CN103930265A - 具有耐磨损性的耐候性太阳能反射镜 - Google Patents

具有耐磨损性的耐候性太阳能反射镜 Download PDF

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Abstract

本文公开太阳能反射镜，其具有低成本的反射镜构造，该反射镜构造具有一组独特的特点：高太阳能反射率、耐磨损、UV稳定性、机械完整性、以及柔韧性。通过在聚合物薄膜金属反射镜构造上并入耐磨损涂层而提供耐磨损性。本发明还提供了在太阳能聚光应用中使用所述太阳能反射镜的方法。

Description

具有耐磨损性的耐候性太阳能反射镜
相关申请的互相参引
无
关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
按照美国能源部与国家可再生能源实验室之间的编号为DE-AC36–99-GO10337的合同，美国政府对本申请享有权利。
背景技术
当使用由柔性镜面银镜制得的太阳能反射镜时，会遭遇气候防护(weather protection)不足和紫外线降解的问题。当在室外使用时，这些反射镜必须是耐用的并且对紫外线(UV)有抵抗力，以便保持其尺寸稳定性、有美感的外观、以及对可见、紫外和近红外波长的镜面反射。
镜面反射通过镀银复合层而被提供到柔性银镜中，该镀银复合层在柔性聚合物基底的表面上真空沉积一薄层的银。在一些应用中使用银是因为其反射率大大高于其他金属(例如铝)。为随着时间推移保持镜面反射率，已有人着重于应用先进的粘合剂和保护层，这些层覆盖在聚合物基底和银层上，以保护反射镜不受磨损、气候影响和紫外线降解。
早期用于保护太阳能镜不受磨损、气候影响和紫外线降解的技术是用铝镜开展的。例如，在美国专利第4,307,150号中公开了一种太阳能反射镜，其中不透明的铝表面真空沉积在柔性聚酯支撑板上，通过丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物的共聚物层来保护所述铝表面不受腐蚀和气候影响。所述支撑板由一个双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄层(其上具有常规的光滑剂以促进卷绕)和另一个聚对苯二甲酸乙二醇酯薄层(其不含光滑剂)构成。
银的镜面反射率比铝高。因此，已经设想在上文所述的太阳能反射镜中用银来代替铝。然而，在美国专利第4,645,714号中，已记载这个方法具有两个不可取的现象。首先，银容易被腐蚀，其或是通过在丙烯酸酯涂层中形成针孔而腐蚀，或是沿着银-涂覆膜的边缘部分腐蚀。第二，与铝的薄层不同，银的薄层具有谱窗(spectral window)，紫外线(“UV”light)可以容易地通过该谱窗。该光线的透射峰值为320nm，且阳光含有这个波长的紫外线。通过银层透射的紫外线降解了下方的聚酯基底，导致通常用于将基底粘在硬质支撑物上的粘合剂中产生气泡。所述降解和起泡降低了太阳能镜的美观特性和镜面功能特性。
已经将腐蚀抑制剂和UV吸收剂纳入到粘合剂或盖在聚酯与银镜基底之上的保护薄膜涂层中，来维持所述功能特性。然而，虽然腐蚀抑制剂可以减少腐蚀，它们会随着时间使镜子具有不可接受的颜色，而不阻挡紫外光。相反，当紫外光吸收剂被纳入到保护性的聚合物涂覆层中时，聚酯支撑物的降解速率降低了，但银的腐蚀则加重了。因此，人们做出了很多尝试来将腐蚀抑制剂和紫外线吸收剂成分与该镜中的反应性组分隔离，以便消除不期望的效果。
在美国专利第4,645,714号中，公开了一种抗腐蚀银镜，其中将一种腐蚀抑制剂和一种紫外线吸收剂分别纳入到单独的丙烯酸酯共聚物涂料薄覆盖层中。该镜面反射镜是将银真空沉积到聚酯支撑薄膜上而形成的。通过将UV吸收剂纳入被涂于第一聚合物涂层之上的第二聚合物涂层之中而降低聚酯支撑物的紫外线降解和下层粘合剂的后续发泡，其中该第一聚合物涂层中纳入腐蚀抑制剂。该第一聚合物涂层直接施加到银反射表面之上。美国专利第4,645,714号以引用方式全文清楚地纳入本说明书，只要不与本公开内容不符。
发明内容
本文公开太阳能反射镜，其具有低成本的反射镜构造，该反射镜构造具有一组独特的特点：高太阳能反射率、耐磨损、UV稳定性、机械完整性、以及柔韧性。虽然玻璃镜具有其中的一些特征，但它们相对昂贵、缺少柔韧性，并在户外使用时会在大风中损坏。传统的聚合物薄膜反射镜具有上述的一些所需特性，但不具有耐磨损性。本文所述的是，通过在聚合物薄膜反射镜上并入耐磨损涂层而提供具有耐磨损性的聚合物薄膜太阳能反射镜。所述具有耐磨损涂层的聚合物薄膜太阳能反射镜与传统薄膜反射镜相比由于其构造简单而具有低成本的构造。
传统的聚合物薄膜反射镜具有良好的反射特性，但不具有本文所述的太阳能反射镜的耐磨损特性。若无所述耐磨损特性，必须用非接触的方法(例如压力清洗)来清洁所述反射镜，而不能用刷子或直接接触的清洁方法，因为这会磨损反射镜表面。玻璃镜具有良好的耐磨损性并且可以用刷子清洗，但比起本文所述的太阳能反射镜它们更昂贵而且易碎。本文所述的聚合物薄膜反射镜的耐磨损性同时赋予材料耐久度和耐气候性，可以显著降低成本，而与传统的反射镜相比具有优越的设计灵活性。
在一个实施方案中，提供了一种太阳能反射镜，所述太阳能反射镜包括：一个耐磨损涂层；一个位于所述耐磨损涂层之下的反射金属层；一个位于反射金属层下面的粘合剂层；以及一个聚合物薄膜层；其中所述聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间，或其中所述聚合物薄膜层位于反射金属层与粘合剂层之间。
一方面，所述聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间。另一方面，所述聚合物薄膜层位于反射金属层与粘合剂层之间。
本文所述的太阳能反射镜可以含有多个不同的反射金属层。在一个实施方案中，例如，所述反射金属层含有银或铝。一方面，所述反射金属层含有银。另一方面，所述反射金属层含有铝。
在一个实施方案中，所提供的太阳能反射镜还具有一个保护层，其直接位于反射金属层之下。一方面，所述保护层含有铜、镍、铬、金属合金、金属氧化物，或它们的任意结合。另一方面，所述保护层含有铜。
本文所述的太阳能反射镜的耐磨损涂层可以具有很多有益特征，可以应用在多种构造中，并且可以包含很多不同材料。例如，在一个实施方案中，所述耐磨损涂层含有丙烯酸酯。在另一个实施方案中，所述耐磨损涂层含有紫外线吸收剂。在一个相关的实施方案中，用负载250克的Taber砂轮将所述耐磨损涂层摩擦30次循环时，所述耐磨损涂层防止高于百分之一的太阳能反射镜的镜面反射率降低值，任选地高于百分之二，任选地高于百分之三。在另一个实施方案中，所述耐磨损涂层吸收少于平均百分之四的射入太阳能反射镜的波长在400纳米至2,500纳米范围内的电磁辐射。在一个方面，所述耐磨损涂层的厚度为1微米至25微米，任选5微米至25微米，任选1微米至15微米，任选1微米至10微米。在一个方面，所述耐磨损涂层与聚合物薄膜层物理接触。在一个实施方案中，所述耐磨损涂层保护聚合物薄膜层、反射金属层和粘合剂层不被磨损。在一个方面，所述耐磨损涂层保护聚合物薄膜层、反射金属层和粘合剂层不受射入太阳能反射镜的波长在280纳米至400纳米范围内的电磁辐射所导致的损害。在另一方面，所述耐磨损涂层传输少于百分之五的射入太阳能反射镜的波长在250纳米至350纳米范围内的电磁辐射。在一个方面，所述耐磨损涂层传输大于33％的射入太阳能反射镜的波长在350纳米至400纳米范围内的电磁辐射。在一个实施方案中，所述耐磨损涂层为太阳能反射镜的最顶层。在一个实施方案中，以凹版印刷、逆转辊(reverse-roll)、间隙涂布(gap-coating)、迈耶杆(Meyerrod)、槽模(slot-die)、浸渍、幕涂、或气刀应用技术来施加所述耐磨损涂层。在一个方面，以槽模应用技术来施加所述耐磨损涂层。
本文所述的太阳能反射镜的粘合剂层可以具有很多有益特征，可以应用在多种构造中，并且可以包含很多不同材料。例如，在一个实施方案中，所述粘合剂层含有一种压敏粘合剂。在另一个实施方案中，所述粘合剂层相对于反射金属层和保护层是化学惰性的。
本文所述的太阳能反射镜的聚合物薄膜层可以具有很多有益特征，可以应用在多种构造中，并且可以包含很多不同材料。例如，在一个实施方案中，所述聚合物薄膜层含有聚酯或聚碳酸酯。在一个方面，所述聚合物薄膜层含有一种聚酯，所述聚酯含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(乙烯-丁烯)(PEB)、或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。在一个实施方案中，所述聚合物薄膜层含有紫外线吸收剂。在一个方面，所述聚合物薄膜层阻止传输至少95％的射入太阳能反射镜的波长在200纳米至380纳米范围内的电磁辐射。在另一方面，所述聚合物薄膜层传输至少96％的射入太阳能反射镜的波长在380纳米至2500纳米范围内的电磁辐射。在一个实施方案中，所述聚合物薄膜层的厚度为10微米至150微米，任选10微米至100微米，任选10微米至50微米，任选25微米至150微米，任选25微米至100微米。
本文所述的太阳能反射镜的层可以具有多种不同的厚度和厚度范围。例如，在一个实施方案中，所述反射金属层的厚度选自0.05微米至0.15微米的范围。在一个方面，所述反射金属层的厚度小于0.15微米。例如，在一个实施方案中，所述保护层的厚度选自0.002微米至0.15微米的范围。在一个方面，所述保护层的厚度小于0.15微米。在另一个实施方案中，所述粘合剂层的厚度选自5微米至100微米的范围。
本文所述的太阳能反射镜的层可以被处理，以增强所述层和太阳能反射镜的所需性能。例如，在一个实施方案中，用粘合力增强技术来处理聚合物薄膜层的表面。在一个方面，所述粘合力增强技术包括电晕放电(corona discharge)、等离子体、原子层沉积、或化学腐蚀粘合力增强技术。
本文所述的太阳能反射镜与多种基底兼容。例如，在一个实施方案中，粘合剂层施加到基底上。在一个方面，所述基底包括金属板、铝、硬质聚合物(hard polymer)、坚固聚合物(sturdy polymer)、热形成聚合物、镀锌金属、或者可移除的背衬。
本文所述的太阳能反射镜兼容多种与太阳能和发光相关的应用。例如，在一个实施方案中，本文所述的太阳能反射镜被应用在聚光太阳能、太阳能管、光架(light shelf)、层压板、或反光镜应用中。
本文所述的太阳能反射镜可以呈现多种所需构造。例如，在一个实施方案中，提供一种太阳能反射镜，其包括：一个耐磨损涂层；一个直接位于所述耐磨损涂层之下的聚酯层；一个直接位于所述聚酯层之下的银层；一个直接位于所述银层之下的铜层；以及直接位于所述铜层之下的粘合剂层；其中所述耐磨损涂层的厚度选自1至25微米范围；其中所述铜层的厚度选自0.002微米至0.15微米范围；其中所述聚酯层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；并且所述银层的厚度选自0.05微米至0.15微米的范围。
例如，在另一个实施方案中，提供一种太阳能反射镜，其包括：一个耐磨损涂层；一个直接位于所述耐磨损涂层之下的银层；一个直接位于所述银层之下的铜层；一个直接位于所述铜层之下的聚酯层；以及一个直接位于所述聚酯层之下的粘合剂层；其中所述耐磨损涂层的厚度选自1至25微米范围；其中所述铜层的厚度选自0.002微米至0.15微米范围；其中所述聚酯层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；并且所述银层的厚度选自0.05微米至0.15微米的范围。
在一个方面，所述耐磨损涂层是唯一含有丙烯酸的层。在另一个方面，所述太阳能反射镜在反射金属层与耐磨损涂层之间不含有另外的丙烯酸层。在相关的一个方面中，所述太阳能反射镜在耐磨损涂层之下不含有PMMA层。
本文还提供在太阳能和发光相关应用中使用太阳能反射镜的方法。例如，在一个实施方案中，提供一种收集太阳能辐射的方法，该方法包括：提供一个与太阳进行光传输的太阳能反射镜；提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；其中太阳能反射镜包括：一个耐磨损涂层；一个位于耐磨损涂层之下的反射金属层；一个位于反射金属层之下的粘合剂层；以及一个聚合物薄膜层；其中所述聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间，或者其中所述聚合物薄膜层位于反射金属层和粘合剂层之间。
在另一个实施方案中，提供一种收集太阳能辐射的方法，所述方法包括：提供一个具有点状、线状或平面焦点的太阳能反射镜，其中所述太阳能反射镜与太阳进行光传输；提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；其中所述靶位于太阳能反射镜的焦点上；其中所述太阳能反射镜包括：一个耐磨损涂层；一个位于耐磨损涂层之下的反射金属层；一个位于反射金属层之下的粘合剂层；以及一个聚合物薄膜层；其中所述聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间，或者其中所述聚合物薄膜层位于反射金属层和粘合剂层之间。
在一个方面，所述靶为太阳能收集器、光伏设备、吸收器、或建筑物墙壁。
在一个实施方案中，提供了一种收集太阳能辐射的方法，所述方法包括：提供一个与太阳进行光传输的太阳能反射镜；提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；其中所述太阳能反射镜包括：一个耐磨损涂层；一个直接位于所述耐磨损涂层之下的聚酯层；一个直接位于所述聚酯层之下的银层；一个直接位于所述银层之下的铜层；以及一个直接位于所述银层之下的粘合剂层；其中所述耐磨损涂层的厚度选自1至25微米的范围；其中所述铜层的厚度选自0.002微米至0.15微米的范围；其中所述聚酯层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；并且所述银层的厚度选自0.05微米至0.15微米的范围。
在另一个实施方案中，提供一种收集太阳能辐射的方法，所述方法包括：提供一个具有点状、线状或平面焦点的太阳能反射镜，其中所述太阳能反射镜与太阳进行光传输；提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；其中所述靶位于太阳能反射镜的焦点上；其中所述太阳能反射镜包括：一个耐磨损涂层；一个直接位于所述耐磨损涂层之下的聚酯层；一个直接位于所述聚酯层之下的银层；一个直接位于所述银层之下的铜层；以及一个直接位于所述银层之下的粘合剂层；其中所述耐磨损涂层的厚度选自1至25微米的范围；其中所述铜层的厚度选自0.002微米至0.15微米的范围；其中所述聚酯层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；并且所述银层的厚度选自0.05微米至0.15微米的范围。
在另一个实施方案中，提供一种收集太阳能辐射的方法，该方法包括：提供一个与太阳进行光传输的太阳能反射镜；提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；其中所述太阳能反射镜包括：一个耐磨损涂层；一个直接位于所述耐磨损涂层之下的银层；一个直接位于所述银层之下的铜层；一个直接位于所述铜层之下的聚酯层；以及一个直接位于所述聚酯层之下的粘合剂层；其中所述耐磨损涂层的厚度选自1至25微米范围；其中所述铜层的厚度选自0.002微米至0.15微米范围；其中所述聚酯层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；并且所述银层的厚度选自0.05微米至0.15微米的范围。
在另一个实施方案中，提供一种收集太阳能辐射的方法，该方法包括：提供一个具有点状、线状或平面焦点的太阳能反射镜，其中所述太阳能反射镜与太阳进行光传输；提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；其中所述靶位于太阳能反射镜的焦点上；其中所述太阳能反射镜包括：一个耐磨损涂层；一个直接位于所述耐磨损涂层之下的银层；一个直接位于所述银层之下的铜层；一个直接位于所述铜层之下的聚酯层；以及一个直接位于所述聚酯层之下的粘合剂层；其中所述耐磨损涂层的厚度选自1至25微米范围；其中所述铜层的厚度选自0.002微米至0.15微米范围；其中所述聚酯层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；并且所述银层的厚度选自0.05微米至0.15微米的范围。
附图说明
图1提供聚合物薄膜反射镜样品经过30次Taber摩擦循环的图像，(a)没有耐磨损涂层，(b)有耐磨损涂层。(b)中的交叉线图案是涂层磨损测试导致的。
图2提供聚合物反射镜样品经过0次(初始)、10次和30次Taber摩擦循环后的摩擦区域的镜面反射率测量值的图表，(a)没有耐磨损涂层，(b)有耐磨损涂层。
图3提供涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜样品在0(初始)、4.9和10.3年当量的UV暴露后的光学半球反射率的图表。试样暴露在30℃下。
图4提供涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜在NREL太阳能模拟室中于60℃，70％RH；60℃，5％RH；35℃，70％RH和35℃，5％RH下加速UV暴露的图表。
图5提供通过将ARC生产运行应用到基础聚合物反射镜薄膜上而呈现的耐磨损性(由镜面反射测定)作为刮刷循环的函数的图表。
图6提供未涂覆和涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜在30℃和60℃下在25+年当量的UV剂量后的UAWS测试结果的图表。
图7提供ARC薄膜的Atlas Ci5000测试结果的图表。
图8提供ASTM3359，1mm划格测试(cross-cut test)的结果的图像，该图像表示新的和在水中浸渍30天后即时的ARC涂层对基底聚合物反射镜的粘附性不损失。
图9提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
图10提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
图11提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
图12提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
图13提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
图14提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
图15提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
图16提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
图17提供本文所述的太阳能反射镜的反射镜构造。
具体实施方案
参照附图，相似的数字表示相似元素，并且出现在多幅图中的相同数字表示相同元素。大体而言，本文所用的术语和短语具有其在本领域中的通用含义，其可以参考标准课本、文献和本领域技术人员已知的内容。提供以下定义以阐明其在本发明中的具体含义。
本文所使用的术语“太阳能反射镜”指的是一种对于通过太阳光谱射入的电磁辐射具有高度反射率的反射镜。在一个实施方案中提供一种太阳能反射镜，其中该太阳能反射镜对于射入的波长在200纳米至2,000纳米范围内的电磁辐射具有高于90％的反射率。在一个实施方案中提供一种太阳能反射镜，其中该太阳能反射镜对于射入的波长在200纳米至800纳米范围内的电磁辐射具有高于90％的反射率。在一个实施方案中提供一种太阳能反射镜，其中该太阳能反射镜对于射入的波长在400纳米至2,000纳米范围内的电磁辐射具有高于90％的反射率。在一个实施方案中提供一种太阳能反射镜，其中该太阳能反射镜对于射入的波长在350纳米至800纳米范围内的电磁辐射具有高于90％的反射率。在一个实施方案中提供一种太阳能反射镜，其中该太阳能反射镜对于射入的波长在400纳米至800纳米范围内的电磁辐射具有高于90％的反射率。
本文所用的术语“耐磨损涂层”(简称为“ARC”)指的是一种涂覆层，其保护位于所述耐磨损涂层下面的层不受损坏。在一个实施方案中，提供耐磨损涂层作为太阳能反射镜的一部分，所述耐磨损涂层具有可用于太阳能反射镜应用中的物理、光学和化学特性，例如耐磨损性、与太阳能反射镜的其他层呈化学惰性、以及对于射入太阳能反射镜的波长在350纳米至2,000纳米的电磁辐射的高透明度，所述波长任选400纳米至800纳米，任选400纳米至2,000纳米。在一个实施方案中，一个耐磨损涂层保护位于所述耐磨损涂层之下的层不受磨损。本文所用的术语“磨损”指的是对于物体(例如太阳能反射镜)的物理损坏。磨损的实例包括但不限于：由于灰尘或其他具体物质在外力(例如风力)下冲击太阳能反射镜而造成的损坏；刮擦损坏；清洁设备(例如刷子)造成的损坏；以及由于向太阳能反射镜施加高压液体(例如在动力清洗应用中使用的高压液体)而导致的损坏。
本文所用的术语“粘合剂层”指的是反射叠层(reflective stack)中的一层，其提供粘附性，使用常规的层叠应用技术将反射叠层固定到可用的结构性基底上。在一个实施方案中，粘合剂层与银层和/或保护层接触时是化学惰性的。本文所用的术语“化学惰性”指的是第一层的化学特性，其中所述第一层不导致第二层溶解、变脆，或者不实质上地改变第二层的化学组成。
本文所用的术语“聚合物薄膜层”指的是反射叠层中的一层，其对反射叠层提供物理稳定性，从而反射叠层在宽范围的温度和湿度下保持其机械特性。例如，在一个实施方案中，本文所述的聚合物薄膜层含有聚酯化合物，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(乙烯-丁烯)(PEB)、或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
本文所使用的术语“保护层”指的是反射叠层中的一层，其对反射层(例如银反射层)提供腐蚀保护性。例如，在一个实施方案中，保护层包括铜、镍、铬、金属合金、金属氧化物、或它们的任意组合。
本文所用的术语“丙烯酸酯”指的是一种含有丙烯酸酯离子的物质。丙烯酸酯的实例包括但不限于丙烯酸酯聚合物和丙烯酸类(acrylics)。本文所用的术语“丙烯酸酯聚合物”指的是含有重复的丙烯酸酯单体单元的聚合物。本文所用的术语“丙烯酸类”指的是含有丙烯酰基的物质。丙烯酸类的实例包括但不限于含有重复的丙烯酸单体单元的丙烯酸聚合物。
本文所用的术语“紫外线吸收剂”指的是吸收紫外电磁辐射的组合物或化合物。例如，在一个实施方案中，一种紫外线吸收剂吸收高于50％的射入的波长在200nm至400nm的电磁辐射。
本文所用的术语太阳能反射镜的“最顶层”指的是太阳能反射镜上最接近射入太阳能反射镜的电磁辐射源的一层。例如，在一个实施方案中，太阳能反射镜的最顶层是耐磨损层，其最接近向太阳能反射镜提供入射电磁辐射的太阳。
本文所用的术语“粘合力增强技术”指的是处理反射叠层的第一层以增加反射叠层中第一层和第二层之间的粘合力的方法。在一个实施方案中，粘合力增强技术是电晕放电或等离子体处理技术。在另一个实施方案中，聚合物薄膜层的最顶层表面经受粘合力增强技术的处理，以增加太阳能反射镜中聚合物薄膜层与耐磨损涂层之间的粘合力。
在下列实施例中更详细地描述本文所述的方法和设备，所述实施例不以任何方式限制权利要求的范围。
实施例1：开发和测试聚合物薄膜反射镜的硬涂层的耐磨损性
概要
通过同时降低材料成本和降低重量，反射性聚合物薄膜技术可以显著地降低太阳能反射镜和安装好的聚光太阳能(CSP)设备的成本。在CSP环境中，聚合物反射镜的一个挑战是通常用于玻璃镜的接触式清洁方法。所述接触式清洁方法会刮擦聚合物反射镜的表面，从而降低镜面反射率。多种备选ARC产品被用作备选材料。通过将ARC沉积到基础聚合物反射镜薄膜来制备样品，所述基础聚合物反射镜薄膜被预先层叠至铝板基底上。提供样品用于评估，并将样品置于基准(未被气候影响)和加速暴露条件下，并随后检测耐磨损性和粘附性。发现一种新的ARC产品对基础聚合物反射镜薄膜展示出卓越的初始耐磨损性和粘附性。在暴露于多种加速应力条件下之后，仍保留这些特性。在生产环境中，该材料被成功地制造为1.5米宽的卷装进出构造(roll-to-rollconstruction)。
1.简介
所需的ARC特性为高透明度和光学清晰度、耐气候性、耐磨损性、对于基础反射镜薄膜基底的强粘附性、与高容量卷装进出生产的兼容性、以及低的材料和制造成本。多种备选ARC产品例如UV-固化热固性丙烯酸酯、聚氨酯、以及真空沉积无机氧化物硬涂层被认为是备选制剂。通过将不同的ARC沉积到基础聚合物反射镜薄膜来制备样品，所述基础聚合物反射镜薄膜已经预先层叠至铝板基底上(尺寸约10cm x10cm)。测试涂覆有ARC样品的基准(未被气候影响)耐磨损性和对聚合物薄膜反射镜材料的粘附性。将其他的样品置于多种加速暴露条件下，随后测试其耐磨损性和粘附性。确认了一种优秀的ARC制剂，并制备了更多的实验室批量样本，制造了卷装进出的试样和生产规模的材料，并进行了进一步的气候测试。
2.实验：设计了综合的测试计划来评估和证实备选硬涂层作为初始制剂/初始施加和作为预期应用环境条件的函数的磨损保护特性。所述测试计划的适当方面包括测试具有直接利益的特性(例如不同接受角的镜面反射率)、可用的/相关的基底的使用(层叠到标准光面铝板上的基础聚合物反射镜薄膜)、以及备选样品暴露的条件类型，如在使用中预期的气候和接触式清洁。
在这些实验中使用的基础聚合物反射镜薄膜的构造列在下面的表A中：
表A：基础聚合物反射镜薄膜的构造
保护性掩膜
丙烯酸类薄膜
层叠粘合剂
PET薄膜
银
铜
压敏粘合剂
离型内衬
2.1筛选测试
除了证明硬涂层基础聚合物反射镜薄膜满足初始光学特性，证实未受气候影响材料在经受典型气候影响后保持耐磨损性也是很重要的。为了筛选的目的，加速的测试暴露包括UV光、冷凝循环(condensationcycling)以及热循环。备选试样根据ASTM G155在Atlas Ci5000中经受UV暴露[1]。将氙弧灯光源进行滤光，以提供光照强度为约2倍的地面太阳光谱。温度和相对湿度保持恒定，分别为60℃和60％。根据ASTM D4587使用Q-Lab QUV室将试样暴露于循环冷凝[2]。使用具有290-340nm UV光谱的UVA-340光源。将试样在以下两个状态间循环：干燥暴露于60℃，光源打开4小时；以及100％相对湿度(冷凝)，在30℃，黑暗中4小时。使用ASTM D6944(方法B)来进行备选样品的热循环测试[3]。在每个循环中，将试样在-5℃放置16小时，然后在50±3℃放置8小时；完成30个循环。
使用ASTM标准D4060的一个改良版本来量化耐磨损性[4]。使用Taber磨擦单元来施加摩擦应力，并且使用Devices and Services镜面反射计来光学评测对备选ARC的磨损，从而监测具有直接利益的性能参数，即，作为循环次数的函数的镜面反射率。与太阳能领域中常规的清洁措施相比，Taber磨擦是一种严重的应力，但它是一种标准化方案，可以在备选材料样品间提供有意义的相互比较。对于可用的标准化测试程序而言，Taber磨擦测试，据报导，与硬涂层薄膜在实际应用中的表现具有最高的相关度[5]。使用最小的250g配重臂(arm weight)。在660nm，ps(θ,λ＝660),θ＝7.5和12.5mrad(0.43°和0.72°)半接受角处测量镜面反射率。在磨损前、10次循环后、以及30次循环后在每个10cm x10cm大小的试样的四个点上测量镜面反射率。
除了保持耐磨损性外，ARC在受气候影响之前、之中和之后保持对基础聚合物反射镜薄膜底层的良好粘附力是重要的。使用ASTM D3359划格胶带剥离测试法(crosshatch tape peel test)测量涂层粘附力[4]。
2.2.其他加速气候测试
除了在筛选实验中所证实的必需的基线耐磨损性和粘附特性之外，有机类材料(例如聚合物反射镜薄膜和UV-固化丙烯酸酯涂层)的固有UV耐气候性也是一种重要的需求，期望其在户外运行条件下展现出持久的使用寿命。标准基础聚合物反射镜薄膜产品的性能和持久度特性已有文献记载[7]。将通过了筛选测试的最有前景的备选ARC样品随后进行其他的加速气候测试，以证明其对UV暴露的耐受性。使用两种加速UV暴露室。第一种是人工模拟太阳光源，使用1.4kW的氙弧灯，在300-500nm的带宽提供约2倍的地面太阳光谱[1]。将四组相同样品各置于所述暴露室的四分之一室内，同时暴露在常量的辐射下，经受四组温度和相对湿度组合。这使得所述对UV耐受性的应力效果可以平行地测定。
试样也暴露于NREL的超加速气候系统(UAWS)中[8]。所述UAWS使用特殊的光学面板来主要反射地表自然阳光的UV波长，以避免试样在暴露中过热。UAWS面板使用沉积于玻璃上的干涉涂层。所述干涉涂层由多个由高和低折射率的材料制成的层交替组成，从而选择性地反射UV。近红外线和可见光被减弱，从而降低对测试材料的热力负载，否则强烈的热量会导致测试无效。涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜试样被暴露在100倍强度的天然UV日光下，相当于在30℃和60℃下在室外暴露10年。
为补充Taber摩擦测试，进行另一种ASTM测试(D2486)[9]。该测试使用线性连接的擦洗刷，该刷在涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜试样的表面上每分钟前后循环运动37次。使用Byk Model PB5005湿摩擦刷测试器来进行该测试。尽管该测试是被设计为量化涂料产品的耐磨损性的，该测试可以模拟太阳能镜领域最剧烈的清洁过程。
作为另一个涂层磨损测试，层叠到铝板(36cm x76cm)上的涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜试样被长时间浸到去离子水中。视觉观察涂层的剥离，并使用划格测试(cross hatch test)来进一步量化持久性[6]。
3.结果
3.1.筛选测试结果
通过对比在30次Taber摩擦循环后测定的镜面反射率与摩擦之前的镜面反射率，筛选备选硬涂层制剂的耐磨损性。联系并请求多个有可能的供应商提供涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜的样品以用于评估。七个硬涂层公司提供了样品，它们在表1.1中被命名为B至H。一些公司提供了多个制剂，在表1.1中以数字后缀表示。也包括了未涂覆的基础聚合物反射镜薄膜作为对比，其被命名为供应商制剂A-1。
表1.1.备选的涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜的耐磨损性
备选B-1、F-1和G-1具有不可接受的未受气候影响的耐磨损性，在30次Taber循环后，在12.5mrad半接受角处显示出多于10％的镜面反射率损失。未受气候影响的E-1试样的镜面反射率损失也非常高，并且该试样在气候影响后也具有差的耐磨损性。此外，E-1在等同于在室外约3年的UV暴露(925MJ/m2UV)后严重地变黄。涂层G-2显示出优越的未受气候影响耐磨损性，但在Ci5000暴露后严重变黄。备选H-1在气候影响之前没有检测，但在热循环后展现出很差的耐磨损性。H-2涂料制剂将未受气候影响的太阳能加权半球反射率(solar-weightedhemispherical reflectance)降低到不可接受的值(约86％)。供应商D提供的两种制剂包括市售产品(D-1)和实验涂层(D-2)。D-2未受气候影响和经受多种暴露条件后都显示出勉强够格的耐磨损性。D-1的耐磨损性极佳。制造者声称其具有2年的户外使用寿命。在Ci5000中相当于两年的户外暴露之后，备选的D-1未降级。然而，在3年的等量暴露后，该涂层严重变黄。
试样C-1至C-4由Red Spot Paint&Varnish Company,Inc.提供。它们未受气候影响时都显示出极佳的耐磨损性。C-1和C-2是Red Spot用于其他产品和应用的现有ARC制剂。C-3和C-4是Red Spot提供的新制剂，其适用于特殊规格的聚合物薄膜反射镜。这些Red Spot试样在Ci5000WeatherOmeter中经受相当于3年的户外UV暴露之后都显示出极佳的耐磨损性。重要的是，所述C-3和C-4试样被放回Ci5000，暴露于额外的UV气候下。在累积约6.2当量的户外暴露后，这些材料没有变黄也没有损失镜面半球反射率。如表1.1所示，制剂C-4也被重新配制能在冷凝循环后成功地抵抗耐磨损性的损失。
C-4材料的耐磨损性可以从图1中目测。在图1中，图像(a)显示未涂覆的基础聚合物反射镜薄膜在30次Taber摩擦循环后经受的严重磨损(圆形痕迹)。当用C-4制剂涂覆基础聚合物反射镜薄膜后，摩擦的效果几乎无法察觉，如图像(b)所示。图像(b)中同样明显的是用于测试涂层粘附性的划格测试图。Red Spot的试样在经受气候影响之前和之后都没有显示出粘附性的损失。
图2代表所测量的相应磨损过的基础聚合物反射镜薄膜和磨损过的涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜试样的镜面反射率数据。没有ARC硬涂层时，镜面反射率在10和30次Taber摩擦循环后严重下降(如图2，图像a所示)。当用C-4ARC涂覆后，在7.5和12.5mrad半接受角处的镜面反射率与未磨损的未涂覆的基础聚合物反射镜薄膜的值相比基本没有改变(如图2，图像b所示)。
3.2.其他加速气候测试结果
上文所讨论的筛选测试表明，Red Spot Paint&Varnish Company,Inc的新ARC产品展示出优越的初始耐磨损性和对于基础聚合物反射镜薄膜的粘附性。在暴露于多种加速应力条件下之后，这些优越的特性仍能保留。图3证实了ARC-基础聚合物反射镜薄膜材料的优越UV耐受性。图3提供了半球反射率(0-100％)作为波长(200-2600nm)的函数在0、4.9和10.3年当量的紫外光暴露后的测量值。在400nm至2200nm的波长内，所述半球反射率大于80％。在NREL的UAWS中超过10年当量的UV暴露之后，半球反射率没有明显的光谱损失。在约1900nm的少量吸收波段在太阳光谱中极少量太阳光源可用的区域内发生。以上结果是将试样暴露在30℃获得的。在暴露于高温60℃下的UAWS时，所述硬涂层的试样也证实了类似的耐气候性。所述试样也被暴露于NREL的太阳能模拟室中。图4代表试样被暴露在35℃和5％相对湿度(简称“RH”)，以及60℃和5％相对湿度下的结果。其太阳能加权半球反射率在超过13年当量的户外暴露下(相当于累积约3900MJ/m2的剂量)为超过90％。这些试样经受相当于约8年户外的累计UV剂量而不损失太阳能加权半球反射率。同等试样被暴露在相同温度、但为7％湿度下，在4年当量的户外UV暴露后停止暴露而进行常规化学分析，反射率没有降级。
Taber摩擦对于耐磨损性而言是特别严苛的测试，并不代表太阳能镜在标准的反射镜清洁过程中可能经受的摩擦应力类型。然而，它提供了一种标准化方案，可以使备选的ARC制剂相互比较并评级。一种稍微更现实(尽管不那么激烈)的磨损测试是使试样经受擦洗刷所导致的磨损。该测试被施用于产品版本的涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜上。如图5所示，在超过50,000次前后擦洗刷循环——其模拟多于50年的磨损——之后，没有发生镜面反射率的损失(θ＝15和25mrad，全接受角)。在图5中，对于0-54,000次循环，在15和25mrad的镜面反射率超过90％。此外，没有明显的可视划痕。
层叠到铝板上的涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜试样在去离子水中浸泡30天。没有明显的可视涂层分离。也进行了划格胶带剥离测试法，没有发现粘附力的损失。
3.3.放大试验结果(Scale-Up Results)
基于筛选测试结果和其他加速测试，选择Red Spot ARC的制剂用于工业制造环境。将实验室的样品随后按比例放大至中试和最终的生产试验。在该过程的每个步骤中，重新检测试样材料的耐磨损性、粘附性和耐气候性。Red Spot的实验室制备试验、中试和生产试验的摩擦后镜面反射率都是优秀的。如表1.2所示，对于实验室批量制备的ARC试样，30次Taber摩擦循环后，在7.5和12.5mrad半接受角的镜面反射率变化通常为约1.6％。在中试中，类似试样保持了相同优越的耐磨损性。5个中试的结果都是最小的镜面反射率损失(在15和25mrad为约1至1.5％)。对于生产试验中所制备的试样，试样的表现同样类似于实验室和中试的试样，Δρs(θ＝15,25mrad)约为1.5％。
表1.2.从实验室到中试到生产制备试样的耐磨损性保持度
4.结论
将新ARC产品施加到基础聚合物反射镜薄膜上，该基础聚合物反射镜薄膜显示出优越的耐磨损性、粘附性和耐气候性。购自Red Spot Paint&Varnish Company,Inc的一种UV固化丙烯酸酯制剂经受Taber和擦洗刷的摩擦几乎察觉不到可视影响，测出的镜面反射率几乎未变。在经受UV光暴露、冷凝循环和热循环之后的Taber耐磨损性保持不变。该硬涂层展示出卓越的耐气候性，所述气候影响包括高度加速的超过10年当量的户外UV暴露。该材料成功地从批量的实验室试样通过中试条件放大至生产环境，制造出1.5米宽的卷装进出构造。
实施例1的参考文献
[1]ASTM G155,"Standard Practice for Operating Xenon Arc LightApparatus for Exposure of Non-Metallic Materials,"Vol.14.04,ASTMInternational,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[2]ASTM D4587,"Standard Practice for FluorescentUV-Condensation Exposures of Paint and Related Coatings,"Vol.06.01,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[3]ASTM D6944,"Standard Test Method for Resistance of CuredCoatings to Thermal Cycling,"Vol.06.02,ASTM International,WestConshohocken,PA,www.astm.org.
[4]ASTM D4060,"Standard Test Method for Abrasion Resistance ofOrganic Coatings by the Taber Abraser",American Society of Testingand Materials Annual Book of Standards,Vol.06.01,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[5]P.Moulds,"Hardcoats in the World of the Vacuum Coater",42ndAnnual Technical Conference Proceedings,Society of Vacuum Coaters,1999,pp.442-444.
[6]ASTM D3359,"Standard Test Methods for Measuring Adhesionby Tape Test",American Society of Testing and Materials Annual Book ofStandards,Vol.06.01,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[7]M.DiGrazia,R.Gee,and G.Jorgensen,"ReflecTech Mirror FilmAttributes and Durability for CSP Applications",ASME Conference,Proceedings of Energy Sustainability2009,July19-23,2009,SanFrancisco,California.
[8]H.K.Hardcastle,G.J.Jorgensen,and C.E.Bingham,"Ultra-Accelerated Weathering System I:Design and FunctionalConsiderations",Natural and Artificial Ageing of Polymers-4thEuropean Weathering Symposium；Reichert,T.,Ed.Publication No.11,Gesellschaft fur Umweltsimulation:Germany,2009.
[9]ASTM D2486,"Standard Test Methods for Scrub Resistance ofWall Paints",American Society of Testing and Materials Annual Book ofStandards,Vol.06.02,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
实施例2：涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜试样的耐久度测试结果
摘要
降低实用规模的聚光太阳能(CSP)成本的最有前途的进展之一是出现了耐久性反射聚合物薄膜作为传统的曲面玻璃镜的替代物。宽网聚合物薄膜反射镜已被广泛使用，但缺乏长期的耐气候性数据。随着超加速气候系统(UAWS)的出现，可以进行更快速的测试和发展，并且基础聚合物反射镜薄膜近年来已经超越了25年当量的陆地UV累积剂量。
已经发展出了适用于基于聚合物的反射镜薄膜的基础聚合物反射镜薄膜和耐磨损涂层(ARC)。研发该硬涂层是为了解决对于满足以下条件的反射镜的需求：成本低，性能高，对有时在CSP环境中使用的机械清洁方法具有耐受性。这两个发展的影响相结合，大幅改变了在新的应用规模CSP工程中的太阳能反射镜的优选应用选择。
将制备的具有和不具有ARC硬涂层的基础聚合物反射镜薄膜试样置于比实际环境更严酷的加速暴露条件下。未涂覆的和ARC薄膜都展现出了卓越的耐气候性，在超过25年当量陆地UV的高度加速暴露下没有损失反射率。所述涂覆有ARC的样品还显示出了优越的初始耐磨损性和对基础聚合物反射镜薄膜的粘附性，所述特性在暴露于多种加速应力条件——包括冷凝循环、热循环、水浸泡和加速UV光暴露——之后仍保持不变。所述涂覆有ARC的基础聚合物薄膜已经在商业生产环境中被成功地制造为1.5m(5ft)宽的卷装进出构造。
简介
耐久的高反射率聚合物薄膜是一种创新设计，其使得在太阳能领域的设计和构造中大幅降低成本成为可能。其也具有高度的设计灵活性，使得可以对聚光太阳能(CSP)应用中的传统的曲面玻璃镜做出更大和更轻的替代物。
为了被接受作为可行的玻璃镜替代物，聚合物反射镜必须克服太阳能聚合物薄膜的两个传统问题：分层和光学耐久度。
由于安装在严苛的户外环境中的反射镜有时要用接触式清洁方法来清洁，我们研发出了一种沉积到基于聚合物的反射镜薄膜上的耐磨损涂层(ARC)。评估试样对于聚合物薄膜的基线(未受气候影响)粘附力，并测试初始耐磨损性。在加速暴露条件下测试其他试样的耐磨损性和粘附性。在经受多种加速应力条件之前和之后，所述ARC涂层展现出优越的耐磨损性和对于聚合物薄膜的粘附性。
术语
镜面反射率——从反射镜的表面以预设接受角反射的光线的量。
太阳能加权半球反射率——从反射镜的表面反射的光线总量相对于代表陆地太阳光谱的所有波长的平均值。
UV——紫外光是在光谱中从x射线到可见光之间波长范围为40nm至400nm的电磁辐射。对于陆地CSP应用，位于约290至400nm的UV光是特别重要的。
ARC——耐磨损涂层。
CSP——聚光太阳能
UAWS——超加速气候系统
隧道——反射金属层(例如银层)与聚合物薄膜层之间的分隔，通常呈长的手指形状，类似于长隧道。
特性
本文所述的基础聚合物反射镜薄膜的性能特征使其成为CSP应用中可实际使用的反射镜技术。在这些实验中使用的基础聚合物反射镜薄膜的构造如下表B所示：
表B.基础聚合物反射镜薄膜的构造
保护性掩膜
丙烯酸类薄膜
层叠粘合剂
PET薄膜
银
铜
压敏粘合剂
离型内衬
镜面反射率在12.5mrad半接受角(660nm)为94％，由Devices andServices镜面反射计测定，并且太阳能加权半球反射率为93％。
研发ARC涂层是为了应用于摩擦接触式清洁方法，以保持玻璃镜在户外使用中的反射率。所述接触式清洁方法会刮擦聚合物反射镜的表面，因此会降低镜面反射率。因此带有ARC涂层的聚合物薄膜反射镜所需的特性包括对接触式清洁的耐受性(耐磨损性)和所述硬涂层与基础反射镜薄膜基底的强粘附性，以及高反射率、对UV和湿度的耐气候性、与宽网格高容量的卷装进出生产的兼容性、以及低的材料和制造成本。
选择一种ARC涂层用于聚合物薄膜反射镜，包括评估多种备选物，包括UV-固化热固性丙烯酸酯、聚氨酯、以及真空沉积的无机氧化物硬涂层。我们的评估表明，一种由Red Spot Paint&Varnish Company,Inc.(Red Spot)制造的新颖ARC涂层相对于其他备选物展现出明显优势[2]，本文提供迄今为止的实验结果。
加速气候测试
进行了多种加速测试来检测和证实基础聚合物反射镜薄膜的户外耐气候性，并在涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜上进行了额外测试。
所述测试计划是为了评估基础聚合物反射镜薄膜，并证实基础聚合物反射镜薄膜的特性满足以下几个严格目标：a)证实对于延长UV暴露的耐久度，b)证实对长时间湿度的耐久度，以及c)证实对于温度、湿度和UV结合效果的耐久度。涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜的测试计划也必须证实这些特性，就像模拟CSP维护中使用的接触式清洁方法需展示出耐磨损性；并且，展示ARC涂层对于聚合物薄膜的粘附性。并且，必须在加速气候影响下证实这些耐磨损特性。
为了测试并证实户外耐久性，使用了多种加速气候测试；试样经受的条件比在气候和接触式清洁的应用中预期的更加极端。
NREL的超加速气候系统(UAWS)。UAWS集中了100倍的陆地天然日光，具有50倍的UV加速参数。在UAWS和更多已确立方法之间的技术、性能和关系已有文献记载[3]。UAWS使用主要反射陆地天然日光的UV波长的特殊材料，其使用沉积到玻璃上的干涉涂层。通过减弱近红外和可见波长、以及接触冷却盘的方式来降低测试材料的热负载，将暴露温度控制在两个值：30℃和60℃。
根据ASTM G155[4]，使用NREL的日光模拟器使用1.4kw氙弧灯将试样暴露在约二倍的波段为300至500nm的陆地太阳光谱下[4]。使用UV光、温度和湿度这三个应力因素，结合干燥、湿润、室温和炎热来同时测试8个试样。这使得所述应力效果可以与UV耐受性平行测定。
根据ASTM G155[4]，使用Atlas Ci5000，使用氙弧灯的滤光光源来提供大约2倍陆地太阳光谱的光照强度，同时温度恒定为60℃，相对湿度为60％。
通过ASTM标准D4060的一个修改版本来量化带有硬涂层的薄膜的耐磨损性[5]。使用Taber磨擦单元，使用250g的配重臂来施加摩擦应力。在施加摩擦应力之前和之后作为循环次数的函数测量镜面反射率。虽然Taber摩擦比太阳能领域中使用的常规摩擦方法更加严苛，在这里使用该方法是为了强调所选的ARC涂层的耐磨损性。在660nm，ρs(θ,λ＝660),θ＝7.5和12.5mrad(0.43°和0.72°)半接受角处，在磨损前、10次循环后、以及30次循环后测量镜面反射率。
除了所述Taber摩擦测试之外，所选的备选ARC涂层还经受加速的擦洗刷测试，该测试根据ASTM D2486[6]，使用线性连接的擦洗刷，该刷在涂覆有ARC的基础聚合物薄膜反射镜试样的表面上每分钟前后循环运动37次。使用Byk的型号为PB5005的湿摩擦刷测试器来进行该测试。该测试更好地模拟非常剧烈的太阳能反射镜领域内的清洁。
为确认ARC涂层对于聚合物薄膜的粘附性，使用ASTM D3359[7]划格胶带剥离测试法。使用6个平行的刀片来制造交叉的划痕，在其上施用规定的胶带，撕去该胶带并检查涂层的任意分离。在将36cm x76cm的试样浸泡在去离子水中30天后，进行相同的划格胶带剥离测试法来测试试样的涂层粘附力。检查试样的可视剥离，并进行划格测试来进一步检测耐久度。
在层叠于1.25mm(0.050in)的铝板上的未涂覆的和硬质涂覆的聚合物薄膜上进行冰雹试验(hail testing)，并根据ASTM E822-92[8]和ASTM1038-05[9]测试。使用Haag Engineering Co.的型号为IBL-7的雪球发射器与Applied Concepts生产的Stalker Pro测速计(测速雷达枪)，发射具有预设直径和速度的雪球并测量其速度。安装具有相同弧度和宽度的试样反射镜。使用10倍的放大镜来检测基础聚合物薄膜或ARC硬涂层的冰雹冲击点上的任何标示，如模糊、破裂、分层或剥落。
结果
测试结果
UAWS：将常规的和涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜试样在NREL的UAWS中暴露在25年当量的UV剂量下，对于暴露于30℃和60℃的试样，没有显示出明显的太阳能加权半球反射率的损失。图6说明了未涂覆和涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜材料的UV耐受性。在图6中，在30℃和60℃的暴露温度下，对于0至超过9,000MJ/m2的累积UV剂量，太阳能加权半球反射率大于90％。
太阳能模拟器：将试样暴露于NREL的太阳能模拟器中，条件为35℃和5％相对湿度，以及60℃和5％相对湿度。如图4所示，在累积UV剂量相当于10年后，太阳能加权半球反射率没有损失。将涂覆有ARC的样品暴露于相同温度、但相对湿度为70％的条件下，在提供相对湿度的进水线路导致设备故障后停止测试。所述设备故障是在试样已经暴露于4年当量的户外UV暴露后发生的，没有降低反射率。
Atlas Ci5000:涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜在未受气候影响时展示出极佳的耐磨损性，并且在Ci5000中经受约6.2年当量的户外UV暴露后显示出坚固的耐磨损性和光学耐久度。在图7中可见，试样没有变黄，也没有损失镜面半球反射率(在至多6.2年当量的户外UV暴露下，太阳能加权半球反射率超过90％)。
耐磨损性：Taber摩擦对于耐磨损性而言是一种相对极端的测试，并不是太阳能镜在CSP环境中通常会经受的摩擦应力的代表性类型。使用该测试是为了对备选ARC制剂进行比较和评级。图1说明了图像(b)中的所选ARC材料与图像(a)中未涂覆的聚合物反射镜材料的耐摩损性的比较。在30次Taber循环后，未涂覆的ARC材料被严重磨损。涂覆有所选的ARC制剂的聚合物反射镜在30次Taber循环后的结果表明，其损伤几乎是无法察觉的，如图像(b)所示。
擦洗刷测试：作为Taber摩擦测试的补充，使用擦洗刷测试来模拟安装了玻璃反射镜的CSP设备维护项目中常用的实际清洁手段。将刷子沿着涂覆有ARC的聚合物薄膜反射镜的表面前后循环，使用线性安装的擦洗刷测试器，每分钟运行37次循环。在53,000次刷洗循环——其等同于超过50年的太阳能领域内的维护——之后，7.5mrad或12.5mrad的镜面反射率没有可测的损失。
粘附性：如图8所示，使用1-mm的划格测试来检测ARC涂层对于聚合物薄膜反射镜的涂层粘附性。在层叠到铝基底的ARC薄膜在去离子水中浸泡30天之前和之后立刻施加该测试。也将划格测试施加到进行过Ci5000气候暴露之后的试样上。根据ASTM D3359，Class5b，基础聚合物反射镜薄膜的备选涂层在经受气候影响和进行磨损测试之前、之中和之后都保持涂层粘附性。使用Red Spot配制的涂覆有ARC的样品在浸泡测试或气候测试的之前和之后都没有显示出分层或损失粘附性。
冰雹测试：将聚合物薄膜反射镜进行前方(反射镜一侧)和后侧(天顶位置)的冰球冲击，来模拟严重冰雹。在国家可再生能源实验室中进行该测试。
前方测试(在压力下)使用38mm(1.5in)直径的冰球，以35m/s(78mph)发射。视觉检测，没有测出涂层的破裂、剥落或分层。
以32m/s(71mph)发射的32mm(1.25in)直径的小冰球对反射镜后侧的冲击导致了三个冲击位置中仅一个局部损坏。该局部损坏的直径约为2mm(.08in)。以35m/s(78mph)发射的38mm(1.5in)直径的冰雹对反射镜后侧的冲击产生了类似的损坏，损坏直径约为3mm(.125in)。以30m/s(67mph)发射的25mm(1in)直径的冰球对于反射镜面板背侧的冲击没有导致聚合物薄膜或硬涂层的损坏。
对涂覆有ARC和未涂覆的聚合物薄膜的受冲击位置进行60天的浸水测试，冲击区域没有退化(分层、隧道等)。对在Denver,Colorado附近暴露于户外气候条件11个月的样品进行持续的观察，没有发现退化、分层或从冲击区域损坏的扩展。
已损坏反射镜的浸水：使用聚合物薄膜反射镜阻止了传统玻璃镜损坏的最常见原因，即风力导致的应力。玻璃反射镜的损坏通常导致接收器和/或其他玻璃镜被掉落的玻璃冲击而导致附带损坏。
与玻璃相比，CSP环境中使用聚合物反射镜的危险相对较少。损坏聚合物反射镜的潜在原因包括独立接收管玻璃损坏、清洁车的碰撞、以及故意破坏。
为测试刺穿聚合物反射镜的损坏效果，制造一个弹孔。除了刺穿的直接区域，面板保持完整。将其浸泡在去离子水中60天，没有导致损坏扩展。
野外修理：Dagget,California的SEGS II发电厂中安装的聚合物薄膜反射镜被接受管的掉落玻璃所损坏。损坏处仅有一个方块，其被移除并以新薄膜替换。在暴露的边缘上施加耐气候的12mm宽的铝胶带而完成了所述修理。
其他测试结果
循环冷凝根据ASTM D4587[10]进行，以60℃干燥、30℃的100％RH进行100个循环——通过，未损失反射率。
涂覆有ARC的薄膜的热循环根据ASTM D6944(Method B)[11]进行——通过，未损失反射率。
涂覆有ARC和未涂覆的薄膜的弯曲测试根据ASTM D522[12]进行至25mm半径——通过，没有分层或破裂。
未涂覆薄膜的户外气候影响，每个日光小时以5倍UV强度并且喷水处理7500小时[1]——通过，没有明显损失反射率。
涂覆有ARC的试样[2]和未涂覆的薄膜[1]在室温下浸水60天——通过，没有分层、损失粘附力、气泡或损失反射率。
结论
检测UV、湿度、磨损和冰雹冲击对于反射性聚合物薄膜的影响，所述聚合物薄膜具有或不具有由Red Spot Paint and Varnish所生产的ARC硬涂层。研发硬涂层以便应用于基础聚合物反射镜薄膜，使基础聚合物薄膜抵抗接触式清洁方法导致的磨损。
相当于25年累积的UV剂量对于具有和不具有硬涂层的聚合物薄膜不导致太阳能加权半球反射率的可见损失。10年当量的累积UV与温度和湿度水平相结合，不导致常规和硬涂层反射镜薄膜的太阳能加权半球反射率的损失。
在250g、30次循环的Taber摩擦测试以及53,000次循环的擦洗刷测试之前和之后测量硬涂层薄膜的镜面反射率，在7.5和12.5mrad半接受角处没有可见的镜面反射率下降。冰雹测试的结果中，最大38mm的冰球以35m/s发射到反射镜的前方、25mm直径的冰球以30m/s发射到反射镜的后侧没有导致具有和不具有ARC硬涂层的反射镜的薄膜或硬涂层损坏。从前方和后方将其击穿的弹孔在水中浸泡60天后没有扩大损坏。成功地完成了损坏薄膜的野外修理。
硬涂层对基础聚合物反射镜薄膜的粘附性是通过划格测试在浸水和气候影响之前和之后证实的。在5次卷装进出中试生产中，保持了同样优越的耐磨损性和粘附性。
实施例2的参考文献
[1]M.DiGrazia,R.Gee,and G.Jorgensen,"MirrorFilm Attributes and Durability for CSP Applications",ASME Conference,Proceedings of Energy Sustainability2009,July19-23,2009,SanFrancisco,California.
[2]G.Jorgensen,R.Gee,M.DiGrazia,"Development and Testing ofAbrasion Resistant Hard Coats for Polymer Film Reflectors",SolarPACES2010,Perpignan,France,September21-24,2010.
[3]H.K.Hardcastle,G.J.Jorgensen,and C.E.Bingham,"Ultra-Accelerated Weathering System I:Design and FunctionalConsiderations",Natural and Artificial Ageing of Polymers-4thEuropean Weathering Symposium；Reichert,T.,Ed.Publication No.11,Gesellschaft fur Umweltsimulation:Germany,2009.
[4]ASTM G155,"Standard Practice for Operating Xenon Arc LightApparatus for Exposure of Non-Metallic Materials,"Vol.14.04,ASTMInternational,West Conshohocken,PA,wwvv.astm.org.
[5]ASTM D4060,"Standard Test Method for Abrasion Resistance ofOrganic Coatings by the Taber Abraser",American Society of Testingand Materials Annual Book of Standards,Vol.06.01,ASTMInternational,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[6]ASTM D2486,"Standard Test Methods for Scrub Resistance orWall Paints",American Society of Testing and Materials Annual Book ofStandards,Vol.06.02,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[7]ASTM D3359,"Standard Test Methods for Measuring Adhesionby Tape Test",American Society of Testing and Materials Annual Book ofStandards,Vol.06.01,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[8]ASTM E822-92,"Standard Practice for Determining Resistanceof Solar Collector Covers to Hail by Impact with Propelled Ice Balls",Vol.12.02,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[9]ASTM E1038-05,"Standard Test Method for DeterminingResistance of Photovoltaic Modules to Hail by Impact with Ice PropelledIce Balls",Vol01.05,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[10]ASTM D4587,"Standard Practice for FluorescentUVCondensation Exposures of Paint and Related Coatings,"Vol.06.01,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
[11]ASTM D6944,"Standard Test Method for Resistance of CuredCoatings to Thermal Cycling,"Vol.06.02,ASTM International,WestConshohocken,PA,www.astm.org.
[12]ASTM D522,"Standard Test for Mandrel Bend Test of AttachedOrganic Coatings,"Vol.06.01,ASTM International,West Conshohocken,PA,www.astm.org.
尽管本文的说明书包含了很多细节，但它们不应被解释为限制本发明的范围，而仅是提供本发明的一些实施方案的说明。
实施例3：涂覆有ARC的金属化PET试样的耐久度测试结果
将一段金属化PET用于实验，以测定4微米ARC涂层的反射率，该ARC涂层为Red Spot Paint and Varnish生产的UVT786，将其施用到金属化PET薄膜的聚合物一侧。所述金属化PET薄膜为92Gauge厚，62英寸宽，长度为约300英尺，以约1000埃的银在PET上金属化，再以150埃的铜对银金属化。该构造示于表3.1中。
表3.1.涂覆有ARC的金属化PET反射镜的构造
耐磨损涂层(ARC)
PET(92Gauge，23.4微米)
银(1000埃)
铜(150埃)
使用Devices and Services的型号为15R-USB的镜面反射计以三个接受角测量镜面反射率。镜面反射率的测量值示于表3.2中。
表3.2.涂覆有ARC的金属化PET反射镜的镜面反射率
接受角(mrad) 镜面反射率(660nm)
46 96.0
25 95.3
7 95.0
涂覆有ARC的金属化PET薄膜的镜面反射率高于基准的基础聚合物反射镜薄膜，也高于涂覆有ARC的基础聚合物反射镜薄膜。
实施例4：一种改良的具有高耐磨损性的低成本高耐气候性的太阳能反射镜
背景
反射性聚合物薄膜技术可以通过同时降低材料成本和发电机重量而显著降低太阳能反射镜和安装好的聚光太阳能(CSP)设备的成本。在CSP环境中，功率反射镜的一个问题是通常用于玻璃镜的接触式清洁方法。所述接触式清洁方法会刮擦聚合物反射镜的表面从而降低镜面反射率。本文所用的PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
表4.1.基础聚合物反射镜薄膜的基本构造
保护性掩膜
丙烯酸类薄膜
层叠粘合剂
PET薄膜
银
铜
压敏粘合剂
离型内衬
太阳能反射镜
我们发现ARC(包括暴露在多种加速气候条件如UV光、冷凝循环和热循环之后)具有优越的耐磨损性，以及ARC对丙烯酸类顶层的优越粘附性，以及优越的UV特性。
ARC和ARC-基础聚合物反射镜薄膜构造的耐气候性
纳入ARC层，对表4.2中的构造提供了增强的UV保护和耐磨损性。
表4.2.ARC-基础聚合物反射镜薄膜的构造
ARC
丙烯酸类薄膜
层叠粘合剂
PET薄膜
银
铜
压敏粘合剂
离型内衬
ARC材料的耐磨损特性可以从图1中看出。图像(a)表明未涂覆的基础聚合物反射镜薄膜在30次Taber摩擦循环后经受严重的磨损(环形轨迹)。当基础聚合物反射镜薄膜被ARC制剂所涂覆后，磨损的效果几乎不可见，如图像(b)所示。图像(b)中明显的是用于测试涂层粘附性的划格测试图。在经受气候影响之前和之后，试样都没有显示出任何的粘附性损失。图1提供了没有耐磨损涂层(图像a)和带有耐磨损涂层(图像b)的聚合物薄膜反射镜在30次Taber摩擦循环后的数码图像。图像b中的划格图像是用于检测涂层粘附性的，与Taber摩擦测试无关。
图2表示对于图1中所示的摩擦过的基础聚合物反射镜薄膜和摩擦过的ARC-基础聚合物反射镜薄膜试样所测量的镜面反射率数据。没有ARC硬涂层时，如图2的图像(a)所示，在10次和30次Taber摩擦循环后镜面反射率严重降低。而当涂覆有ARC时，如图2的图像(b)所示，在7.5和12.5mrad半接受角的镜面反射率基本与未摩擦的和未涂覆的基础聚合物反射镜薄膜的数值没有区别。图2提供的数据显示了在经受0次(初始)、10次和30次Taber循环之后没有ARC(图像a)和带有ARC(图像b)的摩擦过区域的镜面反射率测量值。
图4表示试样在NREL的太阳能模拟室中暴露于35℃和5％相对湿度、以及于60℃和5％相对湿度的测试结果。这些试样经受了相当于接近8年的户外累积UV剂量，而几乎没有或根本没有损失太阳能加权半球反射率。
图4的图表显示ARC-基础聚合物反射镜薄膜在太阳能模拟室中于5％和70％RH(相对湿度)以及35℃和60℃的加速UV暴露。
图6进一步证实ARC-基础聚合物反射镜薄膜材料的优越的UV耐受性。在NREL的超加速气候系统(UAWS)中进行相当于18年的UV暴露后，没有显著损失半球反射率。这些结果是试样暴露在30℃和60℃——其为大幅升高的暴露温度——下获得的。在这两个暴露温度下，使用了多种试样处理条件，包括干燥薄膜厚度(DFT)为4和6μ，线速度为12、18和25英尺/分钟，在每个情况下都显示了优越的耐气候性(对于超过9000MJ/m2的累积UV剂量，其相当于超过30年当量的户外暴露，太阳能加权半球反射率超过90％)。
作为一种改良构造，如表4.3所示，减去丙烯酸类UV屏蔽膜/层(以及层叠粘合剂)，可以节省材料与加工成本并增强该叠层的光学性能(即，它可以具有更高的反射率，没有与丙烯酸类薄膜和层叠粘合剂相关的损失)。除去丙烯酸类薄膜和层叠粘合剂的改良的ARC-基础聚合物反射镜薄膜构造是通过将ARC直接沉积到PET薄膜上，或通过使用一种任选的增加粘附性的种子层(seed layer)将ARC粘合到PET上而制备的，如表4.3所示。
表4.3.改良的ARC-基础聚合物反射镜薄膜的构造
ARC展现出极佳的耐气候性和UV屏蔽特性。所述层/硬涂层可以被施加或沉积到金属化PET薄膜上，如表4.3的左栏所示。应用ARC制剂的一个潜在问题是，ARC制剂可能与PET没有足够的粘附力。在这种情况下，可以将一种薄的增强粘附力的种子层(例如二氧化硅、氧化铝、或薄层丙烯酸类)沉积到PET上，以提供具有所需粘附力性质并与ARC兼容的表面，如表4.3的右栏所示。
PET廉价，具有良好的机械特性(具体而言，不易碎且具有良好的撕裂强度)，并且具有高反射性的金属涂层可以容易地沉积到PET上而不会牺牲镜面反射率特性的需求。对于某些应用来说，一个潜在的问题是对PET具有良好初始粘附性的ARC可能不具有长时间的耐气候性(例如，限于大约2年)。它们或是损失了对PET的粘附性，或是可能无法对PET提供足够的UV屏蔽(PET特别容易因UV而劣化，因UV会导致变黄和变脆)，和/或无法对ARC-基础聚合物反射镜薄膜界面提供足够的UV屏蔽。这会导致反射镜的早期损坏。
我们已能用UV-屏蔽丙烯酸类薄膜(KORAD)或用UV-屏蔽漆(约6-10厚度)来保护聚碳酸酯(PC)。已证实了10至20年当量的累积UV剂量的使用寿命。将Korad层叠到PET上的类似试样也在NREL的老化试验机中经受了加速的气候影响。我们发现，Korad不能屏蔽特别易使PET受损的波长，并且PET下层薄膜会劣化(变黄并损失透光性)。该典型的约390mm的UV屏蔽截止波长(cut-on wavelength)足以保护PC，但不足以保护PET。可以对PET进行活化光谱实验，以测定何种波长对于PET特别有害。从而可以调整ARC的UV屏蔽功能以对PET提供所需的更佳保护。这可通过以下实现：调整加入至ARC制剂的UV吸收剂组合以移除足够高的UV截止波长以对PET提供足够的保护，但其仍允许足够高的太阳能光谱反射率(通过沉积在PET背侧的反射层)以使其成为可用的太阳能镜。
表4.3中的顶层也可以是耐气候性的自洁净/抗污染涂层，或是结合有这些特性与耐摩损性的结合物或混合制剂。其构造示于表4.4中，其中层#1为ARC和/或抗污染/自洁净和/或混合层，其耐气候并能屏蔽UV。层#2为任选的增加粘附性的种子层(seed layer)，其可以在有机氧化物中真空沉积(或以其他方式沉积)到丙烯酸类的薄层上(其与层#3共挤出，或喷漆或喷洒涂布或浸渍涂布或旋转涂布等)。层#3为聚合物薄膜，例如(但不限于)PET或PC。
窗膜
窗膜主要是为了降低太阳能的热量(更低的冷却负载)并且控制阳光，以增进室内的舒适性，保护内部陈设不受陆地UV损坏，并降低室内反光。一个实例构造是：ARC/PET/Ag。改良的构造可以包括表4.5所示的那种，其中层1至层3与表4.4中的相同。关于所述使用寿命长的窗膜构造的考虑与上文所述的太阳能反射镜的考虑相同。
表4.4.改良的ARC-基础聚合物反射镜薄膜的构造
层#1
层#2
层#3
银
铜
PSA
离型内衬
表4.5.改良的窗膜构造
层#1
层#2
层#3
银
实施例5：为耐气候而带有耐磨损保护涂层的透明聚合物薄膜
聚合物反射镜薄膜是玻璃镜的一种低成本代替品。实用规模的聚光太阳能(CSP)的应用中需要镜面反射太阳能从而产生电力。户外应用的基于聚合物的反射镜的问题在于对紫外(UV)辐射的耐受性、对湿度的耐受性、对摩擦(来自接触式清洁)的耐受性、以及对环境温度的耐久性。现有的透明薄膜包括聚合(PET)塑料、聚碳酸酯(PC)、以及丙烯酸类(PMMA)，其不足以抵抗表面清洁的刮擦和抵抗UV。基础聚合物反射镜薄膜由于UV耐受性PMMA层而真正耐受气候。其适用于CSP应用，然而接触式清洁方法——其现今常用于清洁CSP场地的玻璃镜——会减少反射率。
通过我们的研究，认为一种硬涂层材料达到了优越的耐刮擦性、UV稳定性和对基础聚合物反射镜薄膜上的PMMA顶部聚合物的粘附性。测试已证实了该涂层耐受相当于20年的UV剂量而不会变黄、模糊、龟裂、或是分层。该硬涂层的20年UV耐久性与其耐刮擦性和粘附性相结合，可以提供足够的耐气候性，从而省却基础聚合物反射镜薄膜中的PMMA层。图9说明了这个构造。
该构造还最可能具有最高反射率，因为光线只经过一个层(PET)。图10给出了另一个测试构造。可以用该硬涂层覆盖另一种塑料来增加耐气候性。如果涂层本身不能提供足够的UV屏蔽，可以在塑料(PSA、PC、PMMA)中添加UV吸收剂来延长寿命。通过使用UV吸收性耐刮擦硬涂层，可以制造在CSP环境中耐气候的最低成本反射镜。该硬涂层可以对金属化PET或PC提供足够的粘附力，以替代基础聚合物反射镜薄膜中的保护性屏蔽UV的PMMA。如果硬涂层的粘附力有问题的话，电晕处理或者种子层可以增加对PET或PC的粘附力。
背景
我们已经研发出了一种耐磨损涂层(ARC)，亦称硬涂层，其可以施加到基础聚合物反射镜薄膜上。对于一种ARC(由Red Spot Paint&Varnish Co.提供)，测试证明其非常地机械稳定、对UV光具有耐气候性、并且耐刮擦。也发现所述Red Spot ARC非常坚固地粘合在基础聚合物反射镜薄膜的丙烯酸类薄膜上。
讨论
在户外耐气候20年的硬涂层/ARC，与已知的所有现有硬涂层相比都具有巨大的进步(通常现有的硬涂层仅具有低于5年的户外使用寿命)。该优越的耐气候性导致了以下进展：使用该硬涂层来完全取代用于基础聚合物反射镜薄膜的聚合物薄膜(丙烯酸类薄膜)的最外层。否则，依赖丙烯酸类薄膜层屏蔽掉紫外光的基础聚合物反射镜薄膜会使得基础聚合物反射镜薄膜的下层材料(例如银，聚酯)降级/损坏，从而导致反射率降低，使反射镜不具有实用价值。由于Red Spot ARC/硬涂层本身就是一种优秀的UV屏蔽，可以省却UV-屏蔽的丙烯酸类。
图11提供了反射镜构造的一个实例。可以使用一种带有UV屏蔽功能的PET，其增加了UV稳定性。然而，最顶层的ARC/硬涂层仍是非常重要的，因为聚酯(即便是UV-稳定化的PET)仍会因UV暴露而降级。
我们了解ARC/硬涂层已经被测试证明非常良好(在UAWS中20年以上)地粘附在基础聚合物反射镜薄膜顶层的PMMA(丙烯酸类)上，这是一个非常重要的特征，说明了在严苛户外环境下的机械稳定性。在一些应用中，所述ARC/硬涂层若不进行表面处理(例如电晕放电)可能不会那样良好地粘附在PC(聚碳酸酯)或聚酯上。为增加硬涂层的粘附性，我们研发了另一种构造，如图12所示。在图12中，薄层SiOx或Al2O3对于有利的波长的光而言几乎是透明的并具有优越的UV稳定性，并且可以使ARC/硬涂层具有强粘附性。
或者，也可以使用薄层的PMMA(也已知对于有利的波长而言高度透明，并在UV光下稳定)，如图13所示。该薄层PMMA层具有额外的好处在于，其可以使用廉价的方法在PET顶部进行流涂(flow coating)(一种简单的公知方法)。
图14提供另一种类似构造。在这个构造中，反射性的银层位于PET薄膜之上，这会增加反射率，因为阳光不需要(两次)经过PET层。PSA被示为任选的，因为PET可以对背侧构造提供足够的保护而不需要PSA层(其通常用于保护，以及提供该构造对于基底(例如铝)的结合性)。当反射镜不需要被结合到一个结构基底上，例如，当反射镜被用作伸展薄膜并只在边缘支撑时，这是一个优势。
最后，图15提供了一种无反射性的构造，该构造意在用作高度耐气候性并且透明的保护性覆盖层(例如，用于保护下方的材料不受太阳光损坏)。该构造是基于以下了解：Red Spot ARC/硬涂层对PMMA具有良好的粘附性。一种像这样的耐气候(20年以上)的耐磨损覆盖层具有巨大的商业价值，因为现在还没有这一类的产品(特别是长的户外寿命)。
这类材料/构造的一个特别巨大的市场在于窗膜工业，其中叠层的薄膜被粘附到玻璃窗上。图16中给出了一个这种构造的实例。所述薄层反射层(例如镍、铜、铝)降低了通过该构造的光线的量，从而保持内部空间(例如房屋、车子、建筑物)在夏天较为凉爽，并保护内部陈设不被UV损坏。大多数的窗膜仅适合用于内部/室内窗户，因为该堆叠材料在户外不能持久。本构造具有置于窗户外侧的优势。
太阳能反射镜的另一种构造示于图17中。在该图中，反射性金属层直接位于ARC(硬涂层)之下。该构造需要使用先进的增强粘附性技术，例如原子层沉积(ALD)，从而将ARC直接粘附在反射金属层上。在这个构造中，反射金属层为覆盖在铜层之上的银层。
关于纳入参考和变体的陈述
本文所引用的各个参考文献全文都以引用的方式纳入本文。然而，如果引用的文献与本文公开的内容不一致时，本文公开的内容优先。本文以引用方式纳入一些参考文献是为了提供关于本申请申请日之前的现有技术的细节陈述，纳入另一些参考文献是为了提供本发明的额外的或替代的设备元件、额外的或替代的材料、额外的或替代的分析方法或应用。本文中所提及的专利文献和出版物是为了表明本领域技术人员在本发明相关领域的技术水平。本文所引用的文献全文以引用方式纳入本说明书，以表明在其出版日或申请日的本领域技术状态并且这些信息可以在本发明中使用，如果需要，可排除现有技术中的具体实施方案。
本文使用的术语和表达方式是为了说明而非用于限制，并且使用所述术语和表达方式时并不意在排除所显示和描述的特征或其部分的任何等价物，但应理解在本发明所要求的范围内可作出多种修改。因此，应该理解，即便已通过优选的实施方案、示例性实施方案和任选的特征来详细描述本发明，本领域技术人员可以对本文所公开的概念作出修改和变化，并且所述修改和变化被认为是位于本发明由后附权利要求所定义的范围之内。本文提供的具体实施方案是本发明的可用实施方案的实例，并且对本领域技术人员而言很清楚的是，可以使用本说明书中所述设备、设备元件、方法、步骤的大量的变型来实施本发明。如本领域技术人员所清楚知晓的，本方法可用的方法和设备可以包括大量的可选组合物和加工元件及加工步骤。
本领域普通技术人员应理解，在实施本发明时无需过度实验即可以使用没有具体示例的设备元件以及设备元件的材料、形状和尺寸、以及方法。本发明意在包括本领域已知的所有功能等同的任意材料和方法。本文使用的术语和表达方式是为了说明而非用于限制，并且使用所述术语和表达方式时并不意在排除所显示和描述的特征或其部分的任何等价物，但应理解在本发明所要求的范围内可作出多种修改。因此，应该理解，即便已通过优选的实施方案和任选的特征来详细描述本发明，本领域技术人员可以对本文所公开的概念作出修改和变化，并且所述修改和变化被认为是位于本发明的范围之内。
当本文使用马库什群组或其他群组时，群组内的所有单独元素以及群组的所有的结合以及可能的子结合都分别包含于本说明书中。若无其他说明，实施本发明中可以使用本文所描述或示例的组件或材料的各个结合物。本领域普通技术人员应理解，在实施本发明时无需过度实验即可以使用没有具体示例的方法、设备元件和材料。本发明意在包括本领域已知的所有功能等同的任意方法、设备元件和材料。当说明书中给出一个范围时，例如，一个温度范围、频率范围、时间范围、组合物范围，所有的中间范围和子范围以及范围内所涵盖的所有单独数值都被包括在本说明书中。本文所公开的范围或群组中的任意一个或多个单独元素都可以从本发明的权利要求中排除。可以在缺少没有明确指出的任意元素或任意多个元素、任意限制或任意多个限制的情况下适宜地实施本文所示例性记载的本发明。
本文使用的“包括”是“包含”、“含有”、“特征是”的同义词，并且是包容性或开放性的，不排除其他的未提及的元素或方法步骤。本文所用的“由……组成”则排除了在所要求的元素中没有提及的元素、步骤或成分。本文使用的“主要由……组成”不排除不会实质性影响所要求的基础特征和新颖特征的材料或步骤。术语“包括”的意思比“主要由……组成”和“由……组成”更宽，而在本文中以其最宽泛含义使用术语“包括”，以涵盖较窄术语“主要由……组成”和“由……组成”，因此术语“包括”可以被替代为“主要由……组成”，以排除不会实质性影响所要求的基础特征和新颖特征的步骤，并且“包括”可以被替代为“由……组成”以排除未提及的所要求的元素。
本说明书中所用的术语和表达方式是为了说明且不是为了限制，并且使用所述术语和表达方式时并不意在排除所显示和描述的特征或其部分的任何等价物，但应理解在本发明所要求的范围内可作出多种修改。因此，应该理解，即便已通过优选的实施方案和任选的特征来详细描述本发明，本领域技术人员可以对本文所公开的概念作出修改和变化，并且所述修改和变化被认为是位于本发明由后附权利要求所定义的范围之内。
尽管本说明书含有许多细节，它们不应被解释为限制本发明的范围，而只是阐明本发明的一些实施方案。

Claims (89)

1.一种太阳能反射镜，其包含：
耐磨损涂层；
位于耐磨损图层下方的反射金属层；
位于反射金属层下方的粘合剂层；和
聚合物薄膜层；
其中所述聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间，或者其中所述聚合物薄膜层位于反射金属层和粘合剂层之间。
2.权利要求1的太阳能反射镜，其中聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间。
3.权利要求1的太阳能反射镜，其中聚合物薄膜层位于反射金属层和粘合剂层之间。
4.权利要求1至3任一项的太阳能反射镜，其中反射金属层含有银或铝。
5.权利要求1至4任一项的太阳能反射镜，其还含有一个直接位于反射金属层之下的保护层。
6.权利要求5的太阳能反射镜，其中保护层含有铜、镍、铬、金属合金、金属氧化物、或它们的任意结合。
7.权利要求6的太阳能反射镜，其中保护层含有铜。
8.权利要求1至7任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层含有丙烯酸酯。
9.权利要求1至8任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层含有紫外线吸收剂。
10.权利要求1至9任一项的太阳能反射镜，其中当太阳能反射镜经受负载250g的Taber砂轮摩擦暴露30次循环后，耐磨损涂层阻止的镜面反射率降低值高于百分之一。
11.权利要求1至10任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层吸收低于平均百分之四的射入太阳能反射镜的波长在400纳米至2,500纳米范围内的电磁辐射。
12.权利要求1至11任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层的厚度在1微米至25微米范围内。
13.权利要求1至2和4至12任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层与聚合物薄膜层物理接触。
14.权利要求1至13任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层保护聚合物薄膜层、反射金属层和粘合剂层不受磨损。
15.权利要求1至14任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层保护聚合物薄膜层、反射金属层和粘合剂层不受射入太阳能反射镜的波长在280纳米至400纳米范围内的电磁辐射导致的损坏。
16.权利要求1至15任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层传输小于5％的射入太阳能反射镜的波长在250纳米至350纳米范围内的电磁辐射。
17.权利要求1至16任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层传输大于33％的射入太阳能反射镜的波长在350纳米至400纳米范围内的电磁辐射。
18.权利要求1至17任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层是太阳能反射镜的最顶层。
19.权利要求1至18任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层通过凹版印刷、逆转辊、间隙涂布、迈耶杆、槽模、浸渍、幕涂、或气刀应用技术来施加。
20.权利要求1至19任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层通过槽模应用技术来施加。
21.权利要求1至20任一项的太阳能反射镜，其中粘合剂层含有压敏粘合剂。
22.权利要求1至21任一项的太阳能反射镜，其中粘合剂层对于反射金属层和保护层是化学惰性的。
23.权利要求1至22任一项的太阳能反射镜，其中聚合物薄膜层含有聚酯或聚碳酸酯。
24.权利要求23的太阳能反射镜，其中聚合物薄膜层含有一种聚酯，所述聚酯含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(乙烯-丁烯)(PEB)、或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
25.权利要求1至2和4至24任一项的太阳能反射镜，其中聚合物薄膜层含有紫外线吸收剂。
26.权利要求1至25任一项的太阳能反射镜，其中聚合物薄膜层阻止传输至少95％的射入太阳能反射镜的波长在200纳米至380纳米范围内的电磁辐射。
27.权利要求1至26任一项的太阳能反射镜，其中聚合物薄膜层传输至少96％的射入太阳能反射镜的波长在380纳米至2500纳米范围内的电磁辐射。
28.权利要求1至27任一项的太阳能反射镜，其中聚合物薄膜层的厚度在10微米至150微米范围内。
29.权利要求1至28任一项的太阳能反射镜，其中反射金属层的厚度在0.05微米至0.15微米范围内。
30.权利要求1至29任一项的太阳能反射镜，其中反射金属层的厚度小于0.15微米。
31.权利要求5至30任一项的太阳能反射镜，其中保护层的厚度在0.002微米至0.15微米范围内。
32.权利要求5至31任一项的太阳能反射镜，其中保护层的厚度小于0.15微米。
33.权利要求1至32任一项的太阳能反射镜，其中粘合剂层的厚度在5微米至100微米范围内。
34.权利要求1至33任一项的太阳能反射镜，其中所述聚合物薄膜层的表面被粘合力增强技术处理过。
35.权利要求34的太阳能反射镜，其中粘合力增强技术包括电晕放电、等离子体、原子层沉积、或化学腐蚀粘合力增强技术。
36.权利要求1至35任一项的太阳能反射镜，其中粘合剂层被施加到基底上。
37.权利要求36的太阳能反射镜，其中基底包括金属板、铝、硬质聚合物、坚固聚合物、热形成聚合物、镀锌金属、或者可移除的背衬。
38.权利要求1至37任一项的太阳能反射镜，其用在聚光太阳能、太阳能管、光架、层压板、或反光镜应用中。
39.一种太阳能反射镜，其包含：
耐磨损涂层；
直接位于所述耐磨损涂层下方的聚酯层；
直接位于所述聚酯层之下的银层；
直接位于所述银层之下的铜层；以及
直接位于所述铜层之下的粘合剂层；
其中所述耐磨损涂层的厚度在1至25微米范围内；
其中所述铜层的厚度在0.002微米至0.15微米范围内；
其中所述聚酯层含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；且
其中所述银层的厚度在0.05微米至0.15微米范围内。
40.一种太阳能反射镜，其包含：
耐磨损涂层；
直接位于所述耐磨损涂层之下的银层；
直接位于所述银层之下的铜层；
直接位于所述铜层之下的聚酯层；以及
直接位于所述聚酯层之下的粘合剂层；
其中所述耐磨损涂层的厚度在1至25微米范围内；
其中所述铜层的厚度在0.002微米至0.15微米范围内；
其中所述聚酯层含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；且
其中所述银层的厚度在0.05微米至0.15微米范围内。
41.权利要求1至40任一项的太阳能反射镜，其中耐磨损涂层是唯一含有丙烯酸类的层。
42.权利要求1至41任一项的太阳能反射镜，其中太阳能反射镜在反射金属层和耐磨损涂层之间不含有额外的丙烯酸类层。
43.权利要求1至42任一项的太阳能反射镜，其中太阳能反射镜在耐磨损涂层之下不含有PMMA层。
44.一种收集太阳能辐射的方法，所述方法包括：
提供一个与太阳进行光传输的太阳能反射镜；
提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；
其中所述太阳能反射镜包含：
耐磨损涂层；
在耐磨损涂层之下的反射金属层；
在反射金属层之下的粘合剂层；和
聚合物薄膜层；
其中所述聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间，或者其中所述聚合物薄膜层位于反射金属层和粘合剂层之间。
45.一种聚集太阳能辐射的方法，所述方法包括：
提供一个具有点状、线状或平面焦点的太阳能反射镜，其中所述太阳能反射镜与太阳进行光传输；
提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且
将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；
其中所述靶位于太阳能反射镜的焦点上；
其中所述太阳能反射镜包含：
耐磨损涂层；
在耐磨损涂层之下的反射金属层；
在反射金属层之下的粘合剂层；和
聚合物薄膜层；
其中所述聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间，或者其中所述聚合物薄膜层位于反射金属层和粘合剂层之间。
46.权利要求44至45任一项的方法，其中靶是建筑物墙壁、太阳能收集器、光伏设备，或吸收器。
47.权利要求44至46任一项的方法，其中聚合物薄膜层位于耐磨损涂层和反射金属层之间。
48.权利要求44至46任一项的方法，其中聚合物薄膜层位于反射金属层和粘合剂层之间。
49.权利要求44至48任一项的方法，其中反射金属层包含银或铝。
50.权利要求44至49任一项的方法，其中太阳能反射镜还包括一个直接位于反射金属层之下的保护层。
51.权利要求50的方法，其中保护层含有铜、镍、铬、金属合金、金属氧化物或它们的任意结合。
52.权利要求51的方法，其中保护层含有铜。
53.权利要求44至52任一项的方法，其中耐磨损涂层含有丙烯酸酯。
54.权利要求44至53任一项的方法，其中耐磨损涂层含有紫外线吸收剂。
55.权利要求44至54任一项的方法，其中当太阳能反射镜经受负载250g的Taber砂轮摩擦暴露30次循环后，耐磨损涂层阻止的镜面反射率降低值高于百分之一。
56.权利要求44至55任一项的方法，其中耐磨损涂层吸收低于平均百分之四的射入太阳能反射镜的波长在400纳米至2500纳米范围内的电磁辐射。
57.权利要求44至56任一项的方法，其中耐磨损涂层的厚度在1微米至25微米范围内。
58.权利要求44至57任一项的方法，其中耐磨损涂层与聚合物薄膜层物理接触。
59.权利要求44至58任一项的方法，其中耐磨损涂层保护聚合物薄膜层、反射金属层和粘合剂层不受磨损。
60.权利要求44至59任一项的方法，其中耐磨损涂层保护聚合物薄膜层、反射金属层和粘合剂层不受射入太阳能反射镜的波长在280纳米至400纳米范围内的电磁辐射导致的损坏。
61.权利要求44至60任一项的方法，其中耐磨损涂层传输小于5％的射入太阳能反射镜的波长在250纳米至350纳米范围内的电磁辐射。
62.权利要求44至61任一项的方法，其中耐磨损涂层传输大于33％的射入太阳能反射镜的波长在350纳米至400纳米范围内的电磁辐射。
63.权利要求44至62任一项的方法，其中耐磨损涂层是太阳能反射镜的最顶层。
64.权利要求44至63任一项的方法，其中耐磨损涂层通过凹版印刷、逆转辊、间隙涂布、迈耶杆、槽模、浸渍、幕涂、或气刀应用技术来施加。
65.权利要求44至64任一项的方法，其中耐磨损涂层通过槽模应用技术来施加。
66.权利要求44至65任一项的方法，其中粘合剂层含有压敏粘合剂。
67.权利要求44至66任一项的方法，其中粘合剂层对于反射金属层和保护层是化学惰性的。
68.权利要求44至67任一项的方法，其中聚合物薄膜层含有聚酯或聚碳酸酯。
69.权利要求68的方法，其中聚合物薄膜层含有一种聚酯，所述聚酯含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(乙烯-丁烯)(PEB)、或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
70.权利要求44至47和49至69任一项的方法，其中聚合物薄膜层含有紫外线吸收剂。
71.权利要求44至47和49至70任一项的方法，其中聚合物薄膜层阻止传输至少95％的射入太阳能反射镜的波长在200纳米至380纳米范围内的电磁辐射。
72.权利要求44至71任一项的方法，其中聚合物薄膜层传输至少96％的射入太阳能反射镜的波长在380纳米至2500纳米范围内的电磁辐射。
73.权利要求44至72任一项的方法，其中聚合物薄膜层的厚度在10微米至150微米范围内。
74.权利要求44至73任一项的方法，其中反射金属层的厚度为0.05微米至0.15微米。
75.权利要求44至74任一项的方法，其中反射金属层的厚度小于0.15微米。
76.权利要求50至75任一项的方法，其中保护层的厚度在0.002微米至0.15微米范围内。
77.权利要求50至76任一项的方法，其中保护层的厚度小于0.15微米。
78.权利要求44至77任一项的方法，其中粘合剂层的厚度在5微米至100微米范围内。
79.权利要求44至78任一项的方法，其中所述聚合物薄膜层的表面被粘合力增强技术处理过。
80.权利要求79的方法，其中粘合力增强技术包括电晕放电、等离子体、原子层沉积，或化学腐蚀粘合力增强技术。
81.权利要求44至80任一项的方法，其中粘合剂层被施加到基底上。
82.权利要求81的方法，其中基底包括金属板、铝、硬质聚合物、坚固聚合物、热形成聚合物、镀锌金属，或者可移除的背衬。
83.一种收集太阳能辐射的方法，所述方法包括：
提供一个与太阳进行光传输的太阳能反射镜；
提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且
将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；
其中所述太阳能反射镜包含：
耐磨损涂层；
直接位于所述耐磨损涂层下方的聚酯层；
直接位于所述聚酯层之下的银层；
直接位于所述银层之下的铜层；以及
直接位于所述铜层之下的粘合剂层；
其中所述耐磨损涂层的厚度在1至25微米范围内；
其中所述铜层的厚度在0.002微米至0.15微米范围内；
其中所述聚酯层含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；且
其中所述银层的厚度在0.05微米至0.15微米范围内。
84.一种聚集太阳能辐射的方法，所述方法包括：
提供一个具有点状、线状或平面焦点的太阳能反射镜，其中所述太阳能反射镜与太阳进行光传输；
提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且
将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；
其中所述靶位于太阳能反射镜的焦点上；
其中所述太阳能反射镜包含：
耐磨损涂层；
直接位于所述耐磨损涂层下方的聚酯层；
直接位于所述聚酯层之下的银层；
直接位于所述银层之下的铜层；以及
直接位于所述铜层之下的粘合剂层；
其中所述耐磨损涂层的厚度在1至25微米范围内；
其中所述铜层的厚度在0.002微米至0.15微米范围内；
其中所述聚酯层含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；且
其中所述银层的厚度在0.05微米至0.15微米范围内。
85.一种收集太阳能辐射的方法，所述方法包括：
提供一个与太阳进行光传输的太阳能反射镜；
提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且
将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；
其中所述太阳能反射镜含有：
耐磨损涂层；
直接位于所述耐磨损涂层之下的银层；
直接位于所述银层之下的铜层；
直接位于所述铜层之下的聚酯层；以及
直接位于所述聚酯层之下的粘合剂层；
其中所述耐磨损涂层的厚度在1至25微米范围内；
其中所述铜层的厚度在0.002微米至0.15微米范围内；
其中所述聚酯层含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；且
其中所述银层的厚度在0.05微米至0.15微米范围内。
86.一种聚集太阳能辐射的方法，所述方法包括：
提供一个具有点状、线状或平面焦点的太阳能反射镜，其中所述太阳能反射镜与太阳进行光传输；
提供一个与太阳能反射镜进行光传输的靶；并且
将至少一部分射到太阳能反射镜上的太阳能辐射反射到靶上；
其中所述靶位于太阳能反射镜的焦点上；
其中所述太阳能反射镜包含：
耐磨损涂层；
直接位于所述耐磨损涂层下方的银层；
直接位于所述银层之下的铜层；
直接位于所述铜层之下的聚酯层；以及
直接位于所述聚酯层之下的粘合剂层；
其中所述耐磨损涂层的厚度在1至25微米范围内；
其中所述铜层的厚度在0.002微米至0.15微米范围内；
其中所述聚酯层含有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；且
其中所述银层的厚度在0.05微米至0.15微米范围内。
87.权利要求44-86任一项的方法，其中耐磨损涂层是唯一含有丙烯酸类的一层。
88.权利要求44-87任一项的方法，其中太阳能反射镜在反射金属层和耐磨损涂层之间不含有额外的丙烯酸类层。
89.权利要求44-88任一项的方法，其中太阳能反射镜在耐磨损涂层之下不含有PMMA层。
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