Composición polimérica con propiedades de absorción de calor y mayor estabilidad.

Composición polimérica que contiene

a. al menos un plástico termoplástico transparente en el espectro visible;

b. wolframato de cesio dopado con cinc como absorbente de radiación IR inorgánico; y

c. del 0,01 % en peso al 0,20 % en peso referido a la composición total de un estabilizante a base de fosfina;

Composición polimérica con propiedades de absorción de calor y mayor estabilidad

La invención se refiere a una composición polimérica de absorción de calor que contiene un plástico termoplástico transparente, un absorbente de radiación infrarroja inorgánico con estabilizante así como a la preparación y uso de composiciones poliméricas de acuerdo con la invención y a los productos preparados a partir de estas. De forma particular la presente invención se refiere a la estabilización de absorbentes de radiación IR inorgánicos del grupo de compuestos de wolframio dopados con cinc así como al uso de composición polimérica de acuerdo con la invención que contiene estos absorbentes de radiación IR inorgánicos estabilizados para la preparación de lunas para el uso en edificios, vehículos a motor y vehículos sobre raíles o aviones.

Acristalamientos de composiciones que contienen polímeros termo plásticos transparentes como, por ejemplo, policarbonato, ofrece para el sector del automóvil y para edificios muchas ventajas frente a los acristalamientos convencionales de vidrio. A este respecto se tienen en cuenta, por ejemplo, mayor seguridad en rotura o reducción de peso que hacen posible en el caso de acristalamientos para automóviles una mayor seguridad para los ocupantes en casos de accidente y un menor consumo de combustible. Finalmente los materiales transparentes que contienen polímeros termoplásticos transparentes, debido a la conformabilidad más sencilla, permiten una libertad de diseño esencialmente mayor.

Es desventajoso sin embargo que la alta transmisibilidad térmica (es decir, transmisibilidad para la radiación IR) de polímeros termoplásticos transparentes con irradiación solar conduzca a un calentamiento no deseado en el interior de los vehículos y edificios. Las temperaturas elevadas en el espacio interior impiden el confort para los ocupantes o habitantes y pueden exigir altos requerimientos en la climatización, lo que a su vez aumenta el consumo de energía y restringe de este modo de nuevo los efectos positivos. En consecuencia para conseguir el requerimiento de una consumo de energía bajo con un alto confort para ocupantes se requieren lunas que estén equipadas con una protección térmica correspondiente. Esto es así de forma particular para el sector del automóvil.

Se conoce desde hace tiempo que la mayor pare de la energía solar se encuentra cerca de la región visible de la luz entre 4 nm y 75 nm en la zona del infrarrojo cercano (NIR) entre 75 nm y 25 nm. La radiación solar incidente se absorbe, por ejemplo, en el interior de un automóvil y se emite como radiación térmica de onda larga con una longitud de onda de 5 pm a 15 pm. Debido a que en este intervalo los materiales de acristalamiento habituales - de forma particular polímeros termoplásticos transparentes en la zona visible - no son transparentes, la radiación térmica no puede irradiarse hacia el exterior. Se obtiene un efecto invernadero y el espacio interior se calienta. Para mantener este efecto lo más reducido posible, debería minimizarse en la medida de lo posible por tanto la transmisión de los acristalamientos en el NIR. Polímeros termoplásticos transparentes habituales como, por ejemplo, policarbonato son sin embargo transparentes tanto en la región visible como también en el NIR. Se necesitan por tanto, por ejemplo, aditivos que presenten en el NIR una transparencia lo menor posible sin que se vea influenciada la transparencia en la región visible del espectro.

Entre los plásticos termoplásticos transparentes son especialmente adecuados polímeros que se basan en poli(metacrilato de metilo) (PMMA) y policarbonato para el uso como material para acristalamientos. Debido a la alta tenacidad el policarbonato posee especialmente un perfil de propiedades muy bueno para tales fines de uso.

Para dotar a estos plásticos de propiedades de absorción de calor se usan por tanto absorbentes de radiación infrarroja correspondientes como aditivos. De forma particular son interesantes para ello sistemas absorbentes de radiación IR, que ya disponen en un amplio espectro de absorción en la región del NIR (infrarrojo próximo, 75 nm - 25 nm) a la vez que menor absorción en la región visible (menor color propio). Las composiciones poliméricas correspondientes deben presentar adicionalmente una alta estabilidad térmica así como una estabilidad a la luz extraordinaria.

Se conoce una pluralidad de absorbentes de radiación IR basados en materiales orgánicos o inorgánicos, que se pueden usar en termoplásticos transparentes. Una selección de tales materiales se describe, por ejemplo, en J. Fabian, H. Nakazumi, H. Matsuoka, Chem. Rev. 92, 1197 (1992), en US-A 5.712.332 o JP-A 624146.

Aditivos absorbentes de radiación IR basados en materiales orgánicos presentan sin embargo frecuentemente la desventaja de que presentan una estabilidad baja frente a carga térmica o irradiación. De este modo muchos de estos aditivos no son suficientemente estables al calor para incorporarse en termoplásticos transparentes, ya que se requieren temperaturas de procesamiento de hasta 35 °C. Adicionalmente los acristalamientos están expuestos en el uso frecuentemente durante prolongados periodos de tiempo a temperaturas de más de 5 °C, condicionado por la irradiación solar, lo que puede conducir a la degradación o a la descomposición de los absorbentes orgánicos. Además los absorbentes de radiación IR orgánicos frecuentemente no presentan una banda de absorción suficientemente amplia en el intervalo de NIR, de modo que su uso como absorbentes de radiación IR es ineficiente en materiales para acristalamientos, apareciendo adicionalmente frecuentemente un color propio fuerte de estos sistemas, que por lo general no es deseable.

Aditivos adsorbentes de radiación IR basados en materiales inorgánicos son en comparación con aditivos orgánicos frecuentemente claramente más estables. También el uso de estos sistemas es frecuentemente económico, ya que

presentan en la mayor parte de los casos una relación preclo/rendimiento claramente favorable. De este modo los materiales basados en boruros de partícula fina, como por ejemplo hexaboruro de lantano, se evidencian como absorbentes de radiación IR eficientes, ya que disponen de una banda de absorción amplia unida a una alta termoestabilidad. Tales boruros basados en La, Ce, Pr, Nd, Tb, Dy, Ho, Y, Sm, Eu, ER, Tm, Yb, Lu, Sr, Ti, Zr, Hf, V, Ta, Cr, Mo, W y Ca, se describen, por ejemplo, en los documentos DE 1392543 o EP 1 559 743.

Una desventaja de estos aditivos es sin embargo su color propio significativo. Los aditivos que contienen boro facilitan al plástico transparente tras procesamiento un color verde característico que frecuentemente no es deseado, ya que limitan el margen de maniobra para un color neutro.

Para la compensación del color propio se usan frecuentemente grandes cantidades de otros colorantes lo que sin embargo perjudica las propiedades ópticas de la composición y conduce a una transmisión claramente reducida en el espectro visible. Esto es particularmente indeseado en lunas de vehículos o no permitido en casos especiales en los que se pueda ver perjudicada la visión del conductor.

Además se conocen aditivos absorbentes de radiación IR del grupo de compuestos de wolframio que disponen de una menor absorción propia en el intervalo del espectro visible en comparación con los absorbentes de radiación IR inorgánicos conocidos del estado de la técnica basados en boruro.

La preparación y el uso de estas sustancias en los materiales termoplásticos se describe, por ejemplo en H. Takeda, K. Adachi, J. Am. Ceram. Soc. 9, 459 - 461, (27), documentos WO 2537932, JP 26219662, JP 282492, JP 2815548, WO 29/5991 y JP 28214596. Se manifiesta como desventajoso sin embargo la deficiente estabilidad a largo plazo frente a carga térmica. Mientras que la inestabilidad térmica de óxidos de wolframio es conocido y se describió, por ejemplo, en Romanyuk y col.; J. Phys. Chem. C 28, 112, 119 - 1192, se mostró también en la incorporación de estos compuestos a un matriz polimérica que en el almacenamiento térmico a alta temperatura de las composiciones poliméricas correspondientes como, por ejemplo, en una composición de policarbonato, se perjudica la absorción en el espectro de radiación IR de forma significativa.

Para una aplicación de las composiciones en el sector del acristalamiento, de forma particular para acristalamiento de automóviles, se requiere sin embargo necesariamente que las composiciones poliméricas absorbentes de radiación IR presenten una estabilidad a largo plazo frente a temperaturas superiores. Con temperaturas superiores se entiende, por ejemplo, temperaturas a las que pueda estar expuesto... [Seguir leyendo]

1. Composición polimérica que contiene

a. al menos un plástico termoplástico transparente en el espectro visible;

b. wolframato de cesio dopado con cinc como absorbente de radiación IR inorgánico; y

c. del ,1 % en peso al ,2 % en peso referido a la composición total de un estabilizante a base de fosfina;

2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque el estabilizante es una fosfina, seleccionada del grupo de fosfinas alifáticas, fosfinas aromáticas y fosfinas alifático-aromáticas.

3. Composición según la reivindicación 2 en donde el estabilizante comprende una fosfina seleccionada del grupo que comprende trifenilfosfina (TPP), trialquilfenilfosfina, bisdifenilfosfinoetano, trinaftilfosfina y mezclas de estas fosfinas.

4. Composición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el absorbente infrarrojo está contenido en una cantidad del ,1 % en peso - 1, % en peso (contenido en sólidos a base del wolframato dopado con cinc), referido a la composición total.

5. Composición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la composición contiene además de la fosfina al menos un estabilizante del grupo de las fosfitas y al menos un estabilizante del grupo de los antioxidantes fenólicos.

6. Composición según la reivindicación 5, caracterizada porque la fosfita es (tris(2,4-di-terc-butil-feniI)-fosfita) y el antioxidante fenólico es (2,6-di-terc-butil-4-(octadecanoxicarboniletil)fenol).

7. Composición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el material termoplástico transparente es un policarbonato.

8. Composición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la composición contiene como componente adicional al menos un compuesto del grupo de absorbentes de radiación ultravioleta, colorantes, desmoldeantes y agentes ignífugos.

9. Composición según la reivindicación 1 en la forma de una mezcla madre que contiene

a. el 85, % en peso - 98,9 % en peso de un plástico termoplástico transparente en el espectro visible;

b. el ,1 % en peso - 2, % en peso de wolframato dopado con cinc como absorbente IR inorgánico; y

c. el 1, % en peso - 4,8 % en peso de dispersante,

d. el ,1 % en peso - ,2 % en peso de un estabilizante a base de fosfina,

e. el , a 8, % en peso de al menos un coadyuvante y/o un aditivo adicionales, en donde la suma de los

componentes a - e suma el 1 % en peso.

1. Mezcla madre según la reivindicación 9, caracterizada porque el absorbente IR inorgánico está presente en una matriz de acrilato, el plástico termoplástico transparente es un policarbonato y el estabilizante es trifenilfosfina.

11. Uso de una fosfina para la estabilización de un wolframato dopado con cinc como absorbente de radiación IR en una composición de polímero.

12. Uso según la reivindicación 11, caracterizado porque la fosfina es trifenilfosfina (TPP), el wolframato es ZnwCso,33W3 (w = ,1-,15) y el polímero es policarbonato.

13. Uso de una composición polimérica según la reivindicación 1 para la producción de lunas, acristalamientos para automóviles, vehículos sobre raíles, aeronaves y arquitectura.