ОКОННЫЕ ПЛЕНКИ С НИЗКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ИЗЛУЧЕНИЯ И ЭКРАНИРУЮЩИЕ ЭМП
LOW-EMISSIVITY AND ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE SCREENING WINDOW FILMS

Настоящее изобретение относится к области оконных пленок, обладающих низким коэффициентом излучения (low e) для минимизации переноса тепловой энергии в результате излучения и пригодных для экранизации электромагнитных помех (ЭМП).
Стеклянные окна с низким коэффициентом излучения (low e) предназначены для пропускания частот с определенной полосой пропускания через окно, например видимого света, одновременно отражая другие частоты, лежащие вне желаемой полосы пропускания, например область инфракрасного излучения (ИК). Низкий коэффициент излучения обуславливает высокую степень отражения определенных волн в ИК-спектре и служит для улучшения теплоизоляции окон в зданиях и транспортных средствах. Поэтому окна с низким коэффициентом излучения находят конкретное применение в холодном климате для сбережения тепла в жилых домах, офисах и автомобилях и других обогреваемых средах, уменьшая утечку через окно теплого воздуха изнутри помещения в холодную внешнюю сторону. Такие окна с низким коэффициентом излучения полезны также в жарком климате для отражения излучения тепловой энергии от нагретой внешней стороны через окно, таким образом сохраняя прохладную температуру в помещении. Эти окна эффективны для обеспечения комфорта, видимости и увеличенного энергосбережения.
Само оконное стекло может изготавливаться для обеспечения характеристик низкого коэффициента излучения. В процессе изготовления и перед монтажом стекло обрабатывают и/или покрывают тонкими металлическими слоями, между прочим, для достижения желательного отражения ИК-излучения. Примеры такой обработки и покрытия описаны в патентах США № 6852419 и 7659002. Однако обработанное таким способом стекло проблематично по ряду причин. Во-первых, оно, как правило, не обеспечивает соответствующей защиты от ультрафиолетового (УФ) излучения. Во-вторых, металлическое или другое покрытие может оказаться недостаточной защитой от окружающей среды, что вызвано уменьшением механической прочности и подверженностью стекла коррозии. В связи с этим, если стекло корродирует или разбивается, приходится заменять все окно. Это не только дорого, но может оказаться сложным сохранить вид и цвет оригинального обрамления стеклянных окон.
Более практичный и экономичный подход заключается в использовании гибких полимерных пленок, которые можно приклеивать к оконному стеклу. Такие пленки широко распространены и выполняют различные функции регулирования солнечной энергии. Пленки легко наносить, их удобно удалять и заменять и можно быстро изготовить копию цвета и вида заменяемой пленки. Кроме того, гибкие пленки облегчают переоснащение существующих прозрачных оконных стеклопакетов и могут придавать им функцию регулирования солнечной энергии. В связи с этим полимерные пленки могут также добавлять уровень защиты от повреждения УФ-излучением предметов домашнего обихода, например выцветания мебели.
Большинство пленок, регулирующих солнечную энергию, изготовлено путем металлизации полимерной пленочной подложки, обычно из полиэтилентерефталата (ПЭТ), с последующим ламинированием второй пленкой из ПЭТ, наносимой на металлизированную поверхность пленочной подложки. Эти предшествующие пленки, регулирующие количество солнечной энергии, однако жертвуют пропусканием видимого света (т.е. количеством видимого света, проходящего сквозь пленку, «VLT») для достижения желаемого коэффициента излучения, или наоборот, и ограничены до коэффициента излучения на уровне около 0,3, в лучшем случае.
Пример такой оконной пленки с низким коэффициентом излучения (на уровне около 0,3) раскрыт в патенте США № 6030671. Эта и другие оконные пленки с низким коэффициентом излучения используют металлический слой для отражения ИК-излучения; однако металл подвержен коррозии, образованию царапин и истиранию. Поэтому в подобном случае защитное твердое покрытие находится поверх металлических слоев и обращено внутрь отражаемого пространства (т.е. внутрь пространства помещения). Такое защитное твердое покрытие является обычным сшитым полиэфиром акрилата и нуждается в нанесении пленки, устойчивой к растрескиванию, коррозии, образованию царапин и истиранию.
Поскольку такое твердое покрытие поглощает ИК-излучение и расположено между отражающим ИК-излучение слоем и внутренним пространством помещения, оно уменьшает коэффициент излучения композита пленки. Таким образом, толщина твердого покрытия приводит к компромиссу между достаточной толщиной для функционирования в качестве защитного покрытия и поддержанием минимально допустимого поглощения ИК-излучения. В любом случае, твердое покрытие, как правило, не обеспечивает достаточной устойчивости к истиранию, а если твердое покрытие было достаточно толстым для нанесения пленки с необходимой стойкостью, остается сильное ухудшающее влияние на значения коэффициентов излучения. Например, в патенте США № 6030671 описана толщина твердого покрытия, нанесенного поверх оптических слоев (т.е., ПЭТ и металлические слои), между 1-3 мкм и твердое покрытие, имеющее толщину 3,0 мкм, это приводит к тому, что композит пленки имеет коэффициент излучения больше, чем 0,35. Кроме того, чтобы достичь такого коэффициента излучения композита пленки, пропускание видимого света (VLT) было ограничено примерно до 50%.
Кроме регулирования ИК-излучения существует необходимость в регулировании электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение различных частот, излучаемое многими устройствами, используется в широком спектре оборудования, включая жилища, рабочие места в офисах, производственные и военные объекты, суда, самолеты и другие структуры. Примерами таких устройств являются компьютеры, компьютерные мониторы, компьютерные клавиатуры, радиооборудование, устройства связи и другие. Если это излучение выделяется из объекта, его можно перехватить и анализировать с целью расшифровки данных, которые связаны или зашифрованы в выделенном излучении. Например, существует технология реконструкции изображения, появляющегося на компьютерном мониторе в здании, из удаленного места за пределами здания или из места в здании, путем обнаружения определенных волновых частот от экрана монитора, даже если экран монитора не находится в поле зрения удаленного места. Это выполняется с помощью известных методов, в которых некоторые частоты света от экрана монитора, даже после отражения от различных поверхностей внутри здания или помещения, где расположен монитор, выделяются и перехватываются, и анализируются в другом месте за пределами здания или помещения, где расположен монитор. Очевидно, что возможность для злоумышленника перехватывать такое излучение представляет значительный риск безопасности, который желательно исключить в объектах, где необходима секретность.
Хотя стены, такие как кирпичные, из блоков каменной кладки или каменные стены, могут эффективно предотвращать утечку световых частот из объекта, радиочастоты проходят через стены, которые недостаточно экранированы для предотвращения такого прохождения. Кроме того, окна дают возможность выхода излучения наружу, где оно может быть перехвачено, и могут допускать проникновение различных форм излучения, таких как лазерные лучи, инфракрасные и радиочастоты, в объект. В результате, незащищенные или секретные данные могут быть собраны внутри здания.
Действительно, правительство США уже давно обеспокоено тем, что электронное оборудование, такое как компьютеры, принтеры и электронные печатающие устройства, выделяет электронное излучение. Программа TEMPEST (аббревиатура для стандарта на переходные электромагнитные импульсные излучения) была создана для внедрения стандартов, которые должны уменьшать возможность утечки излучения от устройств, используемых для обработки, передачи или хранения незащищенных данных. Это обычно делается либо путем проектирования электронного оборудования для уменьшения или устранения переходного излучения, либо путем экранирования оборудования (или иногда помещения или всего здания) медью или другими проводящими материалами. Обе альтернативы могут быть очень дорогими.
Отсутствие окон в здании, очевидно, сведет к минимуму указанный риск безопасности. Тем не менее, недостатки здания без окон или закрытого здания очевидны. Поэтому было бы весьма желательно предотвратить утечку излучения, связанного с данными, через окна, в то же время позволяя другому излучению проходить через них, так что пользование визуальными эффектами, обеспечиваемое окнами, можно получить без ненужного риска безопасности.
Необходимость уменьшения нежелательного воздействия электромагнитного излучения привела к разработке оконных фильтров и пленок для блокирования передачи нежелательных электромагнитных помех (ЭМП). Такие экранирующие ЭМП пленки, однако, как правило, не обладают необходимым низким коэффициентом излучения и высокой степенью VLT, отмеченной ранее.
Учитывая бесконечную необходимость повышения эффективности использования энергии и важность безопасности в современном конкурентном рынке, требуется пленка, которая могла бы сохранять энергию и конфиденциальность электронных данных, поддерживая соответствующую защиту от воздействия окружающей среды.
Вследствие этих и других технических проблем, описанных в настоящем документе, среди прочих - низкий коэффициент излучения прозрачной композитной пленки, содержащей прозрачную пленочную подложку; подстилающий слой из устойчивого к истиранию материала твердого покрытия, совместимого с прозрачной пленочной подложкой; и, по меньшей мере, один отражающий инфракрасное излучение слой; композитную пленку, обладающую коэффициентом излучения не более 0,30, в которой подстилающий слой расположен между прозрачной пленочной подложкой и отражающим инфракрасное излучение слоем.
В некоторых вариантах воплощения отражающий инфракрасное излучение слой может состоять из металлического слоя, выбранного из группы, включающей в себя алюминий, медь, золото, никель, серебро, платину, палладий, вольфрам, титан или их сплавы. В другом варианте воплощения композитная пленка дополнительно содержит прозрачное защитное поверхностное покрытие, обладающее толщиной в высушенном состоянии не более 0,5 мкм, и защитное поверхностное покрытие, расположенное поверх отражающего инфракрасное излучение слоя.
Подстилающий слой может обладать показателем мутности при истирании (abrasion delta haze) не более чем 5 процентов. В некоторых вариантах воплощения отражающий инфракрасное излучение слой содержит, по меньшей мере, одну тонкую металлическую пленку, способную защищать отражающий инфракрасное излучение слой. В другом варианте воплощения тонкая металлическая пленка состоит из металлов, выбранных из группы, включающей в себя никель, хром, ниобий, платину, кобальт, цинк, молибден, цирконий, ванадий и их сплавы. В еще одном варианте воплощения тонкая металлическая пленка включает в себя сплав никеля-хрома.
Композитная пленка может также включать, по меньшей мере, один разделительный слой, состоящий из прозрачного проводящего слоя, непроводящего слоя или их сочетания. В одном варианте воплощения разделительный слой включает в себя материал, выбранный из группы, включающей в себя оксид индия, оксид индия-цинка или оксид индия-олова.
Композитная пленка может также включать множество тонких разделительных слоев, расположенных между множеством прозрачных проводящих слоев.
Кроме того, предлагаемая прозрачная композитная пленка с низким коэффициентом излучения, включающая в себя прозрачную пленочную подложку; подстилающий слой из устойчивого к истиранию материала твердого покрытия, совместимого с прозрачной пленочной подложкой; и, по меньшей мере, один отражающий инфракрасное излучение слой; причем композитная пленка, обладающая коэффициентом излучения не более 0,25.
Композитная пленка может также иметь коэффициент излучения не более 0,20. В одном варианте воплощения композитная пленка имеет степень пропускания видимого света до 75 процентов.
Композитная пленка может также иметь коэффициент излучения не более 0,10. В одном варианте воплощения композитная пленка имеет степень пропускания видимого света от 28 процентов до 47 процентов. В другом варианте воплощения композитная пленка имеет степень пропускания видимого света до 70 процентов.
В некоторых вариантах воплощения устойчивый к истиранию материал твердого покрытия композитной пленки выбран из группы, состоящей из высокосшитых полимерных покрытий, термически отверждаемых акрилатных покрытий, термически отверждаемых золь-гелевых покрытий на основе силикатов, титанатов, цирконатов или их смесей, гибридных органических-неорганических золь-гелевых материалов, термически отверждаемых силоксановых твердых покрытий и термически отверждаемых полиакрилатных покрытий. В одном варианте воплощения подстилающий слой состоит из отверждаемого ультрафиолетовым излучением полиакрилового композита. В другом варианте воплощения подстилающий слой состоит из отверждаемого ультрафиолетовым излучением полиакрилового композита, содержащего наночастицы оксида металла.
В других вариантах воплощения слой, отражающий инфракрасное излучение, может состоять из металлического слоя, выбранного из группы, включающей в себя алюминий, медь, золото, никель, серебро, платину, палладий, вольфрам, титан или их сплав.
Кроме того, предложен способ изготовления прозрачной композитной пленки с низким коэффициентом излучения. Способ включает в себя следующие этапы: создание прозрачной пленочной подложки; смешивание материала твердого покрытия, устойчивого к истиранию, состоящего из полиакрилатного композита, для образования смеси; нанесение смеси на одну сторону прозрачной пленочной подложки; отверждение покрытой стороны подложки для образования подстилающего слоя; и напыление отражающего ультрафиолетовое излучение слоя на подстилающий слой.
Сущность изобретения поясняется на чертежах.
Фиг. 1 - поперечное сечение одного варианта воплощения оконной пленки с низким коэффициентом излучения и экранирующей ЭМП, которая включает в себя защитное поверхностное покрытие, клейкий слой и покровную пленку.
Фиг. 2 - поперечное сечение другого варианта воплощения оконной пленки с низким коэффициентом излучения и экранирующей ЭМП, которая включает в себя защитное поверхностное покрытие.
Фиг. 3 - поперечное сечение другого варианта воплощения оконной пленки с низким коэффициентом излучения и экранирующей ЭМП, которая включает в себя защитное поверхностное покрытие.
Фиг. 4 - поперечное сечение другого варианта воплощения оконной пленки с низким коэффициентом излучения и экранирующей ЭМП, которая включает в себя защитное поверхностное покрытие.
Предложены, среди прочего, композитные пленки, которые обладают значительно уменьшенным коэффициентом излучения в сравнении с обычными оконными пленками, вместе с тем обеспечивающие желаемый уровень пропускания видимого света (VLT), увеличивающие устойчивость к растрескиванию и истиранию и экранирующие электромагнитные помехи (ЭМП). В одном варианте воплощения композитная пленка состоит из прозрачной пленочной подложки, имеющей на одной стороне подстилающий слой, состоящий из устойчивой к истиранию отверждаемой акрилатной смолы и, по меньшей мере, одного отражающего инфракрасное излучение слоя, покрывающего подстилающий слой.
Подстилающий слой преимущественно увеличивает механическую прочность и, неожиданно, устойчивость к истиранию композитной пленки, даже если подстилающий слой не находится на наружной стороне композитной пленки. Иначе говоря, подстилающий слой находится между поверхностью, с которой соединен композит, и отражающим ИК-излучение слоем, таким образом, отражающий ИК-излучение слой более сильно открыт к зоне, которую желательно отражать. Таким образом, если композитная пленка расположена на внутренней части окна, ИК-излучение изнутри помещения не будет проходить через подстилающий слой, с тем чтобы отражаться от него. Как вариант, если композитная пленка расположена на наружной части окна, ИК-излучение снаружи или извне не будет проходить через подстилающий слой, с тем чтобы отражаться от него. В результате, коэффициент излучения (т.е. способность излучать или испускать ИК-излучение) композитной пленки может быть значительно понижен.
Композитные пленки, как правило, наносят на внутреннюю или наружную поверхность окна, предпочтительно на внутреннюю. Использованный здесь термин «верхняя» относится к стороне композита, которая открыта к зоне, которую желательно отражать. В связи с этим коэффициент излучения пленки является мерой излучательной способности ИК энергии с «верхней» поверхности (например, ИК энергия, отражаемая обратно в помещение в случае расположения на внутренней части окна). С другой стороны, «нижней» является сторона композита, которая прикреплена к окну. Для целей настоящего изобретения следует также признать, что использованный здесь термин «ИК энергия», как правило, имеет в виду длинноволновое ИК-излучение, которое более непосредственно связано с теплом, чем коротковолновое ИК-излучение. Однако может отражаться любая длина волны ИК-излучения.
Однако следует отметить, что хотя композитные пленки особенно часто рассматривают для использования в качестве оконных пленок для такой области применения, специалисту должно быть понятно, что приемлемыми являются многие другие области применения. Например, композитную пленку можно прикрепить к стене здания или временной конструкции для использования в качестве изолирующего слоя или в качестве теплоизоляционного слоя для отражения тепла обратно в помещение. В этом отношении композитная пленка может, кроме того, быть декоративной и прикрепляться к стене для образования декоративного слоя на ней. Композитную пленку можно, кроме того, располагать снаружи холодной или рефрижераторной камеры, чтобы удерживать тепло от попадания в эту камеру. Кроме того, без клейкого слоя, рассмотренного ниже, как части композита, композитные пленки могут применяться в виде рулонов для использования в качестве навесов, тентов, штор или жалюзи - подвешенными вблизи окна или светового люка, но не приклеенными к нему. Для такой области применения может оказаться желательным иметь очень низкое пропускание видимого света, чтобы блокировать столько света, сколько возможно, в то же время отражая и задерживая тепло изнутри композитной пленки. Композитная пленка с клейким слоем может также использоваться в воздушном зазоре стеклопакетов. Эти дополнительные области применения являются только иллюстративными и, никоим образом, не ограничивающими. Таким образом, следует понимать, что при использовании в качестве оконной пленки, описанном в данной заявке, возможна другая область применения, что должно быть известно специалисту в данной области.
Чтобы понять суть композитной пленки согласно настоящему изобретению, важно иметь представление о свойствах и характеристиках, связанных с композитной пленкой и испытаниями, с помощью которых измеряются эти свойства и характеристики полимерных промежуточных листов. Коэффициент излучения - это относительная способность поверхности материала выделять или отражать энергию с помощью излучения, такого как ИК-излучение. Иначе говоря, теплопередача теплового излучения уменьшается, если поверхность материала обладает низким коэффициентом излучения. Это отношение энергии, излучаемой конкретным материалом, к энергии, излучаемой черным телом при одинаковой температуре и измеренной в соответствии с ASTM C1371-04A. Композитные пленки согласно настоящему изобретению обладают такими коэффициентами излучения: не более 0,38; не более 0,35; не более 0,3; не более 0,25; не более 0,2; не более 0,17; не более 0,15; не более 0,1; не более 0,07; не более 0,03; от 0,2 до 0,3; от 0,07 до 0,10; около 0,08; и около 0,17.
Процент общего отражения солнечной энергии (% TSER) представляет собой, что ясно из названия, общую солнечную энергию (тепловую), отражаемую композитной пленкой. Чем выше число, тем больше общая солнечная энергия (тепловая), которая отражается. Она рассчитывается по оптическим и теплоотражающим свойствам пленки покрытия, измеренным на спектрофотометре Varian Analytical Cary 5, в соответствии с ASTM E903-82, данные об отражении и пропускании анализировались, используя параметры, описанные Парри Муном в статье «Предлагаемые стандартные кривые солнечного излучения для технического использования», журнал Института Франклина, том 230 с. 583-618 (1940), полное раскрытие которой включено здесь посредством ссылки.
Поглощение солнечной энергии - это процент характерного солнечного излучения, которое поглощается оконной пленкой. Чем меньше число, тем меньшее количество солнечного излучения поглощается. Коэффициент отражения солнечной энергии - это процент характерного солнечного излучения, которое отражается оконной системой пленка/стекло. Чем меньше число, тем меньшее количество солнечного излучения отражается. Поглощение и отражение солнечной энергии можно измерить, используя указанный метод для измерения процента общего отражения солнечной энергии.
Пропускание видимого света - это процент всего видимого света, который пропускается через оконную систему пленка/стекло. Чем меньше число, тем меньшее количество солнечного излучения пропускается. Оно рассчитывается, используя стандартный наблюдатель Международной комиссии по освещению (CIE 1924 1931), и D65 Daylight. Композитные пленки согласно настоящему изобретения обладают пропусканием видимого света, в зависимости от излучательной способности, не более 1%; от 2% до 5%; от 25% до 50%; от 28,5% до 47%; от 30% до 45%; около 28,5%; около 47%; около 55%; вплоть до 70%; и вплоть до 75%.
Электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS) хорошо известна специалистам в данной области и применялась для изучения коррозии в течение многих лет, и является точным методом измерения скоростей коррозии. Здесь она используется для измерения сопротивления пленочного композита для коррозии под воздействием ионов хлора в растворах NaCl. Высокое значение импеданса (измеренного в МОм) означает малую степень коррозии. Композитные пленки согласно настоящему изобретению имеют значения импеданса от 3,0 МОм до 13,8 МОм; от 5,0 МОм до 13,8 МОм; от 5,0 МОм до 8,0 МОм; от 3,0 МОм до 6,2 МОм.
Степень коррозии можно также измерить методом испытаний в соляном тумане, который обеспечивает регулируемую коррозионную среду, обычно используемую для получения информации относительно устойчивости к коррозии образцов металла и покрытых металлов, подвергнутых воздействию в данной испытательной камере. Эти испытания выполняются в соответствии с ATSM B117-09. Через 1000 и 2000 часов измерялась степень коррозии образцов композитной пленки путем фотографирования и анализа изображений. Уровень коррозии основан на следующей шкале: 1 = отсутствие коррозии; 2 = очень слабая коррозия; 3 = слабая коррозия; 4 = умеренная коррозия; и 5 = сильная коррозия. В предлагаемых здесь композитных пленках коррозия не обнаружена или обнаружена очень слабая коррозия.
Коррозию композитных пленок можно также измерить методом испытаний с выдержкой в соленой воде. Композитные пленки орошают раствором соли, прикрепляют к крышке резервуара с водой и выдерживают при температуре 50°C в печи в течение нескольких дней. Через 4, 7 и 10 дней выдержки образцы промывают водопроводной водой и исследуют степень коррозии. К этим образцам также применялась приведенная выше шкала для испытаний в соляном тумане. Через 4 дня выдержки композитные пленки не обнаружили коррозии (1). Через 7 дней выдержки композитные пленки обнаружили очень слабую коррозию или не обнаружили коррозии. Наконец, через 10 дней выдержки композитные пленки обнаружили очень слабую коррозию или обнаружили слабую коррозию.
Испытания на истирание на машине Тэйбера - общепринятые испытания для оконных пленок и других пленок, применяемых для остекления или дисплеев. В этих испытаниях используется абразивная машина Тэйбера, в соответствии с ASTM D 1044, используя абразивные круги CS-T3, каждый нагруженный до 500 граммов. Поскольку абразивные круги царапают и шлифуют поверхность, пленки становились более мутными. Таким образом, дельта мутности является показателем изменения мутности пленки, подверженной истиранию абразивным кругом. Результаты указаны в величинах дельты мутности через 100 циклов истирания абразивным кругом. Например, пленка из полиэстера, как правило, будет иметь дельту мутности более 30%. Композитные пленки и, особенно, подстилающие слои согласно настоящему изобретению имеют дельту мутности истирания меньше чем 5%; от 3% до 5%; и около 4,1%.
Для спиртового испытания на истирание (называемого «испытания на устойчивость») используется прибор для определения прочности на истирание SDL Atlas типа M238BB. В качестве очищающего средства для испытаний использовался чистый (100%) изопропиловый спирт (IPA). Механическая рука со съемной тканью на конце устанавливалась в контакте с образцом пленки. Ткань пропитывалась IPA и многократно циклически перемещалась взад и вперед. Результаты являются субъективными, и продукт осматривается на наличие повреждений или прорыва до слоев, отражающих ИК-излучение, через интервалы 50 циклов. Уровень истирания основан на следующей шкале: 1 = отсутствие прорыва; 2 = очень легкий прорыв; 3 = легкий прорыв; 4 = 50% прорыв; и 5 = более чем 50% прорыв. В предлагаемых композитных пленках преимущественно обнаружен легкий прорыв, очень легкий прорыв или отсутствие прорыва.
Испытания на прочность склеивания проводились в соответствии с ASTM D 3359. Тесьма (тесьма 3M 810 и 600) напрессовывалась на поверхность образца и оставлялась примерно на 10 секунд, а затем снималась под углом 180º. Перед испытаниями образцы не очищались и не маркировались. Образцы твердого покрытия оценивались по принципу приемки и браковки.
Интенсивность экранирования ЭМП оценивалась согласно ASTM D-4935, путем типовых испытаний поля дальней зоны, используя коаксиальную Т-камеру. При испытаниях измеряется способность продукта блокировать электромагнитное излучение. Результаты приведены в децибелах (дБ), что хорошо известно и используется повсеместно. Чем более отрицательное значение децибелов, тем большее количество излучения заблокировано. Композитные пленки согласно настоящему изобретению имеют эффективность экранирования около -23 дБ (что соответствует примерно 99,5% заблокированного электромагнитного излучения) и около -31 дБ (что соответствует примерно 99,9% заблокированного электромагнитного излучения). Иначе говоря, композитные пленки согласно настоящему изобретению могут блокировать до 99,9% электромагнитного излучения и до 99,5% электромагнитного излучения.
Со ссылкой на Фиг. 1 показан вариант воплощения композитной пленки (10), состоящей из прозрачной полимерной пленочной подложки (11), покрытой с одной стороны подстилающим слоем (12). Подстилающий слой (12) покрыт слоем (20), отражающим ИК-излучение. Хотя это не обязательно, слой, отражающий ИК-излучение (20), может дополнительно покрываться защитным поверхностным покрытием (13). Как отмечено выше, нижняя часть композитной пленки (10) должна быть стороной подложки без подстилающего слоя (12), а верхняя часть композитной пленки (10) должна быть открытой стороной.
При использовании в качестве наружной или внутренней оконной пленки или в качестве изоляции, прикрепляемой к стене, подложка (11) может дополнительно снабжаться в нижней части средствами для приклеивания подложки к окну. Как показано на Фиг. 1, например, композит (10) имеет клейкий слой (14), нанесенный на подложку (11). Клейкий слой (14) может содержать любое клейкое вещество, подходящее для связывания подложки (11) с окном, стеной или любой другой подложкой. При связывании с окном предпочтительными являются самоклеющиеся материалы, особо предпочтительны клейкие вещества на основе акрила. Примером такого клейкого вещества является Gelva 263 (поставляемое компанией Cytec Industries). Клейкий слой (14) может также иметь прикрепленную к нему покровную пленку (15). Покровная пленка (15) преимущественно обеспечивает эффект освобождения липкого клейкого слоя (14). Покровная пленка (15) в описываемом варианте воплощения может состоять из любой полиэтилентерефталатной (PET) пленки с кремниевым покровным слоем, который можно отделить от клейкого слоя (14), оставляя клейкий слой (14) на базовой подложке (11). Альтернативно, клейкие и покровные слои могут содержать прозрачное, свободное от искажений клейкое вещество с полипропиленовым покровным слоем.
Прозрачная пленка подложки (11) состоит из гибкой, прозрачной полиэстеровой пленки. Подложка (11) предпочтительно представляет собой полиэтилентерефталатную (PET) или полиэтиленнафталатную (PEN) пленку толщиной 2 мила (0,05 мм). Хотя и не обязательно, PET или PEN пленка может быть обработана веществом, поглощающим УФ-излучение, чтобы поглощать до 99% УФ-излучения. Пример такой пленки, поглощающей ультрафиолетовое (УФ) излучение, описан в патенте США № 6221112, полное описание которого включено посредством ссылки. Полиэстеровые пленки Melinex 454 или ST505 (поставляемые компанией DuPont Teijin Films, «DuPont») являются примерами таких предпочтительных пленок. Кроме того, пленка может быть поверхностно обработанной химическими веществами для улучшения прилипания к ней.
Подстилающий слой (12) представляет собой промежуточный слой между лежащей ниже подложкой (11), и связанный с ней, и лежащим выше слоем (20), отражающим ИК-излучение, улучшая прочность, сопротивляемость и выносливость этих лежащих ниже и выше оптических слоев (т.е. композитной пленки (10)). Кроме того, отражающий ИК-излучение слой (20) часто включает в себя металлы, которые подвержены атмосферной коррозии; однако, подстилающий слой (12) обеспечивает высокий уровень выносливости к растрескиванию, даже если подстилающий слой (12) не покрыт отражающим ИК-излучение слоем (20). В результате композитная пленка (10) имеет увеличенную механическую прочность и увеличенную устойчивость к истиранию, растрескиванию и царапанию, без негативного влияния на коэффициент излучения. Иначе говоря, подстилающий слой (12) защищает отражающий ИК-излучение металлический слой (20) от восприимчивости к истиранию и царапанию. Подстилающие слои согласно настоящему изобретению имеют дельту мутности истирания не более 5%; от 3% до 5%; и около 4,1%.
Подстилающий слой (12) может состоять из любого твердого покрытия, в понятном для специалиста смысле, совместимого с подложкой (11) и могущего наноситься на ее поверхность с помощью обычного покрытия с рулона на рулон. Примеры таких твердых покрытий включают, помимо прочего, высокосшитые полимерные покрытия, термически отверждаемые акрилатные покрытия, термически отверждаемые золь-гелевые покрытия на основе силикатов, титанатов, цирконатов или их смесей, гибридные органические-неорганические золь-гелевые материалы (например, полимеры Ormocer, поставляемые компанией Fraunhofer) и термически отверждаемые полиакрилатные покрытия. Термическое отверждение твердого покрытия, в случае применения, может выполняться с помощью нагрева, такого как в печи или с помощью нагрева излучением длинноволнового ИК-спектра (NIR).
Предпочтительный подстилающий слой (12) представляет собой полиакрилатный композит без наночастиц, отверждаемый УФ-излучением. Особенно предпочтительный подстилающий слой (12) представляет собой отверждаемый УФ-излучением полиакрилатный композит с наночастицами и состоит из следующих составляющих: смола на основе акрила, наночастицы оксида металла, сшивающий агент, фотоинициатор, растворитель и поверхностно-активное вещество. Как подробнее описано ниже, не все эти составляющие являются обязательными. Кроме того, в композитах, обсуждаемых ниже, весовые процентные содержания основаны на включении растворителя. Растворитель добавляется лишь с целью нанесения влажного подстилающего слоя (12) на подложку (11), и растворитель испаряется при сушке. Таким образом, специалисту в данной области будет понятно, что описанные ниже весовые процентные содержания акриловых волокон и наночастиц, например, могут изменяться в зависимости от количества и типа растворителя, включенного в состав влажного подстилающего слоя (12).
Смола на основе акрила может включать в себя диакрилаты, такие как гександиолдиакрилат, трициклодекан диметанол диакрилат (поставляемый под маркой Sartomer SR833 компанией Sartomer LLC) и диоксан гликоль диакрилат (поставляемый под маркой Sartomer CD536 компанией Sartomer LLC) или смесь диакрилатов. Другими подходящими смолами на основе акрила являются уретановые алифатические акрилаты (Ebecryl 8301). Подстилающий слой (12) предпочтительно включает в себя от 10 до 60 весовых процентов (вес.%) смолы на основе акрила. Как указано выше, эти весовые процентные содержания включают в себя добавки растворителя, как указано ниже. Таким образом, в конечном, высушенном виде подстилающий слой (12) может содержать от 40 вес.% до 99 вес.% смолы на основе акрила.
2
2
3
Наполнителями из наночастиц оксида металла обычно являются двуокись кремния (SiO) и окись алюминия (AlO). Эти наночастицы отнюдь не являются необходимыми; однако добавление наночастиц к подстилающему слою (12) улучшает механические и физические свойства композитной пленки (10). В частности, наночастицы увеличивают твердость и модуль упругости при изгибе подстилающего слоя (12) и композитной пленки (10). Наночастицы распределяются в регулируемом режиме также для обеспечения точного уровня шероховатости поверхности композитной пленки (10). Такая шероховатость поверхности уменьшает блокирование, помогает в обращении с рулоном и улучшает адгезию к отражающему ИК-излучение слою (20). Кроме того, поскольку наночастицы очень маленькие (обычно средний размер частиц 50 нм или меньше), они имеют низкую мутность и поглощение и, таким образом, не оказывают заметного ухудшающего влияния на свойства прозрачности или пропускания композитной пленки.
2
Наночастицы SiO особенно предпочтительны. Их добавляют в виде суспензии наночастиц в мономерах акрилата и/или мономерах уретана акрилата, их поставляют различные поставщики. Примеры таких наночастиц включают Nanocryl C140 и XP21/2135 (поставляет компания Hanse Chemie), Highlink NanO-G 103-53 (поставляет компания Clariant Corp.), FCS100 (поставляет компания Momentive Performance Materials) и Ebecryl 8311 (поставляет компания Cytec Industries). Такие наночастицы обычно имеют размер частиц 0,1 мкм или меньше. Наночастицы остаются постоянно распределенными в процессе формирования пленки, сушки и отверждения УФ-излучением и не вносят значительного вклада в помутнение или уменьшение глянца. Подстилающий слой (12) может содержать от 0 вес.% до 65 вес.% и предпочтительно около 21 вес.%. К тому же, в конечном, высушенном виде, после испарения растворителя, подстилающий слой (12) может содержать различные количества наночастиц, например, предпочтительно, около 43 вес.%.
Когда смесь подвергается воздействию УФ или электронного излучения, сшивающий агент вызывает образование ковалентных химических связей между полимерными цепями смолы на основе акрила посредством сшивания молекул или групп. При сшивании образуется смесь в более твердом состоянии, создается подстилающий слой (12) с высокой механической прочностью и устойчивостью к истиранию и улучшается адгезия к отражающему ИК-излучение слою (20). Сшивающий агент может включать пентаэритрит-тетраактилаты и триакрилаты и их смесь или подходящие уретан акрилаты. Подстилающий слой (12) во влажном виде (т.е. с растворителем) предпочтительно состоит из 16-40 вес.% сшивающего агента и более предпочтительно около 21 вес.% сшивающего агента.
Фотоинициатор используется для содействия реакции полимеризации и с целью придания прочности подстилающему слою (12). Может использоваться любой подходящий фотоинициатор, известный специалисту в данной области, включая, помимо прочего, азобисизобутиронитрил и пероксид бензоила. Примерами фотоинициаторов служат Irgacure 184 и Irgacure 907 (поставляются компанией Ciba Specialty Chemicals). Подстилающий слой (12) предпочтительно содержит от 2 вес.% до 7 вес.% фотоинициатора, от 2 вес.% до 3,5 вес.% и более предпочтительно около 3,5 вес.% фотоинициатора.
Растворитель добавляют для разбавления состава и для образования раствора, который можно легко наносить на подложку (11). После сушки растворитель испаряется из раствора, так что конечный высушенный подстилающий слой (12) может содержать немного растворителя или не содержать его вовсе. Подходящие растворители включают, помимо прочего, n-бутил ацетат, изопропиловый спирт и MEK (метилэтилкетон). Подстилающий слой (12) предпочтительно содержит от 10 вес.% до 50 вес.% растворителя и более предпочтительно около 25 вес.% растворителя.
Возможны многие поверхностно-активные вещества, включая те, которые используются в составах покрытий для выравнивания подложки пленки. Подходящие поверхностно-активные вещества включают, помимо прочего: Ebecryl 1360 (поставляется компанией Cytec Industries); Byk 3570, Byk UV-3530 и Byk UV-3500 (поставляется компанией Byk Chemie); и Tego Wet 270 и Tego Glide 432 (поставляется компанией Evonik Industries). Подстилающий слой (12) предпочтительно содержит от 0,1 вес.% до 0,2 вес.% поверхностно-активного вещества и более предпочтительно около 0,11 вес.% поверхностно-активного вещества.
Указанные ингредиенты для состава подстилающего слоя (12) смешивают вместе для покрытия подложки (11) до толщины влажной пленки от 3 до 6 мкм, используя любой подходящий процесс, известный специалисту, при котором получается равномерное покрытие и плавные уровни, такой как процесс обратной глубокой печати. После нанесения на подложку (11) покрытие высушивают в печи и подвергают отверждению УФ-излучением под лампами при линейной скорости около 80 футов в минуту. Конечный отвержденный, высушенный подстилающий слой (12) имеет толщину от 1,5 до 6 мкм; более предпочтительно от 2 до 5 мкм; и наиболее предпочтительно около 2,5 мкм. Если подстилающий слой (12) слишком тонкий, композитная пленка (10) не будет обладать желаемой механической выносливостью, твердостью или устойчивостью к истиранию, и композитная пленка (10) не сможет выдерживать типичные напряжения при монтаже и в течение срока службы.
Отражающий ИК-излучение слой (20) покрывает подстилающий слой (12) и может наноситься на подстилающий слой (12) путем напыления, так как этот процесс хорошо известен специалисту в данной области, или любым подходящим способом нанесения, включая, например, испарение или любое химическое или физическое нанесение. Отражающий ИК-излучение слой (20) может состоять из любых прозрачных металлических слоев (или слоя), которые(ый) обладают(ет) высокой отражающей способностью в ИК диапазоне. В варианте воплощения по Фиг. 1, отражающий инфракрасное излучение слой (20) представляет собой центральный слой (16), состоящий из металлического слоя, выбранного из группы, включающей в себя алюминий, медь, никель, золото, серебро, платину, палладий, вольфрам, титан или их сплав. Золото и серебро, и их сплавы являются, как правило, предпочтительными. Как подробно описано ниже, типы и количества металла и металлических сплавов в отражающем ИК-излучение слое могут регулироваться для достижения желаемого коэффициента излучения и уровня VLT. Например, вольфрам и титан являются более сильно поглощающими свет, чем серебро и золото, и поэтому будут более полезны для вариантов с пониженным уровнем VLT.
Кроме того, как понятно специалисту в данной области, слой, отражающий ИК-излучение, отражающий ИК-излучение слой (20) на Фиг. 1, может состоять либо из одного слоя металла, либо из проводящего оксида металла, или из многослойного пакета металла, оксида металла и/или других оптических слоев, состоящих из металла или иного. Например, прозрачные проводящие слои или непроводящие слои можно использовать в сочетании с центральным металлическим слоем для регулирования степени отражения ИК-излучения и уровня VLT, для защиты центрального металлического слоя от коррозии. Подходящим может быть любой прозрачный проводящий слой, известный в технике, включая, помимо прочего, оксид индия-цинка (IZO), оксид индия-олова (ITO), оксид сурьмы-олова (ATO), оксид индия, оксид цинка, оксид олова и другие оксиды металлов или их смеси. Многие из таких прозрачных проводящих слоев можно также использовать в качестве непроводящих слоев, как это известно в технике, при условии, что они достаточно тонкие. В связи с этим, подходит любой диэлектрик, являющийся прозрачным для видимого света, включая, помимо прочего, IZO, ITO, двуокись кремния, окись алюминия, нитрид кремния или их смесь. Когда определенный слой состоит из прозрачного проводящего слоя, непроводящего слоя или их смеси, его здесь называют «разделительный слой». Примеры вариантов с описанными выше многослойными пакетами показаны на Фиг. 2-4 и подробнее описаны ниже.
Для улучшения механических и физических свойств пленки (10), без вредного влияния на термические и оптические характеристики, может добавляться также твердая керамика, такая как оксинитрид кремния (SiOxNy) и оксинитрид алюминия (AlOxNy). Кроме того, для создания определенного цвета или уровня отражения может также применяться более толстый слой керамики и/или оксидов металлов в сочетании, или как часть отражающего ИК-излучение слоя (20), но поскольку эти слои, по-видимому, являются более поглощающими, они могут понизить уровень сохранения тепла в холодном климате. В связи с этим типы, количества и толщину слоев металла, металлических сплавов, оксидов металлов и твердой керамики можно регулировать для достижения желаемого коэффициента излучения, уровня VLT, механической прочности и визуального вида.
Защитное поверхностное покрытие (13) является прозрачным и уплотняет поверхность напыленных отражающих ИК-излучение слоев (20), и должно быть очень тонким (например, менее чем 0,5 мкм), чтобы не было существенного влияния на коэффициент излучения композита. В связи с этим, защитное поверхностное покрытие (13) не вносит вклад в прочность композитной пленки (10) для устойчивости к царапанию.
Защитное поверхностное покрытие (13) является отнюдь не обязательным для достижения желательных уровней коэффициента излучения, VLT и устойчивости к истиранию, что понятно специалисту в данной области. Однако защитное поверхностное покрытие (13) придает другие полезные свойства композитной пленке (10). Например, поверхностное покрытие (13) предотвращает попадание загрязняющих веществ, включая, помимо прочего, атмосферные загрязняющие вещества, такие как газообразные соединения серы в зонах загрязнения и ионы хлора из характеристических областей. Без добавления поверхностного покрытия (13), эти загрязняющие вещества могут причинять вред физическим и/или механическим свойствам композитной пленки (10). Поверхностное покрытие (13) также действует как химический барьер для лежащих ниже слоев (слоя), отражающих(щего) ИК-излучение, и, таким образом, может уменьшать коррозию и обеспечивать скольжение абразивов по поверхности, не царапая ее. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения поверхностное покрытие (13) может иметь низкую поверхностную энергию трения, что помогает при монтаже и чистке композитной пленки (10). В частности, скребки или другие устройства для монтажа или чистки могут более легко перемещаться по поверхности композитной пленки (10).
Преимущества защитного поверхностного покрытия (13), описанные выше, могут быть достигнуты без существенного влияния на коэффициент излучения композитной пленки (10), поскольку подстилающий слой (12) дополнительно обеспечивает многие из этих преимуществ, ранее требующихся от защитного твердого покрытия (например, устойчивость к истиранию) и, следовательно, позволяет использовать очень тонкий защитный слой. Другие преимущества, не упомянутые здесь, могут быть легко поняты специалистом в данной области.
TM
Защитное поверхностное покрытие (13) обычно содержит кремний в том или ином виде, включая, помимо прочего, полисилазан, фторакрил силан и фторсилан. Защитное поверхностное покрытие (13) может содержать, например, от 7 вес.% до 8 вес.% полисилазана. Примером такого полисилазана является G-Shield (поставляется компанией KiON Specialty Polymers). Кроме того, защитное поверхностное покрытие (13) может содержать либо фторакрил силан, либо фторсилан в таких пределах: от 0,5 вес.% до 1,5 вес.%; не более 0,5 вес.%; и не более 1,50 вес.%. Примерами таких фторакрил силанов или фторсиланов являются, соответственно, Dynasylan F8261 (поставляется компанией Evonik Industries) и Fluorolink S10 (поставляется компанией Solvay Solexis Spa, Италия). Защитное поверхностное покрытие (13) может, кроме того, содержать растворители, фотокислотные катализаторы, фотоинициаторы и другие добавки, такие как репелленты (например, Sivo Clear, поставляемое компанией Silanex AB).
Составы на основе кремния, однако, не являются обязательными, что понятно специалисту в данной области. Вместо этого, защитное поверхностное покрытие (13) предназначено только для предохранения поверхности пленки и для обеспечения указанных выше преимуществ без существенного влияния на коэффициент излучения. Например, могут также использоваться отделки, используемые для обработки поверхности стекла, такие как покрытия типа воска, и фторуглероды, используемые в составе для грязеотталкивающей пропитки.
Одним из предпочтительных защитных поверхностных покрытий (13) является фторсодержащая смола, отверждаемая УФ или электронным излучением, состоящая из 1,0 части фторсилановой смолы, от 0,5 до 1,5 частей фотоинициатора, и от 97 до 99 частей растворителя, где части являются весовыми частями.
TM
Растворитель добавляют для разбавления состава и для образования раствора, который можно легко наносить на отражающий ИК-излучение слой (20). После сушки растворитель испаряется из раствора, так что конечный высушенный защитный поверхностный слой (13) может содержать немного растворителя или не содержать его вовсе. Подходящие растворители включают, помимо прочего, изопропиловый спирт (IPA), эфир гликоля, бутилацетат, ксилол, воду и любые их смеси. Состав может содержать один или несколько этих растворителей. Подходящие фторсиланы включают, помимо прочего, фтор алкилсиланы. Примером таких фторсиланов является суспензия вещества Fluorolink S10 (поставляемого компанией Solvay Solexis Spa, Италия). Предпочтительные фотоинициаторы включают Cyracure 6976 (поставляемый компанией Dow Chemicals) и Chivacure 1176 (поставляемый компанией Chitech).
Особенно предпочтительный состав поверхностного покрытия состоит из 70 вес.% IPA, около 20 вес.% эфира гликоля, около 5,9 вес.% воды, около 1,48 вес.% суспензии фторсилана и около 1,48 вес.% фотоинициатора. Следует отметить, что, если здесь рассматривается предпочтительный состав, общий состав может быть больше или меньше 100 вес.%. Как известно специалисту в данной области, это всего лишь отражение того факта, что приведенные весовые проценты не являются точными и могут быть округлены, чтобы отобразить примерный (или «около») весовой процент. Кроме того, как отмечено выше, весовые процентные содержания, рассматриваемые здесь, могут изменяться в зависимости от количества и типа добавляемого растворителя, что известно специалисту в данной области.
Указанные ингредиенты для состава защитного поверхностного слоя (13) смешаны вместе для покрытия отражающего ИК-излучение слоя (слоев) (20) до толщины влажной пленки от 1 до 3 мкм, используя любой подходящий процесс, известный специалисту, при котором получается равномерное покрытие и плавные уровни, такой как, помимо прочего, процесс обратной глубокой печати. После нанесения на PET пленку, покрытие высушивают в печи при температуре от 80°C до 110°C в течение от 5 до 20 секунд. Затем защитное поверхностное покрытие (13) отверждают с помощью УФ-излучения при рабочей скорости от 20 до 30 метров в секунду. Конечное отвержденное, высушенное защитное поверхностное покрытие (13) имеет толщину не более 0,5 мкм, предпочтительно около 0,05 мкм.
Со ссылкой на Фиг. 2, композит (110), по существу, является таким же, как композит (10), за исключением того, что отражающий ИК-излучение слой (120) является многослойным пакетом. В предпочтительном варианте воплощения, отражающий ИК-излучение слой (120) может содержать, по меньшей мере, один центральный слой (116). Центральный слой (116) может содержать любой металл, высоко отражающий в ИК диапазоне, включая, помимо прочего, металлический слой, выбранный из группы, включающей в себя алюминий, медь, никель, золото, серебро, платину, палладий, вольфрам, титан или любой их сплав. В предпочтительном варианте воплощения, центральный слой (116) представляет собой сплав золота и серебра, имеющий толщину от 7 до 35 нм, в зависимости от требуемого коэффициента излучения пленки (110). Однако другие металлы или сплавы, указанные выше, также подходят для этого варианта воплощения.
TM
TM
Отражающий ИК-излучение слой (120) может также содержать слой на основе кремния (114), прилегающий к подстилающему слою (12) и предназначенный для адгезии к нему. Слой на основе кремния (114) может состоять из слоя нитрида кремния, оксида кремния или оксинитрида кремния, предпочтительно нитрида кремния, и иметь толщину от 1 до 25 нм. Слой на основе кремния (114) покрыт тонкой металлической пленкой (115), имеющей толщину от 1 до 5 нм. Тонкая металлическая пленка (115) служит для защиты центрального слоя (116) и может содержать любой металл, выбранный из группы, включающей в себя никель, хром, ниобий, золото, платину, кобальт, цинк, молибден, цирконий, ванадий и их сплавы. Особенно предпочтителен никель-хромовый сплав, такой как Hastelloy (поставляемый компанией Haynes International) или Inconel (поставляемый компанией Special Metals Co.), и описанный в патенте США № 6859310, полное описание которого включено посредством ссылки.
Отражающий ИК-излучение слой (116) затем покрыт тонкой металлической пленкой (117), предпочтительно, никель-хромового сплава, имеющего толщину от 1 до 5 нм. Вторая тонкая металлическая пленка (117), в свою очередь, покрыта промежуточным слоем (118), имеющим толщину от 40 до 80 нм. Как отмечено выше, промежуточный слой состоит из любого прозрачного проводящего слоя, непроводящего слоя или их комбинации. Промежуточный слой (118) предпочтительно является прозрачным проводящим слоем, состоящим из ITO. Промежуточный слой (118) затем покрыт вторым слоем (119) на основе кремния, образованным из нитрида кремния, оксида кремния или оксинитрида кремния, и имеющим толщину от 1 до 25 нм. Слой (119) на основе кремния затем покрыт защитным поверхностным слоем (13). Слои (от(114) до (119)) образованы методом напыления, хорошо известным в технике.
Со ссылкой на Фиг. 3, композитная пленка (210), по существу, такая же, как композит (10), за исключением того, что отражающий ИК-излучение слой (220) представляет собой многослойный пакет, состоящий из центрального слоя (216), заключенного в многослойный пакет и помещенного между двумя разделительными слоями ((214) и (218)), состоящими из любого прозрачного проводящего слоя, непроводящего слоя или их сочетания, как описано выше. Отражающий ИК-излучение слой (220) выполнен из первого разделительного слоя (214), прилегающего к подстилающему слою (12) и имеющего толщину около 45 нм. Первый разделительный слой (214) затем покрыт центральным слоем (216), имеющим толщину около 12 нм, в зависимости от требуемого коэффициента излучения композитной пленки (210). Кроме того, центральный слой (216) может содержать любой металл, сильно отражающий в ИК диапазоне, включая, помимо прочего, металлический слой, выбранный из группы, включающей в себя алюминий, медь, никель, золото, серебро, платину, палладий, вольфрам, титан или любой их сплав. В настоящем варианте воплощения центральный слой (216) предпочтительно представляет собой чистое золото или сплав золота, где золото является основным составляющим элементом. Центральный слой (216) затем покрыт вторым разделительным слоем (218), имеющим толщину около 35 нм, который, в свою очередь, покрыт слоем (219) на основе кремния, имеющим толщину 10 нм и состоящим из нитрида кремния или нитрида силикоалюминия. Слои ((214), (216), (218) и (219)) образованы, например, способом напыления. Слой (219) на основе кремния затем покрыт защитным поверхностным покрытием (13).
Со ссылкой на Фиг. 4, композит (310), по существу, является таким же, как композит (10), за исключением того, что отражающий ИК-излучение слой (320) теперь образован многослойным пакетом, состоящим из множества прозрачных проводящих слоев ((314), (316) и (318)), которые служат в качестве отражателей ИК-излучения, и предпочтительно состоят из IZO, чередующихся с тонкими слоями ((315) и (317)) из оксида металла, которые придают гибкость композиту (310). Тонкие слои ((315) и (316)) оксида металла предпочтительно, но не обязательно, состоят из оксида никеля-хрома. Например, тонкие слои ((315) и (316)) из оксида металла могут альтернативно состоять из разделительного слоя, в смысле этого термина, определенного ранее. Отражающий ИК-излучение слой (320) расположен поверх подстилающего слоя (12) и может быть снабжен защитным поверхностным покрытием (13).
Предпочтительно, отражающий инфракрасное излучение слой включает в себя множество тонких разделительных слоев между множеством прозрачных проводящих слоев, причем количество прозрачных проводящих слоев на один больше, чем количество разделительных слоев. Однако такое расположение не является обязательным. Количество прозрачных проводящих слоев и промежуточных слоев (или тонких слоев оксида металла) может изменяться в зависимости от требуемой гибкости отражающего ИК-излучение слоя (320), и общая толщина прозрачных проводящих слоев в отражающем ИК-излучение слое (320) будет, главным образом, определять излучающую способность, при общей толщине прозрачных проводящих слоев большей, чем 200 нм. В любом случае, общая толщина прозрачных проводящих слоев и чередующихся разделительных слоев, предпочтительно, не должна превышать толщину 260 нм, хотя это не обязательно, что должно быть понятно специалисту в данной области.
В одном варианте воплощения, отражающий ИК-излучение слой (320) выполнен из первого прозрачного проводящего слоя (314), прилегающего к подстилающему слою (12) и имеющего толщину около 65 нм, первого тонкого слоя (315) из оксида металла, имеющего толщину около 5 нм и покрывающего первый прозрачный проводящий слой (314), второго прозрачного проводящего слоя (316), имеющего толщину около 65 нм и покрывающего первый тонкий слой (315) из окисла металла, второго тонкого слоя (317) из оксида металла, имеющего толщину около 5 нм и покрывающего второй прозрачный проводящий слой (316), и третьего прозрачного проводящего слоя (318), который дополнительно покрыт защитным слоем (13). Слои ((314)-(318)) образованы методом напыления, хорошо известным в технике.
Композитные пленки, показанные на Фиг. 1-4, могут использоваться на наружном или внутреннем оконном остеклении, включая транспортные средства и здания. Композитные пленки могут использоваться с одинарными стеклопакетами или с двойными или тройными стеклопакетами и будут улучшать коэффициент теплопередачи окна. Коэффициент теплопередачи измеряет скорость теплопередачи или потери через окно, как установлено Национальным советом оценки систем остекления. Кроме того, любые и все варианты композитных пленок могут снабжаться или не снабжаться клейким слоем и покровной пленкой.
Варианты воплощения, описанные выше, представляют усовершенствованный композит с низким коэффициентом излучения, сочетающий желательные свойства исключительно низкого коэффициента излучения с устойчивостью к истиранию и царапанию. Например, варианты воплощения, предлагаемые здесь, имеют уровень VLT от 28,5% до 47%, при очень низком коэффициенте излучения около 0,1 или меньше. Такой вариант воплощения может быть желателен в более теплом солнечном климате. Другой вариант воплощения, предлагаемый здесь, может иметь повышенный уровень VLT, вплоть до 75%, например, при коэффициенте излучения около 0,20 или меньше. Такой вариант воплощения может быть желательным, например, в холодном, северном климате. Кроме того, в вариантах воплощения, описанных выше, эффективно снижен уровень ЭМП. Например, варианты воплощения, предлагаемые здесь, имеют значение экранирования ЭМП от -23 дБ до примерно -31 дБ.
Предложенные композитные пленки будут теперь раскрыты со ссылками на следующие примеры, не имеющие ограничительного характера.
ПРИМЕРЫ 1-2
Композитные пленки «образец A» и «образец B» созданы в соответствии с Фиг. 2 и описаны выше со следующими слоями и толщинами, приведенными в Таблице 1.
Таблица 1
Слой (ссылка на Фиг. 2)
Терминология слоя
Состав
Толщина образца A
Толщина образца B
11
Прозрачная пленочная подложка
Полиэтилентерефталат (PET)
2 мила
2 мила
12
Подстилающий слой
Отверждаемый УФ-излучением полиакрилатный состав, содержащий наночастицы оксида металла
2,5 мкм
2,5 мкм
114
Слой на основе кремния
Нитрид кремния
15 нм
15 нм
115
Тонкая металлическая пленка
Никель-хром (Ni-Cr)
2 нм
2 нм
116
Центральный слой
Сплав золота-серебра (Ag-Au)
15 нм
25 нм
117
Вторая тонкая металлическая пленка
Ni-Cr
2 нм
2 нм
118
Разделительный слой
Оксид индия-олова (ITO)
55 нм
60 нм
119
Второй слой на основе кремния
Нитрид кремния
10 нм
15 нм
13
Защитное поверхностное покрытие
Отверждаемый УФ-излучением фторсилановый состав
0,05 мкм
0,05 мкм
Затем испытывались оптические и физические свойства образцов A и B в соответствии с указанными выше методами испытаний. Результаты приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Образец A
Образец B
VLT
47%
28,5%
Коэффициент излучения
0,10
0,07
Общее отражение солнечной энергии (TSER)
66%
79%
Поглощение
19%
21%
Отражение видимого света от переднего поверхностного покрытия (%R)
37%
62%
Отражение видимого света от задней поверхности PET (%R)
20%
56%
Общее пропускание солнечного света
14%
18%
Солнечная энергия, отраженная снаружи
50%
62%
Солнечная энергия, отраженная внутри
53%
56%
Адгезия
Принят
Принят
Испытания на устойчивость
1
1
Экранирование ЭМП
нет данных
-31 дБ
ПРИМЕРЫ 3-5
Образец A, кроме того, испытывался для сравнения с различными аналогичными образцами. Образец A скомпонован, как описано выше в Примере 1, с пленочным слоем необработанного PET. Образец C предусматривает такую же пакетную компоновку, что и образец A, за исключением того, что пленка PET обработана, а подстилающий слой не включен. Образец D предусматривает такую же пакетную компоновку, что и образец A (с пленочным слоем необработанного PET), за исключением того, что подстилающий слой не включен. Образец E предусматривает такую же пакетную компоновку, что и образец A, за исключением того, что защитное поверхностное покрытие удалено. Результаты испытаний приведены в Таблице 3.
Таблица 3
Образец A
Образец C
Образец D
Образец E
Испытания на устойчивость
Принят
Забракован
Забракован
5% исключено
Прочность склеивания тесьмы
Принят
Принят
Принят
Забракован
Тэйбер (Δ мутности %)
3,0-5,0
-
-
-
EIS (Импеданс в МОм)
3,0-6,2
-
-
-
Результаты, приведенные в Таблице 3, показывают, что без поддерживающего подстилающего слоя образцы композита не проходят испытания на устойчивость. Неожиданно, что наличие устойчивого к истиранию подстилающего слоя влияет на сопротивление защитного поверхностного покрытия и подверженность повреждениям отражающих ИК-излучение слоев.
ПРИМЕРЫ 6-7
Композитные пленки «образец F» и «образец G» созданы в соответствии с Фиг. 3 и 4, соответственно, и описаны выше со следующими слоями и толщинами, приведенными в Таблицах 4-5.
Таблица 4
Слой (ссылка на Фиг. 3)
Терминология слоя
Состав
Толщина образца F
11
Прозрачная пленочная подложка
Полиэтилентерефталат (PET)
2 мила
12
Подстилающий слой
Отверждаемый УФ-излучением полиакрилатный состав, содержащий наночастицы оксида металла
2,5 микрона
214
Первый разделитель-ный слой
Оксид индия-цинка (IZO)
45 нм
216
Центральный слой
Золото или сплав золота, где золото является основным составляющим элементом
12 нм
218
Второй разделительный слой
IZO
35 нм
219
Слой на основе кремния
Нитрид кремния или нитрид кремния-алюминия
10 нм
13
Защитное поверхностное покрытие
Отверждаемый УФ-излучением фторсилановый состав
0,05 мкм
Таблица 5
Слой (ссылка на Фиг. 4)
Терминология слоя
Состав
Толщина образца G
11
Прозрачная пленочная подложка
Полиэтилентерефталат (PET)
2 мила
12
Подстилающий слой
Отверждаемый УФ-излучением полиакрилатный состав, содержащий наночастицы оксида металла
2,5 мкм
314
Первый прозрачный проводящий слой
Оксид индия-цинка (IZO)
65 нм
315
Первый тонкий слой оксида металла
Оксид никеля-хрома
5 нм
316
Второй прозрачный проводящий слой
IZO
65 нм
317
Второй тонкий слой оксида металла
Оксид никеля-хрома
5 нм
318
Третий прозрачный проводящий слой
IZO
65 нм
13
Защитное поверхностное покрытие
Отверждаемый УФ-излучением фторсилановый состав
0,05 мкм
Затем испытывались оптические и физические свойства образцов F и G в соответствии с указанными выше методами испытаний. Результаты приведены в Таблице 6.
Таблица 6
Образец F
Образец G
VLT
70%
75%
Коэффициент излучения
0,08
0,17
Общее отражение солнечной энергии (TSER)
50%
27%
Экранирование ЭМП
-23 дБ
нет данных
ПРИМЕРЫ 8-13
Защитные поверхностные покрытия «образец H», «образец I», «образец J», «образец K», «образец L» и «образец M» созданы в соответствии с описанием, приведенным выше при следующих составах (основаны на весовых процентных содержаниях), как показано в Таблице 7.
Таблица 7
Общее описание
Состав поверхност-ного покрытия
ОбразецH
ОбразецI
ОбразецJ
ОбразецK
ОбразецL
ОбразецM
Растворитель
IPA
97
38
99
97
-
36
Растворитель
Эфир гликоля PM
-
60
-
-
-
36
Растворитель
Бутилацетат
-
-
-
-
93
-
Растворитель
Ксилол
-
-
-
-
-
4,7
Растворитель
Деионизованная H<sub>2</sub>O
2
1,8
-
2
-
-
Полисилазан
G-Shield
-
-
-
-
7,4
-
Фторакрил бифункциональный силан
Dynasylan F8261
-
-
-
0,53
-
-
Фторсилан
Fluorolink S10
0,52
0,44
0,54
-
-
0,26
Репеллент
Sivo Clear K1
-
-
-
-
-
12
Репеллент
Sivo Clear K2
-
-
-
-
-
12
Фотоинициатор
Cyracure<sup>TM</sup>
0,52
-
-
-
-
-
Затем испытывались оптические и физические свойства образцов H-M в соответствии с указанными выше методами испытаний. Результаты приведены в Таблице 8.
Таблица 8
Метод испытаний
Параметры
Образец H
Образец I
Образец J
Образец K
Образец L
Образец M
Испытания в соляном тумане(на основании испытуемой зоны 50 кв. сантиметров)
Через 1000 часов
1
1
1
1
1
1
Через 2000 часов
4
1
1
1
3
1,5
Эквивалентная цепь EIS
МОм
10
7,5
5
8
7,5
13,8
Испытания с выдержкой в соленой воде
Через4 дня
1
1
1
1
1
1
Через7 дней
1
1
1
1
2
1
Через10 дней
2
3
3
3
2
3
Как указано выше, уровень коррозии для испытаний в соляном тумане и испытаний с выдержкой в соленой воде основан на следующей шкале: 1 = отсутствие коррозии; 2 = очень слабая коррозия; 3 = слабая коррозия; 4 = умеренная коррозия; и 5 = сильная коррозия.
ПРИМЕРЫ 13-18
Подстилающие слои «образец N», «образец O», «образец P», «образец Q», «образец R» и «образец S» созданы в соответствии с описанием, приведенным выше при следующих составах (основаны на весовых процентных содержаниях), как показано в Таблице 9.
Таблица 9
Общее описание
Состав поверхност-ного покрытия
ОбразецN
ОбразецO
ОбразецP
ОбразецQ
ОбразецR
ОбразецS
Растворитель
n-бутилацетат
25
25
25
25
25
25
Фотоинициатор
Irgacure 184
2,80
1,67
2,85
2,85
2,85
1,67
Фотоинициатор
Irgacure 907
0,70
0,33
0,71
0,71
0,71
0,33
Смола
SR833
17,5
7,2
10,7
10,7
10,7
9,1
Смола
Ebecryl 8301
23
-
-
-
-
25
Меркапто пропионат
TMPMP
-
3,6
-
-
-
3,6
Поверхностно-активное вещество
50% Byk 3570
0,14
0,22
0,21
0,21
0,21
0,22
Наночастица
Ebecryl 8311
-
43
43
25
43
-
Наночастица
Nanocryl C140
-
-
-
-
18
25
Наночастица
FCS100
-
18
18
18
-
-
Наночастица
XP 21/2135
-
-
-
18
-
9
Наночастица
Highlink NanO-G 103-53
32
-
-
-
-
-
Образцы N-S затем формировались с отражающими ИК-излучение слоями, как описано выше и с помощью описанных выше методов. Кроме того, образцы N-S, затем подготовленные с защитным поверхностным покрытием и без него (образец H), затем испытывались на устойчивость к истиранию согласно описанным выше методам испытаний на устойчивость. Результаты приведены в Таблице 10.
Таблица 10
Образец N
Образец O
Образец P
Образец Q
Образец R
Образец S
Истирание без защитного поверхностного покрытия
4
3
5
4
2
2
Истирание с защитным поверхностным покрытием (образец H)
2
2
3
4
1
1
Как указано ранее, уровень истирания основан на следующей шкале: 1 = отсутствие прорыва; 2 = очень легкий прорыв; 3 = легкий прорыв; 4 = 50% прорыв; и 5 = более чем 50% прорыв. Приведенные результаты подтверждают, что один подстилающий слой, без защитного поверхностного покрытия, может обеспечить достаточную, очень уменьшенную устойчивость к истиранию. Кроме того, результаты подтверждают, что защитные поверхностные покрытия согласно настоящему изобретению могут обеспечивать определенный дополнительный уровень устойчивости к истиранию.
Хотя изобретение раскрыто в сочетании с описанием некоторых вариантов воплощения, в том числе тех, которые в настоящее время считаются предпочтительными вариантами воплощения, подробное описание предназначено для иллюстрации и не должно восприниматься как ограничение объема настоящего изобретения. Как понятно специалисту в данной области, варианты воплощения, отличающиеся от подробно описанных здесь, охватываются настоящим изобретением. Модификации и изменения описанных вариантов воплощения могут быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения.
Кроме того, должно быть понятно, что любые из диапазонов, значений или характеристик, приведенных для любого единичного компонента по настоящему изобретению, могут быть использованы наравне с любыми диапазонами, значениями и характеристиками, приведенными для любых других компонентов изобретения, где это совместимо, для образования варианта воплощения, имеющего определенные значения для каждого из компонентов, приведенных повсюду в настоящем документе. Кроме того, диапазоны, предусмотренные для рода или категории, такие как непроводящие оксиды металлов, могут также применяться к образцам в пределах рода или членам категории, таким как IZO, если не указано иное.