DE2544245B2

DE2544245B2 - Infrarot-reflektierendes Verglasungsmaterial

Info

Publication number: DE2544245B2
Application number: DE2544245A
Authority: DE
Inventors: Peter 6100 Darmstadt Bauer; Dipl.-Ing. Dr. Udo 6101 Bickenbach Fischer; Ludwig 6100 Darmstadt Hosch
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1975-10-03
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1981-04-30
Also published as: AT359720B; CA1085205A; DE2544245A1; FR2326549B1; US4090773A; NL7610912A; FR2326549A1; DE2544245C3; IT1069666B; ATA515776A

Description

d = (0,2 bis 0,4) — [am]
η

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch Verwendung von Scheiben aus Polymethylmethacrylat mit einem Gehalt an lichtreflektierenden, parallel zur Scheibenoberfläche ausgerichteten Teilchen mit einer Dicke rf und einem Brechungsindex η (für IR-Licht einer Wellenlänge von 800 bis 1500nm), wobei zwischen diesen Größen die Beziehung

(0,2 bis 0,4) —
η

gilt als Verglasungsmaterial für Gebäude- oder Fahrzeugöffnungen.

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Die Erfindung betrifft ein Infrarotstrahlung reflektierendes Verglasungsmaterial für Gebäude- oder Fahrzeugöffnungen.

Es ist bekannt, für diesen Zweck Glasscheiben mit einer dünn aufgedampften Reflexionsschicht, z. B. Metallschicht oder aufgeklebte Folie, zu verwenden. Die Dicke der aufgedampften Metallschicht ist dabei so bemessen, daß sie Licht im Infrarotbereich zu einem erheblichen Teil reflektiert und sichtbares Licht überwiegend durchläßt. Derartige Glasscheiben sind nicht für alle Anwendungsfälle geeignet. Ein Nachteil der metallbedampften Scheiben ist die Empfindlichkeit der frei an der Oberfläche liegenden äußerst dünner. Metallschicht gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Wenn diese Schicht nicht geschützt im Innern einer Isolierglasscheibe angeordnet ist, muß im Laufe der Zeit mit Beschädigungen oder mit dem Abrieb der Metallschicht gerechnet werden. Besonders empfindlich sind derartige Metallschichten auf Scheiben aus organischem Glas. Wenn die Scheiben gekrümmt oder dreidimensional gewölbt sind, ist eine gleichmäßige Bedampfung besonders schwierig zu erreichen. Aus den genannten Gründen werden infrarot-reflektierende Verglasungsmaterialien bisher in vielen, an sich wünschenswerten Fällen nicht angewendet, so z. B. bei Sheddach-Verglasungen, Lichtkuppeln aus Acrylglas oder für gewölbte Oberscheiben von Autobussen und Passagierschiffen. In diesen Fällen ist eine völlige to Klarheit der Scheiben nicht unbedingt erforderlich, vielmehr ist eine Lichtstreuwirkung in manchen Fällen sogar erwünscht.

Schließlich ist die Verwendung von bis zu 95% der ultravioletten und etwa 80% der infraroten Strahlen herausfilternden durchscheinenden Sonnen- und Blendschutzscheiben aus Kunststoff als Gebäudeverglasung aus »Kunststoffe« 1954, Seite 291, bekannt, die eine Lichtstreuung bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für bo sichtbares Licht in hohem Maße durchlässiges, Infrarotstrahlung reflektierendes Verglasungsmaterial für Gebäude- und Fahrzeugöffnungen aufzufinden, das leicht in großen Flächen, insbesondere auch in gekrümmter oder gewölbter Form herstellbar ist und dessen (,*> Infrarotstrahlung reflektierendes Mittel auch bei Beschädigung der Scheibenoberfläche nicht beeinträchtigt werden kann.

gilt, als durchscheinendes Verglasungsmaterial für Gebäude- oder Fahrzeugöffnungen gelöst

Platten aus diesem Stoff sind u. a. aus den deutschen Patentschriften 10 77 420, 11 40 334 und 11 84 931, der deutschen Auslegeschrift 10 83 537, weiterhin aus »Plastverarbeiter« 1956, Seite 475, bekannt Diese Platten wurden bisher zur Ausnutzung ihres weißen oder gegebenenfalls farbigen Perlglanzeffektes ausschließlich zum Herstellen von Knöpfen, Schnallen, Kämmen und ähnlichen Modeartikeln verwendet also bei Gegenständen, bei denen es allein auf das dekorative Aussehen ankommt Ober lichtreflektierende Pigmente, die für die Herstellung solcher für Gebrauchs- oder Dekorationsartikel bestimmte Platten geeignet sind, berichtet auch die »Kunststoff-Rundschau«, 1959, auf Seite 549. Es wurde nun erkannt daß derartige, auf fernab liegenden Gebieten zu anderen Zwecken verwendete Platten dann, wenn rie der im Patentanspruch formelmäßig angegebenen Beziehung zwischen d und η genügen, infrarote Strahlung reflektieren, sichtbares Licht aber weitgehend durchlassen, auch als Sonnenschutzverglasungen für Gebäude- und Fahrzeugöffnungen geeignet sind, die gekrümmt ausgebildet sein können und/oder mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Durch die Einbettung des Reflexionsstoffs in das Scheibenmaterial ist dieser vor Beschädigungen geschützt

Physikalisch beruht die Infrarotreflexion auf einer doppelten Reflexion des Lichtes an der Ober- und Unterseite der oberflächenparallel ausgerichteten Teilchen. Je nach der Dicke und der Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes können sich die an der Oberseite und an der Unterseite des Teilchens reflektierten Strahlen durch Interferenz entweder verstärken oder auslöschen. Eine Verstärkung der reflektierten Strahlung tritt ein, wenn

d = (2x-l) λ_Γ/4η

ist, wobei d die Dicke des Teilchens, *=1, λ_Γ die Wellenlänge der reflektierten Strahlung und η der Brechungsindex des Teilchens bei dieser Wellenlänge ist. Dagegen tritt Auslöschung bzw. Abschwächung des reflektierten Lichtstrahls ein, wenn

d = (x- \) λ,/2η

ist, wobei hier x— 2 gilt und λ, die Wellenlänge des Lichts ist das in diesem Falle nicht reflektiert sondern durchgelassen wird. Aus einer Verbindung der beiden Gleichungen ergibt sich

λ, = 2/1,.

Daraus folgt, daß bei einer bestimmten Schichtdicke d Licht der Wellenlänge A, am stärksten reflektiert wird

und Licht der halb so großen Wellenlänge λ, 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

Es sind verschiedene Pigmente bekannt, die das beanspruchte Verhältnis von Dicke und Brechungsindex erfüllen. Dazu gehören Titandioxyd, insbesondere vom Anatas-Typ, basisches Bleicarbonat oder Wismutoxychlorid. Besonders vorteilhaft ist Titandioxyd, das auf Gümmerteilchen oder ähnlichen blättchenförmigen Mineralstoffen in definierter Schichtdicke niedergeschlagen wurde. Als Schichtdicke d gilt dann nur die TiOrSchicht, nicht die Unterlage aus Glimmer. Dieses Pigment ergibt lichtstreuende Scheiben, die für alle Arten von Dachverglasungen und Oberlichtern besonders gut geeignet sind. Ebenso wie zur Erzielung des Perlglanzeffektes ist es auch für die Infrarotreflexion wichtig, daß die Teilchen eine möglichst ebene Oberfläche, eine in sich, sowie im Vergleich mit anderen Teilchen möglichst gleichmäßige Schichtdicke und eine nicht zu geringe Größe haben. Die Teilchenränder wirken lichtstreuend, wodurch der angestrebte Reflexionseffekt vermindert wird. Die Teilchen sollen andererseits auch nicht so groß sein, daß sie mit bloßem Auge erkennbar sind, weil die Platte dann in der Aufsicht und in der Durchsicht ungleichmäßig wirkt.

Die Teilchen können auf verschiedene Weise in das Polymethylmethacrylat eingebracht werden. Man kann das Pigment in dem monomeren oder teilweise polymerisierten Methacrylsäuremethylester dispergieren und die Suspension in an sich bekannter Weise zwischen zwei Glasplatten od. dgl. polymerisieren, wobei jedoch die Teilchen jede beliebige Lage einnehmen. Sie werden parallel zur Plattenoberfläche ausgerichtet, wenn man die Kammerwände, zwischen denen das Material polymerisiert, vor dem Obergang in den Gelzustand parallel gegeneinander bewegt. Bei der Herstellung von Formmassen ist dieser Arbeitsgang entbehrlich. Man erhält eine Formmasse, irt der das Pigment noch nicht orientiert ist. Bei der Verarbeitung durch Kalandrieren, Extrudieren oder Spritzgießen werden die Teilchen weitgehend oberflächenparallel ausgerichtet Auch durch zweidimensionales Recken einer entsprechenden Kunststoffscheibe können die Pigmentteilchen orientiert bzw. kann eine teilweise Orientierung verstärkt werden.

Eine vollständige Orientierung sämtlicher Pigmentteilchen ist nicht erforderlich. Der durch einen natürlichen Absetzvorgang bei Polymerisation einer waagerechten Schicht hervorgerufene Reflexionseffekt ist für viele Zwecke ausreichend. Die anzuwendende Menge des Pigmentes richtet sich nach der gewünschten Stärke des Effekts, sowie nach dem Orientierungsgrad. Anteile von 0,01 bis 1% sind in der Regel ausreichend. Mit zunehmendem Pigmentgehalt steigt zwar die Infrarotreflexion, jedoch geht infolge Lichtabsorption die Gesamtlichtdurchlässigkeit zurück.

Die Wirkung des infrarot reflektierenden Pigmentzusatzes wird am Beispiel einer Platte aus Polymethylmethacrylat mit 0,6% eines mit Titandioxyd beschichteten Glimmers mit einer TiOi-Schichtdicke von etwa 120 μπι Dicke anschaulich gemacht. Der Anteil des sichtbaren Lichts von 500 mn, der die Platte durchdringt, beträgt 64% des auffallenden Lichts dieser Wellenlänge. Dagegen wird das auffallende Infrarotlicht einer Wellenlänge von 1000 nm nur zu 27% durchgelassen.

Weitere in Polymethylmethacrylat gebräuchliche Zusätze, wie UV-Absorber, lösliche Farbstoffe, zusätzliche Trübungsmittel in Form von Pigmenten oder Polystyrolteilchen können in üblicher Weise mitverwendet werden. Ebenso können anstelle von reinem Polymethylmethacrylat Mischpolymerisate verwendet werden, die neben Methylmethacrylat geringe Mengen an andereren Comonomeren enthalten.
Neben der Verwendung als Verglasungsscheibe in

ίο üblichen Fenstern gehören auch solche Verwendungen zum Umfang der Erfindung, in denen das Material mehr oder weniger den Charakter eines konstruktiven Bauelements besitzt Hier sind vor allem Hohlprofilplatten zu nennen, die durch Extrusion hergestellt werden und aus zwei ebenen Außenflächen und senkrecht dazwischen angeordneten Verbindungsstegen bestehen. Derartige Hohlplatten können als Fensterverglasung verwendet werden, aber auch die wesentlichen Wandelemente von z. B. Gewächshäusern oder Schwimmhallen bilden. Die bevorzugte Venvendung ist die Verglasung von Dachoberlichtern mit kuppeiförmig gewölbten Elementen. In allen Fällen wird nicht nur eine übermäßige Erwärmung des verglasten Innenraums durch starke Sonneneinstrahlung vermieden, sondern auch der Wärmeverlust aus dem Innenraum durch Wärmeabstrahlung spürbar vermindert

Beispiele
Beispiel 1

Methacrylsäuremethylester wird bis zu einer sirupartigen Konsistenz vorpolymerisiert 0,3 Gew.-%, bezogen auf den vorpolymerisierten Ester, eines handelsüblichen Glanzpigments, das aus Glimmerblättchen mit einer 120 nm dicken TiO₂-Schicht (Anatas-Typ) besteht, werden vorsichtig eingerührt. Um die Zerstörung der Pigmentteilchen beim Anrühren zu vermeiden, kann das Pigment zunächst mit der gleichen Gewichtsmenge eines Weichmachers, wie Dibutylphthalat, vermischt und die Paste in das Vorpolymerisat eingeiührt werden. Das Gemisch wird in bekannter Weise in einer 6 mm dicken Schicht zwischen zwei Glasscheiben und einer am Rand umlaufenden Dichtungsschnur polymerisiert. Die Polymerisationstemperatur beträgt anfangs etwa 60° und wird gegen Ende auf 120° gesteigert.

Die erhaltene, 5 mm dicke Platte ist im auffallenden Licht rosa und zeigt einen schwachen, leicht wolkigen

so Perlglanzeffekt Das durchfallende Licht ist schwach blau-grün gefärbt. Der spektrale Transmissionsgrad im sichtbaren Bereich freund der spektrale Gesamtstrahlungstransmissionsgrad (v_e) werden ermittelt. Der Quotient aus diesen Größen ist die Selektivitätskennzahl (SKZ=T₁Ae^ Diese ist umso größer, je höher der Transmissionsgrad des sichtbaren Lichts im Verhältnis zum Transmissionsgrad des gesamten Sonnenlichts einschließlich der Infrarotstrahlung ist. Eine hohe SKZ bedeutet demnach eine gute Infrarotreflexion an der Scheibe. Im vorliegenden Falle wurde eine SKZ von 1,33 bis 1,36 ermittelt.

Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird die Polymerisation kurz vor dem Zeitpunkt, in dem das polymerisierende Gemisch den Gelzustand erreicht, unterbrochen. Die Klammern werden entfernt

und die Glasplatten werden mit der das hochviskose Präpolymerisat umgebenden Dichtungsschnur parallel zueinander einige Male kreisend bewegt Anschließend wird die Polymerisation bis zum vollständigen Umsatz fortgesetzt. Die erhaltene Platte zeigt im auffallenden Licht einen kräftigen rosa Satin-Effekt Die SKZ wurde zu 1,46 ermittelt

Beispiel 3

Das Verfahren gemäß Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch wird dem Ausgangsgemisch eine kolloidale Aufschlämmung von 0,01 %, bezogen auf das Gewicht des Vorpolymerisats, Ruß zugesetzt Die SKZ wird dadurch weiter erhöht.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung von Scheiben aus Polymethylmethacrylat mit einem Gehalt an lichtreflektierenden, parallel zur Scheiber.uberfläche ausgerichteten Teilchen mit einer Dicke <f und einem Brechungsindex π (für IR-Licht einer Wellenlänge von 800 bis 1500 mm), wobei zwischen diesen Größen die Beziehung