[发明专利]具有吸热性质和高稳定性的聚合物组合物

说明书

本发明涉及包含透明热塑性塑料、无机红外线吸收剂以及稳定剂的吸热聚合物组合物，以及根据本发明的聚合物组合物的制备和用途，以及由其制成的制品。本发明特别涉及选自掺杂锌的钨化合物的无机红外线吸收剂的稳定化和包含这些稳定化的无机红外线吸收剂的根据本发明的聚合物组合物用于制造在建筑物、机动车和铁路机车车辆或飞机中使用的窗玻璃的用途。

相对于传统的玻璃制的窗玻璃，由包含透明热塑性聚合物例如聚碳酸酯的组合物制成的窗玻璃赋予汽车领域和赋予建筑物许多优点。这些包括例如提高的抗断裂强度或减轻重量，这在汽车玻璃的情况下能实现交通事故时更高的乘客安全性和更低的燃料消耗。最后，含有透明热塑性聚合物的透明材料由于更简单的可成形性而允许显著更大的设计自由度。

但是，不利的是，在阳光照射下透明热塑性聚合物的高透热性（即红外辐射透过性）造成车辆和建筑物内不希望的变暖。提高的内部温度降低乘客或住户的舒适性并会导致对空调的需求增加，这又提高能耗并由此抵消积极作用。因此，为了将低能耗要求与高的乘客舒适度结合考虑，配备有适当热防护的窗玻璃是必要的。这特别适用于汽车领域。

长期已知的是，除了400纳米至750纳米之间的可见光范围而外，大部分的太阳的能量落在750纳米至2500纳米之间的近红外（NIR）范围。射入的太阳辐射例如在汽车内被吸收并作为波长5微米至15微米的长波热辐射发射。由于在此范围内常见的窗玻璃材料——特别是在可见光范围内透明的热塑性聚合物——是不透明的，该热辐射无法向外辐射出去。获得温室效应且内部升温。为了使这种效应保持尽可能低，因此在NIR中应尽可能使窗玻璃的透射最小化。但是，常见的透明热塑性聚合物例如聚碳酸酯在可见光范围内和在NIR内都是透明的。因此需要例如这样的添加剂，其在NIR中具有尽可能低的透射度而不会不利地影响在光谱的可见光范围的透射度。

在透明热塑性塑料中，基于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚碳酸酯的聚合物特别适合用作窗玻璃材料。由于高韧度，聚碳酸酯特别具有对于这样的使用目的极好的性能特征。

为了赋予这些塑料吸热性质，因此使用相应的红外线吸收剂作为添加剂。为此特别令人感兴趣的是这样的IR吸收剂体系，其在NIR范围（近红外，750纳米-2500纳米）具有宽的吸收光谱并同时在可见光范围具有低吸收（少的固有颜色）。此外，相应的聚合物组合物应具有高的热稳定性和出色的光稳定性。

已知大量可用在透明热塑性塑料中的基于有机或无机材料的红外线吸收剂。例如在J. Fabian, H. Nakazumi, H. Matsuoka, Chem. Rev. 92, 1197 (1992)中、在US-A 5,712,332或JP-A 06240146中描述了这样的材料的选择。

但是，基于有机材料的吸收IR的添加剂通常具有如下缺点，它们对热负荷或辐射具有低的稳定性。因此，这些添加剂中的许多热稳定不足以加入透明热塑性塑料中，因为在它们的加工过程中需要最高350℃的温度。此外，由于太阳辐射，窗玻璃在使用过程中常在较长时间暴露在高于50 ℃的温度下，这会造成有机吸收剂的分解或降解。此外，有机红外线吸收剂通常在NIR区域中没有足够宽的吸收带，以致于将它们用作窗玻璃材料中的红外线吸收剂是无效的，在此另外还常出现这些体系的强烈的固有颜色，这通常是不希望的。

基于无机材料的IR吸收添加剂通常明显比有机添加剂更稳定。这些体系的使用也通常更经济，因为在大多数情况下它们具有明显更有利的价格/性能比。因此，基于细微的硼化物例如六硼化镧的材料已已证实是有效的红外线吸收剂，因为它们具有宽吸收带以及高的热稳定性。例如在DE 10392543或EP 1 559 743中描述了基于La、Ce、Pr、Nd、Tb、Dy、Ho、Y、Sm、Eu、ER、Tm、Yb、Lu、Sr、Ti、Zr、Hf、V、Ta、Cr、Mo、W和Ca的这样的硼化物。

但是，它们显著的固有颜色是这些添加剂的一个缺点。在加入后，含硼化物的添加剂赋予透明塑料特有的绿色色彩，这通常是不希望的，因为其严重限制协调配色的回旋余地。

为了补偿固有颜色，常使用较大量的其它着色剂，但这损害组合物的光学性质并造成明显降低的在可见光范围内的透射度。这在车窗玻璃中尤其是不希望的，或在不允许损害驾驶员视线的特殊情况下是不允许的。

此外已知选自钨化合物的IR吸收添加剂，与从现有技术中已知的基于无机硼化物的红外线吸收剂相比，其在可见光谱范围内具有较低的固有吸收。