СВЕТОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК A45B25/18 A45B23/00 A01G13/04 A01G9/22 E04H15/00 E04H15/28 

Изобретение относится к средствам защиты от воздействия окружающей среды, преимущественно ультрафиолетового излучения, и может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, животноводстве и медицине. Оно может быть использовано также для защиты от солнечного излучения и неблагоприятной погоды.

В связи с уменьшением толщины озонового слоя в атмосфере и появлением в нем так называемых озоновых дыр стоит задача защиты человека, животных и растений от ультрафиолетового излучения солнца, а также техногенного ультрафиолетового излучения (далее УФ-излучения), которое, как известно, вызывает ожоги кожи и стимулирует возникновение онкологических заболеваний, в том числе и меланомы кожи. При этом возрастает значение таких материалов, которые модифицируют спектр светового излучения.

Известно устройство для защиты от солнечного излучения (WO, заявка 93/01733, A 54 B 25/18), выполненное в виде тента и содержащее каркас, опору для каркаса и покрытие, закрепленное на каркасе. При этом покрытие выполнено из мешковины, в которой предусмотрены отверстия различной конфигурации, произвольно распределенные по полотну покрытия и обеспечивающие модулированный пропуск солнечного излучения.

Такое покрытие уменьшает интенсивность солнечного излучения и соответственно пропорционально снижает его УФ-составляющую. Однако спектр прошедшего через покрытие излучения остается неизменным.

Известно устройство, которое также может служить для защиты от ультрафиолетового излучения солнца (SU, авт. св., 1381128, C 08 K 5/07; CH, патент, 667463, C 08 K 5/07), содержащее каркас, на котором закреплено покрытие, и представляющее собой парниковую раму. При этом покрытие выполнено в виде полимерной пленки, в которую введено соединение европия, выбранное из группы, включающей Eu(NO₃)₃Фен, EuCl₃ 3ТОФО, Eu(ГФФА)₃Фен, Eu(ТТА)₃ДП, Eu(ТТА)₃Фен, Eu(ВТФА)₃Фен, Eu(ДВМ)₃2ДГCO, Eu(NO₃)₃ТБФ, EuCl₃3HCO, EuCl₃3ДГCO, где Фен - 1,10 фенантролин, ТОФО - триоктилфосфиноксид, ГФФА - гексафторацетилацетон, ТТА - теноилтрифторацетон, ДП - 2,2-дипиридил, БТФА - бензоилтрифторацетон, ДБМ - дибензоилметан, ДГCO - дигексилсульфоксид, ТБФ -трибутилфосфат, HCO - нефтяные сульфоксиды формулы RSO, где R - углеводородный радикал.

Такое покрытие не только поглощает УФ-часть спектра источника излучения света, но и преобразует УФ-составляющую спектра в красное излучение, увеличивая тем самым долю красной составляющей спектра источника света.

Однако такое покрытие сохраняет светотрансформирующее свойство в течение не более 60 дн, так как используемые для его изготовления соединения редкоземельных металлов относятся к координатным соединениям. Эти соединения под действием света быстро разлагаются. И таким образом уже через 1 - 1,5 мес использования светозащитное устройство, выполненное из такого материала, перестает выполнять свою функцию.

Наиболее близким по достигаемому результату является взятое нами за прототип устройство (RU, патент, 2059999, C 08 L 23/02, опублик. 10.05.96), содержащее каркас теплицы, на котором закреплено покрытие. При этом покрытие выполнено в виде полимерной пленки, в которую введено композитное соединение общей формулы
[La_1-xEu_x)O]_m(Lig)_n,
где
Lig = F, Cl, Br, O, S, Se.

Такое покрытие, также как и аналог (SU, авт. св. 1381128, CH, 667463), преобразует УФ-составляющую спектра источника света в красное излучение, однако такое покрытие сохраняет это свойство только в течение 300 дн.

Основная задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в увеличении продолжительности сохранения светотрансформирующего свойства преобразования УФ-излучения источника света в красное излучение.

Другая задача заключается в расширении арсенала материалов для изготовления светозащитных устройств.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в увеличении продолжительности сохранения светотрансформирующего свойства по меньшей мере до 400 дн.

Указанный технический результат достигается тем, что предложено светозащитное устройство, содержащее каркас и закрепленное на каркасе покрытие, выполненное из материала, преобразующего УФ-излучение в красное, в котором согласно изобретению покрытие выполнено из материала, содержащего матрицу и по меньшей мере одно композитное соединение, содержащееся внутри и/или на поверхности матрицы общей формулы

где
M - металл, выбранный из группы: лантан, гадолиний, иттрий, эрбий, празеодим, диспрозий, неодим, церий, иттербий;
M - металл, выбранный из группы: европий, самарий, тербий;
R - элемент, выбранный из группы: фосфор, кислород, сера, бор, фтор, хлор, бром, ванадий и/или оксиды фосфора, бора и/или их соединения друг с другом;
x - 0,001 - 2,0;
y - 0,001 - 2,0;
z - 0,006 - 12,0.

Покрытие может дополнительно содержать химическую добавку - M'(NO₃)₃ (фен), где фен - 1,10-фенантролин, и/или M'(ГФАА)₃фен, где ГФАА - гексафторацетилацетон, и/или M'(ТТА)₃ДП, где ТТА - теноилтрифторацетон, ДП - 2,2'-дипиридил, и/или M'(ТТА)₃фен, и/или M'(БТФА)₃фен, где БТФА - бензоилтрифторацетон, и/или M'(ДБМ)₃2(ДГCO), где ДВМ - дибензоилметан, ДГCO - дигексилсульфоксид, и/или M'(NO₃)₃3(ТБФ), где ТБФ - трибутилфосфат, и/или M'Cl₃(ТОФО), где ТОФО - триоктилфосфиноксид, и/или M'Cl₃3(ДГCO), и/или M'Cl₃3(HCO), где НCO - нефтяные сульфоксиды формулы R'SO, где R' - углеродный радикал, и/или фен, где Тер - терефталевая кислота, при этом M'- металл, выбранный из группы по п.1.

В качестве матрицы материал покрытия содержит термопластичные полимеры и/или лаковые композиции, и/или неорганическое стекло, и/или натуральные, и/или искусственные волокна, и/или тканевые материалы из них, и/или их композиции.

В качестве термопластичных полимеров материал содержит полиэфиры, например полиметилметакрилат, полибутилметакрилат, поликарбонат, полиэтилентерефталат и/или их производные, полиолефины, например полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен и/или их производные, полиамиды, например капрон и/или их производные, и/или их сополимеры и смеси.

В качестве лаковых композиций он содержит композиции на основе полиэфирных или полиэпоксидных смол, или их смесей.

В качестве неорганического стекла материал содержит силикатное или модифицированное силикатное стекло.

В качестве натуральных волокон он содержит, волокна шелка, хлопка пеньки, а в качестве искусственных - найлон, капрон, триацетат, полиэфир, полиамид и/или ткани из них, и/или смесевые ткани и волокна из них.

Материал покрытия содержит композитное соединение и/или химическую добавку в количестве по меньшей мере 0,001 мас.%. Каркас устройства выполнен в виде рамы геометрического контура. Устройство дополнительно содержит по меньшей мере одну опору, прикрепленную к каркасу.

Устройство может быть выполнено в виде зонтика, при этом каркас выполнен в виде спиц, закрепленных одним концом на опоре. Каркас может быть выполнен в виде каркаса очков. Покрытие может быть выполнено в виде линз и/или пленки, и/или пластин геометрической формы, и/или их комбинаций.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в увеличении продолжительности сохранения светотрансформирующего свойства покрытием, выполненным из материала, содержащего матрицу и по меньшей мере композитное соединение общей формулы до 400 дн.

При выполнении покрытия из материала, содержащего матрицу, композитное соединение общей формулы и вышеупомянутую химическую добавку, увеличивается интенсивность (яркость) люминесцентного свечения и продолжительность люминесценции до 500 - 600 дн. Это происходит за счет того, что используемое в качестве химической добавки координационное соединение поглощает УФ-излучение в первую очередь, сохраняя тем самым композитное соединение от действия ультрафиолета и продлевая его способность к трансформации света. Кроме того, обеспечивается расширение арсенала материалов, пригодных для изготовления светозащитных устройств.

На фиг. 1 изображен зонтик ручной; на фиг. 2 - зонт стационарный (пляжный); на фиг. 3 - тент; на фиг. 4 - солярий (теплица); на фиг.5 - очки; на фиг. 6 - козырек на кепке.

Светозащитное устройство, выполненное согласно изобретению, содержит (фиг. 1 - 6) каркас 1 и покрытие 2, закрепленное на каркасе 1. Устройство также может содержать опору 3 (фиг. 1 - 5), по меньшей мере одну (фиг.1 и 2) или больше, например две (фиг. 5) или четыре (фиг. 3).

Устройство (фиг. 1), выполненное в виде зонта, содержит в качестве опоры трость 3 (фиг. 1), к вершине которой прикреплены спицы, образующие каркас 1, на который натянуто покрытие 2, в свою очередь образующее при раскрывании зонта купол. Покрытие 2 может быть выкроено в виде треугольных лоскутов, которые соединены между собой, или может быть выполнено из одного куска.

Устройство (фиг. 2), также выполненное в виде зонта, но стационарного, содержит в качестве опоры столб 3 (фиг. 2), к вершине которой прикреплены радиально расходящиеся перекладины, образующие каркас 1, на который натянуто покрытие 2.

В устройстве, представленном на фиг. 1 и 2, покрытие 2 содержит матрицу в виде пленки из лавсана, в которую введено композитное соединение YEu(VO₄)₂ (где x = 1,0, y = 1,0, z = 2,0) и химическая добавка Eu(ТТА)₃фен в количестве 0,01 мас.% каждого соединения. Такое покрытие обеспечивает продолжительность люминесценции в течении 400 дн.

Композитное соединение YEu(VO₄)₂ для получения такого покрытия синтезировали известным методом высокотемпературного синтеза (Кустов Е.Ф. и др., Электронные спектры соединений редкоземельных элементов под ред. И.В.Тананаева, М.: Наука, 1981), Для получения YEu(VO₄)₂ смешивали 22,6 г окиси иттрия и 35,2 г окиси европия. Затем вводили в эту шихту 47,0 г ванадата аммония и перемешивали. Полученную смесь загружали в контейнер из стеклоуглерода и прокаливали при температуре 900 - 11100^oC в течение 4 ч. Затем контейнер медленно охлаждали и разгружали. Спек выщелачивали деионизованной водой и фракционировали до среднего дисперсного состава в 5 мкм. Состав полученного композитного соединения соответствует формуле YEu(VO₄)₂.

Координационное соединение Eu(ТТА)₃ фен, используемое в качестве добавки, синтезировали известным способом (CH, патент, 667463 и SU, авт. св. 138128).

Устройство (фиг. 3), выполненное в виде тента, содержит в качестве опоры 3 четыре стойки, к которым прикреплен каркас 1, на который натянуто покрытие 2.

В устройстве, представленном на фиг. 3 и 4, покрытие 2 содержит в качестве матрицы пленку из полиэтилена, в которую введено композитное соединение La_1,9Eu_0,1(BO₂)₂(MO₄)₂ в количестве 0,2 мас.% от массы материала.

Композитное соединение La_1,9Eu_0,1(BO₂)₂(MO₄)₂ (где x = 1,9, y = 0,1, z = 4,0) получали методом высокотемпературного синтеза (Джуринский Б.Ф. и др., Спектры и строение боратовольфраматов (молибдатов) лантаноидов, активированных европием, ж-л "Неорганические материалы", 1987, т.23, N 9, с. 1525).

Пленку из полиэтилена, содержащую композитную добавку La_1,9Eu_0,1(BO₂)₂(MO₄)₂ получали следующим образом.

Брали 100 кг гранулированного полиэтилена и 0,2 кг соответствующего соединения в виде мелкодисперсного порошка, загружали их в смеситель и тщательно перемешивали. Полученную смесь загружали в экструдер и с его помощью перерабатывали в пленку толщиной 100 - 150 мкм. Такая пленка обеспечивает сохранение светотрансформирующих свойств в течении 400 дн.

Таким же образом получали и вышеописанную пленку из лавсана.

В устройстве, представленном на фиг.5 и 6, покрытие 2 содержит матрицу в виде пластины (фиг. 5) или линзы (фиг. 6) из полиметилметакрилата, на поверхность которой с помощью лаковой композиции на основе полиэфира-полиметакрилата нанесено композитное соединение La_1,95Eu_0,05(BO₂)₂(WO₄)₂ и химическая добавка Eu(NO₃)₃(Фен)₂ в количестве 0,15 мас.% каждого вещества.

Композитное соединение La_1,95Eu_0,05(BO₂)₂(WO₄)₂ (где x = 1,95, у = 0,05, z = 4,0) также получали методом высокотемпературного синтеза (Джуринский Б. Ф. и др. Спектры и строение боратовольфраматов (молибдатов) лантаноидов, активированных европием, ж-л "Неорганические материалы", 1987, т. 23, N 9, с. 1525).

Химическую добавку Eu(NO₃)₃(Фен)₂ получали следующим образом:
Растворяли 4,46 г нитрата европия в 50 мл горячей воды. В полученный раствор вводили 3,4 г 1,10-фенантролина в 10 мл этанола. Образующийся при этом осадок отфильтровывали на пористом стеклянном фильтре. Состав полученного соединения соответствует формуле Eu(NO₃)₃(Фен)₂.

Пластину из полиметилметакрилата в качестве матрицы получали методом экструзии, как описано выше для получения полиэтиленовой пленки.

Такое покрытие обеспечивает сохранение светотрансформирующих свойств в течение 400 дн.

Композитные соединения общей формулы являются нетоксичными соединениями, они известны и их синтез описан (Кустов Е.Ф. и др. Электронные спектры соединений редкоземельных элементов под ред. И.В.Тананаева, М.: Наука, 1981; Соединения редкоземельных элементов, силикаты, германаты, фосфаты, арсенаты, ванадаты, серия Химия редких элементов, М.: Наука, 1983).

Спектры люминесценции для соединений La_1,9Eu_0,1(BO₂)₂(MO₄)₂ и La_1,95Eu_0,05(BO₂)₂(WO₄)₂ известны и опубликованы (Джуринский Б.Ф. и др. Спектры и строение боратовольфраматов (молибдатов) лантаноидов, активированных европием, ж-л "Неорганические материалы", 1987, т. 2З, N 9, с. 1525).

Спектр люминесценции для YEu(VO₄)₂ опубликован (Кустов Е.Ф. и др. Электронные спектры соединений редкоземельных элементов под ред. И.В.Тананаева, М.: Наука, 1981).

Используемые в качестве химической добавки координационные соединения общей формулы M'ABL также известны, их синтез и свойства описаны (CH, патент 667463 и SU, авт. св. 1381128, C 08 K 5/07; Melby L.R. et all, Synthesis and Fluorescence of some Trivalent Lanthanide Complexes, J. Amer. Chem. Soc., 1964, v. 86, N 23, p. 5117).

Материал для изготовления покрытия на основе термопластичных полимеров получают прессованием под давлением или экструзией предварительно опудренных одним из вышеупомянутых композитных соединений (или композитным соединением вместе с упомянутой химической добавкой) гранул полимера в пленку или пластину (в зависимости от свойств полимера) (CH, патент 667463 и SU, авт.св. 1381128).

При этом светотрансформирующее вещество (композитное соединение или композитное соединение вместе с химической добавкой) оказывается внутри пленки. Такая пленка, выполненная на основе полиэтилена, является прозрачной. Получение подобных пленок описано (CH, патент 667463 и SU, авт. св. 1381128). Либо такой материал получают, нанося на пленку или пластину, например распылением, смесь раствора светотрансформирующего вещества (композитное соединение или композитное соединение вместе с химической добавкой) в подходящем растворителе, например в ацетоне, с подходящим связующим, например раствором того же полимера в ацетоне.

Для получения материала, содержащего тканую из натуральных и искусственных волокон матрицу, ее пропитывают раствором светотрансформирующего вещества, например ацетоном, в который вводят, например, полиметилметакрилат. Или же поверхность готовой ткани обрабатывают, например, распылением раствора светотрансформирующего вещества в ацетоне с добавлением, например, полиметилметакрилата или полистирола.

При получении материала из искусственных волокон светотрансформирующее вещество можно вводить непосредственно в массу полимера при получении из него волокна.

На фиг. 1 - 6 представлены только некоторые из возможных конкретных конструкций предлагаемого светозащитного устройства, выполненного, например, в виде зонта, тента или экрана, солярия или подобного устройства, покрытие которого может быть изготовлено из материала, преобразующего ультрафиолет в красное излучение.

Изготовление покрытия для устройств, защищающих от УФ-излучения, из материала, преобразующего УФ-излучение в красное, так же просто, как и его изготовление из известных материалов.

Предлагаемое светозащитное устройство обеспечивает поглощение УФ-излучения по меньшей мере на 80% и увеличение доли красного излучения на 70% по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения, покрытие которых не обладает светотрансформирующим свойством.

Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает увеличение продолжительности сохранения светотрансформирующих свойств, а именно продолжительности способности к люминесценции на 200 дн по сравнению с аналогом (CH, патент 667463, SU, авт. св. 1381128) и на 50 дн по сравнению, с прототипом (RU, патент 2059999).

Предлагаемое изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве для выращивания живых организмов, в том числе растений и животных, а также для сушки, например, табака и лекарственных растений.

Оно может быть использовано в медицине для лечения, например ожогов, а также для оборудования пляжей. Предлагаемое устройство может быть использовано в микробиологии для обеспечения микробиологического синтеза. Устройство может быть использовано также для экранирования окон жилых помещений.

Устройство предназначено для защиты от воздействия окружающей среды от УФ-излучения и может быть использовано, например, в сельском хозяйстве, животноводстве, звероводстве, медицине. Устройство содержит каркас и закрепленное на нем покрытие, выполненное из материала, преобразующего УФ-излучение в красное. Покрытие содержит матрицу и по меньшей мере одно композитное соединение общей формулы MxMIy

R_z, где М - металл, выбранный из группы, содержащей лантан, гадолиний, иттрий, эрбий, празеодим, диспрозий, неодим, церий, иттербий; М¹ - металл, выбранный из группы, содержащий европий, самарий, тербий; R - элемент, выбранный из группы, содержащей фосфор, кислород, бор, серу, фтор, хлор, бром, ванадий и/или оксиды фосфора, бора и/или их соединения друг с другом. Устройство позволяет увеличить продолжительность сохранения светотрансформирующего свойства по меньшей мере до 400 дн и расширяет арсенал светозащитных материалов. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Светозащитное устройство, содержащее каркас и закрепленное на каркасе покрытие, выполненное из материала, преобразующего УФ-излучение в красное, отличающееся тем, что покрытие выполнено из материала, содержащего матрицу и по меньшей мере одно композитное соединение, содержащееся внутри и/или на поверхности матрицы, общей формулы

где
M - металл, выбранный из группы: лантан, гадолиний, иттрий, эрбий, празеодим, диспрозий, неодим, церий, иттербий;
M¹ - металл, выбранный из группы: европий, самарий, тербий;
R - элемент, выбранный из группы: фосфор, кислород, бор, сера, фтор, хлор, бром, ванадий и/или оксиды фосфора, бора, и/или их соединения друг с другом;
x - 0,0001 - 2,0;
y - 0,001 - 2,0;
z - 0,0006 - 12,0.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что покрытие дополнительно содержит химическую добавку M¹(NO₃)₃ (фен)₂, где фен - 1,10-фенантролин и/или M¹ (ГФАА)₃фен, где ГФАА - гексафторацетилацетон, и/или M¹(ТТA)₃ДП, где TTA - теноилтрифторацетон, ДП - 2,2'-дипиридил, и/или M¹(TTA)₃фен и/или M¹ (БТФА)₃ фен, где БТФА - бензоилтрифторацетон, и/или M¹(ДБМ)₃2(ДГСО), где ДБМ - дибензоилметан, ДГСО - дигексилсульфоксид, и/или M¹(NO₃)₃ 3(ТБФ), где ТБФ - трибутилфосфат, и/или M¹CI₃3(ТОФО), где ТОФО - триоктилфосфиноксид, и/или M¹CI₃3(ДГСО), и/или M¹CI₃3(HCO), где HCO - нефтяные сульфоксиды формулы R¹SO, где R¹ - углеродный радикал, и/или M12(Tep)₃фен , где Tep - терефталевая кислота, где M¹ - металл, выбранный из группы по п. 1. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве матрицы материал покрытия содержит термопластичные полимеры, и/или лаковые композиции, и/или неорганическое стекло, и/или натуральные и/или искусственные волокна, и/или тканевые материалы из них, и/или их композиции. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве термопластичных полимеров оно содержит полиэфиры, например полиметилметакрилат, полибутилметракрилат, поликарбонат, полиэтилентерефталат, и/или их производные, полиолефины, например, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен, и/или их производные, полиамиды, например капрон, и/или их производные, и/или их сополимеры и смеси. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве лаковых композиций оно содержит композиции на основе полиэфирных, полиэпоксидных смол и/или их смесей. 6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве неорганического стекла оно содержит силикатное или модифицированное силикатное стекло. 7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве натуральных волокон оно содержит волокна шелка, хлопка, пеньки, а в качестве искусственных - найлон, капрон, триацетат, полиэфир, полиамид и/или ткани из них, и/или смесовые ткани и волокна из них. 8. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что материал покрытия содержит композитное соединение и/или химическую добавку в количестве не менее 0,001 мас.%. 9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каркас выполнен в виде рамы геометрического контура. 10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере одну опору, прикрепленную к каркасу. 11. Устройство по п.п. 1 и 10, отличающееся тем, что каркас выполнен в виде спиц, закрепленных один концом на опоре, например в виде зонтика. 12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каркас выполнен в виде каркаса очков. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что покрытие выполнено в виде линз, и/или пленки, и/или пластин геометрической формы, и/или их комбинаций.