Estructura multicapa de plástico con baja transmisión de energía.

Estructura multicapa, caracterizada por que comprende

- al menos una capa base que contiene al menos un plástico termoplástico transparente así como del 0,

038 % en peso al 0,5 % en peso de nanopartículas a base de óxido de indio y estaño (ITO) y/u óxido de estaño dopado con antimonio, referido al peso total de la composición de plástico para la capa base, como absorbedor de radiación IR, en donde la capa base no comprende hexaboruro de lantano como posible absorbedor de radiación IR adicional, y

- al menos una capa multicapa de reflexión de la radiación IR, que presenta en las capas directamente adyacentes a otras distintos plásticos y distintos índices de refracción.

Estructura multicapa de plástico con baja transmisión de energía

La invención se refiere a una estructura multicapa que contiene una capa base que comprende al menos un plástico termoplástico transparente y un absorbedor infrarrojo inorgánico especial así como una capa múltiple de reflexión IR, a la producción de una estructura multicapa y su uso para la producción de acristalamientos en plástico en edificios, automóviles, vehículos a raíles y aviones.

Los acristalamientos de composiciones que contienen polímeros termoplásticos transparentes como, por ejemplo, policarbonato, ofrecen para el sector de vehículos y para edificios muchas ventajas frente a acristalamientos convencionales de vidrio. A tal fin se tienen en cuenta, por ejemplo, mayor seguridad en rotura o ahorro de peso, que en el caso de acristalamientos en automóviles posibilitan una mayor seguridad de los ocupantes en casos de accidente y menor consumo de combustible. Finalmente los materiales transparentes que contienen polímeros termoplásticos transparentes permiten debido a la conformabilidad más sencilla una libertad de diseño esencialmente mayor.

Es desventajoso sin embargo que la elevada permeabilidad térmica (es decir, permeabilidad para la radiación UV) de polímeros termoplásticos transparentes con incidencia solar conduzca a un calentamiento no deseado en el interior de los vehículos y edificios. Las elevadas temperaturas en el espacio interior evitan el confort para los ocupantes o habitantes y pueden exigir mayores requerimientos en la climatización, que aumenten de nuevo el consumo de energía y de este modo eliminen los efectos positivos. Para combinar el requisito de un consumo de energía menor con una alta regulación del confort para ocupantes o habitantes se requieren lunas que estén dotadas con una protección frente al calor correspondiente.

Como se conoce desde hace tiempo la mayor parte de la energía solar recae cerca del intervalo del espectro visible de la luz entre 4 nm y 75 nm en el intervalo del infrarrojo cercano (NIR) entre 75 nm y 25 nm. La radiación solar que penetra es absorbida, 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 no son permeables los materiales de acristalamiento habituales - de forma particular polímeros termoplásticos transparentes en el intervalo del espectro visible, la radiación térmica no puede irradiar hacia afuera. Se obtiene un efecto invernadero y el espacio interior se calienta. Para mantener este efecto lo más bajo posible se debería minimizar la transmisión de los acristalamientos en el NIR lo más posible. Sin embargo polímeros termoplásticos transparentes habituales como, por ejemplo, policarbonato son transparentes tanto en el intervalo del espectro visible como también en el NIR.

Se necesitan por tanto, por ejemplo, aditivos, que presentan en el NIR una transparencia lo más baja posible sin que se vea influenciada perjudicialmente en el intervalo visible del espectro. Para conferir a los plásticos propiedades de absorción de calor se usan por tanto absorbedores de radiación infrarroja correspondientes (absorbedores de radiación IR) como aditivos. De forma particular son interesantes para ello sistemas absorbedores de radiación IR, que disponen en un amplio espectro de absorción en el intervalo NIR al mismo tiempo que menor absorción en el intervalo del espectro visible (bajo color propio). Las composiciones de plástico correspondientes deben presentar adicionalmente una alta estabilidad térmica así como una fotoestabilidad extraordinaria.

Se conoce una pluralidad de absorbedores de radiación IR a base de materiales orgánicos o inorgánicos, que se pueden usar en termoplásticos transparentes. Una elección de estos 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 a base de materiales orgánicos presentan sin embargo frecuentemente la desventaja de que presentan una baja estabilidad frente a carga térmica o irradiación. De este modo muchos de estos aditivos no son suficientemente estables frente al calor para llegar a incorporarse en termoplásticos transparentes, ya que en el procesamiento de los plásticos se requieren temperaturas de hasta 33 °C. Adicionalmente los acristalamientos en edificios soportan durante periodos de tiempo prolongados temperaturas de más de 5 °C, condicionadas por la irradiación solar, lo que puede conducir a la descomposición o a la degradación de absorbentes orgánicos. Adicionalmente los absorbedores de radiación IR orgánicos no presentan frecuentemente bandas de absorción suficientemente anchas en la zona del NIR, de modo que su uso como absorbedor de radiación IR en materiales de acristalamiento es ineficiente. Adicionalmente aparece frecuentemente también un color propio fuerte no deseado de estos sistemas.

Aditivos de absorción de radiación IR a base de materiales inorgánicos son en comparación con aditivos orgánicos frecuentemente claramente más estables. También el uso de estos sistemas es frecuentemente económico, ya que estos presentan en la mayor parte de los casos una relación de precio/rendimiento claramente más favorable. Así los materiales a base de boruros de partícula fina como por ejemplo hexaboruro de lantano se han evidenciado como absorbedores de radiación IR eficientes, ya que disponen de una banda de absorción amplia unida a una estabilidad térmica alta. Tales boruros a base de 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-A 1 392 543 o EP-A 1 559 743.

Una desventaja de estos aditivos es sin embargo su cloro propio significativo. Los aditivos que contienen boruro atribuyen al plástico transparente tras incorporación un color verde característico, que es frecuentemente indeseado, ya que limita fuertemente el margen de maniobra para una coloración neutra.

Por ejemplo se describen en los documentos DE-A 1 392 543, US-A 24/2892, EP-A 1 559 743, EP-A 1 865 27 y EP-A 2 9 57 composiciones poliméricas a base de partículas de boruro inorgánicas. Estas composiciones presentan sin embargo los colores propios significativos no deseados citados.

En el documento EP-A 1 559 743 se describen composiciones de policarbonato que contienen absorbedores de radiación IR inorgánicos a base de boruros en combinación con absorbedores UV. Estas composiciones no cumplen sin embargo los exigentes requerimientos en relación a una baja transmisión de energía secundaria en particular de una baja transmisión de energía secundaria. Además estas composiciones presentan un color propio significativo.

Para la compensación de este color propio se usan frecuentemente cantidades mayores de otros colorantes preferiblemente complementarios, lo que sin embargo perjudica las propiedades ópticas de la composición y conduce a una transmisión claramente reducida en el intervalo visible. Esto es especialmente inadmisible e indeseado en acristalamientos de vehículos o en casos especiales, en los que es la visión del conductor no se pueda ver perjudicada.

Se conocen además aditivos de absorción de radiación IR del grupo de compuestos de Wolframio que disponen de una absorción propia menor en el intervalo espectral visible en comparación con los absorbentes de radiación IR inorgánicos a base de boro conocidos del estado de la técnica. La preparación y el uso de estas sustancias en materiales termoplásticos se describen, por ejemplo, en H. Takeda, K. Adachi, J. Am. Ceram. Soc. 9, 459 - 461, (27), WO-A 25/37932 y WO-A 29/5991. Sin embargo se revela como desventajoso la pobre estabilizada a largo plazo frente a carga térmica. Mientras que la inestabilidad térmica de óxidos de wolframio es conocida y se describió, por ejemplo, en Romanyuk y col; J. Phys. Chem. C 28, 112, 119 - 1192, se demostró también en la incorporación de estos compuestos en una matriz polimérica que con almacenamiento a temperaturas elevadas de composiciones de polímero correspondientes como, por ejemplo, en una composición de policarbonato, se reduce la absorción significativamente en el intervalo de radiación IR.

Para una aplicación en el sector del acristalamiento, de forma particular para acristalamientos de automóviles, se requiere sin embargo incondicionalmente que las composiciones de plástico de absorción IR correspondientes presenten una estabilidad a largo plazo frente a temperatura elevadas, de forma particular aquellas temperaturas que pueda soportar un artículo de plástico con irradiación solar intensiva (por ejemplo de 5 °C a 11 °C). Además... [Seguir leyendo]

1. Estructura multicapa, caracterizada porque comprende

al menos una capa base que contiene al menos un plástico termoplástico transparente asi como del ,38 % en peso al ,5 % en peso de nanoparticulas a base de óxido de indio y estaño (ITO) y/u óxido de estaño dopado con antimonio, referido al peso total de la composición de plástico para la capa base, como absorbedor de radiación IR, en donde la capa base no comprende hexaboruro de lantano como posible absorbedor de radiación IR adicional, y

al menos una capa multicapa de reflexión de la radiación IR, que presenta en las capas directamente adyacentes a otras distintos plásticos y distintos índices de refracción.

2. Estructura multicapa según la reivindicación 1, caracterizada por que la capa multicapa se trata de una capa producida a partir de una lámina de interferencia óptica.

3. Estructura multicapa según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por que la capa multicapa se trata de una en la que el índice de refracción de las capas inmediatamente adyacentes se diferencia en al menos ,3, preferiblemente en al menos ,6 unas de otras.

4. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la capa multicapa presenta al menos 1 capas con distintos índices de refracción.

5. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que las capas individuales de la capa multicapa presentan un espesor de capa de 3 a 5 nm, preferiblemente de 5 a 4 nm.

6. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que las nanoparticulas a base de óxido de indio y estaño (ITO) y/u óxido de estaño dopado con antimonio están contenidas en la capa base en una cantidad del ,38 al ,5 % en peso, preferiblemente del ,5 a ,25 % en peso, con especial preferencia del ,63 al , 15 % en peso, referido al peso total de la composición de plástico para la capa base.

7. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que las nanoparticulas a base de óxido de indio-estaño (ITO) y/u óxido de estaño dopado con antimonio presentan un diámetro de partícula medio de menos de 2 nm, con especial preferencia menor de 1 nm y con muy especial preferencia menor de 5 nm.

8. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el plástico termoplástico transparente en la capa base se trata de uno o varios plásticos seleccionados del grupo de policarbonatos o copolicarbonatos a base de difenoles, poli- o copoliestercarbonatos, poli- o copoliacrilatos y poli- o copolimetacrilato, copolímeros con estireno, polímeros a base de etileno y/o propileno, poliésteres aromáticos, polímeros a base de olefinas cíclicas y poliuretanos termoplásticos transparentes, preferiblemente de uno o varios plásticos seleccionados del grupo de policarbonatos o copolicarbonatos a base de difenoles, poli- o copolimetacrilato y poliésteres aromáticos.

9. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que sobre la cara de la capa base y/o sobre la cara de la capa multicapa presenta al menos un recubrimiento resistente al rayado.

1. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que la capa base y/o el(los) recubrimiento(s) resistente(s) al rayado dado el caso presentes contienen al menos un absorbedor de radiación UV.

11. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizado por que el espesor de capa de la capa base es al menos 5 pm.

12. Estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que la capa base presenta un grado de transmisión IR de menos del 2 % en el intervalo de longitudes de onda de 12 a 23 nm, preferiblemente en el intervalo de longitudes de onda de 14 a 23 nm y la capa multicapa refleja el 3 % de la radiación IR en el intervalo de longitudes de onda de 85 a 18 nm, preferiblemente de 85 a 15 nm.

13. Procedimiento para la preparación de una estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque

A) se prepara una composición de plástico que contiene al menos un plástico termoplástico transparente, nanoparticulas a base de óxido de indio-estaño (ITO) y/u óxido de estaño dopado con antimonio así como dado el caso al menos un absorbedor de radiación UV y/o al menos un estabilizador,

B) a partir de la composición de plástico obtenida en A) se prepara mediante extrusión o vertido por inyección un sustrato de plástico,

C) se aplica sobre el sustrato de plástico obtenido en B) usando un adhesivo y/o mediante laminación una lámina multicapa,

D) se aplica dado el caso sobre una o ambas caras exteriores del producto obtenido en C) al menos un recubrimiento resistente al rayado.

14. Uso de una estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12 para acristalamientos de

plástico en edificios, automóviles, vehículos a raíles y aviones.

15. Acristalamiento en plástico en edificios, automóviles, vehículos a raíles y aviones que contiene al menos una estructura multicapa según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12.