Neuartige Ce3+-dotierte Fluoreszenzpigmente für innovative beschichtungsbasierte Anwendungen

Nach wie vor existiert ein starkes Interesse der Beschichtungsindustrie an innovativen UV-Schutzkonzepten. Obwohl der prozentuale Anteil an kurzwelliger Strahlung relativ gering ausfällt, so ist die dazugehörige Energiedosis jedoch hoch genug um den photochemischen Abbau in der polymeren Bindemittelmatrix zu induzieren. Es zeigt sich weiterhin, dass die Schichtdicken der Beschichtungen zukünftig eher abnehmen. Um nun die Barrierefunktion der Bindemittelmatrix gegenüber Wasser und Sauerstoff zu erhalten, müssen zusätzliche Konzepte entwickelt werden, welche in Kombination mit bereits bewährten UV-Schutzstoffen eine effizientere UV-Schutzwirkung ermöglichen. ln der vorgestellten Forschungsarbeit sollte untersucht werden, ob sich durch Fluoreszenzumwandlung der kurzwelligen UV-Strahlung in energieärmere Strahlung im frühen VIS-Bereich (Down-Konvertierung) zusätzliche UV-Schutzeigenschaften in Beschichtungen generieren lassen. Im Gegensatz zu den bereits verfügbaren absorptiv schützenden Pigmenten und Additiven findet bei diesem innovativen Schutzkonzept kein wesentlicher Eintrag von Strahlungswärme in die Beschichtung statt. Im Hinblick auf die Vermeidung von Photodegradation und zur Erhöhung der Lebensdauer der Beschichtung wurden innerhalb dieser Arbeit neuartige Ce3+ -dotierte Pigmente auf Silikat- und Phosphatbasis entwickelt. Die pulverförmigen Produkte konnten aus einem optimierten solidstate Reaktionsweg röntgenographisch phasenrein erhalten werden. Die tetragonale A-Typ Struktur von La2[Si207] wird als die thermodynamisch stabile Modifikation des SeltenerdMetaii( III)-Disilikats bei Raumtemperatur gehandelt. Des Weiteren konnte die Struktur des Seltenerd-Orthophosphats LaPO4 bereits eine gute chemische Resistenz gegen saure oder basische Umgebung unter Beweis stellen. Es wurden Reflexionsspektren, eine optische Auswertung bei UV-Exposition sowie Fluoreszenzspektren des Systems La,-xCex[Si207] aufgenommen und für die weitere Verwendung in der Bindemittelmatrix ausgewertet. Die synthetisierten Pigmentpulver wurden einer Vermahlung unterzogen und anschließend in ein lösemittelbasiertes Klarlacksystem eingearbeitet. Das Cer-dotierte monokline LaPO4 Orthophosphat konnte ebenfalls via lösemittelfreier solid-state Synthese hergestellt und mittels optischen und fluoreszenzspektroskopischen Methoden analysiert werden. Für beide Verbindungen konnte gezeigt werden, dass die Anregungsspektren der ursprünglichen Syntheseprodukte nach der Partikelgrößen-Reduzierung nahezu unverändert erhalten bleiben und überdies auch nach der Einarbeitung in die Lackformulierung noch detektierbar sind. Seide Verbindungen besitzen definierte UVAnregungsbereiche und können deshalb prinzipiell synergistisch zum Einsatz gebracht werden. Es konnte ferner gezeigt werden, dass bei optimaler Verwendung der neuartigen Pigmente sich relativ farbneutrale Schutzbeschichtungen erhalten lassen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das eintreffende hochenergetische UV-Licht erfolgreich durch die neuentwickelten Pigmente down-konvertiert werden konnte. Außerdem wurden erste Anwendungslimits des neu entwickelten innovativen Schutzsystems definiert und GrenzwertKonzentrationen von Pigment und Datierungsion aufgestellt.