DE3709208A1 - Spiegelanordnung, verwendung und verfahren zur herstellung einer derartigen anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Spiegelanordnung umfassend eine mit einem Metallfilm beschichtete Kunststoff-Folie sowie auf deren Verwendung und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Es sind Spiegelanordnungen bekannt, welche eine mit einem Metallfilm beschichtete Kunststoff-Folie umfassen, welche zur Herstellung z. B. eines Konzentrationsspiegels über einen Tragrahmen gespannt und unter der Einwirkung von Unterdruck deformiert wird. Hierbei ist es bekannt, z. B. versilberte Polyester- oder Acrylfolien zu verwenden. Diese vorbekannten Anordnungen werden aber den an sie zu richtenden Anforderungen jeweils allenfalls teilweise gerecht, weshalb sie in mancher Beziehung herkömmliche Metall- oder Glasspiegel nicht vollwertig ersetzen können.

Beispielsweise weisen versilberte Polyesterfolien sehr gute Transmissions- und Reflexionswerte sowie eine hohe mechanische Zugfestigkeit auf. Demgegenüber ist deren Witterungsbeständigkeit, insbesondere deren Strahlenfestigkeit, jedoch zeitlich sehr begrenzt und die Weiterreißfestigkeit bei einer punktuellen Verletzung des Folienverbundes nicht ausreichend und ein elastischer Verformungsbereich praktisch nicht vorhanden. Andererseits ist eine Spiegelfolie auf Acrylbasis zwar weitgehend strahlungs- und witterungsbeständig und von den optischen Werten her genügend, jedoch äußerst kratzempfindlich, und ohne die erforderliche mechanische Festigkeit und Elastizität.

Ähnliche Einschränkungen gelten für sämtliche vergleichbare Spiegelanordnungen. Dementsprechend wurden solche Anordnungen bisher im wesentlichen lediglich zu Dekorationszwecken in Innenräumen verwendet, während bei einem Einsatz im Außenbereich eine relativ kurze Lebensdauer in Kauf genommen werden mußte. Dementsprechend war der Einsatz derartiger herkömmlicher Spiegelanordnungen für so wichtige Anwendungsbereiche wie Straßenverkehrsspiegel, astronomische Spiegel, Radiomikrowellensender- und Empfangsspiegel, Solarenergiespiegel, Spiegelanordnungen in optischen Präzisionsgeräten, Schutzschilder gegen Wärmestrahlung usw. nicht möglich.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spiegelanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie in möglichst optimaler Weise günstige optische und mechanische Eigenschaften vereint, sowie ein Herstellungsverfahren und bevorzugte Verwendungen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Verbund umfassend eine Deckschicht aus einem Fluorpolymeren und eine Trägerschicht aus einer mechanisch belastbaren Kunststoff-Folie. Zwischen diesen beiden Folien ist der reflektierende Metallfilm angebracht.

Ein derartiger Verbund stellt sicher, daß zur Strahlungseinfallseite hin durch das Fluorpolymere hervorragende optische Eigenschaften, d. h. insbesondere eine sehr gute Transmission, und durch die Trägerfolie die geforderte mechanische Festigkeit erzielt werden. Die Vorteile eines derartigen Folien-Verbunds gegenüber herkömmlichen Spiegelanordnungen kommen besonders dort zum Tragen, wo großflächige Sammelspiegeleinrichtungen zur Konzentration von Strahlung geringer Intensität benötigt werden, wie beispielsweise bei astronomischen Spiegeln oder Sonnenenergiekonzentratoren.

Die grundsätzlichen Vorteile einer derartigen Anordnung liegen in einem sehr niedrigen Flächengewicht im Vergleich zu Glas- oder Metallspiegeln und damit einer günstigen Transportierbarkeit, weiterhin in der Möglichkeit der Erzeugung von äußerst planen, ebenen Spiegeln durch Einspannung in mechanische Spannrahmen unter zweidimensionaler, isotroper Vordehnung innerhalb des elastischen Bereiches, in der Möglichkeit der Schaffung verschiedener Sammel- oder Streuspiegel-Konfigurationen durch Verformung unter Unter- oder Überdruck (vgl. z. B. DE-OS 33 44 195), in der Möglichkeit der Ausbildung von Vario-Optiken mit Brennweitenänderungen durch Änderung der angreifenden verformten Kräfte und letztlich in der Möglichkeit der einfachen Reparatur von Schadstellen durch Überkleben mit einem transparenten Klebeband aus demselben Folienverbund.

Eine Spiegelanordnung mit einem derartigen Folienverbund zeichnet sich aus durch eine sehr hohe Beständigkeit gegen elektromagnetische Strahlung einschließlich Licht der verschiedenen Wellenlängen, was durch die Verwendung eines Fluorpolymeren gewährleistet ist, durch eine thermische Beständigkeit in einem Temperaturbereich von ca. -5°C bis 150°C, durch Beständigkeit gegen Chemikalien und Lösungsmittel, durch eine aufgrund des Trägermaterials bedingte hohe mechanische Stabilität, insbesondere hohe Weiterreißfestigkeit, durch antiadhesive Eigenschaften sowie durch eine elastische Verformbarkeit in einem weiten Dehnungsbereich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Trägerschicht ebenfalls ein Fluorpolymer ist. Dabei wird vorteilhafterweise als Fluorpolymer ein Fluorthermoplast verwendet, insbesondere PVF, PVDF, FEP, TFA, PFA, ECTFE, ETFE oder TFB.

Die Trägerschichten können außer aus den vorstehend genannten Materialien auch aus thermoplastisch nicht verarbeitbaren Materialien, z. B. Polytetrafluoräthylen (PTFE), hergestellt sein.

Die Auswahl des Deckschichtmaterials richtet sich nach den geforderten spezifischen Eigenschaften des Verbundes und nach der gewünschten Verarbeitungstechnik.

Prinzipiell könnten für die Deckschicht alle vorstehend erwähnten Fluorpolymere ebenso wie das thermoplastisch nicht verarbeitbare PTFE verwendet werden, wobei neben den vorstehend beschriebenen anzustrebenden Eigenschaften zu berücksichtigen ist, daß eine ausreichende Haftung auf dem reflektierenden Metallfilm erreicht wird.

Der Auftrag der Deckschicht oder der Trägerschichten kann durch Laminieren von Folien, durch Beschichten aus der Schmelze im Falle von Fluorthermoplasten, aus wäßrigen oder organischen Dispersionen oder besonders günstig aus organischen Lösungen über Lacksysteme erfolgen. Letzteres setzt naturgemäß eine Löslichkeit des eingesetzten Fluorpolymeren voraus, wie es beispielsweise bei den Copolymerisaten des PVDF und vor allem bei den Terpolymeren des Typs TFB gegeben ist.

Die Schichtdicke der Deckschichten ist abhängig von der jeweiligen Verwendung und den angestrebten optischen und mechanischen Eigenschaften und liegt vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen 20 und 100 µm Dicke.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Deckschicht aus dem gleichen Fluorpolymeren besteht wie die Trägerschicht, um ein ausgeglichenes mechanisches Verhalten des Verbundes zu erhalten. Die Trägerschicht kann gegebenenfalls zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften faserverstärkt sein.

Die Trägerschicht kann vor dem Aufbringen des Metallfilms zur Verbesserung der Haftung an der Oberfläche aktiviert werden, z. B. durch Anätzen, Beflammen, elektrische Glimmentladung und dgl.

Alternativ zu einer Trägerfolie aus einem Fluorpolymer kann im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein, eine Folie aus einem Polyolefin, Polyethylen, Polypropylen, Polyester, chlorierten Polyolefin, Polyterephtalat oder einer Kombination hiervon.

Der Metallfilm kann ein Goldfilm oder Chromfilm sein, wobei vorzugsweise aber Silber- und Aluminiumfilme verwendet werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer Spiegelanordnung mit einem Aluminiumfilm, wobei der Folienverbund als Konzentrationsspiegel ausgebildet ist, zur Erzeugung konzentrierter UV-Strahlung. Dabei macht man sich die sehr guten Reflexionseigenschaften von Aluminium im kurzwelligen UV-Bereich in Kombination mit der hohen Transparenz von Fluorpolymeren für Strahlung dieser Wellenlänge zunutze.

Besonders günstig ist die Verwendung einer derartigen Spiegelanordnung zur Abtötung von Bakterien od. dgl. in Trink- oder Brauchwasser. Auf diese Weise ist es möglich, gerade in sonnenreichen Gebieten, wo die Desinfektion des zur Verfügung stehenden Wassers ein besonders gravierendes Problem bei der Trinkwassererzeugung darstellt, die dort vorhandene Sonnenenergie zur kostengünstigen Desinfektion auszunutzen.

Im übrigen gibt es weitere Einsatzbereiche für konzentrierte, relativ kurzwellige UV-Strahlung z. B. zur Aushärtung von Materialien oder zur Förderung fotokatalytischer Reaktionen.

Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegelanordnung der vorstehend beschriebenen Art, wobei vorgesehen ist, daß der Folien-Verbund, über einen Tragrahmen gespannt, mittels Unter- oder Überdruck bis zum Erreichen der gewünschten optischen Spielkonfiguration geformt wird und daß dann die so erzielte Formgebung fixiert wird.

Hierzu kann günstigerweise vorgesehen sein, daß der Folien-Verbund eine Folie umfaßt, die unter dem Einfluß von Wärme oder Strahlung aushärtbar ist.

Alternativ ist es auch denkbar, zur Formfixierung eine aushärtende Beschichtung aufzubringen, z. B. gegebenenfalls glasfaserverstärktes Polyesterharz.

Ein nach dem vorstehenden Verfahren oder anderweitig hergestellter Folien-Verbund kann nach der Fertigstellung mit einem Lacküberzug versehen werden, mit dessen Hilfe z. B. über eine Tauchlackierung oder in einem elektrostatischen Verfahren insbesondere die Kantenbereiche zusätzlich geschützt werden.

Weiterhin können als zusätzliche Schichten Interferrenz- Antireflexionsschichten zur Reduktion der partiellen Reflexionsverluste und somit zur Erhöhung des Transmissionsgrades sowie selektive Transmissionsschichten zur Herausfilterung nicht erwünschter Wellenlängenbereiche und letztlich transparente Antiabrieb- und Antistatikschichten vorgesehen sein.

Die Deckschicht kann so ausgestaltet werden, daß sie eine variable Transmission in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke aufweist, was für Gebäude-Beleuchtungssysteme mit automatischer Anpassung an das Beleuchtungsniveau vorteilhaft sein kann. Weiterhin kann die Spiegelträgerschicht eine definierte Rauhigkeit zur Erzeugung eines absichtlich diffusen Lichtes aufweisen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben.

Der grundsätzliche Aufbau des Folien-Verbundes einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt:

Aufbau

DeckschichtC MetallschichtB TrägerschichtA

Trägerschicht A:
Fluorpolymeres oder fluorfreies Polymeres

Deckschicht C:
Fluorpolymeres

Als Trägerschicht (A) und im Prinzip auch als Deckschicht (C) kommen die Folienprodukte gemäß der folgenden Tabelle 2 in Betracht:

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele für einen erfindungsgemäßen Folien-Verbund und dessen Herstellung näher beschrieben:

Ausführungsbeispiele 1. Beispiel: PTFE/TFA

Trägerschicht PTFE (A)
Metallschicht Aluminium (B)
Deckschicht TFA (C)

Eine handelsübliche Schälfolie aus PTFE (Hostaflon TF/HOECHST AG) mit 0,5 mm Dicke wurde einseitig mit einer Ätzlösung aus metallischem Natrium in flüssigem Ammoniak (1% Natrium) oberflächig angeätzt und im Hochvakuum mit Aluminium bedampft.

Die so einseitig metallisierte PTFE-Folie wurde nun auf der Metallschicht durch Beschichten mit einer handelsüblichen wäßrigen Dispersion TFA (Hostaflon TFA X 6900/HOECHST AG) mit einer ca. 25 µm dicken Schicht versehen und nach dem Trocknen bei 340°C zum Verschmelzen gebracht. Der Verbund zeigt folgende Eigenschaften:

Reißfestigkeit:28 N/mm² Reißdehnung:300% Streckspannung:12 N/mm² Reflexion:380-780 nm% Bewitterungstest:1000 Stunden Xenotest:keine Veränderung

physikalische Eigenschaften:

Temperatureinsatzber.: -190°C + 260°C

2. Beispiel: ETFE/TFB

Trägerschicht ETFE (A)
Metallschicht Silber (B)
Deckschicht TFB (C)

Eine handelsübliche unverstreckte ETFE-Folie - Handelsname Hostaflon ET/HOECHST AG - in 100 µm Dicke wurde im Hochvakuum mit Silber bedampft (Dicke Silberschicht: 300 Å). Anschließend wurde auf einer Lackiermaschine durch Rakeln eine 10 Gew.-%-Lösung von ®Hostaflon TFB X 7200 (Terpolymeres) aus TFE-HFP-VDF, Schmelzbereich ∼120-130°C aufgebracht, das aus Ketonen (MiBK/MEK) bestehende Lösemittel abgetrocknet und schließlich der Verbund bei 160-200°C getrocknet.

Es wurde eine extrem transparente, hochglänzende Deckschicht mit 20 µm Dicke erhalten.

Die aufgebrachte Deckschicht aus TFB X 7200 (®Hostaflon TFB/HOECHST AG) zeigte eine extrem gute Haftung von ca. 30 N/cm (Schälwiderstand) und als abgelöste Folie eine Transmission im sichtbaren Bereich von 380-780 nm von 97%.

Der Verbund zeigte folgende physikalische Eigenschaften:

Reißfestigkeit:52 N/mm² Reißdehnung:450% Streckspannung:24 N/mm² Reflexion:380-780 nm% Bewitterungstest:1000 Stunden Xenotest:keine Veränderung Thermoschwund:150°C
<1% längs/quer

3. Beispiel: ETFE/ETFE

Trägerschicht ETFE (A)
Metallschicht Aluminium (B)
Deckschicht ETFE (C)

Eine handelsübliche ETFE-Folie (Hostaflon ET) in 100 µm-Dicke wurde im Hochvakuum mit Aluminium bedampft. Die so vorbereitete metallisierte ETFE-Folie wurde in einer Schmelzbeschichtungsanlage aus der Schmelze heraus mit einem handelsüblichen ETFE des Typs Hostaflon ET 6235 (HOECHST) bei einer Schmelztemperatur von 330°C schmelzbeschichtet, wobei die Unterseite der Trägerfolie auf ca. 200°C gehalten wurde. Es resultierte ein hochfester Verbund mit insgesamt 150 µm Dicke.

Eine Deckschicht zeigte abgelöst im sichtbaren Bereich von 380-780 nm eine Transmission von 96%. Die Reflexion betrug im gleichen Bereich 90%.

4. Beispiel TFB/TFB

Trägerschicht TFB (A)
Metallschicht Aluminium (B)
Deckschicht TFB (C)

Eine handelsübliche TFB-Folie in 0,3 mm Dicke der Fa. NOWOFOL/Siegsdorf in 1000 m Breite des Typs Hostaflon TFB X 7100 mit einem Schmelzbereich von 170-180°C wurde wie üblich mit Aluminium im Hochvakuum metallisiert.

Die einseitig metallisierte TFB-Folie wurde nun in einer Tauchbeschichtungsanlage mit einer 5 Gew.-% Lösung von Hostaflon ZFB X 7200 (Schmelzpunkt 120°C) bei Raumtemperatur 2× beschichtet und bei 120-130°C getrocknet.

Es resultierte eine 325 µm dicke Verbund-Folie mit folgenden Eigenschaften:

Reißfestigkeit:28 N/mm Reißdehnung:400% E-Modul: (Schubmodul):250 N/mm Reflexion:380-780°C Bewitterungstest:1000 Stunden Xenotest:keine Veränderungen

5. Beispiel

Aufbau:
Trägerschicht (A) Polyester/Polyethylenterephtalat (PET)
Metallschicht (B) Aluminium
Deckschicht (C) TFB X 7100

Eine handelsübliche Polyesterfolie (PET) des Typs RN, Handelsname ®Hostaphan/KALLE/HOECHST AG in 25 µm Dicke wurde zunächst beidseitig im Vakuum mit Aluminium bedampft.

Die so vorbereitete Trägerfolie zeigte folgende Richtwerte:

Reißfestigkeit:250 N/mm² Reißdehnung:110% E-Modul:4200 N/mm² Temperatureinsatzbereich:-190°C bis -150°C Reflexionsgrad:380-780 nm%

Unmittelbar nach dem Bedampfungsvorgang wurde die Folie beidseitig mehrmals durch Tauchbeschichtung in einer Lösung von 7 Gew.-% in MiBK eines Terpolymeren bestehend aus Tetrafluorethylen - Hexafluorpropen - Vinylidenfluorid mit einem Schmelzbereich von 120°C beschichtet und schließlich bei 160°C thermisch behandelt.

Es wurde eine beidseitig reflektierende Folie mit einer Gesamtdicke von 80 µm erhalten, die bei einer künstlichen Bewitterung von 1000 Stunden im Xenotest/ Fa. Hanau) keinerlei physikalische Veränderungen zeigte.

Die auf diese Weise gewonnene Verbundfolie zeigte eine ausgezeichnete Planlage und ließ sich ohne weitere Vorbehandlung ausgezeichnet mittels eines Polyurethanklebers auf eine plane Aluminiumplattenstruktur verkleben und ergab damit einen Planspiegel mit guten optischen Eigenschaften.

Claims (13)

1. Spiegelanordnung umfassend eine mit einem Metallfilm beschichtete Kunststoff-Folie, gekennzeichnet durch einen Folien-Verbund, umfassend wenigstens eine Deckschicht aus einem Fluorpolymeren und wenigstens eine Trägerschicht aus einem mechanisch belastbaren Kunststoff.

2. Spiegelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht ebenfalls ein Fluorpolymeres ist.

3. Spiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorpolymere ein Thermoplast ist.

4. Spiegelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorthermoplast PVF, PVDF, FEP, TFA, PFA, ICTFE, ITFE oder TFB ist.

5. Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus dem gleichen Flourpolymeren besteht wie die Trägerschicht.

6. Spiegelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus einem Polyolefin, Polyäther, Polypropylen, Polyester, chlorierten Polyolefin, Polyterephtalat oder einer Kombination hiervon besteht.

7. Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm ein Silberfilm ist.

8. Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm ein Aluminiumfilm ist.

9. Verwendung einer Spiegelanordnung nach Anspruch 8, wobei der Folien-Verbund als Konzentrationsspiegel ausgebildet ist, zur Erzeugung konzentrierter UV-Strahlung.

10. Verwendung einer Spiegelanordnung nach Anspruch 8, wobei der Folien-Verbund als Konzentrationsspiegel ausgebildet ist, zur Erzeugung konzentrierter UV-Strahlung zur Abtötung von Bakterien in Trinkwasser.

11. Verfahren zur Herstellung einer Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Folien-Verbund über einen Tragrahmen gespannt und mittels Unter- und Überdruck bis zum Erreichen der gewünschten optischen Spiegelkonfiguration geformt wird, wobei dann die so erzielte Formgebung fixiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Folien-Verbund eine Folie umfaßt, die unter dem Einfluß von Wärme oder Strahlung aushärtbar ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Formfixierung eine aushärtende Beschichtung aufgebracht wird.