DE2946973A1 - Glas-mikrokugeln mit extrem hohem brechungsindex sowie daraus hergestellte produkte - Google Patents
Glas-mikrokugeln mit extrem hohem brechungsindex sowie daraus hergestellte produkteInfo
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- Y10S501/901—Optical glass, e.g. silent on refractive index and/or ABBE number having R.I. at least 1.8
Description
M 4141
Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul,
Minnesota, V. St. A.
Glas-Mikrokugeln mit extrem hohem Brechungsindex sowie
daraus hergestellte Produkte
Seit den vierziger Jahren, als rückstrahlende Blattmaterialien
mit einer Monoschicht aus eingebetteten Mikrokugel-Linsenelementen
eingeführt wurden und eine Vielzahl von Anwendungen fanden, besteht der Wunsch nach Glas-Mikrokugeln mit höheren
Brechungsindizes. Es sei auf die Darstellung eines Bogenmaterials mit eingebetteten Mikrokugeln in Fig. 1 der Zeichnung
verwiesen; je höher dort der Brechungsindex (n..) der
Mikrokugeln (M) im Verhältnis zum Brechungsindex (n„) der transparenten flachflächigen Deckschicht (T) ist, desto dünner
kann die transparente Abstandsschicht (S) ausgeführt werden; wäre das Verhältnis von η und η hoch genug (etwas
höher als 1,9), könnte die Abstandsschicht ganz entfallen.
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Die meisten transparenten Polymerisatmaterialien, die für die Deckschicht eingesetzt werden, haben einen Brechungsindex
von etwa 1,5, so daß man, will man die Abstandsschicht eliminieren, Mikrokugeln mit einem Brechungsindex von etwa 2,9
benötigt.
Trotz dieses Bedarfs an Mikrokugeln mit hohem Brechungsindex sind aus dem Stand der Technik keine gewerblich erfolgreichen
Glas-Mikrokugeln bekannt, deren Brechungsindex höher als etwa 2,7 liegt. Die Mikrokugeln des Standes der Technik mit den
höchsten Brechungsindizes basierten auf hohen Anteilen von Bi2O- oder PbO, gewöhnlich in Kombination mit ziemlich hohen
Anteilen von TiO2 - vergl. die US-PS 2 726 161, weiterhin
die US-PS 2 853 393, die einige Beispiele auf der Basis von PbO-BIpO3 mit Brechungsindizes bis zu 2,67 lehrt, sowie
schließlich die US-PS 2 87o o3o mit einigen Beispielen auf der Basis von BipO^-TiOp, bei denen die Brechungsindizes
2,59 erreichen. Diese Mikrokugeln des Standes der Technik sind gewerblich nicht ausgewertet worden - erstens, weil der
erreichte Brechungsindex nicht hoch genug ist, um die Abstandsschicht zu eliminieren oder ausreichend weit dünner
machen zu können, und zweitens, weil PbO-haltige Produkte derzeit aus Gründen der Umweltverschmutzung als für die gewerbliche
Nutzung ungeeignet gelten.
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Die US-PS 3 56ο ο74 gibt an, daß Glas-Mikrokugeln aus 95 bis
loo Gew.-% TiOp einen Brechungsindex von 2,9 aufweisen. So
weit bekannt, sind Glas-Mikrokugeln mit einem solchen Brechungsindex der auf dem Gebiet der rückstrahlenden Bogenmaterialien
tätigen Industrie nie zur Verfügung gestellt worden. Die GB-PS 1 472 431 lehrt Mikrokugeln mit mehr als
5o Gew.-% polykristallinem Titandioxid in der Form von Anatas; im Handel sind derartige Mikrokugeln jedoch nie erschienen.
Nach einem anderen Verfahren zur Erhöhung des Brechungsindex, das die US-PS 3 149 ol6 lehrt, wärmebehandelt man Glasmikrokugeln,
um in ihnen eine Gefügeumordnung zu erreichen. Diese Gefügeumordnung, bei der es sich nach der Lehre der Patentschrift
um eine Entwicklung von Kristallkeimen handelt, steigert den Brechungsindex der Mikrokugeln. Bei den in der Patentschrift
beispielsweise angegebenen Mikrokugeln mit den höchsten Brechungsindizes, deren Index durch die Wärmebehandlung
von 2,47 auf 2,7 angehoben wurde, liegen 67,5 Teile PbO vor. Wie bereits erwähnt, begrenzt diese Abhängigkeit von
PbO die Nutzbarkeit solcher Mikrokugeln.
Das Wärmebehandlungsverfahren dient dazu, diejenigen Mikrokugeln herzustellen, die in handelsüblichen reflektierenden
Bogenmaterialien der in Fig. 1 gezeigten Art am häufigsten eingesetzt werden. Diese Mikrokugeln, die die US-PS 3 493 4o3
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lehrt, haben einen Brechungsindex von etwa 2,3 und das Bogenmaterial enthält eine Abstandsschicht·
ι Die Suche nach Alternativen zum Erreichen hoher Brechungs- j
: Schale mit niedrigerem Brechungsindex auf einem Kern rait hö-
heren Brechungsindex herasteilen; dabei erreicht man einen
wirksamen Brechungsindex von 2,9 (vergl. US-PS 2 713 286, j bei der die äußere Glasschicht ausgelaugt wird, um sie porös |
zu machen und so ihren Brechungsindex zu senken, und die US-PS 3 o25 764, die ein Kern mit hohem Brechungsindex mit
einer Beschichtung aus einem Material mit niedrigem Index auf der Basis von Siliziumoxid angibt). Derartige Verbundmikrokugeln haben jedoch keine Verwendung gefunden - teilweise,
weil ihre Herstellung kostspielig ist.
Die US-PS 3 551 o25 lehrt ein Verfahren, nach dem die Abstandsschicht entfallen kann; dabei wird ein Bogenmaterial entsprechend der Fig. 1 mit einer stark fluorierten elastomeren
Deckschicht eingesetzt. Der Brechungsindex der fluorierten Verbindungen ist ausreichend niedrig, daß das Verhältnis
zum Brechungsindex der Mikrokugeln mit ebenfalls niedrigem Brechungsindex in den gewünschten Bereich gerät. Das in dieser Patentschrift beschriebene Bogenmaterial ist jedoch teuer
und ist gewerblich nie in wesentlichem Maßstab genutzt worden.
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Es läßt sich also feststellen, daß man bisherjkein rückstrahlendes
Bogenmaterial mit eingebetteten Mikrokugeln kennt, daß gewerblich weitgehend akzeptiert worden ist und mit dem
die Dicke der Abstandsschicht sich, sofern sie nicht ijanz
entefallen kann, erheblich reduzieren läßt. Dieses Entfallen bzw. eine geringere Dicke der Abstandsschicht hätte zahlreiche
Vorteile - bspw. Einsparungen hinsichtlich der Behandlungsdauer und der einzusetzenden Rohstoffmengen, Verbesserungen
der Eigenschaften des fertigen Bogenmaterials (bspw. dessen Flexibilität), der Wegfall der Schwankungen
der Reflexionshelligkeit, die bei der großmaßstäblichen Herstellung
infolge der unvermeidbaren Dickenschwankungen der Abstandssdicht immer auftreten, und eine längere Nutzungsdauer
des Bogenmaterials durch das Wegfallen der Witterungseinflüsse auf die Abstandsbeschichtung. Trotz der starken
Motivation, die diese Vorteile schaffen, sind sie nie erreicht worden, und ein Hauptgrund hierfür ist das Fehlen von
gewerblich akzeptablen Glas-Mikrokugeln mit einem ausreichend
hohen Brechungsindex.
Die vorliegende Erfindung stellt zum ersten Mal massive nichtporöse
transparente Glas-Mikrokugeln bereit, die von wesentlichen Anteilen PbO frei sind und einen Brechungsindex von
2,7 und höher aufweisen. Diese Mikrokugeln weisen hauptsäch-
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lieh 65 bis 85 Gew.-% Bi2O3 und 5-35 Gew.-% TiO2 auf, obgleich
auch andere Bestandteile bis insgesamt etwa zu einem Viertel des Gesamtgewichts der Zusammensetzung und vorzugsweise
weniger als Io % vorliegen können. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn Mikrokugeln auf die in der obenerwähnten
US-PS 3 149 0I6 offenbarte Weise wärmebehandelt werden, sich ihr Brechungsindex auf mindestens 2,7 und in bevorzugten
Zusammensetzungen auf 2,75 und mehr erhöht. So weit bekannt ist, sind dies die Glas-Mikrokugeln mit dem höchsten bekannten
Brechungsindex, die je hergestellt worden sind, und sie öffnen den Weg zu rückstrahlenden Bogenmaterialien und
anderen rückstrahlenden Produkten, die sich durch vereinfachten Aufbau und verbesserte Eigenschaften auszeichnen.
Bspw. können die Abstandsschichten von rückstrahlenden Bogenmaterialien
mit eingebetteten Mikrokugeln der in der Fig. 1 gezeigten Art entfallen, wenn man Mikrokugeln nach der Erfindung
und Deckschichten mit einem Brechungsindex von 1,45 oder weniger verwendet; letztere lassen sich erreichen, indem
man kleine Mengen Polymerisatbestandteile mit niedrigem Brechungsindex (bspw. fluorierte Polymerisate) mit Polymerisat-Bestandteilen
(bspw. Acrylharzen) mischt, deren Brechungsindex herkömmlichere Werte aufweist.
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Die üblichen Abstandsschichten lassen sich auch bei Deckschichten mit einem Brechungsindex von 1,5 eliminieren, indem
man sehr dünne transpaente Schichten auf die Mikrokugeln aufdampft
oder dort sonstwie ausbildet. Bspw. sind Materialien mit niedrigem Brechungsindex wie bspw. Cryolit (Na-AlFg) zu
einer Dicke von etwa 2 .um oder weniger aufgedampft mit den Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung nützlich. Derartig
dünne Beschichtungen lassen sich zu gleichmäßiger Dicke aufdampfen; dabei entfallen viele der Einschränkungen
herkömmlicher dickerer Abstandsschichten.
■Veiterhin sind Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung
in vielen anderen Strukturen - neben rückstrahlendem Bogenmaterial
der in der Zeichnung gezeigten Art - einsetzbar. Bspw. kann man die Mikrokugeln halbkugelig reflektierend
machen, wie es die US-PS 2 963 378 lehrt (so bettet man die Mikrokugeln teilweise in einen Träger wie bspw. eine Polyäthylenfolie
ein, bedampft sie mit einem spiegelnd reflektierenden Material wie Aluminium und nimmt sie dann vom Träger
ab), um reflektierende Linsenelemente zu erzeugen, die als Zuschlag zu transparenten Folien oder Filmen brauchbar
sind, um diese rückstrahlend zu machen. Typischerweise bildet man derartige Filme aus, indem man die reflektierenden Linsenelemente
in einer Vielzahl flüssiger Zusammensetzungen dis-
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- Io -
pergiert, die einen filmbildenden Bindemittel enthalten, und
dann die Zusammensetzung als Schicht auf ein Substrat oder als ungestützte Folie aufträgt, gießt, extrudiert oder dergl.
Die reflektierenden Linsenelemente sind nützlich, wenn sie
in die Folie vollständig eingebettet sind, und erzeugen den Rückstrahleffekt, ob die Folie naß oder trocken ist.
Enthalten die transparenten Folien ,in die die reflektierenden
Linsenelemente enthalten ist, ein Bindemittel mit niedrigem Brechungsindex, kann der Halbkugelreflektor der reflektierenden
Linsenelemente in unmittelbarer Berührung mit den Mikrokugeln stehen; liegen Materialien mit herkömmlicheren
Brechungsindizes vor, kann man eine dünne transparente Schicht auf die Mikrokugeln aufdampfen, bevor man den Halbkugelreflektor
aufbringt. Obgleich die genannte US-PS 2 963 378 eine ähnliche Verwendung aufgedampfter Abstandsschichten
anspricht, haben die erheblichen Schichtdicken, die bei den zur Zeit dieser Lehre erhältlichen Mikrokugeln mit Vergleichs- I
weise niedrigem Brechungsindex erforderlich waren, eine wirkungsvolle gewerbliche Auswertung dieses Verfahrens verhindert.
Mit den Mikrokugeln der Erfindung kann die Abstandsschicht dünn genug (im allgemeinen etwa 2 .um oder weniger) sein,
daß man wirksame und ausreichend fest haftende Abstandsschichten und so reflektierende Linsenelemente erhält, die
eine breite Vielfalt von transparenten Folien reflektierend
machen können.
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Wie bereits festgestellt, ist die Fig. 1 ein Schnitt durch ein beispielhaftes rückstrahlendes Bogenmaterial nach dem
Stand der Technik, wie es sich durch die Verwendung von Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung verbessern läßt;
Fig. 2a und 2b zeigen Schnitte durch rückstrahlendes Bogenmaterial
nach der vorliegenden Erfindung mit strukturellen Verbesserungen gegenüber dem
Material der Fig. 1 infolge der Verwendung von Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung;
dabei sind die Dicken in der Zeichnung zur leichteren Darstellung unverhältnismäßig.
Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein idealisiertes beispielhaftes reflektierendes Linsenelement
nach der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 zeigt im Schnitt eine beispielhafte transparente
Folie, die reflektierende Linsenelemente nach der vorliegenden Erfindung enthält.
Gläser aus Mischungen von Bi2O3 mit TiOp in den Bereichen
65 - 85 Gew.-% Bi2O3 und entsprechend 35 - 15 Gew.-% TiO2
weisen verhältnismäßig konstante Brechungsindizes von mindestens etwa 2,6 vor und 2,75 nach der Wärmebehandlung auf.
Mit unter 7o Gew.-% abnehmendem Bi2O3-Anteil werden die Mikrokugeln
jedoch stärker wärmefest ("refractory") und weniger
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glasig; diese Neigung verstärkt sich bei weniger als 65 Gew.-%
Bi~O3. Das Glas laßt sich dann schwerer schmelzen und zu
Kugelteilchen formen, und die dabei entstehenden Mikrokugeln können zahlreiche nichtglasige Bereiche enthalten. Nähert
sich der Bi2O3-Anteil etwa 84 oder 85 Gew.-%, Rest TiO2,
werden die Mikrokugeln bei der Wärmebehandlung opak und können aufbrechen. Bi2O3 ist eire verhältnismäßig teure Substanz;
aus diesem Grund setzt man bevorzugt kleinere Mengen ein.
Unterschiedliche Mittel können zum Substituieren von Bi2O3
oder TiOp dienen. Um jedoch einen hohen Brechungsindex beizubehalten und transparente Mikrokugeln - vor oder nach der
Wärmebehandlung - zu erreichen, sollte man den TiO2-Anteil
auf mehr als etwa 5 Gew-% halten. Vorzugsweise beträgt die TiOp-Menge mindestens 2o Gew.-% insbesondere fiir hauptsächlich
aus Bi2O3 und TiO2 bestehende Zusammensetzungen. Es werden
jedoch weniger als 35 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 3o Gew.-% TiO2 angesetzt, um die Wärmefestigkeit ("refractory
character") der Zusammensetzung gering zu halten, aber ihre Glasigkeit zu erhöhen.
ViO3 oder Nb2O3 in einem Bereich von etwa 0 bis 15 - 25 Gew.-%
macht die Zusammensetzung etwas schmelzfähiger und verbessert die Glasigkeit, obgleich der Brechungsindex dann geringfügig
sinkt. Wenn weiterhin die Umweltverschmutzung kein vorherr-
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sehender Gesichtspunkt ist, ist auch PbO als Substituent
zulässig. Zwei Bestandteile, die mit PbO zusammen als Substituenten in einer Gesamtmenge bis zu etwa Io Gew.-% eingesetzt
werden können, sind Ta2Oj- und CdO.
Andere Bestandteile können und werden in der Zusammensetzung - mindestens als Verunreinigungen - vorhanden sein. Einige
Substanzen haben dabei eine schädlichere Wirkung auf die Eigenschaften als andere. Bspw. sollte der Anteil von Na2O,
K2O, Li2O, B2O3, P2 0S' Ge02' Di2°3' Ca0» SrO, S und Sb3O3
insgesamt im allgemeinen etwa 1 Gew.-% der Zusamensetzung nach der Erfindung nicht übersteigen. Es gilt allgemein,
daß der Brechungsindex um so höher wird, je reiner die Zusammensetzung
bleibt. Verfahrensweisen, bei denen der Zusammensetzung Verunreinigungen hinzugefügt v/erden - bspw.
Mahlen in einem keramischen Tiegel - sollten vermieden werden. Andere Substanzen, die weniger schädlich sind, aber das grundsätzliche
Wesen der Zusammensetzung ebenfalls nicht ändern, sind La2O3, ZrO2, Sm2O3, SnO2, SiO2, Al2O3, Nd2O5, Pr2O3,
BaO, Y2O3, ZnO, MgO und Ag2O, die insgesamt bis etwa 5 Gew.-%
vorliegen können.
Weiterhin kann man der Zusammensetzung Farboxide zugeben, um bestimmte Tag- oder Nachtlicht-Farbeffekte zu erzielen,
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ohne das Wesen der Zusammensetzung ansonsten aj beeinträchtigen.
Bspw. kann man CeO2, CoO, CuO, NiO, UpOc, MnOp, Cr-O-j und
Fe-Oo allgemein in Mengen von weniger als etwa Io Gew.-%
der Gesamtzusammensetzung hinzufügen.
{Wie auf dem Gebiet der Glasherstellung üblich, sind die Bestandteile der Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung
als Oxide beschrieben, d.h. als die Form, in der sie vermutlich in den fertigen Mirkokugeln vorliegen und die
die Anteile der chemischen Elemente in der Zusammensetzung angibt. Jedoch können die dem Ansatz zugegebenen Substanzen
auch in Form anderer chemischer Verbindungen - bspw. als Carbonate oder Nitrate - vorliegen, die beim Aufschmelzen der
Zusammensetzung in die Oxidform übergehen).
Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung lassen sich nach '·
bekannten Verfahren herstellen - vergl. die US-PS 3 493 4o3, ;
Spalten 5 und 6, demzufolge man die Rohstoffe zunächst pulvert,j dann innig vermischt und schließlich sintert, die Sinter- ,
mischung dann zerstößt und auf die geeignete Teilchengröße
siebt und schließlich die gesiebten Teilchen durch eine Flamme ! führt, wo sie schmelzen und Kugelform annehmen.
Dann erwärmt man die Mikrokugeln, indem man bspw. eine mit ihnen gefüllte Schale in einen Ofen einsetzt oder sie auf
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einem Fördergurt durch den Ofen transportiert. Wie die US-PS 3 149 ol6 lehrt, bewirkt die Wärmebehandlung eine Gefügeumordnung
in den Mikrokügelchen - bspw. eine Kristallkeimbildung. Die Anmelderin wünscht jedoch auf diese Theorie nicht
beschränkt zu werden; vielmehr sei nur der durch die Wärmebehandlung eintretende Effekt auf den Brechungsindex angemerkt.
Nach den vorliegenden Erfahrungen sollte ausreichend Wärme
zugeführt werden, um die Temperatur der einzelnen Mikrokugeln auf denjenigen Wert zu steigern, bei dem sie eine
exotherme Reaktion erfahren, die der den Brechungsindex steigernden internen Umordnung in den Mikrokugeln entspricht.
Vermutlich ist die Wärmebehandlung erfolgreich, wenn die
Mikrokugeln so kurz wie eine Sekunde lang die unterste Temperatur erreichen, bei der die exotherme Reaktion stattfindet. Die exotherme Reaktion für Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung scheint in einem Temperaturbereich von 55o - 65o°C - abhängig von der Zusammensetzung - zu liegen.
zugeführt werden, um die Temperatur der einzelnen Mikrokugeln auf denjenigen Wert zu steigern, bei dem sie eine
exotherme Reaktion erfahren, die der den Brechungsindex steigernden internen Umordnung in den Mikrokugeln entspricht.
Vermutlich ist die Wärmebehandlung erfolgreich, wenn die
Mikrokugeln so kurz wie eine Sekunde lang die unterste Temperatur erreichen, bei der die exotherme Reaktion stattfindet. Die exotherme Reaktion für Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung scheint in einem Temperaturbereich von 55o - 65o°C - abhängig von der Zusammensetzung - zu liegen.
Es ist wesentlich, daß die Mikrokugeln nicht überhitzt werden dürfen - bspw. auf eine höhere Temperatur, bei der eine
zweite exotherme Reaktion erfolgt, die die Mikrokugeln opak zu machen scheint. Die zweite exotherme Reaktion tritt all-
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gemein bei Temperaturen von etwa 600 - 865°C - abhängig von
der Zusammensetzung - ein. Um das Überhitzen zu verhindern, sollte man die Mikrokugeln schnell erwärmen und schnell kühlen.
Große Ansammlungen von Mikrokugeln, in denen die akkumulierte Wärme aus der ersten exothermen Reaktion die Mikrokugeln
auf eine Temperatur bringt, bei der die zweite exotherme Reaktion ausgelöst wird, sind zu vermeiden.
Variable Parameter der Wärmebehandlung sind die Behandlungsdauer, die Temperatur der Gase oder anderen Mittel, mit denen
die Mikrokugeln erwärmt werden, sowie die Menge der Mikrokugeln. Diese Parameter lassen sich empirisch so variieren,
daß sich eine zufriedenstellende Steuerung des Verfahrensgangs ergibt.
Nach der Wärmebehandlung der Glas-Miskrokugeln nach der vorliegenden
Erfindung zeigen sie ein charakteristisches Profil in der Differenzwärmeanalyse ("DTA"; Ermittlung des Temperaturprofils
der Mikrokugeln bei allmählichen Erwärmen über die Zimmertemperatur hinaus). Die exotherme Gefügeumordnung, bei
der der Brechungsindex steigt, bewirkt ein Maximum im DTA-Temperaturprofil.
Dieses Maximum tritt jedoch mindestens hauptsächlich nur beim ersten ErMwärmen der Perlen nach ihrer
Bildung zu Kugeln auf; d.h., das Maximum tritt während der Wärmebehandlung auf, bei der die Mikrokugeln nach der vor-
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liegenden Erfindung ausgebildet werden. Unterwirft man zuvorwärmebehandelte
Mikrokugeln der Differenzwärmeanalyse, tritt das gleiche exotherme Maximum nicht auf, da bei der Wärmebehandlung
die exotherme interne Gefügeumordnung bereits stattgefunden hat. Das Fehlen eines exothermen Maximums im Temperaturintervall
von 55o - 65o°C der DTA-Kurve für Mikrokugeln nach der vorliegenden Erfindung zeigt im allgemeinen,
daß die Mikrokugeln auf eine der vorliegenden Erfindung entsprechende Weise wärmebehandelt worden sind.
V/erden die Mikrokugeln aufgeschmolzen und erneut zu Mikrokugeln
ausgebildet, müssen sie im allgemeinen erneut wärmebehandelt werden, um den gewünschten hohen Brechungsindex
zu erreichen. Während der anfänglichen Erwärmung nach dem erneuten Ausbilden der Mikrokugeln tritt im DTA-Temperaturprofil
wiederum ein exothermes Maximum auf.
Die Erfindung soll nun mit den folgenden Beispielen weiter erläutert werden.
Teilchen der in den Tabellen I bis V aufgelisteten Bestandteile wurden dosiert in einen Mörser gegeben und dort mit der
Keule gründlich vermischt. Die trockenen gepulverten Mischungen wurden zu Pellets unter einem Druck von etwa 17,2 MPa (25oo
psi) und bei 6oo C gesintert, die gesinterten Pellets zu Teil-
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chen der gewünschten Mikrokugelgröße gestoßen, in einer Flamme
zu Mikrokugeln umgeformt und gesiebt, um Kügelchen von weniger als etwa 38 -um zu eliminieren. Im Durchschnitt hatten die
Mikrokugeln eine Größe von etwa 44 ,um.
Die Mikrokügelchen wurden wärmebehandelt, indem sie zu einer
dünnen, etwa 3 mm dicken Schicht in eine etwa 3oo χ 3oo mm messende Schale aus nichtrostendem Stahl gefüllt und diese
in einen auf 64o°C vorgewärmten Ofen eingesetzt wurde. Nach 4 Minuten wurde die Schale herausgenommen; in einem offenen
Raum konnten Schale und Mikrokugeln dann schnell auf Zimmertemperatur abkühlen.
Die an diesen Mikrokugeln gemessenen Brechungsindizes sind in den Tabellen I bis V angegeben. Obgleich die Mikrokugeln
der Beispiele Io und 11 eine höhere Opazität als erwünscht aufweisen (im Sinne einer zufriedenstellenden Anwendbarkeit
sollten nicht mehr als 5 Gew.-% eines Mikrokugelcharge opak
sein), wiesen kleinere Mikrokügelchen der gleichen Zusammensetzung
eine geringere Opazität auf.
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Bestandteile Bi2O3 |
Tabelle | I | Brechungsindex nach Ausbildg. nach |
2,75 | Wärmebehdlg. | |
Bsp. Nr. |
84 | (Gew.-%) TiO2 |
2,6o | 2,75 | trübe | |
1 | 83 | 16 | 2,6o | 2,75 | ||
2 | 82 | 17 | 2,6o | 2,75 | ||
3 | 81 | 18 | 2,6o | 2,75 | ||
4 | 8o | 19 | 2,6o | 2,75 | ||
5 | 78 | 2o | 2,6o | 2,75 | ||
6 | 77 | 22 | 2,6o | 2,75 | ||
7 | 75 | 23 | 2,59 | 2,74 | ||
8 | 7o | 25 | 2,59 | 2,74 | 5% opak | |
9 | 67,5 | 3o | 2,59 | 2,74 | 5o% opak | |
Io | 65 | 32,5 | 2,59 | 8o% opak | ||
11 | 35 | |||||
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- 2ο -
Bsp. Bestandteile (Gew.-%) Brechungsindex
v.d.Wärmebehdlg. n.d.Wärmebehdlg.
Nr. | Bx2O3 | TiO2 | WO3 |
12 | 77 | 23 | 0 |
13 | 77 | 22 | 1 |
14 | 77 | 19 | 4 |
15 | 77 | 15 | 8 |
16 | 77 | 7 | 16 |
17 | 7o | 22 | 8 |
18 | 7o | 14 | 16 |
19 | 65 | 19 | 16 |
2o | 83 | 9 | 8 |
21 | 83 | 7 | Io |
22 | 8o | 7 | 13 |
2,6 2,78
2,59 2,75
2.59 2,75
2.60 2,75 2,58 2,7o 2,58 2,72 2,56 2,7o
2.55 2,7o
2.58 2,72
2.59 2,7o
2.56 2,7o
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Bsp. Nr. |
Bestanc Bi2O3 |
!teile TiOp |
(Gew.-%) Nb2O5 |
23 | 77 | 22 | 1 |
24 | 77 | 19 | 4 |
25 | 77 | 15 | 8 |
26 | 11 | 7 | 16 |
27 | 83 | 9 | 8 |
28 | 8o | 7 | 13 |
Brechungsindex
ν.d.WärmebehdIg. η.d.WärmebehdIg,
ν.d.WärmebehdIg. η.d.WärmebehdIg,
2.57 2,75
2.58 2,75 2,58 2,72
2.58 2,7o
2.59 2,7o 2,56 2,7o
Bsp. Bestandteile (Gew.-%) Brechungsindex
Nr. B;i-203 Ti°2 Zusatz Gew.-% v.d.Wärmebehdlg. n.d.Wärmebeh.
29 | 77 | 23 | La2O3 | 1 | 2,6o | 2,78 |
3o | 11 | 22 | La2O3 | 2 | 2,565 | 2,725 |
31 | 11 | 21 | ZrO2 | 1 | 2,565 | 2,725 |
32 | 11 | 22 | ZrO2 | 4 | 2,565 | 2,75 |
33 | 11 | 19 | Sn2O3 | 1 | 2,565 | 2,75 |
34 | 11 | 22 | SnO2 | 1 | 2,585 | 2,75 |
35 | 11 | 22 | 2,585 | I 2,75 I I |
||
030022/0822
Forts. Tabelle IV
Bsp. Bestandteile (Gew.-%) Brechungsindex
Nr. Bio0^ Ti°p Zusatz Gew.-% v.d. Wärmebehldg. n.d.Wärmebeh.
36 | 77 | 22 | SiO2 | 1 | 2 | ,585 | 2 | ,75 |
37 | 77 | 21 | SiO2 | 2 | 2 | ,555 | 2 | 72 |
38 | 77 | 22 | Al2O3 | 1 | 2 | ,56 | 2, | 72 |
39 | 77 | 21 | Al2O3 | 2 | 2 | ,54 | 2, | 7o |
4o | 77 | 19 | Al2O3 | 4 | 2 | ,53 | 2, | 69 |
41 | 77 | 22 | Nd2O3 | 1 | 2 | ,585 | 2, | 75 |
42 | 67 | 23 | PbO | Io | 2 | ,60 | 2, | 78 |
43 | 77 | 22 | Pr2O3 | 1 | 2 | ,565 | 2, | 75 |
44 | 77 | 22 | Ta2O5 | 1 | 2 | ,58 | 2, | 76 |
45 | 77 | 19 | Ta2O5 | 4 | 2 | ,565 | 2, | 72 |
46 | 77 | 22 | BaO | 1 | 2 | ,59 | 2, | 75 |
47 | 77 | 22 | CdO | 1 | 2 | ,58 | 2, | 73 |
48 | 77 | 19 | CdO | 4 | 2 | ,55 | 2, | 7o |
49 | 77 | 22 | Y2O3 | 1 | 2 | ,59 | 2, | 75 |
5o | 77 | 22 | ZnO | 1 | 2 | ,59 | 2, | 75 |
51 | 77 | 22 | MgO | 1 | 2 | ,57 | 2, | 72 |
52 | 76,2 | 22,8 | Ag2O | 1 | 2 | ,56 | 2, | 74 |
030022/0822
Bsp. Nr. |
Bestandteile Bi-O3 TiO2 |
23 | (Gew.-%) Zusatz |
Gew.-% | Tabelle V | 2,78 | |
53 | 77 | 22,95 | 2,75 | ||||
54 | 77 | 22,9 | CoO | o,o5 | Brechungsindex ν.d.Warmebehdlg. η.d.Warmebehdlg. |
2,75 | |
55 | 77 | 22 | CoO | o, Io | 2,6 | 2,75 | |
56 | 77 | 22,9 | CoO | l,o | 2,565 | 2,78 | |
O' | 57 | 77 | 22 | CuO | o,l | 2,57 | 2,8o |
300 | 58 | 77 | 22,9 | CuO | l,o | 2,565 | 2,75 |
ro ro |
59 | 77 | 22 | NiO | o,l | 2,6 | 2,75 |
's» ο |
6o | 77 | 22 | NiO | o,l | 2,62 | 2,78 |
03 ro ro |
61 | 77 | 19 | V2O5 | 1 | 2,58 | 2,75 |
62 | 77 | 22 | V2O5 | 4 | 2,585 | 2,75 | |
63 | 77 | 22 | MnO2 | 1 | 2,62 | 2,78 | |
64 | 77 | 19 | MoO3 | 1 | 2,61 | 2,75 | |
65 | 77 | 23 | MoO3 | 4 | 2,61 | 2,78 | |
66 | 76,9 | 23 | Cr2O3 | o,l | 2,61 | 2,78 | |
67 | 76,8 | 23 | Cr2O3 | o,2 | 2,57 | 2,78 | |
68 | 76,6 | 22 | Cr2O3 | o,4 | 2,6 | 2,8o | |
69 | 77 | Cr2oa | 1 | 2,61 | |||
2,62 | |||||||
2,62 | |||||||
• Farbe v.d.Wärmebeh. n.d.Wärmebeh.
gelb grün grün schwarz
rot
purpur
olivgrün
braun
braun
purpur
purpur
grün
grün
gelb
gelb
grün
braun
gelb
braun
braun
braun
rot
rot
olivgrün
braun
hellrot
rot
rot
orange
orange
braun
braun
braun
braun
ISJ CD
Forts. Tabelle V
Bsp. Bestandteile (Gew.-%) Brechungsindex Farbe
Nr. Bip0^ Ti°2 Zusatz Gew.-% v.d.Wärmebehdlg. η.d.Wärmebehdlg. v.d.Wärmebeh. n.d.Wärmebeh.
2,62 2,62 2,62 2,62
7o | 77 | 22 | Fe2O3 | 1 | |
71 | 77 | 22 | CeO2 | 1 | |
72 | 77 | 21 | CeO2 | 2 | |
O' | 73 | 77 | 19 | CeO2 | 4 |
O | |||||
O | |||||
K) | |||||
ro | |||||
ο | |||||
OO | |||||
K) | |||||
K) |
2,78 | gold | gold | ro |
2,78 | braun | orange | |
2,78 | braun | orange | |
2,78 | braun | orange | |
Beispiele 74 - 76
Mikrokugeln wurden nach dem Verfahren der Beispiele 1-73
hergestellt und wärmebehandelt, wobei jedoch das Pulver nach dem Mischen im Mörser mit der Keule nicht zu Pellets verpreßt,
sondern durch die Flamme geschickt wurde. In der Flamme bildeten sich einige Perlen, aber der größte Teil des Pulvers
versinterte zu Teilchen, die dann gesiebt und erneut durch die Flamme geschickt wurden. Die Mikrokugeln wurden zu einem
Größenbereich von 37 - 62 ,um gesiebt. Die Zusammensetzung und die Eigenschaften dieser Mikrokugeln sind in der Tabelle
VI beschrieben.
Bsp. Bestandteile (Gew.-%) Brechungsindex
Nr. Bi2O3 TiO2 WO3 Nb2O3 PbO v.d.W.-Behdlg. n.d.W-Behdlg.
74 77 23 2,6o 2,75
(Io % opak)
75 7o Io 15 5 2,58 2,72
(2o % opak)
76 65 Io 15 Io 2,58 2,72
(2o % opak)
030022/0822
Beispiel 77
Reflektierendes Bogenmaterial der in Fig. 2a gezeigten Art wurde nach herkömmlicher Verfahrensweise mit den Mikrokugeln
M1 des Bsp. 7 hergestellt, wobei das Material der Deckschicht
T1 eine Mischung aus 3o Gew.-% eines Acrylpolymer-Lösung
(4o % Feststoff in 6o % Xylen; Rohm & Haas B-44) und 7o Gew,-%
einer Lösung von fluoriertem Gummi (33 % Feststoff in 67 % Xylen; DuPont "Viton A") war. Die Mischung ergab einen Brechungsindex
von etwa 1,43; dieser Wert läßt sich jedoch mit dem Verhältnis der Mengenanteile variieren.
Reflektierendes Bogenmaterial der in Fig. 2b gezeigten Art
wurde mit Mikrokugeln M" des Bsp. 7 nach herkömmlichen Verfahrensweisen
hergestellt, wobei jedoch vor dem Aufdampfen einer spiegelnd reflektierenden Aluminiumschicht R" die
Schicht S" aus Cryolit zu einer Dicke von 2 .um auf die Mikrokugeln aufgedampft wurde.
Reflektierende Linsenelemente der in Fig. 3 gezeigten Art wurden hergestellt, indem eine Monoschicht aus Mikrokugeln
M"' des Bsp. 7 bis etwa zum Äquator in einer polyäthylen-
030022/0822
beschichtete Unterlage eingebettet wurden. Dann wurde eine Schicht SMI aus Cryolit zu einer Dicke von 2 ,um, dann eine
Schicht R'" aus Aluminium auf die Cryolitschicht aufgedampft und schließlich die beschichteten Mikrokugeln von der Trägerfolie
durch mit einer Klinge abgeschabt oder mit einer Drehbürste abgebürstet.
Reflektierende Linsenelemente aus dem Bsp. 79 wurden in ein
Bogenmaterial entsprechend der Fig. 4 eingebracht, indem Io Gew.-Teile der Elemente in loo Gew.-Teile eines Vinylorganasols
dispergiert und die resultierende Mischung mit einer Messervorrichtung auf einer siliconbeschichteten Abziehfolie
zu einer Trockendichte von o,25 mm aufgestrichen wurde.
Cl/Be
030022/0822
-it·
Leerseite
Claims (7)
- PatentansprücheJi Transparente Glas-Mikrokugeln aus Bi2O3 und TiO2, gekennzeichnet durch 65 bis 85 Gew.-% Bi2O3 und 5 bis 35 Gew.-%p, wobei ggf. vorliegende Zusätze insgesamt etwa ein Vier tel des Gewichts der Zusammensetzung ausmachen und die Mikro kugeln wärmebehandelt worden sind entsprechend dem Fehlen eines exothermen Maximums im Temperaturintervall von etwa 55o - 65o C aus dem durch Differenzwärmeanalyse erhaltenen Temperaturprofil.
- 2. Mikrokugeln nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 7o - 80 Gew.-% Bi2O3 und 2o - 3o Gew.-%
- 3. Mikrokugeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwaige Zuschläge insgesamt etwa Io Qw.-% der Zusammensetzung ausmachen.
- 4. Mikrokugeln nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch bis zu Io Gew.-% eines Farboxids.030022/0822
- 5. Mikrokugeln nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch bis zu 15 Gew.-% WO3.
- 6. Mikrokugeln nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch bis zu 15 Gew.-% Nb3O3.
- 7. Verwendung von Mikrokugeln nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in reflektierenden Bogenmaterialien.030022/0822
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