Nachleuchtende Thermoplaste

Leuchten länger

Nachleuchtende Thermoplaste – Grundlagen und Anwendung
Um nachleuchtende Thermoplaste sinnvoll einsetzen zu können, müssen die Besonderheiten der Phosphoreszenz berücksichtigt werden.


Nachleuchtende bzw. phosphoreszierende Materialien erhalten ihre Leuchteigenschaft durch die Einarbeitung eines – patentierten – phosphoreszierenden Pigments: mit seltenen Erden dotiertes Strontium-Aluminat. Dieses keramikartige Material wird in einem Sinterprozess bei hohen Temperaturen hergestellt. Von diesem Material gibt es kein natürliches Vorkommen. Hin und wieder zu hörende Äußerungen, wonach das Pigment in Asien im Bergbau gewonnen wird, gehören definitiv ins Reich der Märchen.

Aus dem Herstellungsprozess entstehen gesinterte Blöcke, die anschließend in einem aufwendigen Verfahren zerkleinert und gemahlen werden. Schließlich wird das Rohpigment auf die gewünschte Feinheit und Partikelgrössen abgesiebt. Je größer die Partikel sind, desto besser ist die Leuchtkraft. Das Strontium-Aluminat ist aber sehr hart und damit in der Verarbeitung entsprechend abrasiv. Mit einer Mohs‘schen Härte von 9 ist es fast so hart wie Diamant (Mohs‘sche Härte 10). Deshalb kann es je nach Trägermaterial und Weiterverarbeitungsprozess erforderlich sein, feinere Typen einzusetzen.

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Mechanismus der Phosphoreszenz

Das Nachleuchten ist logischerweise eine Form von Energieabgabe. Dies wiederum erfordert das Vorhandensein gespeicherter oder die Zufuhr von Energie. Strontium-Aluminat erhält die Energie durch Zufuhr von Tages- oder Kunstlicht. Damit wird es angeregt bzw. aufgeladen. Die beste Wirkung erzielt kurzwelliges Licht mit hohem UV-Anteil. Die Energie des auftreffenden Lichtes befördert in der kristallinen Struktur des Pigmentes Elektronen in eine höhere Energiestufe. Anschließend wandern diese Elektronen wieder in die ursprüngliche tiefere Energiestufe zurück und geben dabei die gespeicherte Energie in Form von sichtbarem Licht wieder ab. Der Anregungs-Nachleucht-Zyklus ist ein physikalischer Vorgang, der unbeschränkt wiederholbar ist. Das Pigment altert nicht und verliert auch die Nachleuchtkraft nicht, sofern die kristalline Struktur nicht durch chemische Einflüsse zerstört wird. Das phosphoreszierende Pigment ist frei von jeglicher Radioaktivität. Der Unterschied zu den früher in der Uhrenindustrie verwendeten radioaktiven (selbstleuchtenden) Pigmenten besteht darin, dass für die Anregung das Umgebungslicht genutzt wird, während bei den selbstleuchtenden Pigmenten die Energie aus radioaktiven Substanzen stammte, die in einer Pigmentverkapselung eingebaut waren.

Wirkung der Phosphoreszenz

Während fluoreszierende Materialien leuchten, solange sie einer Lichtquelle ausgesetzt sind (Tagesleuchtfarben), leuchten phosphoreszierende Materialien nachdem sie nicht mehr einer Lichtquelle ausgesetzt sind, sie leuchten nach. Das phosphoreszierende Pigment muss in ein Trägermaterial eingebracht werden, damit es weiterverarbeitet werden kann. Das können verschiedene Materialien wie Lack, Pulverlack oder eben Thermoplaste sein: die Storelite Compounds und Storelite Masterbatches. Bedingung ist, dass das Trägermaterial transparent oder transluzent ist, damit der Anregungs-Nachleucht-Zyklus stattfinden kann. Die Lichtstrahlen müssen zu den phosphoreszierenden Partikeln vordringen und von diesen auch wieder abgestrahlt werden können. Die Frage, wie lange das Nachleuchten dauert, kann so nicht beantwortet werden. Dass ist von verschiedenen Faktoren abhängig.

Anregungslicht und -dauer: Unter idealen Verhältnissen ist das phosphoreszierende Pigment innerhalb einer Minute bis zur Sättigung aufgeladen. Dies ist abhängig von der Stärke der Lichtquelle und dem UV-Anteil im Licht. Unter schwächerem und/oder längerwelligem Licht dauert die Aufladung länger oder ist nur teilweise möglich. Durch Wahl der richtigen Pigment-Typen kann die Performance optimiert werden.
Pigmentkonzentration: Nachleuchtintensität und -dauer sind außerdem von der Menge des eingesetzten Pigmentes abhängig. Je höher die Konzentration, desto größer die Menge des emittierten Lichts. Allerdings nimmt die Nachleuchtstärke nicht proportional mit der Konzentration zu. Hier gilt es in der Planung ein ökonomisches Optimum zu finden.
Umgebung: Das emittierte Licht ist nicht sehr energiereich. Je dunkler die Umgebung, desto besser wirkt das Nachleuchten. Bei der Verwendung von Storelite Compounds soll deshalb geklärt werden, unter welcher Bedingung ein daraus gefertigter Gegenstand zum Einsatz kommt. Dabei ist zu beachten, dass auch während der Aktivierung der Anregungs-Nachleucht-Zyklus permanent stattfindet. In der Dämmerung wird zu einem bestimmten Zeitpunkt die Aufladung schwächer als das Nachleuchten und somit setzt das Abklingen ein.
Subjektive Wahrnehmung: Ein weiterer – wohl der wichtigste – Faktor ist die Akkomodation des Auges bei Dunkelheit. Es kommt vor, dass man einen teilweise abgeklungenen Gegenstand nach dem Auslöschen des Lichts nur schwach wahrnimmt, während man ihn Stunden später mit akkomodierten Augen wieder problemlos erkennen kann. Angaben über die Nachleuchtdauer und Abklingkurven sind deshalb mit Vorsicht zu genießen. Die Sichtbarkeit hängt von vielen externen Faktoren ab, sodass aus solchen technischen Werten direkt keine Aussagen abgeleitet werden können. Der Nutzen liegt vielmehr in einer relativen Aussage, indem beispielsweise aus Abklingkurven verschiedener Materialien – identische Aktivierungsbedingungen vorausgesetzt – das optimale ausgewählt werden kann. RC Tritec bietet ihren Kunden einen Service zur lichttechnischen Vermessung der nachleuchtenden Gegenstände an.
Typen und Varianten: Die Storelite Compounds und Masterbatches enthalten Strontium-Aluminat Pigmente und sind im Gegensatz zu Produkten auf Zinksulfidbasis lichtecht und resistent gegen Vergrauung. Die darin enthaltenen Nachleuchtpigmente sind temperaturstabil bis über 500 Grad Celsius. Der Pigmentanteil im Compound liegt hier normalerweise zwischen 5 und 25 Prozent. Die Zugabemenge des Masterbatches liegt zwischen 15 und 35 Prozent.
Farben: Nachleuchtprodukte haben zwei unterschiedliche farbliche Erscheinungsbilder: Körperfarbe und Nachleuchtfarbe. Die Körperfarbe des Materials dominiert bei Tages- oder Kunstlicht, während die Nachleuchtfarbe in der Dunkelheit vom eingesetzten Typ abhängt. Es sind Typen mit gelblich-grüner oder blauer Nachleuchtfarbe erhältlich. Die besten Nachleuchteigenschaften bieten naturbelassene Bauteile mit gelblich-grüner Körperfarbe.

Die Storelite Compounds und Masterbatches der Top-Serie eignen sich für Anwendungen, in denen starkes Anregungslicht zur Verfügung steht. Diese zeigen eine außerordentlich hohe Lichtspeicherkapazität. Gegenüber der HS-Serie weisen diese eine flachere Abfallkurve auf. HS-Typen (High Sensitive) sind für Anwendungen unter schwierigeren Aktivierungsbedingungen entwickelt worden. Sie weisen eine höhere Anregungssensibilität sowie eine zu Beginn sehr hohe Nachleuchtdichte auf und sind in der Lage, sich auch bei schwacher Beleuchtung so aufzuladen, dass sie über längere Zeit noch ein gut sichtbares Licht abgeben.
Grundsätzlich werden die Compounds und Masterbatches mit Thermoplasten gemäss Spezifikationen der Kunden produziert, auch bezüglich Pigmentkonzentration. Dadurch wird vermieden, dass im Endprodukt Fremdmaterial enthalten ist. Zudem genießt der Kunde beim Compound den Vorteil, ein direkt zu verarbeitendes Material geliefert zu bekommen.


Fakuma Halle B4, Stand 4301

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