DE2544245A1

DE2544245A1 - Infrarot-reflektierendes verglasungsmaterial

Info

Publication number: DE2544245A1
Application number: DE19752544245
Authority: DE
Inventors: Peter Bauer; Udo Dipl Ing Dr Fischer; Ludwig Hosch
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1975-10-03
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1977-04-14
Also published as: FR2326549B1; NL7610912A; FR2326549A1; AT359720B; ATA515776A; IT1069666B; CA1085205A; US4090773A; DE2544245B2; DE2544245C3

Description

.Dr.Hh/Emra/9 **

Infrarot-reflektierendes Verglasungsmaterial

Die Erfindung betrifft ein Infrarotstrahlung reflektierendes Verglasungsmaterial für Gebäude oder Fahrzeuge. Es ist bekannt, für diesen Zweck Mineralglasscheiben mit einer dünnen aufgedampften Goldschicht zu verwenden. Die Dicke der Goldschicht ist dabei so bemessen, daß sie Licht im Infrarotbereich zu einem erheblichen Teil reflektiert und sichtbares Licht überwiegend durchläßt. Derartige Mineralglasscheiben sind schwierig herzustellen und niht für alle Anwendungszwecke geeignet. In Fällen, in denen die Scheiben einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt werden, kann die Goldschicht leicht zerstört werden. Besonders empfindlich sind derartige Goldschichten auf Scheiben aus organischem Glas. Wenn die Scheiben gekrümmt oder dreidimensional gewölbt sind, ist eine gleichmäßige Bedampfung mit Gold besonders schwierig zu erreichen. Aus den genannten Gründen werden infrarot-reflektierende Verglasungsmaterialien bisher in vielen Fällen nicht angewendet, wo sie an sich wünschenswert wären, so z.B. in Sheddächern oder Lichtkuppeln aus Acrylglas oder an gewölbten Oberscheiben von Autobussen oder Passagierschiffen. Für die genannten Zwecke ist eine völlige Klarheit der Scheiben nicht unbedingt erforderlich:; eine Lichtstreuwirkung ist sogar in manchen Fällen erwünscht.

Es ist weiterhin auch bekannt, Scheiben aus Polymethylmethacrylat mit einem Gehalt an sogenannten Perlglanzpigmenten herzustellen, die oberflächenparallel ausgerichtet sind. Derartige Scheiben mit einem weißen oder gegebenenfalls farbigen Perlglanzeffekt

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werden bisher ausschließlich für Knöpfe, Schnallen, Kämme und ähnliche Modeartikel verwendet, wo allein von ihrem dekorativen Aussehen Gebrauch gemacht wird. Dagegen ist es noch nicht bekannt geworden, derartige Scheiben für Verglasungs zwecke einzusetzen. Es wurde nun gefunden, daß derartige Scheiben mit bestimmten Arten von Perlglanzpigmenten infrarote Strahlung weitgehend reflektieren. Mit Hilfe derartiger Scheiben wird erfindungsgemäß die Aufgabe gelöst, Gebäude oder Fahrzeuge mit einem infrarot-reflektierenden, für sichtbares Licht durchlässigen Material zu verglasen.

Gegenstand der Erfindung ist demnach die Verwendung von Scheiben aus Polymethylmethacrylat mit einem Gehalt an lichtreflektierenden, parallel zur Scheibenoberfläche ausgerichteten Teilchen mit einer Dicke d und einem Brechungsindex η (für IR-Licht einer Wellenlänge von 800 bis I5OO nm), wobei zwischen diesen Größen die Beziehung

d = (0,2 bis 0,4)i· [um] gilt, als Verglasungsmaterial für Gebäude oder Fahrzeuge.

Physikalisch beruht die Infrarotreflexion auf einer doppelten Reflexion des Lichtes an der Ober- und Unterseite der oberflächenparallel ausgerichteten Teilchen. Je nach der Dicke und der Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes können sich die an der Oberseite und an der Unterseite des Teilchens reflektierten Strahlen durch Interferenz entweder verstärken oder auslöschen. Eine Verstärkung der reflektierten Strahlung tritt ein, wenn

d = (2 x-1) λ _rA η

ist, wobei d die Dicke des Teilchens, χ = 1, X^ die Wellenlänge der reflektierten Strahlung und η der Brechungsindex des Teilchens bei dieser Wellenlänge ist.Dagegen tritt Auslöschung bzw. Abschwächung des reflektierten

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Lichtstrahles ein, wenn

d = (x-1) λ _t/2 η

ist, wobei hier χ = 2 gilt und Λ, die Wellenlänge des Lichtes ist, das in diesem Falle nicht reflektiert, sondern durchgelassen wird. Aus einer Verbindung der beiden Gleichungen ergibt sich

X_r = 2 X_t .

Daraus folgt, daß bei einer bestimmten Schichtdicke d Licht der Wellenlänge Λ am stärksten reflektiert wird und Licht der halb so großen Wellenlänge -\, am stärksten durchgelassen wird. Die Parbeffekte, die man mit derartigen Pigmenten erzielt, beruhen darauf, daß bei geeigneter Schichtdicke d die Wellenlänge λ, in den sichtbaren Bereich fällt, Licht dieser Wellenlänge wird also nicht oder in verringertem Maße reflektiert. Das von dem Perlglanzpigment reflektierte Licht enthält nur noch die an den Teilchen reflektierten Wellenlängen, die eine komplementäre Farbe zu dem durchgelassenen Licht bilden. Dieser Effekt ist im Falle der erfindungsgemäßen Verwendung nebensächlich. Die Dicke der Teilchen ist erfindungsgemäß so gewählt, daß das durch das Teilchen hindurchtretende Licht in den sichtbaren Bereich und das von dem Teilchen am stärksten reflektierte Licht in den Infrarotbereich fällt. Dadurch wird der Anteil der Wärmestrahlung des Sonnenlichtes, der durch die Verglasung in den dahinterliegenden Innenraum eindringt, beträchtlich vermindert, während das sichtbare Licht verhältnismäßig wenig abgeschwächt wird.

Es sind verschiedene Pigmente bekannt, die das beanspruchte Verhältnis von Dicke und Brechungsindex erfüllen. Dazu gehören Titandioxyd, insbesondere vom Anatas-Typ, basisches Blei-

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carbonat oder Wismutoxychlorid. Besonders vorteilhaft ist Titandioxyd, das auf Glimmerteilchen oder ähnlichen blättchenförmigen Mineralstoffen in definierter Schichtdicke niedergeschlagen wurde. Als Schichtdicke d gilt dann nur die TiO₂-Schicht, nicht die Unterlage aus Glimmer. Dieses Pigment ergibt lichtstreuende Scheiben, die für alle Arten von Dachverglasungen und Oberlichtern besonders gut geeignet sind. Ebenso wie zur Erzielung des Perlglanzeffektes ist es auch für die Infrarotreflexion wichtig, daß die Teilchen eine möglichst ebene Oberfläche, eine in sich, sowie im Vergleich mit anderen Teilchen möglichst gleichmäßige Schichtdicke und eine nicht zu geringe Größe haben. Die Teilchenränder wirken lichtstreuend, wodurch der angestrebte Reflexionseffekt vermindert wird. Die Teilchen sollen andererseits auch nicht so groß sein, daß sie mit bloßem Auge erkennbar sind, weil die Platte dann in der Aufsicht und in der Durchsicht ungleichmäßig wirkt. .

Die Teilchen können auf verschiedene Weise in das Polymethylmethacrylat eingebracht werden. Man kann das Pigment in dem monomeren oder teilweise polymerisierten Methacrylsäuremethylester dispergieren und die Suspension in an sicb^bekannter Weise zwischen zwei Glasplatten oder dergl. polymerisieren, wobei jedoch die Teilchen jede beliebige Lage einnehmen. Sie werden parallel zur Plattenoberfläche ausgerichtet, wenn man die Kammerwände, zwischen denen das Material polymerisiert, vor dem Übergang in den Gelzustand parallel gegeneinander bewegt. Bei der Herstellung von Formmassen ist dieser Arbeitsgang entbehrlich. Man erhält eine Formmasse, in der das Pigment noch nicht orientiert ist. Bei der Verarbeitung durch Kalandrieren, Extrudieren oder Spritzgießen werden die Teilchen weitgehend oberflächenparallel ausgerichtet. Auch durch zweidimensionales Recken einer entsprechenden Kunststoffscheibe können die Pigmentteilchen orientiert bzw. kann eine teilweise Orientierung verstärkt werden.

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Eine vollständige Orientierung sämtlicher Pigmentteilchen ist nicht erforderlich. Wenn die Platte durch Polymerisation einer waagerechten Schicht erzeu ;t worden ist, ist der Anteil der oberflächenparallel ausgerichteten Pigmentteilchen infolge eines natürlichen Absetzvorganges größer als statistisch zu erwarten wäre. Der dadurch hervorgerufene Reflexionseffekt ist für viele Zwecke ausreichend. Er wird deutlich verstärkt, wenn wenigstens die Pigmentteilchen in einer dünnen Schicht nahe der Oberfläche parallel zu dieser ausgerichtet werden. Die anzuwendende Menge des Pigmentes richtet sich nach der gewünschten Stärke des Effektes, sowie nach dem Orientierungsgrad. Anteile von 0,01 bis 1 % sind in der Regel ausreichend. Mit zunehmendem Pigmentgehalt steigt zwar die Infrarotreflexion, jedoch geht infolge Lichtabsorption die Gesamtlichtdurchlässigkeit zurück.

Die Wirkung des infrarot reflektierenden Pigmentzusatzes wird am Beispiel einer Platte aus Polymethylmethacrylat mit 0,6 % eines mit Titandioxyd beschichteten Glimmers mit einer TiOp-Schichtdicke von etwa 120 um Dicke anschaulich gemacht. Der Anteil des sichtbaren Lichtes von 500 nm, der die Platte durchdringt, beträgt 64 % des auffallenden Lichtes dieser Wellenlänge. Dagegen wird das auffallende Infrarotlicht einer Wellenlänge von 1000 nm nur zu 27 % durchgelassen.

Die mit dem infrarotreflektierenden Pigment versehenen Methacrylatecheiben können in an sich bekannter Weise gekrümmt, gebogen oder zu Lichtkuppeln und dergl. verformt werden. Die hohe Witterungsbestandigkeit des Kunststoffes wird durch den Pigmentzusatz nicht beeinträchtigt. Die Reflexionswirkung geht weder unter dem Einfluß lang dauernder Bewitterung noch durch mechanische Beschädigung der Oberfläche verloren. Weitere in Polymethylmethacrylat gebräuchliche Zusätze, wie UV-Absorber, lösliche Farbstoffe, zusätzliche Trübungsmittel in Form von Pigmenten oder Polystyrolteilchen können in üblicher Weise mitverwendet werden. Ebenso können anstelle von reinem Polymethylmethacrylat Mischpolymerisate verwendet werden, die neben Methylmethacrylat

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geringe Mengen an anderen Comonomeren enthalten. Neben der Verwendung als Verglasungsseheibe in üblichen Fenstern, gehören auch solche Verwendungen zum Umfang der Erfindung, in denen das Material mehr oder weniger den Charakter eines konstruktiven Bauelements besitzt. Hier sind vor allem Hohlprofilplatten zu nennen, die durch Extrusion hergestellt werden und aus zwei ebenen Außenflächen und senkrecht dazwischen angeordneten VerbindungsStegen bestehen. Derartige Hohlplatten können als Pensterverglasung verwendet werden, aber auch die wesentlichen Wandelemente von z.B. Gewächshäusern oder Schwimmhallen bilden. Die bevorzugte Verwendung ist die Verglasung von Dachoberlichtern mit kuppeiförmig gewölbten Elementen. In allen Fällen wird nicht nur eine übermäßige Erwärmung des verglasten Innenraumes durch starke Sonneneinstrahlung vermieden, sondern auch der Wärmeverlust aus dem Innenraum durch Warmeabstrahlung spürbar vermindert.

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GmbH Darmstadt - % - Beispiele Beispiel 1

Methacrylsäuremethylester wird bis zu einer sirupartigen Konsistenz vorpolymerisiert. 0,3 Gew.-%, bezogen auf den vorpolymerisierten Ester, eines handelsüblichen Glanzpigmentes, das aus Glimmerblättchen mit einer 120 nm dicken TiOp-Schicht (Anatas-Typ) besteht, werden vorsichtig eingerührt. Um die Zerstörung der Pigmentteilchen beim Anrühren zu vermeiden, kann das Pigment zunächst mit der gleichen Gewichtsmenge eines Weichmachers, wie Dibutylphthalat, vermischt und die Paste in das Vorpolymerisat eingerührt werden. Das Gemisch wird in bekannter Weise in einer 6 mm dicken Schicht zwischen zwei Glasscheiben und einer am Rand umlaufenden Dichtungsschnur polymerisiert. Die Polymerisationstemperatur beträgt anfangs etwa 6o° und wird gegen Ende auf 120° gesteigert.

Die erhaltene, 5 mm dicke Platte ist im auffallenden Licht rosa und zeigt einen schwachen, leicht wolkigen Perlglanzeffekt. Das durchfallende Licht ist schwach blau-grün gefärbt. Der spektrale Transmissionsgrad im sichtbaren Bereich (T) und der spektrale Gesamtstrahlungstransmissionsgrad ("c' ) werden ermittelt. Der Quotient aus diesen Größen ist die Selektivitätskennzahl (SKZ ^t /τ? ). Diese ist umso

G Θ

größer, je höher der Transmissionsgrad des sichtbaren Lichtes im Verhältnis zum Transmissionsgrad des gesamten Sonnenlichtes einschließlich der Infrarotstrahlung ist. Eine hohe SKZ bedeutet demnach eine gute Infrarotreflexion an der Scheibe. Im vorliegenden Falle wird eine SKZ von 1,33 1,36 ermittelt.

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röhm ^25U24S

GmbH Darmstadt Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird die Polymerisation kurz vor dem Zeitpunkt, in dem das polymerisierende Gemisch den Gelzustand erreicht, unterbrochen. Die Klammern werden entfernt und die Glasplatten werden mit der das hochviskose Präpolymerisat umgebenden Dichtungsschnur parallel zueinander einige Male kreisend bewegt. Anschließend wird die Polymerisation bis zum vollständigen Umsatz fortgesetzt. Die erhaltene Platte zeigt im auffallenden Licht einen kräftigen rosa Satin-Effekt. Die SKZ wird zu 1,46 ermittelt.

Beispiel

Das Verfahren gemäß Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch wird dem Ausgangsgemisch eine kolloidale Aufschlämmung von 0,01 %, bezogen auf das Gewicht des Vorpolymerisats, Ruß zugesetzt. Die SKZ wird dadurch weiter erhöht.

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Claims

Patentanspruch

Verwendung von Scheiben aus Polymethylmethacrylat mit einem Gehalt an lichtreflektierenden, parallel zur Scheibenoberfläche ausgerichteten Teilchen mit einer Dicke d und einem Brechungsindex η (für IR-Licht einer Wellenlänge von 800 bis I5OO nm), wobei zwischen diesen Größen die Beziehung

d = (0,2 bis 0,4) i [um] gilt, als Verglasungsmaterial für Gebäude oder Fahrzeuge.

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