DE2154042C3 - Lichtdurchlässiger Körper variabler Transparenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen lichtdurchlässigen Körper variabler Transparenz mit mindestens einer Schicht thermofunktioneller Transparenz und mindestens einer unveränderlich lichtdurchlässigen Schicht.

Solche lichtdurchlässige, unter Wärmeeinfluß, z. B. Sonnenstrahlung, opak werdende Körper sind als Mehrschichtengläser, als Zellenglas, Wellglas, usw., sowie als Lichtkuppeln für Senkrecht- bzw. Dachverglasungen, ferner als Vorhänge, Folien, insbesondere selbstklebende Folien, von großer Bedeutung für den Sonnenschutz bei Industriebauten, Gewächshäusern, Büroräumen, Wohnräumen, etc., da sie bei Wegfall der Sonnenstrahlung automatisch wieder ihre volle ursprüngliche Transparenz annehmen und somit eine optimale Lichtausnützung gestatten. Durch ihr hohes Reflexionsvermögen im »umgeschlagenen« Zustand bewirken sie einerseits eine Kühlhalturig der Räume, andererseits sind sie ein Mittel zum Abhalten direkter Sonnenstrahlen von sonnenempfindlichen Gegenständen, z. B. von Pflanzen im Gartenbau. Das auftreffende direkte Sonnenlicht wird wie bei einer Verglasung aus Milchglas diffus gestreut, wobei wegen des extrem breiten Ausstrahlungswinkels, der sogar den des Milchglases übertrifft, eine besonders gleichmäßige

ίο Ausleuchtung der Räume erzielt wird.

Lichtdurchlässige Körper mit durch Eintrübung variabler Transparenz sind als Mehrschichtengläser mit thermoaktiver Zwischenschicht bereits im Handel. Ihre Zwischenschicht besteht aus teilweise acetalisiertem Polyvinylalkohol, an dessen freie Hydroxylgruppen Wasser und Hydratsalz durch Nebenvalenzen gebunden sind. Der locker gebundene Hydratmantel *■»<« Makromoleküls wird beim Überschreiten einer bestimmten, bei der Herstellung durch Zusatzstoffe einstellbaren Temperatur abgespalten, wobei das frei werdende Wasser in feinsten Tröpfchen im Kunststoff dispergiert wird; durch die Ausbildung heterogener Phasen mit stark divergierenden Brechungsindices kommt eine intensive Weißfärbung der Zwischenschicht zustande.

Der erfindungsgemäße Körper ist nun gekennzeichnet durch eine Schicht thermofunktioneller Transparenz, enthaltend oder bestehend aus hydratisierten Polymeren und/oder Copolymeren aus N-Vinyllactamen mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen im Molekül.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß Kunststoffe, bei denen die Bindung des Hydratmantels durch Nebenvalenzen vorzugsweise nicht an freie Hydroxylgruppen sondern andere elektronegative Gruppen, insbesondere an Carbonylgruppen stickstoffhaltiger Polymere erfolgt, gegenüber den erwähnten Stoffen eine Reihe von bedeutenden Vorteilen als Zwischenschichtmaterialien aufweisen. Der hervorstechendste ist die große Affinität dieser hydratisierten Polymeren zur Glas- bzw. Kunststoffoberfläche. Der aus ihnen gebildete Film zeigt eine überdurchschnittlich hohe Haftfestigkeit am Glas bzw. Kunstharz, und zwar auch dann, wenn die sogenannte Umschlagstemperatur, d. h. die Temperatur, bei welcher die Abspaltung des Hydratmantels erfolgt, überschritten wird. Dies ist ein Vorteil, der insbesondere bei Mehrschichtensilikatgläsern von größter Bedeutung ist, da für die oben erwähnten Anwendungsgebiete Sicherheitsglaseigenschaften gefordert werden und diese unter allen Umständen auch im umgeschlagenen Zustand der Gläser gewährleistet sein, müssen. Bei den bisher bekannten Gläsern mit Zwischenschichten, bei we'chen der Hydratmantel an OH-Gruppen gebunden ist, ist die SpPuerfestigkeit oberhalb des Umschlagpunktes nicht mehr ausreichend. Ein weiterer großer Vorteil dieser hohen Haftfestigkeit der erfindungsgemä-Ben Zwischenschichten an Silikatglas und Kunststoffen ist der, daß die mit derartigen Schichten gebildeten Laminate auch im umgeschlagenen Zustand mühelos geschnitten, gesägt, gebohrt und geschliffen werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich bei dieser Bearbeitung die thermoaktive Schicht vom Glas oder Kunststoff ablöst. Bei Mehrschichtensilikatglasscheiben besteht ein weiterer Vorteil darin, daß die Randversiegelung der Scheiben, die aus Gründen der Haltbarkeit der Gläser unbedingt erforderlich ist, durch die hohe Haftfestigkeit der Schicht an den Deckscheiben wesentlich erleichtert wird. Sie kann auch bei beträchtlicher Überschreitung des Umschlagpunktes, wie sie im Sommer vielfach vorkommt, erfolgen, während sie bei

den bisher bekannten Mehrschiehtengläsern mit veränderlicher Lichtdurchlässigkeit stets unterhalb des Umschlagspunktes erfolgen muß und daher im Hochsommer oft Schwierigkeiten macht. Diese Randyersiegelung wird ja in der Weise vorgenommen, daß in eine schichtfrei gelassene Nute ein polymerisierendes Harz eingepreßt und damit ein starker Vertikaldruck auf die Deckscheiben ausgeübt wird, so daß sich diese bei ungenügender Haftfestigkeit von der Zwischenschicht lösen können. Auch eine in Verbindung mit dem Harz aufgebrachte U-förmige Metall-Leiste kann diese Gefahr bei den bisher bekannten Gläsern nicht beseitigen.

Ein großer Vorteil der hydratisierten stickstoffhaltigen Polymeren gegenüber den bisher verwendeten Polymeren ist ferner ihr höherer Brechungsindex. Er hat zur Folge, daß bei gleichem Gehalt der Polymeren an dispergierten Wassertröpfchen und bei gleichem Verteilungsgrad derselben wegen der besonders hohen Divergenz der Brediungsindices von Wasser und Harz das Reflexions- und Strcuverrnögen der Zwischenschicht im umgeschlagenen Zustand beträchtlich höher ist als bei Zwischenschichten aus partiell acetalisiertem Polyvinylalkohol Aus diesem Grunde kann die Zwischenschicht auch dünner ausgebildet werden als bei diesen, was dank der Materialersparnis zu einer Verbilligung der Gegenstände führt

Als stickstoffhaltige Polymere mit zur Bindung des Hydratmantels durch Nebenvalenzen befähigten Carbonylgruppen kommen Polymere und Copolymere von N-Vinyllactamen f^;t mindestens 6 Kohlenstoffatomen in Frage, z.B.: Polymere von N-Vinylbutyrolactam, N-Vinylvalerolactam, N-Vinylcaproiactam, N-Vinylcapryllactam, N-Vinylhexahydrophvhaliraid, N-Vinylmethyloxazolidon, N-Vinyläthyloxazolidun, N-Vinylmor- pholidon, N-Vinyloxazidinon, N,N-Divinylimidazolidon, N-Vinylsuccinimid und/oder von Alkylderivaten derselben; sowie Copolymere der genannten Verbindungen untereinander oder mit Vinylestern, Vinyläthern, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylsäureester^ Methacrylsäu- reestem, Polymere und Copolymere können auch gemischt zur Anwendung kommen.

Die erwähnten Polymeren oder Mischpolymeren können für sich allein als zwischenschichtbildende Materialien verwendet werden, sie können aber auch mit neutralen oder auch mit anderen zur Thermokoagulation fähigen Stoffen verschnitten zu den erfindungsgemäßen Zwischenschichten verarbeitet werden, und zwar zweckmäßig unter Zusatz von wasserdampfdruckherabsetzenden, vorzugsweise hygroskopischen Sub- stanzen anorganischer und/oder organischer Natur. Als neutrale Verschnittstoffe eignen sich z. B. Polyvinylalkohole, insbesondere solche, die in einem Gemisch von Wasser und Alkohol löslich sind, deren Komplexverbindungen mit Borax und/oder Borsäure, ferner Polyacryl- säure, i'olyacrylate und Alginate, als zur Thermokoagulation fähige Stoffe vor allem partiell acetalisierte Polyvinylalkohole, die auch zur Korrektur des Umschlagspunktes herangezogen werden können. Durch den Verschnitt mit den genannten Stoffen wird eine noch feinere Dispersion der sich oberhalb der Umschlagstemperatur ausscheidenden Wassertröpfchen erreicht, so daß die Zwischenschicht wegen der starken Beugung der kurzwelligen Lichtstrahlen in der Draufsicht bläulichweiß erscheint.

Als wasserdampfdruckherabsetzende. hygroskopische Zusätze haben sich die Chloride und Nitrate des Calciums und Magnesiums, sowie die Chloride, Bromide und Nitrate des Lithiums bewährt, als hygroskopische organische Stoffe Glycerin, Milchsäureäthylester und andere. Besteht die neutrale Schicht des erfindungsgemäßen Körpers aus Kunststoff statt aus Silikatglas und ist daher mehr oder weniger wasserdampfdurchlässig, so werden als wasserdampfdruckherabsetzende hygroskopische Stoffe vorzugsweise Lithiumsalze, gegebenenfalls in Verbindung mit hygroskopischen organischen Stoffen, verwendet, und zwar in so hoher Konzentration, daß der mittlere Wasserdampfpartialdruck der Zwischenschicht unter dem mittleren Wasserdampfpartialdruck der umgebenden Atmosphäre liegt, und somit das Wasserdampfdruckgefälle im Mittel immer von außen nach innen verläuft Dies ist wegen der W.isserdampfdurchlässigkeit aller Kunststoffe eine unbedingte Notwendigkeit für die Erhaltung der Reaktionsfähigkeit der Schicht thermofunktioneller Transparenz.

Da die Koagulationstemperatur der hydratisierten Polymeren, wie sie die Erfindung vorsieht, d.h. der sogenannte Urnschtegpunkt, im allgemeinen nicht den praktischen Erfordernissen genügt, werden Stoffe zugesetzt, die ihre kolloide Löslichkeit in Wasser verändern, also als Regulatoren des Umschlagpunktes wirken. Als Beispiele für den Umschlagpunkt herabsetzende Zusatzstoffe seien genannt: Salze, vorzugsweise Hydratsalze, Benzylalkohol, Äthylhexandiol, Sorbit, organische und anorganische Säuren. Zweckmäßig werden solche Stoffe verwendet, deren Verdunstungszahl möglichst hoch liegt, damit bei freiliegender thermofunktioneller Schicht oder bei Verwendung von Kunststoffen als neutrale Schicht möglichst keine Konzentrationsänderung durch Verdunsten und damit eine Verschiebung des gewünschten Umschlagpunktes eintritt.

Um eine möglichst feindisperse Ausscheidung des frei werdenden Wassers im überschüssigen Kunststoff zu erreichen und das disperse System möglichst zu stabilisieren, werden der Lösung der Polymeren, d. h. der Gießlösung für die Herstellung der thermofunktionellen Schicht, in an sich bekannter Weise Schutzkolloide zugesetzt, wobei sich insbesondere in einem Wasser-Alkohol-Gemisch lösliche Polyvinylalkohole besonders bewährt haben. Auch hydrophile und/oder hydrophobe »Aerosile« können zur Stabilisierung des kolloiden Systems herangezogen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Körpers ist dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Schicht thermofunktioneller Transparenz versehener Körper mit Hilfe eines polymerisierenden Harzes oder mit Hilfe von Wasser und/oder eines oder mehrerer hydrophiler Weichmacher mit einem ebenso beschichteten oder einem unbeschichteten Körper verbunden wird.

Zur Herstellung planer Mehrschichtengläser geht man in der Praxis so vor, daß eine mit einer Schicht thermofunktioneller Transparenz in bekannter Weise versehene Scheibe klimatisiert und mit Hilfe von Wasser, einem hydrophilen Weichmacher oder deren Gemisch mit einer Deckscheibe vereinigt wird, wobei die Klimatisierung der genannten Schicht in einem beschleunigten Verfahren auch über einem Strom heißen Dampfes vorgenommen werden kann. Es ist jedoch auch möglich, die Vereinigung der klimatisierten Schicht mit einer Deckscheibe aus Silikatglas oder organischem Glas, z. B. Acrylatglas, mit Hilfe eines polymerisierenden Harzes, z. B. eines Acrylatharzes, vorzunehmen. Zwischen Schicht und Harz kann hierbei

eine neutrale Kunststoff-Folie angeordnet werden. Sie kann aus einer filmbildenden Lösung oder auch als fertige Folie auf die nach der Klimatisierung stark klebende Schicht durch Aufwalzen aufgebracht werden. Zur Herstellung von gewölbten Gegenständen, insbesondere Wellglas und Lichtkuppeln aus Kunststoff, haben sich die in den folgenden Beispielen beschriebenen Verfahrensweisen bewährt:

Beispiel 1

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Eine plane Kunststoffscheibe wird in bekannter Weise mit einer Schicht der Polymeren samt Zusatzstoffen versehen und diese soweit getrocknet, daß sie kein oder nur noch sehr wenig Wasser enthäh. Hierauf wird die so vorbereitete Scheibe mit Hilfe eines polymerisierenden Harzes, bei Acrylatscheiben zweckmäßig ein Acrylharz, mit einer ebenso beschichteten oder unbeschichteten Kunststoffdeckscheibe vereinigt Die so gebildete Verbundscheibe wird dann in der Hitze, bei Verwendung von Acrylatscheiban, z- B. bei 150 bis 160⁰C, nach den gebräuchlichen Methoden durch Oberdruck oder im Vakuum zu Lichtkuppeln, Wellglas oder anderen gewölbten Körpern verformt. Wegen des herrschenden Wasserdampfdruckgefälles von außen nach innen wird die zunächst reaktionslose Zwischenschicht nach einer mehr oder weniger langen Zeit, z. B. einigen Tagen, Wochen oder Monaten (je nach Dicke der Kunststoffdeckschichten und je nach dem in der umgebenden Atmosphäre herrschenden Wasserdampfpartialdruck) thermoaktiv; die für die Reaktionsfähigkeit der Zwischenschicht erforderliche Feuchtigkeitsaufnahme erfolgt also durch Diffusion durch die Kunstharzdeckscheiben. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die wie oben mit der Schicht thermofunktioneller Transparenz versehene Kunstharzscheibe, z. B. Acrylatglasscheibe, in der Weise mit einer Kunstharzdeckschicht, hier Acrylatschicht, zu versehen, daß man das Harz in anpolymerisierter Form aufbringt und zweckmäßig unter einer Glasabdeckung, die nach der Aushärtung des Harzes entfernt wird, zu Ende polymerisiert

Beispiel 2

Die Schicht aus den Polymeren nebst Zusatzstoffen wird auf die bereits verformten Gegenstände aus Silikatglas oder Kunststoff in Form einer Lösung derselben, vorzugsweise in organischen Lösungsmitteln, z, B, durch Aufgießen oder durch Tauchen, aufgebracht und in bekannter Weise mit einem Kunstharzüberzug oder bei unter Zuhilfenahme eines polymerisierenden Harzes mit einem entsprechend vorgeformten Deckstück, z. B. einem schalenförmigen Deckstflck bei Lichtkuppeln, versehen.

Beispiel 3

Bei Zellenglas oder doppelschaligen Kuppeln kann die Schicht thermofunktioneller Transparenz auch nur mit einer Lac.kschicht oder einer Folie abgedeckt werden oder auch u π abgedeckt bleiben, sofern bei neutralen Schichten aus Silikatglas wegen des hermetischen Abschlusses der Zelle oder bei unveränderlich lichtdurchlässigen Schichten aus kunststoff der Wasserdampfdruck der Schicht thermotui&tionefler Transparenz so eingestellt ist, daß er mit dem der umgebenden Atmosphäre im Mittel im Gleichgewicht steht

Beispiel 4

Bei flexiblen, unveränderlich lichtdurchlässigen Schichten erfolgt das Auftragen des Materials thermofunktioneller Transparenz nach den bekannten Beschichtungsverfahren.

Eine besonders interessante Anwendungsweise bei diesen reversibel opak werdenden Folien ergibt sich dadurch, daß sie in an sich bekannter Weise als selbstklebende Folien ausgebildet, d.h. mit einer bei Gebrauch abziehbaren Schutzfolie versehen werden und dort angebracht werden können, wo Sonnenschutz erwünscht ist

Auch die Verwendung der reversibel opak werdenden Folien als Vorhänge für Büro-, Wohn-, Sdiulräume, etc. ist von Interesse, da die Notwendigkeit des Zu- oder Aufziehens entfällt Daß sie auch mit dekorativen Mustern versehen werden können, liegt auf der Hand

Claims (6)

Patentansprüche: 2ί 54 042

1. Lichtdurchlässiger Körper variabler Transparenz, gekennzeichnet durch

A) mindestens eine Schicht thermofunktioneller Transparenz, bestehend aus hydratisierten Polymeren und/oder Copolymeren von Vinyllactamen mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen im Molekül, und

B) mindestens eine unveränderlich lichtdurchlässige Schicht

2. Lichtdurchlässiger Körper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen solchen Gehalt der Schicht A an hygroskopischen Stoffen, vorzugsweise Lithiumsalzen, gegebenenfalls zusammen mit hygroskopischen organischen Stoffen, daß der mittlere Wasserdampfpartialdruck der Schicht A unter dem mittleren Wasserdampfpartialdruck der umgebenden Atmosphäre liegt

3. Lichtdurchlässiger Körper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt der Schicht thermofunktioneller Transparenz an Stoffen, welche die Löslichkeit der Polymeren und/oder Copolymeren in Wasser zu ändern vermögen, z. B. Stoffen, die in den Polymeren und/oder Copolymeren löslich und in Wasser unlöslich oder schwerlöslich sind oder umgekehrt, oder die in der Kunststoff- und Wasserkomponente verschiedene Löslichkeit besitzen.

4. Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Körpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Schicht thermofunktiofleller Transparenz versehener Körper mit Hilfe eines polymerisierenden Harzes oder eines oder mehrerer hydrophiler Weichmacher mit einem ebenso beschichteten oder einem unbeschichteten Körper verbunden wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbundscheiben bei Verwendung von unveränderlich lichtdurchlässigen Schichten aus thermoplastischem Kunststoff in der Hitze zu beliebig geformten Körpern, z. B. Wellglas oder Lichtkuppeln, verformt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Material thermofunktioneller Transparenz als Lösung, vorzugsweise organische Lösung, auf einen beliebig geformten Gegenstand aufbringt und die daraus entstehende Schicht mit einer Kunststoffschicht abdeckt.