WO2004109346A1 - Lichtdurchlässiger körper enthaltend ir-reflektierende teilchen - Google Patents

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WO2004109346A1
WO2004109346A1 PCT/EP2004/005796 EP2004005796W WO2004109346A1 WO 2004109346 A1 WO2004109346 A1 WO 2004109346A1 EP 2004005796 W EP2004005796 W EP 2004005796W WO 2004109346 A1 WO2004109346 A1 WO 2004109346A1
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reflecting
particles
hydroxyphenyl
light
pigment
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PCT/EP2004/005796
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Rob Eek
Volker Benz
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Bayer Sheet Europe Gmbh
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/14—Greenhouses
    • A01G9/1438—Covering materials therefor; Materials for protective coverings used for soil and plants, e.g. films, canopies, tunnels or cloches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/58—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres
    • B29C70/585—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres incorporation of light reflecting filler, e.g. lamellae to obtain pearlescent effet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2069/00—Use of PC, i.e. polycarbonates or derivatives thereof, as moulding material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Definitions

  • the invention relates to a translucent, light-scattering, IR-reflecting body of whitish appearance, containing a base material with high light transmittance, containing IR-reflecting particles, and its use as a heat-insulating and sun-protecting roofing material, process for producing such bodies and specially suitable molding compounds.
  • EP-A 340 313 describes solar radiation-resistant coatings for ships, tanks, buildings and the like in order to reduce their warming in the sun.
  • the coatings contain a binder, a heat reflecting pigment and optionally any color pigments.
  • polyethylene sheets for greenhouses are provided with a coating by brushing or spraying, which contains light-reflecting pigments in a matrix of a paint binder. Since the pigment particles are not oriented by the application process, they only have a shading effect and result in unsatisfactory transmission. As a result of the low adhesion of conventional paint binders to polyethylene, the coating can easily be washed off the coated web with a water jet.
  • EP-A 548 822 describes a process for producing a coating containing red-reflecting, aligned pigments for LR reflection.
  • the coating layer can indeed be kept very thin during the production of the bodies according to the invention, so that even a low shear movement creates a strong orientation.
  • the possibilities of the shear movement are diverse and can be optimally adapted to the nature of the body to be coated or its manufacturing process. For example, a coating zone and a shear zone can be integrated into an extrusion line. However, additional effort is required to effect the alignment of the particles.
  • the present invention is therefore based on the object of making weather-resistant LR-reflecting bodies with high light transmittance accessible in a simple manner without complex alignment techniques.
  • T transmission
  • g total energy transmission
  • g selectivity index
  • the application therefore relates to a process for producing translucent, IR-reflecting bodies, comprising a rigid, amorphous base material made of polycarbonate, containing IR-reflecting particles, the translucent, IR-reflecting body according to the invention having a transmission in the visible range (T) of 45 to 75%, a total energy permeability (g) of 30 to 60% and a ratio T / g> 1.10, by admixing IR-reflecting particles in the base material and then processing the material to the desired products.
  • T visible range
  • g total energy permeability
  • the IR-reflecting particles are in proportions of up to 40% by weight, preferably from 1 to 5, preferably 1.5 to 4, particularly preferably 2 to 3 and particularly preferably 2.4% by weight, based on the weight of the Base material, contained in the base material itself. These particles are preferably red-reflecting particles with a 60 to 120 nm thick layer of titanium dioxide on a platelet-shaped carrier pigment.
  • T the content of IR-reflecting particles and their size distribution
  • an increased proportion of transmitted visible light is achieved in relation to the total energy transmission. This is expressed in the claimed from T, g and T / g.
  • T decreases. If the body thickness or pigment content is reduced, g increases undesirably. If the pigment particles are too small or too large, T / g decreases. In addition to light refraction and light scattering effects, this is also due to the sensitivity to breakage of large pigment particles during processing. Fracture creates small particles, which results in an unfavorable T / g ratio.
  • the advantages of the present invention lie in the fact that the products are easy to manufacture. While in the known IR-reflecting plates with high light transmittance, the production of the base body by a special process of the radical polymerization of methyl methacrylate was directly connected with the production of the IR-reflecting structure or the application of a layer of specifically oriented particles in a coating matrix, the invention is based on conventional methods for the production of translucent bodies, wherein the base material used has simply been provided with an IR-reflecting additive. However, no additional measure whatsoever is required to align the particles accordingly.
  • arbitrarily shaped, translucent bodies can therefore be equipped with IR reflection and not only the plates of "cast" polymethyl methacrylate obtainable in flat chambers by the polymerization process.
  • Efficiently producible extrusion products, such as flat plates or multi-wall sheets, are thus easily accessible to IR-reflecting equipment.
  • the high light permeability makes the bodies according to the invention suitable, for example, as permanent roofing material, in particular for greenhouses. It is therefore not necessary to temporarily remove the coating to allow more light to enter.
  • the term "translucent” refers to the visible spectral range; the wavelength range from 380 to 780 nm, in particular the wavelength of 550 nm, is used for characterization.
  • the light transmittance which is designated here by T, is mainly symbolized in the scientific literature by ⁇ D65.
  • the base material and the binder should have a light transmittance T of at least 50%, preferably 60 to 94%. It is advantageous if they are largely transparent.
  • the infrared (IR) spectral range is the range of thermal radiation with wavelengths from 700 to 2000 nm.
  • the quality of the 1R-reflecting bodies is determined by the quotient T / g, which is also called the selectivity index SKZ (according to DUST 67 507) referred to as; this means the quotient of the percent light transmission in the visible range and the percent total energy transmission for radiation energy.
  • the SKZ is a measure of IR reflection and therefore also for that Effectiveness of sun protection glazing: it should therefore be as high as possible.
  • SKZ 1.0.
  • the light-transmitting body includes a rigid, transparent plastic base material, for example in the form of a flat panel 'of a web plate or a light dome. Web and solid sheets, in particular solid sheets, are preferred.
  • Suitable plastics are e.g. B. polycarbonate plastics.
  • the polycarbonate plastics are predominantly aromatic Po-yc-a? BGnate> from bisphenols, in particular from bisphenol A.
  • the polycarbonates are produced by generally known processes such as the phase interface process or the melt transesterification process and can be linear or branched.
  • the production of aromatic polycarbonates by the phase interface process is, for example, in
  • Suitable polycarbonates are homopolycarbonates, copolycarbonates and thermoplastic polyester carbonates.
  • They preferably have average molecular weights M w of 18,000 to 40,000, preferably from 26,000 to 36,000 and in particular from 28,000 to 35,000, determined by gel permeation chromatography, calibrated with polycarbonate.
  • suitable bisphenols are the bis (hydroxyphenyl) alkanes, indane bisphenols, bis (hydroxyphenyl) ethers, bis (hydroxyphenyl) sulfones, bis (hydroxyphenyl) ketones and 1,3- or 1,4-bis (hydroxyphenylpropyl) belonging to the group of dihydroxydiphenyls ) benzenes.
  • the bisphenol compounds to be used according to the invention are preferably reacted with carbonic acid compounds, in particular phosgene in the interfacial process, or with diphenyl carbonate or dimethyl carbonate in the melt transesterification process.
  • branching agents allow the polycarbonates to be deliberately and controlled branched.
  • Some suitable branching agents are: phloroglucin, 4,6-dimethyl-2,4,6-tri- (4-hydroxyphenyl) -hepten-2; 4,6-dimethyl-2,4,6-tri- (4-hydroxyphenyl) heptane; 1,3,5-tri- (4-hydroxyphenyl) benzene; l, l, l-tri- (4-hydroxyphenyl) ethane; Tri- (4 ⁇ hydroxyphenyl) - ⁇ henylmethan; 2,2-bis- [4,4-bis- (4-hydroxyphenyl) cyclohexyl] propane; 2,4-bis (4-hydroxyphenyl-isopropyl) -phenol; 2,6-bis (2-hydroxy-5'-methylbenzyl) -4-methylphenol; 2- (4-hydroxyphenyl) -2- (2,4-dihydroxyphenyl) propane; Hexa- (4- (4-hydroxy
  • the chain terminators used are preferably phenols such as phenol, alkylphenols such as cresol and 4-tert-butylphenol, chlorophenol, bromophenol, cumylphenol or mixtures thereof in amounts of 1-20 mol%, preferably 2-10 mol%, per mol of bisphenol. Phenol, 4-tert-butylphenol and cumylphenol are preferred.
  • Chain terminators and branching agents can be added to the syntheses separately or together with the bisphenol.
  • Preferred polycarbonates according to the invention are the homopolycarbonate based on bisphenol A, the homopolycarbonate based on 1 J 1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane and the copolycarbonates based on the two monomers bisphenol A and 1, 1 -Bis- (4-hydroxyphenyl) - 3,3,5-trimethylcyclohexane and the copolycarbonates based on the two monomers bisphenol A and 4,4'-dihydroxydi ⁇ henyl (DOD).
  • DOD 4,4'-dihydroxydi ⁇ henyl
  • the homopolycarbonate based on bisphenol A is particularly preferred.
  • the base molding compositions can also contain all the usual additives such as stabilizers, antistatic agents and mold release agents.
  • Permeability to IR radiation is not an essential prerequisite for the base material, because even with an LR-absorbing material, reflection may be desirable in order to avoid harmful heating as a result of LR radiation.
  • the thickness of the base material is not critical for the purposes of the invention. As a rule, the walls are 0.5 to 50 mm, preferably 0.5 to 10 mm thick.
  • the IR-reflecting particles are known, for example as so-called pearlescent pigments. They are built up in layers or leaflets.
  • red-reflecting pearlescent pigments for example Ixiodin R 219 (E. Merck, Darmstadt) are used for the purposes of the invention. They preferably consist of coated flake-like mineral substances, usually mica, with a thickness of 200 to 2000 nm, preferably 300 to 600 nm, a diameter of 5 to 100, preferably 20 to 60 micrometers and an average diameter of 20 to 70, preferably 20 to 25 microns. Physically, the infrared reflection is based on a double reflection of the light on the top and bottom of the particles.
  • the rays reflected on the top and the bottom of the particle can either intensify or cancel out by interference.
  • the thickness of the particles is selected according to the invention so that the light passing through the particle falls in the visible range and the light most reflected by the particle falls in the infrared range. Since red visible light is also partially reflected, the particles which are suitable according to the invention are red-reflecting.
  • titanium dioxide in particular of the anatase type, basic lead carbonate or bismuth oxychloride
  • titanium dioxide which is deposited on a flake-shaped carrier pigment fulfills the diverse requirements for this in the sense of Pearlescent pigment to be used according to the invention.
  • Titanium dioxide which has been deposited on mica particles or similar flake-like minerals in a defined layer thickness, is particularly advantageous.
  • the layer thickness d is then only the Ti0 2 layer, not the mica underlay. This pigment produces light-scattering coatings that are particularly well suited for all types of roof glazing and skylights.
  • the effect of the IR-reflecting particles surprisingly does not depend on their alignment parallel to the pane surface. It is equally surprising that these pigments do not have to be rendered inert by reaction with silanes, but can be used in a pigment content of up to 5% by weight without damaging the polycarbonate.
  • the amount is preferably selected so that a transmission of 45 to 75% at a wavelength of 380 to 780 nm or 550 nm and a total energy transmission of 30 to 60% are achieved.
  • the LR reflection at a wavelength of 1000 nm is preferably at least 40%.
  • the bodies produced according to the invention can of course be coated, coextruded or painted with the customary methods and media in order to obtain further functionalities such as UV protection.
  • the effectiveness of the IR-reflecting particles is increased by adding an organosilane. It is believed that the organosilane has a dispersing effect and thus counteracts the tendency of the IR-reflecting particles to agglomerate.
  • the silane deactivates the active oxide functions of the Ti02, making an otherwise possible Damage to certain base materials, for example polycarbonate, is avoided.
  • treatment of the pigment with organosilanes is surprisingly not necessary when the pigments are used in polycarbonate in concentrations of up to 5% by weight.
  • R and R ' preferably each contain 1 to 8 carbon atoms.
  • Alkyl residues, alkenyl residues, araikyl residues, haloalkyl residues, alkoxyalkyl residues, aminoalkyl residues and acyl residues as well as organic residues with oxirane groups are preferred.
  • the organosilane is preferably dissolved in the top coat.
  • Organosilanes that can be used include: methyltrimefhoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane vinyltriacetoxysilane vinyltri (methoxyethoxy) silanes, chloropropyltrimethoxysilane phenyltriethoxysilane silane, dimethyldimethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropylmethyldimethoxysilane glycidoxypropylrrimethoxysilane, glycidoxyethylmethyldimethoxysilane (3,4-epoxycyclohexylethyl) trimethoxysilane.
  • the organosilane is preferably used in an amount of 1 to 25% by weight, in particular 1 to 10% by weight, based on the weight of the IR-reflecting particles.
  • the MVI (melt flow index according to ISO 1133) at 300 ° C, 1.2 kp is 9.26 cm 3/10 min.
  • the Iriodin masterbatch is produced by mixing equal parts of the compound described above and polycarbonate.
  • the jriodrn content in the masterbatch is 10%.
  • a web plate (thickness 10 mm, web spacing 11 mm, weight 1.7 kg / m 2 ) was produced:
  • the metering was carried out directly into the extruder.
  • the metering was carried out directly on the extruder.
  • Coex layer 50 ⁇ m Iriodin masterbatch Base: 2.08% white pigment KU1-1920 (Bayer) ''
  • a 3X 16-25 multi-wall sheet (thickness 16 mm, X structure, weight 2.5 kg / m 2 ) was produced:
  • Sheets with base-integrated pigments show only a slightly lower SKZ than the Coex • version.
  • Multi-skin sheet (10 mm) Makrolon multi UV 2/10 1145 white: SKZ 0.98
  • Molding compounds with almost the same MVI are compounded with different ixiodin content (in%).
  • the following table shows the results (MVI according to ISO 1133 at 300 ° C, 1.2 kp cm 3/10 min.).
  • a product with MVI less than 20, i. H. Iriodine content (unsilanized) ⁇ 5%, can be processed as a base.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen lichtdurchlässigen, lichtstreuenden, IR-reflektierenden Körper von weißlichem Aussehen, enthaltend ein Basismaterial mit hoher Lichtdurchlässigkeit, enthaltend IR-reflektierende Teilchen, sowie dessen Verwendung als wärmedämmendes und sonnenschützendes Bedachungsmaterial, Verfahren zur Herstellung solcher Körper sowie speziell geeignete Formmassen.

Description

Lichtdurchlässiger Körper enthaltend IR-reflektierende Teilchen
Die Erfindung betrifft einen lichtdurchlässigen, lichtstreuenden, IR-reflektierenden Körper von weißlichem Aussehen, enthaltend ein Basismaterial mit hoher Lichtdurchlässigkeit, enthaltend IR- reflektierende Teilchen, sowie dessen Verwendung als wärmedämmendes und sonnenschützendes Bedachungsmaterial, Verfahren zur Herstellung solcher Körper sowie speziell geeignete Formmas- sen.
Aus der deutschen Patentschrift DE-C 25 44 245 ist eine Tafel der oben beschriebenen Art aus Polymethylmethacrylat mit einem Gehalt an lichtreflektierenden, parallel zur Oberfläche ausgerichteten Ti02 Teilchen bekannt. Ihre Schichtdicke ist so bemessen, dass sie sichtbares Licht weitgehend durchlassen und infrarote Strahlung weitgehend reflektieren. Der bekannte Körper enthält die lichtreflektierenden Teilchen in dem Basismaterial aus Polymethylmethacrylat. Sie werden in das flüssige Methylmethacrylat-Monomer eingebracht, dieses in eine aus parallel angeordneten Glasplatten gebildete Polymerisationskammer eingefüllt und teilweise polymerisiert. Bis zu diesem Zeitpunlct sind die Teilchen auf die untere Glasplatte abgesunken. Durch eine Parallelverschiebung dieser Platte werden die Teilchen parallel zur. Oberfläche ausgerichtet und in dieser Stellung bei Fortsetzung der Polymerisation festgehalten. Die Erzeugung der IR-reflektierenden Orientierung durch Parallelverschiebung der Flachkammerwände ist ein schwieriger, nur mit speziellen Vorrichtungen durchführbarer Arbeitsgang. Da sich das polymerisierende Basismaterial in seiner vollen Dicke in einem flüssigen Zustand befindet, bedarf es erheblicher Scherbewegungen, um die Orientierung der IR-reflektierenden Teilchen zu bewirken. Durch diese Behandlungsstufe ist das Herstellungsverfahren aufwendig und teuer.
EP-A 340 313 beschreibt sonnenstrahlungsabweisende Überzüge für Schiffe, Tanks, Gebäude und dergl., um Ihre Erwärmung in der Sonne zu vermindern. Die Überzüge enthalten ein Bindemittel, ein Hitze reflektierendes Pigment und gegebenenfalls beliebige Farbpigmente.
Nach EP-A 428 937 werden Polyethylenbahnen für Gewächshäuser durch Streichen oder Spritzen mit einem Überzug versehen, der lichtreflektierende Pigmente in einer Matrix aus einem Lackbindemittel enthält. Da die Pigmentteilchen durch das Auftragsverfahren nicht orientiert werden, haben sie nur eine schattierende Wirkung und ergeben eine unbefriedigende Transmission. Infolge der geringen Haftung üblicher Lackbindemittel an Polyethylen kann die Beschichtung leicht mit einem Wasserstrahl von der beschichteten Bahn abgewaschen werden.
EP-A 548 822 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung enthalten rotrefiektie- rende, ausgerichtete Pigmente zur LR-Reflexion. Zwar kann die Überzugsschicht bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Körper sehr dünn gehalten werden, so dass schon eine geringe Scher- bewegung eine starke Orientierung bewirkt. Die Möglichkeiten der Scherbewegung sind vielfältig und können der Eigenart des zu beschichtenden Körpers oder seines Herstellungsverfahrens optimal angepasst werden. So können z.B. eine Beschichtungszone und eine Scherungszone mit in eine Extrusionsstraße integriert werden. Dennoch ist hier ein zusätzlicher Aufwand notwendig, um die Ausrichtung der Teilchen zu bewirken.
Alle im Stand der Technik bekannten Verfahren erfordern somit die Ausrichtung der reflektierenden Teilchen innerhalb ihrer Matrix, sei es Beschichtungsmaterial oder Basismaterial. Diese Ausrichtung erfordert jeweils spezielle Auftrags- oder Ausrichtungstechniken, welche das Herstellungsverfahren komplizieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, witterungsbeständige LR-reflektie- r-ende Körper mit hoher Lichtdurchlässigkeit auf einfache Weise, ohne aufwändige Ausrichtungs techniken, zugänglich zu machen. Insbesondere soll bei hoher IR-Refiexion eine möglichst hohe Transmission (T) im sichtbaren Bereich bei 380-780 um, aber nur eine begrenzte Gesamtenergiedurchlässigkeit (g) und eine Selektivitätskennzahl, ausgedrückt durch das Verhältnis T/g, über 1,10 erreicht werden.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe einfach dadurch gelöst wird, dass man rotreflektierende Pigmente einem auf Polycarbonat basierenden Basismaterial in bestimmter Menge zumischt ohne auf spezielle Ausrichtungsmechanismen zu achten und ohne diese Pigmente zuvor derivatisieren zu müssen.
Gegenstand der Anmeldung ist daher ein Verfahren zur Herstellung lichtdurchlässiger, IR- reflektierender Körper, enthaltend ein steifes, amorphes Basismaterial aus Polycarbonat, enthaltend IR-reflektierende Teilchen, wobei erfindungsgemäß der lichtdurchlässige, IR-reflektierende Körper eine Transmission im sichtbaren Bereich (T) von 45 bis 75 %, eine Gesamtenergiedurchlässigkeit (g) von 30 bis 60 % und ein Verhältnis T/g >1,10 hat, durch Beimischung IR- reflektierender Teilchen in das Basismaterial und anschließende Verarbeitung des Materials zu den gewünschten Produkten. Die IR-reflektierenden Teilchen sind dabei in Anteilen bis zu 40 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 5, bevorzugt 1.5 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 3 und insbesondere bevorzugt von 2,4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Basismaterials, im Basismaterial selbst enthalten. Es handelt sich bei diesen Teilchen vorzugsweise um rotreflektierenden Teilchen mit einer 60 bis 120 nm dicken Schicht von Titandioxid auf einem blättchenförmigen Trägerpigment.
Durch eine kritische Abstimmung der Körperdicke, des Gehalts an IR-reflektierenden Teilchen und deren Größenverteilung wird ein erhöhter Anteil von durchgelassenem sichtbarem Licht im Verhältnis zur Gesamtenergiedurchlässigkeit erreicht. Dies drückt sich in den beanspruchten Wer- ten von T, g und T/g aus. Wenn die Körperdicke oder der Pigmentgehalt erhöht wird, nimmt T ab. Wird die Körperdicke oder der Pigmentgehalt vermindert, nimmt g unerwünscht zu. Sind die Pigmentteilchen zu klein oder zu groß, nimmt T/g ab. Dafür sind neben Lichtbrechungs- und Lichtstreuungseffekten auch die Bruchempfindlichkeit großer Pigmentteilchen bei der Verarbeitung verantwortlich. Durch Bruch entstehen kleine Teilchen, was ein ungünstiges T/g- Verhältnis zur Folge hat.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen in der leichten Herstellbarkeit der Produkte. Während bei den bekannten IR-reflektierenden Platten mit hoher Lichtdurchlässigkeit die Herstellung des Grundkörpers durch ein spezielles Verfahren der radikalischen Polymerisation von Methyl- methacrylat mit der Erzeugung der IR-reflektierenden Struktur bzw. der Aufbringung einer Schicht sneziell ausgerichteter Teilchen in einer Beschichtungsmatrix unmittelbar verbunden war, geht die Erfindung von herkömmlichen Methoden zur Herstellung von lichtdurchlässigen Körpern aus, wobei einfach das verwendete Basismaterial mit einem IR-reflektierenden Additiv versehen wurde. Es ist jedoch keine wie auch immer geartete zusätzliche Maßnahme erforderlich um die Teilchen entsprechend auszurichten.
Gemäß der Erfindung können daher beliebig geformte, lichtdurchlässige Körper IR-reflektierend ausgerüstet werden und nicht nur die nach dem Polymerisationsverfahren in Flachkammern erhältlichen Platten aus "gegossenem" Polymethylmethacrylat. Damit werden rationell herstellbare Extrusionsprodukte, wie flachen Platten oder Stegplatten, einer IR-reflektierenden Ausrüstung leicht zugänglich.
Die hohe Lichtdurchlässigkeit macht die erfindungsgemäßen Körper beispielsweise als dauerhaftes Bedachungsmaterial insbesondere für Gewächshäuser geeignet. Es ist daher nicht erforderlich, die Beschichtung zwecks stärkeren Lichteinfalls zeitweilig zu entfernen.
Der Begriff "lichtdurchlässig" bezieht sich auf den sichtbaren Spektralbereich; zur Charakterisierung dient der Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm, insbesondere die Wellenlänge von 550 nm. Die Lichtdurchlässigkeit, die hier mit T bezeichnet ist, wird in der wissenschaftlichen Literatur überwiegend mit τD65 symbolisiert. Das Basismaterial und das Bindemittel sollen eine Lichtdurchlässigkeit T von wenigstens 50 %, vorzugsweise 60 bis 94 % haben. Es ist vorteilhaft, wenn sie .weitgehend transparent sind. Als infraroter (IR)Spektralbereich gilt im Sinne der Erfindung der Bereich der Wärmestrahlung mit Wellenlängen von 700 bis 2000 nm. Die Güte der 1R- reflektierenden Körper wird durch den Quotienten T/g bestimmt, der auch als Selektivitätskennzahl SKZ (nach DUST 67 507)bezeichnet wird; man versteht darunter den Quotienten aus der prozentualen Lichttransmission im sichtbaren Bereich und der prozentualen Gesamtenergiedurchlässigkeit für Strahlungsenergie. Die SKZ ist ein Maß für die IR-Reflexion und insofern auch für die Wirksa keit von Sonnenschutzverglasungen: sie soll deshalb möglichst hoch sein. Für unbeschichtete PMMA-Scheiben beträgt SKZ =1 ,0. Bei goldbedampften Mineralglasscheiben wird SKZ =1,2 -1,3 erreicht: ebenso bei Scheiben gemäß DE-A 25 44 245. An einseitig im Sinne der EP A 548 822 beschichteten Scheiben werden SKZ-Werte bis 1,40 erhalten.
Es ist überraschend, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren vergleichbare bis überlegene Ergebnisse erzielt werden können, ohne das auf eine spezielle Ausrichtung der IR-reflektierenden Teilchen geachtet werden muss.
Der lichtdurchlässige Körper enthält ein steifes, lichtdurchlässiges Basismaterial aus Kunststoff, beispielsweise in Gestalt einer ebenen Tafel,' einer Stegplatte oder einer Lichtkuppel. Bevorzugt sind Steg- und Massivplatte, insbesondere Massivplatten. Geeignete Kunststoffe sind z. B. Poly- carbonat-Kunststoffe. Die Polycarbonatkunststoffe sind vorwiegend aromatische Po-yc-a?bGnate> aus Bisphenolen, insbesondere aus Bisphenol A. Die Polycarbonate werden dabei nach allgemein bekannten Verfahren, wie dem Phasengrenzflächenverfahren oder dem Schmelzumesterungs- verfahren hergestellt und können linear oder verzweigt sein.
So ist die Herstellung von aromatischen Polycarbonaten nach dem Schmelzumesterungsverfahren literaturbekannt und beispielsweise in der Encyclopedia of Polymer Science, Vol. 10 (1969), Che- mistry and Physics of Polycarbonates, Polymer Reviews, H. Schnell, Vol. 9, John Wiley and Sons, Inc. (1964) sowie der DE-C 10 31 512 vorbeschrieben.
Die Herstellung von aromatischen Polycarbonaten nach dem Phasengrenzflächenverfahren ist zum Beispiel in
• Schnell, „Chemistry and Physics of Polycarbonates", Polymer Reviews, Volume 9, Inters- cience Publishers, New York, London, Sydney 1964, S. 33 70;
• D.C. Prevorsek, B.T. Debona und Y. Kesten, Corporate Research Center,- Allied Chemical Corporation, Morristown, New Jersey 07960: „Synthesis of Poly(ester Carbonate) Copo- lymers" in Journal of Polymer Science, Polymer Chemistry Edition, Vol. 18,(1980)"; S. 75-90,
• D. Freitag, U. Grigo, P.R. Müller, N. Nouvertne', BAYER AG, „Polycarbonates" in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 1 1, Second Edition, 1988, S. 651- 692 und schließlich • Dres. U. Grigo, K. Kircher und P. R- Müller "Polycarbonate" in Becker/Braun, Kunststoff-
Handbuch, Band 3/1, Polycarbonate, Polyacetale, Polyester, Celluloseester, Carl Hanser Verlag München, Wien 1992, S. 118-145,
sowie z.B. in EP-A 0 517 044 und vielen anderen Patentanmeldungen beschrieben.
Geeignete Polycarbonate sind Homopolycarbonate, Copolycarbonate und thermoplastische Poly- estercarbonate.
Sie haben bevorzugt mittlere Molekulargewichte M w von 18.000 bis 40.000, vorzugsweise von 26.000 bis 36.000 und insbesondere von 28.000 bis 35.000, ermittelt durch Gelpermeationschro- matographie, geeicht an Polycarbonat.
Beispiele geeigneter Bisphenole sind die zu der Gruppe der Dihydroxydiphenyle gehörenden Bis(hydroxyphenyl)alkane, Indanbisphenole, Bis(hydroxyphenyl)ether, Bis(hydroxyphenyl)- sulfone, Bis(hydrpxyphenyl)ketone und 1,3- oder l,4-Bis(hydroxyphenylpropyl)benzole.
Besonders bevorzugte Bisphenole, die zu den vorgenannten Verbindungsgruppen gehören, sind Bisphenol-A, Tetraalkylbisphenol-A, l,3-Bis-[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzol (Bisphenol M), 1 ,4-Bis-[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzol, 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-3 ,3 ,5-trimethyl- cyclohexan (Bisphenol-TMC) sowie gegebenenfalls deren Gemische.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäß einzusetzenden Bisphenolverbindungen mit Kohlensäureverbindungen, insbesondere Phosgen im Phasengrenzflächenverfahren, oder beim Schmelzeu- mesterungsprozess mit Diphenylcarbonat bzw. Dimethylcarbonat, umgesetzt.
Die Polycarbonate können durch den Einsatz geringer Mengen Verzweiger bewusst und kontrolliert verzweigt werden. Einige geeignete Verzweiger sind: Phloroglucin, 4,6-Dimethyl-2,4,6-tri-(4- hydroxyphenyl)-hepten-2; 4,6-Dimethyl-2,4,6-tri-(4-hydroxyphenyl)-heptan; l,3,5-Tri-(4-hydroxy- phenyl)-benzol; l,l,l-Tri-(4-hydroxyphenyl)-ethan; Tri-(4~hydroxyphenyI)-ρhenylmethan; 2,2-Bis- [4,4-bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexyl]-propan; 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenol; 2,6- Bis-(2-hydroxy-5'-methyl-benzyl)-4-methylphenol; 2-(4-Hydroxyphenyl)-2-(2,4-dihydroxyphenyl)- propan; Hexa-(4-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenyl)-orthoterephthalsäureester; Tetra-(4- hydroxyphenyl)-methan; Tetra-(4-(4-hydroxyphenyl-isopropyl)-phenoxy)-methan; 1 ,3,5-Tris-[2-(4- hydroxyphenyl)-2-propyl]benzol; 2,4-Dihydroxybenzoesäure; Trimesinsäure; Cyanurchlorid; 3,3- Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindol; l,4-Bis-(4',4"-dihydroxytriphenyl)- methyl)-benzol und insbesondere; l,l,l-Tri-(4-hydroxyphenyl)-ethan und Bis-(3-methyl-4- hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindol. Die gegebenenfalls mitzuverwendenden 0,05 bis 2 mol-%, bezogen auf eingesetzte Diphenole, an Verzweigern bzw. Mischungen der Verzweigern, können mit den Diphenolen zusammen eingesetzt werden aber auch in einem späteren Stadium der Synthese zugegeben werden.
Als Kettenabbrecher werden bevorzugt Phenole wie Phenol, Alkylphenole wie Kresol und 4-tert- Butylphenol, Chlorphenol, Bromphenol, Cumylphenol oder deren Mischungen in Mengen von 1-20 mol-% bevorzugt 2-10 mol-% je mol Bisphenol verwendet. Bevorzugt sind Phenol, 4-tert- Butylphenol bzw. Cumylphenol.
Kettenabbrecher und Verzweiger können getrennt oder aber auch zusammen mit dem Bisphenol den Synthesen zugesetzt werden.
Erfindungsgemäß bevorzugte Polycarbonate sind das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A, das Homopolycarbonat auf Basis von lJl-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan und die Copolycarbonate auf Basis der beiden Monόmere Bisphenol A und l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)- 3,3,5-trimethylcyclohexan und die Copolycarbonate auf Basis der beiden Monomere Bisphenol A und 4,4'-Dihydroxydiρhenyl (DOD).
Das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A ist besonders bevorzugt.
Die Basisformmassen können neben Polycarbonat weiterhin alle üblichen Additive wie Stabilisatoren, Antistatika und Entformer enthalten.
Durchlässigkeit für IR-Strahlung ist keine wesentliche Voraussetzung für das Basismaterial, denn auch bei einem LR-absorbierenden Material kann die Reflexion zur Vermeidung einer schädlichen Erhitzung infolge einer LR-Strahlung erwünscht sein. Die Dicke des Basismaterials ist für die Zwecke der Erfindung nicht maßgeblich. In der Regel sind die Wandungen 0,5 bis 50 mm, vorzugsweise 0,5 bis 10 mm dick.
Die IR-reflektierenden Teilchen sind bekannt, z.B. als sogenannte Perlglanzpigmente. Sie sind Schicht- bzw. blättchenförmig aufgebaut. Für die Zwecke der Erfindung werden bspw. rotreflektierende Perlglanzpigmente, z.B. Ixiodin R 219 (E. Merck, Darmstadt) verwendet. Sie bestehen vorzugsweise aus beschichteten blättchenförmigen Mineralstoffen, meist Glimmer, mit einer Dicke von 200 bis 2000 nm, vorzugsweise 300 bis 600 nm, einem Durchmesser von 5 bis 100, vorzugsweise 20 bis 60 Mikrometer und einem mittleren Durchmesser von 20 bis 70, vorzugsweise 20 bis 25 Mikrometer. Physikalisch beruht die Infrarotreflexion auf einer doppelten Reflexion des Lichtes an der Ober- und Unterseite der Teilchen. Je nach der Dicke des Teilchens und der Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes können sich die an der Oberseite und der Unterseite des Teilchens reflektierten Strahlen durch Interferenz entweder verstärken oder auslöschen. Ein Verstärkung der reflektierten Strahlung tritt ein, wenn d =(2x -l)LJ4n ist, wobei d die Dicke des Teilchens, x =1, Lr die Wellenlänge der reflektierten Strahlung und n der Brechungsindex des Teilchens bei dieser Wellenlänge ist. Dagegen tritt Auslöschung bzw. Abschwächung des reflektierten Lichtes ein,, wenn d =(x -l)Lt/2n ist, wobei hier x =2 gilt und Lt die Wellenlänge des Lichts ist, das in diesem Falle nicht reflektiert, sondern durchgelassen wird. Aus einer Verbindung der beiden Gleichungen ergibt sich Lr =2 Lt.
Daraus folgt, dass bei einer bestimmten Schichtdicke d Licht der Wellelänge Lr am stärksten re- ' flektiert wird und Licht der halb so großen Wellenlänge Lt am stärksten durchgelassen wird. Die Dicke der Teilchen ist erfindungsgemäß so gewählt, dass das durch das Teilchen hindurchtretende Licht in den sichtbaren Bereich und das von dem Teilchen am stärksten reflektierte Licht in den Infrarotbereich fällt. Da auch rotes sichtbares Licht zum Teil reflektiert wird, sind die erfindungsgemäß geeigneten Teilchen rotreflektierend. Obwohl verschiedene Pigmente bekannt sind, die das angegebene Verhältnis von Dicke und Brechungsindex erfüllen, wie Titandioxid, insbesondere vom Anatas-Typ, basisches Bleicarbonat oder Wismutoxychlorid, erfüllt nur Titandioxid, das auf einem blättchenförmigen Trägerpigment abgeschieden ist, die vielfältigen Forderungen an das im Sinne der Erfindung einzusetzende Perglanzpigment. Besonders vorteilhaft ist Titandioxid, das auf Glimmerteilchen oder ähnlichen blättchenförmigen Mineralstoffen in definierter Schichtdicke niedergeschlagen wurde. Als Schichtdicke d gilt dann nur die Ti02-Schicht, nicht die Unterlage aus Glimmer. Dieses Pigment ergibt lichtstreuende Beschichtungen, die für alle Arten von Dach- verglasungen und Oberlichtern besonders gut geeignet sind. Die Wirkung der IR-reflektierenden Teilchen hängt gemäß vorliegender Erfindung überraschenderweise nicht von ihrer Ausrichtung parallel zur Scheibenoberfläche ab. Ebenso überraschend ist es, dass diese Pigmente nicht durch Umsetzung mit Silanen inertisiert werden müssen,, sondern in einem Pigmentgehalt von bis zu 5 Gew.-% eingesetzt werden können, ohne das Polycarbonat zu schädigen. Vorzugsweise wird die Menge so gewählt, dass eine Transmission von 45 bis 75 % bei einer Wellenlänge von 380 bis 780 nm, bzw. bei 550 nm und eine Gesamtenergiedurchlässigkeit von 30 bis 60 %erreicht werden. Vorzugsweise beträgt die LR-Reflexion bei einer Wellenlänge von 1000 nm wenigstens 40 %.
Die erfindungsgemäß hergestellten Körper können selbstverständlich mit den üblichen Verfahren und Medien beschichtet, coextrudiert oder lackiert werden um weitere Funktionalitäten wie bspw. UV-Schutz zu erhalten.
Die Wirksamkeit der IR-reflektierenden Teilchen wird durch den Zusatz eines Organosilans gesteigert. Es wird angenommen, dass das Organosilan eine Dispergierwirkung entfaltet und dadurch der Agglomerierungsneigung der IR-reflektierenden Teilchen entgegenwirkt. Zudem bewirkt das Silan eine Desaktivierung der Aktiven Oxidfunktionen des Ti02, womit eine ansonsten mögliche Schädigung bestimmter Basismaterialien, bspw. Polycarbonat vermieden wird. Eine Behandlung des Pigmentes mit Organosilanen ist im erfindungsgemäßen Fall bei einer Verwendung der Pigments in Polycarbonat in Konzentrationen bis 5 Gew.-% überraschenderweise nicht notwendig.
Die Organosilane lassen sich durch die allgemeine Formel R,-Si-(OR'),- beschreiben, in der R und R'organische Reste darstellen und n +m =4 ist. Vorzugsweise enthalten R und R'jeweils 1 bis 8 Kohlenstoffatome. Bevorzugt sind Alkylreste, Alkenylreste, Araikylreste, Halogenalkylreste, Al- kόxyalkylreste, Aminoalkylreste und Acylreste sowie organische Reste mit Oxirangruppen. Für die dispergierende Wirkung des Organosilans ist dessen Affinität sowohl zu den IR-reflektierenden Teilchen als auch zu dem dem Bindemittel von Bedeutung. Das Organosilan liegt vorzugsweise in dem Überzugslack gelöst vor. Zu den verwendbaren Organosilanen gehören: Methyl-trimefhoxy- silan, Methyltriethoxy-silan, Ethyl-trimethoxy-silan, Vinyl-triethoxy-srlan Vinyl-triacetoxy-silan Vinyltri(methoxy-ethoxy)-silan, Chlorpropyl-trimethoxy-silan Phenyl-triethoxy-silan, Dimethyl- dimethoxy-silan, Methacryloxypropyl-trimethoxy-silan, Methacryloxypropyl-methyl-dimethoxy- silan Glycidoxypropyl-rrimethoxy-silan, Glycidoxyethyl-methyl-dimethoxy-silan (3,4-Epoxy- cyclohexyl-ethyl)-trimethoxy-silan.
Das Organosilan wird vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 25 Gew.-%, insbesondere 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der IR-reflektierenden Teilchen, eingesetzt.
Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Körper illustrieren ohne Sie jedoch zu beschränken
Beispiele
Alle nachfolgenden Prozentangaben sind Gewichtsprozente.
Herstellung eines Iriodin - Compounds mit Silan
20 % Iriodin 9223 (heutige Bezeichnung Solarflair 9875, Fa. Merck) werden unter Zusatz von 0,6 % Silan (Fluid 1107 der Fa. Dow Corning) mit 79,4 % Polycarbonat Granulat der Type FM 1243 (Fa. Bayer) compoundiert.
Der MVI (Melt Flow Index nach ISO 1133) bei 300°C, 1,2 kp beträgt 9,26 cm3/10 min.
Herstellung eines Iriodin-Masterbatchs
Das Iriodin-Masterbatch wird durch Abmischung von gleichen Teilen des oben beschriebenen Compounds und Polycarbonat hergestellt. Der Jriodrngehalt im Masterbatch beträgt 10 %.
Beispiele A und B
Es wurde jeweils eine Stegplatte (Dicke 10 mm, Stegabstand 11 mm, Gewicht 1,7 kg/m2) hergestellt:
A mit Iriodin-Pigment in der Basis
Rezeptur:
1,85 % Jjiodin-Compound
5,88 % Weiß-Pigment KU1-1920 (Fa. Bayer)
92,27 % Basisformmasse Typ FM 1243
Die Eindosierung erfolgte direkt in den Extruder.
B mit Iriodin-Pigment in der Coex-Schicht
Rezeptur:
Coex-Schicht: 50 μm Iriodin-Masterbatch Basis: 5,88 % Weiß-Pigment KU1-1920 (Fa. Bayer)
94,12 % Basisformmasse Typ FM 1243 Beispiele C und D
Es wurde jeweils eine Massivplatte (Dicke 4 mm) hergestellt:
C mit Iriodin-Pigment in der Basis
Rezeptur:
0,66 % odin-Compound
2,08 % Weiß-Pigment KU1-1920 (Fa. Bayer)
97,26 % Basisformmasse
Die Eindosierung erfolgte direkt am Extruder.
D ' mit Iriodin-Pigment in der Coex-Schicht
Rezeptur:
Coex-Schicht: 50 μm Iriodin-Masterbatch Basis: 2,08 % Weiß-Pigment KU1-1920 (Fa. Bayer) '
97,82 Basisformmasse
Beispiel E
Es wurde eine Stegplatte 3X 16-25 (Dicke 16 mm, X-Struktur, Gewicht 2,5 kg/m2) hergestellt:
E mit Iriodin-Pigment in der Basis
Rezeptur:
0,8 % Modin-Compound 6,0 % Weiß-Pigment KU1-1920 (Fa. Bayer) 93,2 % Basisform asse Typ FM 3103 Die Eindosierung erfolgte direkt am Extruder. Ergebnisse der optischen Messung
Figure imgf000012_0001
Platten mit basisintegrierten Pigmenten zeigen nur eine geringfügig geringere SKZ als die Coex- • Version.
Durch Optimierung können nahezu gleiche Werte der SKZ wie bei der Coex- Version erreicht werden, Beispiel E.
Verglichen mit Standardprodukt weiß ohne Iriodin-Compound, ist in allen Fällen eine erhöhte Reduktion des Energieeintrages festzustellen.
Vergleichsversueh:
Stegplatte (10 mm) Makrolon multi UV 2/10 1145 weiß: SKZ 0,98
Massivplatte (3 mm) Makrolon mono UV 2150 weiß: SKZ 0,86
Iriodin-Compound ohne Silan
Formmassen mit nahezu gleichem MVI werden mit unterschiedlichem Jxiodingehalt (in %) com- poundiert. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse (MVI nach ISO 1133 bei 300°C, 1,2 kp in cm3/10 min.).
Figure imgf000013_0001
Es wird eine dramatische Reduktion des MVI in Abhängigkeit vom Iriodin-Gehalt (unsilanisiert) gefunden.
Ein Produkt mit MVI kleiner 20, d. h. Iriodingehalt (unsilanisiert) < 5 %, kann als Basis verarbeitet werden.

Claims

Patentansprflche
1. Verfahren zur Herstellung von IR-reflektierenden Körpern enthaltend Polycarbonat, dadurch gekennzeichnet, dass dem Basismaterial IR-reflektierende Teilchen zugesetzt werden, und die Verarbeitung ohne einen Schritt zur Orientierung der Teilchen auskommt.
2. IR-reflektierende Körper aus Polycarbonat, dadurch gekennzeichnet, dass 'sie IR- reflektierende Teilchen in ungeordneter Weise enthalten.
3. IR-reflektierende Körper gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Stegplatten handelt.
4. IR-reflektierende Körper gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Massivplatten handelt.
5. Thermoplastische Forinmasse enthaltend Polycarbonat sowie bis zu 5 Gew.-% auf Ti02 basierende, IR-reflektierende Teilchen in ungeordneter Weise, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen nicht durch Reaktion mit Silanen deaktiviert wurden.
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121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase