低热导率、降低的密度和低日光吸收的暗色扁平元件的制作方法

专利名称：低热导率、降低的密度和低日光吸收的暗色扁平元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种暗色扁平元件，优选由塑料、喷漆涂层或纤维材料 制成，具有降低的密度、低热导率和低日光吸收。出于美观或技术原因染成或涂成暗色并暴露于日晒的表面一般在 曰光影响下具有，视颜色强度而定，或多或少变热的不愉快性质。暗色表面因日晒变热令人感到极为不快，特别是在较小的空间里， 像在车辆内，不管它是轿车、卡车、/>共汽车抑或火车车厢的内部。暗 色表面，依据其对日光的吸收程度会或多或少地强烈变热，并且以热辐 射形式和通过空气对流放出所吸收的热量到车内。轿车在夏季的太阳下停上几个小时后，其方向盘会加热到超过80。C。太阳能一旦被车辆内的暗色表面吸收，便不能直接离开车辆，因为 车辆的玻璃窗在5~50 fxm长波红外热辐射范围是不透明的并且又被以正常方式封闭在存放或停着的车辆中，以致也不能发生任何空气交换。 车辆中表面被着成暗色部分地是出于技术的原因，因为例如浅色前车厢将被反射到挡风玻璃中，从而对从车里向外看产生不利的影响。 座椅表面出于美观和实际的原因优选地着暗色，因为浅色表面将很快变脏。这些暗色表面的相对高的储热容量也对车内变热的缺点作出贡 献。材料的热容量和热导率越高，在材料中可以存储的太阳能就越多。 随后，将通过热辐射和通过空气的对流緩慢散热。虽然加热的空气可通 过在行驶期间敞开车窗较快地交换出去，然而乘员势必将暴露于辐射热 之下，直至存储的热从，例如，前车厢或仪表盘底座"散完"即，变冷 为止。此热辐射只能在车辆行驶期间通过空调来补偿。缺点是行驶期间 即便现代空调也将使车辆的燃料消耗增加约10%。除了高吸热之外，这 些表面还因为其重量而对车辆的燃料消耗作出贡献，正因为如此，要求 较低的重量，例如，通过降低堆积密度。暗色表面的另 一个应用领域是例如住房的塑料鞘和塑料窗框，正如 在，尤其是美国普遍使用的那样。虽然此种鞘和这些窗框着色得不是极
端暗，而是趋于平均色调，但它们仍然表现出惊人高的吸日光能力。因 此，它们在日光影响下强烈变烫，从而导致材料迅速疲劳和老化。它们 的热导率太高，以致它们不能对建筑物的隔热做出有益的贡献。另一个々页域是屋面，它，例如，在美国，通常由沥青屋顶板组成， 或者还有混凝土屋顶板。这些屋面顶板大多保持暗绿色、灰色和红色调 而且其日光吸收作用一般都大于80%。这里依然，高日光吸收导致材料 的迅速疲劳，尤其是沥青屋顶板，由于这样的原因，极端的天气情况， 例如，雹灾，它们将不再能提供对住房的任何保护作用。况且，这些屋 面覆盖物的热阻也太低，因此它们不能对屋顶的隔热做出有益的贡献。一种热反射涂层描述在专利US 4,272,291 ( Shtern等人)中，据称 用于抵御天气的影响并减少金属表面，尤其是燃料箱表面的晒热。这据 称是通过含基料涂料制剂中无机金属化合物之间的相互作用达到的。然 而缺点是，此种涂层不具有隔热效果。一种具有隔热效果的涂层已知于日本待审查专利申请JP 11 -323197 (申请号JP 10- 130742),它也具有良好的发射性能和相对于 热辐射的良好长波性能，因此它相对于大热效应具有绝缘性能。该涂层 具有透明或透光的真空球，该球由陶瓷材料和结构保持的辅助材料制 成，该辅助材料据称能保证陶瓷泡紧密敛集以及在涂料施涂成膜以后使 它们平坦地排列。丙烯酰胺衍生物、聚乙烯蜡、膨润土和二氧化硅颗粒 据称适合作为此种辅助材料。然而，纤维素、丙烯酸聚合物和聚乙烯醇 也适合。此种涂料由30~60%所提到的中空泡组成。一种建i义用于保护以4氐雄卩热效应的涂冲牛还7>开在日本待审查专利 申请JP 2000 - 129172 (申请号10-305968)中。特殊的颜料与具有优 异耐天候能力的载体材料彼此结合。据称，由于这样的原因，生成一种 具有在近红外范围显著反射性能的热保护涂层，即便当整个涂层被制成 黑色或暗色时也相对地仅仅很少晒热。为此所采用的颜料能吸收可见区 域的光并反射近红外范围的光。丙烯酸树脂被用作载体材料。在此种工 况中依然，所描述的涂层不具有隔热效果。从该文献中也无法推测出所 描述的涂层的密度和热导率的数值。一种在热辐射波长范围内具有低发射或高反射能力的涂料公开在 DE-A 1 44 18 214中。该涂料包含一种基料，其在热辐射范围，尤其是 在3~50 iiim波长范围内具有高透明度，还包括一种颗粒，其在该波长 范围具有高透明度并且在热辐射波长范围折光指数不同于基料的折光 指数。具有在2个波长范围的反射性质和在第3波长范围的吸收性质的涂料公开在EP 0 804 513 Bl中。该涂料主要包含这样一种基料，其在 0J8 - 0.75 fim (第一波长范围)和在5 ~ 100 pm波长范围(第3波长范 围)的透明度大于40%并且折光指数n<2.0。该基料中包含具有规定密 度和面积，并且在第3波长范围的反射能力R〉40。/o的层状颗粒。该基料 还包含第二颗粒，它部分地覆盖第一层状颗粒并且，在第一和第3波长 范围透明度>40%而且，在0.8-2.5 jim(第二波长范围)的波长范围吸 收>20%，还在第一波长范围具有规定的折光指数。该涂料可用作墙壁、 屋顶或正面的建筑用漆或者容器用漆。一种适用于住房和建筑物节能，并能能吸收室内外区域中的太阳能 而不在热-红外长波区间重新直接发射它的涂料/>开在EP 0 942 954 Bl中。该涂料由高透明度基料、在尤其是热红外波长范围反射的第一 薄片状颗粒，以及在热红外波长范围反散射并具有在这一波长范围规定 透射率的第 一球形颗粒，和/或在干态具有空洞并且在热红外范围具有规 定透射率和在热红外波长范围具有反散射和/或能反射的第二球形颗 粒。该涂料还包含第二颗粒，它在可见光波长范围反射和/或反散射并在 热红外波长范围具有规定透射率并以单晶形式存在。附加的组分包括: 在热红外具有规定透射率并在干态具有空洞的聚合物颜料、导电并在热 红外范围具有有限吸收作用的第三球形颗粒，以及涂料中普遍使用的其 它7>-口的添力口剂。欧洲专利EP 1 137 722 Bl涉及一种特别选择的涂料，它在红外范围 不太强烈地吸收太阳能并具有低热发射程度。该涂料特别适合车辆前车 厢表面并由3种组分表征，其中涉及种近红外波长范围具有规定透射率 并在热红外波长范围也具有规定透射率的基料。第二组分代表第一颜 料，它在可见光波长范围吸收，并在近红外具有至少40%的反散射和在 热红外波长范围具有等于或小于60%的吸收。最后，第三组分代表第二 颜料，它在热红外波长范围具有>40%的反散射和/或反射。一种低日光吸收涂料公开在US 2004/0068046 Al中。该涂料主要由 4种组分构成，其中包括基料、第一颜料、第二颜料和/或第三颜料，以 及填料。基料组分必须具有:在紫外线和可见光波长范围以及在近红外范
围>60%的透明度，还具有在热红外范围<70%的透明度。第一颜料的特 征在于，在300 ~ 2,500 nm波长范围〉70。/。的透明度，其粒度选择为使其 在近红外波长范围的反散射达>70%。第二颜料必须在可见光波长范围 光谱选择地吸收，具有在近红外范围>50%的透明度和在热红外范围 〉40%的吸收。第三颜料也必须在可见光光谱选择范围吸收，和/或在可 见光波长范围吸收50%,并且在近红外范围反射。使用的填料据称能降 低基料基质的折光指数，其中基质由充填以气体或空气并具有规定粒度 的中空微球组成。此种涂料特别适合出于技术或美观的原因着暗色，但 同时暴露于日光致使变得极热的表面。一种扁平建筑元件，由金属制成，其外表面具有涂层，以便在近红 外范围反射日光，并且其内表面对热辐射具有低发射程度，公开在德国 专利DE 102 04 829 Cl。该扁平建筑元件在其第一外表面备有第一涂 层，它保护金属不受腐蚀并在320 ~ 1,200 nm波长范围反射日光，平均 达60%。其第一外表面备有第二涂层，该涂层在可见光波长范围具有 <60%的反射并在近红外波长范围具有〉60%的反射。建筑元件的第二内表面备有第一涂层，它保护金属不受腐蚀，并且第二内表面具有第二涂 层，它在热红外波长范围为低发射性的并具有<0.75。的发射程度。发明内容本发明的任务是构造用于上述应用领域的普通，尤其是较暗表面， 以便使它们较少吸收日光和较少变热。按照本发明，这是由一种具有低热导率、降低的密度和低日光吸收 暗色、扁平元件解决的，其特征在于，a)它具有载体材料与其中所包含的组分的至少一种组合，其中b) 该组合a)具有小于0.4[W/m . K]的热导率以及c)低于1.4g/cm3的堆积密度，d)该元件在400-700 nm可见光波 长范围的平均反射小于50%,并且e)该元件在700 ~ 1,000 nm近红外 波长范围的平均反射大于50%。本发明的有利进一步方案从所附权利要求书便可清楚地看出。在本发明元件的大量应用领域中，现已惊奇地发现， 一种材料的热 导率和密度同时都低，与材料表面在不可见、近红外范围尽可能高的反 射的组合提供几种协同效应。譬如，较暗的物体，例如，轿车方向盘，
当该物体的表面在近红外反射时将显著地较少晒热；例如，汽车在曰晒 之下停留得足够久，其方向盘将因对流而变热至车内空气的水平。然 而，由于方向盘的热导率和密度同时地降低，它将不如此快地变热，因 此人们能抓握而没有问题，尽管周围空间内主导温度很高。令人惊奇的协同效应还通过，按照本发明，表面在近红外范围的高 反射与整个排列的低热导率和密度的组合，而在建筑技术领域的典型应 用而取得。譬如，由pvc制成的具有本发明元件特征的墙板变得不如 普通PVC墙板那样热；另一方面，由于板的热导率和密度较低，以任 何方式被吸收掉的太阳能中较少部分借助热传导引入到建筑物中。另 外，较低的表面温度和减慢的温度变化减少了整个排列因热所引起的材 料疲劳。涉及塑料、喷漆涂层、纤维材料、水硬性基料和/或复合材料的载体 材料已证明特别有利。现在来看以塑料作为载体的情况，该材料应选自 下面的系列:聚酰胺、聚乙酸酯、聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃，像例如聚乙 烯、聚丙烯和聚异丙烯，选自苯乙烯聚合物，像例如丙烯腈/丁二烯/苯 乙烯ABS、聚苯乙烯、苯乙烯/丁二烯、苯乙烯/丙烯腈、丙烯腈/苯乙烯 /丙烯酸酯，选自硫聚合物，像例如聚砜、聚醚砜、聚苯砜，选自氟塑料， 像例如PTFE(聚四氟乙烯)和PVDF(聚偏二氟乙烯)、选自聚酰亚胺、 聚甲基丙烯酸曱酯PMMA,像例如聚氯乙烯，选自硅氧烷，像例如硅橡 胶，环氧树脂，选自聚合物共混物，像例如聚苯氧、聚碳酸酯-ABS， 以及选自三聚氰胺-酚醛树脂和聚氨酯及其合适的混合物。可以是反应 性交联塑料也可以是热塑性塑料的载体材料已证明特别有利。如果喷漆涂层准备作为本发明元件中载体材料的组分a),则它应由一种基料构成，后者选自水性基料系列，优选水溶性基料，选自醇酸 树脂、聚酯、聚丙烯酸酯、环氧和环氧酯、水分散体和乳液，优选基于 丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸酯、乙烯-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸酯、 乙烯基吡咯烷酮-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸异丙 酯、聚氨酯、硅氧烷和聚醋酸乙烯的分散体和乳液，蜡分散体，优选基 于聚乙烯、聚丙烯、Teflon 、合成蜡、氟化聚合物、氟化丙烯酸共聚物 的水溶液、氟石圭氧烷，例如，它选自末端和侧《连和/或《连内氟-改性的聚 氨酯树脂，优选聚氨酯分散体和聚氨酯聚合物混杂分散体及其混合物。 然而，喷漆涂层也可由这样的基料构成，后者选自含溶剂基料的系 列，优选丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸酯、聚乙烯基、聚氯乙烯、聚苯乙 烯和苯乙烯共聚物，醇酸树脂、饱和及不饱和聚酯、羟基-官能聚酯、 三聚氰胺-甲醛树脂、多异氰酸酯树脂、聚氨酯、环氧树脂、氟聚合物 和硅氧烷、氯磺化聚乙烯、氟化聚合物、氟化丙烯酸共聚物、氟硅氧烷、塑性溶胶、PVDF(聚偏二氟乙烯)，例如，它选自末端和侧链和/或链内氟-改性的聚氨酯树脂，优选聚氨酯分散体和聚氨酯-聚合物混杂分 散体及其混合物。含有基于全氟(亚)烷基和/或聚六氟氧化丙烯基团的 末端和/或侧链和/或在主链中的聚合物结构元素的氟-改性聚合物可优 选用术语"末端和侧链和/或链内氟-改性聚氨酯树脂"来表征。 关于载体材料，本发明另 一种变体在于在元件中作为纤维材料采用动物皮革。本发明想法的另 一种有利的修改方案由以下事实给出该水硬性基 料是基于水泥、硫酸钙或硬石膏的混合物，优选是混凝土、灰泥或石膏。关于复合材料，它应包含那些特别是合成和/或天然纤维，优选合成 纤维，选自塑料和/或陶瓷，尤其是玻璃和/或碳和/或天然纤维，选自羊 毛、棉花、剑麻、大麻和纤维素。最后，载体材料中包含的成分可选自以下类别a)无机和/或有机轻质填料，它优选能降低载体材料的密度和热导 率，b)气体，像例如空气、氮气、二氧化碳、稀有气体，它们能在载 体材料内生成空洞并降低载体材料的密度和热导率，以及c)染料，其 能在400 - 700 nm可见光波长范围以光谱选择性的方式反射并且在 700~ 1000nm近红外波长范围的平均透明度大于50%，和/或d)第一颜 料，其能在400 ~ 700 nm可见光波长范围以光谱选择性的方式反射并且 在700- 1000 nm近红外波长范围的平均透明度大于50%,和/或e )第 二颜料，其能在400 ~ 700 nm可见光波长范围以光谱选择性的方式反射 并且在700 1000nm近红外波长范围的平均反射大于50。/Q, f)无机和 /或有机纳米材料，它们可以是表面处理的或者是表面涂布的。术语"纳米材料"或者亦称为"纳米颗粒" 一般应理解为所有的尺 寸皆小于100 nm,下限不规定，的大致球体几何形状的颗粒。纳米材料， 一般由纳米颗粒组成或包含占大多数的纳米颗粒，就其粒度而论占据原 子与连续宏观结构之间的过渡范围内某 一 位置。无机纳米颗粒的典型例 子是纳米级二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、硅溶胶、水玻璃、金属胶体 和颜料，它们也可以是官能化的。分散体，尤其是细颗粒分散体，聚氨 酯分散体和芯壳分散体，但还有颜料、树枝状大分子，以及任选官能化 的高支化聚合物，是有机纳米材料的典型代表。在目前情况下，由Degussa公司生产的Aerosil系列的填料已证明特别适合作为无机纳米材 料。然而，任何填料，只要在可见和近红外范围不吸收并且其粒度低于 100 nm， 一般都合适。载体材料中包含的成分，尤其是上面提到的成分c) -e)的选择一 般可通过各种技术方法实施。表面，还有颜料和填料的反射， 一般用分 光计，像例如PC 2000 PC -插入式分光计，由Avantes公司制造来测定， 其光语感光性介于320 ~ 1,100 nm，以便覆盖从紫外(高于可见范围) 到近红外范围的范围。表面的半球反散射是用Ulbricht球连接分光计， 然后测定反射来测定的。这里，采用硫酸钡板作为参照物，它代表几乎 等于100%的反射。为测定粉末形式的颜料和填料，将它们充填到聚乙 烯袋中，袋子对所提到的波长范围是透明的。为能区分层的反射与该层 的透射，在吸光的，即，黑背景上测定层一次，并在100%反射，即， 白背景上测定一次。具体地说，轻质填料应是那些密度低于0.5g/cn^的。 认为这样一种元件特别有利:其组分a)包括一种载体材料，后者包括，作为其所含成分的中空微球，由陶瓷材料、玻璃或塑料制成，其中 由玻璃构成的中空微球或其它陶瓷材料的密度低于0.4g/cm3，而由塑料 构成的中空微球的密度应低于0.2 g/cm3。本发明想法的一种有利实施方案表现在以下事实，即，轻质填料是 塑料颗粒，当载体材料被加热至80-16(TC的温度时它们才形成密度低 于0.2g/cm3的中空微球。在本发明中，优选考虑这样的染料，它们是水溶性染料，选自酸性 染料、直接染料、碱性染料、显色染料、硫化染料和苯胺染料，或者溶 解于溶剂的染料类的染料或zapon (硝基清漆)染料的染料。第一颜料将有利地选自有才几颜料系列，优选地选自偶氮颜料， <象例 如，单偶氮、双偶氮、ex-萘酚、萘酚-AS、色淀的偶氮、苯并咪唑酮、 双偶氮缩合物、金属络合物、异二氬吲哚酮和异二氢吲哚颜料，选自多 环颜料，优选酞菁、p套吖咬酮、菲和perinone、碌u靛、蒽醌、蒽素嘧咬、 黄蒽酮、皮蒽酮、欷蒽醌、蒽嵌蒽二酮(Anthanthron) 、 二喁溱、三芳
基碳镥(triarylcarbonium )、壹啉并一phthalon、 二酮基一 p比口各并一p比口各 颜料。关于第二颜料，本发明考虑这样一种变体，其中涉及无机颜料，选 自金属氧化物和一氢氧化物系列，选自镉、铋、铬、群青蓝颜料，涂布 的、薄片状云母颜料，尤其是金红石和尖晶石的混合相颜料。最后，本发明还建议，附加的颗粒可引入到载体材料中，只要它们 在400 ~ 1,000 nm波长范围的反射大于70%。这些附加颗粒尤其应选自 无机颜料类、金属氧化物、金属硫酸盐、金属硫化物、金属氟化物、金 属硅酸盐、金属碳酸盐类，及其混合物。附加颗粒也可选自可降解材料类；然而，碳酸钩、碳酸镁、滑石粉、硅酸锆、氧化锆、氧化铝、天然辟u酸钡及其混合物也可包括。扁平元件的重要特征表现在载体材料与其中所包括的成分的组合 的热导率。就此而论，优选考虑使整个元件的热导率小于0.3[W/m .K]， 尤其优选小于0.2[W/m . K]的那些。有利的还包括使整个元件的堆积密度低于1.2g/cm3,尤其优选低于 1.0 g/cm3。本发明的另 一重要特征表现在元件在400 ~ 700 nm可见光波长范围 的平均反射。该数值尤其应小于40%。本发明要求保护的元件的有利实施方案由以下事实给出，即，它在 700 ~ 1,000 nm近红外波长范围的平均反射大于60%。本发明还考虑这样的轻质填料，如果它增加元件在700- 1,000 nm 近红外范围的反射高达10%。按照本发明，组合a)必须具有特征b)(热导率)和c)(堆积密 度)。然而，载体材料与其所包括的成分的此种组合，除了热导率和堆 积密度特征之外还可具有元件的特征d)和/或e)。按照本发明元件本身可由至少2层组成，其中在此种工况中，至少 一层应由组合a)构成。组合a)也可与不含所包含成分的载体材料的层组合，这也是本发 明所考虑的。认为也特别有利的是，假如相同或不同的元件实施方案可在至少2 层内4皮此组合。该元件还可备有附加喷漆涂层，优选为透明形式的。 关于该元件，它可与支撑基材结合成为某种排列、器件或层的形
式，于是它在其中便可代表，本身作为整体， 一种支撑排列。总之，现已确认，本发明要求保护的暗色、扁平元件必须由载体材 料与它包括的成分的组合构成，其中该组合具有规定的热导率和特殊堆积密度。因此，该元件可唯一地由该组合a)构成，但是虽不必须但也可包含附加成分。因此，元件本身可以是例如特殊处理的皮革、塑料模 具，例如，用于车厢内部零配件，或者也可以是贴面板或屋顶板。根据施涂到其上的组合a)组成。然而，总地说，该整个扁平元件必须是暗 色的，这一点由重要特征d)规定，即，在400~700 nm可见光波长范 围的平均反射低到<50%的地步。从表征本发明实际目的的权利要求1 的表述很清楚，本发明具有各种各样的可能性，因为它不仅仅局限于贴 面或涂层，而是还包括各种组合，由底板或支撑结构或底漆层以及坐落 在它们上面的、由载体材料和它包括的成分组成的各种组合。 下面的实施例说明刚才描述的本发明的优点。
具体实施方式
实施例附1、 3和4显示流过实施例中描述的材料样品的热流。 一种通用 热通量传感器F-035 -2,尺寸25 x 25 mm,由Wuntronic/>司(慕尼 黑)制造，被用于该测量，该传感器发出与热通量相当的电压。图2和 5~11显示，作为测定结果，对应实施例中的样品在400 980 nm波长 范围的光谱反射。 一种PC插入式分光计PC 2000，由Avantes公司制造， 具有在320 ~ 1,100 nm的光谱感光性，作为测定^义器^f吏用， 一种Ulbricht 球与它相连以测定表面的半球反散射。实施例1轿车座椅用皮革的调色和涂布一块皮革用染料Sella Cool黑10286,由TFL Ledertechnik， Basel公司，提供，染成黑色。 制备以下黑涂料
15,00 g Roda Cool Black Pigmentpr&paration der TFL L/edertechnik Basel60,00 g Roda Car B32 der TFL Ledertechnik Basel 10,00 g Roda Car P64 der TFI< Ledertechnik Basel 10,00 g Wasser01,20 g Expancel 091 DE Mikrohohlkugeln der Firma Akzo Nobel涂料以刮刀施涂3次，层厚度100 |um并在每层涂布后在实验室烘 箱内干燥。如此涂布的黑皮革连同同样大小的、以标准方式染色和涂布的皮革 一起放入到实验室烘箱内，并加热到80。C。从烘箱中取出两块皮革并测 定在室温下从皮革样品流入到1 kg重的铅块中的热通量。采用一种通用 热通量传感器F- 035 -2，尺寸25 x 25 mm，由Wuntronic公司(慕尼 黑)制造。

图1显示，标准整理的皮革(1;对比例)的热通量，以及 曲线(2)显示按照本发明涂布的皮革样品的热通量，低了约500 W/m2。 这一差异在用手放在皮革样品上时也清楚地察觉到。测定了样品在400-980 nm波长范围的光谱反射(测定仪器:一种 PC插入式分光计PC2000,由Avantes公司制造，具有在320 ~ 1，100 nm 的光谱感光性，它与一种Ulbricht球相连以测定表面的半球反散射)； 测定结果显示在图2;曲线(1)显示按照本发明涂布的黑皮革在近红外范围明显较高的 反射。标准参照皮革(2)的反射低于10%,也在近红外范围。将2块 黑色皮革样品放在Styr叩or板上并暴露于约800 W/n^强烈日光辐射 下。标准皮革的表面温度升高到90°C,而另一方面，按照本发明的皮革 却仅到62。C。按照本发明涂布的皮革的密度为0.85 g/cm3,同时热导率 为0.12 W/mK。标准涂布的皮革的密度为1.1 g/cm3,同时其热导率为0.15 W/mK。因此，按照本发明涂布的皮革的密度，与按照现有技术涂布的标准 皮革相比，小23%，同时热导率小20%。实施例2皮革密度和热导率的降低将皮革样品放在水浴中。在水浴中加入20 wt。/。(相对于皮革重量而
言)未发泡的Expancel 820SL80型中空微球，Akzo Nobel公司提供，并 在鞣革厂按照普通方法将之结合到皮革中。随后，皮革用染料Sella Cool 黑10286,由TFL Ledertechnik公司，Basel,提供，染成黑色。将皮革放入到约iocrc的烘箱内，直至中空微球在热的作用下发泡并充满皮革 内部分空洞的空间。一块按照本发明如此生产的皮革放到54。C的热板上，借助热通量传 感器F- 035 - 2测定从热板通过皮革到水温度7.5。C的1 kg重水烧杯的 传热。以黑色标准皮革(对比例)重复同一程序。通过皮革样品的热通量的时间曲线表示在图3中，单位为W/m2。 这里，曲线(1)显示流过标准皮革(对比例)的热通量。流过按照本 发明生产的黑皮革样品(2)的热通量则低了约200 W/m2。按照本发明 加工的皮革的密度为0.85 g/cm3，热导率是0.1W/mK。按标准生产的皮 革的密度为1.1 g/cm3，热导率，0.14W/mK。因此按照本发明加工的皮 革的密度要比按照标准方式生产的对比例皮革低23%,并且热导率低 28%。实施例3按照实施例1生产的涂层与按照实施例2生产的皮革样品的组合 实施例1的涂料在实施例2生产的皮革上施涂3次，层厚度100 ium 并进行干燥。本发明皮革被置于维持在58。C的热板上，并采用热通量传 感器F - 035 - 2测定从热板通过皮革传到水温度0°C (冰水)的1 kg重 水烧杯中的热通量。针对黑色、涂布的标准皮革(对比例)重复同一程 序。图4显示流过黑色标准皮革(对比例)的热通量曲线(1)。流过 按照本发明生产的皮革(2)的热通量显著较低。这两种黑色皮革样品的光谱反射按照实施例1所述测定，与图2中 的曲线相同。图2中的曲线(1)显示按照本发明生产的皮革的光谱反 射，而曲线(2)则显示标准皮革(对比例)的。按照本发明生产的皮 革与涂层的组合的密度为0.82 g/cm3,而热导率为0.09 W/mK。按标准 方式生产的皮革的密度为1.1 g/cm3,而热导率是0.15 W/mK。因此，本 发明的组合的密度比按标准方式生产的对比皮革低25%,而热导率低 40%。 实施例4低热导率和高日光反射的聚丙烯组分 2种基于聚丙烯的汽车内部零配件样品按照以下配方生产a. )SOQ,OO g聚丙》希"t刀库立040,00 g SilCell 300轻质填料，Firma Chemco 050,00 g Hombitan R610K, 二氧化欲，Firma Sachtleben 010,00 g Aerosil TTS00 , Firma Degussa 020,00 g Hos仁aperm Blau R5R， Firma Clariant 010,00 g Paliogen Schwarz L0086, Firma BASF采用实验室挤塑机生产深蓝色样品板。b. ) SOO,OO g聚丙烯切粒030,00 g Hombitan R610K, 二氧化妖,Pirraa Sachtleben 010,00 g Aerosil TT600， Firma Degussa 020,00 g Hostaperm Blau R5R， Firma Clariant 010,00 g Paliogen Schwarz L0086， Firma'BASF该混合物在挤塑机中以二氧化碳气体进行发泡。生产出深蓝色样品板。该样品板a)的密度是0.79 g/cm3,样品板b)的是0.74g/cn^;样 品板a)的热导率是0.15 W/mK,而样品板b )的是0.13 W/mK。标准零 配件(对比例)的密度是1.05 g/cm3，热导率是0.24 W/mK。因此，样 品板a)的密度比标准零配件的密度低25%,而样品板b)的密度则低 29.5%。样品板a)的热导率比标准零配件的热导率低37.5%,而样品板 b)的则低46%。样品板a)和b)，以及一块同样着深蓝色的标准零配 件(对比例)的光谱反射，采用实施例1中描述的分光计在400 ~ 980 nm 波长范围进行了测定。图5显示测定结果。曲线(1)显示样品板a)的反射，曲线(2) 显示样品板b)的，而曲线(3)显示标准零配件在从700nm (开始的) 近红外波长范围的反射仅低于10%。样品被置于Styr叩or板上并暴露于 800 W/m2日光辐射。在此种条件下，标准板的表面温度升高至85°C, 按照本发明的样品板的表面温度为60°C。 实施例5按照本发明由环氧树脂制备的样品板以及对比例板的制备按照以下配方生产着深无烟煤色的由环氧树脂构成的样品板(本发明)45,00 g 环氧树月旨L160 Fa. MGS Kunstharzprodukte GmbH, Stuttgart 03,00 g轻质填料Silcell 300 Fa. Chemco Chemieprodukte GmbH 01,00 g 二氧化欲Hombitan R610K Fa. Sachtleben 02,00 g Paliogen Schwarz L0086 Fa. BASFIS, 00 g H1S0固化剂Fa. MGS Kunstharzprodukte GmbH, Stuttgart该样品板的密度是0.8 g/cm3，而热导率是0.2 W/mK。 按照下列配方用标准颜料制备着深无烟煤色的环氧树脂板作为对 比例45,00 g 环氧树月旨 L160 Fa, MGS Kunstharzprodukte GmbH, Stuttgart05, 00 g市售黑氧化纟失10,00 g 滑石粉，Fa. Wema Nihrnberg00,50 g 二氧化钬，Hoinbitan R610K Fa. Sachtleben15,00 g H160固化剂,Fa. MGS Kunstharzprodukte GmbH, Stuttgart标准制备的板的密度是1.3 g/cm3，而热导率是0.3 W/mK。 因此，本发明板的密度比标准制备的对比例板低38%,而热导率则 低33%。2种样品板的光谱反射利用实施例1中描述的分光计在400-980 nm波长范围进行了测定。图6的图中的曲线(1)显示按照本发明的环 氧样品板的光谱反射，而曲线(2)则显示对比例的样品板的反射。按 照本发明的样品板的反射在从700nm (开始)的近红外范围，与在可见 光区域相同颜色的对比例样品板相比，明显较高，这意味着，它吸收的 日光较少。样品被置于Styr叩or板上并暴露于800 W/m2日光辐射。在 此种条件下，按照本发明的样品板的温度仅升高至60°C,而对比例的则 升高至85°C。实施例6
由软P VC制备本发明薄膜与对比例按照以下配方制备黑色软PVC薄膜:200,00 g含i曾塑剂的市售PVC012,00 g轻质填料SilCell 300 Fa. Chemco Chemieprodukte GmbH 003,50 g 二氧化欲，Hombitan R610K Fa. Sachtleben 007,50 g Paliogen Schwarz Fa. BASF本发明PVC薄膜的密度是0.95 g/cm3,而热导率是0.12W/mK。市 售对比薄膜的密度是1.3 g/cm3，而热导率是0.18 W/mK。因此，按照本 发明的PVC薄膜的密度比市售对比薄膜低27%,而热导率则低33%。 PVC薄膜的光谱反射利用实施例1中描述的分光计在400 ~ 980 nm波长 范围进行了测定。 一种市售黑色软PVC薄膜被用作对比例。测定结果 示于图7。曲线(1 )显示按照本发明生产的薄膜在近红外范围提高的反 射，而曲线(2)显示市售黑色薄膜的反射。样品被置于Styropor板上 并暴露于800 W/m2日光辐射。在此种条件下，市售薄膜的温度升高到 90。C，而按照本发明的薄膜则仅到60°C。实施例7两面涂布的用于挡板的纺织品的制备一种用于窗帘系列Plaza Plus的基础纺织品，由Hunter Douglas Australia/>司提供，在一面按照以下配方涂布底涂层70,00 g基料Acronal 18D der Fa. BASF 15,00 g ;f页对牛^齐ij Hostatint WeilS Fa. Hoechst 05,00 g轻质填料Expancel 55薦20干燥后，着无烟煤颜色的罩面涂层被施涂到该底涂层上，呈漆黑的 色调，由Plaza Plus, Hunter Douglas公司，提供。罩面涂层
10,00 g水10,00 g ;f页津牛寺'J齐J Roda Cool Black Fa. TFL Ledertechnik 40,00 g基料 Acronal 18D der Fa. BASF 05,00 g水01,00 g Hostatint WeiS Fa. Hoechst纺织品的黑色一侧用白色底涂层涂布2遍。按照本发明的纺织品的密度是1.1 g/cm3，而热导率是0.15 W/mK。 市售对比例的密度是1.3 g/cm3，而热导率是0.22 W/mK。因此，按照本发明的纺织品的密度比市售对比例低15%，而热导率 低32%。纺织品的无烟煤-涂布正面的光谱反射用实施例1中描述的分 光计在400-980 nm波长范围进行了测定。图8中的曲线(1 )显示按 照本发明制备的纺织品的光谱反射，而曲线(2)则显示选自Hunter Douglas Australia />司提供的窗帘系列Plaza Plus的原来窗帘材料 ebony的反射。后者的反射低于10%,如在可见光范围测定。样品被置 于Styropor板上并暴露于900 W/m2日光辐射。在此种条件下，对比窗 帘材料的正面被加热到90°C;另一方面，本发明的则仅到52°C。本发 明材料作为挡板使用期间，通过窗帘进入空间的热通量在以下条件下比 对比材料低30%:曰光辐射900 W/m2外面温度2'5。C室温21°C。实施例8用于具有暗色表面的PVC窗框型材的样品板的制备20 wt。/。由3M公司提供的类型S38HS中空微球被加入到生产窗框型 材的市售着白色的PVC切粒中。5mm厚的样品板在实验室挤塑机中制 成。另外，3 wt%,相对于PVC切粒数量而言，Hostaperm Blue R5R， 来自Clariant公司，和1.5 wt%Paliogen Schwarz L0086,来自BASF公司, 被加入到生产PVC薄膜用的市售透明PVC切粒中，并在实验室挤塑机 中进行熔融和混合。生产出300 pm厚深蓝色薄膜。该薄膜在压力下利 用透明热熔胶粘剂粘合到白色PVC板上。该窗框型材(本发明)用深蓝色试样的密度是1.18 g/cm3,而热导
率是0.14 W/mK。市售PVC窗框型材(对比例)的密度是1.6 g/cm\ 而热导率是0.2 W/mK。因此，按照本发明的样品的密度比市售对比型 材低26%,而热导率低30%。板的光镨反射利用实施例1中描述的分光 计在400 ~ 980 nm波长范围进行了测定，并与 一部分市售深蓝色窗框型 材进行比较。测定结果示于图9。曲线(1 )显示按照本发明生产的PVC 窗框型材样品在近红外范围显著较高的反射。在市售PVC窗框型材的 深蓝色部分中，在近IR的反射保持低于10%。让板暴露于900 W/m2曰 光下。市售板的表面达到了 9(TC的温度并轻微变形。按照本发明的板的 表面温度只有60。C，并且看不出任何变形。采用本发明PVC窗框型 材，在以下条件下曰光辐射900 W/m2室外温度25 。C室温2rc,透过窗框进入到室内的热通量比标准材料低35%。实施例9低热导率褐色混凝土屋面瓦的制备按照以下配方制备屋面瓦的样品板(本发明) 35.00 g普通水泥，由Lugato公司提供05.00 g 二氧化钬Rutil Hombitan R210,由Sachtleben />司提供 10.00 g轻质填料SilCell 300，由Chemco公司提供 向混合物中加入水，直至达到可流动稠度，然后将混合物引入到模具中并在炉内进行干燥。该千屋面瓦备有泛深红色-褐色以下配方的涂层140,00 g Acronal 18D der Firma BASF010,00 g Langdopec Rot 30000 der Firma SLMC010,00 g Ferro PK 4047 Griin der Firma Ferro007,50 g Sylowhite SM 405 der Firma Grace000,60 g消泡剂Byk 024 der Firma Byk000,60 g颜料分散剂N der Firma BASF000,40 ,g增稠剂Acrysol TT 615 der Firma Rohm and HaasOIS,OO g水
泛深红色-褐色混凝土屋面瓦的光谱反射利用实施例1中描述的分光计在400 980nm波长范围进行了测定。作为对比例，使用由Kubota 公司(日本)提供的深褐色调的色C C021市售混凝土屋面瓦。测定结 果示于图10。曲线(1)显示按照本发明生产的混凝土屋面瓦在近红外 范围的反射明显增加，而曲线(2)则显示，市售混凝土屋面瓦在近红 外的反射甚至比在可见波长范围内的更低一些。屋面瓦以850 W/m2日光加热期间，市售混凝土屋面瓦的表面被加 热到87°C，而按照本发明的瓦则仅到51°C。按照本发明的屋面瓦的密 度是0.7g/cm3,而热导率是0.16 W/mK。市售混凝土屋面瓦的密度是1.6 g/cm3,而热导率是0.87 W/mK。因此，按照本发明的屋面瓦的密度比市 售混凝土屋面瓦低56%,而热导率低82%。釆用按照本发明的混凝土屋面瓦在以下条件下曰光辐射850 W/m2室外温度25 °C室温21。C，透过屋面进入到屋面空间内的热流量比标准材料低45%。 实施例10室外用石膏与日光反射外墙漆的组合2 cm厚板，由室外用石膏制成,后者由Colfirmit Rajasil公司以商 品名"Ultraleichtputz"供应，被涂以按照以下配方的浅绿色外墙漆。200,00 g Acrylor FS Weij5 , Firma Relius Coatings010,00 g |贞4+制剂Roda Cool Black, Fa. TFL Iiedertechni)c作为比较， 一种由Sonneborn />司(美国)供应的着色Drumhill Grey 458 -M的外墙漆纟皮涂布到2cm厚市售石膏^反上。这两种石膏板的光谱反射利用实施例1中描述的分光计在400 ~ 980 nm波长范围进行了测定。测定结果示于图ll。曲线(1 )显示，一 种按照本发明生产的室外用石膏与日光反射外墙漆的组合在近红外区 域的反射高于按标准方式涂布的石膏板在近红外的反射，正如曲线(2) 所示。
按照本发明的组合的总密度是0.9 g/cm3。标准组合的总密度是2.2 g/cm3。按照本发明的轻质石膏与日光反射漆的组合的热导率是0.12 W/mK,标准组合的是0.87 W/mK。因此，按照本发明的组合的总密度 比标准组合的低59%,而热导率低86%。当按照本发明的组合在以下条件下被用于20 cm厚混凝土墙时曰光辐射800 W/m2室外温度25 °C室温21°C，透过墙进入到住房内的热通量比标准材料低42%。
权利要求
1.低热导率、降低的密度和低日光吸收的暗色、扁平元件，其特征在于，a)它具有载体材料与其中所包含的成分的至少一种组合，其中b)组合a)的热导率小于0.4(W/m·K)，并且c)堆积密度低于1.4g/cm3，d)该元件在400～700nm可见光波长范围的平均反射小于50％，并且e)该元件在700～1,000nm近红外波长范围的平均反射大于50％。
2. 权利要求l的元件，其特征在于，载体材料是塑料、喷漆涂层、 纤维材料、水硬性基料和/或复合材料。
3. 权利要求2的元件，其特征在于，该塑料选自下面的系列:聚酰 胺、聚乙酸酯、聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃，像例如聚乙烯、聚丙烯和聚 异丙烯，选自苯乙烯聚合物，像例如丙烯腈/丁二烯/苯乙烯ABS、聚苯 乙烯、苯乙烯/丁二烯、苯乙烯/丙烯腈、丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯，选自 疏聚合物，像例如聚砜、聚醚砜、聚苯砜，选自氟塑料，像例如PTFE 和PVDF、选自聚酰亚胺、聚曱基丙烯酸甲酯PMMA，像例如聚氯乙烯， 选自硅氧烷，像硅橡胶，环氧树脂，选自聚合物共混物，像例如聚苯氧、 聚碳酸酯-ABS，以及选自三聚氰胺树脂、酚醛树脂和聚氨酯及其合适 的混合物。
4. 权利要求2或3之一的元件，其特征在于，载体材料可以是反 应性交联塑料和热塑性塑料。
5. 权利要求2的元件，其特征在于，喷漆涂层由基料构成，后者 选自水性基料系列，优选水溶性基料，选自醇酸树脂、聚酯、聚丙烯酸 酯、环氧和环氧酯、水分散体和乳液，优选基于丙烯酸酯、苯乙烯-丙 烯酸酯、乙烯-丙烯酸共聚物、曱基丙烯酸酯、乙烯基吡咯烷酮-醋酸 乙烯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸异丙酯、聚氨酯、硅氧烷和 聚醋酸乙烯的分散体和乳液，蜡分散体，优选基于聚乙烯、聚丙烯、 Teflon 、合成蜡、氟化聚合物、氟化丙烯酸共聚物的水溶液、氟硅氧烷， 以及末端和/或侧链和/或链内氟-改性的聚氨酯树脂，优选聚氨酯分散 体和聚氨酯聚合物混杂分散体及其混合物。
6. 权利要求2的元件，其特征在于，喷漆涂层由基料构成，基料 选自含溶剂基料的系列，优选丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸酯、聚乙烯基、 聚氯乙烯、聚苯乙烯和苯乙烯共聚物，醇酸树脂、饱和及不饱和聚酯、 羟基-官能聚酯、三聚氰胺-甲醛树脂、多异氰酸酯树脂、聚氨酯、环 氧树脂、氟聚合物和硅氧烷、氯磺化聚乙烯、氟化聚合物、氟化丙烯酸共聚物、氟硅氧烷、塑性溶胶、PVDF和末端和/或侧链和/或链内氟-改 性的聚氨酯树脂，优选聚氨酯分散体和聚氨酯-聚合物混杂分散体及其 混合物。
7. 权利要求5或6之一的元件，其特征在于，末端和侧链和链内 氟-改性的聚氨酯树脂是这样的氟-改性聚合物，它包含在末端和/或侧 链和/或主链中的基于全氟(亚)烷基和/或聚六氟氧化丙烯基团的聚合 物结构元素。
8. 权利要求2的元件，其特征在于，该纤维材料是动物皮革。
9. 权利要求2的元件，其特征在于，水硬性基料是基于水泥、硫 酸钙或石更石膏的混合物，优选混凝土、灰泥或石膏。
10. 权利要求2的元件，其特征在于，复合材#包含合成和/或天然 纤维，优选选自塑料和/或陶瓷，尤其是玻璃和/或碳的合成纤维，和/或 选自羊毛、棉、剑麻、大麻和纤维素的天然纤维。
11. 权利要求1 ~ IO之一的元件，其特征在于，载体材料中包含的 组分选自以下类别a) 无机和/或有机轻质填料，它能优选地降低载体材料的密度和热 导率，b) 气体，像例如空气、氮气、二氧化碳、稀有气体，它们能在载体材料内生成空洞并降低载体材料的密度和热导率，以及c) 染料，能在400-700 nm可见光波长范围以光语选择性的方式 反射并且在700 ~ 1000 nm近红外波长范围的平均透明度大于50%，和/ 或d) 第一颜料，能在400-700 nm可见光波长范围以光谱选择性的 方式反射并且在700 ~ 1000 nm近红外波长范围的平均透明度大于 50%,和/或e) 第二颜料，能在400 - 700 nm可见光波长范围以光谱选择性的 方式反射并且在700 ~ 1000 nm近红外波长范围的平均反射大于50%,f) 无机和/或有机纳米材料，它们可以是表面处理的或者是表面涂布的。
12. 权利要求11的元件，其特征在于，轻质填料是密度低于0.5 g/cm3 的那些。
13. 权利要求11或12之一的元件，其特征在于，涉及中空微球，后者由陶瓷材料、玻璃或塑料制成，其中由玻璃或其它陶瓷材料构成的 中空微球的密度低于0.4 g/cm3，而塑料中空微球的密度低于0.2 g/cm3。
14. 权利要求11 ~ 13之一的元件，其特征在于，轻质填料是塑料 颗粒，当载体材料被加热至80- 16(TC的温度时它们仅形成密度低于0.2 g/cm3的中空微球。
15. 权利要求11的元件，其特征在于，染料是水溶性染料，选自 酸性染料、直接染料、碱性染料、显色染料、硫化染料和苯胺染料，或 者选自溶解于溶剂的染料类的染料，选自zapon (硝基清漆)染料。
16. 权利要求11的元件，其特征在于，第一颜料选自有机颜料系 列，优选地选自偶氮颜料，像例如，单偶氮、双偶氮、a-萘酚、萘酚 -AS、色淀的偶氮、苯并咪唑酮、双偶氮缩合物、金属络合物、异二氢 吲哚酮和异二氢吲哚颜料，选自多环颜料，优选酞菁、喹吖啶酮、茈和 perinone、硫靛、蒽醌、蒽素嘧咬、黄蒽酮、皮蒽酮、铍蒽醌、蒽嵌蒽 二酮、二喝溱、三芳基碳镜、喹啉并-phthalon、 二酮基-吡咯并-吡咯 颜料。
17. 权利要求11的元件，其特征在于，第二颜料是无机颜料，选 自金属氧化物和一氢氧化物系列，选自镉、4it、 #■、群青蓝颜料，涂布 的、薄片状云母颜料，尤其是金红石和尖晶石的混合相颜料。
18. 权利要求1-17之一的元件，其特征在于，在载体材料中包括 附加颗粒，其在400~ 1,000 nm波长范围的反射大于70°/0。
19. 权利要求18的元件，其特征在于，附加颗粒选自无机颜料类， 选自金属氧化物、金属硫酸盐、金属硫化物、金属氟化物、金属硅酸盐、 金属碳酸盐及其混合物。
20. 权利要求18或19之一的元件，其特征在于，附加颗粒选自可 降解材料，选自碳酸钙、碳酸镁、滑石粉、硅酸锆、氧化锆、氧化铝、 天然^L酸钡及其混合物。
21. 权利要求1 20之一的元件，其特征在于，元件的热导率小于 0.3[W/m.K],尤其优选小于0.2[W/m . K]。
22. 权利要求1 22之一的元件，其特征在于，元件的堆积密度低 于1.2 g/cm3,尤其优选低于1.0 g/cm3。
23. 4又利要求1 ~22之一的元件，其特征在于，它在400 700 nm 可见光波长范围的平均反射小于40%。
24. ;K利要求1-23之一的元件，其特征在于，它在700 ~ 1,000 nm 近红外波长范围的平均反射大于60%。
25. 权利要求1 ~24之一的元件，其特征在于，轻质填料使元件在 700 ~ 1,000 nm近红外范围的反射增加最高10%。
26. 权利要求1 ~25之一的元件，其特征在于，组合a)另外还具 有元件的特征d)和/或e)。
27. 权利要求1 26之一的元件，其特征在于，它由至少两层组成， 其中至少一层由组合a)构成。
28. 权利要求1 27之一的元件，其特征在于，组合a)与不含加 入了组分的载体材料层相结合。
29. 权利要求1 28之一的元件，其特征在于，元件的相同或不同 实施方案可4皮此组合成至少两层。
30. 权利要求1-29之一的元件，其特征在于，它备有附加喷漆涂 层，该层优选是透明喷漆涂层。
31. 权利要求1 30之一的元件，其特征在于，它与一种支撑基材 组合成一种排列、器件或层的形式。
32. 权利要求1 31之一的元件，其特征在于，它是一种自支撑排列。
全文摘要
本发明涉及一种暗色、扁平元件，优选由塑料、喷漆涂层或纤维材料制成，具有降低的密度、低热导率和低日光吸收。该扁平元件在电磁波谱的近红外范围具有相对高的反射，以便减少在近红外区间日光的加热作用，尽管染成可见范围的暗色。尤其是，通过在扁平元件中掺入轻质填料而获得低密度和低热导率。与通常暗色表面相比，所述扁平元件可用于这样的场合，其中出于美观或技术的原因表面着暗色但不应在日光下变烫并在被手或其它身体部分触及时放热很少。其它应用领域包括除了上面提到的特性之外还应具有隔热作用的表面。
文档编号C04B41/48GK101115805SQ200580047748
公开日2008年1月30日 申请日期2005年12月2日 优先权日2004年12月3日
发明者G·雨果 申请人:建筑研究及技术有限责任公司