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Die Erfindung richtet sich auf eine wärmereflektierende Beschichtung für alle denkbaren, großflächigen Untergründe, z.B. zum Anbringen an Wänden und sonstigen opaken Bauteilen und Untergründen, aber auch an Fenstern und sonstigen transparenten Bauteilen und Untergründen, wahlweise zum unmittelbaren Auftrag auf dem jeweiligen Untergrund oder in Form einer beschichteten Folie zur Applikation an dem betreffenden Untergrund.
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Im Zeitalter der Klimaerwärmung erlangt die Wärmeisolation von Gebäuden und sonstigen beheizten oder erwärmten Gegenständen wie Boilern, Heizrohren und -aggregaten, Motoren, Generatoren, Flug- oder Fahrzeugen, etc. eine zentrale Bedeutung. Die übliche Vorgehensweise ist dabei, die betreffenden Oberflächen mit einer mehr oder weniger dicken Schicht aus einem Wärme schlecht leitenden Material zu belegen. Dies bringt jedoch verschiedene andere Nachteile mit sich. Einerseits ist diese Methode sehr platzraubend, und die damit verbundenen Materialkosten sind nicht unerheblich. Ferner kann eine derart isolierende Fläche sodann nicht mehr als tragende Wand verwendet werden, beispielsweise um eine Beleuchtung daran zu befestigen od. dgl. Darüber hinaus sind viele derartige wärmedämmenden Materialien brennbar und können vergleichsweise schnell Feuer fangen. Schließlich gibt es sogar Situationen, wo die Anbringung einer derartigen zusätzlichen Wärmedämmung grundsätzlich nicht möglich ist, bspw. an Fenstern.
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Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine wärmreflektierende Schicht derart weiterzubilden, dass diese möglichst wenig Platz einnnimmt und die Tragfähigkeit bzw. die Eignung der betreffenden Oberfläche als tragendem Untergrund für daran anzubauende Installationen nicht beeinträchtigt. Ferner sollte die wärmereflektierende Schicht möglichst nicht brennbar sein und nach Möglichkeit auf allen denkbaren Untergründen anbringbar sein, z.B. an Wänden und sonstigen opaken Bauteilen und Untergründen, aber auch an Fenstern und sonstigen transparenten Bauteilen und Untergründen.
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Die Lösung dieses Problems gelingt durch Nanopartikel aus einem elektromagnetische Strahlung, insbesondere Infrarot-Strahlung, reflektierenden oder streuenden Material, welche in Form einer dünnen Schicht auf dem Untergrund selbst oder auf einem flächigen Trägermaterial derart appliziert oder applizierbar sind, dass ihre dem Untergrund oder Trägermaterial abgewandten Oberflächen zumindest in der obersten Partikelschicht frei von jeglichem Bindemittel sind.
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Dem Nanomaterial obliegt es, mit den Außenflächen der Nanopartikel eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere Infrarot-Strahlung reflektierende oder streuende Fläche zu bilden, so dass Wärmestrahlung reflektiert wird. Dieser Effekt kann beispielsweise an damit beschichteten Fensterscheiben genutzt werden. Insbesondere wenn die dem Gebäudeinneren zugewandte Innenseite einer Fensterscheibe derart beschichtet ist, so wird die aus dem Raum kommende und auf der Fensterscheibe auftreffende Infrarotstrahlung wieder in das Gebäude hinein reflektiert oder gestreut und kann das Gebäude also nicht verlassen. Die Wärme bleibt im Gebäude. Ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, wenn die erfindungsgemäße Beschichtung auf der Oberfläche einer Tapete aufgebracht ist, mit welcher die Innenseite einer Außenwand eines Gebäudes tapeziert ist, oder wenn Fliesen oder eine Vertäfelung eine derartige Beschichtung aufweist. Natürlich kann ein Wärmeaustausch in der umgekehrten Richtung auch unterbunden werden, z.B. wenn ein Außenputz oder außen liegende Bauplatten, etc. mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sind. Andere Anwendungsfälle sind denkbar, z.B. die Isolation von Flugzeug- oder Fahrzeugscheiben oder sonstigen Produkten. Beispielsweise kann eine derartige Beschichtung auch an den Außenseiten eines Kühlschranks angebracht werden oder an der Innenseite einer Röhre eines Herdes.
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Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Nanopartikel aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen. Da Metalle eine mehr oder weniger stark ausgeprägte elektrische Leitfähigkeit aufweisen, sind sie in der Lage, mit elektromagnetischen Wellen zu interagieren und jene zu reflektieren oder zu streuen.
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Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Nanopartikel aus einem reinen Edelmetall bestehen oder aus einer edelmetallhaltigen Legierung. Ein Edelmetall hat gegenüber Nichtedelmetallen den Vorteil, dass keine Oxidation stattfindet, und daher die Partikeloberfläche im Allgemeinen sehr lange in einem elektrisch leitfähigen Zustand verbleibt.
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Besonders bevorzugt die Erfindung, dass die Nanopartikel aus reinem Silber bestehen oder aus einer silberhaltigen Legierung. Silber hat selbst unter den Metallen eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit und daher also sehr gute Reflektions- oder Streueigenschaften.
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Auch Aluminium hat IR reflektierende Eigenschaften und kann für die beschriebenen, Anwendungen eingesetzt werden die Effektivität oder Reflektionsrate ist jedoch deutlich geringer gegenüber Silber und Silberverbindungen. Somit ist auch Aluminium im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet, in reiner Form oder auch als aluminiumhaltige Legierung, jedoch mit im Verhältnis zu Silber verminderten Reflexionsraten.
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Die Erfindung empfiehlt, dass die Nanopartikel einen Silber- oder Aluminiumanteil in der Legierung von 20 Gew.-% oder mehr aufweisen, beispielsweise einen Silber- oder Aluminiumanteil von 35 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise einen Silber- oder Aluminiumanteil von 50 Gew.-% oder mehr, insbesondere einen Silber- oder Aluminiumanteil von 65 Gew.-% oder mehr, bevorzugt einen Silber- oder Aluminiumanteil von 80 Gew.-% oder mehr, besonders bevorzugt einen Silber- oder Aluminiumanteil von 90 Gew.-% oder mehr. Je höher der Silber- oder Aluminiumanteil ist, um so besser ist die elektrische Leitfähigkeit, und damit lassen sich die Reflektions- oder Streueigenschaften optimieren.
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Metalloberflächen können an einer aggressiven Atmosphäre nicht nur oxidieren, sondern auch sulfidisieren. Beide Reaktionen sind im vorliegenden Fall jedoch unerwünscht, damit die elektrische Leitfähigkeit bzw. die reflektierende Eigenschaft der Metalloberfläche möglichst lange erhalten bleibt. Aus diesem Grund sollten die Nanopartikel einen Legierungsbestandteil zur Vermeidung einer Sulfidisierung aufweisen. Im Allgemeinen handelt es sich hierbei um einen Nebenlegierungsbestandteil, während der Hauptlegierungsbestandteil ein Metall mit einer möglichst guten elektrischen Leitfähigkeit sein sollte.
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Eine bevorzugte Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, dass die Nanopartikel in bzw. über eine Folie gegen atmosphärische oder andere äußerliche Einflüsse vor Oxidation, Sulfidisieren oder Zerstörung geschützt werden.
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Besonders günstige Ergebnisse, d.h., ein langfristiger Schutz gegenüber einem unerwünschten Oxidieren, Sulfatisieren, und damit eine langanhaltende Beständigkeit der Metalloberfläche, erhält man vor allem dann, wenn die Folie wasserdicht ist, aber derart perforiert, dass eine Dampfdiffusion nicht behindert wird.
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Weiterhin muss die Folie vor allem im Aussenbereich hitzebetändig sein sowie beständig gegenüber Sonnenlicht.
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Sie sollte so ausgelegt sein, dass sich die Konturen eines Untergrundes oder einer Wand, bspw. Gesimse usw., durch die Flexilbität der Folie gut abbilden lassen.
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Die Folie sollte matt sein und nicht glänzen, um die Architektur des Gebäudes nicht zu stören.
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Durch die Veringerung der Emission können je nach Zustand des Gebäudes Transmissionsverluste durch die Wände um 50 % - 70 % reduziert werden, was sich besonderes bei Renovierungen im Altbaubereich als günstig erweist.
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Im Innenbereich ist die Folie ebenfalls anzuwenden. Dadurch wird in der kalten Jahreszeit Wärme in den Raum zurück reflektiert, im Sommer ist eine derartige Folie auch für eine Kühlung verwendbar.
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Die gefühlte Wandtemperatur spielt hier eine wesentliche Rolle. Durch das Anbringen der Folie allein kann die Temperatur um bis zu 3° C angehoben werden, was gleichzeitig auch eine Energieeinsparung bedeutet.
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Beim Anbringen im Aussenbereich bedeutet das gleichzeitig, dass bei hochdämmenden Bauteilen durch das geringe Speichervermögen Taupunktunterschreitungen nicht zu vermeiden sind.
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Durch die IR-Folie wird die Oberflächentemperatur des Bauteils angehoben, was Taupunktunterschreitungen vermeidet und somit Algen- und Schimmelbefall verhindert.
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Auch das stellt eine Lösung dar und vermeidet den ökologisch schädlichen Einsatz von Giften bzw. Algiziden, die z. Z. noch großflächig eingesetzt werden.
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Im Rahmen einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Nanopartikel auf einem flexiblen Trägermaterial aufgetragen wie einer Folie oder einer Tapete. Dieses Trägermaterial kann dann an einem Untergrund befestigt werden, bspw. an einer Wand, Decke oder an einer Fensterscheibe.Die Folie sollte transparent sein, so dass der Blick auf den Untergrund nicht beeinträchtigt wird. Bei gestalterischen Gegebenheiten kann die Folie auch entsprechend farbig oder anders ausgelegt werden.
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Die erfindungsgemäßen Nanopatrikel sollten bei dieser Ausführungsform auf die schützende Unterseite, Sichtseite der Folie, Tapete od. dgl. aufgebracht werden, darauf dann die klebende Suspension oder klebende Schicht, sodass die Nanopartikel nicht gedeckelt werden. Außerdem sollten die erfindungsgemäßen Nanopartikel nicht unterhalb einer ggf. vorhandenen Schutzlackierung angeordnet sein, sondern auf jener. Diese Ausführung stellt eine selbstklebende Variante dar.
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Andererseits kann die mit Nanopartikeln applizierte Folie auch dadurch an einer Wand oder an einem sonstigen Untergrund befestigt werden, indem ein geigneter Kleber auf den Untergrund aufgebracht wird und die Folie in den Kleber eingearbeitet wird
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Bei einer anderen Ausführungsform sind die Nanopartikel auf einem festen Trägermaterial aufgetragen, wie einer Fliese oder einer Vertäfelung. Auch dieses Trägermaterial ist zur Montage an einer Wand, Decke oder einem sonstigen Untergrund vorgesehen. Auch bei dieser Ausführungsform sollten die erfindungsgemäßen Nanopatrikel auf der Sichtseite der Fliese, Vertäfelung od. dgl. frei liegend angeordnet sein, also nicht an der für eine Montage vorgesehenen Rückseite. Außerdem sollten die erfindungsgemäßen Nanopartikel nicht unterhalb einer ggf. vorhandenen Schutzlackierung angeordnet sein, sondern auf jener.
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Die Applikation der Nanopartikel an einem Trägermaterial kann durch Aufdampfen oder Aufsputtern erfolgen. Wichtig ist dabei, dass die Partikel beim Niederschlag möglichst nicht von einem weiteren Werkstoff od. dgl. bedeckt werden. Da dies normalerweise in einem abgesonderten Raum erfolgen muss, eignet sich diese Vorgehensweise vor allem für die werksseitige Herstellung von entsprechend ausgerüsteten, flexiblen oder festen Trägermaterialien.
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Eine andere Möglichkeit der Applikation besteht darin, dass die Nanopartikel in einer Suspension verteilt und mit dieser aufgesprüht oder aufgestrichen oder aufgerollt sind. Diese Technik kann auch vor Ort angewendet werden und eignet sich daher besonders für die Anwendung an einem ortsfesten Untergrund wie einer Wand, Decke od. dgl. Dennoch ist es auch möglich, damit flexible oder feste Trägermaterialien auszurüsten, insbesondere auch werksseitig.
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Dabei sollte eine derartige Suspension derart beschaffen sein, dass die flüssige Phase der Suspension an den freien Oberflächen der Nanopartikel vollständig verdunstet, so dass die Oberflächen der Nanopartikel sodann vollständig frei liegen.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass auf dem Untergrund oder Trägermaterial zunächst eine Haftschicht als Haftvermittler aufgetragen ist. Daraus folgt sodann eine mehrlagige Schicht, insbesondere mit der oberseitigen Schicht von Nanopartikeln, darunter die Haftschicht, und darunter ggf. das beschichtete Trägermaterial oder der beschichtete Untergrund. Die primäre Aufgabe der Haftschicht besteht darin, die später aufgebrachten, erfindungsgemäßen Nanopartikel dauerhaft festzuhalten und an das Trägermaterial oder den Untergrund zu binden.
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Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass die flüssige Phase der Suspension sich mit der Haftschicht verbindet, wodurch die Nanopartikel an dem Untergrund oder Trägermaterial fixiert sind. Sofern die - nicht verdunstenden - Anteile der flüssigen Phase der Suspension in der Lage sind, sich mit der Haftschicht zu verbinden, so kann damit eine Art „Verklebung“ der erfindungsgemäßen Nanopartikel mit dem Trägermaterial oder mit dem Untergrund erfolgen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
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Im Rahmen einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine fertig gebrannte Fliese mit einem Überzug aus Nanopartikeln ausgerüstet, vorzugsweise aus Silber-Nanopartikeln; dies kann werksseitig durch Aufsputtern (sputter deposition) in einer Sputter-Kammer erfolgen.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist eine transparente, selbstklebende Folie an ihrer nicht klebenden Vorderseite mit einem Überzug aus Silber-Nanopartikeln oder aus Nanopartikeln mit Silber als Hauptlegierungsbestandteil ausgerüstet; dies kann werksseitig durch Aufsputtern oder Aufdampfen erfolgen. Die dabei verwendeten Nanopartikel können aus einer Silber-Palladium-Legierung bestehen, bspw. mit folgenden Bestandteilen:
| 65 - 75 Gew.-% | Silber |
| 25 - 35 Gew.-% | Palladium |
| Rest | unvermeidbare Verunreinigungen. |
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Im Rahmen einer demgegenüber leicht abgewandelten Ausführungform der Erfindung ist auf die nicht klebende Vorderseite der transparenten, selbstklebenden Folie zunächst eine Haftschicht als Haftvermittler aufgetragen, und vorzugsweise vor dem Aushärten derselben wird unmittelbar darauf eine Schicht einer Suspension aufgetragen, deren flüssige Phase in der Lage ist, sich mit der Haftschicht zu einer aushärtenden Substanz zu verbinden, bspw. nach Art eines Zweikomponentenklebers. In der Suspension sind Nanopartikel, verteilt, die bspw. aus reinem Silber bestehen können oder wie in dem vorangehenden Beispiel aus einer Silber-Palladium-Legierung. Die Suspension kann auf auf die Haftschicht aufgesprüht, aufgestrichen oder aufgerollt sein. Diese Technik ist für alle Trägermaterialien geeignet.
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Bei einer wiederum abgewandelten Ausführungsform der Erfindung wird die Haftschicht und anschließend die Suspension nicht auf einem Trägermaterial appliziert, sondern vor Ort auf einem Untergrund aufgetragen. Dazu kann der Haftvermittler und/oder die Suspension als fertige, flüssige Substanz geliefert werden.