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Die vorliegende Erfindung betrifft eine wellenlängenselektiv reflektierende Beschichtung für transparente oder transluzente Substrate, wie sie insbesondere für Gewächshäuser, Folienbauten, vorzugsweise solche für landwirtschaftliche Zwecke und die Aufzucht von Pflanzen, für Be- und Überdachungen, für Dachfenster, Wintergärten und Volieren eingesetzt werden.
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Mit transparenten oder transluzenten Flächen umschlossene oder bedachte Räume haben in der Regel das Problem einer zu hohen Wärmeeinstrahlung im Sommer und einer damit verbundenen hohen Raumtemperatur. Es wurden daher schon mehrfach Lösungen zur Beschichtung oder Modifizierung solcher Flächen, die meist aus Glas oder geeigneten Polymerplatten oder -folien bestehen, vorgeschlagen, die eine zu hohe Durchlässigkeit der im solaren Spektrum vorhandenen Wärmestrahlung vermeiden sollen. In der Regel sind solche Lösungen daraufhin ausgerichtet, die im nahen Infrarobereich (NIR) eingestrahlte Wärmestrahlung zu reflektieren.
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So ist beispielsweise in der
DE-OS 25 44 245 ein Verglasungsmaterial beschrieben, das aus Polymethylmethacrylatscheiben besteht, in die Perlglanzpigmente in einer sehr geringen Konzentration eingearbeitet sind, wobei die Pigmente aus Glimmer mit einer Titandioxidschicht bestimmter Dicke bestehen. Die angegebene Dicke der Titandioxidschicht von etwa 120 nm ergibt eine rote Interferenzfarbe der eingesetzten Pigmente. Ein derartiges Verglasungsmaterial soll den NIR-Teil des eingestrahlten solaren Lichtes wirkungsvoll reflektieren.
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Ähnliche Pigmente, die ebenfalls eine rote Interferenzfarbe aufweisen, werden in der
EP 548 822 B1 in einer Beschichtung auf einer amorphen Kunststoffplatte eingesetzt, die ebenfalls den IR-Anteil der solaren Strahlung reflektieren soll.
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Bei Bauten, die im landwirtschaftlichen Bereich, insbesondere zur Pflanzenaufzucht, verwendet werden, beispielsweise bei Gewächshäusern, führt jedoch nicht nur eine hohe Einstrahlung im NIR-Bereich zu möglichen Verbrennungen oder anderen Hitzeschäden an den Pflanzen, sondern auch ein hoher Anteil an grüner Strahlung im solaren Spektrum, da diese eine besonders hohe Energiedichte aufweist. Außerdem kann grünes Licht von der Pflanze für ein kompaktes Pflanzen- und Früchtewachstum praktisch nicht verwertet werden. Es gibt daher auch bereits mehrere technische Lösungen für die Beschichtung von Gewächshäusern und dergleichen, die neben der NIR-Strahlung auch das grüne Licht des solaren Spektrums entweder absorbieren oder reflektieren.
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Aus der
DE 42 30 023 A1 und der
EP 659 198 B1 ist ein Kompositmaterial zur Abschirmung von Strahlung bekannt, welches ein transparentes Polymer und ein grünes Interferenzpigment umfasst. Das grüne Interferenzpigment ist dabei aus einem plättchenförmigen Trägermaterial und einer 120 bis 160 nm dicken Schicht aus Titandioxid zusammengesetzt. Hiermit wird ein hoher Anteil der NIR-Strahlung und des grünen Lichtes reflektiert.
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Für die die Pflanzen bestäubenden Insekten ist es auf Grund ihres vom Menschen verschiedenen Bereichs der Farbwahrnehmung (bei Insekten in den UV-Bereich verschoben, daher keine Rotwahrnehmung) schwierig, bei einer Undurchlässigkeit der das Gewächshaus umgebenden Flächen für grünes Licht die Blüten von den restlichen Pflanzenbestandteilen zu unterscheiden, zumal viele dieser Flächen auch gegen die Durchlässigkeit von UV-Licht geschützt sind. In letzterem Falle wird vom Insekt nur die blaue Farbe wahrgenommen, so dass die Blüten der Pflanzen in der Regel nicht wegen ihrer Farbe, sondern nur wegen ihres Geruchs oder eher zufällig gefunden werden.
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In Anbetracht der vielfältigen Voraussetzungen für eine erfolgreiche Pflanzenaufzucht in Gewächshäusern oder ähnlichen Anlagen wäre es daher von Vorteil, die diese Gebäude umhüllenden oder bedachenden transparenten oder transluzenten Flächen derartig beschichten oder ausrüsten zu können, dass sowohl das gesamte, für das Pflanzenwachstum benötigte und verwertbare Licht in das Innere der Gebäude gelangen kann und Insekten die Blüten der Pflanzen vergleichsweise mühelos auf Grund ihrer Farbigkeit auffinden können, als auch dass nach Möglichkeit energiereiche Strahlung nicht in die umbauten Räume eindringen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine wellenlängenselektiv reflektierende Beschichtung für transparente oder transluzente Substrate zur Verfügung zu stellen, die jeweils möglichst viele und Idealerweise alle der genannten Anforderungen gleichermaßen erfüllt, so dass das Pflanzenwachstum in den mit den beschichteten Substraten umbauten Räumen vorteilhaft beeinflusst werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Beschichtung zur Verfügung zu stellen.
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Darüber hinaus ist es auch Aufgabe der Erfindung, die Verwendung der genannten Beschichtung aufzuzeigen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine wellenlängenselektiv reflektierende, Interferenzpigmente und polymeres Bindemittel oder Interferenzpigmente und Polymerkomponente enthaltende, feste Beschichtung für transparente oder transluzente Substrate, wobei die Beschichtung unter Einwirkung von solarer Strahlung für mindestens 60% des einfallenden blauen Lichtes, bezogen auf die Wellenlänge von 470 nm, sowie für mindestens 60% des einfallenden roten Lichtes, bezogen auf die Wellenlänge von 680 nm, durchlässig ist.
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Außerdem wird die Aufgabe der Erfindung auch durch ein Verfahren zur Herstellung der vorab genannten Beschichtung gelöst, wobei ein Interferenzpigment mit grüner Interferenzfarbe und ein Interferenzpigment mit gelber Interferenzfarbe, einzeln oder als Gemisch, mit einem polymeren Bindemittel oder einer polymeren oder polymerisierbaren Komponente, optional Additiven sowie ggf. einem Lösemittel gemischt und
- a) zu einem polymeren Formkörper, oder
- b) zu einer Beschichtungszusammensetzung
verarbeitet wird, auf ein transparentes oder transluzentes Substrat flächig aufgebracht wird oder ein solches darstellt, und, sofern eine Beschichtungszusammensetzung vorliegt, getrocknet und optional zusätzlich gehärtet wird.
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Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung auch durch die Verwendung der vorab beschriebenen Beschichtung zur Herstellung von Gewächshäusern und Folienbauten, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke oder die Anzucht von Pflanzen, sowie für Lichtkuppeln, Be- und Überdachungen, Dachfenster, Gartenanlagen, Volieren und Wintergärten gelöst.
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Erfindungsgemäß handelt es sich bei der wellenlängenselektiv reflektierenden Beschichtung um eine feste Beschichtung auf einem transparenten oder transluzenten Substrat, welche entweder Interferenzpigmente und mindestens ein geeignetes polymeres Bindemittel, oder Interferenzpigmente und mindestens eine Polymerkomponente enthält.
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Die erfindungsgemäße Beschichtung ist bei Einwirkung von solarer Strahlung (unverminderte Strahlung über das gesamte solare Spektrum) für mindestens 60% des einfallenden blauen Lichtes, bezogen auf die Wellenlänge von 470 nm, sowie für mindestens 60% des einfallenden roten Lichtes, bezogen auf die Wellenlänge von 680 nm, durchlässig, d. h. transmittiert den genannten prozentualen Anteil des eingestrahlten Lichtes bei den gegebenen Wellenlängen. Maximal kann die Transmission in den genannten Bereichen in der erfindungsgemäßen Beschichtung jeweils etwa 80% des eingestrahlten Lichtes betragen.
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Vorzugsweise beträgt die Transmission 65 bis 75% des einfallenden blauen Lichtes sowie 65 bis 75% des einfallenden roten Lichtes, bezogen auf die oben genannten jeweiligen Wellenlängen.
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Da sich Reflexions- bzw. Transmissionswerte der erfindungsgemäßen Beschichtungen selbstverständlich naturgemäß nicht stufenförmig, sondern wellenförmig ändern, liegen damit die Transmissionswerte im gesamten roten und blauen Wellenlängenbereich, auch außerhalb der genannten Bezugswellenlängen, insgesamt hoch und nur geringfügig unterhalb der genannten Maximalwerte.
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Die Bestimmung der Transreflexions- und Reflexionsmesswerte kann erfindungsgemäß mittels eines UV-Vis-NIR-Spektrometers Lambda 900 der Fa. Perkin Elmer oder einem anderen geeigneten UV-Vis-NIR-Spektrometer erfolgen. Zur Aufnahme der Reflexions- und Transreflexionsspektren werden dazu zu vermessende freie Lackfilme vor oder hinter einer Ulbricht-Kugel bei variablen Einfallswinkeln des Messstrahls (15°, 25°, 45°, 75°, 90°) positioniert.
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Die Bestimmung der Transmissionswerte (Durchlässigkeit) erfolgt erfindungsgemäß wie folgt:
Die entsprechenden freien Lackfilme werden hergestellt, indem Lackproben durch Rakeln einer Beschichtungszusammensetzung (Interferenzpigmente in einer geeigneten Konzentration, in einem üblichen Lackbildenden Bindemittel unter Einsatz eines Dispermats eingerührt) auf eine PVF-Folie aufgebracht, getrocknet und von der PVF-Folie abgezogen werden, und als freie Lackfilme mit einer geeigneten Trockenschichtdicke (beispielsweise 20 ± 1 μm) für die spektroskopischen Untersuchungen verwendet werden. Bei der Aufnahme der Reflexionsspektren mit der Ulbricht-Kugel (Bedingungen und Messgerät wie oben genannt) wird die Rückseite des freien Lackfilms mit einer Lichtfalle abgedeckt. Als Lichtfalle dient ein dünnes Blech mit einer dem Lack zugewandten matten, schwarzen Seite und einer diffus reflektierenden weissen Rückseite. Die Transreflexionsmessungen der freien Lackfilme werden ohne Lichtfalle durchgeführt. Aus den Reflexions- und den Transreflexionsspektren werden mathematisch die Transmissionsspektren abgeleitet.
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Die Messungen erfolgen jeweils gegen eine Blindprobe aus einem nichtpigmentiertem Lackfilm gleicher Schichtdicke. Bewertet wird die Differenz beider Messungen.
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Erfindungsgemäß stehen die in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen angegebenen Transmissionswerte für die berechnete Transmission der Probe, integriert über die Messwerte unter allen genannten Winkeln des Messstrahls.
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Entsprechende Reflexionswerte und Transreflexionswerte können den bei jedem Winkel des Messstrahls erstellten Reflexionsspektren bzw. Transreflexionsspektren jeweils direkt entnommen und anschließend über den gesamten Messbereich integriert werden (integrierte Werte über die Messwerte unter allen Winkel des Messstrahls). Alle in der vorliegenden Beschreibung angegebenen Reflexionswerte und Transreflexionswerte, ebenso wie die daraus errechneten Transmissionswerte, beziehen sich auf solche integrierten Messwerte, wenn nicht anders angegeben.
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Die oben beschriebene Transmissionseigenschaft (Durchlässigkeit) der erfindungsgemäßen Beschichtung gewährleistet genügend große Anteile an rotem und blauem Licht, die durch die Beschichtung hindurch auf den Innenraum von Gebäuden, Bauten, Gebäudeteilen etc. treffen, die von mit der Beschichtung versehenen transparenten oder transluzenten Substraten umbaut sind, beispielsweise Gewächshäusern. Dieser hohe Anteil an transmittiertem roten und blauen Licht kann für ein kompaktes Wachstum von Stängeln und Früchten von Pflanzen gut verwertet werden.
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Von besonderem Vorteil für das gewünschte Pflanzenwachstum ist es, wenn die Anteile an transmittiertem roten und blauen Licht annähernd die gleiche Größenordnung aufweisen. Erfindungsgemäß beträgt daher in der erfindungsgemäßen Beschichtung das Verhältnis von durchgelassenem roten und blauen Licht zueinander 0,9:1 bis 1,1:1. Diese Angaben beziehen sich auf die prozentuale Transmission sowohl bei den genannten Wellenlängenwerten von 470 nm für blaues Licht und 680 nm für rotes Licht, als auch auf die prozentuale Transmission integriert über die gesamten Wellenlängenbereiche für blaues Licht (ca. 430 bis 490 nm) und rotes Licht (ca. 630 bis 780 nm).
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Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Beschichtung auch für mindestens 25% des gesamten, im Wellenlängenbereich zwischen 280 und 420 nm einfallenden Lichtes durchlässig. Vorzugsweise werden 30 bis 70%, insbesondere 45 bis 60% des gesamten, im Wellenlängenbereich zwischen 280 und 420 nm einfallenden Lichtes durchgelassen.
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Hierbei handelt es sich um Licht aus dem nahen UV-Bereich. Das Lichtabsorptionsspektrum der Photorezeptoren der Honigbiene, ebenso wie das anderer Insekten mit Komplexaugen (Facettenaugen) weist unter anderem ein Maximum bei etwa 340 nm auf. Licht dieser Wellenlänge und des angrenzenden UV-Bereiches kann also beispielsweise von der Honigbiene gut wahrgenommen werden. Tritt nun solches Licht durch eine transparente oder transluzente Abdeckung in ein Gewächshaus oder einen anderen umbauten Raum ein, kann das Insekt Blüten innerhalb des umbauten Bereiches, die dieses UV-Licht reflektieren, zum Beispiel auch weiße Blüten, sehen. Ist die Umbauung dagegen gegenüber dem Eindringen von UV-Licht komplett geschützt, steht dem Insekt nur der blaue und der grüne Bereich des eingestrahlten Lichtes zum Sehen zur Verfügung. Allerdings ist grünes Licht, wie oben bereits dargelegt, ein Träger hoher Energie, so dass die damit eingetragenen Wärmestrahlung sich negativ auf das Pflanzenwachstum auswirken würde. Es ist daher vorteilhaft für das Pflanzenwachstum, den grünen Bereich des eingestrahlten Lichtes an einer Umbauung zu absorbieren oder zu reflektieren.
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Eine Absorption grünen Lichtes scheidet aber aus verschiedenen Gründen aus, da die mit solchen Elementen umbauten Gewächshäuser eine starke rote Eigenfarbe aufweisen würden, was weder ästhetisch noch anderweitig mit den an Gewächshäuser gestellten Anforderungen übereinstimmen würde.
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Erfindungsgemäß reflektiert daher die Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens 35% und vorzugsweise 37 bis 50% des eingestrahlten grünen Lichtes, bezogen auf eine Wellenlänge von 530 nm. Diese Reflexion ist, wie auch insgesamt die Reflexion im grünen Bereich (Licht von ca. 490 nm bis 550 nm Wellenlänge), vorzugsweise höher als die Reflexion bei jeder anderen Wellenlänge und damit jeder anderen Farbe. Daraus folgt, dass die erfindungsgemäße Beschichtung bei direkter Betrachtung nahe des Glanzwinkels (Bereich im Abstand von jeweils etwa 1° bis 25° angrenzend an den Glanzwinkel) eine grüne Farbgebung (Reflexionsfarbe) aufweist.
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Darüber hinaus reflektiert die erfindungsgemäße Beschichtung auch vorzugsweise mindestens 15%, vorzugsweise mindestens 20%, und insbesondere 30 bis 40%, des gesamten, im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 2250 nm einfallenden Lichtes. Hierbeit handelt es sich um Licht im Infrarotbereich. Insbesondere wird Licht im NIR (nahes Infrarot, 780 bis 1100 nm) reflektiert. Dieser Wellenlängenbereich ist ebenfalls Träger einer hohen Lichtenergie und bekannt als Wärmestrahlung. Die Reflexion eines großen Teils dieser Wärmestrahlung führt daher, gemeinsam mit der oben beschriebenen Reflexion im grünen Wellenlängenbereich, dazu, dass ein großer Teil an energiereicher Strahlung des solaren Spektrums von der erfindungsgemäßen Beschichtung reflektiert wird und damit nicht ins Innere der umbauten Räume eindringen kann.
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Erfindungsgemäß enthält die Beschichtung mindestens ein Interferenzpigment (eine Sorte). Dabei kann es sich um ein Interferenzpigment handeln, welches die genannten Reflexions- und Transmissionseigenschaften für blaues, rotes und grünes Licht, und vorteilhafterweise auch zusätzlich die genannten Reflexions- und Transmissionseigenschaften für NIR- und UV-Licht aufweist.
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Es ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn die genannten und erforderlichen Reflexions- und Transmissionseigenschaften mit geeigneten Mischungen von Interferenzpigmenten eingestellt werden.
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Es hat sich insbesondere herausgestellt, dass Mischungen von Interferenzpigmenten mit grüner Interferenzfarbe und Interferenzpigmenten mit gelber Interferenzfarbe sich sehr gut zur Einstellung der erforderlichen spektralen Eigenschaften für die erfindungsgemäße Beschichtung eignen. Daher enthält die erfindungsgemäße Beschichtung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform mindestens ein Interferenzpigment mit grüner Interferenzfarbe und mindestens ein Interferenzpigment mit gelber Interferenzfarbe.
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Interferenzpigmente sind Perlglanzpigmente, die neben einem charakteristischen Perlglanz, der durch Mehrfachreflexion von transparenten Plättchen mit hoher Brechzahl (Perlglanzpigmente) bei deren paralleler Orientierung im Anwendungsmedium auftritt, zusätzlich auch Interferenzfarben aufweisen. Während klassische Perlglanzpigmente lediglich aus Pigmentplättchen aus hochbrechenden Materialien bestehen, werden erfindungsgemäß Interferenzpigmente eingesetzt, die auf einem plättchenförmigen, nichtmetallischen, anorganischen, transparenten Träger eine hochbrechende Schicht aufweisen.
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Die Interterenzfarbe der Interferenzpigmente ist die Farbe, die das Pigment im ansonsten transparenten und farblosen Applikationsmedium, beispielsweise in einer Beschichtung, bei nahezu paralleler Ausrichtung der Mehrheit der einzelnen Pigmentteilchen bezüglich der (planen) Oberfläche des Applikationsmediums und bei Betrachtung unter einem Winkel gerade knapp außerhalb des Glanzwinkels (im Messwinkel von 15° bzw. bei einem Betrachtungswinkel im Bereich von ca. 1° bis ca. 25° beidseitig des Glanzwinkels) aufweist.
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Bevorzugt werden erfindungsgemäß das Interferenzpigment mit grüner Interterenzfarbe und das Interferenzpigment mit gelber Interferenzfarbe in einem Verhältnis von 60:40 bis 85:15 in der Beschichtung eingesetzt. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis 65:35 bis 80:20, insbesondere 70:30 bis 75:25, jeweils bezogen auf das Gewicht der Pigmente.
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Erfindungsgemäß werden Interferenzpigmente mit grüner und gelber Interterenzfarbe eingesetzt, die jeweils aus einem plättchenförmigen transparenten, farblosen Trägermaterial und aus einer hochbrechenden, farblosen Schicht bestehen.
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Als plättchenförmiges transparentes Trägermaterial kommen üblicherweise für Interferenzpigmente eingesetzte anorganische plättchenförmige Trägermaterialien zum Einsatz, wie beispielsweise natürlicher oder synthetischer Glimmer, Talk, Kaolin, aber auch SiO2-Plättchen, Al2O3-Plättchen, Glasplättchen oder Borosilikatplättchen. Bevorzugt werden natürlicher oder synthetischer Glimmer eingesetzt.
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Bei der hochbrechenden farblosen Schicht handelt es sich um übliche hochbrechende Schichten von Interferenzpigmenten, beispielsweise um Schichten, die aus TiO2, ZrO2 oder BiOCl, den Oxidhydraten von TiO2 oder ZrO2, oder Mischungen aus den Oxidhydraten und den jeweiligen Oxiden bestehen, oder die TiO2, ZrO2 oder die entsprechenden Oxidhydrate zu einem Anteil von mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schicht, enthalten.
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Weitere Bestandteile der hochbrechenden transparenten Schicht können die Oxide oder Oxidhydrate von Sn, Si, Ce, Al, Ca oder Zn sein, die jedoch höchstens mit einem Anteil von 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der hochbrechenden Schicht, in dieser vorliegen und die optischen Eigenschaften, insbesondere die Interferenzfarbe, der Interferenzpigmente nicht wesentlich bestimmen.
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Vorzugsweise wird erfindungsgemäß sowohl für das Interferenzpigment mit grüner Interferenzfarbe als auch für das Interferenzpigment mit gelber Interferenzfarbe eine hochbrechende Schicht eingesetzt, die entweder aus TiO2 besteht oder TiO2 mit einem Anteil von mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der hochbrechenden Schicht, enthält. Beide Varianten der hochbrechenden transparenten Schicht werden nachfolgend als TiO2-Schicht bezeichnet.
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Insbesondere vorteilhaft ist der Einsatz von Interferenzpigmenten, die aus einem plättchenförmigen Träger, der aus natürlichem oder synthetischem Glimmer besteht, und einer unmittelbar auf dem Träger befindlichen TiO2-Schicht zusammengesetzt sind, in der erfindungsgemäßen Beschichtung.
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Die optischen Eigenschaften der erfindungsgemäß eingesetzten Pigmente werden im Wesentlichen von der Brechzahl der auf dem plättchenförmigen Träger befindlichen Schicht sowie der Dicke dieser hochbrechenden Schicht bestimmt.
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Dabei kann die Brechzahl, bedingt durch den Gehalt an den oben genannten Fremdoxiden, aber auch durch eingeschlossene Poren oder die Kristallmodifikation der Metalloxide, ggf. von der idealen Brechzahl der reinen hochbrechenden Metalloxide abweichen, so dass die geometrische Schichtdicke der hochbrechenden Schicht entsprechend angepasst werden muss, um die gewünschte Interferenzfarbe zu erzielen.
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Vorzugsweise umhüllt die hochbrechende transparente Schicht den plättchenförmigen Träger vollständig.
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Die Größe des plättchenförmigen Trägers ist an sich nicht besonders kritisch. Es werden gewöhnlich Plättchen mit einer Dicke zwischen 0,01 und 5 μm, insbesondere zwischen 0,05 und 4,5 μm und vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 μm eingesetzt. Die Ausdehnung in der Länge bzw. Breite beträgt üblicherweise zwischen 1 und 250 μm, vorzugsweise zwischen 2 und 200 μm und insbesondere zwischen 2 und 100 μm. Es sind jedoch Trägerplättchen bevorzugt, die eine enge Teilchengrößenverteilung besitzen und ganz oder überwiegend Partikelgrößen aufweisen, die im Bereich zwischen 5 und 60 μm liegen. Insbesondere ist ein verminderter Feinanteil vorteilhaft. Letztere führen zu Interferenzpigmenten mit höherer Farbstärke.
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Der Formfaktor der Trägerplättchen, also das Verhältnis von Länge bzw. Breite zu Dicke, beträgt im allgemeinen von 2:1 bis 10.000:1, insbesondere von 5:1 bis 2000:1 und ganz besonders bevorzugt von 20:1 bis 250:1.
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Da die Schichtdicke der hochbrechenden Schicht im Vergleich zum Träger eher gering ist, treffen die oben für das Trägermaterial angegebenen Größenverhältnisse im Wesentlichen auch auf die beschichteten Interferenzpigmente zu.
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Die Dicke der hochbrechenden Schicht (geometrische Schichtdicke) ist, bei vorgegebener Interferenzfarbe, selbstverständlich überwiegend abhängig von dem hochbrechenden farblosen Material, aus dem die Schicht bestehen soll.
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Wird, wie es vorzugsweise der Fall ist, eine TiO2-Schicht eingesetzt, so beträgt die Dicke der resultierenden TiO2-Schicht für das gelbe Interferenzpigment zwischen 60 und 110 nm, vorzugsweise zwischen 70 und 100 nm, und die Dicke der TiO2-Schicht für das grüne Interferenzpigment zwischen 240 und 310 nm, vorzugsweise zwischen 250 und 300 nm.
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Grüne Interferenzpigmente mit einer TiO2-Schichtdicke im oben angegebenen Bereich weisen eine besonders hohe Farbstärke auf. Diese kann zusätzlich noch verbessert werden, wenn das hierfür verwendete Trägermaterial eine enge Partikelgrößenverteilung aufweist. Demzufolge weist der für das erfindungsgemäß eingesetzte grüne Interferenzpigment vorzugsweise verwendete Glimmer, ebenso wie das beschichtete Interferenzpigment, vorteilhafterweise eine Partikelgröße im Bereich von 5 bis 60 μm mit einer engen Partikelgrößenverteilung und vorzugsweise auch mit geringem Feinanteil auf.
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Die erfindungsgemäß eingesetzten Interferenzpigmente mit grüner und gelber Interferenzfarbe können zusätzlich zu der oben beschriebenen hochbrechenden Beschichtung auf ihrer äußeren Oberfläche noch mit einer anorganischen und/oder organischen, so genannten Nachbeschichtung versehen sein. Diese fachüblich angewendete Nachbeschichtung dient beispielsweise zur Vereinfachung der Einarbeitung in das Anwendungsmedium, zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit, zur Verminderung der Vergilbungsneigung oder zur besseren Verteilung der Interferenzpigmente im Anwendungsmedium. Nachbeschichtungen verändern die optischen Eigenschaften (Koloristik) der Interferenzpigmente praktisch nicht und sind mit äußerst geringen Schichtdicken, die in der Regel lediglich im Bereich von Molekül-Monolagen bis zu etwa 15 nm, vorzugsweise bis ca. 5 nm, liegen, auf der Pigmentoberfläche vorhanden. Erfindungsgemäß sind übliche kommerziell erhältliche Interferenzpigmente mit grüner und gelber Interferenzfarbe in der Beschichtung verwendbar, beispielsweise solche, die unter dem Namen Iriodin® oder Pyrisma® von der Fa. Merck KGaA vertrieben werden, solange die jeweilige Interferenzfarbe nur auf Interferenzeffekte und nicht zusätzlich auch auf Absorptionseffekte der Materialien für hochbrechende Beschichtung und Träger der Interferenzpigmente zurückzuführen ist.
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Die Herstellung solcher Interferenzpigmente erfolgt in der Regel nach den fachüblichen nasschemischen Verfahren zur Beschichtung der plättchenförmigen Trägerpartikel mit Metalloxidschichten aus anorganischen Ausgangsstoffen. Beispielhaft genannt seien hier fachübliche Herstellungsverfahren, wie sie in den Patentschriften
DE 14 67 468 ,
DE 19 59 988 ,
DE 20 09 566 ,
DE 22 14, 545 ,
DE 22 15 191 ,
DE 22 44 298 ,
DE 23 13 331 ,
DE 25 22 572 ,
DE 31 37 808 ,
DE 31 37 809 ,
DE 31 51 343 ,
DE 31 51 354 ,
DE 31 51 355 ,
DE 32 11 602 oder
DE 32 35 017 beschrieben sind.
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Als besonders geeignet für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Beschichtung haben sich Interferenzpigmente der Iriodin®-Serie mit gelber oder goldgelber Interferenzfarbe und grüne Interferenzpigmente vom Typ Pyrisma® T40-24 Green der Fa. Merck KGaA erwiesen.
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Die Gesamtmenge der in der erfindungsgemäßen Beschichtung eingesetzten Interferenzpigmente mit gelber und grüner Interferenzfarbe beträgt zwischen 0,5 und 30 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 5 und 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der (festen) Beschichtung.
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Die wellenlängenselektive Reflexion oder wellenlängenselektive Transmission (Lichtdurchlässigkeit) der Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beruht auf der entsprechenden optischen Wirkung der enthaltenen Interferenzpigmente und nicht auf der optischen Wirkung der ebenfalls enthaltenen Bindemittel, Polymerkomponenten oder ggf. vorhandenen Additive.
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Polymere Bindemittel, Polymerkomponenten sowie ggf. vorhandene weitere Additive und Hilfsstoffe werden daher so ausgewählt, dass sie nach dem Trocknen, Aushärten und/oder Polymerisieren der Beschichtung transparent für Licht des solaren Spektrums, mindestens aber im sichtbaren Wellenlängenbereich, und außerdem farblos sind.
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Die entsprechenden polymeren Bindemittel, Polymerkomponenten und Additive sind handelsüblich und fachbekannt und werden auf den jeweiligen Verwendungszweck und die konkrete Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beschichtung hin abgestimmt.
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Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Beschichtung als temporäre oder permanente Beschichtung auf einem transparenten oder transluzenten Substrat vorliegen.
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Für beide oben genannten Varianten kommt eine Beschichtung in Form einer polymeren Folie, die wahlweise fest mit dem darunter befindlichen transparenten oder transluzenten Substrat verbunden ist, beispielsweise durch Kleben oder Laminieren, oder locker durch reine Adhäsionskräfte darauf haftet, in Frage. In einem solchen Falle liegen die Interferenzpigmente in Kombination mit einer in Folienform auspolymerisierten und/oder vernetzten Polymerkomponente als Beschichtung vor.
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Die erfindungsgemäße Beschichtung kann auch als ungehärteter Lack, gehärteter Lack oder in Form einer getrockneten und ggf. gehärteten Beschichtungszusammensetzung auf dem Substrat vorliegen. Auch diese Beschichtungsformen eignen sich als temporäre, aber auch als permanente Beschichtung auf einem transparenten oder transluzenten Substrat. Die Interferenzpigmente liegen hier mit einem üblichen polymeren Bindemittel, welches auch vernetzbar sein kann, in der Beschichtung vor.
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Bevorzugt liegt die erfindungsgemäße Beschichtung als temporäre Beschichtung auf dem Substrat vor, und zwar in Form einer getrockneten Beschichtungszusammensetzung. Eine solche Beschichtung kann je nach jahreszeitlichen oder klimatischen Verhältnissen leicht auf ein bereits errichtetes Gewächshaus oder anderes Gebäude aufgebracht und nach beliebiger Nutzungsdauer, beispielsweise über mehrere Monate in der heißen Wetterperiode, rückstandsfrei unter Einsatz von Lösemitteln, zum Beispiel von verschiedenen Laugen, und/oder mechanischen Kräften ebenso leicht wieder entfernt und bei Bedarf jederzeit neu aufgebracht werden.
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Als polymere Bindemittel werden übliche Bindemittel eingesetzt, die aus der Beschichtungstechnologie bekannt sind. Dabei handelt es sich meist um organische polymere oder copolymere Bindemittel wie Alkydharze, Vinylharze, Epoxidharze, Polyurethane, Acrylate, chlorierter Kautschuk, Polycarbonate, Polyester, Polyethylenglycol und deren Copolymere. Diese liegen in der Regel in handelsüblichen Lackfirnissen, Druckfarbenfirnissen oder anderen vorgefertigten, pigmentfreien Bindemittelzusammensetzungen bereits in Gemischen mit weiteren übliche Hilfs- und Zusatzstoffen (Additiven) vor, können jedoch auch ohne jegliche weitere Additive verwendet werden.
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Diese Hilfs- und Zusatzstoffe sind insbesondere Verdickungsmittel, Dispergierhilfsmittel, Netzmittel, Plastifizierungsmittel, Verlaufsmittel, Entschäumer, ggf. auch Vernetzungsmittel, und wahlweise auch Lösemittel, wie z. B. Wasser, Ketone, Alkohole, Ester, oder Aromaten.
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Soll die erfindungsgemäße Beschichtung in Form einer polymeren Folie auf dem transparenten oder transluzenten Substrat vorliegen, so besteht die Folie vorzugsweise aus Polyethylen, Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polymethacrylat oder Mischungen daraus. Die Interferenzpigmente werden dann in die entsprechenden polymerisierbaren Monomeren oder vorpolymerisierten Polymeren der genannten Art (d. h. in die polymerisierbaren oder polymeren Komponenten, gemäß der vorliegenden Erfindung auch als Polymerkomponenten bezeichnet) eingearbeitet und mit diesen, beispielsweise durch Extrusion, zu einer polymeren Folie verarbeitet.
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Die oben genannten Beschichtungszusammensetzungen werden mittels üblicher Auftragsverfahren wie Drucken, Sprühen, Rakeln, Rollen, Streichen usw. auf die transparenten oder transluzenten Substrate aufgebracht, getrocknet und wahlweise zusätzlich gehärtet bzw. vernetzt.
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Als transparente (blick- und lichtdurchlässige) oder transluzente (lichtdurchlässige) Substrate eignen sich die üblicherweise für Gewächshäuser, Folienzelte, Dachfenster, Volieren etc,. verwendeten Bedachungsmaterialien wie farblose polymere Folien, farblose Gewebe, farblose polymere Platten oder farblose Gläser. Diese können in Form von Platten, Scheiben, Formkörpern, Profilen oder flexiblen oder verstärkten Folien vorliegen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung, bei dem ein Interferenzpigment mit grüner Interferenzfarbe und ein Interferenzpigment mit gelber Interferenzfarbe, einzeln oder als Gemisch, mit einem polymeren Bindemittel oder einer polymerisierbaren oder polymeren Komponente, optional Additiven sowie ggf. einem Lösemittel gemischt und
- a. zu einem polymeren Formkörper, oder
- b. zu einer Beschichtungszusammensetzung
verarbeitet wird, auf ein transparentes oder transluzentes Substrat flächig aufgebracht wird oder ein solches darstellt, und, sofern eine Beschichtungszusammensetzung vorliegt, getrocknet und optional zusätzlich gehärtet wird.
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Neben den erfindungsgemäß eingesetzten Interferenzpigmenten mit grüner und gelber Interferenzfarbe werden die oben bereits beschriebenen polymeren Bindemittel oder Polymerkomponenten (letztere sind polymerisierbare oder polymere Komponenten), jeweils optional unter Zusatz von Lösemitteln und/oder Hilfs- und Zusatzstoffen, miteinander gemischt und mit üblichen Verfahren entweder zu einer beschichtungsfertigen Beschichtungszusammensetzung oder zu einem polymeren Formkörper, der vorzugsweise eine polymere Folie ist, verarbeitet.
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Werden Beschichtungszusammensetzungen hergestellt, können diese auch jeweils nur das grüne oder das gelbe Interferenzpigment enthalten und nacheinander auf das transparente oder transluzente Substrat, d. h. in Form einer doppelschichtigen Beschichtung, aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist jedoch wegen des technischen Mehraufwands nicht bevorzugt.
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Entsprechendes gilt für die Herstellung von polymeren Folien, die selbstverständlich auch jeweils nur eine Sorte der genannten Interferenzpigmente aufweisen und dann doppelschichtig übereinander auf das entsprechende Substrat aufgebracht werden können.
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Das grüne und das gelbe Interferenzpigment werden in einem Gewichtsverhältnis von 60:40 bis 85:15, vorzugsweise von 65:35 bis 80:20, insbesondere von 70:30 bis 75:25, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten grünen und gelben Interferenzpigmente, in die Beschichtungszusammensetzung oder den polymeren Formkörper eingebracht.
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Soll die entsprechend resultierende Beschichtung doppelschichtig aufgebaut sein, wie oben beschrieben, enthalten die einzelnen Schichten jeweils die entsprechenden Anteile an gelbem oder grünem Interferenzpigment.
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Insgesamt beträgt der Anteil an grünen und gelben Interferenzpigmenten in der erfindungsgemäßen Beschichtung 0,5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der (festen) Beschichtung. Während bei polymeren Formkörpern, beispielsweise bei Folien, ein Gewichtsanteil von 0,5 bis ca. 10 Gew.-% in der Regel ausreichend ist, kann dieser beim Einsatz von Beschichtungszusammensetzungen bis zu 30 Gew.-%, nämlich insbesondere von etwa 5 bis 30 Gew.-%, und besonders bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-% betragen.
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Die erfindungsgemäße Beschichtung wird auf das transparente oder transluzente Substrat mit einer (Trocken)Schichtdicke von 10 bis 2000 μm, vorzugsweise von 15 bis 50 μm bei Beschichtungszusammensetzungen und von 300 bis 1000 μm bei polymeren Formkörpern (Folien), aufgebracht. Dabei muss gewährleistet sein, dass die Beschichtung eine Dicke aufweist, bei der die Lichtdurchlässigkeit der Beschichtung in Verbindung mit dem Gehalt an Interferenzpigmenten gewährleistet werden kann. Insofern ist es notwendig, Schichtdicke und Gehalt an Interferenzpigmenten aufeinander abzustimmen. Eine tendenziell hohe Schichtdicke verlangt dabei einen tendenziell niedrigen prozentualen Gehalt an Interferenzpigmenten.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtung zur Herstellung von Gewächshäusern und Folienbauten, insbesondere für landwirtschaftliche Zwecke oder die Anzucht von Pflanzen, sowie für Lichtkuppeln, Be- und Überdachungen, Dachfenster, Gartenanlagen, Volieren und Wintergärten.
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Umbaute Räume, die die genannten Bauteile enthalten, damit bedacht sind oder solche darstellen, beherbergen regelmäßig auch Pflanzen, deren Wachstum, Vermehrung oder Fruchtertrag durch die erfindungsgemäße Beschichtung vorteilhaft gelenkt und beeinflusst werden kann. Daher können die verschiedenen, einleitend bereits beschriebenen Vorteile der Erfindung in allen genannten Anwendungsbereichen zum Tragen kommen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher auch Gewächshäuser, Foliengebäude, Lichtkuppeln, Be- oder Überdachungen, Dachfenster, Gartenanlagen, Volieren oder Wintergärten, die die erfindungsgemäße Beschichtung aufweisen.
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Die Erfindung betrifft eine Beschichtung für transparente oder transluzente Substrate, die auf Grund ihrer speziellen wellenlängenselektiv reflektierenden und gleichzeitig wellenlängenselektiv transmittierenden Eigenschaften in besonders positiver Weise zur Beeinflussung eines gewünschten Pflanzenwachstums eingesetzt werden kann.
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1 zeigt die Transmissions-, Reflexions- und Absorptionsspektren einer erfindungsgemäßen Beschichtung enthaltend eine Pigmentmischung aus grünem und gelbem Interferenzpigment mit einer Konzentration von 12 Gew.-%, bezogen auf festes Bindemittel, in einem üblichen NC-Lack bei einer Lackfilmdicke von 20 ± 1 μm und unter einem Messwinkel von 90°.
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2 zeigt die Transmissions- und Reflexionsspektren einer erfindungsgemäßen Beschichtung enthaltend eine Pigmentmischung aus grünem und gelbem Interferenzpigment mit einer Konzentration von 12 Gew.-%, bezogen auf festes Bindemittel, in einem üblichen NC-Lack sowie in einem üblichen wässrigen PU-Lack bei einer Lackfilmdicke von jeweils 24 ± 1 μm unter einem Messwinkel von 90°.
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Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Beispiels näher erläutert, jedoch nicht auf dieses beschränkt werden.
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Erfindungsbeispiel:
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Ein Gemisch aus einem grünen Interferenzpigment (Pyrisma T 40-24 SW Green, TiO2-Rutil auf Glimmer, Partikelgröße 5 bis 35 μm, Fa. Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland) und einem goldgelben Interferenzpigment (TiO2-Rutil auf Glimmer, Dicke der TiO2-Schicht ca. 100 μm, Partikelgröße 10 bis 60 μm, Fa. Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland) im Gewichtsverhältnis 70:30, nachfolgend Pigment 1 genannt, wird in einer Konzentration von 12 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffanteil, in ein wässriges Polyurethan-Bindemittel (Bayhydrol XP 2637, Fa. Bayer, Leverkusen, Deutschland) eindispergiert. Die pigmenthaltige Polyurethandispersion wird auf eine handelsübliche PET-Gewächshausfolie mit einer Folienstärke von 200 μm aufgesprüht. Nach dem Trocknen unter Umgebungsbedingungen wird eine Trockenschichtdicke der Beschichtung von etwa 20 μm erhalten. Die beschichtete Gewächshausfolie wird zur Abdeckung von Gewächshäusern für die Anzucht von Gemüse, Blumen oder Obst verwendet. Bei den angebauten Pflanzen lässt sich über die gesamte Vegetationsperiode das gewünschte kompakte Pflanzenwachstum sowie ein hoher Fruchtertrag erzielen.
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Zur Bestimmung der Reflexions- und Transmissionswerte der genannten Beschichtung wird wie folgt vorgegangen:
Die Bestimmung der Transreflexions- und Reflexionsmesswerte erfolgt mittels eines UV-Vis-NIR-Spektrometers Lambda 900 der Fa. Perkin Elmer.
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Es werden freie Lackfilme hergestellt, die mit einer erfindungsgemäßen Mischung aus grünem und gelbem Interferenzpigment (Pigment 1, siehe Beispiel 1) pigmentiert sind. Diese Lackfilme werden hergestellt, indem Lackproben durch Rakeln einer Beschichtungszusammensetzung [Interferenzpigmente (Pigment 1) in einer geeigneten Konzentration, bezogen auf festes Bindemittel, in einem üblichen Bindemittel für die Lackherstellung unter Einsatz eines Dispermats bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 7 m/s 15 min. lang eingerührt] auf eine PVF-Folie aufgebracht und getrocknet werden. Der entstandenen Lackfilme werden von der PVF-Folie abgezogen und als freie Lackfilme mit einer geeigneten Trockenschichtdicke für die spektroskopischen Untersuchungen verwendet. Zur Aufnahme der Reflexions- und Transreflexionsspektren werden die zu vermessenden freien Lackfilme vor oder hinter einer Ulbricht-Kugel bei variablen Einfallswinkeln des Messstrahls (15°, 25°, 45°, 75°, 90°) positioniert. Bei der Aufnahme der Reflexionsspektren mit der Ulbricht-Kugel (Messgerät wie oben genannt) wird die Rückseite des freien Lackfilms mit einer Lichtfalle abgedeckt. Als Lichtfalle dient ein dünnes Blech mit einer dem Lack zugewandten matten, schwarzen Seite und einer diffus reflektierenden weissen Rückseite. Die Transreflexionsmessungen der freien Lackfilme werden ohne Lichtfalle durchgeführt. Aus den Reflexions- und den Transreflexionsspektren werden mathematisch die Transmissionsspektren abgeleitet. Die in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen angegebenen Transmissionswerte stehen für die berechnete Transmission der Probe, integriert über die Messwerte unter allen genannten Winkeln des Messstrahls, sofern nicht anders angegeben.
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Die Messungen erfolgen jeweils gegen eine Blindprobe aus einem nichtpigmentiertem Lackfilm gleicher Schichtdicke. Bewertet wird die Differenz beider Messungen.
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1 zeigt die Transmissions-, Reflexions- und Absorptionsspektren des Pigments 1 bei einer Konzentration von 12 Gew.-%, bezogen auf festes Bindemittel, in einem üblichen NC-Lack (Fa. Merck KGaA), bei einer Trockenschichtdicke der Beschichtung von 20 ± 1 μm (entspricht der Dicke des freien Lackfilmes) und unter einem Messwinkel von 90°.
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Zur Überprüfung der Abhängigkeit der Reflexions- und Transmissionseigenschaften der erfindungsgemäßen Beschichtung vom verwendeten Bindemittel werden erneut freie Lackfilme hergestellt, und zwar zunächst aus dem oben bereits genannten Nitrocellulose-Lack-Bindemittel der Fa. Merck mit einem Anteil an Pigment 1 von 12 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffanteil des Bindemittels, und mit einer Trockenschichtdicke des freien Lackfilmes von 24 ± 1 μm. Die Dispersionszeit beträgt 15 min. bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 1,3 m/s.
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Zum Vergleich wird ein weiterer freier Lackfilm hergestellt auf der Basis eines wässrigen Polyurethan-Klarlackes (Bayhydrol U XP 2750 der Fa. Bayer, Leverkusen, Deutschland), welcher eine Konzentration von Pigment 1 von ebenfalls 12 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffanteil des Bindemittels, und eine Schichtdicke von 24 ± 1 μm aufweist.
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Die übereinander gelegten Transmissions- und Reflexionskurven der beiden letztgenannten Proben (Einfallswinkel des Messstrahls von 90°) sind in 2 dargestellt. Es sind keine nennenswerten Unterschiede der jeweiligen Reflexions- und Transmissionskurven in Abhängigkeit vom verwendeten Bindemittel erkennbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2544245 A [0003]
- EP 548822 B1 [0004]
- DE 4230023 A1 [0006]
- EP 659198 B1 [0006]
- DE 1467468 [0053]
- DE 1959988 [0053]
- DE 2009566 [0053]
- DE 2214545 [0053]
- DE 2215191 [0053]
- DE 2244298 [0053]
- DE 2313331 [0053]
- DE 2522572 [0053]
- DE 3137808 [0053]
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- DE 3151343 [0053]
- DE 3151354 [0053]
- DE 3151355 [0053]
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- DE 3235017 [0053]