DE102005005208A1 - Transluzente UV-durchlässige Tafel mit IR-reflektierender Wirkung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft UV-absorberfreie Bräunungshilfen, die IR-reflektierende Pigmente enthalten.

Description

• Die Erfindung betrifft UV-absorberfreie Bräunungshilfen, die IR-reflektierende Pigmente enthalten.
• Um die Haut zu bräunen werden üblicherweise Sonnenschutzcreme und dergleichen als Bräunungshilfen eingesetzt, um die Haut vor Schädigungen durch UV-Strahlung zu schützen. Nachteilig an diesen Hilfsmitteln ist, dass derartige Cremes bei empfindlichen Personen Allergien auslösen können. Des Weiteren sind viele dieser Substanzen nicht wasserfest. Sie werden beim Baden abgelöst, und anschließend nicht wieder neu aufgetragen. Durch diese Nachlässigkeit kann es leicht zu Schädigungen der Haut kommen.
• Darüber hinaus sind Vorrichtungen bekannt, die mit Hilfe von eingebauten UV-Strahlern eine Bräunung der Haut bewirken. In diesem Zusammenhang sind auch Liegevorrichtungen für Solarienanwendungen aus PMMA bekannt, die große Mengen an UV-Stabilisatoren bzw. UV-Absorbern enthalten, um den Kunststoff vor Abbau durch UV-Strahlung zu schützen. Eine Bräunung mit Sonnenlicht ist hiermit jedoch nicht möglich. Nachteilig an derartigen Vorrichtungen ist der hohe Energieverbrauch der UV-Strahler. Darüber hinaus ist ein Betreiben dieser Anlagen im Freien nicht vorgesehen, so dass das Bräunen als langweilig empfunden wird.
• JP 05078544 beschreibt eine Wärmestrahlung reflektierende Methacrylplatte, die beschichteten Glimmer enthält. Der Glimmer ist mit Titandioxid beschichtet. Die so ausgestatteten Platten werden z.B. zu Regulierung der Temperatur in Gewächshäusern verwendet.
• EP-A 0 548 822 beschreibt lichtdurchlässige, IR-reflektierende Körper mit Sonnenschutz- und Wärmedämmwirkung, wie Platten, Stegplatten oder Lichtkuppeln, mit einer Transmission T im sichtbaren Bereich von 45 bis 75% (Lichttransmissionsgrad für Tageslicht (Normlichtart D65) τ_D65), einem Gesamtenergiedurchlaßgrad g von 30 bis 60% und einem Verhältnis T/g bzw. τ_D65/g > 1,15 (nach DIN 67 507), die sich aus einem ein steifen, amorphen Basismaterial aus lichtdurchlässigem Kunststoff und einem lichtdurchlässigen Überzugsmaterial mit einem Gehalt von 20 bis 40 Gew.-% an IR-reflektierenden Teilchen, die aus einer 60 bis 120 nm dicken Schicht von Titandioxid auf einem blättchenförmigen Trägerpigment bestehen, durch Coextrusion oder Beschichtungen wie Lackieren oder durch Reverse-Roll-Coating herstellen lassen. Die IR-reflektierenden Teilchen sind dabei in einer 5 bis 40 Mikrometer dicken, an dem Basismaterial haftenden Überzugsschicht aus einem transparenten, wasserunlöslichen Bindemittel enthalten und parallel zur Oberfläche ausgerichtet. In den Beispielen werden TiO₂-Pigmente vom Rutil-Typ eingesetzt. Für die Coextrusion wird empfohlen, ein Bindemittel für die IR-reflektierende Schicht mit einer niedrigeren Schmelzviskosität als der des Basismaterials zu wählen. Um den Bruch der Pigmente zu vermeiden, wird ein Zweischneckenextruder mit gegenläufigen dicht kämmenden Schnecken verwendet und das Pigment direkt in die Schmelze eingearbeitet.
• Handelsüblich sind z.B. Stegmehrfachplatten aus Polymethylmethacrylat mit coextrudierter IR-reflektierender Ausrüstung gemäß EP-A 0 548 822. Ebenso sind Stegmehrfachplatten aus Polycarbonat mit entsprechender IR-reflektierender Ausrüstung bekannt, wobei sich zum Zweck verbesserter Witterungsbeständigkeit auf der coextrudierten Pigmentschicht noch eine weitere coextrudierte Schicht enthaltend UV-Absorber befindet.
• DE 196 18 569 A1 beschreibt mehrschichtige Interferenzpigmente, bestehend aus einem transparenten Trägermaterialien, die mit alternierenden Schichten von Metalloxiden mit niedriger und hoher Brechzahl beschichtet sind, wobei die Differenz der Brechzahl mindestens 0,1 beträgt. Auf diese Weise können z. B. Glimmerplättchen mit einer alternierenden Schicht aus TiO₂/SiO₂/TiO₂ versehen sein. Pigmente, wie sie in der DE 196 18 569 A1 beschrieben werden, eignen sich zur Pigmentierung von Agrarfolien, um die Infrarotstrahlung der Sonne fern zu halten und so eine übermäßige Erwärmung, z. B. von Gewächshäusern, zu verhindern.
• DE 25 44 245 beschreibt die Verwendung von Scheiben aus Polymethylmethacrylat mit einem Gehalt an lichtreflektierenden parallel zur Oberfläche ausgerichteten Teilchen. Die verwendeten Pigmentteilchen bewirken dabei eine selektive Reflektion im Infrarot-Bereich, die sich durch eine Selektivitätskennzahl von größer 1 charakterisieren läßt. Als IR-reflektierende Pigmente werden TiO₂, Bleicarbonat und Wismutoxychlorid genannt. Die Verwendung von TiO₂-Pigment vom Anatas-Typ, das in einer Schichtdicke von ca. 120 μm auf Glimmer-Plättchen niedergeschlagen ist, wird als besonders vorteilhaft hervorgehoben.
• Die Teilchen werden in Konzentrationen von 0,01 bis 1 Gew.-% in einem teilweise polymerisierten Methylmethacrylat dispergiert. Die Suspension wird anschließend in einer Kammer zwischen Glasplatten zu Polymethylmethacrylat auspolymerisiert. Lagert man die Kammer dabei waagerecht, können sich die enthaltenen Pigment-Glimmer-Teilchen beim Absinken verstärkt parallel zur Scheibenoberfläche ausrichten, so dass der gewünschte IR-reflektierende Effekt in den auspolymerisierten Scheiben auftritt. Diese Parallelausrichtung der IR-reflektierenden Teilchen kann nochmals verbessert werden, wenn die Glasplatten der Kammer zusätzlich einige Male zueinander kreisend bewegt werden, während sich das polymerisierende Material noch im Gelzustand befindet.
• DE 25 44 245 erwähnt weiterhin die Möglichkeit die IR-reflektierenden Pigmente auch in Formmassen einzuarbeiten. Die Pigmente sollen sich dann bei der Verarbeitung durch Kalandrieren, Extrudieren oder Spritzgießen weitgehend oberflächenparallel ausrichten.
• Es hat sich jedoch gezeigt, daß auf diese Weise nicht eine der EP-A 0 548 822 entsprechende Wirkung erzielt werden kann. Die Ausrichtung der Teilchen in einem Kunststoffkörper aus z. B. extrudierten Formmasse mit darin gleichmäßig verteilten IR-reflektierendem Pigment ist nicht so gut wie bei einer coextrudierten oder lackierten separaten Schicht. Ein Problem scheint dabei auch allgemein die recht hohe Bruchanfälligkeit entsprechender Teilchen zu sein. Die weniger gute oberflächenparallele Ausrichtung in Kombination mit vergleichsweise hohem Bruchanteil führen im Allgemeinen zu unbefriedigenden Ergebnissen.
• Dies gilt insbesondere für Kunststoffkörper mit vergleichsweise komplizierter Geometrie, die von der einfachen Plattenform abweichen, und bei deren Herstellung während der Extrusion unterschiedliche Schmelzeströmungsrichtungen und Scherkräfte auftreten, die die Pigmentteilchen in verschiedene Ausrichtungen zwingen und damit auch insgesamt höheren mechanischen Belastungen aussetzen. JP-OS 08-53555 und JP-OS 08-52335 beschreiben die Extrusion und Coextrusion von schlagzähmodifiziertem Acryl-Kunststoff enthaltend IR-reflektierende Pigmente. Da beide Komponenten unter trockenen Bedingungen vermischt werden, ist ein hoher Anteil an Pigment-Bruch unvermeidlich. Dies führt dazu, dass die Effizienz der IR-Reflektion im Vergleich zur eingesetzten Pigmentmenge nicht optimal sein kann, da die Pigment-Bruchstücke die Transmission herabsetzen aber IR-Wellen nur schlecht oder gar nicht reflektieren.
• Die DE 10122315 beschreibt einen lichtdurchlässigen, IR-reflektierenden Kunststoffkörper, bestehend ganz oder zumindest teilweise aus einem schlagzähen thermoplastischen Kunststoff, enthaltend IR-reflektierende Pigmente. Die schlagzähen Kunststoffe haben den Nachteil, dass sie nicht witterungsstabil sind. Daher müssen schlagzähe Kunststoffe für Außenanwendungen mit UV-Absorbern ausgerüstet werden.
• In Anbetracht des hier angegebenen Standes der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung Bräunungshilfen zur Verfügung zustellen, mit deren Hilfe eine natürliche Bräunung der Haut mit Hilfe von Sonnenlicht erzielt werden kann, ohne das die Haut in Berührung mit Sonnenschutzcreme kommt.
• Die Aufgabe wurde gelöst durch eine transluzente Bräunungshilfe, dadurch gekennzeichnet, dass die Bräunungshilfe einen UV-absorberfreien Polymethylmethacrylat-Formkörper umfasst mit witterungsstabilen IR-reflektierenden Perlglanzpigment-Typen.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff Bräunungshilfe eine Vorrichtung, die mindestens einen Polymethylmethacrylat-Formkörper umfasst, der zwischen das Sonnenlicht und eine zu bräunende Hautfläche gebracht werden kann. Dem entsprechend kann es sich hierbei insbesondere um transparente Bedachungen, bevorzugt von Gebäuden, oder um Schirme handeln, die beispielsweise immobil angebracht sind. Darüber hinaus sind Dächer, die beispielsweise auf Schiften, insbesondere Tretbooten, Elektrobooten und ähnlichem angebracht werden können, als Bräunungshilfen geeignet. Anwendungen im Solarienbau oder Wintergartenbau sind möglich.
• Darüber hinaus kann es sich aber auch um transportable Schirme handeln, die je nach Dicke des Polymethylmethacrylat-Formkörpers in ihren Abmessungen fest sind, oder die auch zusammen geklappt werden können.
• Überraschend wurde gefunden, dass durch die Zugabe von witterungsstabilen IR-reflektierenden Perlglanzpigmenten auf die Zugabe von UV-Absorbern und IR-Absorbern verzichtet werden kann. Damit wird z.B. die Erwärmung des Materials und des dahinter befindlichen Raumes reduziert, da die IR-Strahlung reflektiert und nicht absorbiert wird.
• Bevorzugt werden witterungsstabile IR-reflektierende Perglanzpigment-Typen verwendet. Besonders bevorzugt sind diese ausgewählt aus der Gruppe der IRIODINE^®, insbesonders IRIODIN^® 870 und IRIODIN^® 875.
• Die erfindungsgemäße transluzente Bräunungshilfe ist witterungsstabil. Es kann auf den Einsatz von UV-Absorbern verzichtet werden. Damit ist es möglich, dass das UV-Licht durchgelassen wird. Gleichzeitig wird durch den Einsatz dieser Pigmente das IR-Licht reflektiert. Diese Kombination führt dazu, dass eine Bräunung der Haut durch die UV-Strahlung bei angenehmen Temperaturen erfolgen kann, da die Reflektion der IR-Strahlung den hinter der Bräunungshilfe befindlichen Raum vor starker Erwärmung schützt.
• Die erfindungsgemäße Bräunungshilfe umfasst einen Polymethylmethacrylat-Formkörper. Polymethylmethacrylat (PMMA) ist in der Fachwelt an sich bekannt. Vorzugsweise umfasst der Polymethylmethacrylat-Formkörper mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polymethylmethacrylat-Formkörpers, Polymethylmethacrylat.
• Polymethylmethacrylate werden im Allgemeinen durch radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten, die Methylmethacrylat enthalten. Daneben können diese Mischungen zur Herstellung von Polymethylmethacrylaten weitere (Meth)acrylate enthalten, die mit Methylmethacrylat copolymerisierbar sind. Der Ausdruck (Meth)acrylate umfasst Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden.
• Des Weiteren kann der Polymethylmethacrylat-Formkörper weitere Polymere, bevorzugt PMMA-verträgliche, enthalten, um die Eigenschaften zu modifizieren. Hierzu gehören unter anderem Polyacrylnitrile, Polystyrole, Polyethylenterephthalatglycol, Polyether, Polyester, Polycarbonate und Polyvinylchloride. Die Polymere können einzeln oder als Mischung, wobei auch Copolymere, die von den zuvor genannten Polymeren ableitbar sind, eingesetzt werden.
• Die Polymethylmethacrylat-Formkörper können mittels thermoplastischer Formgebungsverfahren, wie Spritzguß oder Extrusion weiterverarbeitet werden. Außerdem können mit dem Gusskammerverfahren die entsprechenden Polymermischungen erzeugt werden.
• Die Verarbeitung erfolgt durch Extrusion von Formmassen, indem man zunächst eine Vormischung der IR-reflektierenden Teilchen mit einem niedrigviskosen thermoplastischen Kunststoff erzeugt. Es werden 0,25–25 Gew.-% IR-reflektierende Pigmente mit der Schmelze des niedrigviskosen thermoplastischen Kunststoffes, vorzugsweise Polymethylmethacrylat, bei einer Temperatur von mindestens 280 °C, bevorzugt 290 °C bis 320 °C, in einer drucklosen, nicht scherenden Zone eines Doppelschnecken-Extruders, bevorzugt eines gleichläufigen Doppelschneckenextruders, vermischt, extrudiert und in Granulatform überführt. Anschließend wird das Granulat direkt oder als Schmelze mit dem Granulat eines Polymethylmethacrylats, gegebenenfalls mit Additiven und/oder PMMA-verträglichen Kunststoffen, in einem Extruder vermischt, die Kunststoff-Mischung extrudiert oder zusammen mit einer weiteren Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs in der gewünschten Form coextrudiert. Nach dem Abkühlen des Extrudats erhält man den gewünschten Kunststoffkörper, der gegebenenfalls mit gängigen Umformverfahren weiterverarbeitet werden kann.
• Es wurde gefunden, dass das Pigment in der Granulatform dann besser gegenüber Bruch geschützt ist, wenn man die IR-reflektierenden Teilchen mit der Schmelze des niedrigviskosen thermoplastischen Kunststoffs bei einer Temperatur von mindestens 280 °C in einer drucklosen, nicht scherenden Zone eines Doppelschnecken-Extruders vermischt.
• Der Bruchanteil des IR-reflektierenden Pigments kann weiter reduziert werden, wenn man von der Vormischung ein Granulat erzeugt, welches durch Abschlag des Extrudats bei einer Temperatur bzw. Oberflächentemperatur von mindestens 50, bevorzugt bei 60 bis 90 °C erhalten wird. Offenbar besitzt das Granulat in diesem Temperaturbereich noch eine gewisse Weichheit, die Pigmentbruch beim Abschlagvorgang gering hält.
• Des Weiteren kann der Polymethylmethacrylat-Formkörper weitere bekannte Additive umfassen, wobei deren Menge jedoch auf den Anwendungszweck der erfindungsgemäßen Bräunungshilfen eingeschränkt ist. Hierzu gehören unter anderem Antistatika, Antioxidantien, Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Schmiermittel, Farbstoffe, Fliessverbesserungsmittel, Füllstoffe, Lichtstabilisatoren und organische Phosphorverbindungen, wie Phosphite oder Phosphonate, Verwitterungsschutzmittel und Weichmacher.
• Zu den bevorzugten Additiven gehören Farbstoffe, die gelöst in Methylmethacrylat bei einer Konzentration von 0,01 Gew.-% bei 350 nm eine Transmission von mindestens 30% zeigen. Derartige Farbstoffe sind an sich bekannt und beispielsweise unter dem Handelsnamen ^®Makrolex blau RR, ^®Makrolex violett B, ^®Makrolex violett 3R, ^®Makrolex grün 5B, ^®Makrolex grün G, von Bayer, ^®Sandoplast bau 2B, ^®Sandoplast rot BB, sowie ^®Sandoplast grün G von Clariant, ^®Mikrolitviol B–K von Ciba erhältlich.
• Die im Folgenden gegebenen Beispiele werden zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben, sind jedoch nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die hierin offenbarten Merkmale zu beschränken.
• Beispiel 1
• Herstellung einer Vormischung in Granulatform aus einer niedrigviskosen Polymethylmethacrylat-Schmelze und IR-reflektierendem Pigment
• Die Vormischung wird hergestellt, indem 25 Gew.-% des Pigments Iriodin^® 870 (Hersteller Fa. Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland) in die Schmelze eines Polymerisats aus 91 Gew.-% Methylmethacrylat und 9 Gew.-% Methylacrylat bei 300 °C einarbeitet. Dabei wird das Polymerisat in einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder (D = 34, Modell Fa. Leistritz) geschmolzen und gefördert. Die Pigmentzugabe erfolgt über eine Seiteneinspeisung, drucklos in einer drucklosen nicht scherenden Extruderzone über ein volumetrisch arbeitendes Schneckendosiersystem. Die Granulierung zu Granulat mit einer Länge von 2,5 bis 3,5 mm und einem Durchmesser von 2 bis 3 mm erfolgt bei 80 °C (Oberflächentemperatur).
• Beispiel 2
• Herstellung einer transluzenten Bräunungshilfe
• Die Verarbeitung erfolgt durch Extrusion von Formmassen, indem man zunächst eine Vormischung, wie in Beispiel 1 angegeben, erzeugt. Das erzeugte Granulat wird direkt mit dem Granulat eines Polymethylmethacrylats in einem Extruder vermischt. Die erhaltene Kunststoff-Mischung wird extrudiert oder zusammen mit einer weiteren Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs in der gewünschten Form coextrudiert.

Claims (9)

1. Transluzente Bräunungshilfe, dadurch gekennzeichnet, dass die Bräunungshilfe einen UV-absorberfreien Polymethylmethacrylat-Formkörper umfasst mit witterungsstabilen IR-reflektierenden Perlglanzpigment-Typen.
2. Transluzente Bräunungshilfe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymethylmethacrylat-Formkörper mindestens 30 Polymethylmethacrylat und gegebenenfalls PMMA-verträgliche Kunststoffe enthält.
3. Transluzente Bräunungshilfe gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die witterungsstabilen IR-reflektierenden Perlglanzpigment-Typen ausgewählt sind aus der Gruppe der IRIODINE^®.
4. Transluzente Bräunungshilfe gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass IRIODIN^®870 oder IRIODIN^®875 verwendet wird.
5. Transluzente Bräunungshilfe gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Farbstoffe, IR-Absorber, Flammschutzmittel und/oder Antistatika enthalten sind.
6. Verfahren zur Herstellung von transluzenten Bräunungshilfen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vormischung mit 0,25–25 Gew.-% IR-reflektierender Perglanzpigment-Typen und 75–99,75 Gew.-% PMMA erzeugt wird, die anschließend mit mindestens 30 Polymethylmethacrylat extrudiert und gegebenenfalls mittels Umformverfahren weiterverarbeitet werden.
7. Verfahren zur Herstellung von transluzenten Bräunungshilfen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischung mit PMMA und mit Farbstoffen, IR-Absorbern, Flammschutzmitteln und/oder Antistatika extrudiert werden.
8. Verwendung von transluzenten Bräunungshilfen gemäß Anspruch 1 für Überdachungen.
9. Verwendung von transluzenten Bräunungshilfen gemäß Anspruch 9 im Baubereich, Solarienbau, im Wintergartenbau, als Bedachungs- oder Fassadenelement, im Schiffsbau.