[发明专利]具有吸热性和高气候老化稳定性的聚合物组合物

说明书

本发明涉及含有透明热塑性塑料、无机IR吸收剂(在下文中也称作IR吸收剂)、任选地无机纳米级颜料、和至少一种特定结构的有机纳米级着色剂(Farbmittel)组合的吸收红外辐射(IR)的聚合物组合物，以及根据本发明的聚合物组合物的制备和用途，以及由其制成的产品。具体地，本发明涉及在可见光范围和IR范围内均具有高气候稳定性，尤其还具有高颜色稳定性的组合物。本发明还涉及包含这种IR吸收剂/着色剂组合的根据本发明的聚合物组合物用于制造在建筑物、机动车和轨道车辆或飞机中使用的窗用玻璃(Scheibe)的用途。

具体地，本发明涉及用于窗用玻璃元件的具有在15-80%范围的相对较高透光性的组合物。

相对于传统的玻璃制的窗用玻璃，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用玻璃赋予汽车领域和赋予建筑物的应用许多优点。这些优点包括例如提高的防破裂性能和/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用玻璃是必要的。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用玻璃材料——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中应尽可能使窗用玻璃的透射最小化。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用玻璃材料。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。

因此，为了赋予这些塑料红外线吸收性质，使用相应的IR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。

已知有大量的可用于透明热塑性塑料中的基于有机或无机材料的IR吸收剂。

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，窗用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。

另外，有机IR吸收剂在NIR区域内经常不具有足够宽的吸收带，使得它们在窗用玻璃材料中作为IR吸收剂的使用效率低。

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，基于细分的硼化物、细分的钨酸盐的材料或基于锑掺杂的氧化锡(ATO)或氧化铟锡(ITO)的材料已经证明是有效的IR吸收剂，因为它们在IR范围内具有相对较宽的吸收带。

然而，IR吸收剂并没有覆盖整个IR范围-即使它们在IR范围内显示了宽的吸收带。另外，它们在可见光范围内没有显示吸收或仅仅显示了低的吸收。另外，通过窗玻璃导入建筑物或机动车中的能量的大约50%是由光谱的可见光范围(400nm-750nm)内的辐射引起。因此除了IR吸收剂之外，还需要使用在可见光范围内有吸收的其他颜料和/或染料以确保低的总能量传递。