DE19819552A1 - Material mit temperaturgesteuerter Strahlungstransmission - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Material mit temperaturgesteuerter Strahlungstransmission für Mehrkomponenten-Folien, das in einem oder mehreren Kernen vorliegt, der (die) allseitig von einer transparenten Hüllschicht umgeben sind. Die Mehrkomponenten-Folien eignen sich besonders zur reversibel temperaturabhängigen Steuerung der Strahlungstransmission an Gebäuden, technischen Einrichtungen, insbesondere sonnenenergetischen Vorrichtungen, in der Bekleidungsindustrie und/oder zu dekorativen Zwecken.

Description

Die Erfindung betrifft Materialien mit temperaturgesteuerter Strahlungstrans­ mission sowie ihre Verwendung zur reversibel temperaturabhängigen Steue­ rung der Strahlungstransmission an Gebäuden und technischen Einrichtungen.

Die Bestrahlung von geschlossenen Räumen oder technischen Vorrichtungen, beispielsweise sonnenenergetischen Vorrichtungen, mit Licht führt zu deren Aufheizung, welche je nach dem Energiegehalt und der Intensität des Lichts unterschiedlich groß und teilweise schädlich sein kann. Zum Beispiel kommt es aufgrund des tages- und jahreszeitlich schwankenden Energieangebots der Sonneneinstrahlung in Gebäuden, Gewächshäusern oder Autos zu unerwünsch­ ten Temperaturwerten.

Es wurden daher Materialien entwickelt, die auf Polymermischungen basie­ ren, die sich temperaturgesteuert, reversibel entmischen und somit eintrüben. Der Mechanismus dieses thermotropen Verhaltens besteht darin, daß sich jenseits einer bestimmten Temperatur die Struktur des Polymersystems so ändert, daß sich die Strahlungstransmission verändert. Dieses Phänomen tritt üblicherweise dann auf, wenn sich in einer Polymermischung Komponenten mit unterschiedlichen Brechungsindizes temperaturinduziert entmischen. Die Temperatur, bei welcher dieser Vorgang stattfindet, wird als untere kritische Entmischungstemperatur (LCST) bezeichnet. Grundlegende Ausführungen zum Zusammenhang zwischen der Struktur von Polymermischungen und dem Auftreten von LCST-Verhalten sowie die Verwendung von Polymermischun­ gen in Verglasungssystemen mit temperaturgesteuerter Lichtdurchlässigkeit sind in EP-B-0 181 485 enthalten.

Materialien mit verbesserter Reversibilität der Veränderung der Strahlungs­ transmission werden in EP-B-0 559 113 sowie in DE-A 44 08 156 angege­ ben.

Aus EP-B-0 181 485 sind mehrkomponentige Folien bekannt, die eine polymere Mischung mit unterer kritischer Lösungstemperatur (LCST) enthal­ ten, die direkt in einem Produktionsschritt durch Coextrusion, beispielsweise zusammen mit einer Träger- und/oder Deckschicht hergestellt werden. Bei den bekannten mehrkomponentigen Folien ist das thermotrope Polymer als durchgehende Schicht zwischen 2 Schichten aus einem anderen Polymer angeordnet. Die Haftung zwischen der thermotropen Polymerschicht und Träger- und/oder Deckschichten ist daher häufig ungenügend und es kann beim Einsatz der coextrudierten Folien zur Trennung des Verbunds kommen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Mehrkomponenten-Folien zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen und die insbesondere einen verbesserten Zusammenhalt zeigen. Die Erfindung geht aus von Materialien mit temperaturgesteuerter Strahlungstransmission für Mehrkomponenten-Folien. Die Erfindung ist dann dadurch gekennzeichnet, daß das Material in einem oder mehreren Kernen vorliegt, die allseitig von einer transparenten Hüllschicht umgeben sind.

Polymersysteme mit temperaturgesteuerter Strahlungstransmission, wie sie zum Beispiel aus DE-A 44 08 156, EP-B-0 181 485 oder EP-B-0 559 113 bekannt sind, neigen besonders bei höheren Anwendungstemperaturen zum Verkleben und die mechanische Belastbarkeit ist gering. Es wurde gefunden, daß eine transparente Hüllschicht, die mindestens einen Kern aus einer der bekannten thermotropen Polymermischungen vollständig umgibt, einen Ver­ klebungsschutz sowie eine mechanische Verfestigung bewirkt und es somit ermöglicht, die thermotrope Polymermischung in Folienform zu bringen.

Durch die unterschiedlichen Brechungsindizes in Kern- beziehungsweise Hüllschicht entsteht zudem der optische Eindruck eines größeren Kernquer­ schnitts (Lupeneffekt). Im Kern befindet sich der teure Effektstoff. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Materials in Mehrkomponenten-Folien kann somit mit einer geringeren Menge des teuren Effektstoffes dieselbe Wirkung erzielt werden wie mit einer größeren Menge an nicht umhülltem Effektstoff.

Als Kernmaterial können bekannte thermotrope Polymermischungen, wie sie beispielsweise in EP-B-0 181 485, EP-B-0 559 113 oder DE 44 08 156 beschrieben sind, eingesetzt werden. Wesentlich ist, daß diese Materialien eine untere kritische Entmischungstemperatur (LCST) aufweisen, die in bekannter Weise bei Polymermischungen auftritt, deren Komponenten eine mittlere Wechselwirkung zeigen, nach beispielsweise einem der Mechanismen wie Salzbildung, Wasserstoffbrückenbindung, Komplexbildung, p-Elektronen­ wechselwirkung oder dipolare Wechselwirkung.

Für thermotrope Polymermischungen geeignete Polymere können aus einer Reihe von bekannten Polymeren, beispielsweise Homo- und Copolymeren ausgewählt werden, deren Wechselwirkungen miteinander Trübungspunkte im geeigneten Bereich aufweisen. Beispiele für geeignete Polymere sind: Poly­ styrol, Polyvinylmethylether, Polymethyl(meth)acrylat, Styrol-Acrylni­ tril-Copolymere, Poly-ε-caprolacton, Chlorkautschuk, Ethylen-Vinylacetat-Copoly­ mere, PVC, Polycarbonat, Polyvinylidenfluorid, Polyethylacrylat, Poly-n-bu­ tylacrylat, Poly(ethylhexylacrylat-co-acrylsäure), Poly(tetradecylmethacry­ lat-co-styrol-co-3-dimethylamino-2,2-dimethylpropyl-1-methacrylat), Poly(styrol-co-hy­ droxyethylmethacrylat), Polypropylenoxid.

Durch die Veränderung des relativen Gehalts der einzelnen Comonomeren (wechselwirkende Gruppen) in einem Copolymeren kann sehr einfach die kritische Trübungstemperatur auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Der relative Gehalt der Comonomeren ist nicht kritisch. Er liegt üblicher­ weise im Bereich von 0,1 bis 50 Mol-%, vorzugsweise von 0,5 bis 25 Mol-%.

Das zahlenmittlere Molekulargewicht M der Polymeren P1 oder P2 ist an sich unkritisch, liegt aber im allgemeinen im Bereich von 500 bis 1 000 000, vorzugsweise von 1000 bis 500 000.

Das Mischungsverhältnis der Polymeren P1 und P2 richtet sich nach der gewünschten Trübungstemperatur und kann insofern frei gewählt werden. Im allgemeinen liegen die Mischungsverhältnisse P1 : P2 im Bereich von 5 95 bis 95 : 5, vorzugsweise von 20 : 80 bis 80 : 20 Gew.-%.

Geeignete Polymersysteme können weiterhin bekannte Photoinitiatoren enthal­ ten, die auch als Copolymere Bestandteil von Polymerketten sein können.

Der thermotropen Polymermischung können übliche Zusatzstoffe, beispiels­ weise Schmiermittel, Additive, UV-Stabilisatoren, Verarbeitungsstabilisatoren (zum Beispiel Antioxidantien) Antikorrosiva, Weichmacher, Farbstoffe oder Pigmente zugesetzt werden.

Die thermotropen Polymermischungen werden in geeigneten Apparaten aufge­ schmolzen, zum Beispiel in beheizten Behältern, die sich selbsttätig nach unten entleeren. Besonders geeignet sind Faßschmelzanlagen, wie sie in der Hotmelt-Klebstoffdosierung verwendet werden, bei denen ausschließlich der Deckel beheizt wird und das aufzuschmelzende Polymermaterial durch einen beheizten Schlauch direkt in die Düse geleitet wird. Diese Art der Auf­ schmelzung hat den Vorteil einer kurzen Aufschmelzzeit, in der sich die thermotrope Polymermischung nicht entmischen kann. Möglich ist es auch, die thermotrope Polymermischung in einem Extruder aufzuschmelzen.

Die aufgeschmolzene Polymermischung wird über eine Pumpe, beispielsweise eine Zahnradpumpe, eine Kolbenpumpe oder einen Extruder einer zur Herstellung von Mehrkomponenten-Folien geeigneten Düse zugeführt.

Die Verarbeitungstemperaturen für die thermotrope Polymermischung liegen bei 40°C bis 250°C.

Als Hüllmaterial sind Polymere geeignet, die sich aufgrund ihrer Material­ eigenschaften zu Folien verarbeiten lassen und die mit der als Kernmaterial eingesetzten thermotropen Polymermischung nicht mischbar sein dürfen. Als Hüllmaterial geeignet sind beispielsweise Polyacrylnitril, Modacryl, Polyester, Polyolefine, wie Polyethylen, Polypropylen, Ethylenvinylacetat, Polyamid, Aramid, Polyurethan, Hochtemperaturpolymere, wie Polyphenylensulfid, Polyetherketon; Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyethylentetrafluorethylen. Das Hüllmaterial wird in geeigneter Weise ausgeschmolzen, zum Beispiel in einem Einschnecken- oder Zweischneckenextruder. Die Verarbeitungstemperaturen im Extruder für das Hüllmaterial liegen abhängig vom Erweichungspunkt des Hüllmaterials bei 80°C bis 250°C. Für spezielle, hochschmelzende Hüllpolymere können die Temperaturen auch höher liegen, bis zu 400°C. Dies ist besonders bei hochtemperaturbeständigen Polymeren und bei fluorenthaltenden Polymeren der Fall, zum Beispiel bei Polytetrafluorethylen und Derivaten. Sonst bevor­ zugt kann das Hüllmaterial Hilfsmittel wie Schmiermittel, Additive, UV-Filter, HALS (Hindered-Amine-Light-Stabilizers), Verarbeitungsstabilisatoren wie Antioxidantien, Farbstoffe und Pigmente enthalten.

Ein besonderer Vorteil der Kern/Hülle-Struktur der erfindungsgemäßen Materialien ist es, daß auch solche Hilfsmittel eingesetzt werden können, deren Verträglichkeit mit dem thermotropen Kernmaterial nicht gewährleistet ist: für derartige Hilfsstoffe, insbesondere Farbstoffe und Pigmente bietet sich die Formulierung in den Hüllpolymeren an.

Ebenso werden UV-Filterstoffe vorzugsweise in Hüllpolymeren formuliert, da dort bei gleicher Einsatzmenge eine bessere Schutzwirkung für die thermo­ trope Polymermischung gegen UV-Licht gegeben ist als bei der Formulie­ rung in der thermotropen Polymermischung selbst.

Die thermotrope Polymermischung sowie das Hüllpolymere werden in aufge­ schmolzenem Zustand getrennt über einen Extruder einer Düse zugeführt, die zur Herstellung von Mehrkomponenten-Folien geeignet ist. Derartige Düsen sind beispielsweise in US 5,234,650 sowie in US 5,162,074 beschrieben. Die erhaltenen Mehrkomponenten-Folien mit thermotropem Kern- und trans­ parentem Hüllmaterial sind in der Anzahl und dem Querschnitt der Kerne nicht beschränkt. Der Kern kann im einfachsten Fall einen kreisförmigen Querschnitt haben und allseitig vom Hüllmaterial umgeben sein. Durch besondere Ausgestaltung der Düsen können jedoch auch verschiedenste Kernquerschnitte sowie Kerne in unterschiedlicher Anzahl hergestellt werden.

In vorteilhafter Weise können auch ein- oder mehrere zusätzliche Polymer­ kerne aus einem nicht-thermotropen, jedoch mechanisch hochbelastbaren Material vorgesehen sein.

Claims (6)

1. Material mit temperaturgesteuerter Strahlungstransmission für Mehrkom­ ponenten-Folien, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem oder mehre­ ren Kern(en) vorliegt, der (die) von einer transparenten Hüllschicht allseitig umgeben ist (sind).

2. Mehrkomponenten-Folien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der(die) Kern(e) einen annähernd kreisförmigen oder annähernd recht­ eckigen Querschnitt aufweist(aufweisen).

3. Mehrkomponenten-Folien nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hüllschicht Filtersubstanzen enthält.

4. Mehrkomponenten-Folien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllschicht transparent eingefärbt ist.

5. Mehrkomponenten-Folien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere zusätzliche Poly­ merkerne aus hochzugfestem Material enthalten.

6. Verwendung der Mehrkomponenten-Folien nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur reversibel temperaturabhängigen Steuerung der Strahlungs­ transmission an Gebäuden, technischen Einrichtungen, insbesondere sonnenenergetischen Vorrichtungen, in der Bekleidungsindustrie und/oder zu dekorativen Zwecken.