JP2000001623A

JP2000001623A - ポリマ―組成物

Info

Publication number: JP2000001623A
Application number: JP11143697A
Authority: JP
Inventors: Casmir Stanislaus Ilenda; カスマー・スタニスロース・イレンダ; Brian Francis Leonard; ブライアン・フランシス・レナード; Michael Thomas Caro; マイケル・トーマス・カロ
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2000-01-07
Also published as: EP0959372A2; US6526213B1; EP0959372A3

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた白色光透過を示し、長い光路長におい
て実質的に着色しないポリマー組成物の提供【解決手段】（ａ）ピークマキシマムにおいて第１の
光吸収を有する１以上のポリマー材料、および（ｂ）ピ
ークマキシマムにおいて第２の光吸収を有する１以上の
染料、を含み、ピークマキシマムにおける第１の光吸収
と第２の光吸収とが、その内部を通過する光の色を調節
するように選択される組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、優れた白色光透過を示し、長い
光路長において実質的に着色しないポリマー組成物に関
する。具体的には、本発明は、微量の染料を有するポリ
マーのライトパイプであって、該染料は赤色光の固有の
吸収をうち消し、白色光源により照射された際に実質的
に無色の光が透過されるようにするライトパイプに関す
る。さらに、本発明は、白色光源により照射された際に
調節された色を有する光を透過させるための微量の染料
を含むライトパイプ組成物に関する。本発明はさらに、
オフホワイトの光源により照射された際に光の色を低減
させるための微量の染料を含むライトパイプ組成物に関
する。

【０００２】優れた光透過特性を有するポリマー材料は
公知である。そのようなポリマー材料は、一般に、たと
えばポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタ
アクリレート、ポリメチルグルタルイミドなどのような
高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有する透明プラスチッ
ク、および架橋されたポリエチルアクリレート、ポリジ
メチルシロキサン等のようなゴム状ポリマーを使用して
作られる。優れた光透過特性を有する低着色ポリマー材
料を必要とする用途としては、リモートソース照明シス
テム、エッジの色が最小化され、または調節されたプラ
スチックの大きなシート、プラスチックの窓または水槽
用タンク、窓用のプラスチックブロックなどがある。

【０００３】光透過性ポリマー材料の例としては、ポリ
マーのライトパイプがある。優れた光透過特性を有する
ポリマーのライトパイプは、一般にコア材料とコアを包
むクラッド材料を有する。ライトパイプは小さい光吸収
を有するパイプコアにポリマー材料を使用し、屈折率の
小さなポリマーをパイプのクラッドとして使用して作ら
れていた。ポリマーのライトパイプにおける課題の一つ
は、伝達のために有用なライトパイプの長さが制限され
ることである。これは、有意の減衰をすることなくデジ
タル光信号を数十キロ以上伝えることができる、光ファ
イバー通信ネットワークに有用な光透過特性を有する無
機ガラスの光ファイバーと対照的である。一方、ポリマ
ーは無機ガラスに比較して非常に大きな光吸収を有する
ので、ポリマー材料の用途は、光を最大数十メートルの
距離で伝えることを必要とする用途に限られる。

【０００４】透明なポリマー材料は６００ｎｍから６５
０ｎｍの範囲の波長のピークマキシマム（ｐｅａｋｍ
ａｘｉｍｕｍ）において光吸収を有することが知られて
おり、これは炭素−水素結合の上音と調和振動（ｖｉｂ
ｒａｔｉｏｎａｌｏｖｅｒｔｏｎｅｓａｎｄｈａ
ｒｍｏｎｉｃｓ）により引き起こされる。ポリメチルメ
タクリレートの吸収極大の波長と割り当ては、７４０ｎ
ｍ（ν_５）、６８０ｎｍ（ν_５＋δ）、６３０ｎｍ（ν
_６）、および５５０ｎｍ（ν_７）である（Ｔａｋｅｚａ
ｗａら、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏ
ｌｙｍｅｒＰｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．４２，ｐｐ．
２８１１−２８１７，１９９１）。炭素−水素の伸縮の
第６の調和振動と呼ばれる６３０ｎｍ（ν_６）の吸収
は、ポリメチルメタアクリレートを１メートル以上通過
した白色光を緑色にする。炭素−水素結合の調和振動と
上音に起因するポリスチレンにおける有意な吸収も、６
００ｎｍと６５０ｎｍとの間の波長で起こることが知ら
れている。すなわち、炭素−水素結合を有するすべての
ポリマー材料は６３０ｎｍ近傍において吸収を有するこ
とが予測される。したがって、優れた光透過特性と炭素
−水素結合を有するすべての着色の少ないポリマー材料
は、白色光がポリマー材料を１メートルまたはそれ以上
通過したときに緑色にすることが予測される。これは非
常に小さな色シフト（ｃｏｌｏｒｓｈｉｆｔ）である
が、この問題は、１メートルまたはそれ以上にわたりポ
リマー材料内を白色光が伝えられることが必要とされ
る、たとえばリモートソース照明システム用のライトパ
イプのような用途においては特に明白である。

【０００５】ガラスは優れた光透過特性を有するが、ゴ
ム状ポリマー繊維はガラス光ファイバーに比較して非常
に柔軟であり、加工可能であり、重量が軽い。これらの
特性と、数１０メートルという光透過限界とが、サイ
ン、器具の照明、医療用具などの用途においてポリマー
ライトパイプを有用なものとしている。ゴム状ポリマー
材料は大直径コア（約３ミリ以上）のライトパイプの製
造に特に有用であり、このようなライトパイプは、大き
な直径により、単一の光源（照明装置）から数１０メー
トル離れた複数の箇所に大量の光を伝えることができる
リモートソース照明用途において特に有用である。した
がって、比較的長く、透明度が高いポリマーライトパイ
プであって、ポリマー材料内の光路長が長くなったとき
に、色変化が起こらないものが望まれていた。これらの
ライトパイプは、長さにより色が変化しない光を提供す
ることができる。すべての長さのライトパイプが同じ色
の照明を提供することができるので、エンドライトの用
途（ｅｎｄｌｉｇｈｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）に
おいては、異なる長さのライトパイプを使用することが
できる。サイドライト用途（ｓｉｄｅｌｉｇｈｔａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）においては、光の色は長さ方向
において変化しないであろう。

【０００６】リモートソース照明のような特定の用途に
おいては、比較的長く、透明度が高いポリマーライトパ
イプであって、色が調節できるものも望まれる。色の付
いた光はディスプレイケースの中の商品の照明に有用で
あり、純粋な白色光よりも若干色合いのあった方が商品
はより魅力的に見える。たとえば、青みがかった色合い
を有する光は、宝石などの黄色がかったものをより白い
望ましいものにするための照明に有用である。スペクト
ルの他端である赤みがかった光は家具や家庭用品により
暖かな外観を与える。また、オフ−ホワイトや黄色の光
を与える光源もある。これらの場合には、光の色を低減
したり、透過光をより白くすることが時々望まれる。

【０００７】光ファイバー中のポリマーコアの炭素−水
素結合から生じる光の吸収に伴う課題を解決するための
試みは、Ｂｅａｓｌｅｙらの米国特許ＲＥ３１，８６８
に開示されている。Ｂｅａｓｌｅｙらは、炭素−水素共
有結合から生じる吸収を実質的に少なくしたいくつかの
ポリマー材料を開示しており、その結果、可視光におけ
る驚異的に高い透過を得ている。好適なポリマー材料に
は、炭素−水素共有結合が炭素−重水素共有結合によっ
て置き換えられている、重水素を含むアクリレートおよ
びメタアクリレートがあげられている。Ｂｅａｓｌｅｙ
らにより開示された光ファイバーのコアは重水素を含む
メチルメタアクリレートを含むコポリマー、または重水
素を含むポリメチルメタアクリレートポリマーそれ自体
である。その結果、Ｂｅａｓｌｅｙらにより開示された
ポリマーは、水素を含有するポリメチルメタアクリレー
トを有するライトパイプのコアに比較して、より長い距
離にわたり白色光が緑色に変化しないことが予測され
る。しかし、水素含有モノマーが商業的に利用可能であ
るのに対して、重水素含有モノマーは少量の研究用とし
てのみ利用可能である。したがって、重水素含有ポリマ
ーを使用して大きなコアの光ファイバーを作ることは実
際的ではなく、リモートソース照明のような用途におい
ては高価で受け入れがたい。

【０００８】ポリマーライトパイプからの色の付いた光
の出てくるという課題を解決するための一つの試みが、
Ｎａｕｍの米国特許第５，５７９，４２９に開示されて
いる。Ｎａｕｍは単色のネオンのようなサイドエミッシ
ョンを提供する、蛍光染料を有する大きなコアの光ファ
イバーを開示する。コアは蛍光を発して狭い波長の光
（すなわち、単一の純粋な色）を光ファイバーの側方か
ら外に発する、レーザー染料（ｌａｓｅｒｄｙｅ）と
アリルジグリコールカーボネートの存在下における重合
による、架橋されたメチルメタアクリレートポリマーで
ある。染料の選択により、青−青紫から赤までの範囲の
所望の色が側方から発せられる。Ｎａｕｍの染料組成物
は、高濃度のレーザー染料を使用した強い単色の光を伝
えるライトパイプに有用である。この方法は、実質的に
無色の光を伝えるライトパイプには適当でない。本発明
は、従来技術における課題を解決することを目的とす
る。

【０００９】本発明者は、６３０ｎｍにおける炭素−水
素吸収を打ち消し、ライトパイプの長さが増加しても実
質的にライトパイプから放射される光の色が変化しない
ような実用的なポリマーライトパイプ組成物を見いだし
た。さらに、本発明者は、ライトパイプから放射される
光の色を調節する実用的なポリマーライトパイプ組成物
を見いだした。これは、特定の吸収を有する微量の染料
をポリマーライトパイプコア組成物に加え、６３０ｎｍ
における炭素−水素吸収を効果的に打ち消し、白色光源
で照射されたときの種々の長さのライトパイプについ
て、実質的に無色の光を透過させることにより達成され
る。さらに、特定の吸収を有する微量の染料をポリマー
ライトパイプコア組成物に加えた時に、白色光源で照射
されたときの透過光の色を効果的に調節できることを見
いだした。

【００１０】本発明の第１の態様においては、（ａ）ピ
ークマキシマムにおいて第１の光吸収を有する１以上の
ポリマー材料、および（ｂ）ピークマキシマムにおいて
第２の光吸収を有する１以上の染料、を含み、ピークマ
キシマムにおける第１の光吸収と第２の光吸収とが、そ
の内部を通過する光の色を調節するように選択される組
成物が提供される。

【００１１】本発明の第２の態様においては、（ａ）ピ
ークマキシマムにおいて第１の光吸収を有する１以上の
ポリマー材料、および（ｂ）ピークマキシマムにおいて
第２の光吸収を有する１以上の染料、を含み、ピークマ
キシマムにおける第１の光吸収と第２の光吸収とが、そ
の内部を通過する光の色を調節するように選択されるコ
アを有するライトパイプが提供される。

【００１２】本発明の第３の態様においては、（ａ）
光を発する１以上の照明具、（ｂ）（ｉ）（イ）ピーク
マキシマムにおいて第１の光吸収を有する１以上のポリ
マー材料、および（ロ）ピークマキシマムにおいて第２
の光吸収を有する１以上の染料、を含み、ピークマキシ
マムにおける第１の光吸収と第２の光吸収とが、その内
部を通過する光の色を調節するように選択されるコア、
および（ｉｉ）その上に配置されたクラッドを有する１
以上のライトパイプ、を含む照明システムが提供され
る。

【００１３】用語「ポリマー」は、オリゴマー；ホモポ
リマー；ブロック、ランダムおよび交互共重合体を含む
コポリマー；グラフトポリマーおよびコポリマー；およ
びターポリマーなどのような、互いに結合された原子ま
たは分子の繰り返し単位を有するものとして特徴づけら
れるすべてのタイプの分子を包含する。用語「ＡＮＳ
Ｉ」は、ＡｍｅｒｉｃａｎＮａｔｉｏｎａｌＳｔａ
ｎｄａｒｄｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅを意味する。用語
「ａｍｕ」は、原子質量単位を意味し、実質的に１モル
あたりのグラムで表された分子量と同じ数値を有すると
理解される。用語「ｂ．ｏ．ｍ．」はモノマー重量基準
を意味する。本発明の組成物は好ましくはピークマキシ
マムに第１の光吸収を有する１以上のポリマー材料、お
よびピークマキシマムに第２の光吸収を有する１以上の
染料を含み、第１と第２のピークマキシマムでの光吸収
は、それを通過する光の色を調節する様に選択される。
ピークマキシマムにおける光吸収は互いに中和（ｎｅｕ
ｔｒａｌｉｚｅ）され、組成物はそれを通過する白色光
の色を実質的に変えない。

【００１４】一般に、組成物中のポリマー材料は、好ま
しくはアクリル系、メタクリル系、スチレン系、ポリカ
ーボネート系、シリコーン系、またはポリグルタルイミ
ド系の、実質的に無色（透明）なポリマーである。ポリ
マー材料としては、より好ましくは、ポリスチレン、ポ
リカーボネート、ポリメチルメタアクリレート、および
ポリメチルグルタルイミド、並びにスチレン、ジエン、
Ｃ_１−Ｃ_８のｎ−アルキルアクリレート、およびＣ_１−
Ｃ_８のｎ−アルキルメタアクリレートのコポリマーおよ
びターポリマーのような透明なプラスチックがあげられ
る。もっとも好ましいポリマー材料としては、透明なゴ
ム状ポリマー、たとえば架橋されたポリエチルアクリレ
ート、およびポリジメチルシロキサン、並びにスチレ
ン、ジエン、Ｃ_１−Ｃ_８のｎ−アルキルアクリレート、
およびＣ_１−Ｃ_８のｎ−アルキルメタアクリレートのゴ
ム状コポリマーおよびターポリマーであって、優れた柔
軟性を有する本発明の組成物を提供するものがあげられ
る。

【００１５】本発明にかかる１以上のポリマー材料は、
好ましくは、６００から６５０ｎｍの間の波長のピーク
マキシマムで、ポリマー材料中に含まれる炭素−水素結
合から生ずる光吸収を有する。ポリジメチルシロキサン
は１，０００ａｍｕあたり８１の炭素−水素結合を有
し、ポリエチルアクリレートは１，０００ａｍｕあたり
８０の炭素−水素結合を有し、ポリメチルメタアクリレ
ートは１，０００ａｍｕあたり８０の炭素−水素結合を
有し、ポリスチレンは１，０００ａｍｕあたり７７の炭
素−水素結合を有し、ポリカーボネートは１，０００ａ
ｍｕあたり５５の炭素−水素結合を有する事が知られて
いる。したがって、ポリマー材料は、１０００原子質量
単位あたり、好ましくは０よりも多い、より好ましくは
１０よりも多い、もっとも好ましくは３０よりも多い、
炭素−水素結合を有する。

【００１６】染料は、ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＦ
ｅｄｅｒａｌＴｒａｄｅＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎが溶
剤染料（ｓｏｌｖｅｎｔｄｙｅ）および分散染料（ｄ
ｉｓｐｅｒｓｅｄｙｅ）として分類するものである。
多くの染料は、ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＤｙｅｒｓａ
ｎｄＣｏｌｏｕｒｉｓｔｓによるＣｏｌｏｒＩｎｄ
ｅｘでＣ．Ｉ．Ｎｕｍｂｅｒによって分類される。染料
はそれらのＣ．Ｉ．により分類される群に属することが
知られている。染料および染料群の例としては、以下の
ものがあげられる：アゾ染料（ＳｏｌｖｅｎｔＹｅｌ
ｌｏｗ１４，ＳｏｌｖｅｎｔＲｅｄ２４，Ｄｉｓ
ｐｅｒｓｅＹｅｌｌｏｗ２３）、キノリン染料（Ｓ
ｏｌｖｅｎｔＹｅｌｌｏｗ３３）、ペリノン染料
（ＳｏｌｖｅｎｔＯｒａｎｇｅ６０，Ｓｏｌｖｅｎ
ｔＲｅｄ１３５，ＳｏｌｖｅｎｔＲｅｄ１７
９）、アントラキノン染料（ＳｏｌｖｅｎｔＲｅｄ
５２，ＳｏｌｖｅｎｔＲｅｄ１１１，Ｄｉｓｐｅ
ｒｓｅＶｉｏｌｅｔ１，ＤｉｓｐｅｒｓｅＶｉｏ
ｌｅｔ２６，ＳｏｌｖｅｎｔＶｉｏｌｅｔ３６，
ＳｏｌｖｅｎｔＶｉｏｌｅｔ１３，Ｓｏｌｖｅｎｔ
Ｖｉｏｌｅｔ１４，ＳｏｌｖｅｎｔＢｌｕｅ５
６，ＳｏｌｖｅｎｔＢｌｕｅ９７，Ｓｏｌｖｅｎｔ
Ｇｒｅｅｎ３，ＳｏｌｖｅｎｔＧｒｅｅｎ２
８）、ザンセン染料（ＳｏｌｖｅｎｔＧｒｅｅｎ
４，ＳｏｌｖｅｎｔＯｒａｎｇｅ６３）、アジン染
料（インデュリン、ニグロシン）、メチン染料（Ｄｉｓ
ｐｅｒｓｅＹｅｌｌｏｗ２０１）、チオインジゴ染
料、フタロシアニン染料、およびペリレン染料。

【００１７】好ましい実施態様においては、１以上のポ
リマー材料のピークマキシマムにおける吸収が６００か
ら６５０ｎｍの間にあるときは、１以上の染料が１以上
のポリマー材料を通過してしてきた緑色の光を中和する
ために、１以上の染料のピークマキシマムにおける吸収
の波長は５００から５８０ｎｍの間、好ましくは５２０
から５７０ｎｍの間、より好ましくは５３５から５６０
ｎｍの間にある。５００から５８０ｎｍの間の波長のピ
ークマキシマムで吸収を有する染料は、オレンジないし
赤から青紫の色を有することが知られている。したがっ
て、１以上の染料は好ましくはオレンジないし赤から青
紫の色を有する。１以上の染料は、好ましくは１以上の
ポリマー材料に溶解する。ポリマー材料は、熱、酸素、
および／または可視光および紫外線の存在下で組成的に
劣化することも知られている。そのような劣化は５７０
ｎｍ未満の波長の光の吸収を大きくし、ポリマー材料を
黄色にする。この場合、５７０ｎｍよりも大きな波長で
吸収を有する染料は、５７０ｎｍ未満の波長の吸収を中
和し、材料を通過してきた光の黄色みを少なくするのに
有用であることが知られている。蛍光灯のようないくつ
かの光源は、望ましくない、黄色に見えるオフ−ホワイ
トの光を発する。黄色の外観が好ましくない場合には、
１以上の染料が５７０ｎｍよりも大きな波長のピークマ
キシマムで吸収を有することが好ましい。５７０ｎｍよ
りも大きな波長のピークマキシマムで吸収を有する染料
の多くは青色を呈する。

【００１８】可視光および紫外線の存在下において、色
あせしにくい染料は、アントラキノン類、ペリノン類、
およびザンセン類の染料である。本発明の装置および照
明システムは、本発明の組成物の長い光路長を通して、
大きな強度の可視光を透過し、さらに幾分かの紫外線の
透過の可能性を含むので、１以上の染料がアントラキノ
ン類、ペリノン類、およびザンセン類の染料であること
が好ましい。アントラキノン類の染料の具体例を表１に
示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】特定の色シフトを生じさせるために染料を
組み合わせて使用することができることも公知である。
たとえば、所望の出力の色に対応する色の染料を、緑色
を中和するために十分な量の赤色染料と組み合わせて使
用することができる。１以上の染料の濃度は、ピークマ
キシマムにおける光吸収が、１以上のポリマー材料のピ
ークマキシマムにおける光吸収の、好ましくは０．２％
から２０００％、より好ましくは１％から１０００％、
もっとも好ましくは５％から１００％であるようにする
のに十分な量であるべきである。上記の％は、「ピーク
マキシマムにおける吸収の％」または簡単に「ｆ」と呼
ばれる。

【００２１】特定のｆ値を得るために必要とされる本発
明の組成物における染料の量は、以下の式によって好ま
しく計算される。Ｃ（染料）＝０．００１×ｆ×α^＊×ε^−１式１式中、「Ｃ（染料）」は組成物１リットルあたりの染料
のモル数の単位（ｍｏｌ／ｌ）で表される組成物中の染
料の濃度である。ｆは、ピークマキシマムにおける吸収
の％、「α^＊」は、１メートルあたりのデシベルの単位
（ｄＢ／ｍ）で表されるポリマー材料のピークのマキシ
マムにおける補正された吸収である。「ε」は、モル−
センチメートルあたりのリットルの単位（ｌ／ｍｏｌ−
ｃｍ）で表された、５００から５８０ｎｍの間のピーク
マキシマムにおける吸収での染料のモル吸収係数（ｍｏ
ｌａｒａｂｓｏｒｐｔｉｖｉｔｙ）である。０．００
１は比例定数である。

【００２２】ポリマー材料のピークのマキシマムにおけ
る補正された吸収「α^＊」は、ポリマー材料について可
視光吸収スペクトルから決定され、ハロゲン光源を使用
して、フォトダイオードアレイスペクトログラフ
（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅａｒｒａｙｓｐｅｃｔｒｏ
ｇｒａｐｈ）で、光吸収を波長スペクトルに対して測定
することにより決定される。６００から６５０ｎｍの間
のピークのマキシマムにおける吸収強度「α_ｍａｘ」
は、１メートルあたりのデシベルの単位（ｄＢ／ｍ）で
記録された。「α_ｍａｘ」の近傍におけるスペクトルの
ベースライン吸収「α_ｂａｓｅ」が差し引かれ、ピーク
のマキシマムにおける補正された吸収「α^＊」を与え
る。たとえば、本発明の実施態様の一つにおいては、架
橋されたポリアクリレートに対する「α_ｍａｘ」は６３
０ｎｍにおいて生じ、０．５９ｄＢ／ｍの強度を有し、
「α_ｂａｓｅ」は６００ｎｍにおける吸収により表さ
れ、０．１７ｄＢ／ｍの強度を有する。したがって、
「α^＊」の強度は０．４２ｄＢ／ｍである。５００から
５８０ｎｍの間のピークマキシマムにおける吸収での染
料のモル吸収係数「ε」は、モル−センチメートルあた
りのリットルの単位（ｌ／ｍｏｌ−ｃｍ）で表され、適
当なＵＶ−ＶＩＳ分光光度計を使用した希釈溶液の測定
から決定される。ベールの法則によれば、以下の関係が
与えられる。Ａ（溶液）＝ε×Ｃ（溶液）×Ｌ式２式中、Ａ（溶液）は染料溶液の５００から５８０ｎｍの
間の波長のピークマキシマムにおける吸収である。Ｃ
（溶液）は、１リットルあたりのモル数（ｍｏｌ／ｌ）
の単位で表わされた希釈溶液における染料の濃度であ
り、Ｌはセンチメートルの単位で表されたサンプルセル
の光路長である。

【００２３】たとえば、本発明の実施態様の一つにおい
ては、酢酸エチル溶媒を使用し、Ｃ．Ｉ．Ｓｏｌｖｅｎ
ｔＶｉｏｌｅｔ１４の０．０８４２×１０^−３ｍｏ
ｌ／ｌの溶液が調製され、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ
Ｌａｍｂｄａ６Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ
を使用し、光路長１ｃｍの石英サンプルセル中で測定
し、Ａ（溶液）の値として５５５ｎｍで１．３３ｄＢ／
ｍを得た。これは、式２により、１５，８００ｌ／ｍ
ｏｌ−ｃｍのモル吸収係数を与える。式１によれば、ポ
リマー材料がポリエチルアクリレートであり、染料が
Ｃ．Ｉ．ＳｏｌｖｅｎｔＶｉｏｌｅｔ１４である本
発明の組成物は、組成物においてｆ＝５０％を得るため
に必要とされる染料の濃度は、Ｃ（染料）＝０．００１×５０％×０．４２×１５，８
００^−１であり、Ｃ（染料）＝１．３３×１０^−８ｍｏｌ／ｌが得られる。Ｃ（染料）に染料の分子量（４１８．５ｇ
／ｍｏｌ）を掛け、組成物の密度（１１２０ｇ／ｌ）で
割ると、約５ｐｐｂ（ｐｐｂは１０億分率）の値が得ら
れる。特定の吸収比を得るために必要とされる本発明
の組成物における染料の量は、以下の方法によってより
好適に決定される。

【００２４】石英タングステンハロゲン光源（規格ＥＫ
ＺのＡＮＳＩ標準プロジェクションランプ）のスペクト
ルパワー分布を、フォトダイオードアレイスペクト
ログラフを使用して測定し、ＣＩＥ（１９３１）ｘ，ｙ
色度座標をＣＩＥＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔ
１５．２（第２版、１９８６）に記載されたようにし
て決定した。染料の濃度の異なる種々の本発明の組成物
について、同様にｘ，ｙ色度座標を決定した。トライア
ンドエラーの方法で、上記の手順をいくつかの異なる染
料濃度で行い、染料濃度とｘ，ｙ色度座標の間の関係を
得た。染料を含む組成物のｘ，ｙ色度座標が、光源の
ｘ，ｙ色度座標にもっとも近いときが最適の染料濃度で
ある。（Δｘ^２＋Δｙ^２）^１／２の値が、色差（Δｘ，
ｙ）を定義する。色中、Δｘは光源とライトパイプから
出てくる光との間のｘ軸での差（ライトパイプから出て
くる光のｘ軸−光源のｘ軸）であり、Δｙは光源とライ
トパイプから出てくる光との間のｙ軸での差（ライトパ
イプから出てくる光のｙ軸−光源のｙ軸）である。最適
な染料濃度に対する最適近似は、Δｘ，ｙの強度が最小
になったときに得られる。架橋されたポリエチルアクリ
レート（ＰＥＡ）ポリマー材料、およびいくつかのアン
トラキノン染料を種々の濃度で含む組成物について計算
されたΔｘ，ｙの値が、異なるパワースペクトルを有す
る２つの白色光源について、表２に記載された。表２に
示された色差から、ＰＥＡにおけるそれぞれの染料の最
適染料濃度は２から６ｐｐｂの間であることが予測され
る。

【００２５】

【表２】

【００２６】本発明にかかるポリマー材料は、当該技術
において知られている任意のものであることができ、た
とえば、ライトパイプまたは光ファイバー用の米国特許
第５，４８５，５４１に開示されているものであること
ができ、たとえば、ポリアルキルアクリレート、ポリメ
チルメタアクリレート、ポリグルタルイミド、シリコー
ンポリマーなどであることができる。好適なポリマー材
料は、可塑剤および／または架橋剤を含む大きなコアポ
リメチルメタアクリレートをさらに含むことができる。
好適なポリマー材料は、マルチストランドの、たとえば
ポリメチルメタアクリレートのような高Ｔｇ繊維である
こともできる。１以上のポリマー材料は、透明で、好ま
しくは柔軟で、好ましくは溶融形態で加工可能であり、
その後硬化または架橋されて最終的なコアを形成する。

【００２７】光透過度の高いライトパイプは、ポリマー
コアよりも低い屈折率を有するクラッドを必要とする。
さらに、クラッドはポリマーコア上に配置されることが
必要であり、コアポリマーを効果的に囲むことが必要と
される。製造プロセスに応じ、クラッドは重合されてコ
アを形成するモノマー、コアポリマーの一部のみが重合
されたもの、コアポリマーが重合されているが架橋され
ていないもの、および／またはコアポリマーが完全に架
橋されたものを取り囲むことができる。この目的のため
に多くのクラッド材料が知られており、特に公知のコア
ポリマーのほとんどよりも小さな屈折率を有するフルオ
ロポリマーが知られている。好ましい組成物は、フルオ
ロポリマークラッドが、パーフルオロアルキルビニルエ
ーテル／テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロ
ピレンのターポリマー、またはビニリデンフルオライド
／テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン
のターポリマーであるものである。

【００２８】米国特許第５，４８５，５４１号には、フ
レキシブルライトパイプまたは繊維のクラッドに好適
な、フルオロポリマー以外の多くのポリマーが開示され
ている。クラッドはコアよりも小さな屈折率を有するこ
と、およびクラッドとコアが均一に表面で結合すること
が本発明においては一般に好ましい。クラッドは、共押
出される架橋可能なコアとともに容易に共押出できるこ
とがさらに好ましい。

【００２９】所望の使用場所に明るい光を伝えるために
（エンドリット（ｅｎｄ−ｌｉｔ）用途）、または照
明、またはライトパイプの長さ方向を利用する装飾（サ
イドリット、サイドエミッション用途）のために、ライ
トパイプはしばしば高フラックス照明器と組み合わされ
る。好ましい照明器具はＧＥＡｒｃｓｔｒｅａｍ金
属ハライド高強度ディスチャージランプもしくは同
等品、または石英−タングステン−ハロゲン（ＱＴＨま
たはハロゲン）ランプを有するものであり、適当な保護
スペクトルフィルター（ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｓｐｅ
ｃｔｒａｌｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を有する。他の好適
な光源としては、直接太陽光、焦点に集められた太陽
光、蛍光ランプ、高圧−、中圧−および低圧ナトリウム
ランプ、および白熱電球があげられるが、これらに限定
されるものではない。

【００３０】１以上の照明具と１以上のライトパイプを
有するライティングシステムに関し、多くの想定される
用途がある。ライティングシステムはエンドライト照明
とサイドライト照明とを組み合わせて提供することがで
きる。エンドライト用途においては、光は光源からライ
トパイプを通ってライトパイプの他端から出て、目的物
を照明する。エンドライトライティングシステムの具体
的用途としては、ヘッドライト、リヤアップリケ（ｒｅ
ａｒａｐｐｌｉｑｕｅｓ）、室内照明、ダッシュボー
ド照明、アクセントライト、マップリーダーなどの自動
車および輸送機関の用途；ボート、トレーラー、キャン
プカーおよび飛行機などの内部および外部用照明；通路
（ｔｒａｃｋ）用照明、陳列ケース、品物の陳列場所な
どの小売用照明用途；出口通路におけるもの、出口サイ
ン、誘導灯などのような非常用照明；ダウンライト、凹
所に配置された太陽光集光器、地上照明、歩道照明、空
港場滑走路、建築物照明、交通用照明、ヘルメット用照
明または坑道柱用照明のような鉱山用照明などの室内お
よび室外用産業用照明；独房、危険な環境、動物園、水
族館、美術館などのリモートソースシステム；シャワ
ー、洗面台（ｖａｎｉｔｉｅｓ）用の新規な照明のよう
な住宅用照明；自動機械照明、外科／歯科照明、「ハイ
テク」製造業用照明、内視鏡、写真用途などのような特
別の業務用照明；ネオ−ネオン、プレキシグラスアクリ
ル樹脂のようなプラスチックのエッジリッドサイン（ｅ
ｄｇｅｌｉｔｓｉｇｎ）、ビデオ／電子ディスプレ
イ装置、ハイウェイサインなどのサイン；および玩具、
水面下の照明、飲料水供給装置、プール、水槽、浴槽、
ホットタブ（ｈｏｔｔｕｂｓ）、深海ダイビング、バ
イオロジカルリサーチキャタライジング培養成長
（ｃｕｌｔｕｒｅｇｒｏｗｔｈ）、植物成長などを促
進する生物学的研究のような他の特別な照明がある。

【００３１】サイドライト用途では、光は１以上の光源
からライトパイプを通ってライトパイプの他端から出
て、目的物を照明する。サイド−ライト光パイプの具体
的用途の例としては、ボート、トレーラー、キャンプカ
ー、および飛行機などの内部装飾用照明のような自動車
および輸送機関の用途；サインのバック−ライティング
のような、システムからの均一な照明が望まれる、ネオ
ン照明システムの代替えおよび向上のためのサインのよ
うな末端照明用途；カウンターの下およびコーブ（ｃｏ
ｖｅ）の照明のような、暗い場所の安全のための表示ラ
イン；危険な環境、動物園、水族館、美術館などのリモ
ートソースシステム；ハイキング、サイクリング、イン
−ラインスケート、スキューバダイビングなどの、個人
用の安全用照明；業務用照明（ｔａｓｋｌｉｇｈｔｉ
ｎｇ）；たとえばアューズメントパーク、泉などのよう
な、色を迅速にまたは連続的に変化させる能力が重要で
あるエンターテイメントおよびディスプレイ用途；アル
コーブ（ａｌｃｏｖｅ）、アトリウム（ａｔｒｉｕ
ｍ）、階段などの建築用用途などがあげられる。

【００３２】実施例標準的な実験室プロセスが対照として使用され、米国特
許第５，４８５，５４１号の実施例１（チューブフィリ
ング：ｔｕｂｅｆｉｌｌｉｎｇ）および実施例２９
（組成の詳細）の方法にしたがった。モノマー組成は９
５％ＥＡ（酸性アルミナを通して精製した）および５％
の蒸留されたＭＡＴＳ（３−メタクリロキシプロピル−
トリメトキシシラン）であった。Ｖａｚｏ５２（デュポ
ン社製）、２，２−アゾビス（２，４−ジメチルバレロ
ニトリル）開始剤をモノマーの０．０４１６％で使用し
た。触媒（１６ｐｐｍｂ．ｏ．ｍ．のジブチルチンジ
アセテート）および安定剤（Ｉｒｇａｎｏｘ１０７
６、７５０ｐｐｍｂ．ｏ．ｍ．およびＩｒｇａｆｏｓ
１６８１０００ｐｐｍｂ．ｏ．ｍ．）も、モノマ
ー混合物に加えた。連鎖移動剤、ｎ−ドデシルメルカプ
タンを、モノマーの１％で使用した。標準反応器温度は
９５℃であり、標準滞留時間は２２分であった。２．１
から２．３ｍの長さで内直径７ミリの、ポリエチレンで
シースされたポリテトラフルオロエチレン−コ−ヘキサ
フルオロプロピレン（ＦＥＰ）のクラッドチューブに、
揮発分を除去したポリマーを、加圧下、充填した。クラ
ッドチューブ末端をシールするのに、スワッジロック
（Ｓｗａｇｅｌｏｃｋ）フィッティングを使用した。ク
ラッドチューブ内にポンプ移送されるときに水（０．４
０％ｂ．ｏ．ｍ．）をポリマーに混合した。ポリマーを
チューブ内にポンプ移送しながら、染料溶液を別途加え
るために異なるポンプが使用された。ライトパイプコア
内の染料濃度は０から５８ｐｐｂとされた。

【００３３】以下は標準的な重合方法の概要である。モ
ノマー混合物の調製法：１９リットルの３１６ステンレ
ス鋼の容器に、９５００ｇのエチルアクリレート、５０
０ｇの官能性反応性モノマー、３−メタクリロキシプロ
ピルトリメトキシシラン（ＭＡＴＳ）（５重量％ｂ．
ｏ．ｍ．）、６．４ｇの開始剤（再結晶化された２，
２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル））
（０．０６４％）、および１００ｇのｎ−ドデシルメル
カプタン（１重量％）を加え、混合した。混合物を窒素
で少なくとも１５分間スパージし、反応器へポンプ移送
しながら、７１１ｍｍ真空で脱ガスした。モノマー混合
物を０．０４５ミクロンのＰＴＦＥ膜カートリッジフィ
ルターを通して、２０００ｍｌのステンレス鋼製の一定
流量攪拌タンク反応器（ＣＦＳＴＲ）に供給した。重合
の間、２０００ｍｌのＣＦＳＴＲの流量は約９０ｇ／分
であり、滞留時間は２２分であった。ＣＦＳＴＲには４
５度ピッチのマルチブレード（６）のタービン攪拌機が
取り付けてあった。重合の間、反応器は９５℃に保持さ
れ、１０３５ｋＰａの圧力下で、２２５ｒｐｍで攪拌さ
れた。

【００３４】反応器流出物（コポリマーおよび残留モノ
マー）は、公称圧力１，０３５キロパスカルに設定され
た背圧弁を介して、３９リットルのステンレススチール
のキャッチポット（ｃａｔｃｈｐｏｔ）に取り付け
られたステンレススチールのツイストテープモーション
レスミキサー（ｔｗｉｓｔｅｄｔａｐｅｍｏｔｉｏ
ｎｌｅｓｓｍｉｘｅｒ）（約５０cm長さのジャケット
を有する長さ６０cmのもの）を含む揮発分除去カラムに
供給した。カラムジャケットを介して再循環される加熱
オイルは、ジャケット入口で２００℃に保持した。揮発
分除去中、キャッチポットは、１００から１１０℃の温
度と約３００−４００ｍｍの減圧に保持した。重合が完
了したら、キャッチポットは、濾過した窒素で裏込めし
た。流出物の、モノマーのポリマーへの転化率は、重量
測定の結果によれば、約８２−８７％であった。重量測
定により決定された、揮発分除去されたポリマーの固形
分は９９．５重量％であった。

【００３５】組成物は２週間、９０℃で硬化され、その
間に架橋が起こった。硬化後、充填されたクラッドチュ
ーブの末端が長さ１．８３ｍのライトパイプが得られる
ように切り取られた。５つの長さ１．８３ｍのライトパ
イプの部分の、末端同士をカップリングし、長さ９．１
ｍのライトパイプを作った。石英−タングステン−ハロ
ゲン、および金属ハライド照明具で照明した時の、それ
ぞれのコア組成物のライトパイプから出てくる光の色を
目視により観察した。結果を以下に示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】表３に示されたデータは、架橋されたポリ
エチルアクリレートのライトパイプコアに、ｆ＝１５％
からｆ＝５９０％の範囲でアントラキノン類の染料を加
えたときの、通過する光の色を調節する効果を表してい
る。

フロントページの続き (72)発明者ブライアン・フランシス・レナードアメリカ合衆国ペンシルバニア州19114, フィラデルフィア，フィットラー・ストリート・3457 (72)発明者マイケル・トーマス・カロアメリカ合衆国ペンシルバニア州19021, フィラデルフィア，ディクソン・アベニュー・2369

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）ピークマキシマムにおいて第１の
光吸収を有する１以上のポリマー材料、および（ｂ）ピ
ークマキシマムにおいて第２の光吸収を有する１以上の
染料、を含み、ピークマキシマムにおける第１の光吸収と第２
の光吸収とが、その内部を通過する光の色を調節するよ
うに選択される組成物。
【請求項２】１以上のポリマー材料が６００から６５
０ｎｍの間の波長のピークマキシマムで光吸収を有す
る、請求項１記載の組成物。
【請求項３】１以上の染料が５００から５８０ｎｍの
間の波長のピークマキシマムで光吸収を有する、請求項
１記載の組成物。
【請求項４】１以上のポリマー材料のピークマキシマ
ムにおける光吸収の５から１００％の光吸収をピークマ
キシマムで提供するのに十分な濃度の１以上の染料が存
在し、（ａ）１以上の染料が５００から５８０ｎｍの間
の波長のピークマキシマムで光吸収を有し、（ｂ）１以
上のポリマー材料が６００から６５０ｎｍの間の波長の
ピークマキシマムで光吸収を有する、請求項１記載の組
成物。
【請求項５】１以上のポリマー材料が１０００原子質
量単位あたり少なくとも１０個の炭素−水素結合を有す
る請求項１記載の組成物。
【請求項６】１以上の染料がアントラキノン類、ペリ
ノン類、またはキサンテン類の染料である、請求項１記
載の組成物。
【請求項７】１以上のポリマー材料のピークマキシマ
ムにおける光吸収の１から１０００％の光吸収をピーク
マキシマムで提供するのに十分な濃度の１以上の染料が
存在する、請求項６記載の組成物。
【請求項８】ピークマキシマムにおける１以上のポリ
マー材料の光吸収の１から１０００％の光吸収をピーク
マキシマムで提供するのに十分な濃度の１以上の染料が
存在する、請求項１記載の組成物。
【請求項９】（ａ）ピークマキシマムにおいて第１の
光吸収を有する１以上のポリマー材料、および（ｂ）ピ
ークマキシマムにおいて第２の光吸収を有する１以上の
染料、を含み、ピークマキシマムにおける第１の光吸収と第２
の光吸収とが、その内部を通過する光の色を調節するよ
うに選択されるコアを有するライトパイプ。
【請求項１０】（ａ）光を発する１以上の照明具、
（ｂ）（ｉ）（イ）ピークマキシマムにおいて第１の光
吸収を有する１以上のポリマー材料、および（ロ）ピー
クマキシマムにおいて第２の光吸収を有する１以上の染
料、を含み、ピークマキシマムにおける第１の光吸収と第２
の光吸収とが、その内部を通過する光の色を調節するよ
うに選択されるコア、および（ｉｉ）その上に配置され
たクラッドを有する１以上のライトパイプ、を含む照明
システム。