ФТОРПОЛИМЕРНЫЙ СОДЕРЖАЩИЙ ПОРОШКОВЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ЗАЩИТНЫЙ ЛИСТ
FLUOROCARBON POLYMER PROTECTIVE SHEET CONTAINING POWDER FILLER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Данное изобретение относится, в общем, к пленкам и многослойным пленкам, которые пригодны в качестве упаковочных материалов, имеющим по меньшей мере одну частицу, погруженную в пленку, и способам их производства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Многослойные пленки или ламинаты представляют собой конструкции, которые пытаются соединить свойства несходных слоев для того, чтобы обеспечить улучшенные рабочие характеристики по сравнению с отдельно взятыми материалами. Желательные свойства для многослойных пленок включают влаго-, пароизоляцию, стойкость к атмосферным воздействиям, прочность на пробой, сопротивление электрическому току, отражающую способность поверхности, непрозрачность, двухсторонний цвет или другие двухсторонние электромагнитные спектральные эффекты.
[003] Вплоть до данного изобретения такие ламинаты часто дают в результате дисбаланс свойств, являются дорогими или сложными в обращении или обработке. Добавление материала для улучшения одного свойства может привести к сопутствующей потере другого свойства.
[004] В растущей области применения защитных пленок для упаковки для электронных устройств крайне необходимо обеспечить хорошо разработанное экономическое равновесие необходимых свойств. Например, защитные пленки в качестве подложки для фотоэлементов должны обеспечивать сочетание свойств, таких как защита от влаги, хорошая диэлектрическая прочность, высокая непрозрачность и/или отражающая способность. Получение этих свойств в многослойных пленках было сложным или дорогостоящим.
[005] В частности, осуществление контроля за свойствами с помощью широко используемого способа добавления подходящего наполнителя часто приводило к улучшению одного свойства с ухудшением другого. Например, добавление светоизоляционного наполнителя на уровнях, необходимых для получения высокого уровня непрозрачности, может привести к нежелательному повышению влаго- и паропроницаемости. Аналогично, добавление высокого уровня светоизоляционного наполнителя может приводить к нежелательному снижению диэлектрической прочности. В другом примере добавление наполнителя для повышения коэффициента отражения пленки может в результате давать поверхность многослойной пленки, которая плохо приклеивается при соединении с фотогальваническим устройством. Предыдущие пленки, как правило, обеспечивали одно или два необходимых свойства защитных пленок для электронных устройств, но были не способны обеспечивать более высокий уровень комбинированной защиты.
[006] Более того, при добавлении наполнителей к полученным экструзией из расплава многослойным пленкам их может быть трудно диспергировать, требуя значительного перемешивания, приводя к увеличению во времени обработки и стоимости.
[007] Соответственно, существует необходимость во многослойных пленках, которые могут быть приспособлены для обеспечения одного или нескольких улучшенных свойств фотогальваническому листу. Также существует необходимость в многослойных пленках, приспособленных для других защитных применений, таких как защитная обертка для применений в области проводов или кабелей, или защитные пленки для других оптоэлектронных устройств, таких как OLED.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[008] Данное изобретение раскрывает многослойные пленки и способы получения таких многослойных пленок, которые преодолевают одно или несколько недостатков, известных из уровня техники. Было установлено, что возможно создать и использовать многослойные пленки, имеющие характеристики, например, подходящие для упаковочных материалов для электронных устройств. Эти пленки помогают защитить компоненты от тепла, влажности, воздействия химических соединений, излучения, физического повреждения и общего износа. Такие упаковочные материалы помогают электрически изолировать активные компоненты/цепи электронных устройств. Дополнительно, такие материалы обеспечивают защитную амортизацию электронным устройствам, таким как фотогальванические устройства, обеспечивают предупреждающие загрязнения свойства, стойкость к химическому воздействию, стойкость к УФ-излучению, отражающую способность, повышенную огнеупорность, эстетичность и/или непрозрачность.
[009] В одном аспекте данное изобретение раскрывает литьевую композицию, которая включает жидкость-носитель; матричный материал на основе полимерной смолы; порошковый материал наполнителя; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, которая включает переменные процентные содержания материала наполнителя, выраженного в объемных процентах.
[010] Неожиданно было обнаружено, что путем подбора одного или нескольких параметров из размера порошкового наполнителя, типа конкретного наполнителя и/или объемного процентного содержания материала наполнителя непрозрачность пленки можно контролировать, при этом обеспечивая эстетически приятный внешний вид, а также обеспечивая целостность пленки. Как правило, с включением меньшего количества порошкового наполнителя наблюдается улучшение в целостности пленки при сохранении непрозрачности. Более низкие уровни порошкового наполнителя могут также обеспечить более низкую влагопроницаемость или улучшения диэлектрической прочности. Следовательно, в определенных вариантах осуществления предпочтительно иметь менее 15 объемных процентов наполнителя, присутствующего в конечной пленке.
[011] Интересно однако, что было обнаружено, что существует равновесие факторов с контролем объемного процентного содержания наполнителя. Размер частиц также может влиять на целостность пленки, и в некоторых аспектах оператор будет выбирать материал(материалы) наполнителя, где ни один из отдельных линейных размеров частицы не будет более 10 мкм и может быть равен от нанометра (нм) до приблизительно 100 нм, например, 0,1 мкм. В другом аспекте порошковый наполнитель может иметь отдельный размер от 100 нм до 2 мкм. В других аспектах некоторые из порошковых наполнителей могут иметь отдельные линейные размеры более 10 мкм.
[012] Выбор самой частицы может помочь улучшить целостность пленки и ее физические свойства, такие непрозрачность, водопаропроницаемость, ИК отражающая способность и коэффициент диэлектрической проницаемости. Частица может быть одной из, или смесью, частиц следующего: диоксид кремния, силикаты алюминия, стеклянные гранулы, стеклянные микросферы, стекловолокна, частицы диоксида титана, частицы титаната бария, карбонат кальция, оксид цинка, слюда, глина, такая как каолин или другие, муллит, тальк, оксид железа, углеродная сажа, сульфид цинка, сульфат бария, сульфит цинка, ряд пигментов, такие как синий алюминат кобальта, алюмосульфосиликат натрия, ингибиторы горения, такие как гидроксид магния, трехокись сурьмы, фосфорорганические соединения или бромированные соединения, или другие подходящие частицы для предполагаемого применения. В некоторых вариантах осуществления размер частиц может быть от приблизительно 100 нанометров (нм) до приблизительно 2 микрон (мкм).
[013] В другом аспекте частица может быть отражающей в инфракрасной или области спектра. Частицы этого типа могут быть эффективными в снижении ИК-поглощения и последующего теплообразования в пленке, в тоже время при этом же выборе обеспечивая диапазон цветовых альтернатив в видимом спектре. Такие ИК отражающие пигменты включают Арктический Черный 10С909, Черный 411, Желтый 193, Коричневый 12 и Коричневый 8 от Shepherd Color Company, Цинциннати, Огайо, и V-780 Черный, V-778 Черный, PC-9415 Желтый, V-9248 Синий, V-13810 Красный и V-12600 Камуфляжный Зеленый от Ferro Corporation, Кливленд, Огайо.
[014] В другом аспекте данное изобретение раскрывает пленки из литьевой композиции.
[015] В другом аспекте данное изобретение раскрывает способы получения пленок и многослойных пленок, раскрываемых в данном документе.
[016] В еще одном аспекте данное изобретение раскрывает фотогальваническое устройство, которое включает фотогальванический компонент, защищенный (например, в контакте с) пленкой или многослойной пленкой данного изобретения.
[017] Следует понимать, что многослойные пленки по данному изобретению могут включать от 2 слоев до приблизительно 12 слоев материала. Например, многослойные пленки могут повторять наслаивание первого слоя и второго слоя и т.д. Внешний слой или два внешних слоя могут быть включены в конструкцию многослойной пленки. Внешние слои, например, могут быть фторполимером или не фторполимером. Дополнительно, в данном документе включены комбинации различных слоев, например, первый слой, второй слой, третий слой, отличающийся от первого или второго слоев, и четвертый слой, который отличается от первого, второго или третьего слоев и т.д. Это наслаивание, к тому же, может повторяться при необходимости для предполагаемого применения.
2
[018] Многослойные пленки, как правило, имеют диэлектрическую пробивную прочность (кВ), которая больше 3 кВ, измеренную с помощью способа ASTM (Американское сообщество по испытанию материалов) D3755, коэффициент отражения солнечной энергии, который больше 70% при измерении с помощью способа ASTM E424, или водопаропроницаемость, которая менее 20 г/м/день, измеренную с помощью способа ASTM F1249, в случае, когда многослойная пленка имеет толщину от приблизительно 0,8 миллидюйма до приблизительно 2,0 миллидюймов, например, приблизительно 1,1 миллидюйма.
[019] Данное изобретение также приводит способы получения многослойных пленок, упомянутых в данном описании.
[020] Кроме того, объектом настоящего изобретения является и электронное устройство, у которого электронный компонент упакован в многослойную пленку, выполненную в соответствии с настоящим изобретением или же эта пленка является подложной для такого компонента. Несмотря на то, что раскрываются множественные варианты осуществления, из следующего детального описания специалистам в данной области техники станут очевидны другие варианты осуществления данного изобретения. Как станет очевидным, изобретение способно к модификациям в различных очевидных аспектах, при этом все не отклоняются от сущности и объема данного изобретения. Соответственно, детальные описания следует рассматривать как иллюстративные по своей природе, а не ограничивающие.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[021] В описании изобретения и формуле изобретения выражения "включающий" и "содержащий" являются неограниченными выражениями и должны интерпретироваться со значением "включающий, но не ограниченный следующим. …". Эти выражения включают более ограничивающие выражения "состоящий, по сути, из" и "состоящий из". [022] Следует отметить, что используемые в данном документе и в формуле изобретения формы единственного числа включают ссылку на форму множественного числа, если только контекст четко не диктует иное. Кроме того, выражения "некий" (или "некоторый"), "один или несколько" и "по меньшей мере один" в данном документе могут использоваться взаимозаменяемо. Также нужно отметить, что выражения "содержащий", "включающий", "характеризующийся" и "имеющий" могут использоваться взаимозаменяемо.
[023] Если не указано иное, все используемые в данном документе технические и научные выражения имеют такие же значения, как обычно понимаются специалистом в данной области техники, к которой относится данное изобретения. Все публикации и патенты, конкретно упомянутые в данном документе, включены ссылкой в их полном объеме для всех целей, включая описание и раскрытие химических соединений, инструментов, статистических анализов и методик, о которых сообщается в публикациях, которые могут быть использованы в связи с данным изобретением. Все ссылки, процитированные в этом описании изобретения, должны рассматриваться как указывающие на уровень знаний в данной области техники.
[024] Данное изобретение включает различные варианты осуществления. В первом варианте осуществления данное изобретение относится к литьевой композиции, содержащей:
[025] жидкость-носитель;
[026] неволокнистый, нефторполимерный или фторполимерный матричный материал (полимерная смола или полимерная матрица);
[027] порошковый материал наполнителя, где некоторые из частиц порошкового материала наполнителя имеют отдельный линейный размер более 10 мкм; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, включающей более 15 объемных процентов материала наполнителя.
[028] Во втором варианте осуществления данное изобретение относится к литьевой композиции, содержащей:
[029] жидкость-носитель;
[030] неволокнистый, нефторполимерный или фторполимерный матричный материал;
[031] порошковый материал наполнителя, где некоторые из частиц порошкового материала наполнителя имеют отдельный линейный размер более 10 мкм; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, включающей менее 15 объемных процентов материала наполнителя.
[032] В третьем варианте осуществления данное изобретение относится к литьевой композиции, содержащей:
[033] жидкость-носитель;
[034] неволокнистый, нефторполимерный или фторполимерный матричный материал;
[035] порошковый материал наполнителя, где ни одна из частиц порошкового материала наполнителя не имеет отдельный линейный размер более 10 мкм; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, включающей менее 15 объемных процентов материала наполнителя.
[036] В четвертом варианте осуществления данное изобретение относится к литьевой композиции, содержащей:
[037] жидкость-носитель;
[038] неволокнистый, нефторполимерный или фторполимерный матричный материал;
[039] порошковый материал наполнителя, где некоторые из частиц порошкового материала наполнителя имеют отдельный линейный размер более 10 мкм; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, включающей более 15 объемных процентов материала наполнителя.
[040] В пятом варианте осуществления данное изобретение относится к литьевой композиции, содержащей:
[041] жидкость-носитель;
[042] неволокнистый, нефторполимерный или фторполимерный матричный материал;
[043] порошковый материал наполнителя, где некоторые из частиц порошкового материала наполнителя имеют отдельный линейный размер более 10 мкм; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, включающей менее 15 объемных процентов материала наполнителя.
[044] В шестом варианте осуществления данное изобретение относится к литьевой композиции, содержащей:
[045] жидкость-носитель;
[046] неволокнистый, нефторполимерный или фторполимерный матричный материал;
[047] порошковый материал наполнителя, где ни одна из частиц порошкового материала наполнителя не имеет отдельный линейный размер более 10 мкм; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, включающей более 15 объемных процентов материала наполнителя.
[048] В седьмом варианте осуществления данное изобретение относится к литьевой композиции, содержащей:
[049] жидкость-носитель;
[050] неволокнистый, нефторполимерный или фторполимерный матричный материал;
[051] порошковый материал наполнителя, где ни одна из частиц порошкового материала наполнителя не имеет отдельный линейный размер более 10 мкм; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, включающей менее 15 объемных процентов материала наполнителя.
[052] После удалении носителя, и факультативно других добавок, обсуждаемых в данном документе, получают пленки. Пленки могут быть частью описываемых в данном документе конструкций многослойных пленок.
[053] В восьмом варианте осуществления данное изобретение относится к литьевой композиции, содержащей:
[054] жидкость-носитель;
[055] неволокнистый нефторполимерный матричный материал;
[056] порошковый материал наполнителя, где ни одна из частиц порошкового материала наполнителя не имеет отдельный линейный размер более 10 мкм; и где полимерный матричный материал и порошковый материал наполнителя включены в композицию в относительных количествах, эффективных для получения сухой композитной пленки, включающей более 15 объемных процентов материала наполнителя.
[057] Следует понимать, что третий слой можно расположить на втором слое с формированием композита. Второй слой герметизируется первым и третьим слоями. Третий слой может быть не фторполимером или фторполимером, который также получен из отливаемого раствора.
[058] Следовательно, данное изобретение также раскрывает литьевые композиции, способы получения отлитых многослойных пленок из этих композиций и многослойные пленки, образованные из этих композиций. Многослойные пленки могут включать первый внешний слой, как описано выше, содержащий отливаемый полимер в воде или растворителе полимер, например, фторполимер, второй внутренний слой, как описано выше, расположенный на первом слое, при этом второй слой содержит отливаемый полимер в воде или растворителе полимер, например, фторполимер или смеси с ним, и порошковый материал наполнителя, как описано выше, и третий внешний слой, расположенный на втором слое, содержащий отливаемый полимер в воде или растворителе полимер, как описано выше, например, фторполимер или смеси с ним.
[059] В основном, первый внешний слой имеет толщину от приблизительно 0,01 миллидюйма до приблизительно 0,7 миллидюйма, более конкретно от приблизительно 0,02 миллидюйма до приблизительно 0,4 миллидюйма и наиболее конкретно от приблизительно 0,05 миллидюйм до приблизительно 0,3 миллидюйма.
[060] Второй внутренний слой, как правило, имеет толщину от приблизительно 0,1 миллидюйма до приблизительно 0,8 миллидюйма, более конкретно от приблизительно 0,2 миллидюйма до приблизительно 0,4 миллидюйма и наиболее конкретно от приблизительно 0,3 миллидюйма до приблизительно 0,4 миллидюйма.
[061] Третий внешний слой имеет, например, толщину от приблизительно 0,01 миллидюйма до приблизительно 0,7 миллидюйма, более конкретно от приблизительно 0,02 миллидюйма до приблизительно 0,4 миллидюйма и наиболее конкретно от приблизительно 0,05 миллидюйма до приблизительно 0,3 миллидюйма.
[062] Последующие слои, например, четвертый и пятый слои, могут иметь толщину от приблизительно 0,01 миллидюйма до приблизительно 0,7 миллидюйма, более конкретно от приблизительно 0,02 миллидюйма до приблизительно 0,4 миллидюйма и наиболее конкретно от приблизительно 0,05 миллидюйма до приблизительно 0,3 миллидюйма.
[063] Подразумевается, что фраза "многослойная" пленка включает многочисленные слои пленки(пленок), соприкасающихся друг с другом. Как минимум присутствуют два слоя, хотя три слоя являются особенно желательными. В многослойную пленку могут быть включены дополнительные слои, так что многослойная пленка может включать 4, 5, 6-12 и т.д. слоев.
[064] Подразумевается, что фраза "отливаемый полимер" означает фторполимер или не фторполимер, способный диспергироваться, растворяться, суспендироваться, эмульгироваться или иным образом распределяться в среде жидкости-носителя. Среда жидкости-носителя может быть водой, органическим растворителем или любой другой жидкостью, в которой полимер может диспергироваться, растворяться, суспендироваться, эмульгироваться или иным образом распределяться. Среда жидкости-носителя может быть смесью подходящих жидкостей. Распределившись в среде носителя, полимер и среда затем способны к размещению или отливке на несущий материал с образованием пленки. Полимер(полимеры) можно смешать с первой жидкостью-носителем. Смесь может включать дисперсию полимерных частиц в первой жидкости-носителе, эмульсию жидких капель полимера или мономерного или олигомерного предшественник полимера в первой жидкости-носителе или раствор полимера в первой жидкости-носителе.
[065] Отливаемый(отливаемые) полимер(полимеры) может(могут) также быть мономерным или олигомерным предшественником полимера, распределенным внутри жидкости-носителя. Чаще всего отливаемые композиции представляют собой эмульсии или дисперсии в водных средах.
[066] Выбор первой жидкости-носителя основан на конкретном полимере и форме, в которой материал должен быть введен в литьевую композицию данного изобретения. Если желателен раствор, то растворитель для конкретного фторполимера выбирают в виде жидкости-носителя. Подходящие носители включают, например, DMAC, NMP, целлозольвы или воду и подобное. Если желательна дисперсия, то подходящий носитель является носителем, в котором полимер не растворяется. Водный раствор будет подходящей жидкостью-носителем для дисперсии полимерных частиц.
[067] Чаще всего отливаемые композиции представляют собой эмульсии или дисперсии в водных средах. Поверхностно-активные вещества можно использовать для получения дисперсии в количестве, эффективном для модификации поверхностного натяжения жидкости-носителя с тем, чтобы позволить жидкости-носителю смачивать частицы наполнителя. Подходящие поверхностно-активные соединения включают ионные поверхностно-активные вещества, амфотерные, катионные и неионные поверхностно-активные вещества.
[068] В одном иллюстративном варианте осуществления смесь полимера, жидкости-носителя и дисперсии частиц наполнителя во второй жидкости-носителе объединяют с образованием литьевой композиции.
[069] Фторполимеры, как правило, выбирают в качестве внешних слоев с тем, чтобы обеспечить стойкость к действию химических соединений, электрическую изоляцию, стойкость к атмосферным воздействиям и/или барьер по отношению к влаге.
[070] Термин "фторполимер" является известным из уровня техники и, как подразумевается, включает, например, политетрафторэтилен(РТРЕ), поливинилиденфторид (PVDF), полихлортрифторэтилен (PCTFE), поливинилфторид (PVF), сополимер тетрафторэтилена/гексафторпропилена/этилена(НТЕ), сополимер хлортрифторэтилена/винилиденфторида, сополимеры хлортрифторэтилена/гексафторпропилена, этилена/хлортрифторэтилена (ECTFE), сополимеры этилена/трифторэтилена, сополимеры этилена/тетрафторэтилена (ETFE), сополимеры тетрафторэтилена/пропилена (TFE/P), сополимеры тетрафторэтилена/гексафторпропилена (FEP), сополимеры тетрафторэтилена и перфтор(алкилвинилового эфира) (PFA, например, тетрафторэтилена и перфтор(пропилвинилового эфира), поливинилиден дифторид, сополимеры гексафторпропилена/тетрафторэтилена/винилидена (а именно, THV) и их смеси.
[071] Фторполимер может быть перерабатываемым в расплаве, например, как в случае поливинилидендифторида; сополимеров винилидендифторида; сополимеров тетрафторэтилена, гексафторпропилена и винилидендифторида; сополимеров тетрафторэтилена и гексафторпропилена; и других перерабатываемых в расплаве фторпластмасс; или фторполимер может не быть перерабатываемым в расплаве, например, как в случае политетрафторэтилена, сополимеров TFE и низких уровней фторированных виниловых эфиров) и отвержденных фторэластомеров.
[072] Примеры коммерчески доступных THV полимеров включают продаваемые Dyneon, LLC под торговыми обозначениями "DYNEON THV 2030G FLUOROTHERMOPLASTIC", "DYNEON THV 220 FLUOROTHERMOPLASTIC", "DYNEON THV 340C FLUOROTHERMOPLASTIC", "DYNEON THV 415 FLUOROTHERMOPLASTIC", "DYNEON THV 500A FLUOROTHERMOPLASTIC", "DYNEON THV 610G FLUOROTHERMOPLASTIC" или "DYNEON THV 810G FLUOROTHERMOPLASTIC".
[073] Примеры коммерчески доступных НТЕ полимеров включают продаваемые, например, под торговым обозначением "DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC HTE" (например, "DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC HTE X 1510" или "DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC HTE X 1705") от Dyneon, LLC.
[074] Примеры коммерчески доступных винилиден дифторид содержащих фторполимеров включают, например, те фторполимеры, которые имеют торговые обозначения; "KYNAR" (например, "KYNAR 740"), который продается Atofina, Филадельфия, Пенсильвания.; "HYLAR" (например, "HYLAR 700"), который продается Ausimont USA, Морристаун, Нью-Джерси; и "FLUOREL" (например, "FLUOREL FC-2178"), который продается Dyneon, LLC.
[075] Примеры коммерчески доступных сополимеров тетрафторэтилена и перфтор(алкилвинилового эфира) включают продаваемые, например, под торговым обозначением "Hyflon PFA" или "Hyflon MFA" от Solvay Solexis; и "Teflon PFA" от E.I. du Font de Nemours & Company.
[076] Примеры коммерчески доступных винилфторидных фторполимеров включают, те гомополимеры винилфторида, которые продаются под торговым обозначением "TEDLAR" от E.I. du Pont de Nemours & Company, Уилмингтон, Делавэр.
[077] Примеры коммерчески доступных (TFE/P) полимеров включают продаваемые под торговыми обозначениями "AFLAS" (например, "AFLAS TFE ELASTOMER FA 100Н", "AFLAS TFE ELASTOMER FA 150C", "AFLAS TFE ELASTOMER FA 150L" или "AFLAS TFE ELASTOMER FA 150P"), которые продаются Dyneon, LLC, или "VITON" (например, "VITON VTR-7480" или "VITON VTR-7512"), которые продаются E.I. du Pont de Nemours & Company, Уилмингтон, Делавэр.
[078] Примеры коммерчески доступных ETFE полимеров включают, например, продаваемые под торговыми обозначениями "DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC ЕТ 6210J", "DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC ET 6235" или "DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC ET 6240J" от Dyneon, LLC.
[079] Примеры коммерчески доступных ECTFE полимеров включают продаваемые под торговым обозначением смола Halar 350 и Halar 500 от Solvay Solexis Corp.
[080] Альтернативно, полимерный матричный материал по данному изобретению может включать термопластический или термореактивный полимер, отличный от фторполимера. Пригодные альтернативные полимерные матричные материалы включают полиолефины и их сополимеры, такие как полиэтилены, полипропилены, полиэтилен, полиметилпентен и полибутадиен, эпоксидные смолы, фенольные смолы, сложные эфиры циановой кислоты, сложные полиэфиры, полиамиды, поликарбонаты, полиимиды, полиакриловые смолы, полиметакриловые смолы, термопластические олефины, этиленвиниловый спирт (EVOH), этиленвинилацетат (EVA), этиленметакрилат (ЕМА), термопластические уретаны, термопластические силиконы, иономеры, этилбутилакрилат (ЕВА), поливинилбутираль (PVB), этиленпропилендиеновые каучуки класса М (EPDM) или их смеси.
[081] Порошковый материал наполнителя по данному изобретению может включать любой органический или неорганический порошковый материал. Используемые в данном документе выражения "порошковый" и "частицы", как подразумевается, включают волокна и хлопья. Подходящие неорганические материалы наполнителя включают, например, стеклянные частицы, керамические частицы, металлические частицы, углеродные частицы и минеральные частицы. Конкретные примеры подходящих частиц и хлопьев включают стеклянные гранулы, стеклянные микросферы, стекловолокна, частицы диоксида кремния, углеродную сажу, частицы диоксида титана, частицы оксида железа, частицы алюминия и частицы титаната бария. Частицы диоксида кремния, в частности частицы из аморфного плавленого диоксида кремния и частицы диоксида кремния, полученные с помощью золь-гель процесса, и стеклянные частицы, являются применимыми, например, диэлектрическими слоями пластинчатых электрических цепей, при необходимости в низком коэффициенте диэлектрической проницаемости.
[082] Форма частиц наполнителя, размер частиц наполнителя и распределение по размерам частиц наполнителя могут быть важными параметрами в отношении характеристики заполненного частицами композитного изделия по данному изобретению. Например, пигменты пластинчатой формы могут вызывать интерференцию света и другие оптические эффекты. Такие частицы могут включать в качестве покрытого слюдой железа или другого металла оксидные комплексы (например, Taizhu TZ2013 фиолетовый от Wenzhou Pearlescent Pigments Co, Тайчжоу, Китай; и Xirallic T60-10 WNT кристаллический серебряный от Merck KGaA, Дармштадт, Германия).
[083] В одном варианте осуществления данного изобретения все частицы порошкового наполнителя имеют диаметр менее чем приблизительно 10 микрон (мкм).
[084] В альтернативном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения, каждая из частиц наполнителя имеет отдельный линейный размер не более чем приблизительно 10 мкм.
[085] В другом варианте осуществления частицы порошкового наполнителя включают некоторые частицы, которые имеют отдельный линейный размер более 10 мкм. Процентное содержание частиц, которые имеют отдельный линейный размер более 10 мкм, относительно частиц, которые имеют отдельный линейный размер менее 10 мкм, может составлять от 0,01% до приблизительно 50%, от приблизительно 0,1% до приблизительно 20% или от приблизительно 1% до приблизительно 10% от общего количества частиц. Линейный размер может составлять от приблизительно 11 мкм до приблизительно 50 мкм, от приблизительно 15 мкм до приблизительно 20.
[086] Как указано ранее, неожиданно было обнаружено, что включение частиц, которые имеют отдельный линейный размер более 10 мкм может помочь обеспечить уникальные свойства конечной пленке. Они включают повышенную прочность при растяжении, большую непрозрачность (чем таковая без больших частиц) или снижают водопаропроницаемость.
[087] Также, частице не нужно быть сферической. В одном аспекте частица может быть продолговатой, также известной как "пластинчатая" в уровне техники.
[088] В одном аспекте данного изобретения каждая из частиц наполнителя является, по сути, сферической.
[089] В еще одном аспекте данного изобретения частицы наполнителя пленки являются неодинаковыми по размеру. Применение неодинаковых по размеру частиц может обеспечить неожиданное преимущество, которое заключается в светорассеянии, и обеспечить более однородное распределение частиц. Как правило, частицы имеют средний размер частиц от приблизительно 0,1 мкм до приблизительно 20 мкм, при этом приблизительно 80% частиц имеют узкий диапазон размеров частиц от приблизительно 0,2 мкм до приблизительно 5 мкм.
2
[090] Порошковый материал наполнителя может быть обработан с помощью поверхностной обработки с тем, чтобы улучшить влагостойкость, дисперсию частиц, адгезию матрицы или ИК отражающую способность, стойкость к УФ-излучению пленки и/или улучшить механические свойства композитной пленки данного изобретения. Например, определенные формы TiO пассивированы, иначе они были бы фотокаталитическими.
[091] Подходящие гидрофобные покрытия, пригодные для обработки частиц данного изобретения, могут включать любой материал для покрытия, который является термически стабильным, проявляет низкую поверхностную энергию и повышает влагостойкость композита данного изобретения. Подходящие материалы для покрытия включают традиционные силановые покрытия, титановые покрытия и цирконатные покрытия.
[092] Полимерный матричный материал по данному изобретению смешивают с первой жидкостью-носителем. Смесь может включать дисперсию полимерных частиц в первой жидкости-носителе, дисперсию, а именно эмульсию, жидких капель полимера или мономерного или олигомерного предшественника полимера в первой жидкости-носителе или раствор полимера в первой жидкости-носителе.
[093] Выбор первой жидкости-носителя основан на конкретном полимерном матричном материале и форме, в которой полимерный матричный материал должен быть введен в литьевую композицию данного изобретения. Если желателен раствор, то растворитель для конкретного полимерного матричного материала выбирают как жидкость-носитель. Подходящие носители включают, например, DMAC, NMP, целлозольвы или воду и подобное. Если желательна дисперсия, то подходящий носитель является таким, в котором матричный материал нерастворим. Водный раствор может быть подходящей жидкостью-носителем для дисперсии фторполимерных частиц.
[094] Дисперсия порошкового наполнителя данного изобретения может быть в подходящей второй жидкости-носителе, в которой наполнитель нерастворим.
[095] Для получения дисперсии можно использовать поверхностно-активные вещества в количестве, эффективном для модификации поверхностного натяжения второй жидкости-носителя с тем, чтобы вторая жидкость-носитель смогла смачивать частицы наполнителя. Подходящие поверхностно-активные соединения включают ионные поверхностно-активные вещества, амфотерные, катионные и неионные поверхностно-активные вещества.
[096] В одном иллюстративном варианте осуществления смесь полимерного матричного материала и первой жидкости-носителя и дисперсию частиц наполнителя во второй жидкости-носителе объединяют с образованием литьевой композиции. Как правило, литьевая композиция имеет от приблизительно 10 до приблизительно 90 весовых процентов твердых веществ (на основании частиц и полимерной матрицы), от приблизительно 20 до приблизительно 70 весовых процентов или от приблизительно 25 до приблизительно 50 весовых процентов.
[097] Вязкость литьевой композиции данного изобретения может быть отрегулирована путем добавления подходящих модификаторов вязкости. Такие модификаторы включают соединения полиакриловой кислоты, растительные камеди и соединения на основе целлюлозы. Конкретные примеры подходящих модификаторов вязкости включают полиакриловую кислоту, метилцеллюлозу, полиэтиленоксид, гуаровую камедь, камедь плодов рожкового дерева, карбоксиметилцеллюлозу натрия, альгинат натрия и трагакантовую камедь.
[098] Как правило, отливаемая композиция имеет от приблизительно 10 до приблизительно 90 весовых процентов твердых веществ (на основании частиц и/или полимера), от приблизительно 20 до приблизительно 70 весовых процентов или от приблизительно 25 до приблизительно 50 весовых процентов.
[099] Как правило, порошковый материал наполнителя может присутствовать внутри слоя отливаемого полимера в диапазоне от приблизительно 0 об.% до приблизительно 60 об.%.
[0100] В одном аспекте порошковый материал наполнителя присутствует от приблизительно 2% до приблизительно 50%, например, от приблизительно 8 об.% до приблизительно 25 об.% от общего объема многослойной пленки. В другом аспекте порошковый материал наполнителя присутствует от приблизительно 9 об.% до приблизительно 15 об.% от общего объема многослойной пленки. Следует понимать, что в данный документ включены поддиапазоны, которые попадают в пределы от 0% до приблизительно 60%, включая диапазоны, которые являются дробными. То есть от приблизительно 0,5% до приблизительно 5,5%, от приблизительно 0,6 до приблизительно 10,3% и т.д. В данный документ включены все диапазоны. Перечисления числовых диапазонов с помощью конечных значений включают все числа, относящиеся к данному диапазону (например, 1-5 включает 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5 и т.д.).
[0101] Вязкость литьевой композиции по данному изобретению может быть отрегулирована путем добавления подходящих модификаторов вязкости. Такие модификаторы включают соединения полиакриловой кислоты, растительные камеди и соединения на основе целлюлозы. Конкретные примеры подходящих модификаторов вязкости включают полиакриловую кислоту, метилцеллюлозу, полиэтиленоксид, гуаровую камедь, камедь плодов рожкового дерева, карбоксиметилцеллюлозу натрия, альгинат натрия и трагакантовую камедь.
[0102] Для получения пленки слой композиции наливают на субстрат общепринятыми способами, например нанесение покрытия погружением, нанесение покрытия реверсивным валиком, ножевым валиком, нанесение покрытие с применением «ракели над листом» и покрытие с помощью дозирующего стержня.
[0103] Подходящие материалы-основы включают, например, металлические пленки, полимерные пленки или керамические пленки. Конкретные примеры подходящих основ включают фольгу из нержавеющей стали, полиимидные пленки, поликарбонатные пленки, титановые, алюминиевые или фторполимерные пленки.
[0104] В литьевом способе, который детально описан в патенте США №4883716, содержание которого включено в данный документ в его полном объеме, пленки формируют с помощью литья на ленту-транспортер, имеющую низкую теплоемкость. Лента-носитель является частью литьевого устройства. Ленту-носитель погружают в фторполимерный матричный материал/конкретную дисперсию материала наполнителя в котле для погружения в основании литьевой башни, так чтобы на ленте-носителе формировалось покрытие дисперсии. Покрытая лента-носитель затем проходит через зону дозирования, в которой дозирующие заслонки удаляют излишек дисперсии с покрытой ленты-носителя. После зоны дозирования покрытая лента-носитель проходит в зону сушки, в которой поддерживается температура, достаточная для удаления жидкости-носителя с дисперсии, давая в результате высушенную пленку. Лента-носитель с высушенной пленкой затем проходит в зону термообработки/зону плавления, в которой температура является достаточной для объединения или сплавления фторполимера и макрочастиц в дисперсии. В итоге, лента-носитель проходит через вентиляционную охлаждающую камеру, из которой она может быть направлена либо в последующий котел для погружения с началом формирования следующего слоя последующей пленки, либо на отделяющее устройство. Способ может быть повторен столько раз, сколько необходимо, как правило, обеспечивая до 7 слоев, например, 5 слоев, 3 из которых являются слоями фторполимерного матричного материала/конкретного материала наполнителя, и 2 являются внешними слоями одного фтополимера или нескольких фторполимеров.
[0105] В следующем литьевом способе покрытая пленка может оставаться на основе-носителе, так чтобы получалась объединенная структура из основы и отлитой пленки. Примеры этого могут включать фторполимер и полиимидную основу, алюминиевую основу, титановую основу, стальную основу или поликарбонатную основу. В следующем примере отдельная пленка основы может быть введена между нанесенной литьевой композицией и лентой-носителем, так чтобы отливаемая фторполимерная пленка формировалась на этой основе. В одном примере основа, полиимидная пленка, алюминиевый лист, титановый лист, стальной лист или поликарбонатная пленка могут быть закреплены на ленте-носителе, а литьевую композицию можно наносить на основу. Литьевую композицию, таким образом, можно нанести на обе поверхности основы, так чтобы основа была покрыта на верхней стороне и нижней стороне. Подходящие конструкции включают, например, первый отливаемый фторполимер/алюминий/второй отливаемый фторполимер, который может быть таким же или отличным от первого отливаемого фторполимера (например, PTFE/Al/PTFE), первый отливаемый фторполимер/полиимид/второй отливаемый фторполимер, который может быть таким же или отличным от первого отливаемого фторполимера (например, РЕР/полиимид/РЕР), и первый отливаемый фторполимер/поликарбонат/второй отливаемый фторполимер, который может быть таким же или отличным от первого отливаемого фторполимера (например, PVDF/поликарбонат/PVDF).
[0106] Другие альтернативные пленки основ могут быть использованы в зависимости от температур обработки, необходимых для наносимой фторполимерной литьевой композиции. Фторполимерные композиции с более низкими температурами плавления могут использовать более низкотемпературные основы.
[0107] В одном примере жидкость-носитель и технологические добавки, такие как поверхностно-активное вещество и/или модификаторы вязкости, удаляют с отлитого слоя с помощью испарения и/или термодеструкции с получением пленки из полимерного матричного материала и порошкового наполнителя. В одном аспекте композитную полимерную матричную пленку с порошковым материалом наполнителя данного изобретения получают путем нагревания отлитой пленки для испарения жидкости-носителя.
[0108] Пленка из полимерного матричного материала и порошкового наполнителя может быть дополнительно нагрета для модификации физических свойств пленки. Это может включать последующее затвердение пленки.
[0109] В одном аспекте многослойная пленка имеет три слоя. Первый внешний слой представляет собой отливаемый фторполимер, второй внутренний слой представляет собой отливаемый фторполимер с порошковым наполнителем, который описан в данном документе, и третий внешний слой представляет собой отливаемый фторполимер. В другом аспекте любой из двух или оба вместе из первого и третьего внешних слоев могут включать от приблизительно 0,01 об.% до приблизительно 12 об.% порошкового наполнителя и, в частности, от приблизительно 0,01% до приблизительно 6 об.%.
[0110] В другом аспекте четвертый слой может быть расположен на первом слое. Четвертый слой представляет собой отливаемый фторполимер, который описан в данном документе. В еще одном аспекте пятый слой может быть расположен на третьем слое. Пятый слой представляет собой отливаемый фторполимер, который описан в данном документе. В идеальном случае четвертый и пятый слои выбраны из сополимеров тетрафторэтилена и перфтор(алкилвинилового эфира) (PFA) или сополимеров фторированных этилена и пропилена (FEP) или их смесей. Дополнительно, четвертый и/или пятый слои могут включать смеси PTFE с PFA или FEP.
[0111] Четвертый и пятый слои могут дополнительно включать конкретный наполнитель, который описан в данном документе. Любой из двух или оба вместе из четвертого и пятого внешних слоев могут включать от приблизительно 0,01 об.% до приблизительно 12 об.% порошкового наполнителя и, в частности, от приблизительно 0,01% до приблизительно 6 об.%.
[0112] В одном аспекте внешние слои многослойной пленки могут быть изготовлены из клеящегося в расплаве фторполимера. Подходящие клеящиеся в расплаве материалы включают, например, сополимеры тетрафторэтилена и перфтор(алкилвинилового эфира), или сополимеры фторированных этилена и пропилена (FEP), или их смеси.
[0113] Способ по данному изобретению обеспечивает пленки, имеющие толщины ниже приблизительно 2 миллидюймов, и даже ниже приблизительно 1 миллидюйма, с целью экономичного производства. Толщины пленок изложены в данном документе в единицах "миллидюймы", где один миллидюйм равен 0,001 дюйма.
[0114] В еще одном аспекте многослойные пленки данного изобретения имеют общую толщину от приблизительно 0,6 миллидюйма до приблизительно 2 миллидюймов, более конкретно от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,5 миллидюйма.
[0115] В одном варианте осуществления данные многослойные пленки имеют диэлектрическую пробивную прочность (кВ) более 3 кВ, измеренную с помощью способа ASTM D3755. В частности, диэлектрическая пробивная прочность составляет от более 3 кВ до приблизительно 12 кВ, от приблизительно 3 кВ до приблизительно 7 кВ и в частности от приблизительно 4 кВ до приблизительно 6 кВ.
[0116] Диэлектрическая пробивная прочность измеряется согласно ASTM D3755, Стандартному способу испытания диэлектрического напряжения пробоя и диэлектрической прочности твердых изоляционных материалов в градиенте постоянного напряжения.
[0117] Испытуемый образец 5 дюймов ×5 дюймов фиксируют в воздушной среде между двумя противоположными цилиндрами 2 дюймов в диаметре, 1 дюйм в длину с краями, закругленными до радиуса 0,25 дюймов. Образец подвергают действию электрического напряжения путем приложения повышающегося прямого напряжения при одинаковой скорости 500 В/с, пока не произойдет внутренний пробой. Пробой диэлектрика, как правило, сопровождается повышением тока в испытуемой цепи, которая может активировать сенсорный элемент, такой как размыкатель цепи или предохранитель. Регистрируют испытуемое напряжения пробоя.
[0118] В другом варианте осуществления многослойные пленки имеют коэффициент отражения солнечной энергии по меньшей мере на одной стороне пленки более 70% при измерении с помощью способа ASTM E424. В частности, коэффициент отражения солнечной энергии по меньшей мере на одной стороне пленки составляет от более 70% до приблизительно 99,9%, от приблизительно 75% до приблизительно 99% и, в частности, от приблизительно 80% до приблизительно 99%.
[0119] Коэффициент отражения солнечной энергии измеряют согласно ASTM E424, Стандартные способы испытания пропускания солнечной энергии и отражающей способности (наземной) листовых материалов. Установленная процедура для ASTM E424 предусматривает сбор данных в диапазоне от 350 до 2100 нм. Суммирование данных от 400 до 1100 нм является широко используемым вариантом этой процедуры и представляет собой используемый в данном документе способ.
[0120] Спектрофотометр со светомерным шаром используют для измерения спектральных характеристик испытуемого образца, 2 дюйм. ×2 дюйм., в пределах представляющей интерес области спектра. Дымообразный оксид магния используют как стандарт для полностью отражающей и рассеивающей поверхности. Получают данные спектрального пропускания в отношении воздуха, и данные спектральной направленной отражающей способности в отношении оксида магния. Пропускание солнечной энергии и отражающая способность в процентах, рассчитывается путем интегрирования спектральной отражающей способности по стандартному распределению солнечной энергии. Пропускание солнечной энергии измеряют через пленку, при этом отражающая способность, как правило, измеряется в отношении одной стороны пленки. Непрозрачность (%) определяют как 100% - Пропускание в %.
2
2
2
2
[0121] В еще одном варианте осуществления многослойные пленки имеют скорость проникновения водяных паров, которая составляет менее чем приблизительно 20 г/м/день при измерении с помощью способа ASTM F1249. В частности, скорость проникновения водяных паров составляет менее чем приблизительно 16 г/м/день, более конкретно менее чем приблизительно 13 г/м/день и наиболее конкретно менее чем приблизительно 8 г/м/день.
[0122] Скорость проникновения водяных паров измеряют согласно ASTM F1249, Скорость проникновения водяных паров через пластиковую пленку и листовой материал с помощью регулируемого инфракрасного датчика.
[0123] Испытуемый образец 4 дюйм. ×4 дюйм. плотно герметизируют с помощью смазки и кольцевого уплотнения между сухой камерой и влажной камерой. Водяной пар, диффундируя сквозь пленку, смешивается с газообразным азотом в сухой камере и переносится на регулируемый по давлению инфракрасный датчик. Датчик измеряет долю инфракрасной энергии, поглощенной водяным паром, и производит электрический сигнал, амплитуда которого является пропорциональной концентрации водяного пара. Амплитуда электрического сигнала сравнивается с таковой у калибровочной пленки с известной скоростью водопроницаемости, из чего рассчитывают скорость влагопроницаемости через испытуемую пленку. Испытание проводят при постоянной температуре и влажности, например, при 39°С и 100% относительной влажности. В еще одном варианте осуществления многослойные пленки имеют непрозрачность для света, которая составляет более чем приблизительно 80% при измерении с помощью способа ASTM E424. В частности, непрозрачность для света составляет более чем приблизительно 80, более конкретно более чем приблизительно 85 и наиболее конкретно более чем приблизительно 95.
2
[0124] В конкретном варианте осуществления многослойные пленки, описываемые в данном документе, имеют диэлектрическую пробивную прочность (кВ) более 3 кВ, измеренную с помощью способа ASTM D3755, коэффициент отражения солнечной энергии более 70% при измерении с помощью способа ASTM E424, водопаропроницаемость менее 20 г/м/день, измеренную с помощью способа ASTM F1249, в случае, когда многослойная пленка имеет толщину от приблизительно 0,7 миллидюйма до приблизительно 2,0 миллидюймов.
[0125] В другом варианте осуществления многослойные пленки имеют двухсторонние свойства. Например, они могут иметь белую, высоко отражающую поверхность на одной стороне и поверхность черного цвета на другой стороне. В другом примере они могут иметь белую, высоко отражающую поверхность на одной стороне и черную, неотражающую поверхность на другой стороне. В другом варианте осуществления они могут иметь белую, высоко отражающую поверхность на одной стороне и черную, отражающую поверхность на другой стороне.
[0126] Цвет на любой стороне пленки может быть указан путем измерения цвета с помощью стандартного способа, имеющего название цветовая модель CIE L*a*b*. В конкретном варианте осуществления пленки с двухсторонним цветом, черная сторона и белая сторона могут различаться. Низкое значение L* указывает на более черный цвет, при этом L*=0 является значением наиболее крайне черного. Высокое значение L* указывает на более белый цвет, при этом L*=100 является оценкой максимально рассеянного белого.
[0127] Фторполимеры, используемые, в частности, для внешних слоев описываемых в данном документе многослойных пленок, являются уникальными материалами, так как они проявляют замечательный диапазон свойств, таких как высокая прозрачность, хорошая диэлектрическая прочность, высокая чистота, химическая инертность, низкий коэффициент трения, высокая термостабильность, превосходная стойкость к атмосферным воздействиям и к УФ-излучению. Фторполимеры часто используются в применениях, требующих высоких эксплуатационных характеристик, при которых часто необходимо сочетание вышеперечисленных свойств. Тем не менее, из-за их низкой поверхностной энергии фторполимеры сложно увлажнить большинством, если не всеми, нефторполимерными материалами, либо жидкими, либо твердыми.
[0128] Следовательно, общей проблемой, связанной с фторполимерами, является трудная адгезия к нефторполимерным поверхностям. Кроме того, эта проблема является особенно острой для фторполимерных композитных ламинатов, у которых по меньшей мере один слой не является фторполимером.
[0129] Данное изобретение обеспечивает новые многослойные пленки и способы получения многослойных пленок путем использования подходящих материалов вместе с многократным нанесением слоев с последующей дополнительной факультативной обработкой поверхности. В общем, многослойные пленки данного изобретения включают внешний слой, содержащий модифицированный фторполимер, и описываемый(описываемые) в данном документе внутренний(внутренние) слой(слои), имеющий(имеющие) полимерную матричную/содержащую порошковый наполнитель пленку(пленки).
[0130] Выражение "модифицированный фторполимер", как подразумевается, включает фторполимеры, которые являются либо объемно модифицированными, либо поверхностно модифицированными, или и первыми, и вторыми. Объемная модификация фторполимера включает включение полярной функциональной группы, которая включена или привита в или на фторполимерный скелет. Этот тип модифицированного фторполимерного материала может быть использован в сочетании с немодифицированным фторполимерным слоем и нефторполимерным слоем или в качестве основного фторполимерного слоя. Например, модифицированный малеиновым ангидридом ETFE пригоден, чтобы прикреплять нейлон к необработанной ETFE основе.
[0131] Поверхностная модификация фторполимеров представляет собой другой способ получения модифицированного фторполимера, пригодного в данном изобретении. Как правило, полярные функциональные группы прикрепляются к поверхности фторполимера, делая его более легко смачиваемым, и обеспечивают возможности для химического связывания. Существует несколько способов функционализировать поверхность фторполимера, включая химическое травление, физико-механическое травление, травление плазмой, обработку в коронном разряде, химическое осаждение паровой фазы или любую их комбинацию. В варианте осуществления химическое травление включает аммоний-натрий или нафталин натрия. Иллюстративное физико-механическое травление может включать пескоструйную очистку и абразивный износ газом с диоксидом кремния. В другом варианте осуществления травление плазмой включает реакционные плазмы, такие как водород, кислород, ацетилен, метан и их смеси с азотом, аргоном и гелием. Обработка в коронном разряде может включать реакционные пары углеводородов, таких как кетоны, например, ацетон, спирты, р-хлорстирол, акрилонитрил, пропилен диамин, безводный аммиак, стиролсульфоновая кислота, тетрахлорид углерода, тетраэтиленпентамин, циклогексиламин, тетраизопропилтитанат, дециламин, тетрагидрофуран, диэтилентриамин, третичный бутиламин, этилендиамин, толуол-2,4-диизоцианат, глицидилметакрилат, триэтилен тетрамин, гексан, триэтиламин, метиловый спирт, винилацетат, метилизопропиламин, винилбутиловый эфир, метилметакрилат, 2-винилпирролидон, метилвинилкетон, ксилен или их смеси.
[0132] Некоторые техники используют комбинацию этапов, включающих один из этих способов. Например, активация поверхности может быть выполнена с помощью плазмы или коронного разряда в присутствии разновидности возбужденного газа. Например, поверхностная активация может быть выполнена с помощью обработки в коронном разряде в присутствии газа растворителя, такого как ацетон.
[0133] Не желая ограничиваться теорией, был обнаружен способ обеспечения сильной адгезии между слоями на границе раздела модифицированного фторполимера и нефторполимера (или второго модифицированного фторполимера). Так, каждая из фторполимерной и нефторполимерной формы формируются отдельно. Затем, фторполимерную форму обрабатывают на поверхности посредством способа обработки, описанного в патентах США №№3030290, 3255099, 3274089, 3274090, 3274091, 3275540, 3284331, 3291712, 3296011, 3391314, 3397132, 3485734, 3507763, 3676181, 4549921 и 6726979, идеи которых включены в данный документ в их полноте для всех целей. Далее, полученные модифицированную фторполимерную и нефторполимерную формы приводят в контакт друг с другом, например, с помощью теплового ламинирования, с образованием многослойной пленки. Наконец, многослойную пленку можно подвергнуть УФ облучению с длинами волн в УФА; УФВ- и/или УФС-диапазоне.
[0134] В одном аспекте поверхность фторполимерной основы обрабатывают коронным разрядом, где область электрода заполняют парами ацетона, тетрагидрофурана, метилэтилкетона, этилацетата, изопропилацетата или пропилацетата.
[0135] Коронный разряд производится емкостным обменом газообразной среды, которая присутствует между двумя удаленными электродами, по меньшей мере один из которых изолирован от газообразной среды диэлектрическим барьером. Коронный разряд является несколько ограниченным в происхождении альтернативными токами из-за его емкостной природы. Это явление с высоким напряжением и низким током, при этом напряжения обычно измеряются в киловольтах, а токи измеряются в миллиамперах. Коронные разряды могут поддерживаться в широких диапазонах давления и частоты. Давления от 0,2 до 10 атмосфер, как правило, определяют пределы проведения коронного разряда и атмосферные давления, как правило, являются предпочтительными. Традиционно можно использовать частоты в диапазоне от 20 Гц до 100 МГц: в частности, диапазонами являются от 500 Гц, особенно 3000 Гц - 10 МГц.
[0136] При использовании диэлектрических барьеров для изоляции каждого из двух удаленных друг от друга электродов от газообразной среды явление коронного разряда часто называется безэлектродный разряд, тогда как при использовании одного диэлектрического барьера для изоляции только одного из электродов от газообразной среды полученный коронный разряд часто называют полукоронный разряд. Выражение "коронный разряд" используют в данном описании изобретения для обозначения обоих типов коронного разряда, то есть как безэлектродного разряда, так и полукоронного разряда.
[0137] Все детали, касающиеся процедуры обработки в коронном разряде, приведены в ряде патентов США, принадлежащих Е.I. du Pont de Nemours and Company, США, описаны в патенте США №3676181 и патенте США №6726979, Saint-Gobain Performance Plastics Corporation, которые включены в данный документ в их полноте. Пример предложенной методики может быть найден в патенте США №3676181 (Kowalski). Атмосфера для оборудования для герметичной обработки составляет 20% ацетона (по объему) в азоте и является постоянной. Внешний слой непрерывно подаваемой многослойной пленки или пленки с порошковым наполнителем, например, подвергается действию от 0,15 до 2,5 Вт час на кв. фут поверхности пленки/листа. Фторполимер может быть обработан на обеих сторонах пленки/формы для повышения адгезии. Материал может затем быть помещен на несиликонизированный адгезивный материал для хранения. Материалы, которые являются С-обработанными, хранятся более 1 года без существенной потери поверхностной смачиваемости, связующих свойств и адгезии.
[0138] В другом аспекте поверхность фторполимерной основы обрабатывают плазмой. Фраза "усиленное плазмой химическое осаждение из паровой фазы" (PECVD) является известной из уровня техники и относится к способу, который осаждает тонкие пленки из газообразного состояния (пар) в твердую фазу на основе. Существует несколько химических реакций, вовлеченных в этот процесс, которые проходят после образования плазмы из реакционных газов. Плазма, как правило, создается с помощью RF (АС) частоты или разряда постоянного тока между двумя электродами, между которыми размещена основа, а пространство заполнено реакционными газами. Плазма представляет собой любой газ, в котором существенный процент атомов или молекул является ионизированным, давая в результате реакционно-способные ионы, электроны, радикалы и УФ-излучение.
[0139] В другом иллюстративном варианте осуществления по меньшей мере одна главная поверхность фторполимерного слоя включает коллоидный диоксид кремния. Коллоидный диоксид кремния обычно присутствует в растворе в количестве для обеспечения адгезии между первым слоем и вторым слоем. В варианте осуществления коллоидный диоксид кремния присутствует в растворе, что отрицательно не влияет на адгезивные свойства коллоидного диоксида кремния. В примере раствор может быть водным. Коммерчески доступный раствор коллоидного диоксида кремния доступен как Ludox. В варианте осуществления связующий раствор может быть использован в дополнение к раствору коллоидного диоксида кремния. Предусматривается любой известный связующий раствор, который является совместимым с коллоидным диоксидом кремния. Например, можно использовать связующий фторполимер, такой как FEP или PFA. Обычно, связующий раствор и коллоидный диоксид кремния наносят в соотношении по меньшей мере приблизительно 25/75 по весу, например, как приблизительно 40/60 по весу, например, приблизительно 50/50 по весу или даже приблизительно 75/25 по весу.
[0140] Многослойные пленки данного изобретения могут быть использованы для защиты, в частности, электронных компонентов от влаги, атмосферных воздействий, тепла, излучения, физического повреждения и/или для изоляции компонента. Примеры оптоэлектронных компонентов включают, но без ограничений, упаковку для фотогальванических модулей на основе кристаллического кремния, тонких фотогальванических модулей на основе аморфного силикона, CIGS, DSC, OPV или CdTe OLED, LED, LCD, платы с печатным монтажом, нежесткие дисплеи и платы печатной электропроводки.
[0141] Любой из раскрытых слоев может содержать обычные добавки к составу, включая антиоксиданты, УФ-блокаторы, УФ-стабилизаторы, стабилизаторы стерически затрудненных аминов, отвердители, сшиватели, дополнительные пигменты, технологические добавки и подобное.
[0142] Многослойные пленки, описанные выше, обеспечивают определенные преимущества, которые, как правило, не обнаруживаются другими многослойными пленками. Например, включение полиимидного слоя играет роль хорошего диэлектрического изоляционного материала, так как он имеет номинальное значение приблизительно 7000 Вольт/миллидюйм диэлектрической пробивной прочности. Полиимидный материал также обеспечивает превосходную термостабильность, хорошие механические свойства, стойкость к облучению и превосходную стойкость к действию химических соединений.
[0143] Путем нанесения фторполимера непосредственно на полиимидную, поликарбонатную, алюминиевую, титановую или стальную пленку целостность соединения между двумя несходными материалами обеспечивает преимущество по сравнению с ламинированной конструкцией. Например, покрытая многослойная пленка не будет иметь воздушных зазоров или пузырьков между слоями, которые могут вызвать расслоение или образование электрической недопрессовки, которая может развить частичную разрядку. Комбинация различных фторполимеров (на одной или обеих сторонах субстрата, например, полиимида, поликарбоната, алюминия, титана или стали) может быть задана с помощью процесса нанесения покрытия многочисленным окунанием с целью придания желательных характеристик конечной многослойной пленке. Дополнительно, как указано выше, можно добавить частицы для получения непрозрачной пленки, которая обеспечивает повышенную отражающую способность и общую эффективность фотогальванического модуля. Порошковый материал может быть нанесен в ходе процесса нанесения покрытия как часть фторполимерной литьевой композиции или после этого с высокотемпературным, высокопигментированным покрытием, таким как те, которые можно заметить на этикетке со штрих-кодом.
[0144] Данное изобретение будет далее описано со ссылкой на следующие не ограничивающие Примеры. Будет очевидным для специалистов в данной области техники, что в описанных вариантах осуществления могут быть произведены многие изменения, не отклоняясь от объема данного изобретения. Таким образом, объем данного изобретения не следует ограничивать вариантами осуществления, описанными в данной заявке, но лишь вариантами осуществления, описанными в формуле изобретения и эквивалентами таких вариантов осуществления. Если не указано иное, все процентные содержания представлены по весу.
[0145] Примеры
[0146] Получение отлитых фторполимерных пленок
[0147] Общая процедура для литья пленок
2
[0148] (а) Получают водную дисперсию с органическими или неорганическими наполнителями, такими как белый пигмент (TiO, ZnO или другие описанные в данном документе).
[0149] (b) Получают водную дисперсию, которая включает образующий пленку полимерный материал, выбранный из любого из описанных в описании данного изобретения, и, в частности, фторполимер. Эта дисперсия может содержать водную дисперсию, описанную в этапе (а).
[0150] (с) Ленту-носитель можно затем погрузить в дисперсию, описанную в этапе (b), так чтобы на ленте-носителе сформировалось покрытие дисперсии.
[0151] (d) Покрытую ленту-носитель пропускают через зону дозирования для удаления излишка дисперсии.
[0152] (е) Прошедший через зону дозирования покрытый носитель высушивают для удаления воды из дисперсии.
[0153] (f) Высушенный покрытый носитель затем нагревают до температуры, достаточной для затвердевания дисперсии, где лента-носитель сформирована из материала с низкой теплоемкостью, имеющего химическую и пространственную стабильность при температуре затвердевания дисперсии и действие адгезии между лентой-носителем и дисперсией, которое не превышает предельное напряжение сдвига затвердевшей фторполимерной пленки.
[0154] (g) Этап (с) - Этап (f) можно повторить при необходимости для литьевых многослойных пленок. По меньшей мере одно из дисперсионных покрытий будет содержать дисперсию, описанную в этапах (а) или (b).
[0155] (h) Факультативно, пленку удаляют с носителя (такого как полиимид).
[0156] (i) Факультативно, многослойную пленку можно подвергнуть С-обработке на одной стороне или обеих сторонах или иным образом так, чтобы поверхность можно было обработать с тем, чтобы она стала клеящейся.
[0157] Дисперсии:
2
[0158] Дисперсия PTFE с 22 объем. % TiO
2
2
[0159] Смешивать 3384 г дисперсии PTFE (Daikin, 59% твердых веществ), 1772 г суспензии TiO (DuPont R-900 TiO, 60% твердых веществ) и 1400 деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 32 г модифицированного фторалкильного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) к смеси и смешивать в течение дополнительных 10 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
2
[0160] Дисперсия PTFE с 14,8 об.% TiO
2
2
[0161] Смешивать 3000 г дисперсии PTFE (Daikin, 59% твердых веществ), 990 г суспензии TiO (DuPont R-900 TiO, 60% твердых веществ) и 800 деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 24 г модифицированного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) к смеси и смешивать в течение дополнительных 10 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
2
[0162] Дисперсия PTFE с 12% TiO
2
2
[0163] Смешивать 1532 г дисперсии PTFE (Daikin, 59% твердых веществ), 400 г суспензии TiO (DuPont R-900 TiO, 60% твердых веществ) и 550 деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 10 г модифицированного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) к смеси и смешивать в течение дополнительных 10 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
2
[0164] Дисперсия PTFE с 38 объем. % TiO
2
2
[0165] Смешивать 3000 г дисперсии PTFE (Daikin, 60% твердых веществ), 3440 г TiO суспензии (DuPont R-900 TiO, 60% твердых веществ) и 3500 г деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 50 г модифицированного фторалкильного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) к смеси и смешивать в течение дополнительных 10 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
2
[0166] Дисперсия PTFE с 4 объем. % TiO
2
2
[0167] Смешивать 7659 г дисперсии PTFE (Daikin, 60% твердых веществ), 666 г суспензии TiO (DuPont R-900 TiO, 60% твердых веществ) и 1625 г деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 50 г модифицированного фторалкильного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) к смеси и смешивать в течение дополнительных 10 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
2
[0168] Дисперсия PTFE с 41 объем. % TiO
2
2
[0169] Смешивать 550 г дисперсии PTFE (Daikin, 60% твердых веществ), 826 г суспензии TiO (DuPont R-900 TiO, 60% твердых веществ) и 600 г деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 10 г модифицированного фторалкильного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) и 13,2 г акрилового сополимера (Rohm and Haas, 100% твердых веществ) к смеси и смешивать в течение дополнительных 10 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
2
[0170] Дисперсия PTFE с 28 объем. % TiO
2
2
[0171] Смешивать 3970 г дисперсии PTFE (Daikin, 60% твердых веществ), 2870 г суспензии TiO (DuPont R-900 TiO, 60% твердых веществ) и 3110 г деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 50 г модифицированного фторалкильного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) к смеси. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
2
[0172] Дисперсия PTFE с 3 объем. % TiO
2
2
Смешивать 728 г дисперсии PTFE (Daikin, 60% твердых веществ), 105 г суспензии TiO (DuPont R-900 TiO, 60% твердых веществ) и 172 г деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 5 г модифицированного фторалкильного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) к смеси. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
[0173] Дисперсия PTFE с 2 об.% углеродной сажи
[0174] Смешивать 816 г дисперсии PTFE (Daikin, 60% твердых веществ), 33 г суспензии углеродной сажи (Aqua black, TOKAI, 30% твердых веществ) и 143 г деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 5 г модифицированного фторалкильного поверхностно-активного вещества (Ciba, 60% твердых веществ) и 3 грамма акрилового сополимера (Rohm and Haas, 100% твердых веществ) к смеси. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
[0175] Чистая дисперсия PTFE без наполнителя
[0176] Смешивать 796 г дисперсии PTFE (Daikin, 59% твердых веществ) и 157 деионизированной воды в течение 30 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
[0177] Чистая дисперсия PFA без наполнителя
[0178] Смешивать 1480 г дисперсии PFA (DuPont, 58-62% твердых веществ) и 2520 г деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 10 г модифицированного неионного поверхностно-активного вещества (DuPont, 50% твердых веществ) к смеси и смешивать в течение дополнительных 10 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
[0179] Чистая дисперсия FEP без наполнителя
[0180] Смешивать 1000 г дисперсии FEP (DuPont, 41% твердых веществ) и 450 г деионизированной воды в течение 30 минут. Добавить 2,25 г модифицированного неионного поверхностно-активного вещества (DuPont, 50% твердых веществ) к смеси и смешивать в течение дополнительных 10 минут. Профильтровать раствор через сито с размером ячейки 10 микрон.
[0181] Следующие пленки были получены согласно общей процедуре:
[0182] Пример 1
[0183] С помощью описанных выше общей процедуры и способа получили четырехслойную пленку со следующей конструкцией:
PTFE с 22,0 об.% TiO<sub>2</sub>
PTFE с 22,0 об.% TiO<sub>2</sub>
PTFE с 22,0 об.% TiO<sub>2</sub>
FEP (без наполнителя)
[0184] Общая толщина пленки: 1,1 миллидюйма
[0185] Пример 2
[0186] С помощью описанных выше общей процедуры и способа получили пятислойную пленку со следующей конструкцией:
PTFE (без наполнителя)
PTFE с 14,8 об.% TiO<sub>2</sub>
PTFE с 14,8 об.% TiO<sub>2</sub>
PTFE с 14,8 об.% TiO<sub>2</sub>
FEP (без наполнителя)
[0187] Общая толщина пленки: 1,1 миллидюйма
[0188] Пример 3
PTFE с 12 об.% TiO<sub>2</sub>
PTFE c 12 o6.% TiO<sub>2</sub>
PTFE c 12 o6.% TiO<sub>2</sub>
FEP (без наполнителя)
[0189] Общая толщина пленки 1,1 миллидюйма
[0190] Измерили следующие свойства:
Пример
Пропускание (%)
Непрозрачность (%)
Диэлектрическая пробойная прочность (кВ)
1
7,4
92,6%
1,65
2
9,8
90,2
3,91
3
9,5
90,5
4,04
Tedlar (PV2111)
12,9
87,1
3,00
[0191] Tedlar PV2111 является коммерческой пленкой, продаваемой DuPont, и используется при наслоении PV подложки. Толщина пленки составляет 1,0 миллидюйм.
[0192] Значение диэлектрической пробойной прочности >=3,00 кВ, как правило, рассматривается приемлемым для 1 миллидюймовой PV пленки-подложки.
[0193] Способы испытания:
[0194] Измерения диэлектрической пробойной прочности, как правило, производили согласно ASTM D149, используя прибор для измерения параметров диэлектрика QC101A, Beckman. Пленки помещали между круглыми электродами, имеющими диаметр 0,25 дюйма. Напряжение постоянного тока с линейным изменением затем прилагали с постоянной скоростью изменения (обычно 500 В/с), начиная с нуля вольт. Напряжение, при котором наблюдался прожог толщины пленки, регистрировали как диэлектрическое пробойное напряжение.
[0195] Пропускание света измеряли согласно ASTM E424, используя спектрофотометр Color-Eye 7000A, Gretag Macbeth. Область сканирования длин волн составляла 400 нм - 750 нм. Сканирование поправки на фон проводили, оставляя камеру для измерения пропускания пустой и отражательный стандарт в камере для измерения отражательной способности. Пленки затем загружали в камеру для измерения пропускания вспомогательного приспособления и определяли % общего пропускания (диффузия + равномерное пропускание). % непрозрачности =100% - % пропускания.
[0196] Пример 4
[0197] С помощью описанных выше общей процедуры и способа получили пятислойную пленку со следующей конструкцией:
Композиция
Толщина (миллидюймы)
PFA - без наполнителя
0,10
PTFE - без наполнителя
0,35
PTFE с 38 об.% TiO<sub>2</sub>
0,35
PTFE с 4 об.% TiO<sub>2</sub>
0,20
FEP - без наполнителя
0,10
Общая (9,6 об.% TiO<sub>2</sub>)
1,10
[0198] Пример 5
[0199] С помощью описанных выше общей процедуры и способа получили пятислойную пленку со следующей конструкцией:
Композиция
Толщина (миллидюймы)
PFA - без наполнителя
0,03
PTFE - без наполнителя
0,35
PTFE c 41 об.% TiO<sub>2</sub>
0,35
PTFE без наполнителя
0,25
FEP - без наполнителя
0,03
Общая (11,6 об.% TiO<sub>2</sub>)
1,01
[0200] Пример 6
[0201] С помощью описанных выше общей процедуры и способа получали трехслойную пленку со следующей конструкцией:
Композиция
Толщина (миллидюймы)
PTFE с 22 об.% TiO<sub>2</sub>
0,35
PTFE с 22 об.% TiO<sub>2</sub>
0,35
FEP - без наполнителя
0,20
Общая (16,4 об.% TiO<sub>2</sub>)
0,90
Измеренные свойства
Диэлектрическая прочность (кВ)
Непрозрачность (%)
СПВП (г/м<sup>2</sup>/день)
Отражающая способность (%)
Пример 4
6,1
81,91
7,72
77,91
Пример 5
4,9
83,04
10,5
78,53
Пример 6
1,6
85,47
127
81,28
[0202] Пример 7
[0203] С помощью описанных выше общей процедуры и способа получили пятислойную пленку со следующей конструкцией:
Композиция
Толщина (миллидюймы)
PFA-без наполнителя
0,05
PTFE - без наполнителя
0,25
PTFE с 28 об.% TiO<sub>2</sub>
0,40
PTFE с 3 об.% TiO<sub>2</sub>
0,25
FEP - без наполнителя
0,05
Общая (10,5 об.% TiO<sub>2</sub>)
1,0
Диэлектрическая прочность (кВ)
Непрозрачность (%)
СПВП (г/м<sup>2</sup>/день)
Отражающая способность (%)
Пример 7
3,98
80,79
12,7
76,39
Пример 8
[0204] С помощью описанных выше общей процедуры и способа получили пятислойную пленку со следующей конструкцией:
Композиция
Толщина (миллидюймы)
PFA - без наполнителя
0,05
PTFE - без наполнителя
0,25
PTFE с 28 об.% TiO<sub>2</sub>
0,40
PTFE с 2 об.% углеродной сажей
0,15
FEP - без наполнителя
0,05
Общая (10,9 об.% TiO<sub>2</sub>)
0,90
Диэлектрическая прочность (кВ)
СПВП (г/м<sup>2</sup>/день)
Непрозрачность (%)
Отражающая способность (%)
Цвет L*А*В* (L*)
Сторона 1
Сторона 1
Сторона 2
Пр.8
3,0
14
98,8
67,7
87,1
7,7
[0205] Примеры 4-8 исследовали следующим образом: диэлектрическую пробивную прочность измеряли согласно ASTM D3755, Стандартный способ испытания напряжения диэлектрического пробоя и диэлектрической прочности твердых изоляционных материалов в градиенте постоянного напряжения. Коэффициент отражения солнечной энергии измеряли согласно ASTM E424, Стандартные способы испытания пропускания солнечной энергии и отражающей способности (наземной) листовых материалов; скорость проникновения водяных паров измеряли согласно ASTM F1249, Скорость проникновения водяных паров через пластиковую пленку и листовой материал с помощью регулируемого инфракрасного датчика; и непрозрачность измеряли согласно способу ASTM E424.
[0206] Хотя данное изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть произведены изменения в деталях без отклонения от сущности и объема изобретения. Все ссылки, приводимые в данном описании изобретения, включены в данный документ в их полном объеме. Специалистам в данной области техники будет понятно, или они будут способны установить с помощью простейшего эксперимента, многие эквиваленты специфическим вариантам осуществления данного изобретения, конкретно описанным в данном документе. Подразумевается, что такие эквиваленты включены в объем формулы изобретения.