AT391728B

AT391728B - Mehrschichtsystem fuer waermeschutzanwendung

Info

Publication number: AT391728B
Application number: AT0393483A
Authority: AT
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1982-11-10
Filing date: 1983-11-08
Publication date: 1990-11-26
Also published as: FR2535650B3; DE3241516A1; ATA393483A; NL8303799A; CH660707A5; JPS59103749A; IT8323482V0; JPH0430344B2; FR2535650A3

Description

Nr. 391 728

Die Erfindung geht aus von einem Mehrschichtsystem für Wärmeschutzanwendung mit hohem Reflexionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich und mit hohem Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbeieich, mit einem Träger, mit einer Metallschicht und mit reflexionsmindemden, dielektrischen, Metalloxid enthaltenden Deckschichten, vorzugsweise auf beiden Seiten da* Metallschicht.

Ein derartiges Mehrschichtsystem für Wärmeschutzanwendung ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 30 27 256. Diese Druckschrift beschreibt ein Mehrschichtsystem mit einem Träger, z. B. aus Polyester, auf den eine dielektrische Schicht zur Entspiegelung einer darüberliegenden Metallschicht aufgetragen ist Durch geeignete Wahl der Dicke und der Brechzahl der dielektrischen Schicht entsteht eine Interferenzwiikung, so daß durch den Träge: einfallendes Licht im sichtbaren Spektralbereich an der Metallschicht nur zu einem sehr geringen Teil reflektiert wird und weitgehend ungehindert durch das Mehrschichtsystem hindurchtieten kann. Andererseits wird Infrarot-Wärmestrahlung, welche von der vom Träger äbgewandten Seite, z. B. von einem Innenraum her auf die Metallschicht auftrifft, in hohem Maße reflektiert. Die beschriebene Anordnung besitzt eine weitere dielektrische Schicht entsprechend der erstgenannten dielektrischen Schicht auf der vom Träger äbgewandten Seite der Metallschicht, welche das Transmissionsvermögen für sichtbares Licht weiter erhöht und eine gewisse Korrosionsschutzwirkung ausübt ohne das Reflexionsvermögen für Infrarot-Strahlung nennenswert zu beeinträchtigen.

Aus der DE-OS 27 03 688 ist eine weitere Wärme-Schutzvorrichtung für lichtdurchlässig abgeschlossene Raumöffnungen bekannt. Diese Anordnung besitzt auf der Rauminnenseite, zu der die Infrarotstrahlung zurückgelenkt werden soll, eine Kunststoff-Schutzschicht mit niedrigem Absorptionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich, so daß die Infrarotstrahlung die Kunststoff-Schutzschicht nicht erwärmt und weitestgehend ungehindert in den wannen Raum reflektiert wird. Auf der Kunststoff-Schutzschicht sitzt eine Metallschicht und hierauf eine Deckschicht, welche ebenfalls aus einer Kunststoffolie, z. B. aus Polyäthylen bestehen kann. Diese Deckschicht hat die Funktion des mechanischen Trägers des Mehrschichtsystems. Sie liegt auf der Außenseite, z. B. benachbart zu einer Glasscheibe. Eine derartige Anordnung hat zwar ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich, dagegen ist das Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich relativ gering, weil einerseits nichts gegen die Reflexion des sichtbaren Lichtes an der Metallschicht getan ist und weil andererseits die nach außen gerichtete Träger-Deckschicht nicht für ein hohes Transmissionsvermögen für den sichtbaren Spektralbereich modifiziert ist.

Das erfindungsgemäße Mehrschichtsystem ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Träger abgewandten Seite der Metallschicht eine Polymerfilm-Schutzschicht mit geringer Absorption im Infrarot-Spektralbereich angeordnet ist. Gegenüber dem Stand der Technik ist dadurch der Vorteil gegeben, daß ohne nennenswerte Einbuße bezüglich des Transmissionsvermögens im sichtbaren Spektralbereich ein sehr guter mechanischer Schutz und ein Korrosionsschutz auf der Seite der Metallschicht erreicht wird, welche nicht durch den Träger geschützt ist Zur Verbesserung des Korrosionsschutzes auf der vom Träger abgewandten Seite und zur Entspiegelung auf dieser Seite ist zweckmäßigerweise auch auf dieser Seite der Metallschicht noch eine dielektrische Deckschicht zwischen der Metallschicht und der Schutzschicht eingefügt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Mehrschichtsystems sind in den Unteransprüchen und in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt eine Anordnung mit je einer dielektrischen Deckschicht auf beiden Seiten der Metallschicht und mit einer Polymerfilm-Schutzschicht auf der vom Träger abgewandten Oberfläche.

In der Figur ist mit (10) ein Träger bezeichnet, welcher vorzugsweise aus einer Polyesterfolie mit einer Dicke von 10 bis 200 |im besteht. Alternativ kann als Träger (10) beispielsweise eine 10 bis 50 |im dicke Acetatfolie oder eine 20 bis 100 pm dicke PVC-Folie dienen. Auf dem Träger sitzt eine erste dielektrische Deckschicht (11) mit einer Dicke von 10 bis 40 μπι, welche wenigstens ein Metalloxid enthält, vorzugsweise jedoch eine Mischung aus Titanoxid und Wismutoxid oder gegebenenfalls separate Schichten aus diesen Metalloxiden aufweist. Auf der ersten dielektrischen Deckschicht (11) sitzt eine Metallschicht (12), vorzugsweise eine 5 bis 20 mm dicke Silberschicht, welche von einer zweiten dielektrischen Deckschicht (13) mit der gleichen Zusammensetzung wie die erste dielektrische Deckschicht (11) bedeckt ist. Den äußeren Abschluß auf der vom Träger (10) abgekehrten Seite bildet eine Schutzschicht (14). Der Aufbau und die stoffliche Zusammensetzung der Schichtenfolge (10) bis (13) entspricht im wesentlichen der in der älteren deutschen Patentanmeldung 31 40 100 beschriebenen Ausführung. Dabei ist der Träger (10) dem einfallenden Licht zugewandt, die Schutzschicht (14) sitzt auf der einem Innenraum zugekehrten Seite des Mehrschichtsystems, von welcher aus die Infrarotstrahlung auftrifft. Bei einer Umkehr des Strahlungsdurchgangs, derart, daß der Träger (10) der langwelligen Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, erfolgt durch die Absorption im Träger eine stäikere Erwärmung der Folie. Dann beruht die Wirkung der Wärmeschutzschicht auf deren geringem Emissionsvermögen für langwellige Strahlung.

Die Wirkungsweise des Mehrschichtsystems ist derart, daß insgesamt ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich und ein hohes Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich gewährleistet ist. Hierzu wird für den Träger (10) ein Material mit hohem Transmissionsvermögen für das sichtbare Licht ausgewählt, z. B. eine Polyesterfolie mit einer Dicke von 10 bis 200 pm. Die Metallschicht (12), welche vorzugsweise aus Silber besteht, wird entspiegelt durch die dielektrischen Deckschichten (11) und (13), welche -2-

Nr. 391728 in ihrer Dicke und in ihrem Material bezüglich der Brechzahl so ausgewählt sind, daß eine Interferenz entsteht und der an den Grenzflächen von der Metallschicht (12) reflektierte Anteil des sichtbaren Lichtes unterdrückt wird, so daß mit Ausnahme eines geringen Teiles praktisch alles einfallende Licht durch das Mehrschichtsystem hindurchtreten kann. Die dielektrische Deckschicht (11) ist hinsichtlich ihrer Zusammensetzung gleich aufgebaut wie die Deckschicht (13) und enthält vorzugsweise zwei Metalloxide, nämlich Titanoxid und Wismutoxid. Dabei kommt dem Titanoxid die Aufgabe zu, die UV-Beständigkeit der Silberschicht zu erhöhen, während Wismutoxid eine stark korrosionshemmende Wirkung besitzt. In der gezeichneten Darstellung handelt es sich bei den Schichten (11) und (13) um Mischschichten der beiden Metalloxide, jedoch könnten die beiden Deckschichten (11) und (13) jeweils auch zweilagig mit getrennten Schichten der Metalloxide aufgebaut sein.

Die dielektrische Deckschicht (13) bewirkt für die Metallschicht einen Schutz gegen UV-Licht und einen Korrosionsschutz und ergänzt somit in vorzüglicher Weise die Schutzschicht (14), welche vorzugsweise dem mechanischen Schutz des Mehrschichtsystems dient Da die Schichten (13) und (14) für Infrarotlicht ohne nennenswerte Absorption durchlässig sein müssen ist bei ihrem Aufbau und ihrer Stoffauswahl auf eine geringe Absorption im Bereich der Infrarotstrahlung, also etwa im Wellenlängenbereich zwischen 5 und 40 μιη zu achten. Hierbei haben sich neben dem bereits beschriebenen Aufbau für die dielektrische Deckschicht (13) hinsichtlich der Schutzschicht (14) Polymerfilme besonders bewährt, wobei die Bemessung der Schichtdicke und/oder die Materialauswahl des Polymerfilmes so gewählt ist, daß keine wesentliche Absorption von Infrarotstrahlung erfolgt. Besonders dünne Polymerfilm-Schutzschichten lassen sich aus Siloxan-Polymerisaten herstellen, wobei die Polymerisation vorzugsweise in einem Plasma erfolgt. Besonders bewährt hat sich hierbei Hexamethyldisiloxan (HMDS) welches einen ausreichenden Dampfdruck hat und somit ohne großen apparativem Aufwand als Dampf in die evakuierte Beschichtungsanlage eingelassen und in einer Glimmentladung als Schutzschicht (14) auf der dielektrischen Deckschicht (13) polymerisiert werden kann. Eine so hergestellte Schutzschicht (14) hat eine Dicke von vorzugsweise < 0,2 pm, im Höchstfall erreicht sie eine Schichtdicke < 1 |xm und gewährt als absolut porenfreie, dichte, hydrophobe Schutzschicht einen einwandfreien Schutz des darunterliegenden Schichtensystems. Die Schutzschicht (14) kann weiterhin aus einem Lackfilm gebildet werden, welcher vorzugsweise auf die dielektrische Deckschicht (13) in einer Dicke zwischen 1 und 5 pm aufgetragen, z. B. aufgesprüht wird.

Wenn andererseits die Schutzschicht (14) zur Erhöhung der mechanischen Stabilität dicker ausgebildet werden soll, erfolgt die Materialauswahl derart, daß ein Stoff mit geringer Absorption im Infrarot-Spektralbereich aufgebracht wird, vorzugsweise eine Schutzschicht (14) aus Polyäthylen oder Polypropylen. Hierbei wird die Schutzschicht (14) als Laminat mit dem restlichen Schichtsystem verbunden, wobei die Schutzschicht (14) selbst als Kunststoffolie ausgebildet ist. Eine andere Möglichkeit zum Aufträgen einer derartigen Schutzschicht größerer Dicke besteht im Flammenspritzen.

Das erfindungsgemäße Mehrschichtsystem betrifft also eine in Vakuumprozessen aufgebrachte Schichtenfolge (11), (12), (13), wobei auf den Träger (10) wenigstens eine Metallschicht (12) und vorzugsweise mehrere dielektrische Deckschichten (11) und (13) aufgedampft oder aufgestäubt sind. Die dielektrischen Deckschichten (11) und (13) sind nach Zusammensetzung bzw. schichtweisem Aufbau so optimiert, daß eine möglichst gute Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse erreicht wird. Während die Schutzwirkung der dielektrischen Schichten (11) und (13) beim Einbau des Mehrschichtsystems zwischen Glas im allgemeinen ausreicht, ist bei Anwendung des Mehrschichtsystems auf Glas oder in Form von Rollos oder Vorhängen ein zusätzlicher Schutz insbesondere gegen mechanische Beschädigungen notwendig. Hierzu wird auf den beschichteten Träger (10), d. h. beim Ausführungsbeispiel auf die dielektrische Deckschicht (13) als Schutzschicht (14) ein Polymerfilm aufgetragen, der die optischen Eigenschaften des Schichtsystems nur wenig beeinträchtigt, jedoch einen sehr guten zusätzlichen mechanischen Schutz gewährleistet. Die Schichtdicke des Polymerfilms wird so eingestellt, daß zwar eine ausreichende mechanische Schutzwirkung erreicht wird, aber noch keine wesentliche Absorption der Infrarotstrahlung erfolgt und/oder das Material für diese zusätzliche Beschichtung wird so ausgewählt, daß eine möglichst gute Transmission der Schutzschicht (14) im Infrarotbereich gegeben ist.

Als Auftragsverfahren kommen Plasmapolymerisation, eine Beschichtung mit einem flüssigen Kunstharz nach einem der üblichen kontinuierlichen Auftragsverfahren oder z. B. auch die Bildung eines Laminates mit einer weiteren Kunststoffolie in Frage.

Die durch Plasmapolymerisation gebildeten Organosilikon-Filme erfüllen als Schutzschicht (14) die Bedingung einer geringen Infrarot-Absorption schon infolge der geringen Schichtdicke unter 1 pm, die sich bei diesem Auftragsverfahren aus technischen Gründen ergibt. Eine derartige Schutzschicht (14) stellt aber infolge ihrer Dichtheit und ihrer mechanischen Eigenschaften trotz ihrer geringen Dicke einen Schutz gegen mechanische Einflüsse und einen zusätzlichen Schutz gegen korrosive Einflüsse dar. Nähere Einzelheiten über die Herstellung und die Eigenschaften solcher Filme sind z. B. in der Veröffentlichung "Plasma-Polymerisation" ACS Symposium Series 108, Washington D.C. 1979 beschrieben. Von den zur Verfügung stehenden Siloxanen hat sich insbesondere Hexamethyldisiloxan als Schutzschicht (14) bewährt, welches schon in einer Dicke von <2pm einen guten Schutz gewährleistet und praktisch keine Veränderung der optischen Eigenschaften bewirkt

Eine dickere Schutzschicht (14) ergibt sich beim Aufträgen eines Lackfilms aus der flüssigen Phase, weil Lackfilme nicht in der zuvor beschriebenen geringen Dicke aufgebracht werden können. Bei Verwendung eines Acrylharzes, das im Sprühverfahren aufgetragen wird, nimmt die Infrarotabsorption der Schutzschicht (14) mit -3-

Claims

Nr. 391728 zunehmend» Dicke rasch zu, wobei sich bei einer Schutzschichtdicke von 20 pm bereits eine Absorption von etwa 50 % der Infrarotstrahlung in der Schutzschicht (14) ergibt Dieser Absorptionswert sollte auf keinen Fall überschritten werden, wobei sich jedoch bei Verwendung anderer Lacke mit geringer» Infrarot-Absorption auch größere Schutzschichtdicken als zulässig erweisen können. Infrage kommen neben Acrylaten auch Lacke auf Fluorkohlenwasserstoff-Basis, Polyesterharze oder Epoxidharze. Da aber alle Lacksysteme starke Absorptionsbanden im Infrarotbereich besitzen ist eine sorgfältige Abstimmung der Dicke erforderlich, wenn eine Beeinträchtigung der IR-Reflexionseigenschaften der Metallschicht (12) vermieden werden soll. Entsprechend den durchgeführten Versuchen sollte die Dicke der Schutzschicht (14) bei Verwendung einer Lackschicht nicht unter 1 pm liegen, damit noch ein geschlossener und porenfreier Auftrag möglich ist. Andererseits sollte die Lackschichtdicke nicht über 5 |im betragen, damit das Infrarot-Reflexionsvermögen der Metallschicht (12) nicht unter einen Wert von ca 80 % des Mehrschichtsystems ohne Schutzschicht (14) absinkt. In diesem Dickenbereich ist auch die im sichtbaren Spektralbereich auftretende Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften, insbesondere durch Streuung, Schlierenbildung und Absorption noch vemachlässigbar gering. Zur Herstellung eines Laminates aus der Schutzschicht (14) und den darunterliegenden Schichten des Mehrschichtsystems unter Verwendung einer Kunststoffolie wird als Folienmaterial vorzugsweise Polyäthylen verwendet, welches eine gute Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung besitzt. Ähnliche gute Eigenschaften hat auch eine Polypropylenfolie. PATENTANSPRÜCHE 1. Mehrschichtsystem für Wärmeschutzanwendung mit hohem Reflexionsv»mögen im Infrarot-Spektralbereich und mit hohem Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich, mit einem Träger, mit einer Metallschicht und mit reflexionsmindemden, dielektrischen, Metalloxid enthaltenden Deckschichten, vorzugsweise auf beiden Seiten der Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Träger (10) abgewandten Seite der Metallschicht (12) eine Polymerfilm-Schutzschicht (14) mit geringer Absorption im Infrarot-Spektralbereich angeordnet ist
2. Mehrschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Polymerfilm-Schutzschicht (14) so gering bemessen ist daß keine wesentliche Absorption von IR-Strahlung erfolgt
3. Mehrschichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfilm-Schutzschicht (14) aus Siloxan-Polymerisat vorzugsweise aus einem Plasmapolymerisat besteht
4. Mehrschichtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (14) aus Hexamethyldisiloxan (HMDS) besteht
5. Mehrschichtsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (14) eine Schichtdicke < 1 pm hat vorzugsweise eine Schichtdicke < 0,2 pm.
6. Mehrschichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (14) aus einem Lackfilm besteht
7. Mehrschichtsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackfilm-Schutzschicht (14) aufgesprühtist
8. Mehrschichtsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackfilm-Schutzschicht (14) eine Dicke zwischen 1 pm und 5 pm hat
9. Mehrschichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (14) aus Polyäthylen besteht
10. Mehrschichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (14) aus Polypropylen besteht -4- 5 Nr. 391 728
11. Mehrschichtsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (14) aus einem Laminat mit einer Kunststoffolie gebildet ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-