DE10103020A1

DE10103020A1 - Mit Rillen,Noppen oder Mulden im Mikrometerbereich strukturierte Folien und Beschichtungen

Info

Publication number: DE10103020A1
Application number: DE2001103020
Authority: DE
Inventors: Dietrich Scherzer; Josef Lamprecht
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2002-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft Folien und Beschichtungen mit einer Oberfläche, die derart im Mikrometerbereich mit Rillen, Noppen oder Mulden struktuiert ist, dass eine erhöhte oder verminderte Durchlässigkeit für Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 5 und 50 mum resultiert. Der Abstand zwischen benachbarten Rillen, Noppen oder Mulden beträgt vorzugsweise 3 bis 30 mum.

Description

Die Erfindung betrifft Folien und Beschichtungen mit erhöhter oder verminderter Durchlässigkeit für Wärmestrahlung.

Es ist bekannt, zur Verringerung der Durchlässigkeit von Auto- oder Gebäudefenstern für Wärmestrahlung diese einzufärben oder mit dunkler Folie zu beschichten. Nachteilig an diesen Maßnahmen ist jedoch, dass auch die Durchlässigkeit der Fenster im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts verringert wird.

Kühlhäuser und Kühlfahrzeuge werden mit einer weißen Beschichtung versehen, um deren Wärmeaufnahme durch Sonneneinstrahlung zu verringern. Die so beschichteten Oberflächen sind anfällig für Verschmutzungen und müssen häufig gereinigt werden. Außerdem ist häufig ein farbiger Anstrich wünschenswert.

Agrarfolien zur Erzeugung eines Treibhaus-Effektes lassen die Wärmestrahlung der Sonne in einer Richtung passieren, sind jedoch für die vom Boden und den Pflanzen abgegebene Wärmestrahlung in umgekehrter Richtung ebenso durchlässig.

Aufgabe der Erfindung ist es, Alternativen für die aus dem Stand der Technik bekannten Folien und Beschichtungen mit erhöhter oder verminderter Wärmedurchlässigkeit bereitzustellen.

Gelöst wird die Aufgabe durch Folien und Beschichtungen mit einer Oberfläche, die derart im Mikrometerbereich mit Rillen, Noppen oder Mulden strukturiert ist, dass eine erhöhte oder verminderte Durchlässigkeit der Folien und Beschichtungen für Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 5 und 50 µm resultiert.

Durch die Strukturierung der Oberflächen im Mikrometerbereich werden Oberflächen mit diffraktiven Strukturen erhalten, die nach den Gesetzen der diffraktiven Optik eine gegenseitige Verstärkung oder zumindest teilweise Auslöschung der von der Oberfläche reflektierten Lichtwellen in dem genannten Wellenlängenbereich bewirken. Je nachdem, ob es zu einer Verstärkung oder Abschwächung der reflektierten Wärmestrahlung kommt, resultiert eine Verminderung bzw. Erhöhung der Wärmedurchlässigkeit der Folien oder Beschichtungen für Wärmestrahlung in dem genannten Wellenlängenbereich.

Die Grundlagen der diffraktiven Optik sind K. Knop, Phys. Bl. 47 (1991) auf den Seiten 901 bis 906 erläutert. Zur Optimierung von diffraktiven Mikrostrukturen für Folien oder Beschichtungen für spezielle Einsatzzwecke stehen dem Fachmann leistungsfähige numerische Methoden zur Verfügung.

Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Folien oder Beschichtungen an ihrer Oberfläche Rillen, Noppen oder Mulden auf, deren Abstand 3 bis 30 µm beträgt.

Bevorzugt beträgt das Verhältnis zwischen Höhe bzw. Tiefe und Abstand benachbarter Rillen, Noppen oder Mulden von 0,5 : 1 bis 2 : 1, besonders bevorzugt ca. 1 : 1.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen Beispiele für geeignete Mikrostrukturen im Querschnitt. Dementsprechend können die Rillen, Noppen oder Mulden einen dreieckigen, quadratischen, rechteckigen, treppenförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die Oberflächen können eindimensional mit Rillen des gezeigten Querschnitts oder zweidimensional mit Noppen oder Mulden des gezeigten Querschnitts strukturiert sein, wobei Noppen oder Mulden bevorzugt gestaffelt (auf Lücke) angeordnet sind.

Oberflächen mit noppenförmiger Struktur gemäß Fig. 1 können mit würfelförmigen oder quaderförmigen Noppen strukturiert sein, wobei der Abstand zwischen benachbarten Würfeln oder Quadern bevorzugt das 0,5 bis 2,0-fache, besonders bevorzugt das ca. 1- fache der Höhe der Würfel oder Quader beträgt und im Bereich von 3 bis 30 µm liegt. Diese sind bevorzugt (in Blickrichtung senkrecht zur Zeichenebene) gestaffelt angeordnet. Das Verhältnis Höhe: Breite und Breite: Tiefe der Quader liegt jeweils im Bereich von 0,5 : 1 bis 2 : 1.

Oberflächen mit noppenförmiger Struktur gemäß Fig. 2 können mit kegelförmigen oder pyramidenförmigen Noppen strukturiert sein, wobei der Abstand zwischen benachbarten Kegeln oder Pyramiden, gemessen an der Basis, das 0,5 bis 2,0-fache, besonders bevorzugt das ca. 1-fache der Höhe der Kegel oder Pyramiden beträgt und im Bereich von 3 bis 30 µm liegt. Diese sind bevorzugt (in Blickrichtung senkrecht zur Zeichenebene) gestaffelt angeordnet.

Oberflächen mit muldenförmiger Struktur gemäß Fig. 6 können mit halbkugelförmigen Mulden strukturiert sein, wobei der Abstand zwischen benachbarten Mulden, gemessen an deren Rand, das 0,5 bis 2-fache, besonders bevorzugt das ca. 1-fache der Tiefe der Mulden beträgt und im Bereich von 3 bis 30 µm liegt. Diese sind bevorzugt (in Blickrichtung senkrecht zur Zeichenebene) gestaffelt angeordnet.

Das Verhältnis der von den Noppen bzw. Mulden bedeckten Oberfläche zu der Oberfläche der Zwischenräume beträgt vorzugsweise 0,5 : 1 bis 2 : 1.

Für rillenförmig strukturierte Oberflächen gemäß Fig. 3 und 4 beträgt der Abstand der Rillen (gemessen am Kamm) zur Tiefe der Rillen vorzugsweise das 0,5- bis 2-fache, besonders bevorzugt das 1-fache und liegt im Bereich von 3 bis 30 µm.

Die gezeigte Strukturen sollen die Erfindung nur beispielhaft illustrieren. Grundsätzlich sind nahezu beliebige geometrische Formen der Rillen, Noppen oder Mulden denkbar. Generell sind zweidimensionale, noppen- oder muldenförmige Strukturen den eindimensionalen, rillenförmigen Strukturen gegenüber bevorzugt.

Derart strukturierte Oberflächen können beispielsweise mittels Warmprägen in einem thermoplastischen Material erzeugt werden. Dazu können die Rillen oder Noppen in die Rolle eines Kalanders gefräst werden und in Folien aus einem thermoplastischen Material eingeprägt werden. Geeignete Folien sind beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen oder PVC.

Fig. 7 illustriert eine entsprechende Anordnung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Folien mittels Warmprägen.

Geeignete Masken zum Warmprägen lassen sich ferner mit Verfahren, wie sie auch zum Herstellen von integrierten Schaltungen eingesetzt werden, herstellen.

Zur Verstärkung des wärmeisolierenden Effektes können mehrere der erfindungsgemäß an ihrer Oberfläche mikrostrukturierten Folien zu einem Folienstapel, beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen, verbunden werden.

Die Folien können sowohl an ihrer Oberseite als auch Unterseite wie oben beschrieben mikrostrukturiert sein.

Die erfindungsgemäßen Folien können zur Wärmeisolierung von Gebäude- oder Fahrzeugfenster auf diese aufgebracht werden oder als Agrarfolien eingesetzt werden.

Erfindungsgemäße Beschichtungen können beispielsweise durch Aufbringen von Polymerdispersionen auf ein Substrat erzeugt werden. Beispielsweise können Perlpolymerisate mit Polymerpartikeln eines geeigneten Teilchendurchmessers, der vorzugsweise zwischen 3 und 30 µm liegt, mit Hilfe eines Filmbildemittels auf hydrophile Oberflächen wie Zement, Holz oder entfettete Metalle aufgebracht werden.

Eine mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen Beschichtungen ist die Wärme isolierung im Hochbau.

Claims

1. Folien und Beschichtungen mit einer Oberfläche, die derart im Mikrometerbereich mit Rillen, Noppen oder Mulden strukturiert ist, dass eine erhöhte oder verminderte Durchlässigkeit für Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge zwischem 5 und 50 µm resultiert.

2. Folien und Beschichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Rillen, Noppen oder Mulden 3 bis 30 µm beträgt.

3. Folien und Beschichtungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Höhe bzw. Tiefe und Abstand benachbarter Rillen, Noppen oder Mulden von 0,5 : 1 bis 2 : 1 beträgt.

4. Folien und Beschichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen, Noppen oder Mulden einen dreieckigen, quadratischen, rechteckigen, treppenförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Folien und Beschichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit würfelförmigen, quaderförmigen, pyramidenförmigen, kegelförmigen oder halbkugelförmigen Noppen oder Mulden.

6. Folien nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aus einem thermoplastischen Material.

7. Folienstapel aus zwei oder mehr Folien, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert sind.

8. Verfahren zur Herstellung von Folien, wie sie in Anspruch 6 definiert sind, durch Warmprägen.

9. Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert sind, durch Aufbringen von Polymerdispersionen auf ein Substrat.

10. Verwendung der Folien und Folienstapel, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert sind, zur Wärmeisolierungen von Fahrzeug- oder Gebäudefenstern und als Agrarfolien.

11. Verwendung von Beschichtungen, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert sind, zur Wärmeisolierung im Hochbau.