DE102009013960B4 - Elektromagnetische Strahlung selektiv reflektierende Folie für Sonnenschutzglas - Google Patents

Abstract

Elektromagnetische Strahlung selektiv reflektierende Folie für Sonnenschutzglas, bei der eine optisch transparente Kunststofffolie an der vom Sonnenlicht bestrahlten Oberfläche mit einem elektromagnetische Strahlung reflektierenden Wechselschichtsystem, das mit mindestens drei Schichten gebildet ist, beschichtet ist, bei dem die alternierend angeordneten Einzelschichten mit einem Oxid und mindestens einem Metall gebildet sind undauf der gegenüberliegenden Oberfläche der Folieein Wechselschichtsystem, das mit mindestens einer Oxidschicht und mindestens einer Schicht, die mit einer Nickel-Chrom-Legierung gebildet ist, ausgebildet ist; wobei das Wechselschichtsystem auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Folie aus fünf einzelnen Schichten ausgebildet ist, wobei unmittelbar auf der Folie eine Oxidschicht mit einer Schichtdicke im Bereich vom 5 nm bis 30 nm ausgebildet ist unddie mittlere Oxidschicht, die eine Schichtdicke von 50 nm bis 80 nm hat, von zwei Metallschichten eingeschlossen istund die obere Oxidschicht eine Schichtdicke von 5 nm bis 30 nm hatund die Metallschichten mit einer NiCr-Legierung ausgebildet sind deren Schichtdicke im Bereich von 5 nm bis 15 nm gewählt ist undmindestens eine der beiden äußeren Schichtoberflächen mit einer optisch transparenten polymeren Binderschicht zur stoffschlüssigen Verbindung mit einer Glasscheibe vollflächig versehen ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Folie, die elektromagnetische Strahlung selektiv reflektiert und die für Sonnenschutzglas einsetzbar ist. Sie kann dabei mittels einer optisch transparenten polymeren Binderschicht mit einer optisch transparenten Glasscheibe stoffschlüssig verbunden werden. Bevorzugte Applikationen sind dabei Scheiben für Fahrzeuge und insbesondere ein Einsatz als Sonnendachverglasung für Personenkraftwagen. Sie kann auch für Verbundsicherheitsglas eingesetzt werden.
• In der jüngeren Vergangenheit haben sich die Anforderungen dahingehend entwickelt, dass Fenster oder andere Scheiben für den Sonnenschutz verbessert werden sollen, um das Klima im Innenräumen positiv zu beeinflussen und hierfür die erforderliche Energie, z.B. für den Betrieb von Klimaanlagen, so weit als möglich zu reduzieren. Dabei soll aber auch eine gute Ausleuchtung der Innenräume allein mit Sonnenlicht möglich bleiben. Dies ist aber bei einem Einsatz von eingefärbten Glas, Folie oder Kleber/Binder nicht ohne erhebliche Lichtverluste möglich.
• Die hierfür geeigneten Fenster oder Sonnendachverglasungen sollen für elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts mit mindestens 70 % (T_vis)transparent sein, so dass der Anteil an diesem reflektierten Licht R_vis deutlich kleiner als 25 % gehalten werden sollte. Bei der Energietransmission (T_sol) und -reflexion (R_sol) sollen aber umgekehrte Verhältnisse erreicht werden. So sollte diese Transmission im Bereich von ca. 0,5 * Tvis liegen. Diese Verhältnisse betreffen im Wesentlichen die Wellenlängenbereiche des nahen und des infraroten Lichts. Dies soll für eine neutral aufnehmbare sichtbare Wahrnehmung gelten und dabei keine farbliche Verfälschung des Lichts erkennbar sein.
• Es ist bekannt hierfür geeignete dielektrische Wechselschichtsysteme unmittelbar auf eine Glasoberfläche aufzubringen, was mit bekannten Technologien der Dünnschicht Technik (CVD, PVD) möglich ist. Dabei werden abwechselnd eine Schicht mit einem niedrigeren Brechungsindex und darauf eine Schicht mit einem in Bezug auf die vorhergehende Schicht höheren Brechungsindex, oder in umgekehrter Reihenfolge aufgebracht. Bei Einhaltung bestimmter Schichtdicken kann die Reflexion und auch die Transmission beeinflusst werden, wobei dies auf bestimmte Wellenlängen eines Spektrums abgestimmt werden kann. Dabei sollten Schichtdicken gewählt werden, die einem ganzzahligen Vielfachen von λ/4 einer Wellenlänge des jeweiligen Spektrums entsprechen.
• Des Weiteren ist es bekannt, Verbundglas einzusetzen, bei dem eine Folie aus einem Polymer mit einem polymeren Binder zwei Glasscheiben stoffschlüssig miteinander verbindet. Auch hierbei können das Glas, der polymere Binder und die Folie jeweils allein oder mehrere davon eingefärbt werden, um einen verbesserten Schutz vor Sonnenstrahlung zu erreichen. Dabei wird aber häufig zumindest die Farbneutralität beeinträchtigt. In der Regel wird auch die Transmission dadurch reduziert.
• Analog wirken ebenfalls Wechselschichtsysteme auf Folien, wie dies vorab für solche auf Glas bereits ausgeführt worden ist.
• Bei den bekannten Lösungen ist die Transparenz ebenfalls reduziert und z.B. eine Blau- oder Grüntönung zu verzeichnen.
• Als relevante Druckschriften werden die US 2008/0074737 A1 und JP S59-81161 A genannt. Die US 2008/0074737 A1 offenbart eine Infrarotstrahlung selektiv reflektierende Folie für Sonnenschutzglas. Die JP S59-81161 A offenbart eine elektromagnetische Strahlung selektiv reflektierende für sichtbares Licht transparente Zwischenfolie für ein Sonnenschutzverbundglas.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Folie zur Verfügung zu stellen, die den Schutz vor Sonnenstrahlung und auch die Transparenz im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts verbessern können wobei ein neutraler Farbeindruck erhalten bleibt.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Folie, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
• Bei der erfindungsgemäßen Folie wird als Substrat eine optisch transparente Kunststofffolie, beispielsweise eine aus Polyethylen Terephtalat (PET) eingesetzt. Diese kann mit einem optisch transparenten polymeren Binder flächig beschichtet und dadurch stoffschlüssig mit mindestens einer Glasscheibe verbunden werden. Als polymerer Binder kann dabei auch Polyvinyl-Butyral (PVB) oder Ethylvenylalkohol (EVA) bevorzugt pigmentfrei eingesetzt werden.
• Auf der vom Sonnenlicht, als elektromagnetische Strahlung, bestrahlten Oberfläche der polymeren Folie wird ein reflektierendes Wechselschichtsystem mit mindestens drei, bevorzugt mindestens fünf und besonders bevorzugt sieben einzelnen Schichten ausgebildet. Dabei sind die Schichten des Wechselschichtsystems mit einem Oxid und mit Metall gebildet, die alternierend aufeinander ausgebildet werden.
• Bei einer stoffschlüssigen Verbindung der beschichteten Folie mit lediglich einer Glasscheibe, kann dies durch das flächige Aufbringen des polymeren Binders auf die äußere Oberfläche des Wechselschichtsystems oder einer Glasscheibe erreicht und die Folie an dieser Seite mit dem Glas verbunden werden. Die beschichtete Folie kann zumindest an einer Seite mit einer zusätzlichen Kratzschutzschicht versehen sein.
• Die Metallschichten werden bevorzugt mit Gold, Silber und/oder Legierungen dieser beiden Metalle gebildet. Neben diesen Legierungen sind auch Silber-Palladium- oder Silber-Kupfer-Legierung einsetzbar. Sie können aber auch mit einer Nickel-Chrom-Legierung, wie sie beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Inconel erhältlich ist, ausgebildet werden. Als Oxide können In₂O₃, Zn_xX_(1-x)O, ITO, Nb₂O₅, TiO₂, ZrO₂ und/oder SnO₂ eingesetzt werden, wobei X für das Mischoxid ausgewählt ist aus Sn, Al und Ga. Das Wechselschichtsystem kann dabei mit jeweils gleichen Metall- und Oxidschichten gebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit hierbei zu variieren, also unterschiedliche Metalle, Legierungen oder Oxide für einzelne Schichten einzusetzen.
• Auch die Schichtdicke kann variieren. Sie kann unter Berücksichtigung des eingesetzten Metalls, der Legierung, des Oxids und der Anordnung der jeweiligen Schicht innerhalb des Wechselschichtsystems gewählt werden. Die Dicke von Oxidschichten sollte im Bereich 20 bis 120 nm, bevorzugt im Bereich 25 bis 100 nm und die Schichtdicke der Metallschichten am Wechselschichtsystem im Bereich 5 bis 20 nm, bevorzugt 7 bis 15 nm gewählt werden.
• Bei der Wahl der Schichtdicke sollte auch die Stöchiometrie des eingesetzten Oxids berücksichtigt werden.
• Die Schichten können in an sich bekannter Art und Weise in Dünnschichttechnologie, wie z.B. bevorzugt durch Magnetronsputtern ausgebildet werden.
• Mit der Erfindung kann durch geeignete Ausbildung des Wechselschichtsystems gezielt Einfluss auf die Transmission, hier insbesondere im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts und die Energietransmission TE genommen werden. Durch eine erreichbare hohe Energiereflexion kann eine deutlich reduzierte Erwärmung in einem Innenraum erreicht werden. Der Farbeindruck bleibt neutral und es kann erreicht werden, dass keine Einfärbung bzw. eine Verfälschung der Farbwahrnehmung auftritt, da Wechselschichtsystem und die Beschichtung der Rückseite der Folie bzgl. der Interferenz entkoppelt sein können.
• Die Herstellung ist einfach und kostengünstig möglich und es können beispielsweise Seitenscheiben oder auch Sonnendachscheiben als Verbundglas so hergestellt werden. Besondere Wünsche an die optischen Eigenschaften können durch Einflussnahme auf die auf der Rückseite der Folie ausgebildete Oxidschicht berücksichtigt werden. Dies kann aber auch mit einem an dieser Seite der Folie ausgebildeten Wechselschichtsystem, das mit Oxidschichten und Schichten einer Nickel-Chrom-Legierung gebildet ist, erreicht werden.
• Ein Wechselschichtsystem kann mit mindestens drei Schichten gebildet sein. Dabei kann eine mit einer Nickel-Chrom-Legierung gebildete Schicht zwischen zwei Metalloxidschichten angeordnet sein. Bei einem Wechselschichtsystem mit fünf Schichten können so zwei mit einer Nickel-Chrom-Legierung gebildete Schichten jeweils zwischen zwei Metalloxidschichten ausgebildet worden sein. Die Schichtdicke kann so aufeinander abgestimmt werden, dass eine Farbneutralität des Gesamtverbundes eingehalten werden kann.
• Um die gewünschten Effekte erreichen zu können, kann mit der Erfindung auch kostengünstiges nicht gefärbtes Klarglas und polymerer Binder eingesetzt werden. Falls gewünscht, wie z.B. für Rückseitenverglasungen von Pkw kann aber auch die optische Transparenz im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts so reduziert werden, dass eine Abdunkelung auftritt.
• Neben der Erhöhung des Komforts in Innenräumen kann auch der für eine Klimatisierung erforderliche Energiebedarf reduziert werden, da durch die hohe Energiereflexion eine geringere Erwärmung erreichbar ist.
• Nachfolgend werden die Beispiele gezeigt
• Dabei zeigen:
• 1 ein Diagramm, das Reflexions- und Transmissionsspektrum eines Beispiels einer Folie ohne Glas;
• 2 ein Diagramm, das Reflexions- und Transmissionsspektren eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Folie wieder gibt, bei der Metallschichten mit NiCr vorhanden waren
• Bei den Beispielen wurden Wechselschichtsysteme auf Folien ausgebildet, die Metallschichten allein aus Silber oder mit einer Ag/Au15 Legierung und als Oxid In₂O₃ nutzten. Auf der Oberfläche der Folie war zuerst eine Oxidschicht und dann in alternierender Reihenfolge Metall- und Oxidschichten ausgebildet. Die Anzahl der Schichten lag in Summe bei sieben. Die Schichtdicken wurden in Bereichen, wie sie im allgemeinen Teil der Beschreibung angegeben worden sind, gehalten. Es wurde eine PET-Folie mit einer Dicke von 25 µm eingesetzt.
• Bei erfindungsgemäß hergestellten Folien wurde dann die Transmission und Reflexion innerhalb eines interessierenden Wellenlängenspektrums von 350 bis 2100 nm bestimmt.
• Die dabei ermittelten normierten Werte sind für eine Folie mit drei Metallschichten aus Ag/Au 15 in 1 dargestellt, deren Schichtdicken im Bereich 7 bis 15 nm lagen. Im auf der Folie ausgebildeten Schichtsystem waren vier Schichten aus In₂O₃ als Oxidschichten vorhanden, deren Schichtdicken im Bereich 25 nm bis 100 nm betrugen. Bei der Wahl der jeweiligen Schichtdicke, der einzelnen Schichten, wurde deren Anordnung im Schichtsystem berücksichtigt. Im in 1 gezeigten Diagramm gibt die Kurve A das Reflexionsverhalten und der Verlauf der Kurve B das Transmissionsverhalten wieder.
• Bei dem in 2 gezeigten Diagramm kann man das Transmissions- und Reflexionsverhalten einer Folie erkennen, die mit einem Schichtsystem mit fünf einzelnen Schichten an einer Seite der Folie, die nicht der Sonnenstrahlung direkt zugewandt (ausgesetzt) ist, beschichtet ist. Dieses Schichtsystem kann auf der Rückseite einer PET-Folie eingesetzt werden.
• Unmittelbar auf der Oberfläche der Folie war eine Oxidschicht zur Beeinflussung der Haftung des Schichtsystems auf der Folie mit einer Schichtdicke im Bereich 5 bis 30 nm ausgebildet. Die mittlere Oxidschicht, die hier von zwei Metallschichten eingeschlossen war, hatte eine Schichtdicke von 50 bis 80 nm. Dabei kann mit dieser Oxidschicht ein erhöhter Einfluss auf den erreichbaren Farbeindruck und die Transmission erreicht werden. Die obere Oxidschicht hatte eine Schichtdicke von 5 nm bis 30 nm.
• Die Metallschichten sind mit einer NiCr-Legierung ausgebildet worden. Die Schichtdicke war im Bereich 5 nm bis 15 nm gewählt. Mit Einhaltung eines Dickenverhältnisses der Metallschichten kann ebenfalls Einfluss auf den erreichbaren Farbeindruck genommen werden.
• Für die Untersuchungen von Transmission und Reflexion wurden konkret Metallschichten mit jeweils 12 nm Schichtdicke betrachtet.
• Eine typische Nickel-Chrom-Legierungszusammensetzung kann aus 80% Ni und 20% Cr gebildet sein. Es können aber auch andere Legierungszusammensetzungen, die geringer oder stärker von dieser angegebenen Zusammensetzung abweichen, eingesetzt werden.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Strahlung selektiv reflektierende Folie für Sonnenschutzglas, bei der eine optisch transparente Kunststofffolie an der vom Sonnenlicht bestrahlten Oberfläche mit einem elektromagnetische Strahlung reflektierenden Wechselschichtsystem, das mit mindestens drei Schichten gebildet ist, beschichtet ist, bei dem die alternierend angeordneten Einzelschichten mit einem Oxid und mindestens einem Metall gebildet sind und auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Folie ein Wechselschichtsystem, das mit mindestens einer Oxidschicht und mindestens einer Schicht, die mit einer Nickel-Chrom-Legierung gebildet ist, ausgebildet ist; wobei das Wechselschichtsystem auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Folie aus fünf einzelnen Schichten ausgebildet ist, wobei unmittelbar auf der Folie eine Oxidschicht mit einer Schichtdicke im Bereich vom 5 nm bis 30 nm ausgebildet ist und die mittlere Oxidschicht, die eine Schichtdicke von 50 nm bis 80 nm hat, von zwei Metallschichten eingeschlossen ist und die obere Oxidschicht eine Schichtdicke von 5 nm bis 30 nm hat und die Metallschichten mit einer NiCr-Legierung ausgebildet sind deren Schichtdicke im Bereich von 5 nm bis 15 nm gewählt ist und mindestens eine der beiden äußeren Schichtoberflächen mit einer optisch transparenten polymeren Binderschicht zur stoffschlüssigen Verbindung mit einer Glasscheibe vollflächig versehen ist.
2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht(en) auf der mit Sonnenlicht bestrahlten Oberfläche mit Ag, Au und/oder einer Ag- oder Au-Legierung gebildet und die Oxidschicht(en) mit In₂O3, Zn_xX_(1-x)O, ITO, Nb₂O5, TiO₂, ZrO₂ und/oder SnO₂ gebildet ist/sind; wobei X ausgewählt ist aus Sn, AI und Ga.
3. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch transparente(n) polymere(n) Binderschicht(en) mit Polyvinyl-Butyral oder Ethylvinylalkohol gebildet ist/sind.
4. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Folie ein Sonnenschutzverbundglas gebildet ist.

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