EP2288742B1 - Schwarze fasereinfärbung - Google Patents
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- EP2288742B1 EP2288742B1 EP20090757524 EP09757524A EP2288742B1 EP 2288742 B1 EP2288742 B1 EP 2288742B1 EP 20090757524 EP20090757524 EP 20090757524 EP 09757524 A EP09757524 A EP 09757524A EP 2288742 B1 EP2288742 B1 EP 2288742B1
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Classifications
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Definitions
- the present invention relates to fibers containing IR-transparent colorants and 2 to 20% by weight of titanium dioxide as an additive based on the total weight of fiber and additives. Furthermore, the present invention relates to processes for producing such fibers. Uses of the IR-transparent colorants, in particular in heat management, are also the subject of the invention. Another object of the invention are materials containing such fibers.
- DE 199 28 235 A describes a spectrally selective coating which has a high reflection in the wavelength range of 700-2500 nm and thereby causes a low solar absorption.
- This coating contains (a) a binder which has a transmission greater than 40% in the wavelength range of the thermal infrared (2.5-50 microns), (b) first pigments which have a transmission greater than 40% in the wavelength range of the thermal infrared and ( c) second pigments which have a reflection greater than 40% in the wavelength range of the thermal infrared.
- WO 00/24833 describes a spectrally selective coating comprising a) a binder having a transmittance of 60% or more in the wavelength range of 700 to 2500 nm, and having a transmittance of 40% or more in the wavelength range of thermal infrared; b) first pigments which absorb 40% or more of visible light in the wavelength range of 350 to 700 nm have a backscatter of 40% or more in the near infrared of 700 to 2500 nm and an absorption of 60% or more in the thermal infrared wavelength range have less; c) second pigments which have a backscattering and / or reflection of 40% or more in the wavelength range of the thermal infrared.
- WO 02/057374 A1 describes a coating which has a higher reflection than usual colors in the non-visible regions of the solar spectrum, ie in the ultraviolet and in the infrared, and thereby absorbs less solar energy.
- WO 02112405 A2 relates to a planar element consisting of a substrate and at least one coating of the substrate. Both the substrate and the surface are darkened in the visible range. In the near infrared region, this arrangement has a high reflectance to reduce the heating under sunlight despite the dark coloration in the visible region.
- WO 2005/078023 A2 describes black perylene pigments and their mixtures which have a high black number. Furthermore, the disclosure WO 2005/078023 A2 the preparation of the perylene pigments and, inter alia, their use for coloring high molecular weight organic and inorganic materials of natural and synthetic origin. As examples of high molecular weight synthetic organic materials are in the WO 2005/078023 A2 For example: polyolefins, PVC, polycarbonate, polyester and other plastics.
- perylene pigments can be loud WO 2005/078023 A2 for example, by co-extrusion, rolling, kneading, pressing or grinding, wherein the plastics can be processed into plastic moldings, continuous profiles, sheets, films, fibers, films and coatings.
- coloring of fibers is mentioned in addition to a variety of possibilities, no concrete compositions of fibers containing perylene pigments or their applications in heat management are disclosed.
- Materials containing fibers are often dark for technical or aesthetic reasons, for example brown, gray or black. Often dark shades of red or green are also found. If these materials are exposed to the influence of light or sunlight, they often heat up significantly, depending on their color depth. Such heating of materials containing fibers is often perceived as unpleasant in the case of, for example, clothing, woven fabrics or fabric covers. On the one hand, the heating up of the material creates an unpleasant impression of increased temperature on the surface Skin surface, which comes into contact with the materials directly or through the clothing, on the other hand contributes to such indoor heating by heat radiation, which is released from the dark materials again to increased temperature in the room, which regulates, for example, with high energy consumption by an air conditioner must become.
- An object of the present invention was therefore to provide fibers of high color strength, but also gray or black fibers, which have in the exposure of light, in particular solar radiation on materials containing such fibers, a reduced heating to materials that are conventional colored fibers. Furthermore, these fibers should be able to be made with the conventional apparatus for making fibers.
- a further object of the invention was to provide dyed fibers which can be processed by means of conventional apparatus into materials containing these fibers, the dyed fibers having a high resistance to light and environmental influences.
- the object has been achieved by fibers comprising IR-transparent colorants and additives, wherein the fiber material contains 2 to 20 wt .-% titanium dioxide as an additive based on the total weight of fiber and additives.
- colorant are meant in the context of the invention dyes or pigments.
- Dyed fibers are fibers that appear colored as fiber bundles when viewed visually. Dyed fibers are preferably dark-colored fibers, in particular black, brown or gray fibers. This includes light gray or light brown fibers.
- the fibers contain so-called dichromic, trichrome, or multichromic dye mixtures (mixtures having two, three or more than three colorants) as IR-transparent, in particular black, colorants.
- the trichrome dyes are color mixtures of three dyes that leave the overall visual impression, in particular a black or dark, color impression with the observer. Examples of such color mixtures are those skilled in the art out EP1240243 known. Here colorant combinations are selected from the
- Phenolics of the pyrazolone, perinone, anthraquinone, methine, azo and coumarin type are described.
- metal-containing pigments such as inorganic pigments and metal complexes of azo, azomethine or methine, azomethine, quinacridone, dioxazine, isoindoline, isoindolinone, phthalocyanine, pyrrolopyrrole and thioindigo Type and bismuth vanadate are used.
- the IR-transparent colorants used according to the invention are perylene pigments, preferably black perylene pigments, in particular those which are one of the isomers of the formula Ia or Ib in which the radicals R 1 and R 2 are independently phenylene, naphthylene or pyridylene, which may each be mono- or polysubstituted by C 1 -C 12 -alkyl, C 1 -C 6 -alkoxy, hydroxy and / or halogen . or a mixture of both isomers.
- perylene pigments or mixtures thereof are used which have a black number ⁇ 210 in an alkyd / melamine baking finish.
- mixture is intended to include physical mixtures as well as preferably solid solutions (mixed crystals) of the compounds Ia and Ib.
- the phenylene, naphthylene and pyridylene radicals R 1 and R 2 in the formulas Ia and Ib may be mono- or polysubstituted by C 1 -C 12 -alkyl, in particular C 1 -C 4 -alkyl, C 1 -C 6 -alkyl, Koxy, especially C 1 -C 4 alkoxy, hydroxy and / or halogen, in particular chlorine or bromine, be substituted.
- phenylene, naphthylene and pyridylene radicals are preferably unsubstituted, with the phenylene and naphthylene radicals being preferred and the naphthylene radicals being particularly preferred.
- the black perylene pigments preferably used according to the invention in the fibers absorb in the entire visible spectral range and are thus distinguished by their high degree of blackening.
- the perylene pigments in an alkyd / melamine stoving lacquer preferably have a black number M Y ⁇ 210, particularly preferably ⁇ 230.
- the black number here is analogous to the test method B1 of WO 2005/078023 A2 (P. 27, lines 24-38).
- black number 100 ⁇ log (100 / Y).
- infrared radiation is defined as electromagnetic waves in the spectral range between visible light and the longer-wave microwaves. This corresponds to a wavelength range from about 760 nm to 1 mm. With short-wave IR radiation (from 760 nm to 1500 nm) one often speaks of near infrared (near infrared, NIR). Infrared radiation is part of the heat radiation.
- the perylene pigments used according to the invention in the fibers are transparent in the NIR range (760 to 1500 nm), the transmission of the pigments in the NIR is accordingly generally> 60%, preferably> 70%, particularly preferably> 80%.
- IR-transparent means in the wavelength range from 760 to 1500 nm at a concentration of 0.0625% by weight of homogeneously incorporated colorant in a polyvinyl chloride film (PVC film) in said wavelength range, the reduction in transmission compared to an otherwise identical PVC film of the same thickness, but without colorant - hereinafter referred to as standard - at most 20%, preferably at most 15%, particularly preferably at most 10% , starting from the transmission of the standard amounts.
- PVC film polyvinyl chloride film
- this numerical example results in a transmission in the otherwise identical PVC film containing 0.0625% by weight of the colorant of at least 70%, preferably at least 75%, more preferably at least 80%.
- transparent in the wavelength range from 760 to 1500 nm means that the transmission of a polymer film of thickness 1 mm into which 0.05 g of the colorant per 80 g of polyvinyl chloride were incorporated homogeneously, in the wavelength range mentioned on average at least 65%, preferably at least 70% , in particular at least 75%.
- the transmission is determined by using a (N) IR spectrometer with a large integrating sphere for integral radiation detection in diffuse transmission to record a transmission spectrum in said wavelength range.
- the corresponding measuring methods including the necessary calibration are sufficiently known to the person skilled in the art.
- a value for the transmission is determined in the stated wavelength range every 2 nm and number-weighted to determine the mean value.
- the preparation of the test piece is preferably carried out by adding 0.05 g of the colorant to 80 g of polyvinyl chloride and subsequent homogenization on a Turbula mixer and subsequent rolling on a rolling mill at 150 ° C. Subsequently, 4 thus obtained rolled sheets are stacked on top of each other and pressed between two pre-heated to 145 ° C metal plates to a roll skin packet of thickness 1 mm.
- the so-called absorption edge that is, the value at which the transmission is 50% in a thus prepared test piece of thickness 1 mm and a concentration of the colorant of 0.0625 wt .-% in the PVC film is in the wavelength range of 700 to 950 nm, preferably from 750 to 900 nm, in particular from 760 nm to 850 nm.
- the IR transparency is also at least 30%, preferably at least 40% and particularly preferably at least 50%, even for the wavelength range from 1500 nm to 2500 nm.
- the perylene pigments used according to the invention generally have a primary particle size ⁇ 800 nm, preferably ⁇ 500 nm, more preferably ⁇ 200 nm (determined by means of the particle size distribution in electron micrographs) and are dispersing-soft, ie. they have e.g. in the case of plastic coloration, a dispersion hardness DH ⁇ 5 in accordance with DIN 53775, page 7, on.
- the preparation of the crude pigments used in the preparation of the perylene pigments of the invention can in generally known manner by condensation of perylene-3,4: 9,10-tetracarboxylic acid (dianhydride) with the corresponding aromatic diamine at elevated temperature (eg 150 to 250 ° C) in a high-boiling organic solvent, such as nitrobenzene, tri- and dichlorobenzene, ⁇ -chloronaphthalene, quinoline, tetralin, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, ethylene glycol, glacial acetic acid and cyclic urea derivatives, take place (cf., for example CH 373 844 . GB 972 485 . JP-A-07-157681 ).
- a high-boiling organic solvent such as nitrobenzene, tri- and dichlorobenzene, ⁇ -chloronaphthalene, quinoline, tetralin, N-methylpyrrol
- the crude pigments obtained here and also in other known preparation processes are usually in the form of large crystals of very heterogeneous shape or else as partially amorphous powders.
- a particularly suitable embodiment for the variant a) of the above-mentioned preparation method is that the crude pigments first dry grinding in the presence or absence of a salt as a grinding aid and then a recrystallization in an organic solvent, if desired in admixture with water, in the heat subjects. These steps are preferred as in WO 2005/078023 A2 (P. 7, Z. 24 - p. 10, line 29).
- a particularly suitable preparation according to variant b) of the abovementioned production process consists in subjecting the crude pigments to a kneading in the presence of a recrystallizing organic solvent and an inorganic salt, as in WO 2005/078023 A2 (P 10, Z. 31 - p 12, Z 33).
- pigment synergists can be added already in the pre-comminution step, but also only in the recrystallization step.
- Pigment synergists are compounds which contain all or part of the pigment chromophore in their molecular structure.
- the structure of the pigment synergist does not have to agree with the structure of the pigment whose crystallization is to be influenced.
- pigment synergists based on the perylene structure but, for example, those based on the copper phthalocyanine structure can also be used.
- Particularly suitable pigment synergists are in the WO 2005/078023 A2 (Page 13, line 12 - page 14, line 14).
- pigment synergists often also has a positive effect on the dispersibility and flocculation stability of the perylene pigments according to the invention in the medium which is processed into the fiber or in the fiber itself and thus also on the rheology of these systems.
- the dispersibility of the perylene pigments of the invention can also be improved by covering the pigment surface with conventional additives.
- additives based on natural and synthetic waxes are also particularly suitable for plastic coloration.
- waxes based on polyethylene and of polypropylene which may also be oxidized, of polyethylene oxide, of ethoxylated fatty alcohols, of polyethylene oxide / polypropylene oxide / block copolymers, of fatty acid esters (for example montan waxes), of fatty acid amides and of ethylene / vinyl acetate copolymers may be mentioned.
- The, in particular black, IR-transparent colorants for example the dye mixtures or pigments, in particular perylene pigments, are outstandingly suitable for dyeing fibers.
- the colorants are incorporated into the fibers.
- the black perylene pigments described above are preferably used.
- the fibers may consist of high molecular weight organic and inorganic substances of natural and synthetic origin.
- the incorporation of the IR-transparent colorants, in particular the black perylene pigments, into the fibers can be carried out, for example, before the actual fiber formation in the high molecular weight organic or inorganic substances.
- the IR-transparent colorants, in particular black perylene pigments incorporated into the fabrics during fiber production and further, the IR-transparent colorants, in particular perylene pigments, even after the production of the fibers in the fibrous organic or inorganic substances are incorporated.
- the fibers of the invention generally contain from 0.001 to 10 wt .-% IR-transparent colorant (or mixtures thereof) based on the total weight of fiber and colorant.
- the fibers Preferably, contain from 0.01 to 5 wt .-%, particularly preferably from 0.1 to 2 wt .-% and in particular from 0.5 to 1.5 wt .-%, IR-transparent colorant (or mixtures thereof ) Based on the total weight of fiber and colorant.
- plastics for the fibers according to the invention are polyolefins (polyethylene, polypropylene), polyesters (PET, PBT), polyamides or SAN. Very particular preference is given to polyolefins, polyesters, SAN.
- dyeable plastics are the polymers per se, their co-polymers or blends, which may be present as a powder, plastic compositions, melts or in the form of spinning solutions to understand.
- the IR-transparent colorants in particular the perylene pigments in the fibers, for example, even before the actual fiber formation in the plastics, e.g. in the form of pigment preparations (compound, masterbatch), in concentrations of generally from 1 to 90% by weight of colorant, based on the total amount of plastic and colorant, preferably from 5 to 80% by weight, very preferably from 5 to 40 % By weight.
- the IR-transparent colorants, in particular black perylene pigments during the fiber production into the plastics, for example in the form of a dispersion, and furthermore the colorants, in particular perylene pigments, can also be incorporated into the plastics after the fibers have been produced.
- the colorant or the colorant mixture is incorporated in the form of pigment preparations.
- the pigment preparations may, of course, contain further additives customary for plastics, such as HALS compounds, UV absorbers (for example benzotriazoles, benzophenols, cyanoacrylates), flame retardants, antistatic agents or (phenolic and phosphitic) antioxidants.
- HALS compounds for example benzotriazoles, benzophenols, cyanoacrylates
- flame retardants for example benzotriazoles, benzophenols, cyanoacrylates
- antistatic agents or (phenolic and phosphitic) antioxidants for example benzotriazoles, benzophenols, cyanoacrylates
- antioxidants for example benzotriazoles, benzophenols, cyanoacrylates
- the incorporation of the IR-transparent colorants, in particular the perylene pigments, in the pigment preparations of the plastics prior to the actual fiber formation can be carried out by any known method, e.g. by co-extruding (preferably with a single or twin screw extruder), rolling, kneading, pressing or milling.
- the plastics are then processed into fibers.
- the manufacturing process of the fibers from the plastics is arbitrary.
- the fibers can be made by spinneret extrusion. It is possible to use all processes known to the person skilled in the art in which the, in particular black, colorants, in particular perylene pigments, remain in the fiber essentially or for the most part even after the preparation.
- the fibers of the invention may optionally contain further additives. Suitable are the usual additives, such.
- additional additives such as Example, other (non-formulas la and / or Ib corresponding or above) pigments, other (non-dichromic, trichrome or multichrome) dyes or dye mixtures, nucleating agents, fillers or reinforcing agents, anti-fogging agents, biocides, antistatic agents, UV absorbers, Light stabilizers, flame retardants or antioxidants.
- the person skilled in the art preferably selects from the suitable additives which have substantially no absorption in the wavelength range from 760 nm to 1500 nm.
- those additives which are transparent to heat radiation or those which have highly reflective properties in the wavelength range mentioned are suitable.
- those additives are considered, which are moreover stable under the processing conditions and do not adversely affect the polymer melt.
- the person skilled in the art preferably selects additives such that they are transparent in the range from 760 nm to 1500 nm.
- the determination of the transmission in said wavelength range is carried out according to the method described above.
- the additives have a high heat resistance.
- suitable additives are those which have strongly reflective properties with respect to heat radiation in the wavelength range of the near infrared.
- Highly reflective additives ensure that the IR radiation is reflected and emitted.
- the reflective additives cause only a change in the beam path of the radiation in the wavelength range of the near infrared, before the heat radiation is radiated afterwards.
- titanium dioxide pigments and inorganic mixed phase pigments eg Sicotan® pigments, BASF
- near infrared highly reflective foreign particles such as aluminum flakes and luster pigments, eg
- those based on coated aluminum flakes or inorganic salts / oxides such as chromium titanates, nickel titanates.
- the additives are contained in an amount of 0 to 30 wt .-% based on the total weight of fiber and additives. Preference is given to using from 2 to 20 wt .-%, in particular from 5 to 15 wt .-% of additives.
- Suitable pigments other than additives are inorganic pigments, for example titanium dioxide in its three modifications rutile, anatase or brookite, ultramarine blue, iron oxides, bismuth vanadates or carbon black and the class of organic pigments, for example compounds from the class of quinophthalones, diketopyrolopyrols.
- Dyes are to be understood as meaning all colorants which dissolve completely in the plastic used or are present in a molecularly disperse distribution and can thus be used for the highly transparent, non-scattering coloring of polymers. Also to be considered as dyes organic compounds having a fluorescence in the visible part of the electromagnetic spectrum as fluorescent dyes.
- Suitable nucleating agents include, for example, inorganic substances, for example talc, metal oxides such as titanium dioxide or magnesium oxide, phosphates, carbonates or sulfates of, preferably, alkaline earth metals; organic compounds such as mono- or polycarboxylic acids and their salts such. For example, 4-tert-butylbenzoic acid, adipic acid, diphenylacetic acid, sodium succinate or sodium benzoate; polymeric compounds, such as ionic copolymers ("ionomers").
- Suitable fillers or reinforcing agents include, for example, calcium carbonate, silicates, talc, mica, kaolin, mica, barium sulfate, metal oxides and hydroxides, carbon black, graphite, wood flour and flours or fibers of other natural products, synthetic fibers.
- fibrous or powdery fillers are also carbon or glass fibers in the form of glass fabrics, glass mats or glass silk rovings, chopped glass, glass beads and wollstonite into consideration. The incorporation of glass fibers can take place both in the form of short glass fibers and in the form of continuous fibers (rovings).
- Suitable antistatic agents include, for example, amine derivatives such as N, N-bis (hydroxyalkyl) alkylamines or alkylene amines, polyethylene glycol esters and ethers, ethoxylated carboxylic ester and amide and glycerol mono- and distearates, and mixtures thereof.
- titanium dioxide is present as additive.
- TiO 2 is contained in an amount of 2 to 20% by weight based on the total weight of fiber and additives. Preference is given to using 5 to 15 wt .-% based on the total weight of fiber and additives to TiO 2 .
- fibers according to the invention which, in addition to polyesters, in particular PET, or SAN, contain black perylene pigments, in particular those of the formulas Ia and / or Ib, and also TiO 2 .
- Such fibers are particularly suitable as a finish for dull or gray fibers.
- thermal management with black NIR-transparent pigments is that the fibers allow the NIR radiation to pass unimpeded. Frequently, the transmitted radiation is then reflected or re-emitted at a light, in particular white, surface lying behind the material containing the fibers according to the invention. Thus, the radiation is not absorbed in the material or in the volume surrounded by the material and there is no "heating" of the material or space behind the material, despite the dark, for example, black color impression left by the material in the viewer.
- the fibers according to the invention in particular those based on plastics, also contain small amounts of TiO 2 in addition to the IR-transparent colorants, in particular black perylene pigments.
- An advantage of this embodiment of the fibers according to the invention is that it is not necessary to arrange a light surface behind the material containing these fibers. Surprisingly, the low proportion of TiO 2 is sufficient to partially or even completely suppress heating of the material and thus to carry out heat management with the aid of these materials.
- An interesting area is the use in dark, such as black, brown or gray materials, especially textiles and fabrics, indoors, which are subject to the influence of light, especially solar radiation.
- dark such as black, brown or gray materials, especially textiles and fabrics, indoors, which are subject to the influence of light, especially solar radiation.
- these are panels, seats or seat covers in the interior of vehicles, especially cars, buses or trucks containing materials containing dark-colored fibers.
- the textiles according to the invention are dark car seat covers which rest on a light foam material, for example polyurethane foam.
- these textiles and fabrics find application in dark, especially black, colored awnings, awnings, blinds or curtains.
- these textiles and fabrics find application in dark, especially black, colored geotextiles, mulch films, tents or textiles and fabrics for outdoor applications.
- the fibers according to the invention with perylene pigments of the formulas Ia and / or Ib in which R 1 and R 2 are phenylene are particularly suitable for all these applications since these pigments have a pronounced absorption in the visible range from 400 to 800 nm and in the NIR range (Band edge about 850 nm) are transparent.
- a further subject of the invention are therefore materials containing the fibers according to the invention, for example textiles or fabrics.
- a masterbatch was prepared in PBT containing 40% by weight IR-transparent colorant based on the total amount of PBT and IR-transparent colorant. This masterbatch was used in a 1:10 ratio to make a PET fiber. The fibers were made by spinneret extrusion and then air textured. The spectroscopic measurements (re-emission measurements) were carried out on a wound fiber bundle (integrating sphere 300-2500 nm).
- the preparation of the colorant F1 to F9 was carried out as in WO 2005/078023 A2 specified.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Fasern, die IR-transparente Farbmittel und 2 bis 20 Gew.-% Titandioxid als Zusatzstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Zusatzstoffen, enthalten. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung solcher Fasern. Verwendungen der IR-transparenten Farbmittel, insbesondere im Wärmemangement, sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Materialien, die solche Fasern enthalten.
- Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen zu entnehmen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes nicht nur in der jeweils konkret angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Bevorzugt bzw. ganz bevorzugt sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in denen alle Merkmale die bevorzugten bzw. ganz bevorzugten Bedeutungen haben.
-
DE 199 28 235 A beschreibt eine spektralselektive Beschichtung, die im Wellenlängenbereich von 700-2500 nm eine hohe Reflexion aufweist und dadurch eine geringe solare Absorption bewirkt. Diese Beschichtung enthält (a) ein Bindemittel, das im Wellenlängenbereich des thermischen Infrarot (2,5 - 50 Mikrometer) eine Transmission größer 40 % aufweist, (b) erste Pigmente, die im Wellenlängenbereich des thermischen Infrarot eine Transmission größer 40% aufweisen und (c) zweite Pigmente, die im Wellenlängenbereich des thermischen Infrarot eine Reflexion größer 40% aufweisen. -
WO 00/24833 -
WO 02/057374 A1 -
WO 02112405 A2 -
WO 2005/078023 A2 beschreibt schwarze Perylenpigmente und deren Mischungen, die eine hohe Schwarzzahl aufweisen. Weiterhin offenbart dieWO 2005/078023 A2 die Herstellung der Perylenpigmente und unter anderem ihre Verwendung zum Einfärben von hochmolekularen organischen und anorganischen Materialien natürlicher und synthetischer Herkunft. Als Beispiele für hochmolekulare synthetische organische Materialien sind in derWO 2005/078023 A2 beispielsweise genannt: Polyolefine, PVC, Polycarbonat, Polyester und andere Kunststoffe. Die Einarbeitung der Perylenpigmente in die Kunststoffe kann lautWO 2005/078023 A2 beispielsweise durch gemeinsames Extrudieren, Walzen, Kneten, Pressen oder Mahlen erfolgen, wobei die Kunststoffe zu Kunststofformkörpern, Endlosprofilen, Platten, Folien, Fasern, Filmen und Beschichtungen verarbeitet werden können. Zwar wird neben einer Vielzahl von Möglichkeiten auch die Einfärbung von Fasern erwähnt, doch werden keine konkreten Zusammensetzungen von Fasern, die Perylenpigmente enthalten, oder deren Anwendungen im Wärmemanagement offenbart. - Materialien, die Fasern enthalten, sind häufig aus technischen oder ästhetischen Gründen dunkel, beispielsweise braun, grau oder schwarz eingefärbt. Häufig sind auch dunkle Farbtöne von Rot oder Grün anzutreffen. Sind diese Materialien dem Einfluss von Licht oder der Sonneneinstrahlung ausgesetzt, so heizen sie sich, entsprechend ihrer Farbtiefe häufig deutlich auf. Eine solche Aufheizung von Materialien die Fasern enthalten wird im Falle von beispielsweise Kleidung, gewebten Stoffen oder auch Stoffbezügen oft als unangenehm empfunden. Einerseits entsteht durch die Aufheizung des Materials ein unangenehmer Eindruck von erhöhter Temperatur auf der Hautoberfläche, die mit den Materialien direkt oder durch die Kleidung in Kontakt kommt, andererseits trägt eine solche Aufheizung in Innenräumen durch Wärmestrahlung, die von den dunklen Materialien wieder abgegeben wird zu erhöhter Temperatur im Raum bei, die beispielsweise unter hohem Energieverbrauch durch eine Klimaanlage wieder reguliert werden muss.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Fasern mit hoher Farbstärke, aber auch graue oder schwarze Fasern bereitzustellen, die bei der Einwirkung von Licht, insbesondere von Sonnenstrahlung auf Materialien, die solche Fasern enthalten, eine reduzierte Aufheizung gegenüber Materialien aufweisen, die aus herkömmlich gefärbten Fasern bestehen. Weiterhin sollten diese Fasern mit den herkömmlichen Apparaturen zur Herstellung von Fasern hergestellt werden können.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es gefärbte Fasern bereitzustellen, die mit Hilfe der herkömmlichen Apparaturen zu Materialien enthaltend diese Fasern verarbeitet werden können, wobei die gefärbten Fasern eine hohe Beständigkeit gegenüber Licht- und Umwelteinflüssen aufweisen.
- Die Aufgabe wurde gelöst durch Fasern, enthaltend IR-transparente Farbmittel und Zusatzstoffe, wobei das Fasermaterial 2 bis 20 Gew.-% Titandioxid als Zusatzstoff bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Zusatzstoffen enthält.
- Unter "Farbmittel" sind im Rahmen der Erfindung Farbstoffe oder Pigmente zu verstehen.
- Gefärbte Fasern sind Fasern die als Faserbündel bei visueller Betrachtung farbig erscheinen. Bevorzugt sind unter gefärbten Fasern dunkel gefärbte Fasern, insbesondere schwarze, braune oder graue Fasern zu verstehen. Hierbei sind auch hellgraue oder hellbraune Fasern umfasst.
- In einer Ausführungsform enthalten die Fasern so genannte dichrome, trichrome, oder multichrome Farbstoffmischungen (Mischungen mit zwei, drei oder mehr als drei Farbmittel) als IR-transparente, insbesondere schwarze, Farbmittel. Bei den trichromen-Farbstoffen handelt es sich um Farbmischungen aus drei Farbstoffen, die im optischen Gesamteindruck, insbesondere einen schwarzen oder dunklen, Farbeindruck beim Beobachter hinterlassen. Beispiele für solche Farbmischungen sind dem Fachmann aus
EP1240243 bekannt. Hier werden Farbmittelkombinationen ausgewählt aus den - Farbstoffen von Pyrazolon-, Perinon-, Antrachinon-, Methin-, Azo- und Cumarin-Typ beschrieben.
- Als IR-transparente Farmittel in den erfindungsgemäßen Fasern kommen weiterhin metallhaltige Pigmente, wie anorganische Pigmente und Metallkomplexe von Azo-, Azomethin-oder Methinfarbstoffen, Azomethin-, Chinacridon-, Dioxazin-, Isoindolin-, Isoindolinon-, Phthalocyanin-, Pyrrolopyrrol- und Thioindigo-Typ und Wismut-Vanadat zum Einsatz.
- In einer bevorzugten Ausführungsform werden als IR-transparente Farbmittel erfindungsgemäß Perylenpigmente, bevorzugt schwarze Perylenpigmente, insbesondere solche, die eines der Isomere der Formel la oder Ib
oder eine Mischung beider Isomere enthalten. Ganz bevorzugt kommen solche Perylenpigmete oder deren Mischungen zum Einsatz, die eine Schwarzzahl ≥ 210 in einem Alkyd/Melamin-Einbrennlack aufweisen. - Der Begriff "Mischung" soll dabei physikalische Mischungen wie auch bevorzugt feste Lösungen (Mischkristalle) der Verbindungen la und Ib umfassen.
- Die Phenylen-, Naphthylen- und Pyridylenreste R1 und R2 in den Formeln la und Ib können ein- oder mehrfach durch C1-C12-Alkyl, insbesondere C1-C4-Alkyl, C1-C6-Al-koxy, vor allem C1-C4-Alkoxy, Hydroxy und/oder Halogen, insbesondere Chlor oder Brom, substituiert sein.
- Bevorzugt sind die Phenylen-, Naphthylen- und Pyridylenreste jedoch unsubstituiert, wobei die Phenylen- und Naphthylenreste bevorzugt und die Naphthylenreste besonders bevorzugt sind.
- Die erfindungsgemäß in den Fasern bevorzugt eingesetzten schwarzen Perylenpigmente absorbieren im gesamten sichtbaren Spektralbereich und zeichnen sich damit durch ihren hohen Schwarzgrad aus. Vorzugsweise weisen die Perylenpigmente in einem Alkyd/Melamin-Einbrennlack eine Schwarzzahl MY ≥ 210, besonders bevorzugt ≥ 230, auf. Die Schwarzzahl wird hierbei analog der Prüfmethode B1 der
WO 2005/078023 A2 (S. 27, Z. 24-38) bestimmt. Zur Bestimmung der Schwarzzahl wird eine Mischung von jeweils 1,0 g des jeweiligen Pigments und 9,0 g eines Alkyd/Melamin-Einbrennlacks (Bindemittelgehalt von 43 Gew.-%, mit Xylol auf 35 Gew.-% eingestellt) mit 10 ml Glasperlen (Durchmesser 3 mm) in einer 30 ml-Glasflasche 60 min auf einem Skandex-Dispergieraggregat geschüttelt. Die erhaltene Paste wird anschließend als 150 mm dicke Schicht auf einen Karton aufgetragen, abgelüftet und 30 min bei 130°C eingebrannt. Nach farbmetrischer Auswertung mit einem Spektralphotometer, vorzugsweise einem Spectraflash SF 600 plus der Firma Datacolor, wird die Schwarzzahl nach der folgenden Formel aus dem Normfarbwert Y berechnet: Schwarzzahl = 100 x log (100/Y). - Dementsprechend ergibt sich in der Regel eine tiefschwarze, neutrale Purtonfärbung der Fasern. In der Weißaufhellung werden neutrale Grautöne (z.B. Perylenpigmente Ia/Ib mit R1 = R2= Naphthylen) bis leicht bis deutlich blaustichige Färbungen (z.B. Perylenpigmente Ia/Ib mit R1 = R2= Phenylen) erhalten. Selbstverständlich können die Färbungen in üblicher Weise durch geringe Mengen anorganischer oder organischer Pigmente nuanciert werden, die während der Pigmentformierung, schon bei der Pigmentsynthese oder erst dem formierten Perylenpigment zugegeben werden können.
- Als Infrarotstrahlung (kurz IR-Strahlung) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung elektromagnetische Wellen im Spektralbereich zwischen sichtbarem Licht und den längerwelligen Mikrowellen bezeichnet. Dies entspricht einem Wellenlängenbereich von etwa 760 nm bis 1 mm. Bei kurzwelliger IR-Strahlung (ab 760 nm bis 1500 nm) spricht man oft von nahem Infrarot (near infrared, NIR). Infrarotstrahlung ist ein Teil der Wärmestrahlung.
- Die erfindungsgemäß in den Fasern verwendeten Perylenpigmente sind im NIR-Bereich (760 bis 1500 nm) transparent, die Transmission der Pigmente im NIR ist dementsprechend im allgemeinen > 60%, bevorzugt > 70 %, besonders bevorzugt > 80%.
- Eine Messvorschrift für die Bestimmung der Eigenschaft als IR-transparentes Farbmittel ist im folgenden angegeben: IR-transparent bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass im Wellenlängenbereich von 760 bis 1500 nm bei einer Konzentration von 0,0625 Gew.-% von homogen eingearbeitetem Farbmittel in einem Polyvinylchloridfilm (PVC-Film) im genannten Wellenlängenbereich die Verringerung der Transmission im Vergleich zu einem ansonsten identischen PVC-Film gleicher Dicke, jedoch ohne Farbmittel - im folgenden Standard genannt - höchstens 20 %, bevorzugt höchstens 15 %, besonders bevorzugt höchstens 10%, ausgehen von der Transmission des Standards beträgt. Beispielsweise, sofern die Transmission im genannten Wellenlängenbereich des Standards bei einer bestimmten Wellenlänge 90 % beträgt, resultiert in diesem Zahlenbeispiel eine Transmission im ansonsten identischen PVC-Film enthaltend 0,0625 Gew.-% des Farbmittels von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 75 %, besonders bevorzugt mindestens 80 %.
- Vorzugsweise bedeutet transparent im Wellenlängenbereich von 760 bis 1500 nm, dass die Transmission eines Polymerfilms der Dicke 1 mm, in den 0,05 g des Farbmittels pro 80 g Polyvinylchlorid homogen eingearbeitet wurden, im genannten Wellenlängenbereich im Mittel mindestens 65 %, bevorzugt mindestens 70 %, insbesondere mindestens 75 % beträgt.
- Die Transmission wird bestimmt, indem mittels eines (N)IR-Spektrometers mit großer Ulbrichtkugel zur integralen Strahlungserfassung in diffuser Transmission ein Transmissionsspektrum im genannten Wellenlängenbereich aufgenommen wird. Die entsprechenden Messverfahren einschließlich der notwendigen Kalibrierung sind dem Fachmann hinreichend bekannt.
- Um den Mittelwert zu bestimmen, wird im genannten Wellenlängenbereich alle 2 nm ein Wert für die Transmission bestimmt und zur Ermittlung des Mittelwertes zahlengewichtet.
- Die Herstellung des Prüfkörpers erfolgt dabei vorzugsweise durch Zugabe von 0,05 g des Farbmittels zu 80 g Polyvinylchlorid und anschließende Homogenisierung auf einem Turbula-Mischer sowie daran anschließende Auswalzung auf einem Walzwerk bei 150°C. Anschließend werden 4 so erhaltene Walzfelle übereinander gestapelt und zwischen zwei auf 145°C vorgeheizten Metallplatten zu einem Walzfellpaket der Dicke 1 mm gepresst.
- Vorzugsweise liegt die so genannte Absorptionskante, das heißt der Wert, an dem die Transmission 50% in einem so hergestellten Prüfkörper der Dicke 1 mm und einer Konzentration des Farbmittels von 0,0625 Gew.-% im PVC-Film beträgt im Wellenlängenbereich von 700 bis 950 nm, bevorzugt von 750 bis 900 nm, insbesondere von 760 nm bis 850 nm.
- Häufig ist die IR-Transparenz auch für den Wellenlängenbereich von ab 1500 nm bis 2500 nm auch noch mindestens 30%, bevorzugt mindestens 40% und besonders bevorzugt mindestens 50%.
- Die erfindungsgemäß eingesetzten Perylenpigmente weisen in der Regel eine Primär-teilchengröße ≤ 800 nm, bevorzugt ≤ 500 nm, besonders bevorzugt ≤ 200 nm (bestimmt an Hand der Teilchengrößenverteilung in elektronenmikroskopischen Aufnahmen) auf und sind dispergierweich, d.h. sie weisen z.B. bei der Kunststoffeinfärbung eine Dispergierhärte DH < 5 gemäß DIN 53775, Blatt 7, auf.
- Die Perylenpigmente können nach dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Pigmentsynthese von Perylenpigmenten hergestellt werden. Vorteilhaft erfolgt die Herstellung entsprechend der in der
WO 2005/078023 A2 (S. 5, Z. 11 - S. 7, Z. 22) beschriebenen Verfahren, auf das an dieser Stelle explizit Bezug genommen wird, wobei die bei der Synthese erhaltenen Rohpigmente - a) zunächst einer Zerkleinerung und anschließend einer Rekristallisation in flüssigem Medium oder
- b) einer Zerkleinerung unter gleichzeitiger Rekristallisation unterzieht.
- Die Herstellung der bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Perylenpigmente eingesetzten Rohpigmente kann auf allgemein bekannte Weise durch Kondensation von Perylen-3,4:9,10-tetracarbonsäure(dianhydrid) mit dem entsprechenden aromatischen Diamin bei erhöhter Temperatur (z.B. 150 bis 250°C) in einem hochsiedenden organischen Lösungsmittel, wie Nitrobenzol, Tri- und Dichlorbenzol, α-Chlornaphthalin, Chinolin, Tetralin, N-Methylpyrrolidon, N,N-Dimethylformamid, Ethylenglykol, Eisessig und cyclischen Harnstoffderivaten, erfolgen (vgl. z.B.
CH 373 844 GB 972 485 JP-A-07-157 681 - Die hierbei und auch bei anderen bekannten Herstellungsverfahren erhaltenen Rohpigmente fallen in Form großer Kristalle meist sehr heterogener Gestalt bzw. auch als teilamorphe Pulver an.
- Eine besonders geeignete Ausführungsform für die Variante a) des oben genannten Herstellungsverfahrens besteht darin, dass man die Rohpigmente zunächst einer Trockenmahlung in An- oder Abwesenheit eines Salzes als Mahlhilfsmittel und dann einer Rekristallisation in einem organischen Lösungsmittel, gewünschtenfalls im Gemisch mit Wasser, in der Wärme unterzieht. Diese Schritte werden bevorzugt, wie in
WO 2005/078023 A2 (S. 7, Z. 24 - S. 10, Z. 29) beschrieben, ausgeführt. - Eine besonders geeignete Herstellung gemäß Variante b) des oben genannten Herstellungsverfahrens besteht darin, dass man die Rohpigmente in Gegenwart eines rekristallisierend wirkenden organischen Lösungsmittels und eines anorganischen Salzes einer Knetung in der Wärme unterzieht, wie in
WO 2005/078023 A2 (S. 10, Z. 31 - S. 12, Z. 33) beschrieben. - Zur Steuerung der Kristallgröße der schwarzen Perylenpigmente kann es vorteilhaft sein, die Pigmentformierung, d.h. die Überführung der Rohpigmente in die erfindungsgemäßen Perylenpigmente, in Gegenwart von Pigmentsynergisten durchzuführen, wobei üblicherweise etwa 0,01 bis 0,1 g Synergist je g Pigment eingesetzt werden. Die Pigmentsynergisten können bereits im Vorzerkleinerungsschritt, aber auch erst im Rekristallisationsschritt zugesetzt werden.
- Pigmentsynergisten sind Verbindungen, die den Pigmentchromophor ganz oder teilweise in ihrer Molekülstruktur enthalten. Dabei muß die Struktur des Pigmentsynergisten nicht mit der Struktur des Pigments, dessen Kristallisation beeinflußt werden soll, übereinstimmen. So können im vorliegenden Fall nicht nur Pigmentsynergisten auf Basis der Perylenstruktur, sondern z.B. auch solche auf Basis der Kupferphthalocyaninstruktur eingesetzt werden. Besonders geeignete Pigmentsynergisten sind in der
WO 2005/078023 A2 (S. 13, Z. 12 - S. 14, Z. 14) beschrieben. - Die Anwesenheit von Pigmentsynergisten wirkt sich oftmals auch positiv auf die Dispergierbarkeit und die Flockungsstabilität der erfindungsgemäßen Perylenpigmente im Medium, das zur Faser verarbeitet wird, bzw. in der Faser selbst und damit auch auf die Rheologie dieser Systeme aus.
- Die Dispergierbarkeit der erfindungsgemäßen Perlyenpigmente kann zudem durch Belegung der Pigmentoberfläche mit herkömmlichen Additiven verbessert werden. Neben Additiven auf Basis von Kolophoniumderivaten sind insbesondere auch für die Kunststoffeinfärbung Additive auf Basis von natürlichen und synthetischen Wachsen geeignet. Beispielhaft seien Wachse auf Basis von Polyethylen und von Polypropylen, die auch oxidiert sein können, von Polyethylenoxid, von ethoxylierten Fettalkoholen, von Polyethylenoxid/Polypropylenoxid/Blockcopolymerisaten, von Fettsäureestern (z.B. Montanwachse), von Fettsäureamiden und von Ethylen/Vinylacetat-Copolymerisaten genannt.
- Die, insbesondere schwarzen, IR-transparenten Farbmittel, beispielsweise die Farbstoffmischungen oder Pigmente, insbesondere Perylenpigmente eignen sich hervorragend zur Einfärbung von Fasern. Hierzu werden die Farbmittel in die Fasern eingearbeitet. Bevorzugt werden zum Einfärben der Fasern die oben beschriebenen schwarzen Perylenpigmente eingesetzt.
- Die Fasern können hierbei aus hochmolekularen organischen und anorganischen Stoffen natürlicher und synthetischer Herkunft bestehen.
- Die Einarbeitung der IR-transparenten Farbmittel, insbesondere der schwarzen Perylenpigmente, in die Fasern kann beispielsweise bereits vor der eigentlichen Faserbildung in die hochmolekularen organischen oder anorganischen Stoffe erfolgen. Es ist jedoch auch möglich die IR-transparenten Farbmittel, insbesondere schwarze Perylenpigmente, während der Faserherstellung in die Stoffe einzuarbeiten und weiterhin können die IR-transparenten Farbmittel, insbesondere Perylenpigmente, auch nach der Herstellung der Fasern in die faserförmigen organischen oder anorganischen Stoffe eingearbeitet werden.
- Die erfindungsgemäßen Fasern enthalten in der Regel von 0,001 bis 10 Gew.-% IR-transparentes Farbmittel (oder deren Gemische) bezogen auf das Gesamtgewicht aus Faser und Farbmittel. Bevorzugt enthalten die Fasern von 0,01 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,1 bis 2 Gew.-% und insbesondere von 0,5 bis 1,5 Gew.-%, IR-transparentes Farbmittel (oder deren Gemische) bezogen auf das Gesamtgewicht aus Faser und Farbmittel.
- Als Beispiele für hochmolekulare synthetische organische Stoffe seien folgende Kunststoffe genannt:
- Polyolefine, wie Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polyisobutylen und Poly-4-methyl-1-penten, Polyolefincopolymere, wie Luflexen® (Basell), Nordel® (Dow) und Engage® (DuPont), Cycloolefincopolymere, wie Topas® (Celanese), Polytetrafluoroethylen (PTFE), Ethylen/Tetrafluoroethylen-Copolymere (ETFE), Polyvinylidendifluorid (PVDF), , Polyvinylidenchlorid, Polyvinylalkohole, Polyvinylester, wie Polyvinylacetat, Vinylestercopolymere, wie Ethylen/Vinylacetat-Copolymere (EVA), Polyvinylalkanale, wie Polyvinylacetal und, Polyvinylketale, Polyamide, wie Nylon® [6], Nylon [12] und Nylon [6,6] (DuPont), , Polybutylenterephthalaten und Polyethylenterephthalaten, Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) und Copolymerisate, Umesterungsprodukte und physikalische Gemische (Blends) der zuvor genannten Polyalkylenterephthalate, Polyurethane, Polystyrol, Styrolcoplymere, wie Styrol/ Butadien-Copolymere, Styrol/-Acrylnitril-Copolymere (SAN), Styrol/Ethylmethacrylat-Copolymere, Styrol/Butadien/Ethylacrylat-Copolymere, Styrol/Acrylnitril/Methacrylat-Copolymere, Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymere (ABS) und Methacrylat/Butadien/-Styrol-Copolymere (MBS), Polyether wie Polyphenylenoxid, Polyetherketone, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyglykole wie Polyoxymethylen (POM), Polyaryle wie Polyphenylen, Polyarylenvinylene, Silicone, lonomere, thermoplastische und duroplastische Polyurethane sowie deren Mischungen.
- Besonders bevorzugte Kunststoffe für die erfindungsgemäßen Fasern sind Polyolefine (Polyethylen, Polypropylen), Polyester (PET, PBT), Polyamide oder SAN. Ganz besonders bevorzugt sind Polyolefine, Polyester, SAN.
- Als einfärbbare Kunststoffe sind dabei die Polymere an sich, ihre Co-polymere oder Blends, die als Pulver, plastische Massen, Schmelzen oder in Form von Spinnlösungen vorliegen können, zu verstehen.
- Die Einarbeitung der IR-transparenten Farbmittel, insbesondere der Perylenpigmente in die Fasern kann beispielsweise bereits vor der eigentlichen Faserbildung in die Kunststoffe, z.B. in Form von Pigmentpräparationen (Compound, Masterbatch), in Konzentrationen von in der Regel von 1 bis 90 Gew.-% Farbmittel bezogen auf die Gesamtmenge an Kunststoff und Farbmittel, bevorzugt von 5 bis 80 Gew.-%, ganz bevorzugt von 5 bis 40 Gew.-%, erfolgen. Es ist jedoch auch möglich die IR-transparenten Farbmittel, insbesondere schwarze Perylenpigmente, während der Faserherstellung in die Kunststoffe, beispielsweise in Form einer Dispersion, einzuarbeiten und weiterhin können die Farbmittel, insbesondere Perylenpigmente, auch nach der Herstellung der Fasern in die Kunststoffe eingearbeitet werden. Bevorzugt wird das Farbmittel oder die Farbmittelmischung in Form von Pigmentpräparationen eingearbeitet.
- Die Pigmentpräparationen können neben den IR-transparenten Farbmitteln selbstverständlich weitere für Kunststoffe übliche Additive wie beispielsweise HALS-Verbindungen, UV-Absorber (z.B. Benzotriazole, Benzophenole, Cyanacrylate), Flammschutzmittel, Antistatika oder (phenolische und phosphitische) Antioxidantien enthalten.
- Beispielsweise kann die Einarbeitung der IR-transparenten Farbmittel, insbesondere der Perylenpigmente, in die Pigmentpräparationen der Kunststoffe vor der eigentlichen Faserbildung nach allen bekannten Methoden erfolgen, z.B. durch gemeinsames Extrudieren (vorzugsweise mit einem Ein- oder Zweischneckenextruder), Walzen, Kneten, Pressen oder Mahlen.
- Nach der Einarbeitung werden dann die Kunststoffe zu Fasern verarbeitet. Das Herstellungsverfahren der Fasern aus den Kunststoffen ist beliebig. Beispielsweise können die Fasern durch Spinndüsenextrusion hergestellt werden. Es können alle dem Fachmann bekannten Verfahren eingesetzt werden, bei denen die, insbesondere schwarzen, Farbmittel, insbesondere Perylenpigmente im wesentlichen oder zum größten Teil auch nach der Herstellung in der Faser verbleiben.
- Als Beispiele für hochmolekulare synthetische anorganische Materialien seien aufgeführt:
- niedrigschmelzende Borosilikat-Glasfritts, gegebenenfalls organisch modifizierte Silikatsole und -gele, über einen Sol-Gel-Prozeß hergestellte, gegebenenfalls dotierte Silikat-, Aluminat-, Zirkonat- und Alumosilikatbeschichtungen und Schichtsilikate. Bevorzugt sind Glasfasern.
- Die erfindungsgemäßen Fasern, insbesondere Fasern, die aus Kunststoffen wie oben beschrieben, hergestellt werden, enthaltend IR-transparente Farbmittel, können optional weitere Zusatzstoffe enthalten. Geeignet sind die üblichen Zusatzstoffe, wie z. B., andere (nicht den Formlen la und/oder Ib entsprechende oder oben genannte) Pigmente, andere (nicht dichrome, trichrome oder multichrome) Farbstoffe oder Farbstoffgemische, Nukleierungsmittel, Füll- oder Verstärkungsmittel, Beschlagverhinderungsmittel, Biozide, Antistatika, UV-Absorber, Lichtstabilisatoren, Flammschutzmittel oder Antioxidantien.
- Der Fachmann wählt aus den in Betracht kommenden Zusatzstoffen vorzugsweise solche aus, die im Wellenlängenbereich von 760 nm bis 1500 nm im Wesentlichen keine Absorption aufweisen. In Betracht kommen hierbei insbesondere solche Zusatzstoffe, die gegenüber Wärmestrahlung transparent sind oder solche, die im genannten Wellenlängenbereich stark reflektierende Eigenschaften aufweisen. Es kommen insbesondere solche Zusatzstoffe in Betracht, welche darüber hinaus unter den Verarbeitungsbedingungen stabil sind und die Polymerschmelze nicht negativ beeinflussen.
- Der Fachmann wählt Zusatzstoffe vorzugsweise so aus, dass diese im Bereich von 760 nm bis 1500 nm transparent sind. Die Bestimmung der Transmission im genannten Wellenlängenbereich erfolgt nach dem oben beschriebenen Verfahren.
- Vorzugsweise weisen die Zusatzstoffe eine hohe Wärmebeständigkeit auf.
- In einer weiteren Ausführungsform kommen als Zusatzstoffe solche in Betracht, die gegenüber Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarots stark reflektierende Eigenschaften aufweisen. Durch stark reflektierende Zusatzstoffe wird erreicht, dass die IR-Strahlung reflektiert und abgestrahlt wird. Insofern bewirken die reflektierenden Zusatzstoffe lediglich eine Veränderung des Strahlenganges der Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarots, bevor die Wärmestrahlung anschließend abgestrahlt wird.
- Als im Wellenlängenbereich des nahen Infrarots reflektierende Zusatzstoffe kommen im genannten Wellenlängenbereich stark streuende Fremdpartikel in Betracht, insbesondere Titandioxidpigmente und anorganische Mischphasenpigmente (z. B. Sicotan® Pigmente, BASF) oder im Wellenlängenbereich des nahen Infrarots stark reflektierende Fremdpartikel, wie Aluminiumflakes und Glanzpigmente, z. B. solche auf Basis beschichteter Aluminiumplättchen oder anorganische Salze/Oxide wie Chromtitanate, Nickeltitanate.
- In der Regel sind die Zusatzstoffe in einer Menge von 0 bis 30 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Zusatzstoffen enthalten. Bevorzugt werden von 2 bis 20 Gew.-%, insbesondere von 5 bis 15 Gew.-% an Zusatzstoffen eingesetzt.
- Geeignete andere Pigmente als Zusatzstoffe sind anorganische Pigmente, beispielsweise Titandioxid in seinen drei Modifikationen Rutil, Anatas oder Brookit, Ultramarinblau, Eisenoxide, Bismutvanadate oder Ruß sowie die Klasse der organischen Pigmente, beispielsweise Verbindungen aus der Klasse der Chinophthalone, Diketopyrolopyrole.
- Unter Farbstoffen sind alle Farbmittel zu verstehen, die sich im verwendeten Kunststoff vollständig lösen bzw. in einer molekulardispersen Verteilung vorliegen und somit zur hochtransparenten, nichtstreuenden Einfärbung von Polymeren verwendet werden können. Ebenfalls als Farbstoffe sind organische Verbindungen anzusehen, die eine Fluoreszenz im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums aufweisen wie Fluoreszenzfarbstoffe.
- Geeignete Nukleierungsmittel umfassen zum Beispiel anorganische Stoffe, beispielsweise Talk, Metalloxide wie Titandioxid oder Magnesiumoxid, Phosphate, Carbonate oder Sulfate von vorzugsweise Erdalkalimetallen; organische Verbindungen wie Mono- oder Polycarbonsäuren sowie ihre Salze wie z. B. 4-tert-Butylbenzoesäure, Adipinsäure, Diphenylessigsäure, Natriumsuccinat oder Natriumbenzoat; polymere Verbindungen, wie beispielsweise ionische Copolymerisate ("Ionomere").
- Geeignete Füll- oder Verstärkungsstoffe umfassen zum Beispiel Calciumcarbonat, Silikate, Talk, Mica, Kaolin, Glimmer, Bariumsulfat, Metalloxide und -hydroxide, Ruß, Graphit, Holzmehl und Mehle oder Fasern anderer Naturprodukte, synthetische Fasern. Als Beispiele für faserförmige bzw. pulverförmige Füllstoffe kommen außerdem Kohlenstoff- oder Glasfasern in Form von Glasgeweben, Glasmatten oder Glasseidenrovings, Schnittglas, Glaskugeln sowie Wollstonit in Betracht. Die Einarbeitung von Glasfasern kann sowohl in Form von Kurzglasfasern als auch in Form von Endlosfasern (Rovings) erfolgen.
- Geeignete Antistatika sind beispielsweise Aminderivate wie N,N-Bis(hydroxyalkyl)alkylamine oder -alkylenamine, Polyethylenglycolester und -ether, ethoxylierte Carbonsäureester- und -amide und Glycerinmono- und - distearate, sowie deren Mischungen.
- In den erfindungsgemäßen Fasern enthaltend schwarze Farbmittel, insbesondere Perylenpigmente, ist als Zusatzstoff Titandioxid (TiO2) enthalten. TiO2 ist in einer Menge von 2 bis 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Zusatzstoffen enthalten. Bevorzugt werden 5 bis 15 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Zusatzstoffen an TiO2 eingesetzt.
- Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Fasern, die neben Polyestern, insbesondere PET, oder SAN, schwarze Perylenpigmente, insbesondere solche der Formeln la und/oder Ib, und auch TiO2 enthalten. Solche Fasern sind insbesondere als Ausführung für matte oder graue Fasern geeignet.
- Eine mögliche Erklärung für das Wärmemanagement mit schwarzen NIR-transparenten Pigmenten ist, dass die Fasern die NIR-Strahlung ungehindert durchlassen. Häufig wird dann die durchgelassene Strahlung an einer, hinter dem Material, das die erfindungsgemäßen Fasern enthält, liegenden, hellen, insbesondere weißen Oberfläche reflektiert oder wieder emittiert. Somit wird die Strahlung im Material oder im vom Material umgebenen Volumen nicht aufgenommen und es erfolgt kein "Aufheizen" des Materials oder des hinter dem Material gelegenen Raumes, trotz des dunklen, beispielsweise schwarzen Farbeindrucks, den das Material beim Betrachter hinterlässt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform liegt daher hinter den erfindungsgemäßen Materialen (auf der vom Einfall des Lichtes oder der Sonnenstrahlung im Wesentlichen abgewandten Seite), die die erfindungsgemäßen Fasern enthalten, ein weiteres Material mit einer hellen, insbesondere weißen Oberfläche vor.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Fasern, insbesondere solche basierend auf Kunststoffen, neben den IR-transparenten Farbmitteln, insbesondere schwarzen Perylenpigmenten auch geringe Mengen an TiO2. Ein Vorteil dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fasern ist, dass es nicht nötig ist eine helle Oberfläche hinter dem Material anzuordnen, dass diese Fasern enthält. Überraschenderweise ist der geringe Anteil an TiO2 ausreichend um ein Aufheizen des Materials teilweise oder sogar vollständig zu unterdrücken und so ein Wärmemanagement mit Hilfe dieser Materialien durchzuführen.
- Beispielhaft seien im Folgenden einige ausgewählte, besonders interessante Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäßen Fasern enthaltend IR-transparente Farbmittel, insbesondere Perylenpigmente, genannt.
- Die Herstellung von Materialien, beispielsweise Textilien oder Geweben, aus Fasern sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise sind hier Spinn- und Webverfahren zur Verarbeitung von Fasern zu oder zur Einarbeitung von Fasern in Textilien und Gewebe zu nennen. Diese Verfahren können auch für die Verarbeitung der erfindungsgemäßen Fasern zu oder der Einarbeitung in Materialien verwendet werden.
- Ein interessantes Gebiet stellt der Einsatz in dunklen, beispielsweise schwarzen, braunen oder grauen Materialien, insbesondere Textilien und Geweben, in Innenräumen dar, die dem Einfluss von Licht, insbesondere von Sonnenstrahlung unterliegen. Beispielsweise handelt es sich hierbei um Verkleidungen, Sitze oder Sitzbezüge im Innenraum von Fahrzeugen, insbesondere PKWs, Bussen oder LKWs, die Materialien enthalten, die dunkel gefärbte Fasern enthalten.
- In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Textilien um dunkle Autositzbezüge, die auf einem hellen Schaumstoffmaterial, beispielsweise Polyurethanschaum, aufliegen.
- Weiterhin finden diese Textilien und Gewebe Anwendung in dunkel, insbesondere schwarz, gefärbten Markisen, Sonnensegeln, Rollos oder Vorhängen.
- Weiterhin finden diese Textilien und Gewebe Anwendung in dunkel, insbesondere schwarz, gefärbten Geotextilien, Mulchfolien, Zelten oder Textilien und Geweben für Outdoor-Anwendungen.
- Weiterhin ist auch die Anwendung der Textilien und Gewebe für dunkle Kleidung oder auch dunkle Sitzbezüge im Freien, beispielsweise für Stadionsitze möglich.
- Für all diese Anwendungen besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Fasern mit Perylenpigmenten der Formel la und/oder Ib, in der R1 und R2 Phenylen bedeuten, da diese Pigmente eine ausgeprägte Absorption im sichtbaren Bereich von 400 bis 800 nm aufweisen und im NIR-Bereich (Bandkante etwa 850 nm) transparent sind. Ebenfalls gut geeignet sind die erfindungsgemäßen Perylenpigmente der Formel la und/oder Ib, in der R1 und R2 Naphthylen bedeuten, die ebenfalls im sichtbaren Bereich stark absorbieren und im NIR-Bereich transparent werden (Bandkante ca. 950 nm).
- Weitere Vorteile dieser Perylenpigmente in den erfindungsgemäßen Fasern sind eine neutrale Schwarzfärbung, Hitzestabilität von bis zu 300°C in der Faser und bis zu 450°C in Substanz, hohe Farbstärke, geringe Neigung zur Migration, geringe Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln, hohe Beständigkeit gegenüber Licht- und Umwelteinflüssen, chemische Inertheit und einfache Dispergierbarkeit.
- Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind daher Materialien, enthaltend die erfindungsgemäßen Fasern, beispielsweise Textilien oder Gewebe.
- Die Erfindung wird durch die Beispiele näher erläutert, ohne dass die Beispiele den Gegenstand der Erfindung einschränken.
- Es wurde ein Masterbatch in PBT, enthaltend 40 Gew.-% IR-transparentes Farbmittel bezogen auf die Gesamtmenge an PBT und IR-transparentem Farbmittel hergestellt. Dieser Masterbatch wurde in einem Verhältnis von 1:10 zur Herstellung einer PET-Faser verwendet. Die Fasern wurden durch Spinndüsenextrusion hergestellt und danach lufttexturiert. Die spektroskopischen Messungen (Re-emissionsmessungen) wur-den an einem aufgewickelten Faserbündel durchgeführt (Ulbrichtkugel 300-2500nm).
- Folgende IR-transparente Farbmittel wurden eingesetzt:
- F1:
- Isomerengemisch:
- Isomerengemisch:
- F2:
- Isomerengemisch:
- Isomerengemisch:
- F3:
- Isomerengemisch:
- Isomerengemisch:
- F4:
- Isomerengemisch:
- Isomerengemisch:
- F5:
- Isomerengemisch:
- Isomerengemisch:
- F6:
- Isomerengemisch:
- Isomerengemisch:
- F7:
- Isomeremgemisch:
- Isomeremgemisch:
- F8:
- Isomerengemisch:
- Isomerengemisch:
- F9:
- Isomerengemisch:
- Isomerengemisch:
- Die Herstellung der Farbmittel F1 bis F9 erfolgte wie in der
WO 2005/078023 A2 angegeben. - Re-emission von NIR-Strahlung eines schwarzen Faserbündels im Wellenlängenbereich von 760 bis 1500 nm vor weißer Oberfläche:
- Die Re-Emission war für alle Farbmittel F1 bis F9 höher als 70 %.
- Im Vergleich betrug die Re-Emission für Fasern in die Ruß unter denselben Bedingungen wie die Farbmittel eingearbeitet wurde im oben angegebenen Wellenlängebereich unter 5%.
- Re-emission von NIR-Strahlung eines schwarzen Textils für den Automobilinnenraum im Wellenlängenbereich von 760 bis 1500 nm vor weißer Oberfläche:
- Die Re-Emission war für alle Farbmittel F1 bis F9 höher als 60 %.
- Im Vergleich betrug die Re-Emission für Fasern in die Ruß unter denselben Bedingungen wie die Farbmittel eingearbeitet wurde im oben angegebenen Wellenlängebereich unter 5%.
- Re-emission von NIR-Strahlung eines grauen Textils für den Automobilinnenraum im Wellenlängenbereich von 760 bis 1500 nm vor weißer Oberfläche:
- Die Re-Emission war für alle Farbmittel F1 bis F9 höher als 60 %.
- Im Vergleich betrug die Re-Emission für Fasern in die Ruß unter denselben Bedingungen wie die Farbmittel eingearbeitet wurde im oben angegebenen Wellenlängebereich unter 30%.
Claims (15)
- Fasern enthaltend IR-transparente Farbmittel und Zusatzstoffe, wobei das Faser-material 2 bis 20 Gew.-% Titandioxid als Zusatzstoff bezogen auf das Gesamtgewicht von Faser und Zusatzstoffen enthält.
- Fasern nach Anspruch 1, wobei es sich um schwarze, braune oder graue Fasern handelt.
- Fasern nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei den IR-transparenten Farbmitteln um di-, tri- oder multichrome Farbstoffe handelt.
- Fasern nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei den IR-transparenten Farbmitteln um Pigmente handelt.
- Fasern nach Anspruch 4, wobei die Pigmente Perylenpigmente sind und eines der Isomere der Formel la oder Ib
- Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei in der Faser von 0,001 bis 10 Gew.-% IR-transparentes Farbmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Faser und Farbmittel enthalten sind.
- Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei das Fasermaterial ein Kunststoff ist.
- Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei das Fasermaterial Glas ist.
- Verfahren zur Herstellung von Fasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit Hilfe von IR-transparenten Farbmitteln eingefärbt werden.
- Verwendung von Fasern gemäß Anspruch 1 im Wärmemanagement.
- Verwendung von Fasern gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Textilien oder Geweben.
- Materialien enthaltend Fasern gemäß Anspruch 1.
- Materialien nach Anspruch 12, wobei hinter den Fasern ein anderes Material mit einer hellen oder weißen Oberfläche vorliegt.
- Materialien nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Materialien Textilien oder Gewebe sind.
- Materialien nach Anspruch 14, wobei die Textilien oder Gewebe Markisen, Sonnensegel, Rollos, Vorhänge, Geotextilien, Mulchfolien, Zelte, Textilien und Geweben für Outdoor-Anwendungen, Kleidung oder Sitzbezüge sind.
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