МНОГОСЛОЙНАЯ ФОТОХРОМНАЯ ТЕПЛОСБЕРЕГАЮЩАЯ ПОЛИМЕРНАЯ ПЛЕНКА

Полезная модель относится к полифункциональным многослойным полимерным пленкам, которые включают спектрально-селективные ИК-отражающие слои и светочувствительные органические фотохромные слои, нанесенные на полимерную подложку, а также возможность их комбинирования с целью создания солнцезащитных теплосберегающих полимерных пленочных материалов с переменным (адаптивным) светопропусканием в видимой области спектра в зависимости от интенсивности солнечного излучения для использования в строительстве, автомобильной и авиационной промышленности при остеклении больших световых проемов.
Самой уязвимой частью зданий с точки зрения теплоизоляции являются окна - светопрозрачные ограждающие конструкции. Их особенностью является то, что они выполняют две противоположные функции: с одной стороны, они должны пропускать в помещения много света, обеспечивая комфортный уровень освещения внутри помещения в соответствии с действующими нормами, а с другой стороны, они должны защищать от чрезмерно яркого солнечного света, жары, холода, ветра и дождя.
Наиболее выраженной тенденцией в современной архитектуре является широкое применение различных светопрозрачных конструкций. Однако, практически сплошное остекление современных высотных зданий приводит к большим энергозатратам на кондиционирование в летний период. С целью снижения теплового воздействия солнечного света широко применяются тонированные (окрашенные в массе) стекла, энергосберегающие стекла с нанесенными на их поверхность тепло- и светоотражающими покрытиями.Однако, применение таких стекол, помимо снижения тепловой нагрузки, приводит к значительному уменьшению освещенности внутри помещений и, как следствие, заметному увеличению потребления электроэнергии на внутреннее освещение.
В настоящее время актуальной задачей в области остекления, используемого в строительной индустрии и транспортных средствах, является создание окон, обеспечивающих автоматическое обратимое изменение светопропускания в зависимости от уровня освещенности. Такая задача решается несколькими способами, главным образом с применением прозрачных фотохромных или электрохромных материалов. При применении электрохромных материалов при пропускании электрического тока, управляемого фотодиодом, происходят обратимые изменения светопропускания, то есть требуется источник электрического тока.
Более перспективным является применение фотохромных материалов, которые разделяются на органические и неорганические фотохромные материалы.
Неорганические фотохромные материалы имеют высокую светостойкость, кроме того, неорганические фотохромные силикатные стекла на основе галогенидов серебра имеют долгий срок службы. Фотохромизм в таких стеклах обусловлен образованием микрокристаллической фазы галогенидов серебра, которая возникает после термической обработки стекла.
Недостатками фотохромных силикатных стекол на основе светочувствительных AgHa1 микрокристаллов является большие трудности и стоимость производства остеклений больших размеров, используемых в строительстве и в транспортных средствах.
Известен фотохромный гибкий материал на основе полимерного связующего и фотохромных стеклянных частиц, вводимых в слой полимерного связующего в количестве 10-40 вес.% [заявка DE №3308186, МПК В05D 5/06].
Известен композитный материал на основе AgBr и силикат-содержащих аэрогелей [патент DE №3844003, МПК С09К 9/00, заявка DE №4129409, МПК С03В 8/02].
Известны фотохромные триплексы и дуплексы на основе наночастиц фотохромного силикатного стекла, приготовленного различными способами и введенного в адгезивный слой, в том числе органе - силановое полимерное связующее [заявка JP №11174622, МПК G03C 1/73, заявка JP №2000143298, МПК С03С 17/34, Заявка US №2002114956, МПК В32В 9/00].
Известен фотохромный многослойный материал на основе CuHa1 и AgHa1 с использованием в качестве связующего поливинилбутираля [заявка GB №1458771, МПК С09К 9/00].
Известны фотохромные триплексы, изготовленные методом фото - и термополимеризации акриловых мономеров и олигомеров, а также путем использования амино-отверждаемой эпоксидной смолы и содержащие частицы фотохромного стекла размером 0,05-0,1 мм. [заявка WO №2008058657, МПК C08F 2/00, заявка US №2008118650, МПК B05D 3/00].
Известен фотохромный триплекс, состоящий из двух слоев прозрачного стекла, содержащих внутреннюю и наружную поверхности, которые соединены между собой промежуточным слоем, представляющим собой поливинилбутиральную пленку, включающую частицы фотохромного стекла, причем поливинилбутиральная пленка содержит от 1 до 80 вес.% частиц фотохромного стекла размером от 0,05-0,3 мм, при этом на одной из наружных поверхностей стекла нанесено покрытие, отражающее инфракрасное тепловое излучение. [Патент RU на полезную модель №80163, МПК С03С 27/12].
Недостатком всех полимерных композиций, содержащих частицы неорганических фотохромных силикатных стекол является светорассеяние, обусловленное различием показателей преломления полимерной пленки и частиц фотохромного стекла, устранить которое полностью невозможно. Более того, вследствие различной температурной зависимости коэффициентов преломления полимерной пленки и силикатного стекла, светорассеяние композиционного материала будет меняться при изменении температуры, приводя к ухудшению прозрачности материала.
Для увеличения теплоотражающей способности окна используют специальные низкоэмиссионные стекла и многослойные низкоэмиссионные полимерные пленки.
Известно низкоэмиссионное прозрачное покрытие с повышенной коррозионной стойкостью, содержащее прозрачную подложку и, по меньшей мере, три слоя на ней, расположенных в порядке: диэлектрик, металл, диэлектрик. Толщина каждого слоя диэлектрика составляет 10-60 нм, а слоя металла - 7-20 нм. В качестве металла используют серебро, а в качестве диэлектрика - нитрид или оксинитрид эвтектического сплава AI-Si, полученного методом магнетронного распыления мишени из указанного выше сплава при постоянном токе в атмосфере смеси аргона с азотом в едином вакуумном цикле. [Патент RU №2132406, МПК С23С 14/06, В32В 17/06].
Известна многослойная пленка с избирательной светопроницаемостью, содержащая прозрачную органическую подложку с расположенным на ней слоем меди или серебра, толщиной 3-6 нм и последующим слоем диэлектрика. Слой диэлектрика представляет собой двухкомпонентную островковую структуру в виде неупорядоченной смеси частиц хрома и оксида хрома толщиной 3-6 нм. [Патент RU №2043932, МПК В32В 15/08].
Однако эти известные пленки не содержат фотохромного слоя, который обеспечивает изменение светопропускания в зависимости от освещенности, а работает только как ИК-отражающая пленка.
Известен фотохромный полимерный материал, выполненный в виде полимерной матрицы, в которую введены черные частицы углерода (сажи), которые фильтруют солнечное излучение и поглощают ИК-излучение [Патент ЕР №0805363, МПК G02B 1/04]. Данная пленка не обеспечивает отражение ИК-излучения, поглощает как в видимом, так и в инфракрасном диапазоне длин волн, в результате чего подвержена сильному нагреву, приводящему к разрушению фотохромного слоя.
Наиболее близким к предложенному является известная полифункциональная многослойная фотохромная пленка, содержащая полимерную подложку, светочувствительный фотохромный слой, ИК-отражающий слой, расположенный со стороны источника света и клеевой слой, для приклеивания к поверхности, представленная на Фиг.1 [А.А.Дунаев, А.О.Айт, В.А.Барачевский «Полифункциональная многослойная фотохромная пленка». Нанотехника. №1, 2006].
Однако в этой пленке ИК-отражающий слой (теплоотражающее покрытие) не имеет защиты от коррозии и истирания, а клеевой слой непосредственно нанесен на фотохромный слой и негативно влияет на него посредством диффузии компонентов клеевой композиции в фотохромный слой.
Указанная пленка является прототипом заявляемой полезной модели.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание долговечных и прочных полифункциональных теплосберегающих и фотохромных солнцезащитных полимерных пленок на основе прозрачных теплоотражающих покрытий и светочувствительных фотохромных слоев, устойчивых к внешним механическим и атмосферным воздействиям.
Поставленная задача достигается за счет того, что в многослойной фотохромной полимерной пленке, содержащей полимерную подложку, функциональные светочувствительный фотохромный слой и ИК-отражающий слой, расположенный со стороны воздействия солнечного излучения, а также клеевой слой, содержится дополнительный промежуточный прозрачный полимерный слой, выполненный между клеевым слоем и светочувствительным фотохромным слоем, которые размещены с одной стороны полимерной подложки, а на ИК-отражающий слой, размещенный с другой стороны полимерной подложки, нанесен наружный защитный слой.
В другом варианте в многослойной фотохромной полимерной пленке, содержащей полимерную подложку, функциональные светочувствительный фотохромный слой и ИК-отражающий слой, расположенный со стороны воздействия солнечного излучения, а также клеевой слой, содержится дополнительный промежуточный прозрачный полимерный слой, выполненный между клеевым слоем и ИК-отражающим слоем, которые размещены с одной стороны полимерной подложки, а на светочувствительный фотохромный слой, размещенный с другой стороны полимерной подложки, нанесен наружный защитный слой.
В другом варианте многослойная фотохромная полимерная пленка, содержащая полимерную подложку, функциональные светочувствительный фотохромный слой и ИК-отражающий слой, расположенный со стороны воздействия солнечного излучения, а также клеевой слой, содержится дополнительный промежуточный прозрачный полимерный слой, выполненный между светочувствительным фотохромным слоем и ИК-отражающим слоем, размещенными последовательно с одной стороны полимерной подложки, и наружный защитный слой, который нанесен на ИК-отражающий слой, а клеевой слой размещен с другой стороны полимерной подложки.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
Фиг.1 Прототип полезной модели.
Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4 варианты расположения слоев в многослойной фотохромной полимерной пленке.
На Фиг.1 дана структура известной многослойной фотохромной полимерной пленки, которая содержит полимерную подложку 1, выполненную, например, из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), фотохромный слой 2, ИК-отражающий слой 3 расположенный со стороны воздействия солнечного излучения и клеевой слой 4, для приклеивания к поверхности, например, стекла.
На Фиг.2. дана структура заявляемой многослойной фотохромной полимерной пленки, которая содержит полимерную подложку 1, фотохромный слой 2, ИК-отражающий слой 3 расположенный со стороны воздействия солнечного излучения и клеевой слой 4, для приклеивания к поверхности, например, стекла. Многослойная фотохромная полимерная пленка (МФТПП) имеет промежуточный прозрачный полимерный слой 5, расположенный между клеевым слоем 4 и фотохромным слоем 2. Кроме этого она снабжена защитным слоем 6, который нанесен на ИК-отражающий слой 3. Введение промежуточного прозрачного полимерного слоя 5 позволяет устранить негативное влияние клеевого слоя на фотохромный слой посредством диффузии компонентов клеевой композиции в фотохромный слой, а также защитить фотохромный слой от диффузии в него кислорода. Введение промежуточного прозрачного полимерного слоя 5, выполненного, например, из полимера на основе поливилинилового спирта, позволяет значительно продлить функционирование многослойной полимерной фотохромной пленки. Введение защитного слоя 6, выполненного, например, из кремнийорганического полимера, позволяет предохранить ИК-отражающий слой 3 от внешних механических и атмосферных воздействий, включая воздействие слабых кислотных и щелочных растворов. Кроме этого в защитный слой 6 могут быть введены УФ-адсорберы для полного поглощения УФ излучения.
На Фиг.3. дан вариант выполнения структуры заявляемой многослойной фотохромной полимерной пленки, которая содержит полимерную подложку 1, фотохромный слой 2, ИК-отражающий слой 3 расположенный со стороны воздействия солнечного излучения и клеевой слой 4, для приклеивания к поверхности, например, стекла. Многослойная фотохромная полимерная пленка имеет промежуточный прозрачный полимерный слой 5, расположенный между клеевым слоем 4 и ИК-отражающим слоем 3 и она снабжена защитным слоем 6, который нанесен на фотохромный слой 2.
В данном случае клеевой слой 4 наносится на промежуточный прозрачный полимерный слой 5 со стороны ИК-отражающего слоя 3. Фотохромный слой 2 и ИК-отражающий слой 3 находятся с разных сторон полимерной подложки 1, такое расположение позволяет исключить влияние клеевого слоя 4 на ИК-отражающий слой слой 2. Удаленное расположение фотохромного слоя 2 относительно стекла внутрь помещения создает дополнительную защиту фотохомному слою 2 за счет экранирования солнечного излучения впереди лежащими слоями и значительному увеличению срока службы МФТПП. Данное расположение фотохромного слоя 2 относится к пленке, предназначенной для наклеивания на стекло внутри помещения. Защитный слой 6 предохраняет фотохромный слой 2 от внешних механических и атмосферных воздействий, включая воздействие слабых кислотных и щелочных растворов, а также защищает фотохромный слой 2 от диффузии в него кислорода. Кроме этого в промежуточный слой 5 могут быть введены УФ-адсорберы для полного поглощения УФ излучения.
На Фиг.4. дан вариант выполнения структуры заявляемой многослойной фотохромной полимерной пленки, которая содержит полимерную подложку 1, фотохромный слой 2, ИК-отражающий слой 3 расположенный со стороны воздействия солнечного излучения и клеевой слой 4, для приклеивания к поверхности, например, стекла. Клеевой слой 4 нанесен на полимерную подложку 1. Многослойная фотохромная полимерная пленка имеет дополнительный промежуточный прозрачный полимерный слой 5, расположенный между фотохромным слоем 2 и ИК-отражающим слоем 3 и защитный слой 6, который нанесен на ИК-отражающий слой 3.
В этом случае фотохромный слой 2, дополнительный промежуточный прозрачный полимерный слой 5, ИК-отражающий слой 3 и защитный слой 6 расположены с одной стороны полимерной подложки 1, а клеевой слой 4 расположен с другой стороны полимерной подложки 1. Данное расположение фотохромных слоев относится к пленке, предназначенной для наклеивания на стекло снаружи помещения.
В результате такого расположения слоев достигается большая эффективность работы как спектрально селективного ИК-отражающего слоя 3, так и фотохромного слоя 2, что увеличивает энергосберегающий эффект. Дополнительный промежуточный прозрачный полимерный слой 5, располагающийся между ИК-отражающим слоем 3 и фотохромным слоем 2 создает дополнительную тепловую защиту между слоями и защищает фотохромный слой 2 от диффузии в него кислорода. Защитный слой 6 предохраняет фотохромный слой 2 от внешних механических и атмосферных воздействий, включая воздействие слабых кислотных и щелочных растворов.
Предложенная конструкция многослойной фотохромной полимерной пленки полифункциональна, обеспечивает не только автоматическое изменение светопропускания в зависимости от интенсивности солнечного излучения, но и снижение энергетических затрат за счет использования ИК отражающего покрытия.
Многослойная фотохромная полимерная пленка характеризуется постоянным отражением ИК излучения до 95%; обратимым снижением интенсивности видимого света до 80%; постоянным снижением интенсивности УФ излучения до 99%. Применение клеевого слоя позволяет наклеивать ее на остекление, обеспечивая тем самым его ударопрочность и взрывобезопасность. Внедрение в практику этой пленки открывает новые функциональные возможности для остекления, применяемого в строительной индустрии и транспортной технике.