CN103383472B - 日光控制膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种日光控制膜，它包括含金属的至少一层红外反射层；和含纳米颗粒的至少一层红外吸收层。与所述红外反射层相比，所述红外吸收层从而远离太阳布置。通过结合首先反射红外能，然后吸收红外能，获得反射与吸收之间的最佳值。
Description
本申请是申请日为2007年12月13日，申请号为200780046150.4，发明名称为日光控制膜的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及日光控制膜。
背景技术
本领域已知柔性日光控制膜改进建筑物和车辆内透明窗玻璃的能量透射。最常见的功能是在建筑物或车辆内，降低日光热负载，从而改进舒适度并降低冷却负载。
为了降低热负载，在太阳光谱的可见光或红外部分内阻挡日光透射。
许多不同类的日光控制膜是本领域已知的。本领域已知的一类日光控制膜包括在透明基底上沉积的反射金属，例如银或铝的非常薄的层。
取决于金属和金属层的厚度，日光控制膜具有一定的可见光透射(VLT)和一定的可见光反射(VLR)。
为了获得可接受程度的可见光反射，反射金属层必须足够厚。然而，通过增加金属层的厚度，可见光的透射将下降到不可接受的程度。
增加金属化膜的VLT的一种尝试是通过在具有高折射指数的材料，例如二氧化钛或氧化铟锡层之间夹杂金属膜，降低VLR。
然而，这类日光控制膜要求缓慢和昂贵的工艺。
日光控制膜的替代类型包括具有第一和第二聚合物类型的交替层的红外光反射多层膜。
然而，这类选择性红外反射膜的反射带非常接近于观察到微红反射的可见光。
US2006/154049公开了一种多层膜，所述多层膜具有带第一和第二聚合物的交替层与在固化的聚合物粘合剂内分散的红外光吸收纳米颗粒层的红外反射多层。
其他日光控制膜使用近红外吸收染料。对于这一目的来说，可使用各种无机金属化合物的纳米颗粒，形成在红外的特殊波长带内反射或吸收的涂层。
然而，由于高的日光热量吸收，因此达到非常高的窗玻璃温度。高的窗玻璃温度可尤其导致建筑应用中玻璃破碎。
发明内容
本发明的目的是提供避免现有技术缺点的日光控制膜。
本发明另一目的是提供具有在反射和吸收近红外能量之间的优化平衡的日光控制膜。
根据本发明的第一方面，提供日光控制膜。
相对于太阳定位日光控制膜，并包括
-含至少一种金属的至少一层红外反射层；
-含纳米颗粒的至少一层红外吸收层。
与红外反射层相比，红外吸收层从而远离太阳布置。
当太阳的能量首先到达红外反射层时，一部分能量被反射。被透射的一部分能量被红外吸收层至少部分吸收。
通过结合首先红外能量的反射和然后红外能量的吸收并通过选择纳米颗粒的类型，发现了反射与吸收之间的最佳值。
选择纳米颗粒，使得在近红外范围内红外吸收层的内部透射率低于30％，和在可见光范围内红外吸收层的内部透射率高于80％。
对于本发明的目的来说，“近红外范围”定义为780nm-2500nm的范围，而“可见光范围”定义为380-780nm的范围。
红外反射层
原则上，可考虑本领域已知的任何类型的红外反射层。
第一类红外反射层包括至少一层反射金属层。优选的金属层包括铝、银、金、铜、铬及其合金。
优选的银合金包括例如与金、铂、钯、铜、铝、铟或锌和/或其混合物结合的银。
优选的红外反射层包括含1-50wt％金，例如10wt％-20wt％金的银合金。
替代的红外反射层包括在一侧或两侧上具有金属层，例如金层的银层或银合金层。
红外反射层的厚度范围优选为5-25nm，例如5-15nm，例如7、8或9nm。
优选通过真空沉积技术，例如通过溅射或蒸发，沉积红外反射层。
在优选的实施方案中，金属层夹在具有高折射指数的层，例如金属氧化物之间。金属氧化物层可包括任何透明材料。
然而，优选具有高折射指数和几乎0消光系数的金属氧化物。
红外反射层可例如包括一层、两层或三层金属层，每一金属层夹在例如具有高折射指数的金属氧化物层之类的层之间。
可通过本领域已知的任何技术，沉积层状结构中的金属氧化物层。优选的技术包括物理蒸汽沉积技术，例如溅射沉积或化学蒸汽沉积技术。
优选的金属氧化物层包括TiO2，和更尤其主要由金红石相组成且非常致密的TiO2。这类TiO2在510nm下的折射指数为2.41。
可通过反应性溅射沉积工艺，从Ti靶、TiO2靶或亚化学计量的TiOx靶(其中x介于1.75至2之间)中沉积TiO2层。
优选通过DC磁控管溅射，使用TiOx靶(优选可旋转的TiOx靶)，沉积主要由金红石相组成的TiO2，其中x为1.5-2，例如1.5-1.7。通过在还原氛围(例如Ar/H2)内，在不锈钢衬里管道上等离子喷洒金红石粉末，生产这些可旋转的靶。该靶具有充足的导电率，在DC磁控管溅射工艺中用作阴极，且可耐受极高的功率水平。结果，在较低的投资成本下，可实现非常高的溅射沉积速度(沉积源本身和电源二者明显更廉价)。
具有高折射指数的其他金属氧化物例如是BiO2(在550nm下，折射指数为2.45)或PbO(在550nm下，折射指数为2.55)。
反射层中的不同金属氧化物层可包括相同材料或者可包括不同材料。
红外吸收层
根据本发明，红外吸收层包括纳米颗粒。术语“纳米颗粒”是指红外吸收的无机纳米颗粒。
取决于红外吸收共振波长(即，纳米颗粒主要吸收时的波长)和吸收范围的宽度(即，纳米颗粒引起吸收的波长范围)，人们可将纳米颗粒分成不同组。
-第一组纳米颗粒吸收波长范围在1000nm以上的宽带内的红外能。
实例包括氧化铟、氧化锡、氧化锑、氧化锌、氧化锌铝、氧化钨、氧化锡铟(ITO)纳米颗粒、氧化锡锑(ATO)、氧化铟锑或其结合物。
-第二组纳米颗粒在近红外内吸收红外能。第二组纳米颗粒吸收范围为780-1000nm的红外能。
第二组纳米颗粒的实例包括六硼化物(hexaboride)纳米颗粒，氧化钨纳米颗粒，或复合氧化钨颗粒。
氧化钨用化学式WyOz表示，其中W是钨，和O是氧，和其中2＜z/y＜3。
复合氧化钨用化学式MxWyOz表示，其中M选自H、He、碱金属、碱土金属、稀土金属、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Ti、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re；W是钨，和O是氧，和其中0.001≤x/y≤1和2≤z/y≤3。
关于六硼化物颗粒，可考虑La、Ho、Dy、Tb、Gd、Nd、Pr、Ce、Y、Sm的颗粒。最优选的六硼化物颗粒包括LaB6。
也可考虑与其他颗粒，例如氧化物颗粒结合的六硼化物颗粒。
对于本发明来说，优选第二组纳米颗粒。
使用第二组纳米颗粒导致兼有在近红外内突出的吸收和在可见光内维持高透射率的日光控制膜。
若人们考虑厚度范围为0.8微米-55微米且包括浓度范围为0.01-5g/m2的第二组纳米颗粒的红外吸收层，则在可见光范围内(380-780nm)的透射率(VLT)高于70％，和更优选高于72％，或甚至高于75％。这种红外吸收层在800-1000nm范围内的透射率对于这一范围内的所有波长来说低于50％。以上提及的在可见光范围内的透射率和在800-1000nm范围内的透射率是原样的红外吸收层的透射率，即不具有任何其他层，例如红外反射层或基底的红外吸收层的透射率。
含第一组纳米颗粒的类似红外吸收层在可见光(fivisib1e)(380-780nm)范围内具有较低的透射率，和在800-1000nm范围内的透射率比它高50％。
纳米颗粒的直径范围优选为1纳米-500纳米。更优选颗粒的直径范围为10-100纳米。
纳米颗粒可具有任何形状。
纳米颗粒的浓度范围优选为0.01-5g/m2。更优选，纳米颗粒的浓度范围优选为0.8-3g/m2。
纳米颗粒可以例如分散在聚合物粘合剂内，或者它们可掺入到基底，例如聚合物膜内。
红外反射层与红外吸收层优选沉积在基底，或者柔性或者刚性基底上。可考虑日光控制膜常规使用的任何透明材料。优选的基底包括玻璃或聚合物膜。合适的聚合物是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺和聚醚酰亚胺。
附图说明
参考附图，更详细地描述本发明，其中
-图1是本发明的日光控制膜的示意代表。
-图2、3、4和5示出了本发明的日光控制膜的不同实施方案。
具体实施方式
图1示出了本发明的日光控制膜10的示意代表。日光控制膜10包括红外反射层12和红外吸收层14。与红外反射层12相比，红外吸收层12远离太阳16布置。红外反射层12和红外吸收层通过粘合剂15彼此层压。
日光控制膜10通过粘合剂17粘合到玻璃基底18上。
日光控制膜可包括额外的层19，例如硬涂层或抗划层。
图2示出了本发明的日光控制膜20的详细实施方案。
日光控制膜20包括红外反射层21和红外吸收层23。
红外反射层21包括在第一PET基底22上沉积的银或稳定的银层。
红外吸收层23施加在第二PET基底24上。红外吸收层23包括分散在固化的聚合物粘合剂内的纳米颗粒。
具有红外反射层21的第一PET基底22和具有红外吸收层23的第二PET基底24通过第一粘合剂25彼此层压，形成日光控制膜20。红外吸收层23于是被施加到红外反射层21上。
日光控制膜可包括额外的层26，例如抗划层或硬涂层。日光控制膜20通过第二粘合剂27施加到玻璃基底28上。
图3示出了本发明的日光控制膜30的替代实施方案。
日光控制膜30包括红外反射层31和红外吸收层33。
红外反射层包括在第一PET基底32上沉积的银或稳定银层31。
红外吸收层33施加在第二PET基底34上。
红外吸收层33包括分散在固化的聚合物粘合剂内的纳米颗粒。
具有红外反射层31的第一PET基底和具有红外吸收层33的第二PET基底34通过第一粘合剂35彼此层压，形成日光控制膜30。第二PET基底于是被施加到红外反射层31上。
日光控制膜可包括额外的层36，例如抗划层或硬涂层。日光控制膜30通过第二粘合剂37施加到玻璃基底38上。
图4示出了日光控制膜40的进一步的实施方案。
日光控制膜40包括红外反射层41和红外吸收层43。
红外反射层41包括在第一PET基底42上沉积的银或稳定银层31。
红外吸收层43包括在PET基底上沉积的纳米颗粒。
具有红外反射层41的第一PET基底42和红外吸收层(PET基底包括纳米颗粒)通过第一粘合剂45彼此层压，形成日光控制膜40。
日光控制膜可包括额外的层46，例如抗划层或硬涂层。日光控制膜20通过第二粘合剂47施加到玻璃基底48上。
图5示出了日光控制膜50的再进一步的实施方案。
日光控制膜50包括红外反射层52和红外吸收层53。
红外反射层52包括含第一聚合物与第二聚合物的交替层的多层。
第一聚合物和第二聚合物具有不同的折射指数，以便一些光在相邻层之间的界面处被反射。
红外吸收层53包括分散在固化的聚合物粘合剂内的纳米颗粒。红外吸收层施加在PET基底54上。
红外反射层52和具有红外吸收层53的PET基底54通过第一粘合剂55彼此层压，形成日光控制膜50。
日光控制膜可包括额外的层56，例如抗划层或硬涂层。日光控制膜50通过第二粘合剂57施加到玻璃基底58上。
通过测定可见光透射率(VLT)、被拒绝的全部太阳能(TSER)和日光热增益系数(SHGC)，评价本发明的许多日光控制膜的日光性能。
可见光透射率(VLT)是指通过窗户透射的可见光谱(380-780nm)的百分数。
被拒绝的全部太阳能(TSER)描述了从窗户穿过时，被阻挡或拒绝的入射太阳能(350-2500nm)的总量。
日光热增益系数(SHGC)是直接透射和吸收以及随后通过对流和辐射在内部释放的通过窗户进入的入射太阳能(350-2500nm)的部分。SHGC用0至1之间的数值表达。窗户的日光热增益系数越低，则它透射的日光热越小。
SHGC和TSER之间的关系如下所述：
TSER＝(1-SHGC)×100％
以下描述了被评价的不同日光控制膜。
膜1包括在PET基底上沉积的红外反射银层。
膜2包括本发明的日光控制膜，所述日光控制膜包括银层作为红外反射层和含LaB6颗粒的红外吸收层。
纳米颗粒的浓度为0.02g/m2。
纳米颗粒的直径范围为20-200nm，且平均直径低于80nm。
纳米颗粒分散在UV可固化的丙烯酸类粘合剂内。
含纳米颗粒的丙烯酸类层的厚度为2微米。
膜3包括本发明的日光控制膜，所述日光控制膜包括银层作为红外反射层和含氧化钨铈纳米颗粒的红外吸收层。
纳米颗粒的浓度为0.3g/m2。纳米颗粒的直径范围为10-100nm，例如60nm。
纳米颗粒分散在UV可固化的丙烯酸类粘合剂内。
含纳米颗粒的丙烯酸类层的厚度为2微米。
膜4包括本发明的日光控制膜，所述日光控制膜包括银层作为红外反射层和含氧化钨铈纳米颗粒的红外吸收层。
纳米颗粒的浓度为1.2g/m2。纳米颗粒的直径范围为10-100nm，例如60nm。
纳米颗粒分散在UV可固化的丙烯酸类粘合剂内。
含纳米颗粒的丙烯酸类层的厚度为5微米。
表1中概述了结果。
表1
| VLT | TSER | SHGC | |
| 膜1 | 72 | 34 | 0.66 |
| 膜2 | 66 | 43 | 0.57 |
| 膜3 | 69 | 44 | 0.56 |
| 膜4 | 64 | 53 | 0.47 |
含红外反射层的膜1显示出高的VLT，但低的TSER。
通过添加红外吸收层到反射层中，TSER显著增加，而VLT仅仅轻微下降。
Claims (6)
1.一种日光控制膜，所述日光控制膜包括
-含至少一种金属的至少一层红外反射层，所述红外反射层的厚度范围为5-25nm；
-含纳米颗粒的至少一层红外吸收层；
其中所述至少一层红外反射层覆盖在所述至少一层红外吸收层上，所述纳米颗粒选自氧化钨纳米颗粒、复合氧化钨颗粒及其结合物所组成的群组，并且所述纳米颗粒的直径范围为1-500nm，且浓度范围为0.01-5g/m2；
其中在范围为780nm-2500nm的近红外范围内红外吸收层的内部透射率低于30％及在800nm至1000nm范围内的内部透射率对于在800nm至1000nm范围内的所有波长都低于50％，和其中在范围为380-780nm的可见光范围内红外吸收层的内部透射率高于80％。
2.权利要求1的日光控制膜，其中在范围为780nm-2500nm的近红外范围内红外吸收层的内部透射率低于20％，和在可见光范围内的内部透射率高于90％。
3.权利要求1的日光控制膜，其中所述红外反射层包括选自银、金、铜、铬及其合金中的至少一种金属。
4.权利要求1的日光控制膜，其中所述红外反射层是通过溅射或蒸发而沉积。
5.权利要求1的日光控制膜，其中所述红外反射层夹在具有高折射指数的层之间。
6.权利要求1的日光控制膜，其中所述红外反射层和/或所述红外吸收层沉积在柔性或刚性基底上。
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