具有减弱红外线的涂层的玻璃装置的制造方法
【专利说明】具有减弱红外线的涂层的玻璃装置
[0001]本发明涉及具有减弱红外线的涂层的玻璃装置、其制造方法及其应用。
[0002]在汽车制造中存在着对于变得更大的玻璃面的趋势，其赋予吸引人的美学印象和确保足够的日光射入。可是，尤其具有遮阳天窗的机动车越来越受欢迎。然而，阳光中的红外线部分尤其在夏天时导致机动车内室的剧烈加热，由此具有大的入射面积的玻璃被证明是不利的。在此除了 380 nm至780 nm的电磁谱的可见范围以外，尤其780 nm至2500 nm的近红外线(NIR)范围是非常重要的。除了提高的空调能量消耗以外，加热也不利地影响乘客的舒适度以及司机的注意力集中能力。为了避免这种损害，遮阳天窗迄今为止通常由无机玻璃制造，因为该材料仅具有光谱的NIR-范围中的小的透射率。由于提高的能量价格，机动车的燃料消耗越来越多地受消费者重视，由此也从汽车工业方面注意到发展节省燃料的型号。在此，机动车的重量减少尤其是选择方式。就机动车玻璃而言，重量减少尤其通过使用塑料材料来实现。但是，通常使用的热塑性塑料，例如聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯显示了对于IR-辐射的高的透射率，这导致机动车内室由于阳光入射的非常强烈的加热。该影响可以通过例如公开于EP 2394832 Al中的变暗装置来缓和，但是其中通过玻璃来防止红外线辐射的穿透已经被证明是更有效的。为此，可以将吸收红外线的物质以各种方式和方法整合到玻璃中。
[0003]吸收红外线的物质例如可以直接地整合到玻璃的聚合基础体中。在与常见的热塑性塑料组合中，尤其使用氧化铟锡、氧化锑锡、钨化合物以及各种金属六硼化物，优选六硼化镧作为吸收IR-辐射的物质，其在挤出工序时就已经引入到聚合物物料中。这种具有吸收IR的添加剂的聚合物组合物例如描述于EP I 865 027 AUDE 100 06 28 Al和EP I559 743 Al 中。
[0004]此外还已知将吸收IR的物质以涂层形式施涂到聚合工件的表面上的方法。在此，例如将溶剂中的吸收红外线辐射的添加剂与聚合的分散剂一起施涂到玻璃表面上，并且随后通过干燥去除该溶剂。含氧化铟锡的涂层例如由US 5，518，810公开，而US 7，238，418B2描述了在这种涂层中使用六硼化物纳米颗粒。
[0005]特别有利的是多种物质的组合，其在各种范围中吸收，并且因此尽可能完全地覆盖700 nm至2500 nm的红外线光谱的波长范围。然而漆层中的两种IR-吸收剂，例如氧化锑锡和六硼化镧的迄今已知的组合导致提高的玻璃混浊度。由于该原因，在US 2009/0291295中建议含氧化锑锡的涂层与六硼化镧-涂层的组合。
[0006]但是，多种常见的IR-吸收剂，例如氧化铟锡和氧化锑锡，尤其氧化铟锡在UV-辐射的作用下分解，由此随着时间丧失玻璃的减弱红外线的性能。
[0007]就表面的例如针对机械损坏的抵抗力而言，玻璃的涂层也是有利的。这样的保护涂层对于机动车玻璃而言尤其是必需的，因为其遭受由于环境影响的强应力，并且同时必须满足例如表面性能和透明度方面的高的品质要求。为了确保漆层在待涂敷的工件的表面上的最佳粘附，优选地在两阶段的工艺中施涂持久粘附的漆层。在第一步骤中施涂底漆，其建立聚合工件和覆盖漆之间的化学或者物理结合。在施涂和固化底漆之后，可以施涂功能层。除了赋色的化合物和颜料以外，该功能层和底漆还可以含有用于提高防刮强度的组分，例如纳米颗粒。在该底漆上，通常施涂称为硬质涂层(hardcoat)的防刮漆作为功能层。
[0008]本发明的目的是，提供相对于现有技术而言改进的具有减弱红外线的涂层的玻璃装置，其既满足对于涂层防刮强度的要求，也在长的使用寿命中维持其减弱红外线的性能；以及提供其经济的制造方法。
[0009]根据本发明，通过根据独立权利要求1、13和15的具有吸收IR-辐射的防刮涂层的玻璃装置以及其经济的制造方法来实现本发明的目的。优选的实施方案来自从属权利要求。
[0010]本发明的具有涂层的玻璃装置包含至少一个透明基材、在基材的至少一部分区域上的底漆以及底漆表面上的防刮漆。也称为硬质涂层或者面漆的防刮漆优选地覆盖整个底漆表面。该涂层为包含作为第一层的底漆和作为第二层的防刮漆的多层体系。该底漆在此具有促进防刮漆和透明基材之间的足够粘附的任务。该底漆包含至少两种不同的IR-吸收剂，其以分散的纳米颗粒的形式引入其中。第一 IR-吸收剂在此为通式XB6的六硼化物，其中 X 来自钇(X=Y)、锶(X=Sr)、镧(X=La)、铈(X=Ce)、镨(X=Pr)、钕(X=Nd)、钐(X=Sm)、铕(X=Eu)、,L(X=Gd)' 镇(X=Tb)、镝(X=Dy)、钬(X=Ho)、铒(X=Er)、镑(X=Tm)、镱(X=Yb)和镥(X=Lu)的组。作为底漆中的第二 IR-吸收剂，使用氧化铟锡或者氧化锑锡。该底漆此外含有至少一种第一 UV-吸收剂，而在防刮漆中含有至少一种第二 UV-吸收剂。
[0011]作为第一 IR-吸收剂，优选地使用六硼化镧。六硼化镧吸收约750 nm至1250 nm的波长范围中的IR辐射，其中透射的辐射的剩余含量取决于各种因素，例如颗粒尺寸。所希望的纳米颗粒的颗粒尺寸越小，其制备被证明是越复杂的。但是，使用过大的颗粒尺寸是不建议的，因为随着尺寸也增加颗粒的光散射。在一个优选的实施方案中使用的六硼化镧纳米颗粒的平均颗粒尺寸为5 nm至200 nm，优选为10 nm至150 nm，特别优选为10 nm至80 nm。在此可以存在任意的纳米颗粒尺寸分布，但是该尺寸分布优选地以高斯分布曲线的形式存在。
[0012]在一个优选的实施方案中，至少一种第三IR-吸收剂包含于防刮漆中。第三IR-吸收剂特别优选为氧化锑锡或者六硼化镧，其比氧化铟锡具有更高的UV-稳定性。第三IR-吸收剂的组合物和颗粒尺寸在对于第一 IR-吸收剂和第二 IR-吸收剂所给出的值范围的范畴中，其中其不必强制地具有相同值。
[0013]作为第二 IR-吸收剂，既可以使用氧化铟锡，也可以使用氧化锑锡。氧化铟锡和氧化锑锡均吸收1700 nm至2500 nm的IR-辐射。第二和第三IR-吸收剂能够，但不必由相同的物质组成。对于用于本发明的涂层中，尤其具有85 %至95 %含量的氧化铟(III)和5 %至15 %的氧化锡(IV)，或者具有5 %至15 %含量的氧化锑(V)和85 %至95 %的氧化锡(IV)的混合氧化物是合适的。特别优选为混合氧化物(In2O3)tl 9 (SnO2) 0 ^ (In2O3) 0.95(SnO2)tl Q5、(Sb2O5)tl 1 (Sn02)Q 9。氧化铟锡和氧化锑锡的平均颗粒尺寸为5 nm至200 nm，优选为10 nm至150 nm，特别优选为10 nm至80 nm。非常特别优选地，纳米颗粒的尺寸分布在此呈现高斯分布曲线的形式，但是也可以使用具有任意颗粒分布的混合物。由于成本原因，优选地使用氧化锑锡。
[0014]在本发明的另一个实施方案中，多种不同的IR-吸收剂，但是优选地不大于五种IR-吸收剂包含于由底漆和防刮漆构成的涂层中。这样选择和组合IR-吸收剂，从而使这些物质的吸收光谱有利地互补，并且共同得到750 nm至2500 nm的整个波长范围中的尽可能广泛的吸收。同时，所用的IR-吸收剂应展现380 nm至780 nm的可见光范围中的尽可能少的吸收。
[0015]在此通过将IR-吸收剂借助超声波-分散分散到漆料材料中，避免由于在底漆中混合不同的IR-吸收剂的玻璃装置混浊度。本发明的具有减弱红外线的涂层的玻璃装置显示小于5 %，优选小于4%的混池度，基于经双面涂敷的基材计。在此借助HunterAssociatesLaboratory Inc.公司的 HunterLab UltraScan Pro 根据 ASTM D1003 确定玻璃的浑池度。通过将IR-吸收剂引入到底漆中，可以使用任意基材以及材料组成与常见的IR-吸收剂不相容的此类基材。这实现了明显更宽的材料变化范围。将有机吸收剂用于聚合物物料中，进一步地不利地影响材料的强度。通过根据本发明在底漆中使用无机IR-吸收剂，完全地避免该问题。
[0016]所述底漆含有0.5重量％至20重量％，优选I重量％至10重量％，特别优选3重量％至7重量％的第一 IR-吸收剂和I重量％至30重量％，优选5重量％至20重量％，特别优选10重量％至15重量％的第二 IR-吸收剂，各自基于干燥之后在无溶剂状态下的底漆的总固含量计。
[0017]可能添加的其它吸收剂具有最大30重量％的含量，其中底漆中的IR-吸收剂的总量不超过70重量％的值，基于无溶剂的底漆计。
[0018]所述底漆进一步含有至少一种第一 UV-吸收剂，其优选地来自三嗪-衍生物、苯基三嗪-衍生物、三唑-衍生物、苯并三唑-衍生物、丙二酸酯、草酰胺、甲硅烷基化的二苯甲酮-衍生物、二苯甲酰基雷琐酚-衍生物、二芳基氰基丙烯酸酯、草酰苯胺、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化锌、氧化钛和氧化铁的组。合适的UV-吸收剂是本领域技术人员充分已知的，并且例如可以参阅“Plastics Additives Handbook 6th Edit1n” (Hans Zweifel, RalphD.Maier，Michael Schiller，由Hanser-Verlag出版)的章节2.3。特别优选地使用有机UV-吸收剂，特别是4-(3-三乙氧基甲硅烷基丙氧基)-2-羟基二苯甲酮和/或二苯甲酰基雷琐酚-衍生物。在底漆中使