DE10042464A1 - Wärmeabsorbierende Membranen - Google Patents

Wärmeabsorbierende Membranen

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DE10042464A1 DE2000142464 DE10042464A DE10042464A1 DE 10042464 A1 DE10042464 A1 DE 10042464A1 DE 2000142464 DE2000142464 DE 2000142464 DE 10042464 A DE10042464 A DE 10042464A DE 10042464 A1 DE10042464 A1 DE 10042464A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein wärmeabstrahlungsarmes Material aus einem flächigen Träger, einer Fluorpolymerbeschichtung und einem im Fluorpolymer dispergierten Füllmaterial, das IR-Strahlung absorbiert und als Dach, Wand, Zelt oder Wärmeabsorber dient. Die Erfindung stellt weiterhin eine lichttransluzente Membran bereit, die einen Fluorpolymer und einen Füllstoff aufweist und IR-Strahlung absorbiert.Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung eine PTFE-Dispersion, die einen IR-Strahlung absorbierenden Füllstoff mit einem mittleren Teilchendurchmesser von höchstens 25 mum aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von mit Fluorpolymer beschichtetem Gewebe als Dach, Wand, Zelt oder Absorber in der Wärmetechnik sowie ein bevorzugtes Material, dessen Herstellung und eine bevorzugte Dispersion zur Herstellung des Materials.
Ideale Baustoffe für Wände, Dächer und Zelte klimatisieren den sie abschließenden Raum dadurch, dass sie den Raum einerseits vor dem Überhitzen durch Sonneneinstrahlung schützen und andererseits einer Auskühlung bei kalter Umgebung entgegenwirken. Hierzu werden im allgemeinen Isolationsmaterialien verwendet. Klassische Baumaterialien auf der Basis von Stein oder Ziegel sind feuerfest und können gute Isoliereigenschaften aufweisen. Nachteilig ist ihr hohes Eigengewicht und ihre Unhandlichkeit bezüglich Transport und Bearbeitung. Der klassische lichttransmittierende transluzente Baustoff ist Glas. Aufgrund seiner Bruchempfindlichkeit und seines hohen Eigengewichtes sowie seiner schlechten Bearbeitbarkeit empfiehlt es sich nicht, komplette Wände oder Dächer als Glasscheibe auszuführen. Alternativ werden beispielsweise befahrbare Hallentore mit herunterhängenden Kunststoffmatten verschlossen. Kunststoffe sind jedoch im allgemeinen brennbar.
DE-A-23 15 259 beschreibt ein mit einer Glasperlen- Tetrafluorethylenpolymeren-Mischung beschichtetes Gewebe, das nicht brennbar ist. Dieses Gewebe wirkt jedoch nicht klimatisierend.
Nach DE-A-197 40 163 wird auf ein verketteltes Glasfasergewebe eine Haftschicht aufgebracht, vorzugsweise aus Siliconkautschuk, Latexmilch oder einem Phthalharzkleber, worauf Glasperlen in die Haftschicht eingedrückt werden. Mit diesem Material soll eine hohe mechanische Zug- und Reißfestigkeit, eine hohe Lichtreflektion, eine zufriedenstellende Wärmedämmung und Lichtdurchlässigkeit, ein hohes Maß an Feuerfestigkeit, Resistenz gegen Abrieb, Verwitterung, Schmutz und Ungeziefer und eine äußerlich angenehme ästhetische Wirkung bereitgestellt werden. Es besteht ein Interesse, diese Eigenschaften weiter zu verbessern, insbesondere die Wärmedämmung und Feuerfestigkeit.
Bei der dritten Vergabe des internationalen Preises für textile Architektur auf der TechTextil 1999 wird das Bürgerhaus Puchheim mit einer mehrlagigen Dachhaut aus vorwiegend nichtbrennbaren Materialien ausgezeichnet. Mit integriertem Sand zwischen mehreren Schichten erfolgt eine thermische Isolierung. Ebenfalls preisgekrönt wurde das MAC - Munich Airport Center - West, Flughafen München mit einem Forumdach aus einer Kombination von Polytetrafluorethylen(PTFE)-beschichteter Glasfasermembran und Verbundsicherheitsglas.
DE-A-198 03 584 beschreibt lichttransmittierende, insbesondere transluzente Hochbauelemente, wie Wand-, Dach-, Deckenteil oder dergleichen, bestehend aus drei Lagen, nämlich
  • 1. Außenseite
  • 2. Schall- und Wärmedämmlage und
  • 3. infrarot-hemmende und Schall-transmittierende Schicht.
Als Außenhaut wird ein PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe vorgeschlagen und als infrarot-hemmende Schicht eine abriebfeste Beschichtung an der Innenseite der inneren Membran. Derartige Flächengebilde werden als technische Membranen bezeichnet. Technische Membranen eignen sich aufgrund ihres geringen Flächengewichtes und ihrer hohen Reißfestigkeit besonders als Hochbauelemente. Dabei werden sie zum Schutz vor äußeren Einflüssen, wie Feuchtigkeit, Wind, Schnee und Strahlung verwendet. Antiadhäsives Schmutzverhalten und eine hohe Verrottungsbeständigkeit zeichnen die bevorzugten technischen Membranen aus. Zur Wärmedämmung wird eine infrarot-hemmende Schicht vorgeschlagen, die den langwelligen Strahlungsaustausch zwischen einem Innenraum und der Schicht weitgehend unterdrückt. Es wird insbesondere eine infrarot-hemmende Beschichtung in Form einer Low-E-Beschichtung vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Baumaterial idealerweise nicht nur einerseits lichttransmittierend ist und andererseits dem Aufheizen durch Sonneneinstrahlung durch Reflektion entgegenwirkt, sondern den warmen Innenraum durch Absorption der Wärmestrahlung zusätzlich abkühlt, aber auch vor zu starker Abkühlung schützt, wenn das Baumaterial eine geringe Emissionsneigung aufweist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leichtes, nach DIN 4102 schwer entflammbares Material zu finden, das einerseits IR-Strahlung absorbiert und andererseits eine geringe IR-Emission aufweist. Insbesondere soll eine lichttransluzente Membran bereitgestellt werden, die antiadhäsives Schmutzverhalten zeigt und eine hohe Verrottungsbeständigkeit aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Flächenstruktur verwendet, die eine Fluorpolymerbeschichtung aufweist, wobei in der Fluorpolymerbeschichtung Füllmaterial eingeschlossen ist, das IR-Strahlung absorbiert.
Ein der Verwendung genügendes Material ist aus JP-A-05-318659 auswählbar, das Glasfasergewebe, PTFE und Aluminium-Partikel aufweist. Dazu wird Al-Paste einer PTFE-Dispersion zugegeben und die Dispersion auf Glasfaser aufgetragen.
Grundsätzlich sind alle Perfluorpolymerbeschichtungen, in denen IR-absorbierende Partikel dispergiert sind, erfindungsgemäß verwendbar. Dazu gehören mit Hexafluorpropylen oder einem Perfluorvinylether modifiziertes PTFE ebenso wie die thermoplastisch verarbeitbaren Polymere, die neben Tetrafluorethylen-Einheiten auch Einheiten des Hexafluorpropylens und/oder eines oder mehrerer Perfluorvinylether aufweisen.
Ebenso gehören Mischungen aus PTFE und thermoplastisch verarbeitbaren Perfluorpolymeren dazu.
Besonders dichte Beschichtungen und glatte Oberflächen lassen sich mit multimodalen Teilchenverteilungen gemäß DE-B-197 26 802 bereitstellen.
Zu den erfindungsgemäßen Fluorpolymeren zählen auch Wasserstoff oder Chlor aufweisende Polymere, deren Massenanteil an Fluor mindestens 50% der Summe der Atome Fluor, Wasserstoff und Chlor beträgt. Hierunter fallen insbesondere Polymere, die Einheiten des Viniylidenfluorids sowie des Trifluorchlorethens aufweisen und Tetrafluorethylen/Ethylen-Copolymere.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die IR-Absorption um so effektiver ist, je höher die Konzentration der IR-absorbierenden Teilchen ist und je näher sie zu der Rauminnenseiten-Oberfläche angeordnet sind. Die Lichttransmission ist bei gebleichtem Material am höchsten und sinkt mit zunehmender Absorptions-Teilchenkonzentration. Übliche Bleichverfahren wie Tempern und UV-Bestrahlung sind anwendbar.
Die besten Kompromisse hinsichtlich hoher IR-Absorption und hoher Lichttransmission werden mit feinsten Absorptionsteilchen mit einem Partikeldurchmesser unterhalb 3 µm erzielt, und zwar mit dünnen Schichten bei hoher Absorptions-Teilchenkonzentration. Diese IR-absorbierende Schicht ist besonders kratzfest und vorzugsweise auf einem Träger aus PTFE-beschichtetem Glasfasergewebe aufgetragen.
Gegenüber Materialien, die sich mit Metall beschichten lassen, ist die Kratzfestigkeit der metallhaltigen Schicht aufgrund des PTFE-Anteils deutlich erhöht.
Darüberhinaus ist das Material flexibel, leicht transportierbar und leicht zu bearbeiten. Vorzugsweise ist das Füllmaterial oberflächlich oxidiertes Metallpulver, dessen mittlerer Teilchendurchmesser weniger als 25 µm beträgt, vorzugsweise weniger als 3 µm und idealerweise kolloidale Größenordnung.
Zweckmäßigerweise ist der flächige Träger temperaturunempfindlich, insbesondere wenn beim Beschichten höhere Temperaturen vorgesehen sind. Zur Beschichtung mit wässrigen PTFE-Dispersionen ist Glasfasergewebe geeignet. Glasfasern sind außerdem UV-beständig, weshalb das erfindungsgemäß beschichtete Glasfasergewebe ein hervorragender Schutz gegen UV-Strahlung ist. Aber auch organische Materialien, wie das unter dem Handelsnamen "Keflar" vertriebene Polyparaphenylenterephthalamid sind für eine Beschichtung mit einer wässrigen PTFE-Dispersion brauchbar.
In bevorzugter Ausführung ist die Flächenstruktur geschichtet, insbesondere durch Tauchbeschichtung hergestellt. Die einfachste Schichtung ist ein PTFE-beschichtetes Flächengebilde, das nur auf einer Oberseite den Low-E-Füllstoff aufweist. Wird die Low-E-Füllstoff enthaltende Oberseite als Innenseite eines Raumes verwendet, so wird der Innenraum durch Wärmeabsorption gekühlt. Allerdings wird der Raum auch vor Auskühlung geschützt, weil das Material nur eine geringe Wärmeemission bewirkt.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Materials kann ein Glasfaserbeschichtungsverfahren entsprechend DE 23 15 259 oder US-A-2 731 068 angewendet werden, mit dem Unterschied, dass die vorzugsweise zuletzt erfindungsgemäß aufgetragene Dispersion Füllmaterial aufweist, das IR-Strahlung absorbiert.
Erfindungsgemäß lassen sich Dächer, Wände und Zelte hervorragend temperieren. Das Absorptionsvermögen des erfindungsgemäßen Materials eröffnet dem Material viele Anwendungen auf dem Gebiet der Wärme-Absorption und Wärmeregulierung von Räumen. Das Material kann auch als Wärmespeicher eingesetzt werden, der durch Sonnenstrahlung aufgeladen wird und seine Energie nur langsam wieder abgibt. Das Material ist daher besonders zur Temperierung in Gegenden mit Tropen- oder Wüstenklima geeignet, weil es nicht nur vor der täglichen Sonneneinstrahlung schützt, sondern - von der Sonnenenergie aufgeladen - aufgrund geringer IR-Abstrahlung nur sehr langsam abkühlt und daher auch einen besseren Schutz gegen die kalten Nächte bietet.
Vergleichsbeispiel
Ein Glasgewebe in Leinwandbindung mit einem Flächengewicht von 442 g/m2 wird mit 659 g/m2 Beschichtungsmaterial in vier Anstrichen beschichtet. Der erste und vierte Anstrich wird mit ®Dyneon TFX 5060 ausgeführt, die dazwischenliegenden Anstriche mit ®Dyneon TFX 5041. Hierauf erfolgt ein Auftrag von 50 g PTFE.
Dieses nur mit PTFE beschichtete Glasfasergewebe hat einen Emissionsgrad von 0,88.
Beispiel 1
Es wird wie im Vergleichsbeispiel beschichtet, aber statt des zuletzt aufgetragenen PTFE-Anstrichs mit ®Dyneon TFX 5060 werden 81 g/m2 PTFE und 5 g/m2 Aluminium beidseitig aufgetragen. Hierzu wird eine PTFE-Dispersion der Firma Dyneon mit der Bezeichnung TFX 5060 mit 10 Gew.-% Aluminiumpaste, bezogen auf den PTFE-Feststoff, angereichert. Die Paste enthält 65 Gew.-% Aluminium.
Der Gesamtfeststoffgehalt der Aluminium enthaltenden Dispersion beträgt 62%. Der Emissionsgrad des beschichteten Materials beträgt 0,60, die Lichttransmission liegt bei 0,1%.
Beispiel 2
Entsprechend dem Vergleichsbeispiel wird ein Glasfasergewebe mit 656 g Beschichtungsmaterial beschichtet, worauf einseitig 18 g/m2 PTFE mit 4 g/m2 Aluminium aus einer TFX 5060-Mischung aufgetragen wird, die mit 30 Gew.-%, bezogen auf den Feststoff, einer 65gew.%igen Aluminiumpaste versetzt ist.
Der Gesamtfeststoffgehalt der Aluminium enthaltenden Dispersion beträgt 52%. Der Emissionsgrad des beschichteten Materials beträgt 0,50. Die Lichttransmission liegt bei 0,4%.
Beispiel 3
Das Material nach Beispiel 2 wird 12 Stunden bei 250°C getempert. Hierauf beträgt die Transmission 1%. Der Emissionsgrad ist unverändert 0,5.
Beispiel 4
Entsprechend dem Vergleichsbeispiel wird ein Glasfasergewebe mit 663 g Beschichtungsmaterial beschichtet, worauf einseitig 25 g/m2 PTFE mit 5 g/m2 Aluminium aus einer TFX 5060-Mischung aufgetragen wird, die mit 30 Gew.-%, bezogen auf den Feststoff, einer 65gew%igen Aluminiumpaste versetzt ist.
Der Gesamtfeststoffgehalt der Aluminium enthaltenden Dispersion beträgt 36 Gew.-%. Der Emissionsgrad des beschichteten Materials beträgt 0,5. Die Lichttransmission liegt bei 1%.
Beispiel 5
Das Material nach Beispiel 4 wird 12 Stunden bei 280°C getempert. Hierauf beträgt die Transmission 1,7%. Der Emissionsgrad ist unverändert 0,5.
Beispiel 6
Statt mit TFX 5041 wird der zweite und dritte Anstrich mit der Dispersion E 15250 K der Firma Dyneon GmbH aufgetragen und im übrigen wie in Beispiel 4 ein Glasfasergewebe mit 663 g Beschichtungsmaterial beschichtet, worauf einseitig 25 g/m2 PTFE mit 5 g/m2 Aluminium aus einer TFX 5060-Mischung aufgetragen wird, die mit 30 Gew.-%, bezogen auf den Feststoff, einer 65gew.%igen Aluminiumpaste versetzt ist.
Der Gesamtfeststoffgehalt der Aluminium enthaltenden Dispersion beträgt 36 Gew.-%. Der Emissionsgrad des beschichteten Materials beträgt 0,5. Die Lichttransmission liegt bei 1%. Der Heizwert beträgt nach DIN 51900, Teil 1, 4025 J/g.
Beispiel 7
Material nach Beispiel 6 wird durch UV-Strahlung gebleicht bis eine Transmission von 1,8% erreicht ist.
Beispiel 8
Als einzigen Unterschied zu Beispiel 6 wird im letzten Anstrich eine Fluorpolymermischung aus PTFE und PFA zu gleichen Masseanteilen verwendet, in dem ®Dyneon TF X 5060 mit ®Dyneon PFA 6900 N gemischt wird und anschließend die Aluminiumpaste dispergiert wird.
Das beschichtete Material weist einen Emissionsgrad von 0,5 und eine Lichttransmission von 1% auf. Der Heizwert beträgt 4015 J/g.
Beispiel 9
Einziger Unterschied zu Beispiel 4 ist, dass für den letzten Anstrich eine PTFE/FEP-Mischung zu gleichen Masseanteilen aus ®Dyneon TFX 5060 und ®Dyneon FEP X 6300 mit der Aluminiumpaste versetzt wird.
Das beschichtete Material weist wie in Beispiel 4 einen Emissionsgrad von 0,5 und eine Lichttransmission von 1% auf.

Claims (21)

1. Verwendung eines wärmeabstrahlungsarmen Materials als Dach, Wand, Zelt oder Absorber in der Wärmetechnik, bestehend aus einem flächigen Träger, der mit Fluorpolymer beschichtet ist, wobei in dem Fluorpolymer ein Füllmaterial dispergiert ist, das IR-Strahlung absorbiert.
2. Dach, Wand, Zelt oder Wärmeabsorber, bestehend aus einem flächigen Träger, der mit Fluorpolymer beschichtet ist, wobei in dem Fluorpolymer ein Füllmaterial dispergiert ist, das IR-Strahlung absorbiert.
3. Dach, Wand, Zelt oder Wärmeabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial Metallpulverteilchen aufweist, die an ihrer Oberfläche oxidiert sind.
4. Dach, Wand, Zelt oder Wärmeabsorber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial zusätzlich nicht brennbares Füllmaterial aufweist, insbesondere Glaskügelchen, Glimmer, Keramik oder TiO2.
5. Dach, Wand, Zelt oder Wärmeabsorber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass die Füllmaterialteilchen einen Durchmesser unter 25 µm aufweisen, vorzugsweise unter 3 µm und idealerweise unter 0,8 µm.
6. Dach, Wand, Zelt oder Wärmeabsorber nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Träger aus einem temperaturunempfindlichen Material besteht, insbesondere Glasfaser ist.
7. Dach, Wand, Zelt oder Wärmeabsorber nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeabstrahlungsarme Material einen Heizwert unter 6000 J/g, insbesondere unter 4200 J/g, aufweist.
8. Dach, Wand, Zelt oder Wärmeabsorber aus einem wärmeabstrahlungsarmen Material nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material maximal 60%, vorzugsweise weniger als 50%, der imitierten IR-Strahlung emittiert.
9. Lichttransluzente, Fluorpolymer-aufweisende Membran, dadurch gekennzeichnet, dass diese lichttransluzente Membran einen Füllstoff aufweist und IR-Strahlung absorbiert.
10. Lichttransluzente Membran nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mindestens 0,5% Lichttransmission aufweist, vorzugsweise über 1%.
11. Lichttransluzente Membran nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff IR-Strahlung absorbiert und einen mittleren Korndurchmesser unter 25 µm, insbesondere unter 5 µm, aufweist.
12. Lichttransluzente Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mehrere Schichten aufweist und ein IR-absorbierender Füllstoff im wesentlichen nur in einer äußeren Schicht enthalten ist.
13. Lichttransluzente Membran nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-absorbierende Füllstoff in der äußeren Schicht 2 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, beträgt.
14. Lichttransluzente Membran nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schichtdicke maximal 0,3 mm beträgt, insbesondere weniger als 0,05 mm.
15. Lichttransluzente Membran nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zusätzlich 2 bis 80 Gew.-% Glaskügelchen aufweist.
16. Lichttransluzente Membran nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwert unter 6000 J/g, insbesondere unter 4200 J/g, liegt.
17. Verfahren zur Herstellung einer lichttransluzenten Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zuerst mit Fluorpolymeren beschichtet wird, dann eine Beschichtung mit nicht brennbaren Füllstoff enthaltendem Fluorpolymer erfolgt und zuletzt eine IR-absorbierende Füllstoff enthaltende Fluorpolymerschicht aufgetragen wird.
18. Verfahren zur Herstellung einer lichttransluzenten Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass einer Fluorpolymer-Dispersion Metallpartikel, insbesondere oberflächlich oxidierte Metallpartikel, dispergiert werden und diese Metallpartikel enthaltende Dispersion auf einen Träger aufgetragen wird, dessen Heizwert unter 6000 J/g, insbesondere unter 4200 J/g, liegt.
19. Füllstoff aufweisende Polytetrafluorethylen-Dispersion, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff IR-Strahlung absorbiert und einen mittleren Teilchendurchmesser von höchstens 25 µm aufweist, vorzugsweise unter 5 µm.
20. Dispersion nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff kolloidal dispergiert ist.
21. Dispersion nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion 1 bis 40 Gew.-% Glaskügelchen aufweist.
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