DE102004053817A1 - Acrylglas mit phototropen Eigenschaften - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Polymethylmethacrylat mit phototropen Eigenschaften, Verfahren zur Herstellung und Verwendungen.
Description
- 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 Farbstoffmolekülen 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.
- 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 400×500mm gefüllt und im Wasserbad 16h bei 45°C polymerisiert. Die Endpolymerisation erfolgt im Temperschrank 4h bei 115°C.
- 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 50°C 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 (13)
- Poymethylmethacrylat-Sandwiches, enthaltend zwei Polymethylmethacrylat-Platten und eine Zwischenschicht, die phototrope Farbstoffe enthält.
- Poymethylmethacrylat-Sandwiches gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht Polyacrylate oder alkylierte Polymethacrylate, bevorzugt Polybutylmethacrylate, enthält.
- Poymethylmethacrylat-Sandwiches gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht Comonomere enthält.
- Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht Weichmacher enthält.
- Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht Spiro-naphthoxazine oder Naphthopyrane enthält.
- 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.
- Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht phototrope Farbstoffe in Mengen zwischen 0,001 und 10% enthält.
- Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymethylmethacrylat-Platten Lichtschutzmittel enthalten.
- Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymethylmethacrylat-Platten Farbstoffe enthalten.
- Poymethylmethacrylat-Sandwich gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymethylmethacrylat-Platten Comonomere, insbesondere Vernetzer, enthalten
- 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.
- Verfahren zur Herstellung von Polymethylmethacrylat-Sandwiches gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Innen-Coextrusion zwei Polymethacrylat-Platten mit einer Zwischenschicht hergestellt werden.
- Verwendung von Polymethylmethacrylat-Sandwiches im Baubereich.
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