DE60106448T2

DE60106448T2 - Artikel mit reflektierender beschichtung und zugehöriges herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60106448T2
Application number: DE60106448T
Authority: DE
Inventors: Kurt Pratnecker; Martina Augustina TACKE-WILLEMSEN
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-06-17
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: EP1297367A2; ES2230301T3; EP1297367B1; US6376075B1; DE60106448D1; WO2001098818A3; WO2001098818A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Objekt bzw. einen Gegenstand, das/der für sichtbares Licht durchlässig ist und Infrarotstrahlung reflektiert, umfassend ein mit einem Infrarotlicht reflektierenden Überzug überzogenes durchlässiges Kunststoff Substrat, wobei der Überzug IR reflektierende Teilchen umfasst, die eine auf einen schuppen- bzw. flockenartigen Träger aufgebrachte Titandioxid-Schicht umfassen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Gegenstandes.
EP-B-548 822 beschreibt Kunststoff-Gegenstände, umfassend ein starres amorphes Basismaterial aus einem lichtdurchlässigen synthetischen Material und einer Überzugsschicht mit IR reflektierenden Teilchen. EP-B-548 822 befasst sich mit Gegenständen, die eine Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich (T) von 45 bis 75% und eine Gesamtenergie-Durchlässigkeit (g) von 30 bis 60% mit Bezug auf Strahlungsenergie und eine Selektivitäts-Konstante gemäß DIN 67507, ausgedrückt durch das Verhältnis T/g, von mehr als 1,15, aufweisen. Um die oben beschriebenen optischen Eigenschaften zu erhalten, ist es gemäß EP-B-548 822 erforderlich, in der Überzugsschicht rote IR reflektierende Teilchen zu benutzen, die eine Titandioxidschicht einer Dicke von 60 bis 120 nm, aufgebracht auf einen flockenartigen Träger, umfassen.
Die Gegenstände von EP-B-548 822 haben den Nachteil, dass sie eine ausgeprägte Farbänderung (color flip flop) zeigen, die bei vielen Anwendungen unerwünscht ist. Der Ausdruck "Farbänderung" wird benutzt, das Folgende zu beschreiben: schaut man unter verschiedenen Winkeln auf die überzogene Oberfläche der Produkte von EP-B-548 822, dann ändert sich die Farbe. Dies wird Farbänderung genannt. Schaut man in einem Winkel von 90°, dann ist die Farbe im Falle der Produkte von EP-B-548 822 rot. Schaut man auf die Oberfläche unter einem sehr kleinen Winkel von wenigen Grad, dann ist die Farbe hellgrün. Bei Zwischenwinkeln tritt eine Verschiebung der Farbe auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Gegenständen der in EP-B-548 822 beschriebenen Art, die die oben beschriebene Farbänderung nicht oder kaum zeigen.
Die vorliegende Erfindung befasst sich weiter mit einem sehr einfachen Verfahren zum Herstellen der beanspruchten Gegenstände.
Die Gegenstände der Erfindung werden mit einem IR reflektierenden Überzug bereitgestellt, der IR reflektierende Teilchen aus mindestens zwei Titandioxidschichten umfasst, die auf einen flockenartigen Träger aufgebracht sind.
Durch richtige Auswahl aller relevanten Parameter ist es möglich, Gegenstände mit den gleichen guten optischen Eigenschaften wie die der Produkte von EP-B-548 822 zu erhalten, die jedoch die Farbänderung der Produkte von EP-B-548 822 nicht oder kaum zeigen.
Die folgenden Parameter sind in dieser Hinsicht von Relevanz, um die optischen Eigenschaften des Gegenstandes der Erfindung zu bestimmen:

1) Dicke des Überzuges und Konzentration der IR reflektierenden Teilchen im Überzug;
2) Dicke und Anzahl der Titandioxidschichten auf dem flockenartigen Träger;
3) Teilchenabmessungen des flockenartigen Trägers;
4) Orientierung der IR reflektierenden Teilchen;
5) Charakteristika des Binders im Überzug;
6) Charakteristika des Substrates.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die im Überzug der Gegenstände der Erfindung benutzten Infrarot reflektierenden Teilchen sind an sich bekannt. Sie wurden, z.B., in DE-A-19 61 856.9 beschrieben. Die im Überzug der Gegenstände der Erfindung eingesetzten Infrarot reflektierenden Teilchen unterscheiden sich von den im Überzug von EP-B-548 822 benutzten Teilchen dadurch, dass sie mehr als eine Schicht aus Titandioxid aufweisen, die auf einen flockenartigen Träger aufgebracht worden ist. Die Titandioxid-Schichten sind von einander durch Schichten mit einem Brechungsindex getrennt, der sich vom Brechungsindex des Titandioxids unterscheidet. Geeignete Schichten können hergestellt sein aus SiO₂, Al₂O₃ und Ähnlichem. Die Titandioxid-Schichten und die Trennschichten sind auf einen flockenartigen Träger aufgebracht. Der flockenartige Träger kann, z.B., aus Aluminiumflocken oder Glimmerflocken hergestellt sein.
Die Abmessungen der Schuppen bzw. Flocken können innerhalb weiter Grenzen variieren. Die Dicke wird üblicherweise zwischen 100 und 3.000 nm, bevorzugter zwischen etwa 200 und 2.000 nm, ausgewählt. Der Durchmesser variiert üblicherweise zwischen 5–200 μm, bevorzugter zwischen 5–100 μm. Geringere Durchmesser resultieren üblicherweise in weniger Durchlässigkeit für sichtbares Licht.
Die Dicke der Titandioxidschichten auf dem Träger kann auch variieren. Geeignete Bereiche für jede Titanschicht variieren zwischen 50 und 150 nm, bevorzugte zwischen 80 und 120 nm.
Die Anzahl der Titandioxid-Schichten sollte mindestens zwei sein. Es können, z.B., zwei, drei, vier, fünf oder mehr sein. Die Anzahl beträgt vorzugsweise zwei.
Geeignete Infrarot reflektierende Teilchen sind, z.B., von Merck KgaA unter der Bezeichnung Iriodin AC 870 erhältlich.
Die Überzugs-Zusammensetzung umfasst neben den Infrarot reflektierenden Teilchen üblicherweise einen Binder. Geeignete Binder sind polymere Materialien. Sie können, z.B., aus Polymerisaten von Acryl- oder Methacrylestern, Polycarbonaten, Polyurethanen, Polyestern, Polystyrol und Polyvinylchlorid hergestellt sein. Der Binder ist am bevorzugtesten transparent für sichtbares Licht. Die Auswahl des Binders hängt von der chemischen Natur des Substrates und dem Verfahren zum Aufbringen des Überzuges auf das Substrat ab. Für aus Polycarbonat herge stellte Substrate ist es bevorzugt, insbesondere wenn der Überzug durch Coextrusion aufgebracht wird, einen Polycarbonat-Binder zu benutzen.
Die Konzentration der Infrarot reflektierenden Teilchen in dem Überzug kann innerhalb weiter Grenzen variieren. Um optimale optische Eigenschaften zu erzielen, kann eine höhere Konzentration Infrarot reflektierender Teilchen mit einer relativ dünnen Schicht des Überzuges oder eine geringere Konzentration Infrarot reflektierender Teilchen mit einer relativ dicken Schicht des Überzuges kombiniert sein.
Die Konzentration der Infrarot reflektierenden Teilchen in dem Überzug variiert üblicherweise zwischen 10–50, bevorzugter 20–40 Gew.-% (auf der Grundlage des Trockengewichtes des Überzuges).
Die Dicke des Überzuges auf dem Substrat kann zwischen 1 und 100, bevorzugter 5–50 μm, variieren.
Der Überzug kann die gesamte Oberfläche oder einen Teil der Oberfläche des Gegenstandes abdecken. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Gegenstände der vorliegenden Erfindung flache oder gekrümmte Platten oder Filme. In diesem Falle können eine oder beide Oberflächen entweder vollständig oder teilweise überzogen sein.
Das Substrat kann aus irgendeinem transparenten Kunststoff-Material hergestellt sein, das für sichtbares Licht transparent bzw. durchlässig ist. Das Substrat hat vorzugsweise eine Durchlässigkeit von mindestens 50% für sichtbares Licht. Die Durchlässigkeit hängt von dem Material des Substrates und dessen Dicke ab. Geeignete Materialien für das Substrat sind die gleichen wie sie oben für den Binder erwähnt wurden.
Das Substrat befindet sich vorzugsweise in Form einer flachen oder gekrümmten Platte oder eines Filmes. Die Platte kann mit vielen hohlen Kanälen versehen sein.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt beispielhaft den Querschnitt von drei Gegenständen gemäß der Erfindung.
2 zeigt die relative Durchlässigkeit von geeigneten Infrarot reflektierenden Teilchen, die im Überzug des Gegenstandes der Erfindung eingesetzt werden können.
Um optimalen Nutzen von den Eigenschaften der Infrarot reflektierenden Teilchen zu erhalten, ist es wichtig, dass sie parallel zur Oberfläche des Gegenstandes gemäß der Erfindung orientiert sind. Die Orientierung wird durch die Art des Aufbringens des Überzuges auf das Substrat beeinflusst. Die folgenden Verfahren können erwähnt werden.

A) Überziehen mit einer Walze. Ein allgemein flaches Substrat wird in enge Nachbarschaft zu einer rotierenden Walze gebracht, die Hohlräume in ihrer Oberfläche aufweist. Die Hohlräume sind mit Überzugsmasse gefüllt; der Überschuss wird abgekratzt und der Überzug wird in einer Berührungslinie auf das Substrat übertragen.
B) Umkehrwalzen-Überziehen: eine Überzugsmasse wird auf ein zu überziehendes Substrat aufgebracht; die Überzugsmasse ist im Überschuss vorhanden. Das Substrat und eine gegenläufig rotierende Walze werden relativ zueinander bewegt, sodass der Überzug ausgeglichen und dessen Nassdicke eingestellt wird.
C) Siebdruck: eine Überzugsmasse wird durch ein Sieb, das parallel zum Substrat und mit einem geringen Abstand zwischen dem Sieb und der Oberfläche des Substrates angeordnet ist, auf ein Substrat aufgebracht. Ein Dosierrakel oder Quetscher wird benutzt, die Überzugsmasse durch die Perforationen des Siebes hindurchzudrücken. Der Siebdruck gestattet das einfache Mustern des Überzuges durch selektives Abblocken von Teilen des Siebes. Siebdruck kann entweder Flachbett-Siebdruck oder Rotations-Siebdruck sein.
D) Spritzüberziehen: eine Überzugsmasse wird mittels einer Spritzdüse oder Spritzpistole auf ein Substrat gespritzt.

Von diesen Überzugs-Verfahren sind solche, die zu einem Überzug führen, in dem die Infrarot reflektierenden Teilchen, die allgemein eine Plättchenform aufweisen, im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Substrates orientiert sind, bevorzugt. Walzenüberziehen, Umkehrwalzen-Überziehen und Siebdruck ergeben im Allgemeinen ein solches Resultat; für mittels eines Spritzverfahrens aufgebrachte Überzüge kann die Parallelität durch eine geeignet Nachbehandlung des nassen Überzuges nach seiner Aufbringung erzielt werden. Eine Nachbehandlung kann in Form einer Walzen-Behandlung, Umkehrwalzen-Behandlung oder einem Ausgleichen unter Benutzung eines geeigneten Quetschers oder Dosierrakels erfolgen.
In einer attraktiven Art der Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens ist die benutzte Überzugsart der Siebdruck, wobei die folgenden Variablen kontrolliert werden:

– Siebgröße
– Dosierrakel-Härte
– Konzentration der Infrarot reflektierenden Teilchen.

Die Anmelderin hat eine ausgedehnte Untersuchung zum Bestimmen optimaler Werte hinsichtlich des Solarfaktors unter Variieren der Siebgröße, Dosierrakel-Härte und Konzentration Infrarot reflektierender Teilchen, die während des Siebdruckes aufgebracht wurden, ausgeführt.
Ein optimaler Wert der Selektivitäts-Konstanten, d.h., der Lichtdurchlässigkeit dividiert durch die Gesamtenergie-Durchlässigkeit T/g wurde erhalten, wenn die Siebgröße im Bereich von 43T, 54T und 62T, die Dosierrakel-Härte aus 60 bis 70° Shore A ausgewählt wurde, während die Konzentration Infrarot reflektierender Teilchen zwischen 10 und 35 % des Gesamtgewichtes der Überzugsmasse (Trockengrundlage) ausgewählt wurde.
Die Bezeichnungen 43T, 54T und 62T stehen für Polyestergaze mit den folgenden Charakteristika.
Ein geeigneter Wert für die Selektivitäts-Konstante von mehr als 1,15 wurde für eine Siebgröße 54T, Dosierrakel-Härte von 60° Shore A und eine Konzentration der Infrarot reflektierenden Teilchen von mindestens 21%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Überzugsmasse, erhalten.
Ein optimaler Solarfaktor wurde erhalten unter Einsatz der Größe von 54T, einer Dosierrakel-Härte von 60° Shore A bei einer Konzentration der Infrarot reflektierenden Teilchen von 25%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Überzugsmasse.
BEISPIEL
Drei mehrwandige Platten aus Polycarbonat mit einer Gesamtdicke von etwa 10, 16 bzw. 20 mm, wie in 1 gezeigt, wurden als ein transparentes Substrat benutzt. In 1 sind die äußeren Wandungen mit 1 und 2 und in zwei der drei Platten eine innere Wand mit 3 bezeichnet. Die Wände sind durch Rippen 4 miteinander verbunden. Die optische Durchlässigkeit für sichtbares Licht (T), die Gesamtdurchlässigkeit für Strahlungsenergie (g) und die Selektivitäts-Konstante des Substrates vor dem Überziehen wurden gemäß DIN 67507 bestimmt. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle gezeigt.
Die obigen Substrate wurden durch Siebdruck überzogen. Der Überzug ist in 1 durch die Bezugsziffer 5 bezeichnet. Für den Siebdruck wurde eine Tintenzusammensetzung benutzt, die hergestellt war durch Kombinieren von 25 Gewichtsteilen eines Iriodin AC 870, erhalten von Merck KgaG, 75 Gewichtsteilen einer kommerziell erhältlichen Tintenbasis (PY 383 von Sericol Ltd.), etwa 10 Gewichtsteilen eines Verdünners (Thinner ZV 557 von Sericol Ltd.) und etwa 10 Gewichtsteilen eines Verzögerers (Retarder ZV 558 von Sericol Ltd.). Das Iriodin AC 870 wurde zuerst mit dem Verdünner zu einer Paste vermischt. Die erhaltene Paste wurde mit der Tintenbasis und dem Verzögerer vermischt. Iriodin AC 870 ist ein Pigment, bestehend aus einem Glimmerplatten-Träger, auf den auf beide Seiten in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Schichten aufgebracht wurden: Titandioxid mit einer Dicke von etwa 100 nm, Siliciumdioxid mit einer Dicke von etwa 150 nm und Titandioxid mit einer Dicke von etwa 100 nm. Ein typisches Durchlässigkeits(T)-Spektrum von Iriodin AC 870 ist in 2 gezeigt. In 2 bedeutet UV Ultraviolett, VIS bedeutet sichtbares Licht und IR bedeutet Infrarot.
Die erhaltene Tinte wurde durch Siebdruck unter Benutzung einer Siebgröße von 54T und eines Dosierrakels mit einer Härte von 60° Shore A auf das Substrat aufgebracht. Die Tinte wurde dann bei etwa 70°C für etwa 80 Sekunden getrocknet. Der Überzug wurde in einer Dicke aufgebracht, um ein Überzugsgewicht von 9 g/m² (Trockengewicht) zu erhalten.
Die optischen Eigenschaften der überzogenen Platte wurden bestimmt. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben.
TABELLE
Die überzogene Platte zeigte kaum irgendeine Farbänderung. Beim Schauen auf die überzogene Oberfläche unter verschiedenen Winkeln zwischen 1 und 90° blieb die Farbe fast immer die gleiche weißliche Farbe. Das Schauen durch die überzogene Platte ergab auch eine weißliche Farbe.
Kommerziell erhältliche Platten der Röhm Company, die auf der Technologie von EP-548 822 beruhten, hatten eine ausgeprägte Farbänderung, die zwischen hellgrün und rot variierte. Bei der Durchsicht hatten sie eine grünliche Farbe.

Claims

Objekt, das für sichtbares Licht transparent ist und Infrarot-Strahlung reflektiert, umfassend ein transparentes Kunststoff-Substrat, das mit einem Infrarot-Licht reflektierenden Überzug (5) beschichtet ist, der IR reflektierende Teilchen aufweist, die aus einer Titandioxidschicht bestehen, die auf einen schuppenartigen Träger aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die IR reflektierenden Teilchen wenigstens zwei Titandioxidschichten aufweisen, die auf die Schuppe aufgebracht sind.
Objekt nach Anspruch 1, wobei die IR reflektierenden Teilchen mehrere abwechselnde SiO₂- und TiO₂-Schichten auf Glimmer-Plättchen aufweisen.
Objekt nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine mehrwandige Platte ist.
Objekt nach Anspruch 3, wobei das Substrat aus Polycarbonat hergestellt ist.
Objekt nach Anspruch 1, wobei der Solarfaktor wenigstens 1,2 beträgt.
Objekt nach Anspruch 1, wobei ein stark reduzierter Farb-Flipflop vorgesehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Objektes nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Oberfläche von einem geeigneten Kunststoff-Substrat mit einer Überzugsmasse beschichtet wird, die wenigstens einen geeigneten Binder und IR reflektierende Teilchen aufweist, die wenigstens zwei Titandioxid-Schichten aufweisen, die auf einen schuppenartigen Träger aufgebracht werden, woraufhin die Schicht der Überzugsmasse getrocknet und/oder gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Beschichtungsverfahren unter Anwendung von Walzenbeschichten, Spritzbeschichten oder Siebdrucken ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Überzug unter Anwendung des Siebdruckens und der Steuerung folgender Variablen ausgeführt wird: Siebgrösse, Dosierrakelhärte und Konzentration der Infrarot reflektierenden Teilchen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Siebgrösse von 43T bis 62T, die Dosierrakelhärte von 60 bis 70 Grad Shore A und die Konzentration der Infrarot reflektierenden Teilchen zwischen 10 und 35% des Gesamtgewichtes der Überzugsmasse (Trockengewichtsbasis) gewählt wird.