DE1301022B - Durchsichtiger, ein waermereflektierendes und ein lichtabsorbierendes Medium enthaltender Schichtkoerper - Google Patents
Durchsichtiger, ein waermereflektierendes und ein lichtabsorbierendes Medium enthaltender SchichtkoerperInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft durchsichtige, ein wärmereflektierendes und ein lichtabsorbierendes Medium enthaltende Schichtkörper.
- Um die Übertragung von Strahlungswärme durch zur Verwendung in Gebäuden oder Fahrzeugen bestimmte Fenster zu vermindern, war es in der Praxis üblich, sie mit einer Schicht von Metall oder anderem wärmereflektierendem Material zu versehen. Die Wirkung ist diejenige eines halbdurchsichtigen Spiegels, der zusätzlich zu der Wärmereflexion auch Licht reflektiert, und zwar auf beiden Oberflächen. Dementsprechend tritt, wenn Licht von einer Sekundärquelle auf die inneren Oberflächen solcher Fenster fällt, eine unerwünschte Spiegelung oder Blendung für die Personen in dem Gebäude oder dem Fahrzeug ein. Dabei kann die Sekundärquelle aus Sonnenlicht, das durch andere in dem Gebäude oder Fahrzeug liegende Fenster einfällt, oder aus einer getrennten, innenliegenden Beleuchtungsquelle bestehen.
- Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines lichtdurchlässigen Schichtkörpers, der Strahlungswärme an einer Oberfläche reflektiert, jedoch eine minimale Lichtreflexion an der gegenüberliegenden Oberfläche zeigt.
- Der durchsichtige, ein wärmereflektierendes und ein lichtabsorbierendes Medium enthaltende Schichtkörper gemäß der Erfindung, der aus zwei Platten mit einer dazwischen gelagerten Klebschicht besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß das wärmereflektierende Medium auf der Innenseite der einen Platte oder zwischen der auf der Innenseite der einen Platte befindlichen Klebschicht und dem in einer zweiten Klebschicht enthaltenen lichtabsorbierenden Medium aufgebracht ist und daß das lichtabsorbierende Medium sich entweder auf der Innenseite der anderen Platte befindet oder mit der Klebschicht vermischt ist. Insbesondere bestehen dabei die Platten aus Glas und die Klebschicht aus Polyvinylbutyral. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht das wärmereflektierende Medium aus einem Metallfilm, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Chrom, Gold, Silber, Rhenium, Rhodium, Titan oder einer Legierung dieser Metalle, und das lichtabsorbierende Medium aus Ruß oder einem lichtabsorbierenden Farbstoff mit zwei bis vier cyclischen Kernen.
- Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
- F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen durchsichtigen Schichtkörper, der eine Ausführungsform der Erfindung darstellt; F i g. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen durchsichtigen Schichtkörper, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt; F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen durchsichtigen Schichtkörper, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt; F i g. 4 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen bisher üblichen Schichtkörper, mit dem die durchsichtigen Schichtkörper gemäß der Erfindung verglichen werden.
- In den Figuren werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Darin bedeutet
A = Glas, B = wärmereflektierendes Medium, C = Klebstoff, D =lichtabsorbierendes Medium, E = Klebstoff -f- lichtabsorbierendes Medium, F = Polymerisat. - Für das wärmereflektierende Medium können außer den vorstehend aufgeführten Materialien auch gewisse Oxide und Salze der vorstehenden Metalle, wie Rheniumtrioxid oder Titandioxid, oder gewisse Polymethinfarbstoffe zur Anwendung gelangen.
- Beispiele für Materialien, die bei der Bildung von lichtabsorbierenden Medien verwendet werden können, sind z. B. Pigmente, wie Ruß, Kupferphthalocyanin, Benzanthron, Alizarincyaningrün, Indanthren oder chloriertes Kupferphthalocyanin sowie Farbstoffe, die zwei bis vier cyclische Kerne im Farbstoffmolekül enthalten, wie sie z. B. in der USA.-Patentschrift 2 739 080 beschrieben sind. Die letzteren schließen gewisse azoartige Farbstoffe ein, z. B. Kohnstamm Orange, Ölgelb, substituierte Anthrachinone, wie Plastoviolett usw., und Mischungen dieser Stoffe.
- Die für die Schichtbildung zwischen den verschiedenen Komponenten zur Anwendung gelangenden Klebemittel sind notwendigerweise von durchsichtiger Art. Es können Klebstoffe aus thermoplastischen und wärmehärtbaren polymeren Materialien, wie Epoxide, Polyvinylbutyral (plastifiziert), Äthylenvinylacetat, hydrolysiertes Äthylenvinylacetat, Siliconpolymere, Celluloseacetat, sowie natürliche Polymerisate, wie Kautschuk, mit genügend optischer Klarheit verwendet werden. Die Wahl hängt von den Klebeeigenschaften des Klebemittels, von dessen Eignung für das gewählte Verfahren zum Zusammenfügen der Schichtkörper und von dessen optischen Eigenschaften ab. Insbesondere wird plastifiziertes Polyvinylbutyral als Klebemittel bevorzugt.
- Die Schichtkörper gemäß der Erfindung können in verschiedenen Reihenfolgen zusammengesetzt werden, von denen einige in den F i g. 1 bis 3 veranschaulicht sind. In jedem Fall wird das wärmereflektierende Medium B wirksam an einer Oberfläche der einen Platte des Schichtkörpers angeordnet, während das lichtabsorbierende Medium D, gegebenenfalls mit Klebstoff vermischt (E), wirksam an der gegenüberliegenden Oberfläche der anderen Platte des Schichtkörpers angeordnet wird. Wie in den F i g. 1 und 2 gezeigt, kann das wärmereflektierende Medium B, insbesondere ein Metallfilm, unmittelbar zwischen eine der Glasscheiben A und eine Klebstoffschicht C gelegt sein, während in F i g. 3 das wärmereflektierende Medium B unmittelbar zwischen eine Klebstoffschicht C und eine das lichtabsorbierende Medium enthaltende Klebstoffschicht E eingelegt sein kann. Es ist auch möglich, das wärmereflektierende Medium B auf ein synthetisches Kunststoffsubstrat, wie Polyäthylenterephthalat od. dgl., niederzuschlagen und dann, wie gezeigt, zwischenzulegen.
- Wenn das wärmereflektierende Medium B aus einem Metallfilm bestehen soll, kann ein dünner Film des Metalls im Vakuum auf eine Platte, eine Klebstoffschicht C oder ein Substrat von synthetischem Kunststoff zur Abscheidung gebracht werden. Bei Ausführung des Vakuumniederschlagens eines wärmereflektierenden Films auf die Klebstoffschicht C oder auf das Kunststoffsubstrat wird zweckmäßig eine dünne Schicht von Klebstoff C, wie Polyvinylbutyral, zwischen das niedergeschlagene Metall B und die Oberfläche der Platte A, insbesondere wenn die letztere aus Glas besteht, zwischengeschaltet, mit welcher sie schließlich beim Zusammenbau in Berührung gebracht wird, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Das Niederschlagen von wärmereflektierendem Material auf die verschiedenen Platten und Schichten aus Lösungen, Suspensionen od. dgl. kann auch mit Erfolg angewendet werden, um wärmereflektierende Medien zu schaffen.
- Die Dicke des wärmereflektierenden Mediums B soll derart sein, daß eine wesentliche Reflexion von aus einer Quelle (a) ausgestrahlter Wärme, z. B. der Sonne, bewirkt wird (vgl. eine der F i g. 1 bis 4). Eine Reflexion von gewünschter Art ist durch die voll ausgezogene Linie, die in Richtung ä zeigt, angegeben. Gleichzeitig soll das wärmereflektierende Medium B eine solche Dicke haben, daß es einen Durchgang von Licht in solcher Größenordnung gestattet, daß der Schichtkörper durchsichtig ist. Im Fall von Metallfilmen sind solche mit einer Dicke von 600 A oder kleiner zufriedenstellend. Die bei der Bildung des wärmereflektierenden Mediums B angewandten Materialien, wie Metalle, können entsprechend den gewünschten optischen 'Effekten variiert werden, insbesondere gemäß der gewünschten Farbe des von ihnen durchgelassenen oder übertragenen Lichts.
- Das lichtabsorbierende Medium kann in der Anordnung von der Schichtkörperherstellung nach verschiedenen Arbeitsweisen vorgesehen werden. Wenn das lichtabsorbierende Material aus einem Pigment besteht, wird dieses zweckmäßig in einem Teil von Klebmasse kolloidal verteilt, wobei diese dann beiläufig wenigstens als zeitweiliger Träger für die lichtabsorbierenden Materialien dienen kann. Das Pigment soll gleichförmig und getrennt durch den Klebstoff hindurch dispergiert werden, um ein eine gleichförmige Lichtabsorption zeigendes lichtabsorbierendes Medium zu erzeugen. Um dies zu erleichtern, soll das Pigment vor dem Mischen mit dem Klebstoff auf eine Teilchengröße von etwa 0,4 m#t oder weniger zerkleinert werden. Die gemischte Masse kann dann zu einem Film oder einer Schicht ausgespritzt oder i gegossen werden, um als lichtabsorbierendes Medium zu dienen. Wenn das lichtabsorbierende Material aus einem Farbstoff besteht, wird dieser vorzugsweise aus einer Lösung auf eine Klebstoffschicht niedergeschlagen. Wenn der Klebstoff aus einer Schicht von Polyvinylbutyral besteht, kann man den Farbstoff durch Altern in etwas erwärmtem Zustand in die Klebstoffmasse diffundieren lassen. Zusätzlicher Klebstoff über denjenigen hinaus, der zur Einverleibung des absorbierenden Materials und zur Bildung des lichtabsorbierenden Mediums benutzt worden ist, kann angewandt werden, um eine vollständige Schichtkörperbildung zwischen den Komponenten des Schichtkörper zu gewährleisten. Die lichtabsorbierenden Materialien können auch in ein anderes Material als in die zuvor als Klebstoff bezeichneten Materialien eingebracht werden, um lichtabsorbierende Medien zu schaffen. Beispielsweise ist es möglich, das lichtabsorbierende Medium wenigstens teilweise in einem synthetischen Kunststoffmaterial vorzusehen, das nach Gießen zu einer Platte oder einer Bahn auf der Oberfläche des Schichtkörpers zu liegen kommt, die dem lichtabsorbierenden Medium dargeboten werden soll. Andere erfolgreiche Methoden zur Bildung des lichtabsorbiedenden Mediums schließen Bürsten oder überziehen des lichtabsorbierenden Materials mit oder ohne Träger, einschließlich eines Klebstoffs, auf einem vorgeformten Klebstoff oder unmittelbar auf der Platte ein, die auf die Oberfläche des Schichtkörpers gelegt werden soll, die das lichtabsorbierende Medium darstellt.
- Eine minimale Menge an Klebstoff wird zur Verwendung-vorgeschlagen. Die Klebstoffmenge braucht nur ausreichend zu sein, um sichere Klebung zwischen den verschiedenen Schichten zu gewährleisten. Bei Verwendung von plastifiziertem Polyvinylbutyral als Klebstoff wird eine Dicke von etwa 0,25 bis 1,5 mm und insbesondere von etwa 0,3$ mm zur Bildung von Schichtkörpern der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Art bevorzugt. In jedem Fall ist es vorgeschrieben, daß das lichtabsorbierende Medium zusammen mit dem Klebstoff und der Platte, die auf derjenigen Seite des Schichtkörpers liegt, wo eine Blendung oder Spiegelung auf ein Minimum herabgesetzt werden soll, eine Gesamtlichtabsorption von 22 bis 95 % der sichtbaren Strahlung haben soll.
- Wenn die verschiedenen Komponenten zusammengesetzt sind, wie dies in den F i g. 1 bis 3 veranschaulicht ist, können sie erforderlichenfalls durch Anwendung von Druck und Hitze in Übereinstimmung mit dem verwendeten Klebstoff verfestigt bzw. verdichtet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher plastifiziertes Polyvinylbutyral als Klebstoff benutzt wird, führen eine Temperatur von 120 bis 140° C und ein hydraulischer Druck von etwa 12 bis 13,3 kg/cm= in einem Autoklav zu annehmbaren Schichtkörpern.
- Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Beispiele näher erläutert. Die Teile sind auf Gewichtsbasis bezogen, soweit nichts anderes angegeben ist. Beispiel 1 Ein lichtdurchlässiger Schichtkörper, der dem Vergleich dienen soll, wird gemäß F i g. 1 auf fol-(Yende Weise hergestellt: Eine Glasplatte A von etwa 3,2 mm Dicke wird in eine Vakuumbedampfungsvorrichtung gebracht. Während der Evakuierung der Vorrichtung wird eine Glimmentladung dazu benutzt, eine Oberfläche der Glasplatte für den Metallniederschlag vorzubereiten. Nachdem ein Vakuum von etwa 0,01 g Hg erreicht worden ist, wird ein Aluminiumfilm von etwa 300 A Dicke auf die vorbereitete Oberfläche der Platte niedergeschlagen. Die metallisierte Glasplatte wird dann aus der Vakuumbedampfungsvorrichtung entfernt. Es wird eine Platte C von etwa 0,38 mm Dicke aus Polyvinylbutyral über den Aluminiumfilm B gelegt und darauf eine andere Glasplatte A von etwa 3,2 mm Dicke Barübergelegt. Die Anordnung wird einer vorläufigen Schichtkörperbildung unterzogen, indem man sie einem gleichförnzigen Druck von etwa 9,1 kg/cm2 bei 140° C während einer Zeitdauer von 90 Sekunden in einer Flachdruckpresse unterwirft. Nachfolgend wird die Anordnung in einen Ölautoklav gebracht und einem hydraulischen Druck von etwa 12 bis 13,3 kg/cm2 und einer Temperatur von 120 bis 140° C während einer Zeitdauer von 7 Minuten unterworfen. Beispiel 2 Die Arbeitsweise vom Beispiel 1 wird befolgt mit der Ausnahme, daß die Platte C von etwa 0,38 mm Dicke aus Polyvinylbutyral zuvor mit Ruß in der Masse pigmentiert worden ist. Eine Massenpigmentierung wird dadurch erreicht, daß 0,035 Teile Ruß mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 0,4 #t in 100 Teilen plastifiziertem Polyvinylbutyral kolloidal dispergiert werden, worauf ein Auspressen des Produkts zu der Platte C von etwa 0,38 mm Dicke erfolgt. Beispiele 3 bis 7 Die Arbeitsweise des Beispiels 2 wird wieder befolgt, um lichtdurchlässige Schichtkörper zu schaffen. Die wärmereflektierenden Filme haben etwas verschiedene Dicken und bestehen aus folgenden Materialien:
3 = Kupfer, 4 = Silber, 5 = Gold, 6 = Kupfer-Chromlegierung, 7 = Chrom mit Kupferüberzug. Reflexion ah *) Probe erste zweite Oberfläche Oberfläche 1 (Kontrolle) ..... 60,5 60,5 2 (AI) . . . . . . . . . . . . 60,5 13,0 3 (Cu) ........... 71,0 15,5 4 (Ag) ........... 26,0 8,0 5 (Au) . ......... 72,5 16,5 6 (Cu-Cr) ........ 59,5 20,0 7 (Cu-Cr) ........ 54,0 28,0 *) Diese Werte wurden durch Integralbildung über den gesamten Bereich von 400 bis 1000 mR erhalten. - Die Reihenfolge, in welcher das Sonnenlicht auf jede Schicht des Schichtkörpers auffällt, ist der regelnde Faktor für die Reflexion. Wenn z. B. das Sonnenlicht auf das reflektierende Medium auffällt, bevor es auf das absorbierende Medium auftrifft, dann wird mehr Licht reflektiert, als absorbiert und/ oder durchgelassen wird. Wenn andererseits das Licht zuerst auf die absorbierende Schicht auftrifft, bevor es auf das reflektierende Medium auffällt, dann wird mehr Licht absorbiert, als reflektiert und/ oder durchgelassen wird.
- Dies wird an Hand der nachfolgenden zwei Beispiele näher erläutert. Beispiel 8 Der Aufbau des Schichtkörpers ist wie in F i g. 1 dargestellt, und die Metallschicht besteht aus Aluminium. Wenn Sonnenlicht (a-Licht) auf den Schichtkörper auffällt, werden etwa a) 511/o durch das Glas reflektiert, b) 55% durch die Aluminiumschicht reflektiert, c) 0% von dem Klebstoff reflektiert oder absorbiert, d) 72% von dem verbleibenden Licht (d. h. 72 von 4011/o) oder 29% durch das lichtabsorbierende Medium absorbiert, e) 11% der ursprünglichen Lichtmenge des ursprünglichen Lichts durch den Schichtkörper durchgelassen (die Innenreflexion der zweiten Glasplatte ist dabei vernachlässigt).
- Es ist somit ersichtlich, daß 60% des Sonnenlichts reflektiert werden, wobei die sichtbaren und die unsichtbaren Anteile der Strahlung (Wärme und Licht) eingeschlossen sind. Beispiel 9 Der Schichtkörper ist der gleiche wie im obigen Beispiel 8; das Sonnenlicht wird nunmehr Jedoch als b-Licht dem Schichtkörper zugeführt. Nun werden etwa a} 511/o durch das Glas reflektiert, b) 721/o des Rests (72 von 9511,7o) oder 68% durch das absorbierende Medium absorbiert, c) 0% durch die Klebstoffschicht absorbiert oder reflektiert; d) 27% der ursprünglichen gesamten Lichtstrahlung erreichen die Aluminiumschicht, wo 55 (55 von 27%) oder 1511/o reflektiert werden, und e) 11% des ursprünglichen Lichts werden durch den Schichtkörper durchgelassen. (Die Innenreflexion der zweiten Glasplatte ist wieder vernachlässigt.) Es ist ersichtlich, daß im Fall von b-Licht 68% des Lichts absorbiert werden und nicht als Licht reflektiert werden können.
- Bei den beiden vorstehenden Beispielen wird die gleiche Menge der gesamten Sonnenenergie durchgelassen, wobei jedoch die relativen Mengen an absorbiertem und reflektiertem Licht von der Strahlungsrichtung abhängen.
- Zum Beispiel werden 60% des a-Lichts von der Aluminiumschicht reflektiert, bevor es absorbiert und/oder durchgelassen werden kann. 68% des b-Lichts werden von dem absorbierenden Material absorbiert, bevor es die reflektierende Aluminiumschicht erreicht und zurückgeworfen wird.
- Dazu kann noch folgendes ausgeführt werden: 60% der Wärmeenergie (unsichtbarer Teil des Spektrums), die mit dem a-Licht verbunden ist, werden reflektiert, bevor sie durchgelassen werden kann. 68% der Lichtenergie (sichtbarer Teil des Spektrums), die mit dem b-Licht verbunden ist, werden absorbiert, bevor sie von der Metallschicht reflektiert werden kann.
- Die Schichtkörper gemäß der Erfindung, von denen Ausführungsformen in den F i g. 1 bis 3 enthalten sind, sind somit durch eine wesentliche Verringerung des reflektierten Lichts an der einen Oberfläche, in der von einer Sekundärquelle (b) ausgehendes Licht in weit geringerem Ausmaß reflektiert wird, wie dies durch die gebrochene, gegen (b') gerichtete Linie angezeigt wird, gekennzeichnet, wobei dies das Ergebnis der Absorption einer wesentlichen Menge dieses Lichts durch das lichtabsorbierende Medium darstellt. Demgegenüber zeigt der Schichtkörper gemäß F i g. 4, der die oben angegebene Probe 1 veranschaulicht, durch die ausgezogene, auf (b') gerichtete Linie, daß die Reflexion von einer Sekundärquelle (b) nicht merklich verringert worden ist. In allen Fällen ist die Wärmereflexion an der gegenüberliegenden Oberfläche in gleichem Maß wirksam, wie dies durch die ausgezogenen Linien veranschaulicht wird, die von den Primärlichtquellen (a) zu den Schichtstoffen und von den Schichtstoffen zu (a') gerichtet sind. Die Schichtkörper gemäß der Erfindung tragen, wenn sie mit ihren lichtabsorbierenden Medien nach innen gerichtet bei Oberlichtern und Fenstern von Gebäuden eingebaut sind, stark zur Bequemlichkeit der Bewohner bei, indem sie den Durchgang von strahlender Wärme in die Gebäude herabsetzen.
- Dabei geben Sekundärlichtquellen, wie elektrische Lampen, die innerhalb des Gebäudes liegen, keine Gelegenheit zu nachteiliger Reflexion oder Blendung von den Innenseiten der so eingebauten Oberlichter oder Fenster.
Claims (5)
- Patentansprüche: 1. Durchsichtiger, ein wärmereflektierendes und ein lichtabsorbierendes Medium enthaltender Schichtkörper, bestehend aus zwei Platten mit einer dazwischen gelagerten Klebschicht, d adurch gekennzeichnet, daß das wärmereflektierende Medium auf der Innenseite der einen Platte oder zwischen der auf der Innenseite der einen Platte befindlichen Klebschicht und dem in einer zweiten Klebschicht enthaltenen lichtabsorbierenden Medium aufgebracht ist und daß das lichtabsorbierende Medium sich entweder auf der Innenseite der anderen Platte befindet oder mit der Klebschicht vermischt ist.
- 2. Schichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus Glas bestehen.
- 3. Schichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebschicht aus Polyvinylbutyral besteht.
- 4. Schichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmereflektierende Medium aus einem Metallfilm, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Chrom, Gold, Silber, Rhenium, Rhodium, Titan oder einer Legierung dieser Metalle, besteht.
- 5. Schichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtabsorbierende Medium aus Ruß oder einem lichtabsorbierenden Farbstoff mit zwei bis vier cyclischen Kernen besteht.
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