Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Formulierung zur Herstellung einer IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung, einen Verbundwerkstoff mit einer solchen, auf einem Substrat angeordneten IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung und einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffs.

Stand der Technik

Als transparent im sichtbaren Wellenlängenbereich werden Materialien mit einem ausreichend hohen Transmissionsgrad bezeichnet. Der Transmissionsgrad ist als Quotient der Lichtintensität hinter einem Hindernis dividiert durch die Lichtintensität vor dem Hindernis definiert. Der Transmissionsgrad bewegt sich also zwischen 0 und 1 bzw. zwischen 0% und 100%. Der sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums umfasst die Wellenlängen zwischen 400 nm und 850 nm.

Als Beispiel für ein Material mit einem sehr hohen Lichttransmissionsgrad kann Plexiglas genannt werden, das einen Transmissionsgrad von 92% aufweist. Andere Glasarten besitzen geringere Transmissionsgrade, wie beispielsweise Wärmeschutzisolierglas mit einem Transmissionsgrad von 73% bis 80%. Im Vergleich dazu weist eine stark getönte Sonnenbrille einen Transmissionsgrad von rund 18% auf.

Bei Infrarotstrahlung werden drei Bereiche unterschieden, nämlich nahes IR von 690 nm bis 3,0 pm, mittleres IR von 3,0 pm bis 50 pm und fernes IR im Wellenlängenbereich von 50 pm bis 1 mm. Elektromagnetische Strahlung im mittleren IR wird als Wärmestrahlung bezeichnet.

Wärmestrahlung reflektierende Beschichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in vielen Anwendungen eingesetzt. Solche Beschichtungen werden häufig als „cool coatings" oder Low Emissivity („Low E") Schichten bezeichnet.

Cool coatings können die Energieeffizienz von Gebäuden und anderen Gegenständen verbessern, indem sie die Aufnahme von durch Sonneneinstrahlung eingebrachte Wärmeenergie reduzieren. Hierfür müssen diese Schichten eine hohe Reflektivität im nahen IR und einen hohen thermischen Emissionsgrad aufweisen, um die absorbierte Wärmeenergie der Sonnenstrahlung wieder an die Umgebung abzugeben.

Aus der WO 2020/069183 Al sind beispielsweise Zusammensetzungen und Verfahren für die Verwendung von wasserfreiem Tricalciumphosphat als multifunktionales Additiv für Beschichtungen, wie z. B. Anstrichsysteme, für verbesserte Sonnenreflexions- und Wärmeemissionseigenschaften bekannt. Die WO 2022/212376 Al beschreibt eine auf Substrate aufsprühbare Beschichtungslösung, die im UV-, sichtbaren und nahen Infrarot- Bereich reflektiert. Die Sprühbeschichtung bietet nicht nur ein hohes Reflexionsvermögen über alle sichtbaren Wellenlängen hinweg, sondern auch ein hohes Emissionsvermögen im mittleren Infrarotbereich für eine effektive Oberflächenkühlung.

Cool caotings eignen sich aufgrund ihres hohen Emissionsgrades nicht für soggenannte Low E Anwendungen. Bei Low E Anwendungen wird IR-Strahlung reflektiert, um Wärmeverluste zu reduzieren und das Eindringen von Wärme in das Gebäude durch einen geringen thermischen Emissionsgrad zu minimieren. Gleichzeitig sollen diese Beschichtungen Transparenz für das sichtbare Licht aufweisen. Aus diesem Grund werden Low E Coatings typischerweise auf Glasoberflächen aufgebracht, um die Wärmeübertragung zu reduzieren und die Energieeffizienz von Gebäuden zu verbessern.

Neben speziellen Farbstoffen stellen Beschichtungen aus Metall- oder Metalloxidschichten, also leitfähige Materialien, eine Möglichkeit dar, elektromagnetische Strahlung zu reflektieren. Low E Anwendungen verwenden daher in der Regel Metall- oder Metalloxidschichten, die auf Glasscheiben aufgedampft werden.

Bei modernen Wärmeschutzverglasungen (z.B. Zweifach- und Dreifachverglasungen) ist das Volumen zwischen den Glasscheiben mit Gas gefüllt, wobei früher Luft eingesetzt wurde, nunmehr aber überwiegend Argon verwendet wird. Die der Gasseite zugewandte Seite der Scheibe einer wirksamen Wärmeschutzverglasung ist/sind mit (einer) dünnen, transparenten, wärmereflektierenden Schicht(en) versehen. Diese Schicht(en) werden in der Regel aufgesputtert und weisen sehr gute Wärmereflexionseigenschaften auf. Auch kann die Scheibe gereinigt und geputzt werden, ohne dass diese Eigenschaften verloren gehen, weil die Schicht aufgrund der Positionierung auf der gaszugewandten Seite vor mechanischen Einflüssen geschützt ist. Die sehr dünnen gesputterten Schichten sind nämlich fragil gegen mechanische Einflüsse und Reinigung.

Ein Nachrüsten einer solchen Wärmedämmung bei Bestandsgebäuden ist nur durch den kompletten Austausch der Fenster möglich, da ein nachträgliches Besputtern eines eingebauten Fensters nur an dessen gasabgewandten Oberflächen erfolgen kann, womit nachfolgend kein Schutz der aufgesputterten Schicht gegen äußere Einflüsse gegeben ist.

Daneben ist die Verwendung von Pigmenten, wie z.B. Graphit, Silber- oder Goldblättchen, zur Erzeugung wärmereflektierender Schichten bekannt. Eingesetzt werden solche Schichten beispielsweise als Isolier- oder Rettungsfolien, um vom Körper abgegebene Wärmestrahlung zu reflektieren und so eine Person warm zu halten, bzw. den Wärmeverlust zu minimieren. Diese Art von Folien ist allerdings nicht transparent.

Auch Verpackungsmaterialen werden aus solchen Folien erzeugt. Weiter werden mit Metallfolien beschichtete Kunststoffe zur Reflexion der von Heizkörpern abgestrahlten Wärme in den Raum verwendet. Diese Kompositmaterialien (Kunststoff mit Metallbeschichtung) sind nicht transparent, versiegeln die Wände und weisen eine geringe Permeabilität für Wasserdampf auf, was zu Schimmelbildung führen kann.

Aus der DE 699 21 053 T2 ist ein beschichtetes Glas bekannt, das zum Einbau in Fenster für Wohnungen und Fahrzeuge verwendet werden kann. Diese Art von beschichtetem Glas bietet einen effektiven Sonnenschutz bei nur geringen, aus dem Glas austretenden Emissionen. Die Beschichtungen enthalten Zinnoxid mit verschiedenen Dotierungsmitteln, wobei die in der DE 699 21 053 T2 beschriebene Methode zum Aufbringen der Beschichtung nicht für Nachrüstlösungen in bestehende Verglasungen geeignet ist.

Die EP 1 025 057 Bl beschreibt eine Wärmeisolationsbeschichtung, die im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums nahezu vollständig transparent ist und nur eine geringe Absorption im nahen IR-Bereich aufweist. Die Beschichtung umfasst mehrere vernetzte oder polymerisierte cholesterische IR-reflektierende Schichten.

Wird einer solchen transparenten leitfähigen Schicht zur Verbesserung der Stabilität der Schicht ein Binder in typischer Konzentration zugesetzt, so führt dies zu einem Verlust des wärmereflektierenden Effekts, insbesondere wenn zugleich die Transparenz der Schicht im sichtbaren Wellenlängenbereich erhalten bleiben soll.

Leitfähige Schichten, die Silbernanodrähte enthalten, sind transparent im sichtbaren Wellenlängenbereich und reflektieren Wärmestrahlung insbesondere im Bereich von 3 pm bis 50 pm. Der Anteil an reflektierter IR-Strahlung hängt dabei von dem Silbergehalt der Oberflächenbeschichtung ab (Graubmann J. et al., „Silver nanowires: a new nanomaterial with advances for electrical, optical and IR systems" Proc. SPIE 11159, Electro-Optical and Infrared Systems: Technology and Applications XVI, 1115903 (9 October 2019); doi: 10.1117/12.2532245). Durch eine Erhöhung des Silbernanodrahtanteils in der Beschichtung kann eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit und eine erhöhte IR- Reflexion erreicht werden. Es ist also ein perkolierendes Netzwerk erforderlich, um Reflexionseigenschaften im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm zu erzielen. Ein perkolierendes Netzwerk wird gebildet, wenn sich elektrisch leitfähige Partikel dicht genug zusammenlagern, um den elektrischen Strom über große Strecken zu transportieren.

Allerdings sind diese Schichten nicht gegen Einwirkungen von außen wie mechanische Einflüsse oder Verkratzen stabil und können zudem leicht durch Reinigungsmittel oder Wasser abgewaschen werden. Auch bei diesen Systemen zeigt sich, dass die Zugabe eines Binders in typischer Konzentration zur Verbesserung der Stabilität der Schicht zu einem Verlust der Leitfähigkeit und der IR-Reflexion führt, insbesondere wenn zugleich die Transparenz aufrechterhalten werden soll. Das Aufbringen einer Schutzschicht mit gängigen, am Markt verfügbaren Bindersystemen für transparente Oberflächen führt also zu einem Verlust des wärmereflektierenden Effekts auf der Oberfläche.

Es besteht daher weiterhin Bedarf an Formulierungen, die zur Beschichtung von Substraten geeignet sind, wobei die Beschichtung im sichtbaren Bereich eine hohe optische Transparenz aufweist und im IR-Bereich eine gute Wärmedämmung durch Reflexion infraroter Strahlung, insbesondere durch Reflexion von Strahlung im mittleren IR-Bereich, gewährleistet.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Formulierung bereitzustellen, die zur Beschichtung von Substraten geeignet ist, wobei die Beschichtung im sichtbaren Bereich transparente und im IR-Bereich Wärmestrahlung reflektierende Eigenschaften aufweisen soll. Zugleich soll die Beschichtung einfach aufzubringen sein, sie soll bei niedrigen Temperaturen aushärten und mechanische Stabilität aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Formulierung gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Aspekte, Details und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Formulierung zur Herstellung einer IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung zur Verfügung. Die Formulierung weist zumindest ein elektrisch leitfähiges Metallnanomaterial, zumindest einen Binder und zumindest ein Lösemittel auf, wobei das Gewichtsverhältnis von elektrisch leitfähigem Metallnanomaterial zu Binder größer 0,005 beträgt. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung eines elektrisch leitfähigen Metallnanomaterials in Kombination mit einem definierten Anteil an Binder in einer Formulierung, welche zur Herstellung einer IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung eingesetzt wird, die so erhaltene Beschichtung wärmereflektierende Eigenschaften aufweist, selbst wenn keine Oberflächenleitfähigkeit gemessen werden kann. Gleichzeitig liegt auch eine optische Transparenz im visuellen Bereich des elektromagnetischen Spektrums vor. Die erfindungsgemäße Formulierung kann zudem bei niedrigen Temperaturen bis hin zu Raumtemperatur ausgehärtet werden. Außerdem muss keine konventionelle Schutzschicht nachträglich auf die Beschichtung aufgebracht werden, weshalb auch die mit einer solchen Schutzschicht verbundenen verminderten IR- reflektierenden Eigenschaften vermieden werden.

Unter dem Ausdruck „elektrisch leitfähiges Metallnanomaterial" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung elektrisch leitfähige Metallnanopartikel, elektrisch leitfähige Metallnanodrähte und elektrische leitfähige Metallnanoröhren verstanden.

Einer allgemeinen Definition folgend ist „Nanopartikel" eine Bezeichnung für Partikel, die eine Größe im Bereich kleiner als 100 nm aufweisen. Die Verwendung der Vorsilbe „Nano" stellt somit, entsprechend der offiziellen Definition nach ISO TC 229, eine Abgrenzung zu Partikel im Sub-Mikrometer Bereich (> 100 nm) dar.

Im Rahmen des vorliegenden Textes werden unter dem Begriff „Metall-Nanodraht" und insbesondere „Silber-Nanodraht" alle Materialien zusammengefasst, die

- überwiegend aus Partikeln mit Gehalten an Metall und insbesondere metallischem Silber > 90 Gew.-% bestehen,

- eine „eindimensionale" Geometrie wie ein Stab bzw. ein Haar mit einer langen Achse (Länge) und einer kurzen Achse (Durchmesser) besitzen,

- ein Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) von mindestens 5 aufweisen und

- deren Durchmesser im Bereich zwischen 1 nm und 1000 nm liegt.

Der Begriff „Nanoröhren" (nanotube = NT), wie er hier verwendet wird beschreibt Strukturen, die in zumindest zwei Raumrichtungen ähnliche Ausdehnungen im Bereich von 1 nm bis 1000 nm aufweisen und in der dritten Raumrichtung eine Ausdehnung von zumindest dem 5-fachen der beiden anderen Ausdehnungen besitzen und zumindest überwiegend hohl sind.

Unter dem Ausdruck „IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Beschichtung in dem Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm zumindest 10% der über den Wellenlängenbereich gemittelten IR- Strahlung reflektiert. Zur Bestimmung der reflektierten IR-Strahlung wird die IR-Reflexion der Beschichtung in dem Wellenlängenbereich von 3 m bis 50 m in Wellenlängenschritten von beispielsweise 5 nm bestimmt, die gemessenen Reflexionswerte aufaddiert und die Summe der Reflexionswerte durch die Anzahl an Messwerten dividiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Gewichtsverhältnis von elektrisch leitfähigem Metallnanomaterial zu Binder größer 0,01, bevorzugt größer 0,02, besonders bevorzugt 0,05. Es hat sich gezeigt, dass mit zunehmenden Binder-Anteil die IR-reflektierenden Eigenschaften abnehmen.

Ausreichende IR-Reflexion hat sich bis zum dem erfindungsgemäßen Gewichtsverhältnis von elektrisch leitfähigem Metallnanomaterial zu Binder von zumindest mehr als 0,005 gezeigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Gewichtsverhältnis von elektrisch leitfähigem Metallnanomaterial zu Binder kleiner als 2, bevorzugt kleiner als 1, besonders bevorzugt kleiner als 0,5.

Besonders bevorzugt liegt das Gewichtsverhältnis von elektrisch leitfähigem Metallnanomaterial zu Binder zwischen 0,01 und 0,5, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,2, besonders bevorzugt zwischen 0,05 und 0,1. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Gewichtsverhältnis von elektrisch leitfähigem Metallnanomaterial zu Binder in den genannten Bereichen Formulierungen vorliegen, aus denen Beschichtungen mit ausgezeichneten IR-reflektierenden Eigenschaften hergestellt werden können.

Bevorzugt handelt es sich bei dem elektrisch leitfähigen Metallnanomaterial um elektrisch leitfähige Metallnanopartikel, insbesondere elektrisch leitfähige Silbernanopartikel, elektrisch leitfähige Metallnanodrähte, insbesondere elektrisch leitfähige Silbernanodrähte, elektrisch leitfähige Metallnanoröhren, insbesondere elektrisch leitfähige Silbernanoröhren.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Binder um einen IR-aktiven Binder, wobei der IR- aktive Binder IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm absorbiert. Ein „IR-aktiver Binder" im Sinne vorliegenden Erfindung liegt vor, wenn der Binder bei dem Fachmann geläufigen Konzentrationen eine Absorption von mehr als 70 % der über den Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm gemittelten IR-Strahlung absorbiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem in der Formulierung enthaltenen elektrisch leitfähigen Metallnanomaterial insbesondere um elektrisch leitfähige Silbernanopartikel, elektrisch leitfähige Silbernanodrähte oder deren Mischungen. Mit den genannten elektrisch leitfähigen Materialien werden besonders gute Eigenschaften der unter Verwendung der Formulierung hergestellten Beschichtung im Hinblick auf deren IR-Reflektivität erreicht.

Besonders gute Eigenschaften im Hinblick auf die gewünschte IR-Reflexion ergeben sich, wenn in der Formuierung zusätzlich elektrisch leitfähiger Kohlenstoff, elektrisch leitfähige Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, elektrisch leitfähige Polymere oder deren Mischungen enthalten sind.

Die Herstellung der als elektrisch leitfähiges Metallnanomaterial in der Formulierung zur Herstellung einer IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung eingesetzten Metallnanopartikel, insbesondere Silbernanopartikel, und Metallnanodrähte, insbesondere Silbernanodrähte, ist im Detail in der WO 2016/166074 Al beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird und deren Inhalt in Bezug auf die Herstellung von Metallnanopartikeln, insbesondere Silbernanopartikeln, und Metallnanodrähten, insbesondere Silbernanodrähten, zum Bestandteil des vorliegenden Textes gemacht wird.

Besonders bevorzugt weist die Formulierung ein oder mehrere Additive auf, wobei es sich bei den Additiven bevorzugt um Verdicker, Adsorptiv, Benetzungshilfsmittel, Brandhemmer, Polyvinylpyrolidon, Entschäumer, Filmbildner, chemische Stabilisatoren und Farbpigmente handelt, wobei die Farbpigmente vorbestimmte Anteile der elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm absorbieren. Durch die Verwendung von Additiven können mechanische Eigenschaften der unter Verwendung der Formulierung hergestellten Beschichtung gezielt eingestellt und verbessert werden.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem Formulierungen mit metallischen Nanodrähten beschrieben sind, welche mit handelsüblichen Gewichtsanteilen an Binder vermischt sind, weisen Beschichtungen, die unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Formulierung hergestellt sind, nach Trocknung IR-reflektierende Eigenschaften auf.

Da die Farbpigmente vorbestimmte Anteile der elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm absorbieren, werden gezielt nur die Wellenlängen transmittiert, die beispielsweise für Anwendungen im Bereich Innenraumdekoration oder Pflanzenwachstum eingesetzt werden können. Durch die Zugabe von Farbpigmenten kann also zusätzlich zu den IR reflektierenden Eigenschaften der Beschichtung deren Farbgebung in beliebiger Weise angepasst werden. Die unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Formulierung hergestellte Beschichtung kann also im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent, teiltransparent oder deckend ausgebildet sein. UV-absorbierende Additive dienen dem Schutz vor UV-Strahlung und absorbieren vorbestimmte Anteile der elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 400 nm.

Grundsätzlich kann jede Art von dem Fachmann bekannten Bindersystem verwendet werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Binder um einen Binder auf Basis von Acrylaten, Epoxiden, Polyurethanen, Silikonen, Siloxanen, Polyolefinen, Cellulose- Derivaten, Polythiophenen, Polyanilinie, Perfluorierte Polymere und Copolymere der genannten Polymer und deren Mischungen. Bindersysteme sind Formulierung mit Polymer, welche zum Fixieren der erzeugten Metallstrukturen verwendet wird. In bevorzugten Ausführungsformen werden also Bindersysteme auf Basis von Acrylaten, Epoxiden, Polyurethanen, Silikonen, Siloxanen, Polyolefinen, Cellulose-Derivaten, Polythiophene, Polyanilinie, perfluorierte Polymere sowie Copolymere der genannten Polymere und deren Mischungen verwendet. Die genannten Bindersysteme zeigen besonders gute Eigenschaften im Hinblick auf Verarbeitbarkeit und IR-reflektierende Eigenschaften.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem elektrisch leitfähigen Metallnanomaterial um elektrisch leitfähige Metallnanodrähte, insbesondere elektrisch leitfähige Silbernanodrähte, wobei der Quotient aus Länge und Durchmesser der Metallnanodrähte größer 5 beträgt. Der Quotient aus Länge und Durchmesser der metallischen Struktur wird auch als Aspektverhältnis bezeichnet. Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von Partikeln mit einem kleineren Aspektverhältnis diese Partikel entweder einen vergleichsweise größeren Durchmesser aufweisen müssen, oder es muss in der Formulierung einen höhere Konzentration an Metallnanopartikeln gewählt werden, um die gewünschte Wirksamkeit im Hinblick auf IR-reflektierende Eigenschaften zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch einen Verbundwerkstoff aufweisend ein Substrat und eine auf dem Substrat angeordnete IR-Strahlung reflektierende Beschichtung, wobei die Beschichtung aus einer oben angegebenen Formulierungen hergestellt ist. Die durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Formulierung hergestellte Beschichtung verbessert die Wärmeisolationseigenschaften durch die Reflexion elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm und vermindert die thermische Emission des Substrates.

Die IR-reflektierenden Eigenschaften der Beschichtung zeigen sich, obwohl keine elektrische Leitfähigkeit festgestellt werden kann. Eine Erklärung für diese Tatsache ist, dass kein perkolierendes Netzwerk, sondern bereits diskrete Aggregate von leitfähigen Partikeln, also z.B. eine Vielzahl von nicht in direkter Verbindung stehenden einzelnen Nano-Drähten, ausreicht, um IR-reflektierende Eigenschaften zu erzeugen. Jedoch wird eine IR-Reflexion nur dann erzielt, wenn der Anteil von elektrisch leitfähigem Metallnanomaterial zu Binder in dem erfindungsgemäßen Verhältnis vorliegt. In diesen Fällen wird, obwohl keine elektrische Leitfähigkeit festgestellt werden kann, dennoch IR- Reflexion beobachtet.

Besonders bevorzugt weist die IR-Strahlung reflektierende Beschichtung des Verbundwerkstoffs im Wellenlängenbereich von 3 m bis 50 m eine mittlere spektrale Transmission von weniger als 30% auf. Die Beschichtung des Verbundwerkstoffs weist also in dem Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm eine hohe Reflektivität auf. Bevorzugt weist die IR-Strahlung reflektierende Beschichtung des Verbundwerkstoffs im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm eine Reflexion von mehr als 20%, bevorzugt von mehr als 30%, besonders bevorzugt von mehr als 40% auf.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kann zur Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm in Innenräumen (Gebäude, Gewächshäuser, Automotive, Public Transportation), in Produkten der Luft- und Raumfahrt (Flugzeuge), der Mobilität (PkWs), und Bekleidung (Tarnung, Signatur Managment) eingesetzt werden.

Trotz der Verwendung eines Binders zur Erzeugung einer Beschichtung mit guter mechanischer Stabilität können mit metallischen Nanodrähten gute Oberflächenwiderstände und Reflexionseigenschaften erzielt werden, ohne dass die mechanische Stabilität der Beschichtung und deren Stabilität gegenüber anderen äußeren Einflüssen (z.B. Staunässe) leiden würde.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Substrat um eine Polymerfolie, ein Gewebe, ein Gewirk, einen textilen Stoff, Glas, Papier, Beton, Zement, Holz, Gips, Gipsplatten, ein Metall oder einen Kunststoff. Die unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Formulierung hergestellte Beschichtung kann also auf synthetische oder natürliche Substrate aufgetragen werden, die eine unterschiedliche Flexibilität aufweisen können.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist die IR-Strahlung reflektierende Beschichtung des Verbundwerkstoffs eine Schichtdicke nach dem Austrocknen von maximal 60 pm, bevorzugt von maximal 30 pm und besonders bevorzugt von maximal 15 pm auf. Es hat sich gezeigt, dass durch die genannten Schichtdicken die gewünschten IR-reflektierenden Eigenschaften in ausreichendem Maß bei Minimierung des Materialverbrauchs erzielt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm eine mittlere spektrale Transmission von wenigstens 30% auf. Im Rahmen des vorliegenden Textes wird eine Beschichtung, die in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm eine mittlere Transmission von wenigstens 30% aufweist als „transparent" bezeichnet.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann es sich auch um eine transluzente oder deckende Beschichtung handeln. Grundsätzlich werden Materialien, die zwar Licht hindurch lassen, durch die man aber, wie bei Milchglas, keine hinter dem Material angeordneten Gegenstände erkennen kann, als transluzent oder durchscheinend bezeichnet. Eine transluzente Beschichtung kann aber durchaus die für einen optisch transparenten Beschichtung geforderte mittlere Transmission von wenigstens 30% im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm aufweisen.

Besonders bevorzugt weist die IR-Strahlung reflektierende Beschichtung keine messbare elektrische Leitfähigkeit auf. Mit dem Fachmann bekannten Messmethoden (z.B.

Vierpunktmessgerät) ist in solchen Fällen keine Leitfähigkeit messbar. Durch die Kombination des Binders mit leitfähigen metallischen Strukturen wird eine Beschichtung gebildet, bei der keine elektrische Leitfähigkeit gemessen werden kann, aber dennoch ein IR-Reflexionseffekt auftritt.

Im Gegensatz zu der im Stand der Technik vorherrschenden Meinung hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von metallischen Nanodrähten in einer Formulierungen zur Herstellung einer IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung kein leitfähiges Netzwerk notwendig ist, um IR reflektierende Eigenschaften zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines der oben beschriebenen Verbundwerkstoffe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Substrats, b) Bereitstellen einer der oben beschriebenen Formulierungen, c) Aufbringen der in Schritt b) bereitgestellten Formulierung auf das in Schritt a) bereitgestellte Substrat, d) Trocknen des in Schritt c) erhaltenen Gegenstands zur Bildung eines Verbundwerkstoffs bestehend aus einem Substrat und einer auf dem Substrat angeordneten IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung.

Nach Trocknung bildet sich auf dem Substrat eine Schicht, die IR reflektierende Eigenschaften aufweist. Bevorzugt erfolgt das Trocknen in Schritt d) bei einer Temperatur T < 200°C, bevorzugt T < 100°C, besonders bevorzugt T < 50°C, insbesondere bevorzugt T < 30°C. Die Trocknung der Beschichtung kann sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Temperaturen von bis zu 200 °C erfolgen. Aus Energieeffizienzgründen wird der Fachmann die niedrigstmögliche Temperatur wählen, bei der der Binder seine bindenden Eigenschaften entwickelt und bei der die Schicht innerhalb einer akzeptablen Zeitspanne trocknet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nach Schritt a) und vor Schritt c) der Schritt

Vorbehandeln der Oberfläche des Substrats durch eine Plasmavorbehandlung, eine Coronavorbehandlung, eine Reinigung, eine chemische Vorbehandlung, oder durch das Aufbringen einer Grundierung durchgeführt. In Schritt c) erfolgt dabei das Aufbringen der in Schritt b) bereitgestellten Formulierung auf das so vorbehandelte Substrat.

In einigen speziellen Ausführungsformen ist eine Vorbehandlung des Substrats notwendig, beispielsweise durch eine Plasmavorbehandlung oder eine Coronavorbehandlung, durch eine Reinigung zur Entfernung von Fremdstoffen, durch eine chemische Vorbehandlung, oder durch das Aufbringen einer Grundierung. Durch eine Vorbehandlung wird eine verbesserte Benetzung und auch eine bessere Haftung der Formulierung auf dem Substrat erreicht. Die im Einzelfall günstigste Art der Vorbehandlung kann vom Fachmann auf der Basis seines Fachwissens gewählt werden.

Bevorzugt erfolgt in Schritt c) das Aufbringen der in Schritt b) bereitgestellten Formulierung durch Spiralrakel, Siebdruck, Transferdruck, Flutbeschichtung, Sprühen oder Streichen. Die im Einzelfall bevorzugt eingesetzte Art des Aufbringens hängt von der Art des Substrats ab. Zum Beispiel ist für das Aufbringen auf eine Wand das Siebdrucken nicht möglich, für das Aufbringen auf Stoffe ist die Verwendung eines Pinsels zum Streichen des Substrats unüblich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Fig. 1 näher erläutert werden. Die Fig. 1 zeigt einen Vergleich der Wärmereflexion eines unbeschichteten und eines beschichteten Probekörpers aus Beton. Wege zur Ausführung der Erfindung

Beispiel 1: Beschichtung einer PET-Folie

Entsprechend dem in DE 10 2010 017 706 B4 beschriebenen Verfahren wurden Silbernanodrähte in einem Polyolprozess hergestellt. Aus dem so gewonnenen Konzentrat an Silbernanodrähten mit 4,0 Gew.-% Silber wurden wässrige und alkoholische Formulierungen mit einem Gehalt an Silbernanodrähten von 0,3 Gew.-% hergestellt. Dazu wurden 7,5 g Silbernanodrahtkonzentrat in einem Kunststoffschraubdeckelgefäß mit 74,5 g Wasser oder Alkohol versetzt und durch Schütteln homogen dispergiert. Im Anschluss wurden der Dispersion 13 g SURFLINK und 5 g Acrylatbinder zugesetzt. Das Gewichtsverhältnis von Silbernanodrähten zu Acrylatbinder beträgt 0,06.

SURFLINK ist ein bei HeiQ RAS kommerziell erhältliches Additiv für die Aktivierung von Ag-Nanodraht Netzwerken. Es handelt sich um eine Mischung von 1 Gew.-% bis 10 Gew.- % Ethanolamin und bis zu 2,0 Gew.-% Hydroxypropylmethylcellulose in Wasser.

Aus der so hergestellten Formulierung wurden mit Hilfe von Edelstahlrakeln auf ca. 10 x 10 cm große PET-Folien Nassfilmdicken von 12 pm, 24 pm bzw. 40 pm aufgetragen. Die beschichteten Substrate wurden für 3 min bei 150 °C im Ofen oder für 24 h bei Raumtemperatur getrocknet. Mit einem Vierpunktmessgerät (RCHEK 4 Point Meter, Hersteller EDTM, Modell #RC2175) wurde die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung gemessen. Innerhalb des Messbereichs des Geräts (1-19990 Ohm/sq.) konnte keine elektrische Leitfähigkeit detektiert werden. Messungen mit einer handelsüblichen Infrarot- Kamera (Modell: Für One Pro von Für) zeigen eine deutliche Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel): Beschichtung einer PET-Folie

Entsprechend dem in DE 10 2010 017 706 B4 beschriebenen Verfahren wurden Silbernanodrähte in einem Polyolprozess hergestellt. Aus dem so gewonnenen Konzentrat an Silbernanodrähten mit 4,0 Gew.-% Silber wurden wässrige und alkoholische Formulierungen mit einem Gehalt an Silbernanodrähten von 0,3 Gew.-% hergestellt. Dazu wurden 7,5 g Silbernanodrahtkonzentrat in einem Kunststoffschraubdeckelgefäß mit 14,5 g Wasser oder Alkohol versetzt und durch Schütteln homogen dispergiert. Im Anschluss wurden der Dispersion 13 g SURFLINK und 60 g Acrylatbinder zugesetzt. Das Gewichtsverhältnis von Silbernanodrähten zu Acrylatbinder beträgt 0,005. Aus der so hergestellten Formulierung wurden mit Hilfe von Edelstahlrakeln auf ca. 10 x 10 cm große PET-Folien Nassfilmdicken von 12 m, 24 pm bzw. 40 m aufgetragen. Die beschichteten Substrate wurden für 3 min bei 150 °C im Ofen oder für 24 h bei Raumtemperatur getrocknet. Mit einem Vierpunktmessgerät (RCHEK 4 Point Meter, Hersteller EDTM, Modell #RC2175) wurde die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung gemessen. Innerhalb des Messbereichs des Geräts (1-19990 Ohm/sq.) konnte keine elektrische Leitfähigkeit detektiert werden. Messungen mit einer handelsüblichen Infrarot- Kamera (Modell: Für One Pro von Für) zeigen keine erhöhte Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel): Beschichtung auf Stoffen, Geweben, Gewirken

Es wurde eine Formulierung gemäß Beispiel 2 mit Acrylatbinder hergestellt und qualitativ auf Homogenität der Formulierung überprüft. Die Formulierung wurde direkt auf Stoff, Kunststoffgewebe und -gewirke aufgebracht. Die beschichteten Substrate wurden für 3 min bei 150 °C im Ofen oder für 24 h bei Raumtemperatur getrocknet.

Mit einem Vierpunktmessgerät (RCHEK 4 Point Meter, Hersteller EDTM, Modell #RC2175) wurde die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung gemessen. Innerhalb des Messbereichs des Geräts (1-19990 Ohm/sq.) konnte keine elektrische Leitfähigkeit detektiert werden. Messungen mit einer handelsüblichen Infra rot- Kamera (Modell: Für One Pro von Für) zeigen keine erhöhte Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an.

Beispiel 4: Beschichtung auf Stoffen, Geweben, Gewirken

Es wurde eine Formulierung gemäß Beispiel 1 mit Acrylatbinder hergestellt und qualitativ auf Homogenität der Formulierung überprüft. Die Formulierung wurde direkt auf Stoff, Kunststoffgewebe und -gewirke aufgebracht. Die beschichteten Substrate wurden für 3 min bei 150 °C im Ofen oder für 24 h bei Raumtemperatur getrocknet.

Mit einem Vierpunktmessgerät (RCHEK 4 Point Meter, Hersteller EDTM, Modell #RC2175) wurde die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung gemessen. Innerhalb des Messbereichs des Geräts (1-19990 Ohm/sq.) konnte keine elektrische Leitfähigkeit detektiert werden. Messungen mit einer handelsüblichen Infra rot- Kamera (Modell: Für One Pro von Für) zeigen eine deutliche Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an. Beispiel 5: Beschichtung eines weiß getünchten oder farbig gestrichenen Wandprobekörpers

Es wurde eine Formulierung gemäß Beispiel 1 mit Acrylatbinder hergestellt und qualitativ auf Homogenität der Formulierung überprüft. Es wurden sowohl weiß getünchte wie auch farbig gestrichene Wandprobekörper mit der Formulierung mit einem Pinsel oder einer Farbrolle bestrichen. Die Trocknung erfolgte für ca. 24 h bei Raumtemperatur.

Die Farbe der farbigen Wandprobekörpern war noch der Trocknung unverändert erkennbar. Messungen mit einer handelsüblichen Infra rot- Kamera (Modell: Für One Pro von Flir) zeigen eine deutliche Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an.

Beispiel 6: Beschichtung eines Probekörpers aus Beton

Es wurde eine Formulierung gemäß Beispiel 1 mit Acrylatbinder hergestellt und qualitativ auf Homogenität der Formulierung überprüft. Es wurden Probekörper aus Beton mit der Formulierung mit einem Pinsel oder einer Farbrolle bestrichen. Die Trocknung erfolgte für ca. 24 h bei Raumtemperatur.

Messungen mit einer handelsüblichen Infra rot- Kamera (Modell: Flir One Pro von Flir) zeigen eine deutliche Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an. In der Figur 1 ist eine entsprechende Messung der Wärmereflexion im Vergleich zwischen einem unbeschichteten und einem beschichteten Probekörper aus Beton dargestellt. Die deutlich erhöhte Reflexion von IR-Strahlung im Falle des beschichteten Probekörpers ist klar zu erkennen. Bei Verwendung einer Wärmequelle mit einer Temperatur von 33 °C ergibt die Messung für den unbeschichteten Betonkörper eine Temperatur von 25,2 °C während sich für den beschichteten Betonkörper eine Temperatur von 29,8 °C zeigt.

Beispiel 7: Beschichtung eines Probekörpers aus Gips

Es wurde eine Formulierung gemäß Beispiel 1 mit Acrylatbinder hergestellt und qualitativ auf Homogenität der Formulierung überprüft. Es wurden Probekörper aus Gips mit der Formulierung mit einem Pinsel oder einer Farbrolle bestrichen. Die Trocknung erfolgte für ca. 24 h bei Raumtemperatur. Messungen mit einer handelsüblichen Infra rot- Ka era (Modell: Für One Pro von Für) zeigen eine deutliche Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 m bis 50 pm an. Mit einem Vierpunktmessgerät (RCHEK 4 Point Meter, Hersteller EDTM, Modell #RC2175) wurde die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung gemessen. Innerhalb des Messbereichs des Geräts (1-19990 Ohm/sq.) konnte keine elektrische Leitfähigkeit detektiert werden.

Beispiel 8: Beschichtung eines Probekörpers aus Holz

Es wurde eine Formulierung gemäß Beispiel 1 mit Acrylatbinder hergestellt und qualitativ auf Homogenität der Formulierung überprüft. Es wurden Probekörper aus Holz mit der Formulierung mit einem Pinsel oder einer Farbrolle bestrichen. Die Trocknung erfolgte für ca. 24 h bei Raumtemperatur.

Messungen mit einer handelsüblichen Infra rot- Kamera (Modell: Für One Pro von Für) zeigen eine deutliche Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an.

Beispiel 9: Beschichtung einer Tapete

Es wurde eine Formulierung gemäß Beispiel 1 mit Acrylatbinder hergestellt und qualitativ auf Homogenität der Formulierung überprüft. Es wurden sowohl einfarbige wie auch gemusterte Tapetenstücke mit der Formulierung mit einem Pinsel und einer Farbrolle bestrichen oder mit einer Transferdruckmethode beschichtet. Die Trocknung erfolgte bei Raumtemperatur für ca. 24 h oder im Ofen bei 150 °C für 10 min.

Messungen mit einer handelsüblichen Infra rot- Kamera (Modell: Für One Pro von Für) zeigen eine deutliche Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an. Mit einem Vierpunktmessgerät (RCHEK 4 Point Meter, Hersteller EDTM, Modell #RC2175) wurde die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung gemessen. Innerhalb des Messbereichs des Geräts (1-19990 Ohm/sq.) konnte keine elektrische Leitfähigkeit detektiert werden.

Beispiel 10: Beschichtung von Papier

Es wurde eine Formulierung gemäß Beispiel 1 mit Acrylatbinder hergestellt und qualitativ auf Homogenität der Formulierung überprüft. Es wurden weiße Papierblätter mit der Formulierung mit einem Pinsel bestrichen. Die Trocknung erfolgte bei Raumtemperatur für ca. 24 h oder im Ofen bei 120 °C für 5 min.

Messungen mit einer handelsüblichen Infra rot- Kamera (Modell: Flir One Pro von Für) zeigen eine deutliche Reflexion von IR-Strahlung im Wellenlängenbereich von 3 pm bis 50 pm an.