Titel: INFRAROTSTRAHLUNG REFLEKTIERENDE LACKSCHICHTTitle: INFRARED RADIATION REFLECTIVE PAINT LAYER
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft den Gegenstand des oberbegrifflich Beanspruchten und befasst sich somit mit Infrarotstrahlung abschirmenden Schichten.The present invention relates to the subject of the preamble and thus deals with infrared radiation shielding layers.
Die Abschirmung von Infrarotstrahlung gewinnt zunehmende Bedeutung auf verschiedenen Gebieten. So ist es bei architektonischen Anwendungen, wie großen Glasflächen an Hochhäusern, oftmals erwünscht, die Einstrahlung von infraroter Strahlung in das Gebäude möglichst gering zu halten, um etwa in südli- chen Ländern eine Aufheizung des Innenraumes zu verhindern, obwohl ein Maximum an Tageslicht eingelassen wird. Gleiches gilt im Bereich der Automobilverscheibungen, wo Verbesserungen der Aerodynamik bei gewünscht gleichbleibenden Sichtverhältnissen eine vergrößerte Verglasung erzwingen. Auch hier ist es gewünscht, die Aufheizung des Innenraumes zu vermeiden. Wird die Wärmestrahlung nicht hinreichend abgeschirmt, so fordern viele Benutzer sowohl in Häusern als auch in Automobilen eine Klimatisierung durch stark kühlende Klimaanlagen. Die zu hohe Wärmeeinstrahlung bewirkt dann einen erhöh- ten Energieverbrauch.Shielding infrared radiation is becoming increasingly important in various areas. In architectural applications, such as large glass surfaces on high-rise buildings, it is often desirable to keep the radiation of infrared radiation into the building as low as possible in order to prevent the interior from heating up in southern countries, even though a maximum of daylight is let in , The same applies in the field of automotive glazing, where improvements in aerodynamics, with the desired constant visibility, force larger glazing. Here, too, it is desirable to avoid heating the interior. If heat radiation is not adequately shielded, many users in both homes and automobiles require air conditioning by means of strongly cooling air conditioning systems. The excessive heat radiation then causes increased energy consumption.
Es kann weiter erforderlich sein, in anderen Situationen einen für ein anderes Verhalten des Stroms an Wärme zu sorgen; dies gilt insbesondere in nordischen Ländern, für Gewächshäu- ser etc. Dabei ist es wünschenswert, Wärmestrahlung in einIt may also be necessary to change the behavior of the current to heat in other situations; this is especially true in Nordic countries, for greenhouses etc. It is desirable to have heat radiation in one
Gebäude hinein zu lassen, aber keine Wärmestrahlung heraus zu lassen. Ähnliches gilt auch für bestimmte Folien wie fürLet buildings in, but don't let heat radiation out. The same applies to certain foils such as
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Treibhausfolien, für Zeltplanen, Kleidung etc. Hier liegt also ein Fall vor, der zu jenem umgekehrt ist, wo eine übermäßige Erwärmung per se vermieden werden soll, indem eine Ab- strahlung der im inneren vorhandenen Wärme ermöglicht wird und nach Möglichkeit eine Einstrahlung von Wärme verhindert werden soll. Es sei explizit erwähnt, daß dieses jeweilige Verhalten nur in bestimmten Fällen gewünscht und daher nicht immer angestrebt ist. Es kann dabei auch Fälle geben, wo insgesamt der Wärmefluß zu unterdrücken ist, also weder ein Aus- tausch von Innen nach Außen noch von Außen nach Innen zulässig ist. Als Beispiel sei ein Automobil genannt, dessen Inneres im Sommer vor Sonneneinstrahlung geschützt werden soll, während im Winter die von der Heizung verfügbare Wärme möglichst weitgehend im Inneren verbleiben soll, um eine schnel- le Erwärmung zu begünstigen, aber ein Abkühlen im Stand zu vermeiden.l - Greenhouse films, for tarpaulins, clothing, etc. Here is a case that is the reverse of that where excessive heating per se is to be avoided by allowing the internal heat to be radiated and, if possible, radiant heat should be prevented. It should be explicitly mentioned that this particular behavior is only desired in certain cases and is therefore not always sought. There may also be cases in which the overall heat flow is to be suppressed, that is, an exchange from inside to outside or from outside to inside is not permitted. An example is an automobile whose interior is to be protected from the sun in summer, while in winter the heat available from the heating should remain as much as possible in the interior to promote rapid warming but to prevent it from cooling down when stationary.
Es ist vorgeschlagen worden (EP 0 727 306 A2), ein laminiertes Glas vorzusehen, in welchem zwischen ersten und zweiten transparenten Glasplatten ein Zwischenschichtfilm zwischengesetzt ist, der darin dispergiert funktioneile ultrafeine Teilchen aufweist, welche einen Teilchendurchmesser von bis zu 0,2 μm aufweisen. Der Zwischenfilm soll insbesondere aus plastiziertem PVB (Polyvinylbutyral) oder einem Ethylen- Vinylacetat-Copolymer (EVA) bestehen. Als funktioneile Teilchen werden in der EP 0 727 306 A2 solche vorgeschlagen, die aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Metalle enthaltenden Verbindungen und Composite, die Metall enthalten, ausgewählt sind. Die Metalle sollen bestehen aus Sn, Ti, Si, Zn, Zr, Fe, AI, Cr, Co, Ce, In, Ni, Ag, Cu, Pt, Nn, Ta, W, V und Mo. Es werden erwähnt als Metallverbindungen Oxide, Nitride, Oxini- tride und Sulfide; die Composite sollen mit zumindest einer
Substanz dotiert sein und die Verbindung mit der zumindest einen Substanz dotiert. Als Oxide werden genannt Sn02, Ti02, Si02, Zr02, Zn02, Fe203, Al203, FeO, Cr203, Co203, Ce02, ln203, NiO, MnO und CuO. Es wird diskutiert, welche Mengen an Substanz im Ausgangsharz für den Zwischenschichtfilm eingearbeitet werden müssen und es wird diskutiert, dass der erhaltene Film nur eine bestimmte maximale Leitfähigkeit aufweisen darf, um eine zufriedenstellende Radiowellen-Durchlässigkeit aufzuweisen.It has been proposed (EP 0 727 306 A2) to provide a laminated glass in which an interlayer film is interposed between the first and second transparent glass plates, which has dispersed functional ultrafine particles which have a particle diameter of up to 0.2 μm. The intermediate film should consist in particular of plasticized PVB (polyvinyl butyral) or an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA). EP 0 727 306 A2 proposes as functional particles those which are selected from the group consisting of metals, metal-containing compounds and composites which contain metal. The metals are said to consist of Sn, Ti, Si, Zn, Zr, Fe, Al, Cr, Co, Ce, In, Ni, Ag, Cu, Pt, Nn, Ta, W, V and Mo. They are mentioned as metal compounds Oxides, nitrides, oxinitrides and sulfides; the composite should have at least one Be doped substance and the connection with the at least one substance doped. The oxides mentioned are Sn0 2 , Ti0 2 , Si0 2 , Zr0 2 , Zn0 2 , Fe 2 0 3 , Al 2 0 3 , FeO, Cr 2 0 3 , Co 2 0 3 , Ce0 2 , ln 2 0 3 , NiO , MnO and CuO. It is discussed what amounts of substance have to be incorporated in the starting resin for the interlayer film and it is discussed that the film obtained may only have a certain maximum conductivity in order to have a satisfactory radio wave transmittance.
Das vorbekannte Verfahren mag unter speziellen Anwendungen zu passablen Ergebnissen führen, ist aber nicht in jedem Fall voll zufriedenstellend. Dies gilt insbesondere dann, wenn neben einer guten IR-Abschirmung auch Schichten mit verbesser- ter Leitfähigkeit gewünscht werden, etwa um antistatische Eigenschaften zu erhalten oder ableitfähige Beschichtungen vorzusehen. Überdies ergeben sich Schwierigkeiten bei der Herstellung von Infrarot abschirmenden, komplex geformten Gegenständen, wie besonders stark gebogene Windschutzscheiben oder dergleichen.The previously known method may lead to acceptable results under special applications, but is not always completely satisfactory. This applies in particular if, in addition to good IR shielding, layers with improved conductivity are also desired, for example in order to obtain antistatic properties or to provide conductive coatings. In addition, difficulties arise in the production of infrared-shielding, complex-shaped objects, such as particularly strongly curved windshields or the like.
Ein weiteres Verfahren, das im Stand der Technik bekannt ist, ist die Gasphasenbeschichtung von Flachglas, die durch Sputtern, CVD, PVD usw. erfolgen kann. Als Schichtmaterialien können durch das Sputtern ultradünne Schichten aus leitenden oder halbleitend dotierten Oxiden aufgetragen werden, beispielsweise aus ATO (Sn02:Sb) FTO (Sn02:F) AZO (ZnO.Al) oder ITO (In203:Sn). Diese Schichten sind in ultradünnem Zustand transparent für sichtbares Licht und vermindern die Transmis- sion von infraroter Strahlung. Als durchgehende Schichten können ableitfähige Schichten verwendet werden. Die zur Auftragung derartiger dichter Schichten verwendeten Anlagen sind
allerdings sehr teuer, weshalb sie sich nur bei hohem Durchsatz, also der Beschichtung sehr großer Materialmengen amortisieren. Es wird zudem wesentlich mehr Targetmaterial benötigt, als letztlich auf dem Substrat abgeschieden wird. Der verbleibende Rest lagert sich in der Maschine ab, von wo er typisch entfernt werden muss, was nicht nur wegen der schlechten Ausnutzung der teueren Targets äußerst unerwünscht ist.Another method which is known in the prior art is the gas phase coating of flat glass, which can be carried out by sputtering, CVD, PVD etc. Sputtering can be used to apply ultra-thin layers of conductive or semiconductively doped oxides, for example made of ATO (Sn0 2 : Sb) FTO (Sn0 2 : F) AZO (ZnO.Al) or ITO (In 2 0 3 : Sn). In an ultra-thin state, these layers are transparent to visible light and reduce the transmission of infrared radiation. Conductive layers can be used as continuous layers. The systems used to apply such dense layers are however, very expensive, which is why they only pay for themselves with high throughput, i.e. the coating of very large quantities of material. In addition, significantly more target material is required than is ultimately deposited on the substrate. The rest of it is deposited in the machine, from where it typically has to be removed, which is extremely undesirable not only because of the poor exploitation of the expensive targets.
Obwohl derartige Sputter-Anlagen technisch sehr aufwendig sind, ist es dennoch sehr schwierig, mit ihnen komplex geformte Gegenstände in Klein- oder Sonderserien zu beschichten, da jeder Geometriewechsel eine erhebliche ümkonstruktion an wesentlichen Teilen der Anlage erfordert. Der bisherige Versuch, Autoscheiben flach zu besputtern und danach in die gewünschte aerodynamische Form zu biegen, ist bislang gescheitert. Zudem ist eine Beschichtung von Polymeren oder Folien, wie sie oftmals gewünscht ist, allenfalls bedingt möglich.Although such sputtering systems are technically very complex, it is still very difficult to coat them with complex shaped objects in small or special series, since each change of geometry requires a considerable redesign of essential parts of the system. The previous attempt to sputter car windows flat and then bend them into the desired aerodynamic shape has so far failed. In addition, coating of polymers or foils, as is often desired, is at best possible to a limited extent.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereit zu stellen.The aim of the present invention is to provide something new for commercial use.
Das Ziel wird erreicht mit den Merkmalen des unabhängigen An- Spruches. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.The goal is achieved with the characteristics of the independent claim. Preferred embodiments can be found in the subclaims.
Damit schlägt die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung einer durchsichtigen IR- Abschirmung vor, worin ein Träger mit Wirksubstanz versehen wird, um damit im Strahlengang angeordnet zu werden, bei welchem vorgesehen ist, dass ein bereits ohne nanopartikuläre
Teilchen filmbildendes Lacksystem umfassend nanopartikuläre Teilchen und lackübliche Lösemittel nass auf einem Substrat aufgetragen wird.The present invention thus proposes, according to a first aspect, a method for producing a transparent IR shield, in which a support is provided with active substance in order to be arranged in the beam path, in which it is provided that one is already without nanoparticulate Particle film-forming paint system comprising nanoparticulate particles and customary paint solvents is applied wet on a substrate.
Es wurde überraschend erkannt, dass die nanopartikulären Teilchen auch dann, wenn sie für die Einarbeitung in ein Lacksystem, in welchem sie einzuarbeiten sind, ausgerüstet sind, eine gute Infrarot-abschirmende Wirkung ergeben. Dieser Effekt wird ausgenützt, um zu ermöglichen, dass das Lacksy- stem mit den nanopartikulären Teilchen nass aufgetragen werden kann. Der Vorteil des Nassauftragens besteht dabei darin, dass einerseits ein geringerer technischer Aufwand zum Auftragen selbst erforderlich ist, was eine Vielzahl neuer Anwendungen eröffnet, und zwar auch dann, wenn keine Großserien gefertigt werden sollen, und daß andererseits auch komplexere Geometrien gebildet werden können. Zudem können mehr Materialien, insbesondere Polymere und/oder Folien beschichtet werden als im Stand der Technik möglich.It was surprisingly recognized that the nanoparticulate particles, even if they are equipped for incorporation into a coating system in which they are to be incorporated, give a good infrared shielding effect. This effect is used to enable the paint system with the nanoparticulate particles to be applied wet. The advantage of wet application is that, on the one hand, less technical effort is required for the application itself, which opens up a large number of new applications, even when no large series are to be produced, and on the other hand, more complex geometries can also be formed. In addition, more materials, in particular polymers and / or films, can be coated than is possible in the prior art.
Bevorzugt sind die nanopartikulären Teilchen im Lacksystem dispergiert. Dazu können die nanopartikulären Teilchen, die bei der Herstellung des Lacksystems verwendet werden, für die einfache Dispersion beziehungsweise Redispersion im Lacksystem entsprechend ausgerüstet werden. Die Art und Weise, die erwünschte Redispergierbarkeit zu erreichen, ist per se bekannt. Wichtig ist aber vorliegend dabei die Erkenntnis, dass sich durch Anwendung per se bekannter Maßnahme eine gute IR- Abschirmung ergibt.The nanoparticulate particles are preferably dispersed in the coating system. For this purpose, the nanoparticulate particles which are used in the production of the coating system can be appropriately equipped for simple dispersion or redispersion in the coating system. The way to achieve the desired redispersibility is known per se. What is important here, however, is the knowledge that good IR shielding results from application of measures known per se.
Es ist möglich, die Infrarot-abschirmende Wirkung der nanopartikulären Teilchen für eine Vielzahl lacküblicher Lösemittel zu erhalten, was die Anwendungsmöglichkeiten verbreitert,
weil insbesondere das Lacksystem optimiert werden kann auf bestimmte Substrate und/oder Anwendungsbedingungen, wie eine Anwendung in Innenräumen, auf Außenfassaden unter verschiedenen typischen Witterungsbedingungen wie hoher Luftfeuchtig- keit, häufigen Niederschlägen usw., für Flugzeuge, insbesondere Cockpit-Verglasungen, Automobilen usw. Es kann überdies ein besonders temperaturbeständiges Lacksystem gewählt werden, soll etwa eine Infrarot-Abschirmung im Bereich von Hochtemperatur-Anwendungen erreicht werden, bei denen ein hochtemperierter Innenraum wie ein Ofen oder dergleichen weniger Wärme nach außen abstrahlen soll.It is possible to maintain the infrared shielding effect of the nanoparticulate particles for a large number of solvents customary in lacquers, which broadens the possible uses, because in particular the paint system can be optimized for certain substrates and / or application conditions, such as indoor use, on exterior facades under various typical weather conditions such as high humidity, frequent rainfall, etc., for aircraft, in particular cockpit glazing, automobiles, etc. If a particularly temperature-resistant paint system can also be selected, infrared shielding should be achieved in the area of high-temperature applications in which a high-temperature interior such as an oven or the like should radiate less heat to the outside.
Es ist möglich, ein Gemisch an unterschiedlichen lacküblichen Lösemitteln zu verwenden, um verschiedene Eigenschaften gleichzeitig zu optimieren, wie beispielsweise Abriebs- und Kratzfestigkeit, Beständigkeit gegen Abblättern und Abziehen, Wärmebeständigkeit, UV-Beständigkeit usw.It is possible to use a mixture of different common solvents to optimize different properties at the same time, such as abrasion and scratch resistance, resistance to peeling and peeling, heat resistance, UV resistance, etc.
Dem Lacksystem kann ein Bindermittel, insbesondere in Form organischer Komponenten zugesetzt werden. Die organischen Komponenten können in monomerer, oligomerer oder polymerer Form zugesetzt werden und es kann sich insbesondere handeln um zumindest eines aus der Polymergruppe Polyacrylate, insbesondere PMMA, Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyvinylbutyral (PVB), Polyvinylalkohole (PVA) , Polyethylenglycole, Polyurethane, bisphenolbasierte Polymere, Polyester, sowie Oligomere und/oder Monomere vorgenannter Polymere und/oder Cellulosede- rivate, insbesondere Methylcellulose, Hydroxypropylcellulose und/oder Nitrocellulose und/oder metallorganische Verbindun- gen. Weiter ist es möglich, Silikone und/oder Silane in monomerer, oligomerer und/oder polymerer Form zuzugeben.
Die nanopartikulären Teilchen liegen typisch in einem Größenbereich zwischen 1 und 200 nm. Damit ist sichergestellt, dass sich einerseits die Fertigungsprozesse gut in den Griff bekommen lassen und andererseits die Eigenschaften des Lacksy- ste s hinreichend präzise definiert sind.A binder, in particular in the form of organic components, can be added to the coating system. The organic components can be added in monomeric, oligomeric or polymeric form and it can in particular be at least one from the polymer group polyacrylates, in particular PMMA, polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohols (PVA), polyethylene glycols, polyurethanes, bisphenol-based Polymers, polyesters, and oligomers and / or monomers of the aforementioned polymers and / or cellulose derivatives, in particular methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose and / or nitrocellulose and / or organometallic compounds. It is also possible to use silicones and / or silanes in monomeric, oligomeric and / or to add polymeric form. The nanoparticulate particles are typically in a size range between 1 and 200 nm. This ensures that, on the one hand, the manufacturing processes can be easily managed and, on the other hand, the properties of the coating system are defined with sufficient precision.
Wenn die Teilchen kleiner als 200 nm sind, stellt dies sicher, dass keine Beeinträchtigung der Transparenz im sichtbaren Bereich gegeben ist, wobei überdies hohe Anteile von Teilchengrößen um oder unter 100 nm zu einer besonders guten Homogenität durch die Erhöhung der Gesamtteilchenzahl führen. Als Nanopartikel kommen in Betracht insbesondere die vorstehend bei der Diskussion der EP 0 727 306 erwähnten.If the particles are smaller than 200 nm, this ensures that there is no impairment of the transparency in the visible range, in addition high proportions of particle sizes around or below 100 nm lead to a particularly good homogeneity by increasing the total number of particles. Particularly suitable nanoparticles are those mentioned above in the discussion of EP 0 727 306.
Als Substrate sind neben anorganischen Gläsern, wie Silikatgläsern, die typisch für Flachgläser verwendet werden, insbesondere PMMA, PVB und dergleichen einsetzbar. Dies ermöglicht es, das erfindungsgemäße Lacksystem mit Polymeren einzusetzen, was vorteilhaft ist, um Verglasungen mit verringertem Gewicht zu erzeugen, neue Anwendungsbereiche zu eröffnen usw. So können etwa Getränkeflaschen leicht mit einer Infrarotstrahlungsabschirmenden Beschichtung versehen werden, was Vorteile hat, wenn in der Flasche Getränke gekühlt bleiben sollen. Die hier vorgestellten Beschichtungen gewährleisten dies.In addition to inorganic glasses, such as silicate glasses, which are typically used for flat glasses, in particular PMMA, PVB and the like can be used as substrates. This makes it possible to use the coating system according to the invention with polymers, which is advantageous in order to produce glazings with reduced weight, open up new areas of application, etc. For example, beverage bottles can easily be provided with an infrared radiation-shielding coating, which has advantages if drinks are in the bottle should stay cool. The coatings presented here guarantee this.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Auftrag durch eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken, die allesamt preiswert realisierbar sind. Während Techniken wie das Tauchen eine vollständige Überdeckung ergeben, kann, etwa durch Aufdruk- ken, auch ein Muster auf dem Gegenstand erzeugt werden, was insbesondere in Verbindung mit der verbesserten Leitfähigkeit
vorteilhaft ist. So können etwa auf Automobilscheiben leitfähige, transparente und zugleich IR-abschirmende Antennenbereiche für Radioempfang und/oder Senden und Empfangen von Mobilfunksignalen aufgedruckt werden. Diese Anordnung können zugleich sehr großflächig gestaltet werden.The present invention enables the application by a variety of different techniques, all of which are inexpensive to implement. While techniques such as diving provide complete coverage, a pattern can also be created on the object, for example by printing, which in particular in connection with the improved conductivity is advantageous. For example, conductive, transparent and at the same time IR-shielding antenna areas for radio reception and / or transmission and reception of mobile radio signals can be printed on automobile windows. This arrangement can also be designed to be very large.
Wenn eine Auftragung auf einem sehr kompliziert geformten Gebilde gewünscht ist oder einzelne Muster aufzudrucken sind, die sich von Gegenstand zu Gegenstand nicht wiederholen, oder die nur für eine geringe Anzahl von Produkten identisch sind, wie dies bei Serien-Nummern, Chargen-Nummern oder dergleichen der Fall ist, kann eine Auftragung mit einem InkJet-Verfahren erfolgen. Da die erzeugten Schichten unsichtbar sind, ist es insbesondere möglich, eine versteckte Codierung vorzunehmen. Dabei kann entweder, bei an der Oberfläche des beschichteten Gegenstandes liegenden Beschichtungen, die unterschiedliche Leitfähigkeit von Bereichen abgetastet werden, zum Beispiel durch Aufsetzen von Elektroden an vorgegebenen Stellen, und/oder es kann die Abtastung der versteckten Informationen durch Einstrahlen von Infrarotstrahlung erfolgen, wobei entweder die Erwärmung auf dem Substrat erfasst wird oder die Transmission hinter dem beschichteten Substrat. In einem solchen Fall kann die Beschichtung auch zwischen zwei Oberflächen eingeschlossen sein, beispielsweise auf der Innenseite einer Thermoverglasung oder dergleichen. Die Kombination vorbestimmter Leitfähigkeiten und IR-Abschirmungen erlaubt überdies eine besonders sichere Echtheitsverifizierung.If an application on a very complex shaped structure is desired or individual patterns are to be printed on, which do not repeat from object to object, or which are only identical for a small number of products, as is the case with serial numbers, batch numbers or the like if so, an application can be made using an inkjet process. Since the layers generated are invisible, it is in particular possible to carry out hidden coding. Either in the case of coatings lying on the surface of the coated object, the different conductivity of areas can be scanned, for example by placing electrodes at predetermined locations, and / or the hidden information can be scanned by irradiating infrared radiation, either the heating on the substrate is detected or the transmission behind the coated substrate. In such a case, the coating can also be enclosed between two surfaces, for example on the inside of thermal glazing or the like. The combination of predetermined conductivities and IR shielding also enables particularly reliable authenticity verification.
Die Trocknung erfolgt typisch sehr schonend, beispielsweise bei Temperaturen unter 100 °C. Eine erste Möglichkeit besteht darin, eine Trocknung bei Raumtemperatur vorzunehmen; alternativ ist es möglich, bei geringfügig erhöhter Temperatur wie
50° bis 70°C zu erwärmen, ohne dass die positiven Eigenschaften der Beschichtung verloren gehen.Drying is typically very gentle, for example at temperatures below 100 ° C. A first option is to dry at room temperature; alternatively it is possible to at a slightly elevated temperature such as Heat 50 ° to 70 ° C without losing the positive properties of the coating.
Es sei erwähnt, dass es besonders vorteilhaft ist, mit der Beschichtung auch zumindest antistatische Eigenschaften zu erhalten, oder, bei noch weiter verbesserter Leitfähigkeit der Schicht, eine Ableitung durch sie vorzusehen beziehungsweise eine insgesamt leitfähige Schicht. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn nanopartikuläre Teilchen verwendet wer- den, die eine hohe Leitfähigkeit haben. Besonderes bevorzugt ist dabei die Verwendung von ITO, insbesondere ITO mit vergleichsweise hoher Leitfähigkeit, als dotiertes ITO. Es sei darauf hingewiesen, dass das teuere ITO-Material hohe Leitfähigkeit in vergleichsweise geringen Mengen und insbesondere unterhalb der Perkolationsgrenze bereits die angestrebte Wirkung entfalten kann.It should be mentioned that it is particularly advantageous to also obtain at least antistatic properties with the coating, or, if the layer has an even further improved conductivity, to provide a discharge through it or an overall conductive layer. This is particularly possible if nanoparticulate particles with a high conductivity are used. It is particularly preferred to use ITO, in particular ITO with a comparatively high conductivity, as doped ITO. It should be pointed out that the expensive ITO material has high conductivity in comparatively small amounts and in particular below the percolation limit can already have the desired effect.
Wie eingangs erwähnt, ist es für verschiedene Anwendungen besonders bevorzugt, wenn eine Art Wärmestrahlungsfalle oder ein diodenartiges Verhalten für Wärmestrahlung vorgesehen wird, d.h. eingestrahlte Wärmestrahlung nur in eine Richtung durchkommt, nicht aber in der Umkehrrichtung Wärme abgestrahlt werden kann. Die vorliegende Erfindung schlägt in einer besonders bevorzugten Variante dazu vor, eine Absorpti- onskante so zu wählen, daß die Beschichtung am Maximum der Solarenergie-Einstrahlung transparent ist. Diese Solarenergie-Einstrahlung hat ihr Maximum im Bereich zwischen etwa 800nm und llOOnm. Dieser Bereich ist für die Erwärmung demnach besonders relevant. Es wurde erkannt, daß durch die Wahl der Absorptionskantenlage die Einstrahlung von thermischer Solarstrahlung weitgehend erlaubt werden kann, während die Abstrahlung der Wärmestrahlung aus dem Inneren weitgehend
verringert werden kann. Dies liegt daran, daß die - hier nach Möglichkeit gerade nicht - abzustrahlende Wärmestrahlung typisch deutlich langwelliger ist als die eingestrahlte. In einer besonders bevorzugten Variante liegt daher die Absorpti- onskante zwischen dem Nahinfrarot (NIR) der Einstrahlung und dem Ferninfrarot der Abstrahlung (FIR) , das somit eher reflektiert und/oder absorbiert wird denn transmittiert . Besonders bevorzugt ist daher die Lage der Absorptionskante jenseits von, aber nahe bei llOOnm, insbesondere im Bereich zwi- sehen 1120 bis 1350. Bei geringeren Wellenlängen liegende Absorptionskanten führen dazu, daß mehr der hier erwünschten thermischer Solarstrahlung abgeschirmt wird. Es wurde dabei gefunden, daß die gefundenen Beschichtungen im sichtbaren vollständig oder wenigstens nahezu vollständig transparent sind und zwar ungeachtet eines Gelbwertes des zugrunde liegenden Materials.As mentioned at the outset, it is particularly preferred for various applications if a type of heat radiation trap or a diode-like behavior for heat radiation is provided, ie radiated heat radiation only passes in one direction, but heat cannot be radiated in the reverse direction. In a particularly preferred variant, the present invention proposes to choose an absorption edge in such a way that the coating is transparent at the maximum of the solar energy radiation. This solar energy radiation has its maximum in the range between about 800nm and llOOnm. This area is therefore particularly relevant for warming. It was recognized that the radiation of thermal solar radiation can be largely allowed by the choice of the absorption edge position, while the radiation of the thermal radiation from the inside is largely possible can be reduced. This is due to the fact that the heat radiation to be emitted, if possible not here, is typically significantly longer wavelength than the radiated radiation. In a particularly preferred variant, therefore, the absorption edge lies between the near infrared (NIR) of the radiation and the far infrared of the radiation (FIR), which is therefore reflected and / or absorbed rather than transmitted. The position of the absorption edge beyond, but close to 11OOnm, in particular in the range between 1120 to 1350, is therefore particularly preferred. Absorption edges lying at shorter wavelengths result in more of the thermal solar radiation desired here being shielded. It was found that the coatings found were completely or at least almost completely transparent in the visible, regardless of a yellowness index of the underlying material.
In einer weiteren, für andere Zwecke bevorzugten Variante ist vorgesehen, ein ITO zu verwenden, das bei etwa llOOnm eine Absorptionskante besitzt und dann zusätzlich in die Beschichtung einen weiteren Absorber einzubringen, der in Bereichen unterhalb 900nm absorbiert. Besonders bevorzugt ist die Verwendung UV-beständiger Absorber. Zugleich ist es erwünscht, einen organischen Absorber zu verwenden, der in gängigen Lacksystemen problemfrei eingebracht werden kann. Als besonders geeignet haben sich Phtalocyanin-Farbstoffe erwiesen, die im Sichtbaren transparent sowie weiter UV-beständig sind. Ein besonders geeigneter Absorber ist der von Yamamoto Chemicals unter der Bezeichnung YKR 50/10 erhältliche Phtalocya- nin-Farbstoff. Es wurde gefunden, daß bereits 10Gew-% desIn a further variant which is preferred for other purposes, it is provided to use an ITO which has an absorption edge at approximately 100 nm and then additionally to introduce a further absorber into the coating which absorbs in regions below 900 nm. The use of UV-resistant absorbers is particularly preferred. At the same time, it is desirable to use an organic absorber that can be applied without problems in common coating systems. Phthalocyanine dyes that are transparent in the visible and also UV-resistant have proven to be particularly suitable. A particularly suitable absorber is the phthalocyanine dye available from Yamamoto Chemicals under the name YKR 50/10. It was found that 10% by weight of the
Farbstoffes bezogen auf die Gewichtsmenge an ITO ausreichend
sind, um eine breitbandiger absorbierende Beschichtung zu erhalten.Dye based on the amount by weight of ITO sufficient to get a broadband absorbent coating.
Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:The invention is described below only by way of example with reference to the drawing. In this shows:
Fig. la die Transmission durch ein unbeschichtetes Glassubstrat; Fig. lb die Transmission durch ein beschichtetes Glassubstrat; Fig. 2a die Transmission durch ein unbeschichtetes PC-Substrat; Fig. 2b die Transmission durch ein beschichtetesFig. La the transmission through an uncoated glass substrate; Fig. Lb the transmission through a coated glass substrate; 2a shows the transmission through an uncoated PC substrate; Fig. 2b, the transmission through a coated
PC (Polycarbonat-) Substrat; Fig. 3a wie vor für ein unbeschichtetes PMMA- Substrat;PC (polycarbonate) substrate; 3a as before for an uncoated PMMA substrate;
Fig. 3b wie vor für das beschichtete PMMA-3b as before for the coated PMMA
Substrat; Fig. 4a wie vor für ein unbeschichtetes Borosili- katglas-Substrat; Fig. 4b wie vor für das Borosilikatglas mit Beschichtung; Fig. 5 wie vor für das Borosilikatglas; Fig. 6 Transmissionskurven für Beschichtungen, in welchen durch unterschiedliche Pro- zesssführungen hergestelltes ITO verwendet wird.substrate; 4a as before for an uncoated borosilicate glass substrate; 4b as before for the borosilicate glass with coating; 5 as before for the borosilicate glass; Fig. 6 Transmission curves for coatings in which ITO produced by different process controls is used.
Es wird Indiumzinn-Oxid-Pulver in nanokristalliner Form hergestellt. Eine Größenanalyse ergibt, dass das erhaltene Nano- pulver ein Maximum im Größenspektrum bei 100 nm besitzt und dieses Maximum bei 200 nm auf nahezu 0% abgefallen ist, während unterhalb von 1 nm gleichfalls keine ITO-Teilchen mehr
vorliegen. Dann wird die Leitfähigkeit des ITO-Pulvers bestimmt, indem ein rundes Wägeglas mit 45 ml Volumen, einem Durchmesser von 35 mm und einer Höhe von 70 mm zur Hälfte mit dem Pulver gefüllt wird, ein passender Preßstempel auf die lockere Pulverschüttung aufgesetzt wird und für 30 Sekunden mit einem Gewicht von 1 kg belastet wird. Der Preßstempel wird entfernt und es werden stiftförmige Messelektroden mit einem Durchmesser von 1,5 mm in einem Abstand von 1 cm 0,7 mm tief in die verdichtete Pulverschüttung eingedrückt. Der elektrische Gleichstromwiderstand zwischen den Elektroden wird bestimmt. Es wird ein Pulver ausgewählt, das mit 30-50 Ohm Pulverschüttungswiderstand eine sehr gute Leitfähigkeit aufweist .Indium tin oxide powder is produced in nanocrystalline form. A size analysis shows that the nanopowder obtained has a maximum in the size spectrum at 100 nm and this maximum has dropped to almost 0% at 200 nm, while below 1 nm there are also no ITO particles available. Then the conductivity of the ITO powder is determined by filling a round weighing glass with a volume of 45 ml, a diameter of 35 mm and a height of 70 mm half with the powder, placing a suitable press ram on the loose powder filling and for 30 Seconds with a weight of 1 kg. The press ram is removed and pin-shaped measuring electrodes with a diameter of 1.5 mm are pressed 0.7 mm deep into the compressed powder bed at a distance of 1 cm. The electrical DC resistance between the electrodes is determined. A powder is selected that has a very good conductivity with 30-50 Ohm powder filling resistance.
Das Pulver wird für die Beispiele wie folgt verwendet:The powder is used for the examples as follows:
Beispiel 1example 1
50 Gramm einer Dispersion des nanokristallinen ITO in n-50 grams of a dispersion of the nanocrystalline ITO in n-
Butanol mit einem Feststoffgehalt von 25 Gew.% werden mit 25 Gramm einer 15 gew.%igen Polymerlösung Paraloid B 72 inButanol with a solids content of 25% by weight are mixed with 25 grams of a 15% by weight polymer solution Paraloid B 72 in
Ethylacetat vermischt. Mit dieser Beschichtungslösung wird Glas durch Aufsprühen beschichtet und es wird die resultierende Beschichtung bei 70 °C getrocknet. Die Schichtdicke wird zu 1 bestimmt. Die Schicht ist klar transparent. Es wird in eine Transmissionskurve aufgenommen. Diese ist in Fig. la gezeigt. Die Leitfähigkeit der Schicht wird bestimmt zu 8xl04Ω2.Ethyl acetate mixed. Glass is coated with this coating solution by spraying and the resulting coating is dried at 70 ° C. The layer thickness is determined to be 1. The layer is clearly transparent. It is included in a transmission curve. This is shown in Fig. La. The conductivity of the layer is determined to be 8 × 10 4 Ω 2 .
Beispiel 2 50 Gramm einer ethanolischen Dispersion des nanokristallinen ITO-Pulvers mit einem Feststoffgehalt von 25 Gew.% werden mit 50 Gramm einer 15 Gew.%igen Polymerlösung Paraloid B 72 in
Ethylacetat vermischt. Diese Beschichtungslösung wird auf eine Glasplatte aufgetragen, und zwar durch spin-coating. Danach wird das Glas getrocknet. Die Schichtdicke wird zu 1 μm bestimmt. Die Transmissionskurven ergeben sich aus Fig. 2a. Die Leitfähigkeit der Schicht wird bestimmt zu 105Ω2.Example 2 50 grams of an ethanolic dispersion of the nanocrystalline ITO powder with a solids content of 25% by weight are mixed with 50 grams of a 15% by weight polymer solution Paraloid B 72 in Ethyl acetate mixed. This coating solution is applied to a glass plate by spin coating. The glass is then dried. The layer thickness is determined to be 1 μm. The transmission curves result from Fig. 2a. The conductivity of the layer is determined to be 10 5 Ω 2 .
Beispiel 3Example 3
Es wird das Lacksystem aus Beispiel 2 verwendet und auf PMMA- Platten aufgesprüht. Wiederum wird eine Dicke von 1 μm einge- stellt und bei 70°C getrocknet. Die Transmission ist in Fig. 3 dargestellt. Die Leitfähigkeit wird bestimmt zu 8xl04Ω2.The coating system from Example 2 is used and sprayed onto PMMA plates. Again a thickness of 1 μm is set and dried at 70 ° C. The transmission is shown in Fig. 3. The conductivity is determined to be 8xl0 4 Ω 2 .
Beispiel 4Example 4
50 Gramm einer ethanolischen Dispersion des nanokristallinen ITO mit einem Feststoffgehalt von 25 Gew.% werden mit 3250 grams of an ethanolic dispersion of the nanocrystalline ITO with a solids content of 25 wt
Gramm einer 10 Ges.%igen Polymerlösung Polyvinylbutyral (PVB) in Isopropanol vermischt. Diese Beschichtungslösung wird auf Glasplatten aufgeräkelt und bei 50 °C getrocknet. Die erhaltene Schicht weist eine Dicke von 3 μm auf und ist hochtranspa- rent. Es wird eine Transmissionskurve bestimmt wie aus der Fig. 4 ersichtlich. Die Leitfähigkeit wird bestimmt zu 8xl03Ω2.Gram of a 10 Ges.% Polymer solution polyvinyl butyral (PVB) mixed in isopropanol. This coating solution is scraped onto glass plates and dried at 50 ° C. The layer obtained has a thickness of 3 μm and is highly transparent. A transmission curve is determined as can be seen in FIG. 4. The conductivity is determined to be 8xl0 3 Ω 2 .
Die Figuren zeigen jeweils, dass die Transmission im infraro- ten Bereich gegenüber unbeschichteten Substraten wesentlich verringert ist.The figures each show that the transmission in the infrared range is significantly reduced compared to uncoated substrates.
Es werden dann an den erhaltenen Schichten Leitfähigkeitsmessungen vorgenommen. Es ergibt sich für Beispiel 2 eine Leit- fähigkeit von 2 x 105 Ω2' Für die Beispiele 1 und 3 ergibt sich eine Leitfähigkeit von 8 x 104 Ω2' für das Beispiel 4 ergibt sich eine Leitfähigkeit von 8 x 103 Ω2. Der Vergleich der Beispiele 2 und 4 zeigt, dass der Flächenwiderstand bin-
derabhängig ist. Weiter zeigt eine Betrachtung der in den aufgetragenen Schichten enthaltenen Mengen nanokristallinen ITOs, dass die Konzentration unterhalb der Perkolationsgrenze liegt.Conductivity measurements are then carried out on the layers obtained. For example 2 there is a conductivity of 2 x 10 5 Ω 2 '. For examples 1 and 3 there is a conductivity of 8 x 10 4 Ω 2 '. For example 4 there is a conductivity of 8 x 10 3 Ω 2nd The comparison of Examples 2 and 4 shows that the sheet resistance is which is dependent. An examination of the quantities of nanocrystalline ITOs contained in the applied layers shows that the concentration is below the percolation limit.
In einem weiteren Beispiel wird die Transmission von reinemIn another example, the transmission is pure
ITO einer Schichtdicke von 1 μm, wie durch Aufsprühen einer wässrigen Dispersion und anschließendes Erwärmen auf 500° erhalten mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung nach Beispiel 1 verglichen. Die erfindungsgemäß besonders bevorzugte Beschichtung, die in der Fig. 5 durchgezogen dargestellt ist, zeigt eine abfallende Transmission bei bereits wesentlich kürzeren Wellenlängen, ergibt also eine bessere Infrarot- Abschirmung.ITO of a layer thickness of 1 μm, as obtained by spraying on an aqueous dispersion and then heating to 500 °, compared with a coating according to the invention according to Example 1. The coating which is particularly preferred according to the invention, which is shown as a solid line in FIG. 5, shows a falling transmission at already considerably shorter wavelengths, and thus results in better infrared shielding.
Ein weiteres Beispiel zeigt, wie die Absorptionskante verschoben werden kann:Another example shows how the absorption edge can be shifted:
Nanokristalline In203/Sn02 (ITO-) Pulver werden aus einer wässrigen Lösung über einen Kofällungsprozeß hergestellt, bei dem lösliche In- bzw. Sn-Komponenten durch pH-Wert Erhöhung ausgefällt werden. In diesem Beispiel werden die Konzentrationen dieser Verbindungen so gewählt, dass die Sn- Konzentration 5 at.% bezogen auf In beträgt; grundsätzlich ist aber die Sn-Konzentration beliebig einstellbar.Nanocrystalline in 2 0 3 / Sn0 2 (ITO) powders are produced from an aqueous solution using a co-precipitation process in which soluble In or Sn components are precipitated by increasing the pH. In this example, the concentrations of these compounds are chosen such that the Sn concentration is 5 at.% Based on In; in principle, however, the Sn concentration can be set as desired.
Diese konstante Wahl wurde vorgenommen, weil bekannt ist, dass verschiedene Konzentrationen an Sn das Absorptiosverhal- ten von ITO stark beeinflussen; in diesem Beispiel wird die Konzentration an Sn konstant gehalten, um aufzuzeigen, dass alleine durch die Prozessführung die Absorptionseigenschaften eines ITO-Materials mit fester Zusammensetzung gezielt einge-
stellt werden können. Nach Abtrennen des Reaktionsproduktes wird dieses getrocknet und zur Einstellung der kristallinen Phase bei 300 °C unter normaler Luftatmosphäre 1 h getempert.This constant choice was made because it is known that different concentrations of Sn strongly influence the absorption behavior of ITO; In this example, the concentration of Sn is kept constant in order to show that the process properties alone specifically target the absorption properties of an ITO material with a fixed composition. can be put. After the reaction product has been separated off, it is dried and tempered for 1 h at 300 ° C. under a normal air atmosphere in order to adjust the crystalline phase.
Anschließend wird das kristalline In203/Sn02 in verschiedene Proben geteilt und die einzelnen Proben wird für verschiedene Zeiten unter Formiergas bei 300°C nachgetempert (s. Tabelle 1) •Then the crystalline In 2 0 3 / Sn0 2 is divided into different samples and the individual samples are post-annealed under forming gas at 300 ° C for different times (see Table 1)
Nun werden die jeweiligen Pulver (60 g) in je 100 g Isopro- poxyethanol (IPE) dispergiert und die Dispersionen jeweils mit 39 g Nitrocellulose versetzt. Aus den Dispersionen werden dann mittels einer 50 um-Rakel Schichten auf Glas hergestellt. Die Schichtdicken betragen, nach einstündigem Aushei- zen bei 120°C, 4 μm.The respective powders (60 g) are then dispersed in 100 g of isopropoxyethanol (IPE) and 39 g of nitrocellulose are added to the dispersions. The dispersions are then used to produce layers on glass using a 50 μm doctor blade. After heating for one hour at 120 ° C, the layer thicknesses are 4 μm.
Es werden dann die Farbwerte und die Transmissionskurven von mit den Pulvern erhaltenen Beschichtungen ermittelt. An beiden Schichten wird dafür der Gelbwert mit einem Color-pen (Dr. Lange) gemessen, gem. DIN 6167 und ASTM D 1925 ausgewertet (Normlichtart C; Normalbetrachter 2°) . Pulver mit Farbwerten, die zwischen den in Tabelle 1 aufgelisteten Maximalwerten (IT-05 HCB und IT-05-HCG) liegen, sowie Schichten mit Gelbwerten zwischen den entsprechenden Werten aus Tabelle 1, können dabei auch erhalten werden durch Mischungen der verschiedenen Pulver.The color values and the transmission curves of coatings obtained with the powders are then determined. The yellowness index of both layers is measured with a color pen (Dr. Lange), according to DIN 6167 and ASTM D 1925 evaluated (standard illuminant C; normal viewer 2 °). Powders with color values between the maximum values listed in Table 1 (IT-05 HCB and IT-05-HCG) and layers with yellow values between the corresponding values from Table 1 can also be obtained by mixing the different powders.
Die entsprechenden x, y Farbwerte der Pulver sowie die Gelbwerte der Schichten sind in Tabelle 1 aufgelistet, Transmis- sionskurven finden sich in Fig. 6.
Tabelle 1The corresponding x, y color values of the powders and the yellowness values of the layers are listed in Table 1; transmission curves can be found in FIG. 6. Table 1
Es zeigt sich eine Korrelation zwischen Gelbwert und Absorptionskantenlage. Es wird ausgehend hiervon erkannt, dass ITO- Pulver mit einem Gelbwert größer als 0,15, insbesondere größer 0,5, weit im IR liegende Absorptionskanten aufweisen. Dies ist je nach Anwendung zu bevorzugen.There is a correlation between the yellow value and the absorption edge position. Based on this, it is recognized that ITO powders with a yellowness index greater than 0.15, in particular greater than 0.5, have absorption edges lying far in the IR. Depending on the application, this is preferable.
In einer weiteren Variante wird das erhaltene Pulver IT-05 HCG mit 10% YKR-50/10-Phtalocynanin-Farbstoff von Ya amoto Chemicals versetzt. Die damit erhaltene Beschichtung erweist sich als besonders geeignet für Anwendungen, in denen eine vollständige IR-Abschirmung gewünscht ist.
In a further variant, the powder IT-05 HCG obtained is mixed with 10% YKR-50/10-phthalocynanine dye from Ya amoto Chemicals. The coating obtained in this way proves to be particularly suitable for applications in which complete IR shielding is desired.