DE3514282A1

DE3514282A1 - Durch strahlung haertbare beschichtung fuer filmstrukturen und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3514282A1
Application number: DE19853514282
Authority: DE
Inventors: William P. Martinsville Va. Hodnett
Original assignee: Martin Processing Inc
Current assignee: CPFilms Inc
Priority date: 1984-08-21
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1986-03-06
Also published as: AU569985B2; SE8501855D0; FR2569373A1; NL8501135A; FI851615L; KR890003457B1; FR2569373B1; GB8510224D0; BE903099A; FI79340C; DK172085D0; FI79340B; GB2163441A; ES8608011A1; BR8502575A; SE8501855L; SE461774B; CA1211310A; ES542387A0; JPS6162571A

Description

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Durch Strahlung härtbare Beschichtung für Filmstrukturen und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine durch Strahlung härtbare Beschichtung zur Anwendung in isolierenden Fensterfolien und Fensterstrukturen.

Abriebsbeständige Beschichtungen auf einem Substrat sind auf dem Fachgebiet bekannt. Diese Beschichtungen sind typischerweise kratzbeständig und gegenüber Angriff durch Chemikalien und organische Lösungsmittel beständig. Typischerweise sind die Beschichtungen entweder thermisch oder durch Strahlung härtbar.

Die thermischen Härtungssysteme erfordern die Entfernung von Lösungsmitteln und erfordern das Aufbringen von Wärme zur Verarbeitung der Beschichtung. Diese Erfordernisse erhöhen die Kosten für den Energieverbrauch und den Schutz der Umwelt. Natürlich ist die Anwendung von thermischen Härtungssystemen auf wärmeempfindliche Materialien schon durch die Art des Verfahrens tatsächlich ausgeschlossen. Eine kontinuierliche Behandlung unter Anwendung von thermischen Härtungssystemen ist schwierig, da derartige Systeme sich nicht leicht an rasche kontinuierliche Verarbeitung anpassen lassen. Ganz einfach erfordern thermische Härtungssysteme Wärme und eine Verweilzeit in den Härtungsöfen, um die Polymerisation der abriebsbeständigen Beschichtung zu bewirken.

Es wurde festgestellt, daß Strahlungshärtungssysteme die Nachteile der thermischen Härtungssysteme

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überwinden. Strahlungshärtungssysteme haben den Vorteil verringerter Energiekosten und verringerter Umgebungsprobleme, verringerter Behandlungstemperaturen und Behandlungszeiten im Vergleich mit thermischen Härtungssystemen.

Dicke Beschichtungen, die strahlungshärtbar sind, sind auf dem Fachgebiet bekannt. Es ist bekannt, daß ein erstes Monomeres aus der Gruppe von Triacrylaten und Tetraacrylaten mit einem zweiten Monomeren mit einer N-Vinylimidogruppe vermischt wurde und dann der Strahlungshärtung unterworfen wurde. Diese Beschichtungen wurden auf verschiedene Substrate aufgebracht. Die typischen Beschichtungsstärken betrugen 1 bis 25 μπι. Dickere Beschichtungen waren notwendig, um eine maximale Abriebsbeständigkeit zu erhalten. Diese allgemein dicken Beschichtungen schlossen bestimmte Anwendungen für die Beschichtung aus.

Auch die US-PS 4 308 119 befaßt sich mit einer durch Strahlung härtbaren Beschichtungsmasse, die auf eine Vielzahl von Substraten aufbringbar ist. Die Beschichtungsmasse umfaßt ein Pentaerythritpolyacrylat oder -polymethacrylat, beispielsweise Pentaerythrittetraacrylat, einen Celluloseester und einen Photoinitiator. Dicke Beschichtungen werden bei Anwendung der Lehren dieser Patentschrift sogar beim Aufsprühen einer Beschichtungsdicke in der Größenordnung von 2,5 bis 38 μπι (0,1 bis 1,5 mils) erhalten.

Ein bekanntes Verfahren wendet ein zusammengesetztes Energiesteuerungsblatt an. Das Blatt umfaßt

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eine halbtransparente reflektierende Metallschicht, die auf eine selbsttragende Polymerfolie aufgezogen ist und mit einer transparenten Polymerschicht zum Schutz bedeckt ist. Geeignete Polymere für die Polymerschicht sind Polyethylen, Polypropylen und Polyvinylnitril.jedoch sind die Polymeren mit niedrigen Infrarotstrahlungsdurchlässigkeitseigenschaften und hohen Infrarotstrahlungsabsorptionseigenschaften nachteilig. Die Dicke der Schicht beträgt vorzugsweise etwa 10 μΐη für eine ausreichende Abriebsbeständigkeit. Falls die Schutzschicht durch Aufziehen aus einem Lösungsmittel aufgebracht wird, sind 5 bis 15 μπι eine ziemlich typische Stärke, jedoch können Stärken bis hinauf zu 25 bis 50 μπι angewandt werden. Stärken von weniger als 10 μπι ergeben eine wesentlich verringerte Abriebsbeständigkeit.

Auf Grund der vorliegenden Erfindung ergibt sich ein überlegener Beschichtungsansatz, ein Verfahren zum Aufbringen und das hieraus erhältliche Produkt, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und welches optimale Abriebsbeständigkeit und minimale Infrarotabsorption zeigt, so daß ein überlegener isolierender Film oder eine derartige Struktur zur Anwendung beispielsweise in Fenstern erzielt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine durch Strahlung härtbare Beschichtung für eine Filmstruktur. Diese Struktur kann für übliche Fenster dienen. Die Beschichtung umfaßt ein Gemisch von durch Strahlung polymerisierbaren Monomeren. Die Monomeren umfassen ein Triacrylat- oder Tetraacrylatmonomeres und Acrylsäure. Die Dicke der Beschichtung nach der Polymerisa-

tion liegt im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μπι. Die Zugabe der Acrylsäure und die spezielle Stärke des Überzuges sind kritische Merkmale der vorliegenden Erfindung. Diese kritischen Werte ergeben einen überzug, der eine optimale Abriebsbeständigkeit hat und minimale Infrarotabsorption zur Ausbildung einer isolierenden Filmstruktur zeigt. Ein Verfahren zum Aufbringen der dünnen Beschichtung gemäß der Erfindung ist gleichfalls angegeben.

Gemäß der Erfindung umfaßt die durch Strahlung härtbare Beschichtung für eine Filmstruktur eine Beschichtungsmasse aus einem Gemisch von durch Strahlung polymerisierbaren Monomeren aus einem Triacrylat- oder Tetraacrylatmonomeren und Acrylsäure, wobei die Beschichtung an einer Metalloberfläche anhaftet und nach der Polymerisation eine Dicke zwischen etwa 1 und etwa 25 μΐη besitzt. Diese durch Strahlung härtbare Beschichtung ergibt eine abriebsbeständige Beschichtung mit einer wesentlich verringerten Infrarotabsorption und wesentlich verbesserten Witterungsbeständigkeitseigenschaften hinsichtlich der Abmessungen der Beschichtung.

Es wird auch ein Verfahren zum Aufbringen des Ansatzes auf ein Substrat_;beispielsweise aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium₍angegeben. Das Verfahren zur Herstellung der Filmstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Herstellung eine r Beschichtungsmasse aus einem Gemisch von durch Strahlung polymerisierbaren Monomeren aus einem Triacrylat- oder Tetraacrylatmonomeren und Acrylsäure, die Aufbringung des Gemisches auf ein Substrat, die Beschichtung des Sub-

- ίο -

strats zu einer Stärke nach der Polymerisation zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μΐη und die Polymerisation
der Beschichtung zur Erzielung der Filmstruktur. Insgesamt überwinden die durch Strahlung härtbare Beschichtung und das Verfahren für ihre Aufbringung die Nachteile des vorstehend abgehandelten Standes der Technik. Andere Verfahrensparameter gemäß der Erfindung sind
üblich und den Fachleuten vertraut.

Nachfolgend werden die Merkmale der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche schematisch die Filmstruktur gemäß der Erfindung zeigen. Die in den Zeichnungen dargestellten Merkmale sind erläuternd und begrenzen somit die Erfindung nicht. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine übliche Fensterfolie,

Fig. 2 die bekannte gemäß dem Stand der Technik angewandte Fensterfolie,
Fig. 3 die neue Filmstruktur gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Beispiel 1,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Beispiel 2 und

Fig. 6 schematisch die Versuchsanordnung für die
Versuche in Beispiel 4.

Die Fig. 1 und 2 geben einen relativen Vergleich zwischen den als Fensterfolien verwendeten bekannten Beschichtungsfilmen, während bei Fig. 3 die Lehren der
vorliegenden Erfindung angewandt wurden. Die Figuren
sind im Maßstab so gezeichnet, daß 6,3 mm gleich 2,5 μΐη sind. Die metallisierte Schicht ist nicht maßstabsge-

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recht gezeichnet.

Eine übliche Struktur ist in Fig. 1 gezeigt. Diese Struktur zeigt eine übliche Folyesterbeschichtung mit einer Dicke von 13,7 μπι, die an einer reflektierenden Schicht anhaftet. Wenn sie einer Infrarotbestrahlung bei Raumtemperatur unterworfen wird, werden etwa 30 % Infrarotbestrahlung von Raumtemperatur reflektiert. Die Fig. 2 zeigt eine bekannte Struktur unter Anwendung von PoIyethylen-, Polypropylen- oder Polyacrylnitrilbeschichtungen mit einer Dicke von 5 bis 50 μιη, typischerweise 13,7 μπι bei Polypropylen, deren Abriebsbeständigkeit wesentlich niedriger als diejenige der Beschichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Fig. 3 zeigt das Acrylbeschichtungssystem unter Anwendung der Lehren der vorliegenden Erfindung und wird anschließend als Acrylsystem oder Acrylbeschichtung bezeichnet, die eine Dicke zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μΐι besitzt und eine überlegene Abriebsbeständigkeit im Vergleich zu den in den Fig. 1 und 2 gezeigten

2C Strukturen zeigt. Etwa 60 bis 65 % der Infrarotstrahlung v/erden reflektiert.

Eine typische Dicks für die metallisierte Schicht beispielsweise aus Aluminium beträgt etwa 200 £ oder etwa 0,02 μιη.

Diese Figuren belegen die überlegenen Ergebnisse, die gemäß der Erfindung erzielt werden. Mit den bekannton Beschichtungen v/erden isolierende und abriebsbeständige Eigenschäften bei Anwendung von dicken Beschichtungen aus Uberzugsmaterialien mit niedriger Infrarotabsorption erhalten. Im Gegensatz zu den bekannter. Beschichtungen werden gemäß der Erfindung dünne Überzüge aus Materialien mit hoher Infrarotabsorption verwendet, um eine optimale Abriebsbeständigkeit und überlegene Iscliereigenschaften

BAD ORIGINAL

zu erzielen.

Wie vorstehend angegeben, besitzt der durch Strahlung härtbare Beschichtungsansatz gemäß der Erfindung Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Die Beschichtung gemäß der Erfindung, die zum Schutz einer Metallschicht verwendet werden kann, ist etwa viermal abriebsbeständiger als PolyesterSchichtungen, welche wiederum beträchtlich abriebsbeständiger sind ^als Polyethylen-, Polypropylen- oder Polyacrylnitrilbeschichtungen, wie sie dem Stand der Technik entsprechen. Die Beschichtung besteht aus einer Acrylbeschichtung und ist beständiger gegenüber Schädigung durch Ultraviolettlicht als die bekannten Be-Schichtungen. Die optische Klarheit der Beschichtung gemäß der Erfindung ist überlegen im Vergleich zu Polyethylenbeschichtungen des Standes der Technik, die von etwas milchiger Farbe sind.

Da der Beschichtungsansatz gemäß der Erfindung ein durch Strahlung härtendes System darstellt, erlauben die Dünnbeschichtungen aus dem Acrylansatz ein äußerst hohes Ausmaß der Vernetzung, und sind dadurch für das hohe Ausmaß der Kratzbeständigkeit verantwortlieh, welches durch die angegebenen sehr dünnen Beschichtungen erzielt wird. Weiterhin sind im Vergleich zu den bisherigen Ansätzen und Verwendung von Polyethylen, Polypropylen oder Polyacrylnitril die Acrylsysteme gemäß der Erfindung hinsichtlich der Infrarotstrahlung bei Raumtemperatur stark absorbierend, jedoch kann durch sorgfältige Steuerung der Beschichtungsdicke zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μΐη nach der Polymerisation eine überlegene Abriebsbeständigkeit und eine niedrige Infrarotabsorption bei Anwendung des

angegebenen erfindungsgemäßen Systems erzielt werden. Die optimale Dicke wurde bei etwa 1,8 μπι festgestellt.

Thermisch gehärtete Überzüge, ganz gleich, ob sie auf Acrylbasis oder sonstiger Basis sind, erzielen nicht das hohe Ausmaß der Vernetzung und Abriebsbeständigkeit, welches durch den erfindungsgemäßen Überzugsansatz erzielt wird, ohne übermäßig lange Härtungszeiten bei hohen Temperaturen. Diese unerwünschten Erfordernisse für thermisch gehärtete Systeme sind für eine kontinuierliche Verarbeitung nachteilig. Durch Strahlung gehärtete Epoxy- und Urethansysteme sind nicht so absorbierend wie die Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung, jedoch sind derartige Systeme signifikant weniger abriebsbeständig.

Die abriebsbeständige Beschichtung mit optimaler Infrarotabsorption gemäß der Erfindung, bei der Komponenten mit hohen Infrarotabsoptionseigenschaften verwendet werden, wird durch Copolymerisation einer Triacrylat- oder Tetraacrylatmonomeren mit Acrylsäure erhalten.

Das Acrylat besteht vorzugsweise aus Pentaerythrittriacrylat oder Pentaerythrittetraacrylat. Einzelheiten hinsichtlich des Acrylats finden sich in der US-PS 4 319 811, auf die hier besonders Bezug genommen wird. Die übliche Art und Weise zur Vermischung dieser Monomeren ist in dieser US-PS angegeben. 30

Acrylsäure stellt eine kritische Komponente des Beschichtungssystems, das die Erzielung der dünnen Be-

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Schichtungen auf Grund der Lehren der vorliegenden Erfindung erlaubt, so daß Beschichtungssysteine von hoher optischer Klarheit, überlegenen Haftungseigenschaften und günstigen rheologischen Eigenschaften im Vergleich zu den bekannten Beschichtungssystemen erhalten werden, da]

Die Herstellung des Beschichtungssystems ist üblich. Keine chemische Reaktion tritt beim Vermischen des Systems auf. Die Konzentration des Tri- oder Tetraacrylats beträgt mindestens etwa 50 %. Die Konzentration der Acrylsäure beträgt mindestens etwa 10 %. Sämtliche Konzentrationen sind auf das Gewicht des Gemisches bezogen.

Die Beschichtungen gemäß der Erfindung besitzen sowohl eine überlegene Haftung als auch chemische Beständigkeit. Insbesondere haben die Beschichtungen gemäß der Erfindung überlegene Haftungseigenschaften an Metallsubstraten im Vergleich zu bekannten Be-Schichtungen. Andere günstige Ergebnisse resultieren aus dem dünnen Beschichtungssystem unter Einschluß einer erhöhten Stabilität gegenüber Schädigung der Eigenschaften durch Ultraviolettstrahlung. Die überlegene optische Klarheit sowie die überlegene Abriebsbeständigkeit werden selbst im Hinblick auf den Zusatz von Acrylsäure zu dem System erzielt. Die Acrylsäure verringert die Abriebsbeständigkeit,während sie die Haftunggseigenschaften derartiger Beschichtungen ergänzt. Tatsächlich ist der Zusatz von Acrylsäure zu dem Ansatz ein kritisches Merkmal, welches die Herstellung von dünnen Beschichtungen erlaubt, während die überlegene Haftung und Abriebsbeständigkeit des Ansatzes beibehalten wird.

Ein weiteres kritisches Merkmal der Erfindung besteht in der Stärke der auf das Substrat aufgetragenen Beschichtung. Die Stärke der Beschichtung nach der Polymerisation liegt zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μπι, was eine wesentliche Abnahme der Stärke gegenüber den bekannten Beschichtungen mit überlegener Abriebsbeständigkeit ist. Die bevorzugte Beschichtungsdicke nach der Polymerisation beträgt etwa 1,8 μτα. Die Stärke ist kritisch, da die Erhöhung der Stärke der Beschichtung wesentlich die Infrarotabsorption bei Raumtemperatur eines Materials mit bereits hoher Infrarotabsorption steigert. Gemäß dem Stand der Technik war das entgegengesetzte der Fall, und man bezog sich auf dickere Beschichtungen, um Abriebsbeständigkeit und Struktur-Integrität zu erzielen.

Selbstverständlich kann das System durch Zusatz von üblichen Bestandteilen unter Einschluß bekannter Photoinitiatoren ergänzt werden. Auf dem Fachgebiet bekannte Zusätze, wie Pigmente, Benetzungsmittel und Farbstoffe oder Farbpigmente, können in den Ansatz eingeschlossen werden, um bestimmte gewünschte funktioneile und ästhetische Eigenschaften zu erzielen. Die Beschichtungsmasse kann auch ein oberflächenaktives Mittel sowie Strömungsregelungs- und Verlaufmittel, organische und anorganische Farbstoffe und Pigmente, Füllstoffe, Plastifizierer, Gleitmittel, Ultraviolettabsorbiermittel, Stabilisatoren und Verstärkungsmittel, wie Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Ton, Talk, gepulvertes Glas, gepulverte Metalle, Ruß und Faserglas enthalten. Die Beschichtungsmasse kann auch einen Polymerisationshemmstoff enthalten.

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Der Schutzbeschichtungsansatz gemäß der Erfindung kann auf eine Vielzahl von Substraten unter Einschluß von Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden und anderen Metallverbindungen und Logierungen, die vakuummetallisiert sein können, aufgetragen werden, beispielsweise aus Aluminium, Stahl, Kupfer, Zinn, Silber, Gold, Titanoxid, Zinnoxid, Indiumoxid, Titannitrid, Indium und Mehrfachschichten hieraus. Weitere Substrate umfassen Glas, Faserglas und Glasfaseroptik. Kunststoffsubstrate, beispielsweise aus Polyester, Folycarbonat und Polyvinylchlorid sind brauchbare Substrate, die gemäß der Erfindung beschichtet werden können. Sämtliche Substrate, die vakuummetallisiert werden können, sind geeignete Substrate. Das Substrat kann eine Kombination der vorstehenden Substrate umfassen. So kann das Substrat eine oder mehrere Schichten von Substratmaterialien enthalten, beispielsweise ein Silbersubstrat zwischen Metalloxidsubstraten. Die Gesamtstärke der Schichten cder Kombinationen von Schichten kann von etwa 50 S bis 1000 S für Metallschichten oder für Kombinationen aus Metall und Metallverbindungen betragen. Aluminiumschichten sind bevorzugt, jedoch kennen auch andere Metalle oder Kombinationen von Schichten verwendet werden.

Die Beschichtung kann durch übliche Verfahren erzielt werden unter Einschluß von Eintauchen, Spinnen, Sprühen, Gardinenüberziehen, Gravur- und Walzenüberziehen. Vorzugsweise wird die Beschichtung unter Anwendung von üblichen Gravur- oder Walzbeschic'ntungsverfahren erzielt, welche die überlegenen dünnen Beschichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung erlauben.

Übliche Strahiungshärtungsveriahren v/erden gemäß der Erfindung angewandt. Derartige Verfahren umfassen entweder Ultraviolettstrahlen cder Elektronenstrahlen,

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frei-radikalisch induzierte Polymerisationsarten der Strahlungshärtung.

Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die folgenden Stufen. Eine Stufe umfaßt die Herstellung einer Beschichtungsmasse, welche ein Gemisch der vorstehend aufgeführten durch Strahlung polymerisierbaren Monomeren einschließlich des Zusatzes von Acrylsäure umfaßt. Die nächste Stufe umfaßt die Aufbringung des Gemisches auf ein Substrat unter Anwendung der bereits abgehandelten Verfahren. Das Verfahren umfaßt auch die kritische Stufe der Beschichtung des Substrates zu einer Stärke nach der Polymerisation zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μΐη. Dann wird diese Beschichtung polymerisiert, um eine Filmstruktur zu erhalten. Das Substrat kann aus einem Metall- oder Nicht-Metallsubstrat bestehen. Die Filmstruktur wird wie ein übliches Fensterprodukt angewandt.

Typischerweise wird das Triacrylat- oder Tetraacrylatmonomere zu dem Acrylsäuremonomeren in den vorstehend aufgeführten Konzentrationen zugesetzt. Dieses Beschichtungsgemisch wird auf ein Substrat aufgetragen, das aus einem Metall- oder Nicht-Metallsubstrat bestehen kann, wobei beispielsweise ein übliches direktes Tiefdruckbeschichtungsverfahren angewandt wird. Bei diesem Verfahren wird ein gravierter Zylinder angewandt, der sich in einem Beschichtungsbad in kontinuierlicher Weise dreht. Der Überschuß an Beschichtung wird von der Oberfläche des Abmeßzylinders unter Anwendung üblicher Abstreifverfahren oder ümkehrwinkelabstreifverfahren abgestreift. Dann wird der abgestreifte Zylinder kontinuierlich mit dem Substrat kontaktiert, wodurch das Beschichtungsgemisch in den Zellen des Tiefdruckzylin-

ders kontinuierlich auf das zu beschichtende Substrat übertragen wird. Die Beschichtung wird dann auf dem Substrat in bekannter Weise strahlungspolymerisiert. Selbstverständlich findet die Behandlung typischerweise kontinuierlich statt, kann jedoch auch ansatzweise erfolgen.

Eine Grundierschicht kann zwischen der Beschichtung und dem Substrat enthalten sein. Die Grundierschicht kann beispielsweise aus einem Polyesterharz aufgebaut sein, welches eine hohe Infrarotabsorption besitzt. Der Zweck der Grundierschicht ist prinzipiell darin zu sehen, daß die Haftung der Beschichtung an dem Substrat gefördert wird.

Die folgenden Beispiele erläutern den Ansatz, das Verfahren der Aufbringung und die Produkte gemäß der Erfindung. Obwohl die Herstellung von Fensterfilmen nachfolgend beschrieben ist, dient diese Herstellung Iediglich als Erläuterung für das bevorzugte Produkt und darf nicht als Begrenzung der vorliegenden Erfindung angesehen werden.

Beispiel 1
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Dieses Beispiel zeigt die Beziehungen von Emission gegenüber überzugsdicke für drei Arten von Schutzbeschichtungen. Auf Grund von Definition ist die Summe von (Infrarotreflektanz) und (Emissionsvermögen) von Infrarot reflektierenden Oberflächen oder Systemen = Das in Betracht kommende Infrarot (Wellenlänge 4 bis μπι) wird von einer Metallschicht, die mit einer für In-

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frarot durchlässigen Schicht geschützt ist, reflektiert. Das gesamte Emissionsvermögen eines Systems (Metall und Schutzbeschichtung) läßt sich als kombinierte Absorption von Metallschicht und Schutzschicht betrachten. Je kleiner der gesamte Emissionswert ist, desto wirksamer ist das System im Hinblick auf die Infrarotreflektanz. Je größer der Infrarotreflektanzwert ist, desto wirksamer ist das System im Hinblick auf die Verringerung des Wärmeverlustes, da das nicht in den Raum zurückreflektierte Infrarot durch den Rest der Fenstereinheit absorbiert und zu der kühleren Außenluft transportiert wird. Die folgende Beziehung faßt diese Gesichtspunkte zusammen:

%Infrarotreflek- _ [1-(Gesamtemittanz eines .~~ tanz eines Systems ~ ' Systems)]' ^x

Die Werte zeigen, daß die Acrylbeschichtung die am stärksten absorbierende (Stärke für Stärke) der drei gezeigten Beschichtungen ist. Jedoch gleicht das Acrylsystem gemäß der vorliegenden Erfindung diesen Fehler durch eine überlegene Abriebsbeständigkeit aus und bei einer Dicke von 1,8 μπι wird immer noch der Vorteil der Infrarotreflektanz (62 % gegenüber 35 %) gegenüber einer "üblichen" Fensterfilmstruktur beigehalten, bei der die Schutzschicht 13,7 μΐη Polyethylenterephthalatfilm beträgt.

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Die Acrylbeschichtung gemäß Beispiel 1 wurde durch Vereinigung von 70 Teilen Pentaerythrittetraacrylat mit 25 Teilen Acrylsäure hergestellt. Das Pentaerythrittetraacrylat muß auf etwa 38 ⁰C erwärmt werden, da das Monomere üblicherweise einen Feststoff bei Raumtemperatur darstellt. Nachdem das Pentaerythrittetraacrylat vollständig verflüssigt ist, wird die Acrylsäure zugesetzt und gründlich zu einem homogenen Gemisch vermischt. Ein Photoinitiator (1-Hydroxycyclohexylphenyl -keton) wird zugesetzt und das Vermischen wird fortgesetzt, bis der Photoinitiator vollständig gelöst ist. Photoinitiatoren werden nicht zu einem System zugesetzt, das durch einen Elektronenstrahl polymerisiert werden soll. Der Photoinitiator liegt in einer Menge von 3 bis 8 Gew.teilen vor. Das Vermischen wird fortgesetzt, bis die Bestandteile gründlich in dem Beschichtungsgemisch gelöst sind. Das Beschichtungsgemisch wird filtriert und auf die Metallseite der vakuummetallisierten Polyethylenterephthalatfolie durch direkten Tiefdruck aufgetragen und durch Ultraviolettstrahlung polymerisiert, so daß die Acrylbeschichtung gemäß Beispiel 1 erhalten wird.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt und werden in Fig. 4 gezeigt.

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Tabelle I

Gesamte kombinierte Emissionswerte für drei Schutzbeschichtungen (sämtliche Schutzbeschichtungen auf eine metallisierte Schicht mit einer Emission von 0,14 aufgetragen)

Art der Schutzbe- schichtung	Stärke der Schutzbe- schiohtung (μπι)	Gesamte Emission
1. Polypropylenlaminat	12,7	0,35
2. Polyesterlaminat (Polyethylentere phthalat)	12,7	0,65
3. Acry!beschichtung (strahlungsgehärtet)	0,9 1,0	0,25 0,28
	1,2	0,32
	1,3	0,34
	1,5	0,35
	1,8	0,38
	2,0	0,40
	2,7	0,44
	3,8	0,50
	4,0	0,51
	4,3	0,53
	4,7	0,54

Die Acrylbeschichtung von Beispiel 1 wurde erfolgreich auf verschiedene vakuummetallisierte Oberflächen unter Einschluß von Metallen, Metallegierungen und Metalloxiden aufgetragen. Die Metalle umfassen Aluminium, Kupfer, Titan, Silber, Stahllegierung und Chromlegierungen. Die Metalloxide umfaßten: Titanoxid, Indiumoxid,

Indiumlegierungsoxid und Zinnoxid. Der vakuummetallisierte Film in Beispiel 1 ist für eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht von 18 bis 20 % metallisiert. Dies ergibt eine Metalloberfläche mit einer gesamten Emission von etwa 0,14.

Beispiel 2

Diese Beispiel zeigt die (Änderung der Trübungswerte) gegenüber unterschiedlichen (Beschichtungsstärkewerten) für die Acry!beschichtung nach Beispiel 1. Die Acrylschutzbeschichtungen wurden auf eine PoIyethylenterephthalatfolie von 50,8 μΐη aufgebracht. Die Änderung der Trübungswerte für die in Betracht gezogenen Beschichtungsdicken können genauer gemessen werden, wenn die Beschichtung auf nicht-metallisierten Folien bewertet wird. Die Acrylprobebeschichtungen wurden auf einem Tabor-Abschleifgerät abgeschliffen, wie es gemäß ASTM D 1004-56 vorgeschrieben ist (CS-10-Räder, 1000 g Belastung je Rad, 100 Zyklen). Die Trübungsmessungen wurden unter Anwendung eines üblichen Hunter-Trübungsmeßgerätes vorgenommen. Die Stärkemessungen erfolgten unter Anwendung einer üblichen Dünnfilmstiftmeßvorrichtung. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle und Fig. 5 gezeigt.

Tabelle II

Durchschnittliche Änderung des Trübungswertes für eine 50,8 μΐη-Polyethylenterephthalatfolie mit der Beschichtung nach Beispiel 1

Uberzugsstärke (μΐη) Änderung des Trübungswertes

0,0 77

(unüberzogenes 12,7 μπι-Polypropylen)

0,0 58

{unüberzogenes 12,7 μΐη-PoIyethylenterephthalat)

0,5 (Acrylbeschichtung) 40

1,0 (Acrylbeschichtung) 25

1,8 (Acrylbeschichtung) 15

2,5 (Acrylbeschichtung) 8

3,0 (Acrylbeschichtung) 7

Die Werte belegen, daß 1,8 μΐη die optimale Dicke für die Beschichtung gemäß der Erfindung aus einigen Gründen sind:

1. 1.8 μια sind die optimale Stärke, wie sich aus den Ergebnissen von Beispiel 1 ergibt;

2. der Verlauf der Kurve (Fig. 5) zeigt, daß für Stärken von weniger als 1,8 μΐη ein rasch ansteigendes Ausmaß der Änderung der Trübungswerte vorliegt;

3. Der UVCON-Umgebungstest aus dem nachfolgenden Beispiel 5 zeigt, daß eine Beschichtung von 1 μΐη die minimale Stärke ist, die einen ausreichenden Metallschutz liefert;

4. der Test mit OOOO-Stahlwolle aus dem nachfolgenden Beispiel 4 zeigt, daß eine Stärke von 1 μΐη die minimale Stärke ist, um den Vorteil einer signifikanten Abriebsbeständigkeit gegenüber einer Polyethylenterephthalatfolie und der bei der "üblichen" Fensterfilmstruktur angewandten Metallschutzschicht zu erzielen;

5. dünne Beschichtungen mit einem Refraktionsindex nahe bei 1,5 zeigen Interferenzfarben bei einer Stärke von weniger als 1 μπι, wenn sie auf eine metallisierte Oberfläche aufgeschichtet sind. Dieser Effekt ist ähnlich zu denjenigen eines Dünnfilmes aus öl, welcher auf Wasser schwimmt. Geringfügige Unterschiedlichkeiten in der Beschichtungsstärke können Farben ergeben, welche in einem Fensterfilmprodukt ästhetisch unannehmbar sind und

6. Beschichtungen mit einer Dicke größer als 2,5 μπι die Änderung der Trübungswerte nicht signifikant verringern. Darüberhinaus sind stärkere Beschichtungen teurer und erzeugen eine "Kräuselung" des Fensterfilmproduktes, die Handhabungsschwierigkeiten für die Filmaufbringer verursachen.

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Beispiel 3

Dieses Beispiel belegt den Unterschied zwischen zwei Ansätzen der Acry!beschichtung von Beispiel 1 hinsichtlich der Haftung der Beschichtung an der Aluminiumschicht einer metallisierten Polyethylenterephthalatfolie von 50,8 μΐη. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle III

Beschichtung

Acry!beschichtung (etwa 20 % Acrylsäure)

Acry!beschichtung (etwa 20 % N-Vinylpyrrolidon)

X-Kreuzschnitt
Bandtest

besteht
versagt

Walzenhaftungstest

besteht versagt

Die zur Bewertung der Haftung angewandten Teste sind nachfolgend beschrieben:

X-Kreuzschnitt-Bandtest:

Bei diesem Test wurde ein "X" in die Beschichtung mit der Spitze eines Rasiermessers eingeschrieben. Ein Klebband (SCOTCH Brand 810) wurde auf die Beschichtung über dem Kreuzschiitt aufgetragen. Dieses Band wird von Hand mit einer raschen Bewegung in der Ebene der Be-Schichtung entfernt. Die Entfernung von mehr als Spurenmengen der Beschichtung stellt ein Versagen beim Test dar.

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Walzenhaftungstest:

Bei diesem Test wurde die beschichtete Probe zwischen Daumen und Zeigefinger angebracht und um 180° auf sich selbst gefaltet (beschichtete Seite der Probe anstossend an die Finger). In dieser Stelle wurde die beschichtete Probe vorwärts und rückwärts zwischen den Fingern gerollt (mäßiger bis starker Fingerdruck) während 10 Zyklen, wobei die 180°-Biegung beibehalten wurde. Jede sichtbare Abblätterung der Beschichtung oder Verlust der Haftung an dem Metall stellte ein Versagen beim Test dar.

Beispiel 4

Dieses Beispiel belegt die Unterschiedlichkeiten zwischen den drei Systemen von Beispiel 1 hinsichtlich der Kratzbeständigkeit mit OOOO-Stahlwolle. Bei diesem Test wurde ein Polster aus OOOO-Stahlwolle (mit gerade ausreichendem Druck, um beide Oberflächen zu kratzen) über die Zwischenfläche einer gefalteten Probe gerieben. Auf diese Weise kann die Stahlwolle-Kratzbeständigkeit beider Oberflächen direkt verglichen werden. Die Oberfläche mit der größeren Kratzbeständigkeit hat die kleinere Anzahl von Kratzern. Die Ergebnisse der Anwendung dieses Tests auf die drei Systeme von Beispiel 1 sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Tabelle IV

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Oberfläche-1 Oberfläche-2 Polypropylen Polyester

Polyester

Acrylbeschich- Polyester tung

(Beispiel 1)

Ergebnis

Das Polypropylen zeigt starke Verkratzung

Beide Oberflächen zeigen die gleiche Anzahl von Kratzern

Die Acrylbeschichtungs-Oberfläche zeigte eine geringere Anzahl von Kratzern

Die Versuchsanordnung für den Versuch aus Tabelle IV ist in Fig. 6 gezeigt.

Beispiel 5

Dieses Beispiel belegt die Beständigkeit gegen simulierter Aussetzung im Freien einer Metallacrylschutzschicht im Vergleich zu einer Polypropylenschutzschicht. Beide Schutzschichten wurden alternierenden Kreisläufen von Ultraviolettbestrahlung und Feuchtigkeitskondensation unterworfen. Die Proben wurden in einem Atlas-.UVCON-Witterungstestgerät mit beschleunigter Wirkung während eines Zeitraumes von 144 Stunden ausgesetzt, wobei alternierend 8 Stunden einer Ultraviolettaussetzung bei 60 ⁰C und 4 Stunden Feuchtigkeitskondensation bei 40 ⁰C auf die Testprobe ausgeübt wurden, Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Tabelle V

Angabe der Schutzschicht

Acry!beschichtung (Beispiel 1)

Polypropylenschutzschicht

Ergebnis nach 144 Stunden Aussetzung

keine sichtbare Änderung

Schutzschicht zeigte Zeichen von Rißbildung und Abschichtung

Beispiel 6

Dieses Beispiel belegt den Unterschied eines Acrylansatzes ohne Acrylsäure gegenüber 20 % Acrylsäure. Der Tabor-Test erfolgte auf Beschichtungen, die auf eine Polyethylenterephthalatfolie (I.C.I. 442) von 25,4 μΐη Stärke aufgetragen war.

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Tabelle VI

Acry!beschichtung (mit etwa 20 % N-

Vinylpyrrolidon)	1,0
Acry!beschichtung (mit etwa 20 % Acrylsäure)	1,0
Acry!beschichtung (mit etwa 20 % N- Viny!pyrrolidon)	1,8
Acry!beschichtung (mit etwa 20 % Acrylsäure)	1,8

Beschichtungsstärke (μπι) Trübung (%)

15

25 15

Dieses Beispiel zeigt, daß der Zusatz von etwa 20 % Acrylsäure zu dem Ansatz die Abriebsbeständigkeit (d.h. die Δ-Trübungswerte erhöht) für Überzüge mit der gleichen Stärke verringert.

Im vorstehenden wurden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gebracht, ohne daß die Erfindung hierauf begrenzt ist.

Claims

Patentansprüche

1. Durch Strahlung härtbare Beschichtung für Filmstrukturen, gekennzeichnet durch eine Beschichtungsmasse aus einem Gemisch von durch Strahlung polymerisierbaren
Monomeren, die ein Triacrylat- oder Tetraacrylatmonomeres und Acrylsäure umfassen, wobei die Beschichtung an einem Substrat haftet und die Stärke der Beschichtung nach der Polymerisation im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μΐη liegt und eine abriebsbeständige Beschichtung mit erheblich verringerter Infrarotabscrption erhalten wird.

2. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat
aus einem Metallsubstrat besteht.

I cl

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3. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Nichtmetallsubstrat besteht.

4. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmstruktur aus einem Fensterfilm besteht.

5. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Beschichtung nach der Polymerisation etwa 1,8 μΐη beträgt.

6. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmstruktur eine Grundierschicht zwischen der Beschichtungsschicht und dem Substrat umfaßt ·

7. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundierschicht aus einem Polyesterharz besteht.

8. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tetraacrylat aus Pentaerythrittetraacrylat besteht.

9. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Triacrylats oder Tetraacrylats mindestens etwa 50 Gew.% des Gemisches beträgt.

10. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach einem der

Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Acrylsäure mindestens etwa 10 Gew.% des Gemisches beträgt.

11. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mehr als eine Substratschicht umfaßt.

12. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Silbersubstratschicht zwischen Metalloxidsubstratschichten ist.

13. Durch Strahlung härtbare Beschichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsubstrat aus Aluminium besteht.

14. Verfahren zur Herstellung einer Filmstruktur, gekennzeichnet durch die Stufen der Herstellung einer Beschichtungsmasse aus einem Gemisch von durch Strahlung polymerisierbaren Monomeren, die ein Triacrylat- oder Tetraacrylatmonomeres und Acrylsäure umfassen, Auftragung des Gemisches auf ein Substrat, Beschichtung des Substrats zu einer Stärke nach der Polymerisation zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μπι und Strahlungspolymerisation der Beschichtung unter Bildung der Filmstruktur.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat zu einer Stärke nach der PoIymerisation von etwa 1,8 μιτι beschichtet wird.

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16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundierschicht zwischen der Beschichtungsschicht und dem Substrat aufgetragen ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundierschicht ein Polyesterharz umfaßt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17,dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungspolymerisation unter Anwendung von Ultraviolettstrahlen durchgeführt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungspolymerisation unter Anwendung einer durch Elektronenstrahlen frei radikalisch eingeleiteten Strahlung durchgeführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Pentaerythrittetraacrylat als Tetraacrylat verwendet wird.

21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konzentration an Triacrylat oder Tetraacrylat von mindestens etwa 50 Gew.% des Gemisches angewandt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konzentration an Acrylsäure von mindestens etwa 10 Gew.% des Gemisches angewandt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine oder mehrere

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Substratschichten umfaßt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer Silbersubstratschicht zwischen Metalloxidsubstratschichten besteht.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Aluminium besteht.

26. Fensterfilm, bestehend aus einer durch Strahlung härtbaren Beschichtungsmasse aus einem Gemisch von durch Strahlung polymerisierbaren Monomeren, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus Pentaerythrittetraacrylat mit einer Konzentration von mindestens etwa 50 Gew.% des Gemisches und Acrylsäure mit einer Konzentration von mindestens etwa 10 Gew.% des Gemisches besteht, wobei ein Metallsubstrat an der Beschichtungsmasse und dem Fensterfilm anhaftet, wobei die Stärke der Beschichtung nach der Polymerisation im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 2,5 μΐη liegt und ein abriebbeständiges isolierendes Fenster mit niedriger Infrarotabsorption entsteht.