用在太陽反射鏡中的改進的抗紫外線銀鏡的製作方法

2023-04-25 02:18:11

專利名稱：用在太陽反射鏡中的改進的抗紫外線銀鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及用在太陽反射鏡中的改進的抗紫外線鏡面銀鏡，且是 提交於2001年2月9日的美國專利申請09/762， 719的部分繼續申請。 更具體地說，該發明涉及用在太陽反射鏡中的改進的抗紫外線鏡面銀 鏡，所述鏡的特徵在於大大改善了在戶外的環境條件下的光學耐久性 和對隧道效應(tunneling)和脫層故障的非凡抗性。
背景技術：
抗大氣影響力的不足和紫外線降解是使用以柔性的鏡面銀鏡製成 的太陽反射鏡時遇到的問題。當在戶外使用時，這些鏡必須耐久且抗 紫外線(UV)，以保持其尺寸穩定性、漂亮的外觀以及在可見光、紫外 線和近紅外波長的鏡面反射。
鏡面反射通過鍍銀複合層而被提供到柔性銀鏡中，該鍍銀複合層 在一個柔性的聚合物基底的表面上真空沉積一薄層的銀。銀是優選的 金屬，因為它的反射率充分高於其他金屬，如鋁。為隨著時間的推移 保持鏡面反射率，現有技術著重於應用改進的粘合劑和保護層，這些 層塗在聚合物基底和銀層之上，以保護鏡免遭磨損、大氣影響 (weathering)和紫外線降解。
早期用來保護太陽反射鏡免受磨損、大氣影響和紫外線降解的技 術是針對鋁鏡開發的。例如，在美國專利No. 4， 307, 150中公開了一 個太陽反射鏡，其中一個真空沉積在柔性的聚酯支持層上的不透明的 鋁表面，通過一個丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯(methacrylate)共聚物 的共聚物層而免遭腐蝕和大氣影響。該支撐層包括了一個雙軸取向的 聚對苯二甲酸乙二酯層，其具有常規滑爽劑以方便纏繞，以及另一個
不包含滑爽劑的聚對苯二甲酸乙二酯層。
銀比鋁具有更高的鏡面反射率。因此，合乎邏輯的假設曾是在上 文所述的太陽反射鏡中以銀取代鋁。然而，本方法已經在美國專利
No. 4.645, 714中被披露具有兩種不可取的現象。首先，銀易受腐蝕， 無論是由丙烯酸酯覆層中孔的發展而引起的，還是沿著塗銀薄膜的外 圍部分。其次，銀的薄層與鋁的薄層不同，它具有一個i普窗口，紫外 線("UV，，)容易經該窗口通過。該光的透射峰值在320nm,日光包 括了這個波長內的紫外線。穿過該銀層的該紫外線傳輸降解了下面的 聚酯襯底，造成粘合劑中出現泡沫，該粘合劑通常用來將該基底粘附 到剛性的支撐面。這種降解和起泡降低了該太陽反射鏡的美觀性和鏡 面功能特性。
被納入了覆蓋在聚酯和銀鏡襯底之上的粘合劑或保護膜覆層之中 的緩蝕劑和紫外線吸收劑已被用來保持這些功能特性。然而，雖然緩 蝕劑確能減輕腐蝕，但隨著時間的推移，它們頻繁地向該鏡添加一種 不可接受的顏色，並且不能阻擋紫外線。相反，當紫外線吸收劑被納 入一個保護性的聚合物覆層之中時，聚酯支撐層降解率減少，但銀腐 蝕加劇。因此，人們一直在嘗試，將該緩蝕劑和紫外線吸收劑成分與 該鏡中的反應成分隔離，以^更消除這些不良效應。
在Roche的美國專利No. 4, 645， 714中/〉開了 一種耐腐蝕銀鏡， 其中一緩蝕劑和一紫外線吸收劑均被納入獨立的丙烯酸酯共聚物塗料 薄覆層中。該鏡面反射鏡是由一聚酯支撐膜之上的真空沉積的銀形成 的。聚酯支撐膜的紫外線降解、以及隨之發生的下方的粘合劑的起泡， 是通過將紫外線吸收劑納入被塗於第一聚合物覆層之上的第二聚合物 覆層之中而減輕的，其中該第一聚合物覆層納入了緩蝕劑。該第一聚
合物覆層是直接塗在該銀反射表面上的。該聚合物基底---個共擠
雙軸取向聚酯箔，包括(l)一個聚對苯二甲酸乙二酯層，其包括了 常規滑爽劑以方便巻繞；和(2)不包括滑爽劑的聚對苯二曱酸乙二酯 層，其導致一個光學平滑的暴露表面。該銀鏡面反射層覆於該共擠薄 膜的光滑表面上，且被結合到其上。在該銀層之上的是一個第一丙烯 酸酯或曱基丙烯酸酯共聚物覆層，具有0. 5至2.5%的二巰基乙酸乙 二醇酯分散劑，其用作偶聯劑底漆，和緩蝕劑。此覆層重量為l-4g/m2。
覆於該第一丙烯酸酯覆層之上的是第二丙烯酸酯覆層，其包括在整個
300-400納米範圍內有效的紫外線吸收劑。該第二塗層的重量是4-8 g/m2。將該緩蝕劑和紫外線吸收劑包括到獨立的層中，是旨在保持該 紫外線吸收劑與該銀不接觸，並避免任何腐蝕效應。在該共擠聚酯支 撐膜的反面是一個均質的粘性壓敏粘合劑(95:5丙烯酸異辛酯丙烯 醯胺共聚物)覆層，重約10-15 g/m3。常規隔離襯墊例如聚矽氧烷塗 覆的聚酯薄膜，可用於在使用前保護粘合劑。美國專利No. 4, 645, 714 的公開內容在此以援引方式納入本文，如同全部在本文提出。
然而，據Hutchinson的美國專利No. 5， 118， 540所述，在美國專 利No. 4, 307， 150和4， 645， 714中所述的反射薄膜通常不適用於太陽 能應用。在戶外條件下，這些薄膜的薄丙烯酸酯防水覆層易於糟糕地 受到大氣影響，並迅速被侵蝕。因此，這些覆層提供了一道不足以防 護磨損和水汽的屏障。若該太陽反射鏡包括一個具有一個聚酯支撐層 和一層銀的襯底，當外部丙烯酸酯防水覆層包括紫外線吸收劑時，紫 外線侵蝕並降解該聚酯支撐層，該鏡的美觀性和光學效率變差。為了 緩解此問題，Hutchinson公開了在粘合劑中使用緩蝕劑和紫外線吸收 劑，所述粘合劑被用於將一個抗磨損且抗水汽的碳氟化合物保護性覆 層結合在聚酯和銀鏡襯底的上方。該處中的相關的實施方案描述了抗 腐蝕且抗紫外光的柔性反射膜，其中抑制劑和吸收劑被各自納入獨立 的粘合劑覆層。 一薄層的銀被真空沉積到 一個柔性的聚酯支撐層上， 產生了該鏡面銀表面。該粘合劑用於將一碳氟化合物薄膜固定到該銀 表面，該薄膜具有抗磨損和抗大氣影響的功能。該粘合劑被作用到兩 個獨立的層中。該第一粘合劑層鄰近於該銀沉積層，並包括一抗蝕劑。 該第二粘合劑層包括一 紫外線吸收劑，且覆於該第 一 粘合劑層的上方， 用於將該碳氟化合物保護膜固定到該銀表面。用粘合劑將該碳氟化合 物薄膜固定到該銀表面是本結構的一個必需的要素，因為碳氟化合物 薄膜不與金屬表面結合。然而，該結構作為太陽反射鏡，隨著時間的 推移並不是沒有缺陷。在紫外線下，改進的粘合劑(納入了紫外線吸 收劑和抗蝕劑的粘合劑)直接在銀襯底上的塗覆導致了該銀/粘合劑界 面的降解。當銀被直接粘合到丙烯酸酯薄膜時，也發生脫層故障。此 外，不帶有紫外線吸收劑的碳氟化合物保護性薄膜通常提供了不足以
抵抗大氣影響的防護。出於這些原因，人們相信，這些銀鏡用作太陽 反射鏡時仍然缺乏長期耐久性，這導致光學效率和美觀性的損失。
存在對改進的抗紫外線銀鏡的需求，該銀鏡能有效地屏蔽紫外線， 保留其鏡面光學效率和美觀性，給出與現有技術的聚合物反射鏡相比 大為改良的光學耐久性，並且展示對脫層故障的非凡抗性。

發明內容
本發明的一個目標是提供一種改進的太陽反射鏡材料的結構，其 與現有技術的聚合物反射鏡結構相比具有改進的光學耐久性。
本發明的另 一個目標是提供一種改進的太陽反射鏡材料的結構， 其具有對隧道效應或脫層故障的改進的抗性。
本發明還有一個目標是提供一種改進的太陽反射鏡結構，其中銀 層被定位在一聚酯薄膜層之下，以保持該銀層的頂面不接觸粘合劑， 以通過頂層屏蔽掉大量的紫外線，以保護該聚酯層和該銀/聚合物界面 免受紫外線降解。
本發明還有一個目標是提供一種改進的太陽反射鏡結構，其中銀 層被定位在一聚酯薄膜層之下，以保持該銀層的頂面不接觸粘合劑， 以允許由頂層屏蔽大量的紫外線，以保護該聚酯層和該銀/聚合物界面 免受紫外線降解，且其中在銀層下方加了一銅層，以允許該銀層的背 面與該壓敏粘合劑分離。
簡而言之，本發明提供了一種改進的太陽反射鏡的結構，其中銀 層位於聚酯薄膜層的下方，以保持該銀層的頂面不接觸粘合劑，以允 許由頂層屏蔽大量的紫外線，以保護該聚酯層和該銀/聚合物界面免受 紫外線降解。
本發明的前述具體目標和優點對於本發明所能實現的目標和優點 而言是示例性的，並非意在窮舉或限定可被本發明實現的優點。因此， 本發明的那些以及其他目標和優點可從此處的描述明了 ，或可從實踐 本發明中得知，所述目標和優點在此處得以體現或如同那些根據本領 域技術人員顯而易見的變體而修改的。
除非另有說明，此處使用的科學技術術語均具有與本發明所屬領 域普通技術人員通常所理解的含義相同的含義。雖然任何與此處所述
類似或等同的方法和材料都可以用在本發明的實踐或測試之中，現仍 對優選的方法和材料進行描述。


圖l是示出了改進的太陽能反射鏡的橫截面圖，其中根據本發明 的結構，銀層位於一聚酯薄膜層下方。
圖2是示出了該改進的太陽能反射鏡的替代性實施方案的橫截面 圖，其中銀層被置於一聚酯薄膜層之下，而一銅層被置於該銀層之下。
圖3是示出了在本發明的改進的抗紫外線銀鏡結構和美國專利No. 4.645, 714中所公開的3M公司的SS-95型鏡面結構上採用了 "使用集 中曰光對非金屬材料進行加速戶外大氣影響"獲得的半球向反射比 00 (hemispherical reflectance)相對於以年為單位的等效曝光時間 的變化。
圖4是一個圖表，示出了在本發明的改進的抗紫外線的銀鏡結構 上的和在鍍銀的厚丙烯酸酯鏡樣品上的未出現脫層故障的區域所佔的 百分比作為浸入水中的時間的函數。
具體實施例方式
本發明提供用於太陽反射鏡中的改進的抗紫外線鏡面銀鏡，其中 該鏡的特徵在於大大改善了在戶外的環境條件下的光學耐久性和對隧 道效應和脫層故障的非凡抗性。
現在參照附圖，其中相同的號碼代表了相同的元件，且其中圖l 從總體上示出了銀鏡10的最基礎的構造。銀鏡IO包括了屏蔽紫外線 的丙烯酸酯薄膜11，其置於沉積在聚酯薄膜13之上的粘合劑層12之 上。銀覆層14被定位於該聚酯薄膜層之下，從而保持該銀層的頂部光 照面不接觸該粘合劑，該粘合劑是可以導致銀層降解的材料。 一個壓 敏粘合劑層15被置於銀覆層14之下。
在圖l中所示的結構中，銀層位於一聚酯薄膜層的下方，雖然這 會導致反射率略低於銀層在聚酯層上方的結構，但這個結構保持了銀 層的頂面(光照面)，也即最易遭到紫外線引發的降解的面(不與粘合劑 接觸)，該粘合劑是一種可促進銀降解的材料。該粘合劑對可見光、紫
外線和近紅外光具有高的透過性。該結構的耐久性和戶外耐大氣影響 性的關鍵在於頂層的廣泛的紫外線屏蔽，該頂層保護了該聚酯層(免 受紫外線降解)和銀/聚合物界面(該界面也易受紫外線降解)。
本發明基於前述構建改進的銀鏡的新方式，其中將市售的但單獨 不足以構成太陽反射鏡的材料以獨特的方式合併，以形成一耐久的具 有戶外耐大氣影響性的太陽反射鏡。早些時候的結構描述了一種太陽
反射鏡結構，其中由3M公司開發的一種低成本的反射材料，SS-95, (通過多種結合方式)與一屏蔽紫外線的薄膜相結合。SS-95自身並 不具有作為用於太陽能設備上的可行材料的足夠的戶外耐大氣影響 性。SS-95的戶外耐大氣影響性本身非常有限，因為用於製造該產品 的超薄覆膜不能為下方的鍍銀反射層提供足夠的保護。然而，當以一 厚得多的屏蔽紫外線的薄膜保護時，就達到了戶外耐大氣影響性。
在本發明中有對此概念的改進和增補。 一種基於丙烯酸酯的紫外 線屏蔽薄膜(名為KoradTM)是市面現有的產品。該產品具有能使之成為 該改進的太陽反射鏡的良好頂層的特性。雖然也發現了市面現有的其 他銀反射薄膜(不同於SS-95)，但這些市面現有的其他銀反射薄膜由 於材料的固有限制和它們的結構而不具有良好的戶外耐大氣影響性。 這些市面現有的鍍銀薄膜是用於室內使用的，例如增強辦公室燈具的 性能。加上屏蔽紫外線的薄膜(例如Korad"1)頂層，可得到一個合適 的太陽反射鏡，其給出了大為改進的戶外耐大氣影響性。
參見圖2,示出了用於太陽反射鏡的改進的抗紫外線銀鏡的另一 個實施方案。在該實施方案中，銀層14之下和壓敏粘合劑層15之上 有一銅層16。本結構生成了一個改進的抗紫外線銀鏡，當該抗紫外線 銀鏡用在太陽反射鏡中時，提供更佳的戶外耐大氣影響性，因為銀層 的背面與壓敏粘合劑層15分離。
在圖l和圖2中的結構上執行的加速曝露測試，例如使用加速的 實驗室可控的和加速的戶外環境測試，展示了與現有技術中的聚合物 反射鏡相比大為改良的光學耐久性，因為現有技術的聚合物鏡特別易 遭受所知的隧道效應故障模式一一其中在水汽條件下反射層災難性地 從聚合物層脫離。此外，該新結構(其不包括丙烯酸酯防水薄覆層) 的加速大氣影響曝露測試示出了與Roche的專利No. 4， 465， 714中的
3M公司的商業材料(SS-95)相比，該結構展示了非凡的光學耐久性。 工業應用
圖3示出了與基於Roche的專利的3M公司的商業材料(SS-95)相 比，本發明的新反射鏡結構(其不包括丙烯酸酯防水薄覆層)的光學 耐久性的引人注目的改善。空心三角形符號示出了該SS-95反射鏡的 反射率的改變作為在亞利桑那州菲尼克斯市的實時曝露的函數。實心 符號示出了改良的層反射鏡結構的優選實施方案的結果。這些材料受 到大約5倍於自然日光的戶外曝露。這些曝露是用ACUVEX⑧(準確控制 的紫外線曝露)大氣影響裝置根據測試標準ASTM G 90 ——"使用集中 自然日光對非金屬材料進行加速戶外大氣影響" 一 一 進行的。實心的方 形符號對應於我們的改進的反射鏡，所述反射鏡具有2. 4mil厚的丙烯 酸酯屏蔽紫外線層/PET/銀/銅/PSA的結構，其中PET是聚對苯二甲酸 乙二酯(聚酯)而PSA是壓敏粘合劑。用於該曝露於ACUVEX⑧的材料 的等效曝露時間基於紫外日光的累積性照射量。
可見，雖然SS-95材料的初始反射率略微大於改進的反射鏡，但 在約兩年的戶外曝露之後，該SS-95的反射率迅速降低。然而，改進 的本發明鏡面在相當於超過9年的戶外曝露中保留了高反射率。
現有技術的另一個缺點和指定了較厚的鍍銀丙烯酸酯薄膜的結構 相關。真空沉積銀與丙烯酸酯薄膜之間固有的粘性很弱。人們發現， 包含了銀/丙烯酸酯結構的太陽鏡在應用於戶外時， 一旦暴露於水汽 下，特別易於遭受所知的隧道效應故障模式一一其中該銀層災難性地 從該基底丙烯酸酯層脫離。該厚的丙烯酸酯薄膜吸收了水汽並膨脹， 產生機械壓力，該機械壓力導致了與該銀層的脫離。該效應在圖4中 清晰地示出。這些結果對應於將候選的鍍銀聚合物太陽鏡結構浸入水 中的測試，且測量了脫層區域所佔百分比作為浸沒時間長度的函數。 對於所引現有技術中所指定的鍍銀的厚丙烯酸酯薄膜樣品，鏡面的60% 在僅僅4天之後就脫層。這造成了徹底的不可接受的故障。
雖然已經參考特定實施方案對本發明做了描述，但應理解對本發 明的修改和改變對於本領域技術人員將是顯而易見的，且這樣的修改 和替換可在不脫離權利要求所限定的範圍和精神的前提下做出。
權利要求
1.一種銀鏡結構，當在太陽反射鏡中使用時，其在整個紫外線和可見光光譜維持高百分比的半球向反射比，該結構包括a)一個壓敏粘合劑層，位於一銀覆層下方；b)一個聚合物薄膜，置於該銀覆層上；c)一個粘合劑層，位於該聚合物薄膜上；和d)一個屏蔽紫外線的丙烯酸酯薄膜，置於該粘合劑層上。
2. 權利要求1的銀鏡，其中一個銅層插入所述銀覆層下方和 所述壓敏粘合劑層上方。
3. 權利要求1的銀鏡，其中所述聚合物薄膜是聚酯。
4. 權利要求3的銀鏡，其中所述聚酯薄膜是聚對苯二曱酸乙 二酯。
5. 權利要求2的銀鏡，其中所述聚合物薄膜是聚合物聚對苯 二甲酸乙二醇酯。
6. 權利要求4的銀鏡結構，其特徵在於厚度約2.4mil。
7. 權利要求5的銀鏡結構，其特徵在於厚度約2.4mil。
8. 權利要求6的銀鏡結構，其中所述高百分比的半球向反射 比在2年以外的時期中超過90%。
9. 權利要求7的銀鏡結構，其中所述高百分比的半球向反射 比在約2年以外的時期中超過90%。
10. 權利要求8的銀鏡結構，其中所述約2年以外的時期是 超過大約9年。
11. 權利要求9的銀鏡結構，其中所述約2年以外的時期是 超過大約9年。
全文摘要
一種銀鏡結構，當在太陽反射鏡中使用時，其在整個紫外線和可見光光譜維持高百分比的半球向反射比，該結構包括a)一個壓敏粘合劑層，位於一銀覆層下方；b)一個聚合物薄膜，置於該銀覆層上；c)一個粘合劑層，位於該聚合物薄膜上；和d)一個屏蔽紫外線的丙烯酸酯薄膜，置於該粘合劑層上。
文檔編號B32B15/08GK101365968SQ200680052293
公開日2009年2月11日 申請日期2006年12月13日 優先權日2005年12月16日
發明者G·J·喬根森, R·吉 申請人:中西部研究院