專利名稱：具有角度選擇性透射和反射性能的透明介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在透明介質(zhì)中使用功能性珠光顏料，其特點(diǎn)是，該介質(zhì)具有角度選擇性透射和反射性能。
透明性隔熱(TWD)是用于太陽能室內(nèi)采暖的技術(shù)。其中涉及這些材料，它們結(jié)合具有一種對太陽輻射的低熱導(dǎo)性和高的透射度。在一種透明的隔熱外壁上，在主體墻壁之前存在一種TWD-單元，在其上涂上了一種黑色吸收層。通過該系統(tǒng)，進(jìn)入的太陽能量由房室正面的外側(cè)經(jīng)由一種玻璃小管系統(tǒng)引導(dǎo)，導(dǎo)入墻構(gòu)件中并轉(zhuǎn)化成熱能。那些目前采用的TWD-系統(tǒng)雖然在冬天提供了好的隔熱和獲能效果，然而由于它的作用方式，當(dāng)沒有機(jī)械致涼系統(tǒng)如Rollos，百葉窗、隔熱薄板，換氣扇等時(shí)，就會(huì)在夏天導(dǎo)致對墻壁過度供熱，并導(dǎo)致令人不舒服的內(nèi)壁溫度。為吸收能量所需的黑色吸收層為此就成為房屋正面外構(gòu)件的一種裝飾性調(diào)節(jié)手段。
樓屋正面至今僅作為裝飾面來考慮，房屋正面作為在隔熱中可利用的功能面來考慮仍有待進(jìn)一步研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)樓屋的隔熱和加熱目的，這便于實(shí)現(xiàn)資源有效利用。
太陽是一種不枯竭的環(huán)境友好的能量源，它為我們進(jìn)行樓屋加熱提供了潛在能源?？傮w上說，照射在樓屋上的能量是進(jìn)入屋內(nèi)作為熱能消耗掉的能量的許多倍。
出現(xiàn)在樓屋正面的太陽能幅射隨一天中和一年中時(shí)間(冬／夏)的改變而改變其入射角。在德國，在冬天當(dāng)太陽位于最高點(diǎn)(12．00點(diǎn)鐘)時(shí)，在面南的正南面壁上的入射角為約12°，而在夏天則相應(yīng)為68°(取決于緯度)。
本發(fā)明的任務(wù)因此是，不僅作為裝飾性表面來利用樓屋正面墻，而且在對樓屋的熱余量進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)作為功能表面來考慮和利用。
長期以來，珠光顏料不僅通過其色彩而受歡迎，而且也不斷地要求適應(yīng)各種功能應(yīng)用領(lǐng)域。右可見光波長范圍內(nèi)，珠光顏料顯出選擇性反射和透射性能，這是其色彩表現(xiàn)的原因。這種隨波長而定的反射和透射性能延伸到近紅外區(qū)域且被部分地利用于農(nóng)用薄膜中。另外，珠光顏料隨著入射幅射的入射角而顯出不同的反射和透射。
珠光顏料的一種全新功能應(yīng)用領(lǐng)域是用在樓屋正面構(gòu)造中的構(gòu)件上。
令人驚異地發(fā)現(xiàn)，在涂于基于小片狀基質(zhì)的、例如樓屋正面表面上時(shí)，含功能性珠光顏料的透明介質(zhì)使樓屋獲得角度選擇性的蔭蔽。
所說的功能性顏料具有這樣的性質(zhì)，在可見光譜范圍內(nèi)、在接近垂直的入射角(即直至與垂直線偏離約12°，這相應(yīng)于在冬天的行為)下，該顏料的反射很少，相對地，在平面入射角(即直至與垂直線偏離68°，這相應(yīng)于夏天的行為)下，其反射則大。
在該功能性顏料在樓屋正面的相應(yīng)應(yīng)用中，可在冬天獲得對太陽幅射的透射，即樓屋正面的加熱，而在夏天則實(shí)現(xiàn)對太陽幅射的反射，即對樓屋正面的蔭蔽。
因此本發(fā)明的目的是，提供一種基于小片狀基質(zhì)的、含珠光顏料的透明介質(zhì)，它具有角度選擇性反射和透射性能，其特征在于，在夏天(太陽幅射的入射角為55-70°)的太陽透射度和在冬天(太陽幅射的入射角為5-20°)的太陽光透射度為50-85％。
在透明介質(zhì)中該功能顏料的角度選擇性質(zhì)集中在太陽幅射的光譜范圍內(nèi)，即0．25-2．5μm波長光線范圍。在此波長范圍內(nèi)，定向-半球透射-和反射度可通過例如其上涂有功能顏料的玻璃載體來測定。由該測得的定向-半球透射-和反射度、通過人類眼睛對太陽光譜的感知或?qū)γ髁恋拿舾行?，可按DIN67507計(jì)算出太陽光的或目視的透射-和反射度。
由DE-A-19501114已知一種方法，它通過簡單的措施，對在冬天存在的太陽光直射和漫射積極地用于房子的采暖中。在該現(xiàn)有技術(shù)中敘述了一種涂飾物質(zhì)，它在電磁譜的可見光范圍內(nèi)具有反射性，且在近紅外范圍則借助一種顏料混合物調(diào)節(jié)成吸收性的。與本發(fā)明相對照的是，DE-A-1950114中的方法僅適用于使在冬天存在的太陽光幅射積極地用于房屋的采暖中。其中的缺點(diǎn)是，在春、夏和秋季中強(qiáng)得多的陽光幅射會(huì)產(chǎn)生對房屋的過度加熱，這只可通過通風(fēng)換氣來應(yīng)付。按本發(fā)明的著色的透明介質(zhì)的任務(wù)是，不僅利用冬天的太陽光幅射，而且也使房屋免受夏天的過度加熱之苦。
在本發(fā)明中，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的下述珠光顏料均可用，只要它們具有角度選擇性的反射-和透射性能，且其在夏天(太陽光入射角為55-70°)對太陽光透射度的比例和在冬天(太陽光入射角為5-20°)對太陽光透射度的比例為50-85％，優(yōu)選小于80％，特別優(yōu)選至高為75％。
為了支持功能珠光顏料的角度選擇性透射和反射性能，建議將小片狀顏料施加于一種結(jié)構(gòu)化了的底物上，而該底物則放棄了小片具有的方向指向。相應(yīng)的顏料小片的調(diào)正定位后，角度選擇性效果得到很有效的增強(qiáng)。結(jié)構(gòu)化可例如如下實(shí)現(xiàn)，其中，著色的透明介質(zhì)涂于一種壓制膜上，或該透明介質(zhì)本身被壓制成膜。
當(dāng)該顏料以5-70重量％、優(yōu)選10-50重量％、特別是30-40重量％的量使用時(shí)，功能顏料的角度選擇性能在透明介質(zhì)中僅用于印刷。使用的濃度要隨所采用的透明介質(zhì)而定。
優(yōu)選的功能小片狀顏料是基于氧化金屬小片如由氧化鐵或氧化鋁形成的小片、基于層狀硅酸鹽如天然-或合成的云母、滑石、高嶺土、SiO2-粉、玻璃或其它硅酸鹽材料，它們用帶有一個(gè)或多個(gè)金屬氧化物層覆蓋。作為金屬氧化物，既可用無色的高度粉碎的金屬氧化物如二氧化鈦或二氧化鋯，還可用著色的金屬氧化物如氧化鉻、氧化鎳、氧化銅、氧化鈷、和特別是氧化鐵如Fe2O3或Fe3O4。這些小片狀顏料是已知的，且是大量市售可得的和／或可按照專業(yè)人員已知的標(biāo)準(zhǔn)方法而制備。適宜的珠光顏料例如描述在如下德國專利和-專利申請中1467468、1959998、2009566、2214454、2215191、2244298、2313331、2522572、3137808、3137809、3151343、3151354、3151355、3211602和3235017。按標(biāo)準(zhǔn)方法制得的、基于SiO2-粉的功能顏料是例如WO 93／08237的主題。多層狀的顏料描述在例如DE-A-4238378、DE-A-196 18563、DE-A-19618566和DE-A-196569中。該功能顏料也可為了提高其耐溫度和耐候性而進(jìn)行事后涂層處理。此外也可采用基于液晶聚合物(LCP’S)的效應(yīng)形顏料。
特別優(yōu)選的是，導(dǎo)電性顏料用作功能性珠光顏料，例如由DE-OS3842330、DE-OS 4212950和EP 0139559中已知的那些。這些顏料優(yōu)選具有一種用銻、銦、鉍、銅、鎵、鍺或氟、尤其是銻摻雜的二氧化錫層狀物。這類顏料例如是以商品名Minatec(由聯(lián)邦德國Merck KGaA制得)可得的那些。
按本發(fā)明的透明介質(zhì)也可含有由不同功能顏料組成的混合物，因?yàn)槎啻瓮ㄟ^使用至少兩種不同的顏料，可獲得特別的效果。這些顏料是以任一比例可混的，但在透明介質(zhì)中各種功能顏料的總含量不應(yīng)超過70重量％。
適合的透明介質(zhì)特別是玻璃、漆、水溶漆、塑料、尤其是塑料薄膜。優(yōu)選的是，透明介質(zhì)是玻璃或一種透明的聚合物。
作為粘合劑的可用通常的漆用粘合劑如聚氨酯-丙烯酸樹脂、丙烯酸酯-蜜胺樹脂、醇酸樹脂、聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂、烴類樹脂、硝基纖維素及其衍生物、纖維素乙酰丙酸酯、一丁酸酯、酮類樹脂、醛類樹脂、聚乙烯基丁醛、α-甲基苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚酯亞胺、基于丙烯酸丁酯的丙烯酸酯樹脂、聚丙烯酸酯、尤其是聚丙烯酸丁酯、基于聚乙烯的一種水分散體、基于聚乙氧化物的一種水分散體、基于乙烯-丙烯酸共聚物的一種水分散體、基于甲基丙烯酸酯的、基于丙烯酸酯／苯乙烯的一種水分散體、一種乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯基酯共聚物，或?yàn)樗f這些分散體和粘合劑的一種混合物。
通常如下制備配制劑，其中將功能顏料預(yù)先加入并與粘合劑和最終與添加劑均勻混合。該著色的漆料隨后可通過浸入、涂刷、刮抹、印刷等方法施加于玻璃板、鋁-或鋼板上。此外，還可將功能顏料或顏料混合物以干燥形式施加于載體如熱塑性塑料中。該載體然后熔化且使顏料均勻地分配在透明介質(zhì)中。
作為透明介質(zhì)，此外還包括所有的、專業(yè)人員已知的熱塑性塑料，例如在Uumann，卷15，457頁往后，VCH出版社中描述的那些。適宜的塑料是例如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚酯酯、聚醚酯、聚苯醚、聚(乙)縮醛、聚對苯二甲酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基(乙)縮醛、聚苯乙烯、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚酮及其共聚物和／或混合物。
將本發(fā)明功能顏料摻入到塑料中如下實(shí)現(xiàn)，其中使塑料顆粒與顏料混合，然后在熱作用下使之成型。塑料顆粒／顏料混合物通常如此制備，將塑料顆粒預(yù)先加入到一個(gè)適合的混合器中，與最后的添加劑交聯(lián)，且然后加入顏料，并再作混合。塑料的加顏料著色通常經(jīng)由一種色料濃縮物(原批)或復(fù)合物而實(shí)現(xiàn)。如此得到的混合物然后可在一個(gè)擠出機(jī)中或一個(gè)注塑機(jī)中加工。在加工中形成的型制體如塑料片具有高度均勻的顏料分布。
此外，顏料可加入玻璃和陶瓷中。在這些情況下，珠光顏料與玻璃料或陶瓷料很好地混合，粉末混合物涂施在一種載體上，并在400-1100℃、優(yōu)選400-850℃焙燒5-20分鐘。
按本發(fā)明的介質(zhì)可涂施在任意的底物材料上，例如金屬如鐵、鋼、鋁、銅、青銅、黃銅及金屬膜上，但也可涂施于金屬覆面的表面、如玻璃、陶瓷、混凝土、包裝材料、膜的表面上，或涂施于用于隔離性及同時(shí)為裝飾性目的的材料上。功能性珠光顏料的使用已經(jīng)證明，它在樓屋正面的所謂透明性隔熱(TWD)領(lǐng)域內(nèi)是最有效的。
本發(fā)明的目的也是提供TWD-體系，它含有與角度選擇性地蔭蔽的、用玻璃涂層組合使用的著色的吸收劑層。
尤其通過在透明性隔熱(TWD)中的使用，從節(jié)能和由此產(chǎn)生的保護(hù)資源角度看，按本發(fā)明的透明介質(zhì)具有顯著的經(jīng)濟(jì)意義。
以下實(shí)施例用于解釋本發(fā)明，而不對它構(gòu)成限制。
實(shí)施例實(shí)施例1將50g Glasemail-Fritte 10049(聯(lián)邦德國Cerdec公司的玻璃粉末)和50g由Cerdec公司生產(chǎn)的絲網(wǎng)印刷介質(zhì)(Sieb druck medium)80863(由在2-乙氧基乙醇和乙醇中的羥丙基纖維素醚制得的粘合劑)置于一個(gè)球磨機(jī)中磨到粒度為20-30μm。
將10g磨過的物質(zhì)與2．5g Minatec30CM(聯(lián)邦德國Merck KGaA生產(chǎn)的、基于TiO2／云母的帶有一層(Sb，Sn)-氧化物層的導(dǎo)電性顏料、且另與20g絲網(wǎng)印刷介質(zhì)80863均勻混合。該可絲網(wǎng)印刷的物質(zhì)用一種51T篩網(wǎng)印刷網(wǎng)顯印在一種玻璃板上，隨后使該玻璃板在100-130℃干燥10-20分鐘。將顯印了的玻璃板放于一個(gè)陶瓷載體上，且在一個(gè)爐中于700℃下焙燒10分鐘。
結(jié)束對玻璃板的處理后，在波長范圍為250-2500nm的光幅射的不同入射角下，測定了定向-半球透射的反射。
類似于實(shí)施例1，在實(shí)施例2-6中對陶瓷載體涂層。
權(quán)利要求
1．含珠光顏料的、具有角度選擇性反射或透射性能的透明介質(zhì)，其特征在于，在夏天(太陽幅射的入射角為55-70°)的太陽光透射度比例和在冬天(太陽幅射的入射角為5-20°)的太陽光透射度的比例在50-85％范圍內(nèi)。
2．按權(quán)利要求1的透明介質(zhì)，其特征在于，具有角度選擇性反射和透射性能的珠光顏料的含量為5-70重量％。
3．按權(quán)利要求1或2的透明介質(zhì)，其特征在于，珠光顏料是一種導(dǎo)電性顏料。
4．按權(quán)利要求3的透明介質(zhì)，其特征在于，該珠光顏料具有一種用銻摻雜的二氧化錫層作為其導(dǎo)電層。
5．按權(quán)利要求1-4之一的透明介質(zhì)，其特征在于，所說介質(zhì)是一種漆、水溶漆、塑料、陶瓷或玻璃。
6．按權(quán)利要求1-5之一的透明介質(zhì)，其特征在于，它經(jīng)附加的壓制或結(jié)構(gòu)化處理。
7．按權(quán)利要求1的透明介質(zhì)的應(yīng)用，用于對玻璃、陶瓷、例如用于“透明隔熱”的組件、鋁板、鋼板、壓膜的涂層和用于樓屋正面的外構(gòu)件。
8．透明的隔熱系統(tǒng)，它由著色的吸收層與角度選擇性的蔭蔽玻璃涂層組成，其特征在于，該玻璃已用按權(quán)利要求1的透明介質(zhì)涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含珠光顏料的、具有角度選擇性反射和透射性能的透明介質(zhì)。本發(fā)明還涉及它的應(yīng)用,尤其是在透明隔熱系統(tǒng)(TWD)中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C04B41/45GK1282308SQ98812230
公開日2001年1月31日 申請日期1998年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月17日
發(fā)明者C·尚克, G·普法夫, A·布朗菲爾德, J·威茨塞爾, W·?？死?申請人:默克專利股份有限公司