WO2006048089A1 - Acrylglas mit phototropen eigenschaften - Google Patents

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polymethyl methacrylate
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Definitions

  • the invention relates to an acrylic glass with photochromic properties, methods of preparation and uses.
  • polymethyl methacrylate Due to its hardness as a plastic matrix, polymethyl methacrylate is not suitable for these dyes since it does not leave the necessary freedom of movement for the dye molecules.
  • plasticizers or softening comonomers makes the system effective. However, the material becomes so soft that it no longer meets the requirements for the respective applications.
  • the task was therefore to produce a polymethyl methacrylate with photochromic properties.
  • the object was achieved by Poymethylmethacrylat sandwiches containing two polymethyl methacrylate plates and an intermediate layer containing photochromic dyes.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • photochromic properties can be produced by a sandwich construction.
  • the two outer PMMA plates provide the mechanical stability, the soft intermediate layer allows the introduction of photochromic dyes.
  • the outer PMMA sheets can be modified with the known additives.
  • sunscreen agents can be incorporated.
  • the PMMA plates may contain dyes which are UV light transmissive.
  • the interlayer must be so soft that the dye molecules retain sufficient mobility to produce the color change by isomerism.
  • plasticizers it is possible to use all commercial additives, such as adipates, phthalates, phosphates or citrates. Particular preference is given to adding di-n-butyl adipate and diisobutyl phthalate as plasticizer.
  • PMMA compatible monomers can be used.
  • Compounds of the class of acrylates or higher alkylated methacrylates are particularly suitable.
  • the intermediate layer can also consist entirely of polyacrylates or higher alkylated polymethacrylates. It has been found that especially propyl, butyl and longer chain methacrylates are suitable.
  • photochromic dyes can be introduced. Dyes from the group of spiro-naphthoxazines and naphthopyrans are preferably used. Particular preference is given to photochromic reversacol dyes from J. Robinson (Huddersfield, England), such as e.g. Gray 219, Gray 208, Gray 306, Gray 195, Brown 105, Flame 29 B, Sea Green 5, Velvet Blue, Sunflower, Graphite and Palatinate Purple.
  • dyes are added to the plastic matrix as a function of the layer thickness.
  • a small thickness requires a high concentration. So be For example, at a thickness of 3mm the dyes added in amounts of 0.001% to 0.3%. With low layer thicknesses, up to 10% of dyes can be added. It has been found that good photochromic properties are detectable when the thickness of the intermediate layer is between 0.01 and 5 mm. The best results were achieved with layer thicknesses between 0.1 and 3 mm. It is also possible to use mixtures of different dyes.
  • the sandwiches according to the invention can be prepared by various processes. Particularly suitable is the chamber casting method.
  • the polymethyl methacrylate plates are manufactured separately in the chamber casting process. Depending on the thickness of the plates, the temperature and time of tempering are determined.
  • the conventional additives e.g. UV filters, initiators, dyes or stabilizers are added.
  • the intermediate layer is coated with the appropriate additives, e.g. photochromic dyes and optionally plasticizers, cast between the polymethyl methacrylate plates.
  • the composite is produced via source processes.
  • the PMMA plates can be treated with crosslinkers to regulate the swelling.
  • the internal coextrusion process is suitable for producing the sandwiches according to the invention.
  • EP1270176 describes a process for the production of multilayer hollow profile sheets. Here, an upper and a lower layer of a plastic melt and an im Inner layer of the hollow chamber profile made of a plastic melt by way of coextrusion of the plastic melt and using an extrusion die and subsequent calibration of the extrudate obtained. With an adapted extrusion tool, the sandwiches according to the invention can be produced by this process.
  • Part of the invention are thus also the chamber casting process and the internal coextrusion process for producing the sandwiches according to the invention.
  • the poymethyl methacrylate sandwiches with photochromic dyes are versatile. They can be used, for example, for self-shading systems in the construction sector, such as e.g. Greenhouses, conservatories, glazings (e.g., skylights), shop windows.
  • light stabilizers may be added to protect the photochromic inner layer.
  • HALS products such as Tinuvin 770 and UV absorbers, which are particularly effective in the short-wave UV range, e.g.
  • Example 2 The batch is stirred vigorously, filled into a 400 ⁇ 500 mm silicate glass chamber which has been distanced with a 3 mm thick cord and polymerized in a water bath at 45 ° C. for 16 h. The final polymerization is carried out in a tempering 4h at 115 0 C.
  • Example 2 The final polymerization is carried out in a tempering 4h at 115 0 C.
  • the mixture is intensively stirred, filled into a distanced with a 3mm thick cord chamber of colorless acrylic glass from test 1 and polymerized h at 50 0 C in a water bath 22nd

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Abstract

Die Erfindung betrifft Polymethylmethacrylat mit phototropen Eigenschaften, Verfahren zur Herstellung und Verwendungen.

Description

Acrylglas mit phototropen Eigenschaften
Die Erfindung betrifft ein Acrylglas mit phototropen Eigenschaften, Verfahren zur Herstellung und Verwendungen.
Schon seit längerer Zeit gibt es Farbstoffe, die lichtabhängig den Farbton und die Intensität ändern. Die Verwendung dieser Farbstoffe in Kunststoffen ist bekannt. Die Farbstoffe können jedoch nicht in eine beliebige Kunststoffmatrix eingearbeitet werden. Um die Wirkung zu entfalten, muß dem Farbstoffmolekül soviel Beweglichkeit gelassen werden, dass dies durch Isomerie den Farbeffekt entfalten kann. In der Mehrzahl werden Polyurethane verwendet, da sie eine geeignete Matrix für die Farbstoffe bieten.
Polymethylmethacrylat ist durch seine Härte als Kunststoffmatrix für diese Farbstoffe nicht geeignet, da es den Farbstoffmolekülen nicht die notwendige Bewegungsfreiheit lässt. Durch die Zugabe größerer Mengen an Weichmachern oder weich machenden Comonomeren wird das System wirksam. Allerdings wird dabei das Material so weich, dass es den Anforderungen für die jeweiligen Anwendungen nicht mehr entspricht.
Aufgabe war es daher, ein Polymethylmethacrylat mit phototropen Eigenschaften herzustellen. Die Aufgabe wurde gelöst durch Poymethylmethacrylat-Sandwiches, enthaltend zwei Polymethylmethacrylat-Platten und eine Zwischenschicht, die phototrope Farbstoffe enthält.
Überraschend wurde gefunden, dass mit einem Sandwichaufbau, Polymethylmethacrylat (PMMA) mit phototropen Eigenschaften hergestellt werden kann. Hierbei liefern die beiden äußeren PMMA-Platten die mechanische Stabilität, die weiche Zwischenschicht ermöglicht die Einbringung phototroper Farbstoffe.
Es wurde gefunden, dass die äußeren PMMA-Platten mit den bekannten Zusätzen modifiziert werden können. Vorzugsweise können Lichtschutzmittel eingearbeitet werden. Besonders geeignet sind Zusätze , die nur kurzwelliges UV-Licht filtern, wie z.B. Bisoxaniline oder Verbindungen aus der Gruppe der HALS (Hindered Amin Light Stabilizer).
Außerdem können die PMMA-Platten Farbstoffe enthalten, die UV-Licht durchlässig sind.
Die Zwischenschicht muß so weich sein, dass den Farbstoff molekülen genug Beweglichkeit bleibt, durch Isomerie den Farbumschlag zu erzeugen. Überraschend wurde gefunden, dass für die Zwischenschicht Polymethylmethacrylate mit Weichmachern und/oder Comonomeren geeignet sind. Als Weichmacher können alle handelsüblichen Zusätze, wie Adipate, Phthalate, Phosphate oder Zitrate verwendet werden. Besonders bevorzugt werden Di-n- Butyladipat und Diisobutylphthalat als Weichmacher zugegeben.
Als Comonomere können viele PMMA-verträgliche Monomere verwendet werden. Verbindungen aus der Klasse der Acrylate oder höher alkylierten Methacrylate sind besonders geeignet.
Es wurde gefunden, dass die Zwischenschicht auch vollständig aus Polyacrylaten oder höher alkylierten Polymethacrylaten bestehen kann. Es hat sich gezeigt, dass besonders Propyl-, Butyl- und längerkettige Methacrylate geeignet sind.
In die Zwischenschicht können alle bekannten phototropen Farbstoffe eingebracht werden. Bevorzugt werden Farbstoffe aus der Gruppe der Spiro-naphthoxazine und Naphthopyrane verwendet. Besonders bevorzugt sind photochrome Reversacol Farbstoffe der Fa. J. Robinson (Huddersfield, England), wie z.B. Gray 219, Gray 208, Gray 306, Gray 195, Brown 105, Flamme 29 B, Sea Green 5, Velvet Blue, Sunflower, Graphite und Palatinate Purple.
Diese Farbstoffe werden der Kunststoffmatrix in Abhängigkeit von der Schichtdicke zugegeben. Eine geringe Dicke erfordert eine hohe Konzentration. So werden beispielsweise bei einer Dicke von 3mm die Farbstoffe in Mengen von 0,001 % bis 0,3% zugegeben. Bei geringen Schichtdicken können bis zu 10% Farbstoffe zugegeben werden. Es wurde gefunden, dass gute phototrope Eigenschaften nachweisbar sind, wenn die Dicke der Zwischenschicht zwischen 0,01 und 5 mm liegt. Die besten Ergebnisse wurden bei Schichtdicken zwischen 0,1 und 3 mm erzielt. Es können auch Mischungen verschiedener Farbstoffe verwendet werden.
Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Sandwiches mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden können. Besonders geeignet ist das Kammergussverfahren. Hierbei werden die Polymethylmethacrylat-Platten separat im Kammergussprozeß hergestellt. In Abhängigkeit von der Dicke der Platten werden Temperatur und Zeit der Temperung festgelegt. Es können die herkömmlichen Zusätze, wie z.B. UV-Filter, Initiatoren, Farbstoffe oder Stabilisatoren zugegeben werden. Anschließend wird die Zwischenschicht mit den entsprechenden Zusätzen, wie z.B. phototrope Farbstoffe und gegebenenfalls Weichmacher, zwischen die Polymethylmethacrylat-Platten gegossen. Über Quellprozesse wird der Verbund hergestellt. Die PMMA-Platten können mit Vernetzern versetzt werden, um die Quellung zu regulieren.
Außerdem ist das Innen-Coextrusionsverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sandwiches geeignet. In EP1270176 wird ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Hohlkammerprofilplatten beschrieben. Hierbei wird eine obere und eine untere Schicht aus einer Kunststoffschmelze und einer im Inneren des Hohlkammerprofils liegenden Schicht aus einer Kunststoffschmelze auf dem Wege der Coextrusion der Kunststoffschmelze und unter Verwendung eines Extrusionswerkzeugs und anschließender Kalibrierung des erhaltenen Extrudates hergestellt. Mit einem angepassten Extrusionswerkzeug können nach diesem Verfahren die erfindungsgemäßen Sandwiches hergestellt werden.
Teil der Erfindung sind somit auch das Kammergussverfahren und das Innen- Coextrusionsverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sandwiches.
Die Poymethylmethacrylat-Sandwiches mit phototropen Farbstoffen sind vielseitig verwendbar. Sie können beispielsweise für selbstabschattende Systeme im Baubereich, wie z.B. Gewächshäuser, Wintergärten, Verglasungen (z.B. Lichtkuppeln), Schaufenster verwendet werden.
Die im Folgenden gegebenen Beispiele werden zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben, sind jedoch nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die hierin offenbarten Merkmale zu beschränken. Beispiele
Beispiel 1
Farbloses Acrylglas für Außenscheiben des Sandwichs
In 998 Teile präpolymeres Methylmethacrylat (Viskosität ca. 1000 cP) werden folgende Zusätze unter Rühren gelöst:
1 Teil 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril)
1 Teil Glykoldimethacrylat
Optional können noch Lichtschutzmittel zugegeben werden, um die photochrome Innenschicht zu schützen.
Geeignet sind dafür HALS-Produkte, wie Tinuvin 770 und UV-Absorber, die besonders im kurzwelligen UV-Bereich wirksam sind, z.B.
Sanduvor VSU.
Der Ansatz wird intensiv gerührt, in eine mit einer 3mm dicken Schnur distanzierten Silikatglaskammer im Format 400x500mm gefüllt und im Wasserbad 16h bei 45°C polymerisiert. Die Endpolymerisation erfolgt im Temperschrank 4h bei 1150C. Beispiel 2
Photochrome Innenschicht des Sandwichs:
In 9988 Teile Butylmethacrylat werden folgende Zusätze unter Rühren gelöst:
5 Teile 2,2'-Azobis-(isobutyronitril)
5 Teile 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril)
1 Teil Reversacol Sunflower Bt 278/13 (photochrome Farbstoffe der Fa. James Robinson, England)
1 Teil Reversacol Palatinate Purple (photochrome Farbstoffe der Fa. James Robinson, England)
Der Ansatz wird intensiv gerührt, in eine mit einer 3mm dicken Schnur distanzierten Kammer aus farblosem Acrylglas aus Versuch 1 gefüllt und im Wasserbad 22 h bei 500C polymerisiert.
Es wird eine transparente, leicht gelbliche Platte mit der für Polymethacrylat typischen hohen mechanischen Festigkeit erhalten. Durch Belichtung mit Sonnenlicht wird die Platte je nach Lichtintensität nach ca. 30 Sekunden bis zu 2 Minuten farblich deutlich intensiver und nimmt eine graubraune bis braune Färbung an.

Claims

Patentansprüche
1. Poymethylmethacrylat-Sandwiches, enthaltend zwei Polymethylmethacrylat- Platten und eine Zwischenschicht, die phototrope Farbstoffe enthält.
2. Poymethylmethacrylat-Sandwiches gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht Polyacrylate oder alkylierte Polymethacrylate, bevorzugt Polybutylmethacrylate, enthält.
3. Poymethylmethacrylat-Sandwiches gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht Comonomere enthält.
4. Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht Weichmacher enthält.
5. Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht Spiro-naphthoxazine oder Naphthopyrane enthält.
6. Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine Dicke von 0,01 bis 5 mm, bevorzugt von 0,1 bis 3 mm, hat.
7. Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht phototrope Farbstoffe in Mengen zwischen 0,001 und 10% enthält.
8. Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polymethylmethacrylat-Platten Lichtschutzmittel enthalten.
9. Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polymethylmethacrylat-Platten Farbstoffe enthalten.
10. Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polymethylmethacrylat-Platten Comonomere, insbesondere Vernetzer, enthalten
11. Verfahren zur Herstellung von Polymethylmethacrylat-Sandwiches gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Kammergußprozeß eine Zwischenschicht zwischen zwei Polymethacrylat-Platten gegossen und über einen Temperprozeß miteinander verbunden werden.
12. Verfahren zur Herstellung von Polymethylmethacrylat-Sandwiches gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch Innen-Coextrusion zwei Polymethacrylat-Platten mit einer Zwischenschicht hergestellt werden.
13. Verwendung von Polymethylmethacrylat-Sandwiches im Baubereich.
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