专利名称：荧光灯中可浸出汞的控制的制作方法
背景技术：
本发明涉及防止在汞弧蒸汽放电灯中生成可浸出汞的方法和装置。
汞弧蒸汽放电灯，或者通常称为荧光灯，是标准的照明工具。汞弧蒸汽放电灯由如铅丝、插头和端盖之类的金属部件组成。铅丝和端盖与插头部分的周围为玻璃外壳。玻璃外壳内部通常涂有荧光物质。往汞弧蒸汽放电灯加入元素汞，元素汞通常附着于荧光物质上。在某些条件下，人们曾发现当元素汞与灯泡中的金属部件，如含有铜和铁的铅丝、黄铜插头，或其他相关金属支架组件接触时，元素汞变成可浸出的形式。
为了解决处理荧光灯的汞可能渗透到地表水和地下水这一不断增加的问题，环境保护局(Environmental Protection Agency)确定了汞的最大浓度水平为每升提取液0.2毫克可浸出汞。通常，采用称为毒性特性浸出法(TCLP)的标准分析方法，一种在1990年由环境保护局实施的熟知试验方法，测定汞的浓度水平。
在进行TCLP试验时，将试验灯粉碎成灯废料，它与在填埋或其他处理场所中处理灯时得到的废料相似。处理场所中的环境条件可能是这样的，以致易于生成可浸出的汞。TCLP试验条件本身趋向于考虑生成可浸出的汞，其汞量高于确定的限每升0.2毫克。
在处理灯的过程中，以及在TCLP试验中，粉碎灯的玻璃外壳。灯内的元素汞然后就暴露于含水环境中的金属部件。暴露于金属部件和含水环境时，元素汞可氧化成可浸出的汞。灯中的金属部件提供了可氧化铁和可氧化铜源，它们都能促使生成可浸出的汞。
人们已研制出几项技术，防止生成可浸取到环境中的汞。目前使用的方法与在处理灯时或在TCLP试验过程中输送化学试剂的方法有关。例如，Fowler等人(US5 229 686和US 5 229 687)描述了将该灯中使用的化学试剂加入玻璃套中或在粘结基座的粘结剂中的方法。这些化学试剂包括各种盐，仅举几个例子，像溴离子、氯离子、碘离子、碘酸根离子、高碘酸根离子和硫化物阴离子等。其他的化学试剂包括如铁粉、铜粉、锡粉和钛粉之类的粉末。
在已转让给本发明受让人的USP 5 821 682中，Foust等人描述了为了得到出众的TCLP试验性能，加入汞的抗氧化剂。汞的抗氧化剂包括例如抗坏血酸、抗坏血酸钠和葡糖酸钠。人们已发现这些材料能减少或防止氧化元素汞所生成的可浸出一价汞和二价汞化合物。可惜，生产过程通常要采用加入汞抗氧化剂的单独分配步骤。
一般地，需要降低可浸出的汞量推动着人们进行任何的灯部件改进。人们不断寻求各种方法和材料，降低执行TCLP提取试验时可浸出汞的值。发明概述本发明提供了含有有效量的银盐、金盐或其组合的汞蒸汽放电灯。
本发明还提供了防止在汞蒸汽放电灯中生成可浸出汞化合物的方法，该方法包括在灯结构中提供有效量的银盐、金盐或其组合。发明详述人们已发现，加入银盐、金盐或其组合对于防止汞化合物在TCLP试验中浸出具有重要作用。因此，减少或防止汞蒸汽放电灯组件中生成或溶解可溶性三价铁离子和一价铜离子，同时导致减少或防止可浸出的汞化合物。
铅丝通常由铁或铜构成，插头通常由黄铜制成。铅丝和插头是元素铁(Fe0)和铜(Cu0)的来源，它们在氧的存在下和含水环境中氧化成三价铁离子(Fe+3)和一价铜离子(Cu+1)。然后，三价铁离子和一价铜离子然后可以溶解于水溶液中。人们已发现，三价铁化合物和一价铜化合物的存在可导致生成可浸出的汞。
这里使用的“可浸出的汞”是指已氧化的元素汞(Hg0)。已氧化的汞与氧反应，生成如氧化汞(HgO)之类的化合物。灯一旦破裂，元素汞就能氧化成可浸出的汞，可浸出的汞可通过地下水、河流或小溪带走。
合适的银盐包括例如碳酸银、卤化银、氧化银、硫化银、醋酸银或其组合。合适的金盐包括例如碳酸金、卤化金、氧化金、硫化金、醋酸银或其组合。通常，碳酸银用于本发明。
为了防止在处理汞蒸汽放电灯时假生成可浸出的汞，为了提高TCLP试验的可靠性，在灯结构中，例如在等离子体放电外的玻璃壳内，在端盖中，或在灯的底座中，加入有效量的银盐、金盐或其组合。有效量的银盐、金盐或其组合是充分防止元素汞与能够将元素汞氧化成可溶形式的三价铁和一价铜化合物相互作用的量。因此，通常有效量的银盐、金盐或其组合将足以使TCLP试验结果显示出每个灯可浸出的汞低于约百万分之0.2。因此，典型地，银盐、金盐或其组合的范围是每个灯为约0.1毫克至10克，更典型地，每个灯约10-30毫克。
银盐、金盐或其组合通常加到灯的粘结基座的粘结剂中，粘结剂可将铝盖固定到灯底部的铅玻璃部分上。粘结基座的粘结剂一般含有约80重量％大理石粉(石灰石-CaO)，余量为虫胶，即一种酚醛树脂粘合剂，混合用的溶剂和使粘结剂着色的染料。通过进料装置将粘结剂送入底座，一旦与灯组装，就加热固化其粘合剂。固化作用除去溶剂，并使粘结剂固化。银盐、金盐或其组合与粘结剂组分掺和，并采用手工方法或自动生产设备加入灯中。只有灯受到破坏或准备TCLP试验进行粉碎时，才放出银盐、金盐或其组合。在这种方法中，银盐、金盐或其组合总是在灯的阳极区外部。阳极区通常是在真空下，是包括管座夹(内部引线和阴极)内部在内的灯的一部分，它充满了填充灯的荧光物质和惰性气体。填充灯的惰性气体通常包括氩气和氪气。由于将碳酸银、碳酸金或其组合加入在端盖的基座粘结剂内，所以不需要有加入碳酸银、碳酸金或其组合的单独分配步骤。
银盐、金盐或其组合还能配制成可热固化的粘合剂或粘合组合物，该粘合剂或粘合组合物可溶于酸性水溶液。这样的组合物通常包括惰性填料、如聚甲基丙烯酸乙烯酯的粘合剂和如变性酒精之类的加工溶剂。酒精蒸发，该组合物将固化，这时粘结基座的粘结剂会固化。这些组分与将玻璃外壳固定在铝基座或端盖的粘结基座的粘结剂的一般组分是类似的。树胶或明胶也曾用作这样的粘合剂和粘结剂。树胶和明胶的性质是它们受热时可粘附于表面上。含有抗氧化剂材料的组合物能够以环或分离钮状放到铝端盖的内表面上。当灯粉碎并暴露于含水环境，或放置在TCLP溶液中时，含水的可溶粘结剂使得银盐、金盐或其组合快速释放。
典型的填料包括大理石粉(氧化钙)。粘结剂材料可以是虫漆、如酚醛树脂之类的松香合成树脂。加工的溶剂通常是如乙醇、丙醇、丁醇或戊醇之类的低级醇。
还能通过将银盐、金盐或其组合封装在玻璃套中，将这种材料加到灯中，再或者将玻璃套放到铝盖与铅玻璃喇叭口之间的灯基座中，或者放到灯的阳极区内。由于银盐、金盐或其组合封闭在玻璃套内，它可以存在于灯的阳极区内，而不会影响灯的作用。
借助于TCLP试验，通过检测汞蒸汽放电灯说明本发明，其中碳酸银加到灯的部件中。这些实施例应看作是非限制性的。
根据在联邦公报1990年6月29日第55卷，第126期，第26987-26998页上规定的试验程序，得到所有的TCLP试验数据。
简短地说，采用TCLP试验检验的灯粉碎成规定粒度的颗粒，其粒度能通过3/8英寸筛。该试验材料再用pH为约4.93的醋酸钠-醋酸缓冲液提取。
向TCLP试验加入不同量的碳酸银，以确定银盐对在TCLP试验期间减少生成可浸出汞量的效力。表1所列数据显示，F32T8SCSP35灯或F40T12 Cool WhiteWattMiser灯(均来自于GE Lighting)测定的汞量为每个灯20毫克时，每个灯的碳酸银量低到10毫克水平都将可浸出的汞降低到控制限0.2ppm以下。使用碳酸银的最重要的一个优点是，所需的毫克量碳酸银能容易地加到端盖的基座粘结剂内。将碳酸银加到粘结基座的粘结剂中不需要单独的步骤。在表1中显示了在粘结基座的粘结剂内使用碳酸银的TCLP试验结果。
使用未加碳酸银的F32T8SCSP35灯(以后称为“F32”)和F40T12(以后称为“F40”)Cool White WattMiser灯筛选添加剂。从Aldrich Chemicals购买工业级和99％碳酸银(Ag2CO3)，并且使用前不进行纯化。标准TCLP方案后，接着是根据科学应用国际实验室(Scientific Application International Laboratory)的荧光灯/TCLP试验研究报告进行的灯试验改进，如在“荧光灯中汞的分析结果”中所描述的，该项研究报告系根据1992年5月15日SAIC，EPA合同号68-WO-0027受环境保护局委托完成的。表1可看到向测定汞(Hg)量为20毫克的F40和F32灯添加不同量碳酸银(Ag2CO3)的结果。
表1
如表1所看到的，与未向灯中添加碳酸银相比，5毫克碳酸银使F40和F32灯中可浸出的汞量分别减少1/6和1/12。另外，50毫克碳酸银有效地将两种灯的可浸出的汞量减少到每个灯25ppm以下。
尽管已显示并说明了实施方案，在没有偏离本发明精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和替换。因此，应该理解，借助于举例说明，已对本发明进行了描述，并且没有对本发明进行限制。
权利要求
1.一种汞蒸汽放电灯，它含有有效量的银盐、金盐或其组合。
2.根据权利要求1所述的汞蒸汽放电灯，其中所述的银盐包括碳酸银、卤化银、氧化银、硫化银、醋酸银或其组合。
3.根据权利要求2所述的汞蒸汽放电灯，其中所述的银盐是碳酸银。
4.根据权利要求1所述的汞蒸汽放电灯，其中所述的金盐包括碳酸金、卤化金、氧化金、硫化金、醋酸银或其组合。
5.根据权利要求1所述的汞蒸汽放电灯，其中所述的银盐、金盐或其组合是每个灯为约0.1毫克至10克。
6.根据权利要求5所述的汞蒸汽放电灯，其中所述的银盐、金盐或其组合是每个灯为约0.1毫克至30毫克。
7.根据权利要求1所述的汞蒸汽放电灯，其中所述的银盐、金盐或其组合基本上防止元素汞与三价铁化合物或一价铜化合物相互反应，这种反应可将元素汞氧化成可溶形式的汞。
8.一种汞蒸汽放电灯，它含有每个灯为约10毫克至30毫克碳酸银，以便基本上防止元素汞与三价铁化合物或二价铜化合物相互反应，这种反应可将元素汞氧化成溶解形式的汞。
9.一种防止在汞蒸汽放电灯中生成可浸出汞化合物的方法，该方法包括在灯结构中提供有效量的银盐、金盐或其组合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述的银盐包括碳酸银、氯化银、氧化银、硫化银、醋酸银或其组合。
11.根据权利要求10所述的的方法，其中所述的银盐包括碳酸银。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述的金盐包括碳酸金、卤化金、氧化金、硫化金、醋酸银或其组合。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述的银盐、金盐或其组合的量是每个灯为0.1毫克至10克。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述的银盐、金盐或其组合的量是每个灯为约10毫克至30毫克。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述的银盐、金盐或其组合基本上可防止元素汞与三价铁化合物或二价铜化合物相互反应，这种反应可将元素汞氧化成可溶形式的汞。
16.一种防止在汞蒸汽放电灯中生成可浸出汞化合物的方法，该方法包括提供每个灯为约10毫克至30毫克碳酸银，以便基本上防止生成三价铁化合物或二价铜化合物，它们可将元素汞氧化成溶解形式的汞。
全文摘要
提供一种防止在汞蒸汽放电灯中生成可浸出汞的方法和设备,它包括在灯结构中提供有效量的银盐、金盐或其组合。
文档编号H01J61/12GK1385876SQ0212456
公开日2002年12月18日 申请日期2002年5月3日 优先权日2001年5月3日
发明者D·A·海特科, S·T·布德勒, D·K·迪特里希, D·F·福斯特 申请人:通用电气公司