, die entweder ein- oder beidseitig auf dem oben definierten Substrat aufgebracht wird.

Die Bezeichnung "Email", wie sie im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, entspricht der Definition gemäß "Email und Emailliertechnik", Petzold/Pöschmann, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig/Stuttgart, 2. überarbeitete Auflage 1992, Seite 15. Demnach ist Email eine durch Schmelzen oder Fritten entstandene, vorzugsweise glasig erstarrte Masse mit anorganischer, in der Hauptsache oxidisch-silicatischer Zusammensetzung, die in einer oder mehreren Schichten teils mit Zuschlägen auf Werkstücke aus Metall aufgeschmolzen werden soll oder aufgeschmolzen worden ist.

Dabei kann das erfindungsgemäß verwendete Email ausgehend von einer schwermetallhaltigen oder schwermetallfreien Emailfritte hergestellt werden.

Vorzugsweise beträgt die Dicke der mindestens einen Schicht aus Email 400 µm oder weniger, weiter bevorzugt etwa 300 µm oder weniger, und insbesondere etwa 200 µm oder weniger, wobei die Untergrenze der Schichtdicke des Emails bei etwa 30 µm liegt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zunächst ein- oder beidseitig eine Reflexionsschicht aus einem weißen oder einem hellen Email mit einem Weißgehalt von mindestens etwa 78%, weiter bevorzugt mindestens etwa 82%, und danach mindestens eine weitere Schicht aus Email aufgebracht.

Ferner kann auch direkt auf das Substrat eine Reflexionsschicht, beispielsweise durch elektrische Oxidation und/oder durch Einlagerung anorganischer Pigmente, wie z. B. TiO₂, hergestellt werden.

Selbstverständlich kann das Email, das einen Leuchtstoff enthält, auch ohne Reflexionsschicht direkt auf das Substrat aufgebracht werden.

Sofern mehr als eine Schicht, die ein Email enthält, ein- oder beidseitig aufgebracht wird, ist es insbesondere aus ökonomischen Gründen vorteilhaft, daß lediglich die äußere Schicht, die ein Email enthält, einen Leuchtstoff enthält.

Als Leuchtstoffe sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell alle bekannten anorganischen Leuchtstoffe einsetzbar.

Beispielhaft zu nennen sind:
Leuchtstoffe, wie sie beispielsweise in Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Band 16, S. 179ff (1975) beschrieben sind, z. B. solche auf Basis von Sulfiden, wie z. B. CaS : Bi, CaSrS : Bi, ZnS : Cu und ZnCdS : Cu.

Leuchtstoffe auf Basis von Erdalkali-Aluminaten, wie z. B. mit Europium oder mit Blei aktivierte Erdalkalimetall-Aluminate, wobei das Erdalkalimetall Strontium oder ein Gemisch aus Strontium und Calcium ist, wie z. B. in der EP-A-0 094 132 und der US 3,294,699 (Sr-Aluminat/Europium) beschrieben, ebenfalls durch Europium aktivierte Erdalkali-Aluminate, mit Barium und Strontium als Erdalkalimetalle, wie in DE-A-18 11 732 beschrieben; Leuchtstoffe umfassend eine Matrix der Formel MAl₂O₄, wobei M Calcium, Strontium oder Barium ist und die Matrix Europium als Aktivator und als Co-Aktivator mindestens ein unter Lanthan, Cer, Praeseodym, Neodym, Samarium, Gadolinium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Zinn und Wismut enthält, wie in der EP-B-0 622 440 beschrieben; durch Europium aktivierte ternäre Metalloxide enthaltend SrO oder BaO oder Gemische davon, Al₂O₃ oder ein Gemisch aus Al₂O₃ und Ga₂O₃ und ZnO oder MgO, wie in US 4 216 408 beschrieben; und Leuchtstoffe, enthaltend mindestens ein Metalloxid, ausgewählt unter MgO, CaO, SrO und ZnO, sowie als Aktivator Eu²⁺ und mindestens ein zusätzliches Seltenerdelement, ausgewählt unter Pr, Nd, Dy und Tm, vorzugsweise Dy, wie in US 5,376,303 beschrieben.

Dabei werden vorzugsweise Leuchtstoffe auf der Basis eines Erdalkali-Aluminats, insbesondere die in der EP-B-0 622 440 und der US 5 376 303 beschriebenen Leuchtstoffe, eingesetzt.

Die Menge des verwendeten Leuchtstoffs ist nicht in besonderer Weise beschränkt, beträgt jedoch aus ökonomischen Erwägungen im allgemeinen bis zu ungefähr 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schichtkörpers. Die Untergrenze für die Menge des Leuchtstoffs ergibt sich insbesondere aus der gewünschten Nachleuchtintensität und kann demnach je nach Anwendung in weiten Bereichen variiert werden.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Schichtkörper, das die folgenden Schritte umfaßt:
Ein- oder beidseitiges Aufbringen mindestens einer Schicht, die ein Email enthält, auf ein Substrat und Einbrennen der aufgebrachten, mindestens einen Schicht, die ein Email enthält, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens eine Schicht mindestens einen Leuchtstoff enthält.

Das Aufbringen und Einbrennen des Emails erfolgt nach herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. So wird auf das Substrat, beispielsweise eine in der Regel entfettete und passivierte Folie aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, mit Hilfe einer Aufbringvorrichtung, wie z. B. einer Spritzpistole, das Email in Form einer wäßrigen Suspension (Email-Schlicker) oder als feines Pulver aufgetragen und anschließend bei Temperaturen zwischen etwa 500 und etwa 600°C eingebrannt. Bei Verwendung mehrerer Schichten aus Email werden diese in der Regel nacheinander aufgebracht und gemeinsam eingebrannt.

Der erfindungsgemäße Schichtkörper kann danach jederzeit auf ein geeignetes Trägermaterial, vorzugsweise auf ein nicht brennbares Trägermaterial, wie z. B. eine Metallplatte, durch Verkleben oder Verschweißen, oder aber auch direkt auf den zu kennzeichnenden Gegenstand, ebenfalls durch Verkleben oder mechanische Befestigung, wie z. B. Nieten, Klemmen oder Schrauben, aufgebracht werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Schicht, die ein Email und mindestens einen Leuchtstoff enthält, durch Siebdruck oder andere Druckverfahren, Schiebebild, Schablonieren, Spritzen mit Schablonen oder Handbeschriftung aufgebracht werden.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Schichtkörpers, wie oben beschrieben, oder eines wie oben definiert hergestellten Schichtkörpers, um einem Gegenstand Nachleuchteigenschaften zu verleihen, sowie nachleuchtende Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem derartigen Schichtkörper versehen sind.

Als im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Schichtkörper zu versehende Gegenstände sind Meßinstrumente, Zifferblätter, Sicherheitszeichen, Schlüssel, Schutzgeländer, Helme, jede Art von Markierungen, wie z. B. in oder an Aufzügen oder als Verkehrsleiteinrichtungen, elektrische Schalter, Schreibinstrumente, Spielzeug oder Haushalts- und Sportgeräte zu nennen.

Im folgenden soll die vorliegende Erfindung nunmehr anhand von einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 80 µm wurde in einer kontinuierlich arbeitenden Anlage von einer Rolle abgewickelt und durchlief zwei Entfettungs-, ein Spül- und ein Passivierungsbad und wurde anschließend getrocknet.

Danach wurde mittels Spritzpistolen beidseitig ein Weißemail mit einer Dicke von ca. 60 µm aufgebracht, getrocknet und eingebrannt.

Anschließend wurde ein Aluminiumemail-Schlicker, dem ein Europium- Dysprosium-dotiertes Strontiumaluminat (Lumilux® Grün SN der Firma Riedel- de Haën) als Leuchtstoff in einer Menge von 40 Gew.-%, bezogen auf das Email, zugesetzt worden war, aufgebracht und dieser Emailauftrag getrocknet und kontinuierlich eingebrannt. Danach wurde die Folie wiederum auf eine Rolle aufgewickelt.

Bei der anschließenden Verwendung wurden entsprechende Längen von dieser Rolle abgewickelt und direkt verwendet.

Beispiel 2

Zunächst wurde eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 100 µm, die durch Einlagerung von TiO₂ bereits eine weißliche Färbung aufwies, anodisch vorbehandelt und anschließend freihängend auf der Rückseite mit einem Abfallaluminiumemail und auf der Vorderseite mit einem Email-Schlicker, dem ein Leuchtstoff wie in Beispiel 1 zugesetzt wurde, beschichtet, getrocknet und eingebrannt. Die Dicke der erhaltenen Email-Schicht betrug 150 µm.

Beispiel 3

Ein Blech der Aluminiumlegierung AlFeSi mit einer Blechdicke von 3 mm wurde alkalisch entfettet, danach mit demineralisiertem Wasser gespült und getrocknet. Danach wurde ein Schlicker nach folgendem Versatz hergestellt:

100 Teile Aluminiumfritte
15 Teile Stellmittel
40 Teile Wasser
12 Teile TiO₂

Dieser Schlicker wurde durch Spritzen auf das Blech aufgebracht, getrocknet und bei 570°C eingebrannt.

Anschließend wurde ein weiterer Schlicker nach folgendem Versatz hergestellt:

100 Teile Aluminiumfritte
30 Teile Stellmittel
60 Teile Wasser
200 Teile Leuchtpigment

Dieser Schlicker wurde auf die gleiche Weise wie oben beschrieben verarbeitet.

Beispiel 4

Ein Körper aus einer Sandgußlegierung wurde alkalisch entfettet, mehrfach gespült und mit HNO₃ passiviert, danach getrocknet. Dieser Körper wurde mit einem Weißschlicker nach Beispiel 3 überzogen und eingebrannt. Danach wurde ein Schlicker nach folgender Rezeptur hergestellt:

100 Teile Aluminiumfritte
60 Teile Wasser
25 Teile Stellmittel
250 Teile Leuchtstoff

Dieser Schlicker wurde getrocknet, zu einem Pulver verrieben, auf das Gußteil gepudert und eingebrannt.

Claims

1. Schichtkörper, umfassend ein Substrat und, darauf ein- oder beidseitig aufgebracht, mindestens eine Schicht, die ein Email enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schicht, die ein Email enthält, mindestens einen Leuchtstoff enthält.

2. Schichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält.

3. Schichtkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Email ausgehend von einer schwermetallhaltigen Emailfritte hergestellt wird.

4. Schichtkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Lochblech mit einer Dicke von 0,2 bis 2,5 mm oder eine Folie mit einer Dicke von 50 bis 500 µm aufweist.

5. Schichtkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schicht, die ein Email enthält, eine Dicke von 400 µm oder weniger aufweist.

6. Schichtkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als mindestens einen Leuchtstoff ein Seltenerdelement dotiertes Erdalkalialuminat enthält.

7. Schichtkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich ein- oder beidseitig eine Reflexionsschicht aus einem weißen oder hellen Email mit einem Weißgehalt von mindestens 78% enthält.

8. Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers, das die folgenden Schritte umfaßt:

- ein- oder beidseitiges Aufbringen mindestens einer Schicht, die ein Email enthält, auf ein Substrat,
- Einbrennen der aufgebrachten mindestens einen Schicht, die ein Email enthält,

dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schicht, die ein Email enthält, mindestens einen Leuchtstoff enthält.

9. Verwendung eines Schichtkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines Schichtkörpers, hergestellt wie in Anspruch 8 definiert, um einem Gegenstand Nachleuchteigenschaften zu verleihen.

10. Nachleuchtender Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Schichtkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einem Schichtkörper, hergestellt wie in Anspruch 8 definiert, versehen ist.