JP3713580B2 - 蛍光材料の改善 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、蛍光材料の改善に関し、特に、発光性サンライトコレクタにおける長い染色重合体合成物からの増強された発光を生み出す改善された半減長を有する蛍光染色重合体合成物を含む発光性サンライトコレクタ、またはソーラコンセントレータに関する。
背景技術
発光性サンライトコレクタを作るために、重合体シートに幾らかの蛍光染料を混ぜることが知られている。例えば商品名ルモゲン・エフ・レッド３００（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ ３００）染料として知られ、ペリレン−１，６，７，１２−テトラフェノキシ−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−ビス（２'，６'−ジイソプロピルアニリド）の式を有する赤色蛍光染料は、建物用のソーラベースの照明器具で使用され、そして太陽電池用の蛍光コンセントレータとして使用されるサンライトコレクタシートを提供するのに、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）重合体に混ぜられる。
しかしながら、このタイプの蛍光染料は、例えば、染色された重合体における吸収や散乱のような様々なメカニズムによる発光損失を有するという欠点を抱えていた。吸収による損失には、蛍光染料の発光と吸収スペクトルとの間のオーバーラップによる染料ベースの自己吸収（すなわち、染料分子における不適当なストークスシフトである）、蛍光染料による非放射性吸収、及び重合体による吸収が挙げられる。散乱損失は、主に、コレクタが製作される重合体の不均一性による。散乱源には、染料分子の錯体、コロイド粒子、結晶粒界、屈折率の局部変化、気泡、空隙、異質含有物（例えば、塵粒子）、及び表面の傷が挙げられる。
あらゆるタイプの吸収、または散乱（または、その他の発光損失メカニズム）が、染色重合体の半減長を減少させる。
材料の半減長は、蛍光発光により発生する光が２分の１に減少する距離である。このパラメーターの数値は、発光性サンライトコレクタを作製するための染色材料の適否を決める重要な因子である。これは、その系（通常はシートの両端間）の蛍光の光が発せられる点から、その半減長より遠くにある発光性サンライトコレクタのあらゆる部材が、そのコレクタの出力にわずかしか寄与しないからである。したがって、物質の半減長によって、発光性サンライトコレクタの最大有効寸法が制約を受け、そのために最大発光出力も制約を受ける。（ある範囲を超えてコレクタの面積を２倍にしても、出力はわずかしか増加しない。）以前の方法で作られる染色重合体の小さな半減長は、有用な発光出力、及び優れた色バランスを有する発光性サンライトコレクタの製造を妨げている。
発明の開示
蛍光発光の光が、あらゆる長さの発光性サンライトコレクタの内部を伝わり、そして、コレクタから最大限の強度または輝度で放出される距離を増やすために、蛍光染色重合体の半減長を増すための手段を提供することが本発明の１つの目的である。
本発明によると、モノ（メタクリル酸メチル）、または部分重合メタクリル酸メチルに超音波攪拌手段により蛍光染料を溶解すること、この蛍光染料の溶解前、溶解中、または溶解後のいずれかで溶液に加えられる十分な量の有機過酸化物開始剤の存在と十分な温度とにより、空隙または気泡の形成のない蛍光染色重合体合成物を生成するような重合が開始されることを含む発光性サンライトコレクタに有用な蛍光染色重合体合成物の製造方法が提供される。
蛍光染料は、発光性サンライトコレクタまたはソーラコンセントレータにとって有用なタイプのペリレン染色またはナフタルイミド染料であるのが好ましい。これらの染料の好ましい形は、商品名ルモゲン・エフ・レッド３００（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ ３００）で知られ、ペリレン−１，６，７，１２−テトラフェノキシ−３，４，９，１０テトラカルボン酸−ビス（２'，６'−ジイソプロピルアニリド）の式を有する赤色蛍光染料、商品名ルモゲン・エフ・イエロー０８３（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ ０８３）として知られ、イソブチル ４，１０−ジシアノペリレン−３，９−ジカルボン酸の式を有する緑色蛍光染料（時々、“黄色”染料と呼ばれる）、商品名ルモゲン・エフ・バイオレット５７０（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｖｉｏｌｅｔ ５７０）として知られ、４，５−ジメチルオキシ−Ｎ−(２−エチルヘキシル)ナフタルイミドの式を有する紫／青色蛍光染料、及び商品名ルモゲン・エフ２４０（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ ２４０）として知られ、ペリレン−３，４，９，１１−テトラカルボン酸ビス−（２'，６'−ジイソプロピルアニリド）の式を有する橙色蛍光染料である。
染料は、超音波攪拌手段により、約１分から約５分の間、約３０℃から約１００℃の間の温度で、モノ（メタクリル酸メチル）、または部分重合メタクリル酸メチルの溶液に、攪拌を兼ねて溶解するのが好ましい。
本発明の背景において、前述の製造方法で言及した“蛍光染料”の用語は、当業者によって適当とみなされる蛍光染料の混合物に適用できる。
部分重合メタクリル酸メチル溶液は、モノ（メタクリル酸メチル）、ジ（メタクリル酸メチル）、そして恐らく、当業者がポリ（メタクリル酸メチル）をキャスティングするのに十分な開始溶液を提供すると見なす、少量のより高分子量のメタクリル酸メチルの種々の混合物の溶液を含んでもよい。技術上周知であるように、部分重合メタクリル酸メチルの溶液は、重合完了前にモノ（メタクリル酸メチル）の重合を停止することにより調製できる。本発明の製造方法において、部分重合メタクリル酸メチルの開始溶液を用いる有利な特徴は、最終的に凝固した重合体の収縮が減り、そして本発明の製造方法の重合段階での発熱が減ることである。
部分重合メタクリル酸メチルの開始溶液を用いて本発明の製造方法を実施するに当たって、そのような開始溶液が、本発明の製造方法を妨げ、そしてそのようにして製造された蛍光染色重合体合成物の効力を落とすような、部分重合過程で残されたいかなる残留開始剤も含んではならないことは、当業者には明かである。
有機過酸化物開始剤は、アルキルペルオキシエステルであることが好ましい。特に好ましいアルキルペルオキシエステルは、ＴＢＰＥＨとして知られるｔ−ブチル ペル−(２−エチル)ヘキサノエートである。
本発明の製造方法で使用するために選ばれた有機過酸化物開始剤の特に有利な特徴は、低架橋性を有することが理論づけられていることである。そのため、この重合では、架橋鎖状染色重合体分子よりも、直鎖状染色重合体分子が優勢を占める。
空隙または気泡は、望ましくない光散乱効果や、蛍光発光の半減長の減少の別な原因となる場合があるので、重合では、生成する蛍光染色重合体合成物の中に空隙または気泡を発生させてはならない。
有機過酸化物開始剤は、この過程の反応速度、またはこのように生成された蛍光染色重合体合成物に悪影響を及ぼすことがないため、溶液への蛍光染料の溶解前、溶解中、または溶解後のいつでも溶液に加えられることが、本発明者により発見された。
本製造方法は、さらに、ジエチレングリコールビス（炭酸アリル）（ＤＥＧＢＡＣ）を加える段階を含んでもよい。
本発明の別の態様によれば、前述のいずれかの製造方法により調製された蛍光染色重合体合成物が提供される。
本発明のさらに別の態様によれば、前述のいずれかの製造方法により調製される蛍光染色重合体合成物を含む発光性サンライトコレクタが提供される。
発明を実施するための方法
更に理解を容易にし、そして実施に移すために、以下の、発光性サンライトコレクタとして使用できる蛍光染色重合体合成物を調製するための好ましい製造方法の実施例に言及する。
実施例１
少量のルモゲン・エフ・レッド３００染料（粉末状）が、５０℃で約５分間超音波攪拌によりモノ（メタクリル酸メチル）（以後、ＭＭＡと呼ぶ）に溶解された。溶解のための溶媒は使用しなかった。次に、ある量のこの溶液が、最終溶液中の染色濃度が約０．００５％（Ｗ／Ｗ）になるように、純粋なＭＭＡに加えられた。その後、溶液は、かき混ぜられ、そして超音波攪拌が約２分間加えられた。
次に、ｔ−ブチル ペル−(２−エチル)ヘキサノエート（ＴＢＰＥＨ）の形の少量の開始剤が、溶液の約０．０５０％（Ｗ／Ｗ）になるように加えられた。その後、溶液は、かき混ぜられ、そして超音波攪拌が約１分間加えられた。
この溶液は、垂直にしたテフロン（登録商標）チューブにキャスティングされ、その後、完全に重合を進行させることができるように、熱水浴中に浸すことで熱処理された。これにより、発光性サンライトコレクタとして使用できる蛍光染色重合体合成物が生成された。
本実施例のようにして製作された発光性サンライトコレクタに混ぜられたルモゲン・エフ・レッド３００染料の蛍光発光の半減長は、約１０７ｃｍであることが判った。この半減長は、通常の方法を用いて作られたＰＭＭＡベースの重合体に混ぜられたルモゲン・エフ・レッド３００染料の場合の３１ｃｍの半減長をしのいでいる。
実施例２
蛍光染色重合体合成物は、前述のルモゲン・エフ・レッド３００染料に代えて、０．００７％（Ｗ／Ｗ）の濃度で緑色染料のルモゲン・エフ・イエロー０８３を使用すること以外は、実施例１に記載された製造条件によって調製された。（この染料は、前述の濃度では緑色蛍光発光を行なう。）本実施例のようにして製造された発光性サンライトコレクタに混ぜられた緑色のルモゲン・エフ・イエロー０８３染料の蛍光発光の半減長は、約９８ｃｍであることが判った。この半減長は、通常の方法を用いて作ったＰＭＭＡベースの重合体に混ぜられたルモゲン・エフ・イエロー０８３染料の場合の５３ｃｍの半減長をしのいでいる。
実施例３
少量のルモゲン・エフ・レッド３００染料（粉末状）は、５０℃で約５分間超音波攪拌によりモノ（メタクリル酸メチル）（ＭＭＡ）に溶解された。溶解のための溶媒は使用しなかった。
液状のジエチレングリコールビス（炭酸アリル）（ＤＥＧＢＡＣ）が、約８４％（Ｗ／Ｗ）のＭＭＡと約１６％（Ｗ／Ｗ）のＤＥＧＢＡＣの溶液になるように、約１分間かき混ぜながら加えられた。
少量のＴＢＰＥＨ開始剤が、全溶液の約０．０５％（Ｗ／Ｗ）になるように、約１分間超音波攪拌しながら加えられた。ルモゲン・エフ・レッド３００染料は、溶液中の最終濃度が約０．００５％（Ｗ／Ｗ）であった。
この溶液は、垂直にしたテフロン（登録商標）チューブにキャスティングされ、その後、重合を完全に進行させるために、熱水浴に浸されて熱処理された。本実施例のように製造された発光性サンライトコレクタに混ぜられたルモゲン・エフ・レッド３００染料の蛍光発光の半減長は、約１０９ｃｍであることが判った。
実施例４
蛍光性合成物が、約４％（Ｗ／Ｗ）のＤＥＧＢＡＣと約９６％（Ｗ／Ｗ）のＭＭＡの最終濃度を有することを除いて、実施例３に記載した製造条件により調製された。このコレクタに混ぜられたルモゲン・エフ・レッド３００染料の蛍光発光の半減長は、９３ｃｍであることが判った。
実施例５
蛍光染色重合体合成物は、ルモゲン・エフ・レッド３００染料に代えて、０．００７％（Ｗ／Ｗ）の濃度で緑色染料のルモゲン・エフ・イエロー０８３を使用することと、約９６％（Ｗ／Ｗ）のＭＭＡと４％（Ｗ／Ｗ）のＤＥＧＢＡＣを含んだ溶液となるように、約１分間かき混ぜながら、溶液に液状のＤＥＧＢＡＣを加えたこと以外は、実施例１に記載した製造条件によって調製された。
本実施例のように製造された発光性サンライトコレクタに混ぜられたルモゲン・エフ・イエロー０８３染料の蛍光発光の半減長は、約９５ｃｍであることが判った。
本発明の範囲または限界を逸脱することなく、濃度範囲及び他の製造パラメーターの詳細について、種々の変更が可能である。

Claims (13)

1. 建物の照明用の発光性サンライトコレクタに有用な蛍光染色重合体合成物の製造方法であり、モノ(メタクリル酸メチル)、または部分重合メタクリル酸メチルの溶液に蛍光染料を超音波攪拌により溶解し、前記溶液への蛍光染料の溶解前、溶解中、または溶解後のいずれかで加えられる十分な量の有機過酸化物開始剤の存在と十分な温度とにより、空隙または気泡の形成のない蛍光染色重合体合成物を生成するような重合が開始されることを特徴とする製造方法。
2. 前記蛍光染料が、発光性サンライトコレクタに有用であるタイプのペリレン染料、またはナフタルイミド染料であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記蛍光染料が、ペリレン−１，６，７，１２−テトラフェノキシ−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−ビス(２'，６'−ジイソプロピルアニリド)であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記蛍光染料が、イソブチル ４，１０−ジシアノペリレン−３，９−ジカルボン酸であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
5. 前記蛍光染料が、４，５−ジメチルオキシ−Ｎ−(２−エチルヘキシル)ナフタルイミドであることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
6. 前記蛍光染料が、ペリレン−３，４，９，１１−テトラカルボン酸ビス−(２'，６'−ジイソプロピルアニリド）であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
7. 前記温度が、３０℃から１００℃の間にあることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
8. 前記超音波攪拌が、１分から５分の間に起こることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
9. 前記有機過酸化物開始剤が、アルキルペルオキシエステルであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
10. 前記アルキルペルオキシエステルが、ｔ−ブチル ペル−(２−エチル)ヘキサノエートであることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
11. ジエチレングリコールビス(炭酸アリル)を前記溶液に加える段階をさらに含んでなることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれかの製造方法により調製される蛍光染色重合体合成物。
13. 請求項１乃至１１のいずれかの製造方法により調製される蛍光染色重合体合成物を含む発光性サンライトコレクタ。