Industrielle Anforderungen an UV- und NIR-Absorber ||||||||||||||||||||||||||||

Sonnenlicht und seine Wirkung Quelle: Universität Oregon

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UVC:

100 - 280 nm

UVB:

280 - 315 nm

UVA:

315 - 400 nm

Folie 2

UV-Absorber – technische Anwendungen - Transparente Folien für Displayanzeigen, Werbebranche, Verpackung - Folien zur Nachrüstung auf Gläser / transparente Kunststoffe - Schutzschichten auf PC-Platten für Wintergärten oder Dächer von Einkaufszentren und Industriebauten - Beschichtung im Automobilbereich in Form von polyesterbasierten Klarlacken - Additive direkt im Basis-Material (z.B. PC: Extrusion zwischen 250 – 290°C! - Schutz von historischen Kunstgegenständen in Vitrinen O

OH

N H

O

Benzophenone

H N O

Oxalanilide

HO

Alk N

CN

N

OH

N

O

OR

HO

N

N N

Cyanacrylate

Benzotriazole

Hydroxyphenyltriazine

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Folie 3

UV-Absorber – technische Anwendungen Benzophenone mittlere Lichtstabilität, zwei Maxima bei ≤ 300 nm und ≥ 320 nm breite Anwendung in Kosmetika Oxalanilide nur eine Bande im Bereich von 280 bis 400 nm geringe thermische Stabilität Benzotriazole zwei Absorptionsmaxima bei 300 nm und ca. 350 nm, die sich kaum durch Substitution verschieben lassen Hydroxyphenyltriazine Zwei Banden bei 300 und ca. 340 nm, wobei die Extinktion im kurzwelligen Bereich ca. 1/3 intensiver ist Cyanacrylate niedrige Herstellungskosten, eine intensive Absorptionsbande im Bereich von 320 bis 380 nm, starke Abhängigkeit vom Substituentenmuster geringe Toxizität se ma Gesellschaft für Innovationen mbH, Dipl.-Ing. Karin Rauch - 1. Juni 2012

Folie 5

UV-Absorber – technische Anwendungen Stabilität physikalisch Verdampfen Kristallisation Migration Auswascheffekte

N

N N

O

OH

chemisch Isomerisierung (cis / trans) Photodegradation: - Reduktion - Oxidation - Radikalbildung - Photodimerisierung

CGX UVA 006 BASF-Produkt verdrängt Standardmaterialien insb. auf dem deutschen Markt, aber eigentl. zu kurzwellig

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Folie 4

semaSORB® UV-Absorber

1 cm Schichtdicke Extinktion ausgewählter UV-Absorber, 10 mg in Ethanol, Ethanol ,Schichtdicke 1 cm

1,4

A A

1 Benzotriazol Benzotriazol semaSORB 20107 semaSORB 20107 semaSORB 20106 semaSORB 20106 semaSORB 20164 semaSORB 20164

0,6

55000 0

44880 0

44660 0

44440 0

44220 0

44000 0

33880 0

33660 0

33440 0

33220 0

33000 0

22880 0

22660 0

22440 0

22220 0

22000 0

0,2

nm nm

UV-Absorber

Ext 310 nm

Ext 350 nm

Benzotriazol

0,42

0,51

semaSORB 20106

0,35

1,30

semaSORB 20107

0,93

0,27

semaSORB 20164

0,31

0,90

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Photochemische Eigenempfindlichkeit von Materialien: Polyester: Polycarbonat: Polypropylen: Polyvinylchlorid:

325 nm 295, 345 nm 310 nm 310 - 320 nm

Folie 7

semaSORB® UV-Absorber

www.semasorb.de

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Folie 8

UV-Absorber – technische Anwendungen Zur Realisierung des erforderlichen Schutzes ohne Beeinträchtigung der Farbwiedergabe sind extrem steile langwellige Absorptionskanten erforderlich · 385 nm Kunststoffe mit eigenem UV-Schutz · 385 nm Zerstörung von modernen Bindemitteln · 385 nm Holzbestandteile, unbehandelt · 385 nm organische Pigmente in modernen Malmitteln · 395 nm historische Bindemittel · 395 nm historische Textilien, vorgeschädigt

· 400 nm org. Pigmente in historischen Malmitteln · 400 nm Pigmente in unbehandeltem Holz · 400 nm Historische Tuschen und Tinten · 405 nm Kunststoffen ohne eigenen UV-Schutz · 405 nm Pigmente in historischen Textilien · 405 nm Eiweißstrukturen

Diese Abstimmung des Absorptionsverhalten gelingt besonders gut mit den von uns besonders häufig eingesetzten Acrylsäureestern

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Folie 6

semaSORB® UV-Absorber

T r a n s m is s io n

%

8 0

6 0

4 0 1 2 3 4

2 0

0 3 0 0

3 5 0

4 0 0

4 5 0

1 Glas-EVA-Glas 2 Glas-EVA:FC400-Glas 3 Glas-PVB-Glas 4 Glas-PVB:FC400-Glas

5 0 0

n m

Aktuell eingesetzte Materialien mit besonders steiler Absorptionskante

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Folie 9

UV-Absorber für Kosmetika UV-Absorber in Kosmetika Einsatz von UV-Absorbern für den UV-B und UV-A-Bereich O

O

O

O MeO

OMe

EMC BMDBM (Ethylhexylmethoxycinnamat) (Butylmethoxydibenzoylmethan) UV-A UV-B Weitere ausschließlich für Kosmetika eingesetzte Substanzen: p-Aminobenzoesäure, Salicylate, Campherchinonderivate, Triazine vom Melamin-Typ, Phenylbenzimidazolsulfonsäure (alle nur im UV-B-Bereich wirksam) Breitbandabsorber: Benzophenone Deutlich geringere Auswahl für den UV-A-Bereich

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Folie 10

NIR-Absorber NIR-Absorber anorganisch

organisch

Metalloxide („Wolframbronze“) Koordinationsverbindungen Seltene Erden (Dy, Tm, Yb)

p-Benzochinondiimoniumsalze Nickeldithiolenkomplexe Quaterylene

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Folie 11

NIR-Absorber

Unabdingbare Eigenschaften von NIR-Absorbern -hohe Lichtstabilität -breite Absorptionsbanden -steile Absorptionskante -keine Nebenabsorptionsmaxima im visuellen Bereich -hohe Extinktionskoeffizienten Spezielle anwendungsbezogene Eigenschaften -hohe Löslichkeit -Dispergierbarkeit in wässrigen Systemen -geringe Kristallisationsneigung -chemisch ausreichend „inert“ -hohe thermische Beständigkeit -geringe Toxizität, Allergenität und Umweltverträglichkeit -moderate Herstellungskosten se ma Gesellschaft für Innovationen mbH, Dipl.-Ing. Karin Rauch - 1. Juni 2012

Folie 12

NIR-Absorber

Absorbance

0,4

969 nm

0,3 418 nm

1595 nm

0,2

-Photostabile Breitband-NIR-Absorber

0,1

aber sehr inerte Matrix erforderlich oben: gesamter NIR-Bereich in Bezug auf das terrestrisch relevante Sonnenspektrum wird geblockt

0,0

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 nm 1113 nm

0,9 Absorbance

989 nm 0,6 0,3 0,0

371 nm

unten: auf einen Anteil der langwelligen Absorption muss verzichtet werden, wenn im vis-Bereich absolute Transparenz erforderlich ist

400 600 800 1000 1200 1400 1600 nm

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Folie 13

NIR-Absorber

0,6

N

344 nm

S

1080 nm

0,4

S

Ni

0,8

S

N

S

S

0,6

S

0,4

S

S Ni

S S

0,2 400 600 800 1000 1200 1400 1600 nm

1,0

S

S

0,2 0,0

1190 nm

1,0

Absorbance

Absorbance

0,8

0,0 400 600 800 1000 1200 1400 1600 nm

870 nm

Absorbance

0,8

-Thermisch stabile NIR-Absorber aber Kombination erforderlich, höhere Photoempfindlichkeit und geringe Löslichkeit

0,6 0,4 0,2 0,0

400 600 800 1000 1200 1400 1600 nm

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Folie 14

NIR-Absorber 2 1,8

NIR-reflektierende Folie: Technologisch hoher Aufwand bei der Herstellung

Absorbance

1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2

11 00 13 00 15 00 17 00 19 00 21 00 23 00 25 00 27 00 29 00 31 00 33 00

90 0

70 0

50 0

30 0

0

nm

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Folie 15

NIR-Absorber: Rylene Quaterrylene: bereits in zahlreichen Gebäuden in Form von Sicherheitsverglasungen (VSG) Glasscheiben durch stark dehnbare Kunststoff-Folien, die einen Quaterrylen-NIRAbsorber enthalten, mechanisch fest miteinander verbunden.

QDI Quelle: MPI Polymer-Forschung

Kunststoffschweißen Diodenlaser 808, 940, 980 nm Nd:YAG-Laser 1064 nm

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Folie 16

Dissertationen zu Rylenen - Design und Synthese maßgeschneiderter funktioneller Rylenfarbstoffe. Tobias Schnitzler, 2010 - Polythiophene und Polyarylenvinylene für polymere Solarzellen: Funktionalisierung, Copolymerisation und neue Rod-Coil -Blockcopolymere. Benjamin Schöpf, 2010 - Einzelmolekülspektroskopie an einer homologen Reihe von Rylendiimiden und an einem bichromophoren Modellsystem für elektronischen Energietransfer. Mathias Haase, 2010 - Darstellung neuer Farbstoffe auf Basis der Perylenbisimide zur Fluoreszenzmarkierung und Farbstoffe mit NIR-Fluoreszenz. Andreas Obermeier, 2008 - Synthese und Charakterisierung neuartiger, ambipolarer organischer Halbleiter, basierend auf Perylencarboximid-Systemen kombiniert mit funktionalisierten Spirobifluoreneinheiten. Kristian Onken, 2007 - Neue Synthesewege zu NIR-Farbstoffen auf Basis der Quaterrylenbisimide. Jörn Büttner, 2006 - Neue funktionale Perylenfarbstoffe durch die Orientierung von Chromophoren. Oswald Krotz, 2006 - Multichromophore Systeme auf Basis von Rylencarbonsäureimiden. Ingo Oesterling, 2006 - Perylenfarbstoffe als Fluoreszenz-Biomarker. Kerstin Fuchs, 2004 - Synthese von neuen Verbindungen auf Basis der Perylen-3,4:9,10-bis(dicarboximide„ für Anwendungen im Flüssigkristall-Bereich und als Optische Schalter. Fritz Wetzel, 2004 - Gezielte Steuerung der Absorption von Perylenfarbstoffen durch Kernsubstitution. Patrick Blanke, 2002 se ma Gesellschaft für Innovationen mbH, Dipl.-Ing. Karin Rauch - 1. Juni 2012

Folie 17

NIR-Absorber Zusammenfassung UV- und NIR-Absorber sind unverzichtbare Bestandteile von Kunststoffen und Beschichtungen. Diese Additive verlängern die mechanische Haltbarkeit und stabilisieren die optischen Eigenschaften von Folien und Konstruktionsmaterialien. Folien und Lacke schützen andere Materialien vor der schädigenden Wirkung von kurzwelliger Strahlung und NIR-Strahlung. Im Bereich der UV-Absorber für technische Anwendungen werden nur fünf Stoffklassen für eine breite industrielle Anwendung eingesetzt. In den letzten Jahren gab es kaum herausragende neue Entwicklungen seitens der Marktführer. Wir haben eine ganze Reihe spezieller innovativer Lösungen, die oftmals bessere Eigenschaften als die Standard-Additive aufweisen. Die Herstellung von NIR-Absorbern ist immer noch sehr teuer. Ansteigende Energiepreise werden den Innovationsdruck für Anwendungen im Bereich Wärmeschutz deutlich verstärken. se ma Gesellschaft für Innovationen mbH, Dipl.-Ing. Karin Rauch - 1. Juni 2012

Folie 18

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

N

O

O

O

se ma Gesellschaft für Innovationen mbH Industriestraße 12, D-06869 Coswig (Anhalt) Tel.: 034903 - 30464 Fax: 034903 - 30465

Uvinul® S-Pack

Internet: www.semasorb.de E-Mail: [email protected]