改進的透氣性、低發射率鍍金屬片材的製作方法

2023-05-06 02:12:41 1

專利名稱：改進的透氣性、低發射率鍍金屬片材的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有改進的溼蒸汽滲透性和隔熱性，適合作為建築結構中的熱障使用的鍍金屬(metalized)片材。
2.相關技術的描述本領域已知在建築結構中使用溼蒸汽可透(透氣性(breath able))鍍金屬片材作為住房包裹材料(wrap)。該鍍金屬片材允許溼蒸汽透過片材，從而防止溼氣在安裝於片材後面的絕熱層內凝結，同時提供對空氣和液態水的阻擋並提高建築物的能量效率。美國專利號4,999,222，授予Jones等人，描述一種具有低發射率的溼蒸汽可透鍍金屬聚乙烯片材，它是通過壓光超細纖維叢絲狀薄膜-原纖片材，隨後真空鍍金屬製成的。美國專利號4,974,382，授予Avellanet，描述一種蒸汽可透或不透性防滲入和能量阻擋層，其表面具有至少一個鍍金屬層。公開的PCT國際申請號WO 01/28770，授予Squires等人，描述一種透氣性建築膜，包括微孔膜底層和由絲狀聚合物布料，例如，紡粘布，成形的頂(top)層，該頂(top)層備有溼蒸汽可透反射性金屬塗層。雖然上面描述的透氣性鍍金屬片材通過反射紅外輻射來提供熱障，但它們容易在暴露於空氣和潮溼後金屬層發生氧化。氧化的金屬層通常具有比對應金屬高的發射率，因此作為熱障其效率較低。另外，外露的薄金屬層會在加工、安裝之類期間受到損傷。
公開的歐洲專利申請號EP 1400348，授予Avril等人，描述一種液體不可透、溼蒸汽/氣體可透層合布，適合用作建材布料，例如，住房包裹材料和屋頂襯底，包括反射薄膜層，它是通過在第一聚合物薄膜層上蒸汽沉積金屬層並將該金屬層夾在第一聚合物薄膜層與第二聚合物薄膜層之間製成的。薄膜層保護金屬層以免在使用期間損傷但不透溼氣，而是在鍍金屬以後經微穿孔獲得所要求的溼蒸汽滲透性的。
已塗有機聚合物塗層的鍍金屬非織造布已知被用於建築最終用途，例如，住房包裹材料。然而，該聚合物塗層是採用，與未塗布的鍍金屬非織造布片材相比，顯著降低溼蒸汽滲透性的方法施塗的。美國專利申請公開號2003/0136078，授予Brown等人，描述一種給建築物熱絕緣的方法，包括在外包層與框架之間的空腔內引入包含反射層和透氣性紡織物層的絕緣膜的步驟。該鍍金屬層可任選地塗以塑料或清漆保護層以保護金屬表面。
當溼蒸汽可透片材沿著基本上整個表面採用傳統方法，例如，氣刀塗布、苯胺印刷、凹版印刷等塗布時，塗層將降低片材的溼蒸汽滲透性。如果初始片材具有稀鬆(open)結構並且是高度透氣的，則在塗布以便用於某些最終用途，例如，服裝之後，該片材將保持充分的溼蒸汽滲透性。例如，在授予Culler的美國專利號5,955,175中所描述的布料在鍍金屬並塗以疏油塗層後將既透空氣也透溼蒸汽。然而，當初始溼蒸汽可透片材具有高度封閉的結構，其透氣性將非常低，例如，用非織造布和其它作為建築結構中住房包裹材料或屋頂襯的片材時，則傳統塗層將導致片材表面上的孔隙被顯著地覆蓋。這將導致所塗布的片材具有明顯低於初始片材的溼蒸汽滲透性。這對於作為住房包裹材料和屋頂襯產品是不可心的，因為希望這樣的材料可透溼蒸汽，同時又形成阻擋空氣和液態水滲入的屏障。
若能提供一種鍍金屬片材，它具有對液態水的高阻擋能力，並且具有高溼蒸汽滲透性和優良隔熱性能，適用於建築用途，例如，住房包裹材料和屋頂襯，則將是可心的。
發明概述按照第一實施方案，本發明涉及一種鍍金屬複合片材，它包含具有第一和第二外表面的溼蒸汽可透片材層，該片材層包含非織造布、機織織物、非織造布-薄膜層合物、機織織物-薄膜層合物、溼蒸汽可透薄膜及其複合材料至少之一，其中溼蒸汽可透片材層的第一外表面是多孔片材，選自微穿孔薄膜、機織織物和非織造布，以及在該片材層的所述第一外表面上的至少一個多層塗層，所述多層塗層包含與該片材層的第一外表面相鄰、厚度介於約15nm～200nm的第一金屬塗層，以及沉積在該金屬層上的厚度介於約0.2μm～2.5μm的外有機塗層，其組成包含選自有機聚合物、有機低聚物及其組合的材料，其中複合片材的溼蒸汽透過速率(MVTR)是沉積該金屬和塗層之前測定的片材層MVTR的至少約80％。
在替代的實施方案中，本發明鍍金屬複合片材可具有一種多層塗層，它還包含沉積在溼蒸汽可透片材層第一外表面、介於片材層與金屬塗層之間、厚度介於約0.02μm～2μm的中間有機塗層，其組成包含選自有機聚合物、有機低聚物及其組合的材料，其中中間與外有機塗層的總合計厚度不大於約2.5μm。
本發明另一實施方案涉及一種鍍金屬複合片材，它包含具有第一和第二外表面的多孔閃紡超細纖維叢絲狀片材層，和至少一個多層塗層，後者包含沉積在該閃紡超細纖維叢絲狀片材層第一外表面上、厚度介於約15nm～200nm的金屬塗層，所述金屬選自鋁、銀、銅、金、錫、鋅及其合金，以及沉積在金屬層上、厚度介於約0.2μm～1μm的其組成含交聯聚丙烯酸酯的外有機塗層，其中多層塗層基本上覆蓋閃紡超細纖維叢絲狀片材的外表面但使得孔隙基本未覆蓋。
本發明另一替代實施方案涉及一種鍍金屬複合片材，它包含具有第一和第二外表面的多孔閃紡超細纖維叢絲狀片材層，和至少一個多層塗層，後者包含沉積在所述閃紡超細纖維叢絲狀片材層的第一外表面、厚度介於約0.02μm～1μm的中間有機塗層，其組成包含交聯的聚丙烯酸酯，沉積在所述中間有機塗層上、厚度介於約15nm～200nm的金屬塗層，所述金屬選自鋁、銀、銅、金、錫、鋅及其合金，以及沉積在金屬層上、厚度介於約0.2μm～1μm的外有機塗層，其組成含交聯聚丙烯酸酯，其中多層塗層基本上覆蓋閃紡超細纖維叢絲狀片材的外表面，但使得孔隙基本未覆蓋。
附圖簡述

圖1是適用於形成本發明複合片材的設備的示意圖。
圖2A和2B是原子力顯微照片，分別顯示未塗布和聚丙烯酸酯-塗布的高密度聚乙烯超細纖維叢絲的表面特徵。
圖3是本發明牆壁系統的示意圖。
圖4A～4C是本發明屋頂系統的示意圖。
圖4D是展示鍍金屬複合片材在一頂樓中地板託架上的安裝的示意圖。
圖5是實施例7的複合片材和現有技術(in cumbent)鍍金屬和未鍍金屬住房包裹材料的屏蔽效力對EMF頻率的曲線圖。
圖6是實施例8的複合片材和現有技術鍍金屬和未鍍金屬住房包裹材料的屏蔽效力對EMF頻率的曲線圖。
發明詳述術語「非織造布」、「非織造布片材」、「非織造布層」和「非織造纖網」在這裡被用來指由單根絲(例如，纖維、長絲或單紗)以無規方式鋪置形成平面材料，而不是像針織或機織織物那樣按可辨認的圖案，所構成的結構。術語「纖維」在這裡被用來涵蓋短纖維以及連續長絲。非織造布的例子包括熔噴纖網、紡粘非織造布纖網、閃紡纖網、基於短纖維的纖網，包括梳理和氣流鋪網的纖網，射流噴網纖網和包含一種以上非織造纖網的複合片材。
術語「機織片材」在這裡被用來指通過織造一種經紗和緯紗交叉的組織所成形的片材結構。
術語「紡粘纖維」在這裡被用來指按如下方法熔紡的纖維將熔融熱塑性聚合物材料從紡絲板的大量細小，通常為圓形的紡絲孔中擠出成為纖維，隨後通過拉伸，再驟冷該纖維使擠出纖維的直徑迅速減小。
術語「熔噴纖維」在這裡被用來指通過熔噴方法熔紡的纖維，包括將可熔融加工聚合物以熔融流股的形式擠過大量毛細孔，進入到高速氣(例如，空氣)流中。
術語「紡粘-熔噴-紡粘非織造布」(″SMS″)在這裡被用來指一種多層複合片材，它包含在2個紡粘層之間並與其粘合著一層熔噴纖維纖網。在該複合片材中可加入附加的紡粘和/或熔噴層，例如，紡粘-熔噴-熔噴-紡粘纖網(″SMMS″)，等。
術語「超細纖維叢絲狀」在這裡被用來指由無規長度的薄、帶狀、薄膜-原纖基元組成的三維整體網絡或纖網，平均膜厚小於約4μm，中位數原纖寬度小於約25μm。在超細纖維叢絲狀結構中，薄膜-原纖基元通常沿結構的縱軸共延伸地排齊並且它們按不規則的間距在沿結構的長度、寬度和厚度不同的地方到處斷斷續續地結合再分開，從而形成連續的三維網絡。超細纖維叢絲狀薄膜-原纖基元組成的非織造纖網在這裡被稱作「閃紡超細纖維叢絲狀片材」。
這裡所使用的術語「帶」指的是扁平狀的單紗，例如，由劈切膜構成的扁平紗。
這裡所使用的術語「金屬」包括金屬合金以及金屬。
術語「牆壁系統」在這裡用來指建築結構的牆壁。牆壁系統包括內襯和外皮層以及夾在內襯和外皮層之間的其它牆壁要素。中間要素可包括支撐框架要素，例如，垂直木壁骨、至少一個空氣空間、隔熱材料、任選的蒸汽阻擋層，以及本發明溼蒸汽可透鍍金屬複合片材。
術語「屋頂系統」在這裡被用來指建築結構中的屋頂。屋頂系統包括支撐屋頂框架要素如塗瀝青的木椽，外屋頂材料和其它屋頂要素。屋頂系統可劃分為暖屋頂系統和冷屋頂系統。在冷屋頂系統中，其它屋頂要素可以包括任選的蒸汽阻擋層、至少一個空氣空間(它可以是頂樓空氣空間)、夾在支撐屋頂框架要素與外屋頂材料如板條或實心蓋板之間的元素、本發明溼蒸汽可透鍍金屬複合片材，以及安裝在頂樓空間的地板標高、高於屋內天花板標高的隔熱材料。在暖屋頂系統中，其它屋頂要素可包括，除了上面針對冷屋頂系統列舉的之外，頂樓天花板和安裝在頂樓天花板上方(而不是在頂樓空間的地板標高)的隔熱層。其它屋頂要素可夾在支撐屋頂框架要素與外屋頂材料中間，或者可固定在支撐屋頂框架要素的面朝頂樓空間這一側，或者安裝在相鄰的屋頂框架要素之間，等等，視具體屋頂要素而定。
在一種實施方案中，本發明涉及一種鍍金屬溼蒸汽可透複合片材，它是通過在溼蒸汽可透片材層的至少一側塗以至少一個金屬層，並在金屬層的背向片材層的那側塗以至少一個薄有機塗層而製成的。塗層優選在真空下採用蒸汽沉積技術在基本上覆蓋片材層卻不明顯降低其溼蒸汽滲透性的條件下形成。複合片材具有高溼蒸汽滲透性和優良隔熱性能。該複合片材也可選擇為能提供對液態水的滲入的高阻擋能力(高靜水壓頭)，這對於作為建築的最終用途如住房包裹材料和屋頂襯來說也很重要。本發明複合片材所提供的性能的均衡性優於目前可獲得的建築工業中使用的鍍金屬片材。本發明複合片材提供一種薄、結實、透氣的熱障，適合用於現有或新的結構中。本發明複合片材，當用作牆壁和/或屋頂系統中的熱障時，有利於滿足有關新建和翻修建築物要求有較高能量效率的建築規範。
本發明複合片材包括以下結構片材/M/L2、片材/L1/M/L2和片材/L1/M/L2/M/L3等，其中片材是溼蒸汽可透片材層、M是低發射率金屬層，L1、L2和L3是包含有機聚合物或有機低聚物或其共混物的有機塗層。縮寫「L1」在這裡被用來指先沉積在片材層表面上，然後再在其上沉積金屬層的任選中間有機塗層。該中間塗層據發現能改善該複合片材的隔熱性能，與不包括中間塗層的複合片材相比。該複合片材包括至少一個覆蓋在金屬層上面的外有機塗層，如上面描述的結構中的L2和L3。在具有多於1個金屬層的複合片材結構中，各單個金屬層可由相同或不同金屬形成並且可具有相同或不同的厚度。類似地，在具有多於1個有機塗層的結構中，各單個有機塗層可具有相同或不同的組成和/或厚度。每個金屬層可包含多於1個相鄰的金屬層，其中相鄰金屬層可相同或不同。類似地，每個有機層可包含多於1個相鄰有機層，其中相鄰有機層可相同或不同。該片材可在一側塗布，正如在上面的結構中那樣，或者在兩側都塗布，例如，在下面的結構中L2/M/片材/M/L2、L2/M/L1/片材/L1/M/L2等。
在本發明一種實施方案中，溼蒸汽可透片材層的一或兩側包含多孔外表面，例如，塗以有機和金屬層的纖維表面或多孔薄膜。該有機和金屬層沉積在多孔表面上，使得在塗布側(們)的纖維或薄膜的外露或「外」表面被塗布，而不覆蓋孔隙。這包括纖維之間的間隙空間或孔隙的壁的內表面，以及當從塗布那側(們)的片材層外表面看去外露的纖維表面；但布料內部結構中的纖維表面則依然未塗布。
適合形成本發明複合片材的溼蒸汽可透片材層可具有較低空氣滲透性，例如，介於約5～約12,000Gurley秒，甚至介於約20～約12,000Gurley秒，甚至介於約100～約12,000Gurley秒，甚至介於約400～約12,000Gurley秒，這樣的水平一般認為能提供對空氣滲入的阻擋。替代地，溼蒸汽可透片材層可選擇為具有較高空氣滲透性，例如，Gurley Hill空氣滲透性小於5s的那些片材，其空氣滲透性落在Frazier空氣滲透性範圍內。具有較高空氣滲透性的複合片材可具有至少約35g/m2/24h的溼蒸汽參透性，甚至至少約200g/m2/24h，甚至至少約600g/m2/24h以及至少約20cm H2O的靜水壓頭，甚至至少約50cm H2O的靜水壓頭，甚至至少約100cm H2O的靜水壓頭，甚至至少約130cmH2O的靜水壓頭。當作為住房包裹材料使用時，複合片材優選具有至少約35N/cm的抗張強度。
適合的溼蒸汽可透片材層是多孔片材，包括機織織物如機織纖維或帶的片材，或者非織造布，例如，閃紡超細纖維叢絲狀片材、紡粘非織造布片材、紡粘-熔噴非織造布片材、紡粘-熔噴-紡粘非織造布片材，和包括非織造布或機織織物或稀鬆布層和溼蒸汽可透薄膜層，例如，微孔薄膜、微穿孔薄膜或溼蒸汽可透整體薄膜，的層合物。初始片材層可包含預先採用傳統塗布方法塗布的溼蒸汽可透片材。例如，目前在建築工業中使用的片材包括預先塗以聚合物薄膜層並微穿孔的機織帶的片材。片材層可由各種各樣聚合物組合物形成。例如，建築工業中使用的片材一般由聚烯烴如聚丙烯或高密度聚乙烯、聚酯，或聚醯胺形成。
在一種實施方案中，溼蒸汽可透片材是一種閃紡超細纖維叢絲狀聚烯烴片材，例如，Tyvek閃紡高密度聚乙烯，由杜邦公司E.I.du Pontde Nemours and Company，Inc.(Wilminton，DE)供應。合適的閃紡超細纖維叢絲狀薄膜-原纖材料也可由聚丙烯製成。溼蒸汽可透片材可以是由閃紡超細纖維叢絲狀片材與1或多個附加層組成的層合物，例如，包含閃紡超細纖維叢絲狀片材和熔紡紡粘片材的層合物。形成超細纖維叢絲狀薄膜-原纖單紗材料的纖網層的閃紡方法公開在美國專利號3,081,519(Blades等人)、3,169,899(Steuber)、3,227,784(Blades等人)、3,851,023(Brethauer等人)，在此將其內容收入本文作為參考。
溼蒸汽可透片材可以是市售供應的住房包裹材料或屋頂襯產品。建築結構中使用的閃紡超細纖維叢絲狀片材包括TyvekSUPRO屋頂襯、TyvekHomeWrap、TyvekCommercialWrap。適合作溼蒸汽可透片材層的其它住房包裹產品包括Air-GuardBuildingwrap(由Fabrene公司，North Bay，安大略，製造)，這是一種高密度聚乙烯劈切膜的機織織物，由單面塗以加入白顏料並微穿孔的聚乙烯構成，PinkwrapHousewrap(由Owens Corning，Toledo，OH，製造)，這是一種聚丙烯劈切膜的機織織物，單面塗布並穿孔，Pinkwrap PlusHousewrap(由Owens Corning，Toledo，OH，製造)，這是一種交叉鋪置的層合聚烯烴薄膜，進行過微穿孔並具有波紋狀表面，Tuff WrapHousewrap(由Cellotex公司，Tampa，FL，製造)，這是一種一面塗層並穿孔的高密度聚乙烯薄膜的機織織物，Tuff Weather Wrap(由Cellotex公司，Tampa，FL，製造)，這是一種聚烯烴片材粘合到一種壓花以便在表面形成小凹窩的非織造稀鬆布上，Greenguard UltraAmowrap(由Amoco(Smyrna，GA)製造)，這是一種一面塗布並穿孔的聚丙烯劈切膜的機織織物，Weathermate Plus Housewrap(由Dow化學公司(Midland，MI)製造)，這是一種塗以透明塗層、未穿孔的非織造膜，以及TyparHousewrap(由Reemay，Old Hickory，TN)製造)，這是一種塗布的紡粘聚丙烯片材。
在某些情況下，可心的是使用基本上是空氣不可滲透的溼蒸汽可透片材層。例如，溼蒸汽可透片材層可包含非織造布或機織織物或稀鬆布與溼蒸汽可透薄膜層的層合物，其中溼蒸汽可透薄膜層是一種微孔薄膜或整體薄膜。一般而言，一或多種溼蒸汽可透薄膜層被夾在外非織造布或機織織物或稀鬆布層之間，而金屬和有機塗層則沉積在外層至少之一上面，因此外有機塗層構成複合片材的外表面。在一種此類實施方案中，溼蒸汽可透薄膜層被夾在2個短纖維非織造布層，或2個連續長絲非織造布層，或2片機織織物之間。該外布層或稀鬆布層可相同或不同。
溼蒸汽可透整體(無孔)薄膜由可作為薄、連續溼蒸汽可透，並且基本上不透液的薄膜擠出的聚合物材料來形成。薄膜層可利用傳統擠出塗布方法直接擠出到第一非織造布或機織基材層上。優選的是，整體薄膜的厚度不大於約3密耳(76μm)厚，甚至不大於約1密耳(25μm)厚，甚至不大於約0.75密耳(19μm)厚，甚至不大於約0.60密耳(15.2μm)厚。在擠出塗布方法中，擠出的層和基材層一般被送過2個輥筒(加熱或不加熱)之間形成的輥隙，通常在薄膜層完全固化之前，以便改善各層之間的粘合。第二非織造布或機織基材層可引入到薄膜的與第一基材相反的一側上的輥隙中，結果形成溼蒸汽可透、基本上不透空氣的層合物，其中整體薄膜被夾在2個基材層之間。
適合形成溼蒸汽可透整體薄膜的聚合物材料包括嵌段聚醚共聚物如嵌段聚醚酯共聚物、聚醚醯胺共聚物、聚氨酯共聚物、聚(醚醯亞胺)酯共聚物、聚乙烯醇或其組合。優選的共聚醚酯嵌段共聚物是具有軟聚醚鏈段和硬聚酯鏈段的嵌段彈性體，正如在Hagman，美國專利號4,739,012中公開的，在此將其收入本文作參考。合適的共聚醚酯嵌段共聚物包括Hytrel共聚醚酯嵌段共聚物，由杜邦公司(E.I.du Pont deNemours and company)(Wilmington，DE)銷售，和Arnitel聚醚酯共聚物，由DSM Engineering Plastics(Heerlen，荷蘭)製造。適合的共聚醚醯胺聚合物是由Atochem公司(Glen Rock，N.J.，USA)以商品名Pebax銷售的共聚醯胺。Pebax是Elf Atochem(S.A.of Paris，法國)的註冊商標。合適的聚氨酯是由固特異公司(克裡夫蘭，俄亥俄，美國)以商品名Estane銷售的熱塑性聚氨酯。合適的共聚(醚醯亞胺)酯描述在Hoeschele等人的美國專利號4,868,062中。整體薄膜層可由多層溼蒸汽可透薄膜層構成。此類薄膜可以是共擠出的，其中的層由1或多種上面描述的透氣性熱塑性薄膜材料構成。
微孔薄膜是本領域公知的，例如，由聚烯烴(例如，聚乙烯)和細顆粒填料的混合物形成的那些，該混合物經熔融擠出，流延或吹脹成為薄膜並進行拉伸，或者單軸或者雙軸，最後形成形狀不規則的連續延伸薄膜上下表面的微孔。美國專利5,955,175公開一種微孔薄膜，它具有約0.2μm的公稱孔隙尺寸。微孔薄膜可利用本領域已知的方法，例如，熱或粘合劑層合方法，層合到非織造布或機織層之間。
微穿孔薄膜通過將聚合物流延或吹脹變成薄膜，隨後給薄膜機械地穿孔而製成，正如在歐洲專利公開號EP 1 400 348 A2中一般地公開的，該公開物中指出，微穿孔一般介於0.1mm～1.0mm直徑的數量級。
按照本發明，金屬和有機塗層利用基本上不降低片材的溼蒸汽滲透性的方法沉積到多孔片材上。該塗層沿著基本上整個片材的表面沉積，但使得材料的孔隙口基本上未覆蓋。按照本發明一種實施方案，該溼蒸汽可透片材層包含纖維非織造布或機織織物。替代地，該溼蒸汽可透片材層可以是布料-薄膜層合物，其中布料包含層合物的外表面，或者層合物的外表面可以是微穿孔的薄膜。將金屬和有機塗層沉積到布料或微穿孔薄膜上，結果，在布料的情況下，在複合片材塗布表面的單根布料紗線外露表面被基本上覆蓋，但使得單紗之間的間隙或孔隙基本上未被塗復材料覆蓋。所謂「基本上未覆蓋」是指，纖維之間的間隙空間的至少35％不含塗料。在一種實施方案中，有機塗層的總合計厚度小於非織造纖網的纖維的直徑。在非纖維片材的情況下，片材表面上的表面孔隙的至少35％基本上未被覆蓋。這提供了一種溼蒸汽滲透性是初始片材材料的溼蒸汽滲透性的至少約80％，甚至至少約85％，甚至至少約90％的塗布複合片材。
當比較塗布的複合片材的溼蒸汽滲透性與未塗布初始片材的溼蒸汽滲透性時，作為對照樣使用的初始片材應與要比較溼蒸汽滲透性的具體複合片材所使用的初始片材材料基本上等效。例如，應使用與製造塗布片材所使用的同一卷或批次等的片材樣品來測定初始片材的溼蒸汽滲透性。可在塗布前遮蓋一段片材層，以便使被遮蓋的段在塗布加工期間不被塗布，然後從片材的相鄰未塗布和塗布的部分取樣並測定。替代地，未塗布樣品可取自片材層的那捲的開頭和/或末尾，並與由同一卷製成的塗布樣品進行比較。
鑑於塗層不連續覆蓋孔隙，故溼蒸汽滲透性不明顯地受到影響。本領域已知的真空蒸汽沉積方法優選用於沉積該金屬和有機塗層。金屬和有機塗層的厚度優選控制在能提供具有不超過約0.15，甚至不超過約0.12，甚至不超過約0.10發射率的複合片材的範圍。
外有機塗層的厚度和組成應選擇得，除了基本上不改變片材層的溼蒸汽滲透性之外，它也不明顯增加鍍金屬基材的發射率。外有機塗層優選的厚度介於約0.2μm～2.5μm，這對應於約0.15g/m2～1.9g/m2有機塗層材料。在一種實施方案中，外塗層的厚度介於約0.2μm～1.0μm(約0.15g/m2～0.76g/m2)，或者介於約0.2μm～0.6μm(約0.15g/m2～0.46g/m2)。當採用中間塗層時，中間與外有機塗層的合計厚度優選不超過約2.5μm，甚至不超過約2.0μm，甚至不超過約1.5μm，以保證溼蒸汽可透片材的表面上的孔隙基本上未覆蓋。在一種實施方案中，中間與外有機塗層的合計厚度不超過約1.0μm。就結構，片材/L1/M/L2而言，中間塗層的厚度優選介於約0.02μm～2μm，對應於約0.015g/m2～1.5g/m2。在一種實施方案中，中間塗層的厚度介於約0.02μm～1μm(0.015g/m2～0.76g/m2)或介於約0.02μm～0.6μm(0.015g/m2～0.46g/m2)。當沉積附加金屬和有機塗層時，應調節每個有機塗層的厚度，使得所有有機塗層的總合計厚度不超過約2.5μm，或不超過約1.0μm。如果外有機塗層過薄，它可能不能保護金屬層免遭氧化，從而導致複合片材發射率的增加。如果外有機塗層過厚，則複合片材的發射率可能增加，從而造成隔熱性能較低。
可心的是，在某些情況下的中間有機塗層非常薄，例如，介於約0.02μm～0.2μm(約0.015g/m2～0.15g/m2)。一種此類例子是當片材層包含閃紡超細纖維叢絲狀或其它非織造片材，其中超細纖維叢絲或纖維在其表面具有等於或小於500nm數量級的特徵時。此特徵比非織造片材的表面「宏觀粗糙」細小得多，其中宏觀粗糙特徵乃是由纖維本身(峰和谷)以及纖維之間的間隙造成的。圖2A是一幅原子力顯微照片(AFM)，顯示由單根未塗布高密度聚乙烯超細纖維叢絲表面上的無定形區域(暗)和結晶薄片造成的表面特徵。結晶薄片(lamellae)的厚度大約為25nm，長120～450nm。重要的是，片材的宏觀粗糙不因鍍金屬和塗層而明顯改變，因為這樣作將導致纖維之間的間隙空間縮小或被堵塞並導致片材溼蒸汽滲透性的降低。非常薄的聚合物層將使存在於單根纖維表面的微觀-粗糙光滑，而不影響纖維片材的宏觀-粗糙。在閃紡聚乙烯的情況下，塗層將需要至少與聚乙烯片狀結晶一樣厚，後者為約25nm厚。圖2B是塗以約25nm厚聚丙烯酸酯聚合物蒸汽沉積層的高密度聚乙烯超細纖維叢絲的表面AFM。比較圖2B與圖2A，可以看出，塗布的超細纖的表面已被聚丙烯酸酯塗層光滑化，卻又不影響片材的宏觀-粗糙。一般而言，厚度超過纖維或其它表面的平均微觀-粗糙特徵的有機塗層L1將使纖維表面變得光滑。此種光滑作用可使單根纖維表面的金屬層變得更光滑，從而，與不包括L1的片材相比，降低複合片材的發射率。例如，厚度介於約0.025μm～0.2μm的中間塗層L1適合用於閃紡聚乙烯片材。
適合有機塗層(們)的組合物包括聚丙烯酸酯聚合物和低聚物。塗層材料可以是交聯的化合物或組合物。適合製備有機塗層的前體化合物包括真空相容的單體、低聚物或低分子量聚合物及其組合。真空相容單體、低聚物或低分子量聚合物應具有高到足以在蒸發器中迅速蒸發從而不發生熱降解或聚合的蒸氣壓，同時其蒸氣壓又不應高到主導真空系統的程度。蒸發的容易程度取決於單體、低聚物或聚合物的分子量及分子間力。典型地，可用於本發明的真空相容單體、低聚物和低分子量聚合物的重均分子量可最高至約1200。本發明中使用的真空相容單體優選是輻射可聚合單體，或者自己或者藉助光引發劑，並包括以羥基、醚、羧酸、磺酸、酯、胺和其它官能團官能化的丙烯酸酯單體。塗層材料可以是疏水化合物或組合物。塗層材料可以是可交聯、疏水和疏油的氟化丙烯酸酯聚合物或低聚物，按照本發明一種優選的實施方案。真空相容低聚物或低分子量聚合物包括按如上所述官能化的二丙烯酸酯、三丙烯酸酯和更高分子量的丙烯酸酯，脂族、脂環族或芳族低聚物或聚合物以及氟化的丙烯酸酯低聚物或聚合物。氟化丙烯酸酯，表現出非常低的分子間相互作用，用於本發明，可具有最高約6000的重均分子量。優選的丙烯酸酯在分子中具有至少一個雙鍵，優選至少2個雙鍵，以便提供高速的聚合。可用於本發明塗層中的丙烯酸酯以及該丙烯酸酯平均分子量的例子描述在美國專利6,083,628和WO 98/18852中。
適合形成本發明複合片材的金屬層(們)的金屬包括鋁、金、銀、鋅、錫、鉛、銅和它們的合金。金屬合金可包括其它金屬，只要該合金組合物提供低發射率複合片材。每個金屬層的厚度介於約15nm～200nm，或介於約30nm～60nm。在一種實施方案中，金屬層包含厚度介於約15～150nm，或介於約30～60nm的鋁。形成金屬層的方法在本領域是公知的，包括電阻蒸發、電子束金屬蒸汽沉積，或濺射。如果金屬層過薄，則所要求的隔熱性能將達不到。如果金屬層過厚，則它可能龜裂和剝落。一般而言，優選使用能提供要求的隔熱性能的最低金屬厚度。當採用本發明複合片材作為住房包裹材料或屋面襯時，金屬層將反射紅外輻射或很少發射紅外輻射，從而提供減少能量損失和保持建築物冬暖夏涼的隔熱性能。
一種材料的隔熱性能可用其發射率表徵。發射率是某一表面輻射的與在同樣溫度下黑體輻射的單位面積的功率之比。因此，黑體的發射率是1，而理想反射體的發射率是0。發射率越低，隔熱性能越高。每一金屬層和相鄰外有機塗層優選地在真空、不暴露於空氣和氧的作用下順序地進行沉積，以便使金屬層基本上不氧化。拋光鋁的發射率介於0.039～0.057，銀的介於0.020～0.032，金介於0.018～0.035。一層未塗布的鋁通常在暴露於空氣和潮溼後立即在其表面形成薄氧化鋁層。該氧化膜的厚度在幾小時的時間裡隨著繼續暴露於空氣中而增加，此後，氧化層達到阻止或明顯阻礙氧與金屬層接觸的厚度，從而能減少進一步的氧化。氧化鋁的發射率介於約0.20～0.31。通過在鋁層暴露於大氣之前沉積外有機塗層從而最大限度地減少鋁的氧化程度，複合片材的發射率比未保護的鋁層明顯改善。外有機塗層也保護金屬免遭在卷材搬運、運輸和最終使用安裝期間的機械磨損。
圖1是適用於片材層在真空下蒸汽沉積塗布有機和金屬層的設備10的示意圖。在下面的描述中，術語「單體」被用來指可蒸發單體、低聚物和低分子量聚合物。真空室12連接真空泵14，後者將真空室抽真空到要求的壓力。合適的壓力介於2×10-4～2×10-5Torr(2.66×10-5～2.66×10-6kPa)。溼蒸汽可透片材20通過導輥24從退繞輥18餵入到冷卻轉鼓16上，轉鼓沿箭頭″A″所示方向旋轉。轉鼓16的表面速度一般介於1～1000cm/s。片材穿過幾個沉積站，隨後它被導輥26從轉鼓表面揭下並隨後由卷取輥22卷繞成為塗布的複合片材。轉鼓16被冷卻到用於形成有機塗層的具體單體特有的溫度，並可冷卻到-20℃以促使單體的凝結。從輥18退繞以後，片材層穿過任選的等離子處理單元36，在此，片材的表面暴露於等離子體以趕出吸附的氧、潮溼以及任何存在於片材表面的任何低分子量化學種，然後再在其上成形金屬或單體塗層。通常對基材表面能量進行改性，以改善該表面被塗料(coatinglayers)的潤溼。等離子源可以是低頻RF、高頻RF、DC或AC。合適的等離子處理方法描述在美國專利號6,066,826、WO 99/58757和WO99/59185中。
任選在沉積金屬層之前在片材層上形成中間有機層。在一種實施方案中，有機單體由單體蒸發器28沉積到溼蒸汽可透片材層上，蒸發器由儲罐40通過超聲波霧化器42獲得液態單體進料，在霧化器中，藉助加熱器(未畫出)，液態單體被瞬間蒸發，即，閃蒸蒸發，以便最大限度減少在沉積到片材層上之前聚合或熱降解的機會。該單體、低聚物或低分子量聚合物液體或淤漿在將它以蒸汽的形式注入到真空室去之前優選地進行脫氣，正如在美國專利號5,547,508中描述的，在此收入本文作參考。閃蒸和單體沉積過程的具體方面詳細地描述在美國專利號4,842,893；4,954,371；和5,032,461，在此將它們全部收入本文作參考。
閃蒸的單體在片材表面凝結並形成液態單體薄膜層。該單體塗層薄到足以不顯著覆蓋片材層的孔隙，以便使複合片材的溼蒸汽滲透性至少是初始片材層的約80％。凝結的液態單體在凝結到片材上去之後的數毫秒時間內便藉助輻射固化裝置30固化。合適的輻射固化裝置包括通過引起凝結層的聚合或交聯來固化單體薄膜層的電子束和紫外線輻射源。如果採用電子束槍，則電子的能量應足以使塗層沿其整個厚度發生聚合，正如在美國專利號6,083,628中描述的，在此收入本文作參考。單體和低聚物層的聚合或固化也描述在美國專利號4,842,893、4,954,371和5,032,461中。替代地，低聚物或低分子量聚合物可在冷卻的同時凝固。由於低聚物或低分子量聚合物在室溫下為固體，所以可能不需要固化，正如在美國專利6,270,841中描述的，在此將其收入本文作參考。
沉積了中間有機層之後，塗布的片材層隨後被送到鍍金屬系統32，在此，金屬層被沉積到固化並任選地固化的有機層上。當採用電阻金屬蒸發系統時，鍍金屬系統被連續地供應來自金屬絲進料44的金屬源。
在鍍金屬步驟之後，按照類似於上面針對中間聚合物層所描述的方法利用蒸發器128、單體儲罐140、超聲波霧化器142和輻射固化裝置130沉積外有機塗層。外有機塗層的組成可與中間有機塗層相同或不同。任選地，片材層的金屬或有機塗層的一側可先接受等離子處理，然後再在其上沉積附加有機或金屬塗層。
該塗層的厚度由蒸汽沉積方法中使用的閃蒸蒸發器的線速度和蒸汽流量控制。隨著塗層厚度的增加，電子束的能量必須不斷調節以便使電子穿透塗層並達到有效的聚合。例如，10kV和120mA的電子束能有效地聚合最高2μm厚的丙烯酸酯塗層。
如果要求1個以上金屬層和/或2個以上有機層，則可在真空室內增設附加的閃蒸蒸發設備和鍍金屬站。替代地，可先讓片材層在圖1所示設備中第一次通過以接受塗布，然後取出塗布的片材並讓它第二次通過該設備。替代地，鍍金屬和有機塗布步驟可分別使用各自的設備。本領域技術人員將會認識到，要求的話，可在片材層的反面施加塗層，可在真空室12內增設第二轉鼓16，連同附加的等離子處理單元36、單體蒸發器28、128，輻射固化裝置30、130和鍍金屬系統32，這些都可按要求獨立地操作。此種雙鼓塗布系統表示在WO 98/18852的圖1中，在此收入本文作為參考。優選的是，先在金屬層上沉積有機塗層，然後再從真空室中取出塗布的片材，以防止金屬層的顯著氧化。最優選在單程中就沉積上有機塗層(們)和金屬層(們)以最大限度地降低加工成本。
本發明鍍金屬複合片材尤其適合用於建築結構中的屋頂和牆壁系統。該複合片材的高反射性鍍金屬表面提供低發射率表面，從而提高隔熱表現和改善牆壁和屋頂系統的能量效率，進而降低建築物業主的燃料花費。附加的好處包括在寒冷氣候中大大減少在牆和屋頂結構內的凝結以及在夏天月份蔭庇建築物避免過熱。在本發明一種實施方案中，該溼蒸汽可透複合片材被用於牆壁和屋頂系統中，並具有不大於約0.15的發射率，至少約600g/m2/24h的溼蒸汽滲透性，和至少約100cm的靜水壓頭。複合片材優選安裝在牆壁或屋頂系統中，使鍍金屬一側與空氣空間相鄰。替代地，可讓鍍金屬一側的反面與空氣空間相鄰。在複合片材和與之形成空氣空間的第二表面之間的距離優選至少為約0.75英寸(1.9cm)。據信，安裝與空氣空間相鄰的鍍金屬複合片材能最大限度發揮複合片材作為熱障的效力，因為這能讓它幾乎不發射輻射能，或者能反射輻射能。如果鍍金屬一側大面積地緊密接觸建築結構的固體零部件，則能量將通過建築零部件的傳導來傳遞，於是鍍金屬片材的效力將降低。在塗瀝青的屋頂結構中，安裝複合片材以便使鍍金屬一側面朝下，朝向頂樓空間，這也將最大限度地減少由於灰塵、汙垢等的積累所致隔熱性能的任何下降。
圖3是採用本發明鍍金屬複合片材作為住房包裹材料的框架結構建築中牆壁系統50的示意圖。蓋板層51，例如，膠合板，安裝在構成建築物承重框架的框架元件53外面。垂直框架元件53一般由木材(例如，木立筋)構成，但在某些結構中也可由金屬構成。本發明透氣性鍍金屬複合片材55安裝在蓋板51的外表面。在某些建築結構中，不使用蓋板51，鍍金屬複合片材55直接安裝在框架元件53上。金屬帶59將構成建築物的外部(例如，磚、混凝土塊、纖維增強水泥、巖石等)的外皮57與鍍金屬複合片材分開從而在二者其間形成空氣空間61。木條或其它間隔件可替代金屬條59。鍍金屬複合片材優選地安裝成，使複合片材面朝空氣空間的表面是片材的鍍金屬的一側。替代地，複合片材可安裝成使鍍金屬的一側背向空氣空間。內襯63(例如，石膏板)構成建築物的內牆。絕緣層65安裝在相鄰框架元件之間並在內襯與蓋板層之間(或在內襯與複合片材之間，如果不使用蓋板層的話)的牆內。牆壁結構任選地包括被夾在內襯與絕緣材料之間的漏氣屏障和蒸汽阻擋層66。層66防止對流熱損失和防止在住房內產生的過多潮溼滲透到絕緣層中。該鍍金屬複合片材的高溼蒸汽滲透性允許水蒸氣沿箭頭″B″的方向透過複合片材並在此分散到空氣空間61中，從而防止潮溼在絕緣層內的凝結。在鍍金屬片材具有低空氣滲透性和高靜水壓頭的情況下，它還可起到防止風和水滲入的作用。
圖4A～4C是包括本發明鍍金屬複合片材的框架結構建築物的屋頂系統示意圖。圖4A表示一種「冷屋頂」系統的例子，其中內頂樓空間60不住人。鍍金屬複合片材55安裝在塗瀝青的屋頂框架元件(例如，木椽)67上方。絕緣材料65安裝在頂樓地板託架(未畫出)之間後者高於並與內天花板71的標高相鄰。任選的蒸汽阻擋層70可安裝在中間絕緣層65與內天花板71之間。間隔件(板條)76放在與鍍金屬複合片材上表面相鄰的位置，而外屋頂材料73(例如，瓦等)安裝在間隔件上。在鍍金屬複合片材上方和間隔件(板條)76與外屋頂材料之間是板條空氣空間74。屋面系統的屋脊用代號75表示。鍍金屬複合片材55是溼蒸汽可透的並包括片材層77，其上塗有金屬和有機塗層，被表示為層79。複合片材55安裝成使鍍金屬的一側面朝頂樓空間。
圖4B是貫通冷屋頂系統部分的斷面圖，包括全鋪的蓋板而不是板條系統。鍍金屬複合片材55安裝在屋頂椽子67頂面，優選以鍍金屬一側79朝下、面朝內頂樓空間60。堅固的屋頂板64(例如，膠合板)安裝在鍍金屬複合片材上方，同時外屋頂安裝在堅固的蓋板上方。外屋頂的例子包括塗瀝青毛氈或其它屋頂襯底材料68，並以外屋頂材料73如瓦或瀝青疊瓦覆蓋在屋頂襯底上。在圖4C所示全鋪蓋板的另一種實施方案中，鍍金屬片材55固定在屋頂椽子67的底側，以鍍金屬的一側79優選地朝下、面朝頂樓空間60。複合片材可安裝成以其鍍金屬的一側79背向頂樓空間，然而，鍍金屬的一側上的灰塵和汙垢積累可能造成隨時間推移發射率的增加和隔熱性能的下降。
鍍金屬複合片材也可安裝在頂樓地板託架88的頂面，如圖4D所示。複合片材55優選地安裝成以鍍金屬的一側79朝下，背向內頂樓空間60並面向絕緣材料65，基於以上原因的考慮。優選地在絕緣材料和鍍金屬複合片材之間留出空氣空間78。
除了起熱障作用之外，本發明鍍金屬複合片材還可，當安裝成住房包裹材料和/或屋頂襯時，為建築物屏蔽掉電磁頻率輻射(EMF)。該複合片材能衰減進來和/或出去的EMF信號以致它們無法傳送進出該建築物。雖然可用鋁箔或其它金屬片材，但此類片材不透氣，因此它們作為建築包裹材料不可心。可採用標準住房包裹材料和屋頂襯安裝方法來獲得EMF屏蔽的好處。為達到最完全的保護，複合片材應作為包裹材料安裝在所有牆壁和屋頂中。
試驗方法在下面的非限制性實施例中，將採用以下試驗方法確定各種報告的特徵和性質。ASTM是指美國試驗材料學會。ISO指的是國際標準組織。TAPPI指紙槳與造紙工業技術協會。
對於採用卷材形式的片材層的實施例而言，從每卷的開頭、中間和末尾共取3個樣品(S1、S2和S3)，對這些樣品每一個進行多次測定，並求取靜水壓頭、Gurley Hill孔隙率、MVTR和發射率測定值的平均值。
基重(Bw)按照ASTM D-3776，在此收入本文作參考，測定，並以g/m2為單位報告。
靜水壓頭(HH)採用ISO 811，在此收入本文作參考，測定，並以釐米水柱的形式報告。該試驗測定片材對液態水在靜載荷作用下滲透的阻力。將100cm2樣品安裝在Shirley靜水壓頭試驗機(Shirley研發有限公司，Stockport，英國)上。抵住樣品一側泵水，直至表面出現3個洩漏點。每種樣品總共測定18個樣品的靜水壓頭，將測定結果取平均就得到實施例中報告的平均HH。
Gurley Hill孔隙率是片材材料阻擋氣體的能力的尺度。具體地說，它測定一定體積氣體需要多長時間透過其中存在一定壓力梯度的某一面積的材料。Gurley-Hill孔隙率按照TAPPI T-460om-88使用Lorentzen Wettre Model 121D型Densometer測定。該試驗測定100cm3空氣在大約12.45cm水柱壓力作用下被壓過2.54cm直徑樣品的時間。結果以秒數表示，通常被稱作Gurley秒數。Gurley Hill孔隙率在每個實施例總共測定18個樣品並將測定結果平均從而得到實施例中報告的平均Gurley秒數。
發射率是材料的熱吸收和反射性質的度量，按照ASTM C1371-98和ASTM C408-71採用AE DS型發射率計(由Devices and Services公司，達拉斯，TX，製造)以片材樣品的鍍金屬的一側面朝輻射源測定。檢測器被加熱到82℃，並以低發射率(反射性、發射率＝0.07)和高發射率(吸收性、發射率＝0.89)的標準物進行標定。儀器在每次測定開始和結束時以及每隔30min至少標定一次。對於每個實施例總共測定27個樣品並將測定結果平均得到實施例中報告的平均發射率，來測定發射率。對應於S1、S2和S3樣品的每一個，從3個區域，即，靠近卷材寬度兩邊的和中點的區域，取得3個發射率測定值。重複同樣的測定3次，每次都用新的S1、S2和S3測定，總共27個發射率測定值，將它們取平均得到實施例中報告的平均發射率。
熱阻(Rg)是通過具有平行約束表面的單一反射空氣空間(「空氣腔」)的熱流量的度量，根據EN ISO 6946從發射率計算並以m2K/W為單位報告Rg＝1/(hc+hr)，其中hc傳熱係數(傳導、對流)，hr傳熱係數(輻射)hr＝E hroE＝(1/ε1+1/ε2-1)-1和hro＝4σTm3E發射率等級hro黑體的輻射傳熱係數σ斯特藩-玻爾茲曼常數(5.67·10-8W m-2K-4)Tm表面及其周圍的平均熱力學溫度水平傳熱hc＝1.25W/m2K或hc＝0.025/d，如果＞1.25W/m2K垂直向上傳熱hc＝1.95W/m2K或hc＝0.025/d，如果＞1.95W/m2Kd空氣腔厚度ε1，ε2＝包圍空氣腔的表面的發射率。
在實施例中，計算在以下條件下的RgTm＝283°K，d＝50mm，ε1＝片材的發射率，和ε2＝0.9(磚牆的發射率)。採用0.38W/mK的礦渣棉的導熱率計算礦渣棉的等效厚度。
屏蔽效力是材料阻擋電磁頻率(EMF)輻射的能力的度量，以-分貝(-dB)為單位報告並定義如下，屏蔽效力＝-10log10(PT/PI)其中PT是透過樣品傳播的輻射功率，PI是入射到樣品上的輻射功率。屏蔽效力-dB＝100意味著比值PT/PI已被減小1010倍。PT和PI按照ASTM D4935-99(測定平面材料的電磁屏蔽效力的標準試驗方法)採用EIgal SET 19-A同軸屏蔽效力試驗儀和惠普8753C矢量網絡分析儀進行測定。
測定是以複合片材的鍍金屬的一側面朝信號發生器進行的。屏蔽效力採用上式計算。
溼蒸汽透過速率(MVTR)是材料的溼蒸汽滲透性的度量，按照ASTM F1249，在此收入本文作參考，在23℃和85％相對溼度條件下測定並以g/m2/24h為單位報告的。對於每個實施例總共測定9個樣品，將測定值取平均得到實施例中報告的平均MVTR，來進行MVTR的測定。
片材層的抗張強度按照ASTM D5035-90測定。
蒸汽沉積有機層的厚度是針對冰凍切片的樣品採用透射式電子顯微鏡法測定並以微米(μm)為單位報告的。
金屬層的厚度是針對冰凍切片的樣品採用透射式電子顯微鏡法測定並以納米(nm)為單位報告的。
具體實施例方式
實施例下面定義的縮寫將在下面的實施例中用到單體/低聚物組成1.TRPGDA＝三丙二醇二丙烯酸酯2.SR606＝活性聚酯二丙烯酸酯3.SR9003＝丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯4.HDODA20％C18＝己二醇二丙烯酸酯與硬脂酸一丙烯酸酯的混合物(80/20(重量))5.ZonylTM/TRPGDA＝80/20(重量)ZonylTM/TRPGDA其中ZonylTM是氟化甲基丙烯酸酯低聚物TRPGDA、SR606、SR9003、HDODA和硬脂酸一丙烯酸酯由Sartomer公司(Exton，PA)供應。
ZonylTM氟化甲基丙烯酸酯低聚物由杜邦公司(Wilmington，DE)供應。上面的縮寫也將用在通過對應單體的固化形成的聚丙烯酸酯層的實施例中。
實施例1～8中使用的片材層總括在表I並由杜邦公司(Wilmington，DE)供應。
表I.實施例中使用的片材層

HW1、HW2、CW1和RF1未經鍍金屬。HWM1和HWM2鍍以鋁層並具有2.5的複合光密度(約36nm厚鋁層)並採用苯胺印刷方法塗以1.5g/m2有機漆塗層。
實施例1本實施例顯示，具有低空氣滲透性的溼可透非織造布片材的溼蒸汽滲透性當片材按照本發明塗布並鍍金屬時基本上不變。
表1所載HW1、HW2、CW1和RF1的卷材樣品(460m長×41cm寬)在真空塗布/鍍金屬機器上塗以各種聚丙烯酸酯層並鍍以鋁金屬，形成表II所載結構(其中Al＝鋁，L1、L2和L3是選自TRPGDA、SR606、HDODA20％C18、SR9003和ZonylTM/TRPGDA的二丙烯酸酯)。在包含一種以上聚丙烯酸酯層的結構中，聚丙烯酸酯層的組成在某些實施例中相同，在其它實施例中不同。鋁層的厚度或者是22或者是36nm，聚合物層的厚度(L1、L2、L3)是0.5μm。
真空塗布/鍍金屬機器的真空室包括等離子處理站、1個蒸汽沉積站，和1個鍍金屬站。塗布的樣品因此在2或3個步驟中製成，取決於沉積的層數。
在第一步驟中，一卷未塗布片材層被置於通往大氣的真空室中退繞的位置。在與聚丙烯薄膜引導帶接頭以後，基材被從退繞位置穿引通過機器直至捲曲位置。隨後，關閉真空室並抽真空至10-2～10-3Torr。卷材以91m/min的速度退繞，同時片材層的一個表面接受300W的Ar/N2(80/20)等離子體的處理。等離子處理之後，緊接著沉積鋁層，隨後沉積丙烯酸酯單體或單體共混物，接著固化，從而形成片材層/Al/L2的卷材。替代地，將丙烯酸酯單體或單體共混物閃蒸並凝結到片材層的等離子-處理過的表面上。在ZonylTM/TRPGDA組合物沉積期間，片材層在冷卻鼓上被冷卻至約-15℃～-20℃。對於其它單體組合物則不採用冷卻。單體蒸汽發生在位於真空室外面的閃蒸蒸發器中，並通過加熱的管道和噴咀縫隙被吸入到真空室中。一旦接觸到片材層的表面，單體蒸汽就凝結成為薄液體層，隨後該層藉助電子束固化從而在纖維表面上獲得約0.5μm厚的丙烯酸酯聚合物層。固化後，真空室放空，將聚丙烯酸酯-塗布的片材層(片材層/L1)的卷材從真空室中取出。
在第二步驟中，塗布的卷材(片材層/L1)被置於退繞位置，同時真空室泵抽真空至＜10-4Torr。塗布的片材以91m/min的速度退繞並如同在第一步驟中一樣對丙烯酸酯-塗布側進行等離子處理，隨後以鋁真空鍍金屬，隨後立即在金屬層頂面沉積相同或不同丙烯酸酯或摻混物的0.5μm厚第二層，並且固化從而形成塗布的鍍金屬的片材(片材層/L1/Al/L2)。在鍍金屬期間，片材在冷卻鼓上被冷卻至約-15℃～-20℃。典型單體進料速率為約14g/min。隨後，真空室放空，取出塗布的片材材料的卷材。對於具有按照構型——片材層/L1/Al/L2/Al/L3沉積塗層的樣品來說，重複第二步驟以沉積鋁的第二層和丙烯酸酯聚合物的外層L3。
從每卷材的開頭、中間和末尾獲得多個樣品並採用上面描述的試驗方法測定其性質，然後與其對應未鍍金屬前體片材進行比較。性質數據報告在下表II中，包括對照樣(不具有丙烯酸酯或金屬塗層的片材層)和具有各種金屬和丙烯酸酯塗層的組合的本發明樣品。
表II.聚丙烯酸酯/金屬-塗布的片材和未鍍金屬對照樣的平均性質

*RF1是閃紡聚乙烯和紡粘聚丙烯的層合物。RF1是在層合物的閃紡側塗布的。
表II中的數據所示，按本發明製備的樣品(片材層/Al/L2、片材層/L1/Al/L2和片材層/L1/Al/L2/Al/L3)的空氣滲透性、溼蒸汽滲透性和靜水壓頭與初始片材層相比基本上未變。本發明塗布/鍍金屬的樣品提供明顯好於初始片材層的熱阻(較低發射率)，同時不明顯影響片材的其它對建築最終用途如作為住房包裹材料和屋頂襯重要的性能。這些觀察與所使用的丙烯酸酯單體無關。其它測定的但未列在表II中的性能是抗張強度(縱向和橫向)、Mullen頂破強度、Elmendorf(埃爾曼多夫撕裂強度)和抗釘撕裂強度，據發現這些在所有情況下都在對照樣的正常波動範圍之內。
實施例2和對比例2本實施例比較了適合用作住房包裹材料的本發明塗布鍍金屬片材與TyvekReflex住房包裹材料，後者是一種現有技術市售鍍金屬住房包裹材料。
實施例2a、2b和2c塗有聚丙烯酸酯並鍍以鋁金屬，正如上面實施例1中所述，採用HW1作為實施例2a和2b的初始片材層，並以HW2作為實施例2c的初始片材層，結果提供表III所載結構。對比例2a和2b分別為市售鍍金屬住房包裹材料Reflex3460M和Reflex3480M。
表III.聚丙烯酸酯/金屬-塗布的片材和未鍍金屬的對照例的平均性能

表III中的數據證明，本發明的樣品(實施例2a～2c)具有與對照例樣品HW1和HW2基本相同的Gurley Hill孔隙率、溼蒸汽透過速率和靜水壓頭，而對比例2a和對比例2b(具有有機塗層，但它不但覆蓋金屬層而且還覆蓋片材層纖維之間的間隙空間)的鍍金屬樣品具有，與對照樣HW1和HW2相比，降低的MVTR(分別下降約33％和37％)，降低的Gurley Hill孔隙率(分別約64％和156％)。本發明實施例和對比例的靜水壓頭，與對照樣相比沒有明顯改變。
除了比市售鍍金屬住房包裹材料樣品明顯高的MVTR之外，本發明實施例還具有比市售鍍金屬住房包裹材料產品低約40～50％的發射率，對應於該複合片材加上空氣腔在熱阻上的約19～38％的改善。這相當於29～38％礦渣棉絕緣層等效厚度的改進。本發明複合溼蒸汽可透片材層非常薄的金屬和有機塗層提供相當於19～22mm礦渣棉絕緣層的絕緣性能的改進，相比之下現有技術HWM1和HWM2(Reflex)材料只相當於16～17mm。
實施例3本實施例顯示在片材層和金屬層之間採用中間聚合物塗層(L1)對按照本發明製備的鍍金屬片材發射率的影響。
測定尺寸為30.5cm×30.5cm的CW1住房包裹材料的樣品分別採用單獨的鍍金屬機和真空閃蒸機塗布和/或鍍金屬，致使在鍍金屬或聚合物沉積以後，在從一臺機器到另一臺轉移期間樣品暴露於空氣之中。樣品按照實施例1所述接受等離子處理。採用金或鋁金屬形成具有10、50和100nm不同金屬層厚度的鍍金屬樣品。丙烯酸酯層的厚度為約0.5μm。聚合物沉積和/或鍍金屬後，在多個部位測定沿樣品區域各處的發射率。結構及其性能示於下表IV中。
表IV有與沒有中間聚丙烯酸酯層的鍍金屬片材的發射率比較

表IV中的數據顯示，在片材層與金屬層之間具有聚丙烯酸酯層的樣品具有比具有同樣片材層和金屬層厚度但沒有中間聚丙烯酸酯塗層的對應樣品明顯低的發射率。據信，0.5μm厚的聚合物層使片材層中的纖維表面微觀粗糙變得光滑，因而改善了發射率。
實施例4本實施例證實外聚丙烯酸酯塗層(L2)對鍍金屬片材的發射率的影響。
按照實施例3所述製備塗布的鍍金屬片材樣品(30.5cm×30.5cm)。兩種樣品都是在同一塗布操作下用SR606進行，隨後以鋁進行同一鍍金屬操作期間製成的，以保證金屬和聚合物塗層的厚度對於所有樣品來說基本上一樣。塗布的樣品的結構以及發射率示於下表V。
表V有與沒有聚丙烯酸酯外層的鍍金屬片材的發射率

在表V中的數據顯示，具有L2的樣品具有比同樣地鍍金屬和塗布操作但不帶L2製成的樣品相比低的發射率。
實施例5本實施例證實外塗層的特定二丙烯酸酯組成對鍍金屬片材的發射率的影響。
採用上面實施例1中所述方法製成具有各種聚丙烯酸酯組成的L1和L2的具有結構——片材層/L1/Al/L2——的塗布卷材樣品。中間和外聚丙烯酸酯層的厚度是0.5μm，而鋁層的厚度是36nm。當丙烯酸酯組合物是TRPGDA、SR606、SR9003時，L1＝L2。當L2是ZonylTM/TRPGDA時，L1是SR606和SR9003。
表VI比較了作為L2使用各種不同類型二丙烯酸酯的樣品的發射率。
表VI.不同L2聚丙烯酸酯組合物的基材/L1/Me/L2的發射率

表VI中的數據顯示，外聚合物層(L2)中使用的二丙烯酸酯的選擇對決定塗布片材的發射率起作用。最佳發射率表現在使用SR9003和ZonylTM/TRPGDA(80/20)時觀察到。發射率等於或低於0.10，當L2＝SR9003時；但發射率一致地小於0.10，當L2＝ZonylTM/TRPGDA(80/20)時。據信，L2中的丙烯酸酯的化學結構和L2的厚度通過其在測定發射率所處的近紅外、紅外和遠紅外區間的吸收來影響發射率。碳氟化合物，與烴類相比，在近紅外區間似乎吸收較少，因為烴的C-H鍵在那一區間存在泛頻並且泛頻強度較大。
實施例6本實施例證實實施在真空下對外聚合物層L2的真空鍍金屬和真空沉積但在沉積L2之前讓金屬層不暴露於大氣的影響。
製備真空塗布的鍍金屬樣品30.5cm×30.5cm，其中中間和外聚丙烯酸酯層的厚度是0.5μm，沉積在中間聚丙烯酸酯層上的鋁層的厚度是50nm。聚丙烯酸酯單體是SR606。製備了結構如表VII所載的樣品。每種結構採用2種不同方法製備。暴露於空氣的樣品分3個步驟製造，如同在實施例3中所述。鋁層在塗布外聚丙烯酸酯層以前在空氣中暴露幾個小時，以便讓鋁表面形成氧化鋁層。鋁層未暴露於空氣中的樣品分2個步驟製造，正如在實施例1中所述，於是鋁層和外聚丙烯酸酯層在同一真空室內沉積，在金屬與單體沉積/固化步驟之間不將真空室放空。這些樣品的鋁層未暴露於空氣中，因此氧化鋁只能靠氧和水分透過L1或L2的擴散，如果有的話，生成。
表VII.鍍金屬/聚合物沉積期間暴露和不暴露於空氣的聚丙烯酸酯塗布的鍍金屬片材的發射率

表VII中的數據證實，在真空中實施塗布和鍍金屬步驟但在沉積有機塗層之前鍍金屬的樣品不暴露於空氣中所提供的鍍金屬片材具有較低發射率(改進的熱障)。據信，這是由於阻止在金屬表面明顯形成氧化物而實現的。
實施例7和8這些實施例證實本發明鍍金屬複合片材對電磁頻率屏蔽效力的改進。
所有樣品都是按照實施例1製備的，其中鋁層厚度為22或36nm，正如圖5和6所畫出的結構表示的。中間和外聚丙烯酸酯層的厚度是0.5μm。圖5是本發明鍍金屬並塗布的HW1材料、HW1以及HWM1的EMF屏蔽效力對EMF頻率的曲線圖。圖6是本發明鍍金屬並塗布的HW2材料、HW2以及HWM2的EMF屏蔽效力對EMF頻率的曲線圖。
未鍍金屬的HW1和HW2樣品對EMF輻射基本上透明，因此不提供EMF屏蔽。本發明的鍍金屬複合片材表現出約20～45dB的相當大的屏蔽效力改善，這相當於HW1和HW2的100～32,000倍大。現有技術鍍金屬片材HWM1和HWM2也提供對EMF輻射的屏蔽，但效力不如本發明的複合片材。具有較厚金屬層的樣品提供的屏蔽程度最高，其中結構HW1/SR606/Al(36nm)/SR606/Al(36nm)/SR606和HW2/SR606/Al(36nm)/SR606/Al(36nm)/SR606提供約50dB的屏蔽效力，或比未鍍金屬對照樣的屏蔽大100,000倍。
令人驚奇的是，包括中間有機塗層(L1)的樣品一般提供比不包括中間塗層的樣品更好的屏蔽作用。雖然連續768μm厚鋁箔層(圖6)提供約100dB的最佳屏蔽效力，然而它不具有本發明複合片材的透氣性。
實施例9本實施例證實採用各種住房包裹材料產品作為初始溼蒸汽可透片材層製備本發明鍍金屬複合片材的方法。
作為溼蒸汽可透片材層使用的市售住房包裹材料產品是PinkwrapHousewrap(製造商Owens Corning，Toledo，OH)，Greenguard Ulfra Amowrap(製造商Amoco，Smyrrna，GA)，TyparHousewrap(製造商Reemay，Old Hickory，TN)，和WeathermatePlusHousewrap(製造商Dow Chemical Company，Midland，MI).
尺寸為約2英尺×4英尺(0.61m×1.22m)住房包裹材料樣品採用在實施例1中描述的方法進行鍍金屬和塗布。該鍍金屬並塗布的樣品的結構是片材/L1/Al/L2，其中有機塗層L1和L2是採用SR9003單體製備的，各自具有0.5μm的塗層厚度。鋁層為約36nm厚。
發射率、溼蒸汽滲透性和空氣滲透性載於表VIII。對照樣是未塗布的住房包裹材料片材。
表VIII.鍍金屬前後性能比較

*試驗在8000s時停止；材料幾乎不透空氣。
表VIII中的數據證明，與初始住房包裹材料相比，金屬和有機塗層不顯著改變MVTR。鍍金屬樣品的發射率比對照例改進了83～92％。
權利要求
1.一種鍍金屬複合片材，它包含具有第一和第二外表面的溼蒸汽可透片材層，該片材層包含非織造布、機織織物、非織造布-薄膜層合物、機織織物-薄膜層合物、溼蒸汽可透薄膜及其複合材料至少之一，其中溼蒸汽可透片材層的第一外表面是多孔片材，其選自微穿孔薄膜、機織織物和非織造布；以及在該片材層的所述第一外表面上的至少一個多層塗層，所述多層塗層包含與該片材層的第一外表面相鄰、厚度介於約15nm～200nm的第一金屬塗層；以及沉積在該金屬層上的厚度介於約0.2μm～2.5μm的外有機塗層，其組成包含選自有機聚合物、有機低聚物及其組合的材料；其中複合片材的MVTR是沉積該金屬和塗層之前測定的片材層MVTR的至少約80％。
2.權利要求1的鍍金屬複合片材，所述多層塗層還包含沉積在溼蒸汽可透片材層第一外表面、介於片材層與金屬塗層之間、厚度介於約0.02μm～2μm的中間有機塗層，其組成包含選自有機聚合物、有機低聚物及其組合的材料；其中中間與外有機塗層的總合計厚度不大於約2.5μm。
3.權利要求2的鍍金屬複合片材，其中外有機塗層的厚度介於約0.2μm～1μm，中間有機塗層的厚度介於約0.02μm～1μm，並且有機塗層的總合計厚度不大於約1.5μm。
4.權利要求1～3中任何一項的鍍金屬複合片材，還包含沉積在片材層第二外表面上的權利要求1～3中任何一項的第二多層塗層，其中有機塗層的總合計厚度不大於約2.5μm。
5.權利要求1～3中任何一項的鍍金屬複合片材，其中多層塗層基本上覆蓋多孔片材的外表面但使得孔隙基本上未覆蓋。
6.權利要求1～3中任何一項的鍍金屬複合片材，其靜水壓頭至少為約20cm H2O並且MVTR至少為約35g/m2/24h。
7.權利要求1～3中任何一項的鍍金屬複合片材，其發射率不大於約0.12。
8.權利要求1～3中任何一項的鍍金屬複合片材，其中金屬選自鋁、銀、銅、金、錫、鋅及其合金。
9.權利要求8的鍍金屬複合片材，其中金屬是鋁。
10.權利要求1的鍍金屬複合片材，其中溼蒸汽可透片材層包含非織造布。
11.權利要求1的鍍金屬複合片材，其中溼蒸汽可透片材是選自紡粘布、紡粘-熔噴布、紡粘-熔噴-紡粘布、閃紡超細纖維叢絲狀片材及其複合材料的非織造布。
12.權利要求1的鍍金屬複合片材，其中所述溼蒸汽可透片材層的第一面是穿孔薄膜。
13.權利要求1的鍍金屬複合片材，其中溼蒸汽可透片材層包含機織帶的機織織物。
14.權利要求1的鍍金屬複合片材，其中溼蒸汽可透片材選自非織造布-薄膜層合物和機織織物-薄膜層合物，並且該薄膜選自微孔薄膜、穿孔薄膜和無孔溼蒸汽可透薄膜。
15.權利要求1的鍍金屬複合片材，其中外有機塗層包含交聯的聚丙烯酸酯。
16.權利要求2或3的鍍金屬複合片材，其中中間和外有機塗層各自包含交聯的聚丙烯酸酯。
17.權利要求1～3中任何一項的鍍金屬複合片材，其中溼蒸汽可透片材層包含閃紡超細纖維叢絲狀片材。
18.權利要求17的鍍金屬複合片材，其中閃紡超細纖維叢絲狀片材被層合到紡粘非織造布上，並在閃紡片材上沉積多層塗層。
19.權利要求1的鍍金屬複合片材，其中外有機塗層包含氟化丙烯酸酯低聚物。
20.一種鍍金屬複合片材，其包含具有第一和第二外表面的多孔閃紡超細纖維叢絲狀片材層和至少一個多層塗層，該塗層包含沉積在閃紡超細纖維叢絲狀片材層的第一外表面上、厚度介於約15nm～200nm的金屬塗層，所述金屬選自鋁、銀、銅、金、錫、鋅及其合金；以及沉積在該金屬層上的厚度介於約0.2μm～1μm的外有機塗層，其組成包含交聯的聚丙烯酸酯；其中多層塗層基本上覆蓋閃紡超細纖維叢絲狀片材的外表面，但使得孔隙基本未覆蓋。
21.一種鍍金屬複合片材，其包含具有第一和第二外表面的多孔閃紡超細纖維叢絲狀片材層和至少一個多層塗層，該塗層包含沉積在所述閃紡超細纖維叢絲狀片材層的第一外表面上的厚度介於約0.02μm～1μm的中間有機塗層，其組成含有交聯的聚丙烯酸酯；沉積在所述中間有機塗層上、厚度介於約15nm～200nm的金屬塗層，所述金屬選自鋁、銀、銅、金、錫、鋅及其合金；以及沉積在金屬層上、厚度介於約0.2μm～1μm的外有機塗層，其組成包含交聯的聚丙烯酸酯；其中多層塗層基本上覆蓋閃紡超細纖維叢絲狀片材的外表面，但使得孔隙基本未覆蓋。
22.權利要求21的鍍金屬複合片材，其中中間塗層的厚度介於約0.025μm～0.2μm。
23.一種建築結構中的屋頂系統，它包含權利要求1、2、3、20或21中任何一項的鍍金屬複合片材。
24.一種建築結構中的牆壁系統，它包含權利要求1、2、3、20或21中任何一項的鍍金屬複合片材。
25.一種減少EMF輻射穿透建築物的方法，該方法包含在建築物的牆壁或屋頂中安裝權利要求1的鍍金屬複合片材。
全文摘要
一種溼蒸汽可透鍍金屬複合片材通過溼蒸汽可透片材塗以至少一個金屬層和至少一個外有機塗層而製成。該複合片材的溼蒸汽通透性是初始片材溼蒸汽通透性的至少約80％。該複合片材提供對空氣和液態水滲入的阻擋，同時具有高溼蒸汽滲透性和良好隔熱性能。該複合片材材料適合用作建築結構包裹材料如屋頂襯和住房包裹材料。
文檔編號E04F13/12GK101044283SQ200580036263
公開日2007年9月26日 申請日期2005年8月23日 優先權日2004年8月23日
發明者I·V·布萊特索斯, E·L·M·－J·德瓦克特, J·A·小金, M·G·米克黑爾, J·M·羅德裡格斯-帕拉達, A·伊亞利茲斯 申請人:納幕爾杜邦公司