CN107921745A - 红外反射膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种红外反射膜，包含：柔性聚合物衬底；在所述衬底上的热镜堆叠，所述热镜堆叠包含第一电介质氧化物层、第二电介质氧化物层以及在所述第一与第二电介质氧化物层之间的含银层；和在所述热镜堆叠上的光学堆叠，所述光学堆叠包含至少一个第一类型的层与至少一个第二类型的层的交替层，其中每一个所述第一类型的层在550nm下测量的折射率为1.6或更小并且每一个所述第二类型的层在550nm下测量的折射率为2.3或更大。

Description

红外反射膜
技术领域
本发明的实施例涉及红外反射膜和其用于提高窗玻璃的阳光控制功能的用途。
背景技术
阳光控制窗膜广泛用于汽车和建筑行业从而用于提高窗玻璃的绝热性以及提供新的审美修饰的可能性。阳光控制功能是基于近IR光吸收或反射。热反光镜通常为选择最多的并且基于交替电介质和金属层的叠层。
US 2006/0057399公开一种阳光控制膜，包含三个金属氧化物层和两个含银层，各自插在两个金属氧化物层之间。这类红外反射层状结构相比于包含具有较高厚度的单个含银层的堆叠具有优异的性能。实际上，含银层厚度的增加导致可见光反射率的快速提高，这对于尤其用于其中可见光反射率必须维持在15％以下的汽车行业的窗膜功能化而言不可接受。然而，尤其由于所用银的量较高，此堆叠生产更加昂贵。另外，银量越高，膜的抗腐蚀性越低。
因此，本发明的某些实施例的目的为通过提供包含一个单一含银层并且具有改良的阳光控制特性的红外反射膜来避免先前技术的缺点。
具体实施方式
根据本发明的第一方面，提供一种红外反射膜。红外反射膜包含：
柔性聚合物衬底；
所述衬底上的热镜堆叠，所述热镜堆叠包含第一电介质氧化物层、第二电介质氧化物层以及所述第一和第二电介质氧化物层之间的含银层；和
所述热镜堆叠上的光学堆叠，所述光学堆叠包含至少一个第一类型的层与至少一个第二类型的层的交替层，其中每一个所述第一类型的层的折射率是1.6或更小并且每一个所述第二类型的层的折射率为2.3或更大。
热镜堆叠以及膜可以仅包含一个具有红外反射特性的金属层，即热镜堆叠的含银层。实际上，申请人已未预期地发现，热镜堆叠与特定光学堆叠的组合可以提供与如例如US2006/0057399中所公开的包含两个或更多个具有红外反射特性的金属层的膜(如果不比其好的话)类似的光学和阳光控制特性。
在某些实施例中，膜具有70％或更高、如73％或更高的可见光透射率、50％或更高、如55％或更高的总太阳能阻隔率、14％或更低的可见光反射率、1.50或更大、如1.65或更大、或甚至1.70或更大的对光太阳得热系数以及0.5或更小、如0.44或更小的太阳得热系数。
可见光透射率(Visible Light Transmittance，VLT)是穿过窗玻璃系统的可见光的量，表示为总可见光的百分比。较高的等级可提高自然光透射率。
总太阳能阻隔率(Total Solar Energy Rejection，TSER)是膜所排斥的呈可见光、红外辐射和紫外光形式的太阳能的百分比。TSER数值越高，窗所排斥开的太阳能越多。
可见光反射率(Visible Light Reflectance，VLR)是窗玻璃系统所反射的可见光的量，表示为总可见光的百分比。具有较高等级的膜倾向于更具反射性和/或更暗。
对光太阳得热系数(Light to Solar Heat Gain Coefficient，LSHGC)定义为VLT/(100-TSER)，其提供不同玻璃或窗玻璃类型传输日光同时阻断增热的相对效率的测定。数值越高，在无过量热添加下所传输的光越多。
太阳得热系数(Solar Heat Gain Coefficient，SHGC)定义为(100-TSER)/100，表示直接传输或吸收和再辐射的太阳能的部分。其表示为0与1之间的数值。SHGC越低，膜的阳光控制特性越好。
又分别称为透光率和光反射率的VLT和VLR以及对应于1-g，其中g是总太阳能透射率的TSER根据标准ISO 9050:2003测量。
在本发明的上下文中，当涉及一个层或堆叠与另一层或堆叠的相对位置时，通过术语“在……上”和“在……下”，其意指所述层或堆叠分别比另一层或堆叠更加远离或更加靠近衬底。其在不排除此可能性下并不意指所述层或堆叠直接彼此接触。具体来说，所述层或堆叠之间可能存在额外层。相反，当涉及一个层或堆叠与另一层或堆叠的相对位置时，表述“直接接触”意指无额外层安置在所述层或堆叠之间。
当涉及层的组合物时，表述“基于”意指所述层包含大于80重量％、如大于90重量％、或甚至大于95重量％的所述材料。所述层可基本上由所述材料制成。
在本申请中，折射率在550nm下测量。
在特定实施例中，堆叠可以安置在衬底，如柔性聚合物衬底上。柔性聚合物衬底可以例如由选自由以下组成的群组的聚合物制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚氨基甲酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-乙酸乙烯酯、如乙烯四氟乙烯的氟化聚合物或纤维素树脂。柔性聚合物衬底可在至少一个表面上包含例如基于丙烯酸酯聚合物和/或二氧化硅纳米粒子的硬涂层，所述表面一般为下表面，即不与热镜堆叠接触的表面。柔性聚合物衬底的厚度可为5到200μm。
热镜堆叠可包括第一电介质氧化物层、第二电介质氧化物层以及第一与第二电介质氧化物层之间的含银层。第一与第二电介质氧化物层可具有1.7到2.6、如2.3到2.6的反射率。其可独立地基于氧化钛、氧化铌、氧化铋、铅粉、氧化锆或钛酸钡。第一与第二电介质氧化物层可以基本上由相同材料制成。第一与第二电介质层中的每一个的厚度可为20到60nm。两个电介质氧化物层的厚度可相同或不同。
含银层含有大于80重量％、如大于90重量％、或甚至大于95重量％的银。其可包含选自金、锌、铜、铝、锡、铟、钛、铬、镍、铌、铑、铂和钯的其它金属。在一实施例中，含银层可以基本上由银制成。在另一实施例中，含银层由大于90重量％的银和至多10重量％的金制成。含银层可以具有12到20nm、如13到14nm的物理厚度。
热镜堆叠可进一步包括在含银层与第一和第二电介质氧化物层中的至少一个之间的阻挡层。在一特定实施例中，热镜堆叠可包括在第一电介质氧化物层与含银层之间的第一阻挡层，和在含银层与第二电介质氧化物层之间的第二阻挡层。阻挡层可以与含银层直接接触。第一和/或第二阻挡层可基于金、钛、铌、镍、铬或其合金，如镍和铬的合金。第一和/或第二阻挡层的物理厚度可为0.1到2nm，如0.5到1nm。如本文所用，应注意，由于其低厚度，可能并不认为阻挡层为具有红外反射特性的金属层。
热镜堆叠可进一步包括在含银层下和/或上的润湿层。在第一实施例中，一个润湿层安置在第一电介质氧化物层与含银层之间。在一实施例中，第一润湿层可以安置在第一电介质氧化物层与含银层之间，并且第二润湿层可以安置在含银层与第二电介质氧化物层之间。当安置在含银层之下时，润湿层可以改善含银层的质量。当安置在含银层上时，润湿层可以有助于在上部层的沉积期间保护含银层。润湿层可以与含银层直接接触。然而，当存在时，阻挡层可以插入在润湿层与含银层之间并且进而与那些两个层直接接触。润湿层可基于氧化锌。优选地，润湿层可以基于掺杂铝的氧化锌。每一润湿层的物理厚度可以为1到10nm。
光学堆叠可包括至少一个第一类型的层与至少一个第二类型的层的交替层，其中每一个第一类型的层的折射率是1.6或更小并且每一个第二类型的层的折射率为2.3或更大。其可包含至少两个第一类型的层和至少两个第二类型的层。光学堆叠可以热镜堆叠上的第一类型的层开始。在一个实施例中，光学堆叠存在于热镜堆叠上的第一类型的层与第一类型的层上的第二类型的层中。在另一实施例中，光学堆叠存在于热镜堆叠上的第一个第一类型的层、第一个第一类型的层上的第一个第二类型的层、第一个第二类型的层上的第二个第一类型的层和第二个第一类型的层上的第二个第二类型的层中。优选地，第一个第一类型的层可以与热镜堆叠的第二电介质氧化物层直接接触。
第一类型的层的折射率可为1.6或更小、通常为1.3到1.55。第一类型的层可由基于二氧化硅或氟化镁的材料制成。优选地，第一类型的所有层均可基本上由相同材料制成。每一个第一类型的层的厚度可为60到170nm。当光学堆叠仅包含一个第一类型的层时，所述第一类型的层可以有利地具有60到130nm的厚度。当光学堆叠包含两个第一类型的层时，第一个第一类型的层可以有利地具有60到120nm的厚度，并且第二个第一类型的层可以具有100到170nm的厚度。
第二类型的层的折射率可为2.3或更大，如2.4到2.6。第二类型的层可由基于氧化钛、氧化铌、氧化铋、铅粉、氧化锆或钛酸钡的材料制成。在一实施例中，所有第二类型的层均基本上由相同材料制成。每一个第二类型的层的厚度可为50到120nm。当光学堆叠仅包含一个第二类型的层时，所述第二类型的层可以具有70到120nm的厚度。当光学堆叠包含两个第二类型的层时，第一个第二类型的层可以具有50到110nm的厚度，并且第二个第二类型的层可以有利地具有70到120nm的厚度。
在一特定实施例中，膜可以从柔性聚合物衬底开始按照以下顺序包括：
第一电介质氧化物层；
任选地第一润湿层；
第一阻挡层；
含银层；
第二阻挡层；
任选地第二润湿层；
第二电介质氧化物层；
折射率为1.6或更小的第一类型的层；
折射率为2.3或更大的第二类型的层；
任选地折射率为1.6或更小的第二个第一类型的层和折射率为2.3或更大的第二个第二类型的层；
膜可在光学堆叠上包括反柔性聚合物衬底。当将包含含银层的堆叠封装在两个柔性聚合物衬底之间时，可显著提高膜的耐用性。类似于柔性聚合物衬底，反柔性聚合物衬底可由选自由以下组成的群组的聚合物制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚氨基甲酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-乙酸乙烯酯、如乙烯四氟乙烯的氟化聚合物或纤维素树脂。柔性聚合物衬底和反柔性聚合物衬底可由相同材料制成或可由不同材料制成。反柔性聚合物衬底可包含UV吸收剂。反柔性聚合物衬底可进一步在其上表面上包含例如基于丙烯酸酯聚合物和/或二氧化硅纳米粒子的硬涂层，所述表面即不与光学堆叠接触的表面。反柔性聚合物衬底的厚度可为10到100μm。
膜可在其表面中的一个，一般为与柔性聚合物衬底相反的表面上提供压敏性粘合剂层。
根据本发明的具体实施例的红外反射膜的实例可包含以下层的堆叠：
PET/TiOx/Au/Ag/Au/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Al:ZnOx/Au/Ag/Au/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Al:ZnOx/Au/Ag/Au/Al:ZnOx/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Au/Ag/Au/TiOx/SiOx/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Al:ZnOx/Au/Ag/Au/TiOx/SiOx/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Al:ZnOx/Au/Ag/Au/Al:ZnOx/TiOx/SiOx/TiOx/SiOx/TiOx/PET
在另一方面，本发明的某些实施例涉及一种用于制造本文中描述的红外反射膜的方法。所述方法可包括以下步骤：
提供柔性聚合物衬底；
在所述衬底上沉积热镜堆叠，所述热镜堆叠包含第一电介质氧化物层、第二电介质氧化物层以及在所述第一与第二电介质氧化物层之间的含银层；和
在所述上热镜堆叠上沉积光学堆叠，所述光学堆叠包含至少一个第一类型的层与至少一个第二类型的层的交替层，其中每一个所述第一类型的层的折射率为1.6或更小并且每一个所述第二类型的层的折射率为2.3或更大。
形成热镜堆叠和光学堆叠的薄层可以利用合适涂布机通过溅射方法或化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)来沉积。在溅射方法，尤其磁控溅射方法中，等离子体的受激物种撕掉面向待涂布的衬底放置的标靶的原子。CVD法是一种基于在衬底热量作用下分解的气体前体的热解方法。第一和第二类型的层可以通过CVD法，尤其等离子体增强CDV(plasma enhanced CDV，PECVD)或磁控管等离子体增强CVD(magnetron plasmaenhanced CVD，magPECVD)沉积以实现较高的沉积速率。
一般可以按合适顺序(即从衬底开始：第一电介质氧化物层、含银层、第二电介质氧化物层，然后或者第一类型的层和第二类型的层)将薄层沉积在柔性聚合物衬底上。当膜包含反柔性聚合物衬底时，可通过粘合层将反柔性聚合物衬底层压在光学堆叠上。在一替代实施例中，可以相反顺序将形成热镜堆叠和光学堆叠的薄层沉积在反柔性聚合物衬底上，并且可通过粘合层将柔性聚合物衬底层压在热镜堆叠上。在另一个替代方案中，可将形成热镜的薄层沉积在柔性聚合物层上，可将形成光学堆叠的薄层沉积在反柔性聚合物衬底下，随后可将两个堆叠层压在一起以通过粘合层使热镜堆叠与光学堆叠接触。
在另一方面，本发明的某些实施例涉及包含本文中描述的红外反射膜的窗玻璃，如建筑窗玻璃或车辆窗玻璃。窗玻璃可以是单层或多层窗玻璃，尤其双层或三层窗玻璃。本发明的膜可提供在窗玻璃面向外部的表面上或窗玻璃面向内部的表面上，其条件是前面的光学堆叠比热镜堆叠更接近入射太阳辐射。因此，可通过使膜的最接近于柔性聚合物衬底的表面与窗玻璃面向外部的表面接触或通过使膜的离柔性聚合物衬底最远的表面与窗玻璃面向内部的表面接触将膜提供在窗玻璃上。
在另一方面，本发明的某些实施例涉及一种用于制造窗玻璃的方法，其包含以下步骤：提供如本文所述的红外反射膜；和将红外反射膜沉积在窗玻璃的表面上。可将膜层压在窗玻璃上并通过压敏性粘合剂层粘附到窗玻璃。
在另一方面，本发明的某些实施例涉及一种用于提高窗玻璃，如建筑窗玻璃或车辆窗玻璃的阳光控制的方法，包含以下步骤：提供如本文所述的红外反射膜；和将红外反射膜沉积在窗玻璃的表面上。
在另一方面，本发明的某些实施例涉及一种用于染色窗玻璃，如建筑窗玻璃或车辆窗玻璃的方法，包含以下步骤：提供如本文所述的红外反射膜；和将红外反射膜沉积在窗玻璃的表面上。
许多不同方面和实施例是可能的。下文描述那些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书以后，熟练的技术人员将了解到，那些方面和实施例仅仅是说明性的，并且不限制本发明的范围。实施例可根据如下所列实施例中的任何一个或多个。
实施例1.一种红外反射膜，包含：柔性聚合物衬底；衬底上的热镜堆叠，所述热镜堆叠包含第一电介质氧化物层、第二电介质氧化物层以及第一与第二电介质氧化物层之间的含银层；和热镜堆叠上的光学堆叠，所述光学堆叠包含至少一个第一类型的层与至少一个第二类型的层的交替层，其中每一个所述第一类型的层在550nm下测量的折射率为1.6或更小并且每一个所述第二类型的层在550nm下测量的折射率为2.3或更大。
实施例2.根据实施例1所述的膜，其中每一个第一类型的层的厚度为60到170nm。
实施例3.根据实施例1或2中任一项所述的膜，其中每一个第二类型的层的厚度为50到120nm。
实施例4.根据实施例1到3中任一项所述的膜，其中光学堆叠包含至少两个第一类型的层和至少两个第二类型的层。
实施例5.根据实施例1到4中任一项所述的膜，其中第一和第二电介质氧化物层中的每一个的厚度为20到60nm。
实施例6.根据实施例1到5中任一项所述的膜，其中热镜堆叠包含在含银层与第一和第二电介质氧化物层中的至少一个之间的阻挡层，所述阻挡层与含银层直接接触。
实施例7.根据实施例6所述的膜，其中阻挡层的物理厚度为0.1到1nm。
实施例8.根据实施例1到7中任一项所述的膜，其中热镜堆叠包含在含银层下和/或上，并且与含银层或如果存在与阻挡层直接接触的润湿层。
实施例9.根据实施例8所述的膜，其中润湿层的物理厚度为1到10nm。
实施例10.根据实施例1到9中任一项所述的膜，包含在光学堆叠上的反聚合物柔性衬底。
实施例11.根据实施例1到10中任一项所述的膜，其中每一个第一类型的层是基于二氧化硅或氟化镁。
实施例12.根据实施例1到11中任一项所述的膜，其中每一个第二类型的层是基于氧化钛、氧化铌、氧化铋、铅粉、氧化锆或钛酸钡。
实施例13.根据实施例1到12中任一项所述的膜，其中第一和第二电介质氧化物层是基于氧化钛、氧化铌、氧化铋、铅粉、氧化锆或钛酸钡。
实施例14.根据实施例1到13中任一项所述的膜，其中含银层的物理厚度为12到20nm。
实施例15.一种包含根据实施例1到14中任一项所述的红外反射膜的窗玻璃。
现将利用以下非限制性实例说明根据本发明的特定实施例的红外反射膜。
实例
已制备四种红外反射膜。实例A和B是包含热镜堆叠和光学堆叠的根据本发明的红外反射膜。比较实例C-1是仅包含一个热镜堆叠(即仅一个具有红外反射特性的金属层)而无光学堆叠的红外反射膜。比较实例C-2是根据US 2006/0057399的红外反射膜(即包含两个具有红外反射特性的金属层)。
已通过磁控溅镀将薄层沉积在PET衬底上并且已将反PET衬底层压在PET衬底的相反表面上。
表1展示针对每种类型层的磁控溅镀沉积的操作条件。表2展示组分、每一样品的堆叠的层的顺序和厚度以及在550nm下测量的材料的折射率(IR)。
表1
表2
已根据标准ISO 9050:2003测定每种膜的VLT、VLR、TSER、LSHGC和SHGC。
已使用发光体D65和参考观测器CIE-1931测量膜的透射和反射颜色(称为对PET衬底侧的反射的“int”和对反PET衬底侧的反射的“ext”)。
结果概括于表3中。
表3
A B C-1 C-2
VLT(％) 76.7 77.5 70,5 72.7
a* -2.91 -2.11 -3,93 -2.17
b* -0.70 1.68 -2,66 4.47
VLR(％)int 12.9 12.2 20.1 11.8
a*int 6.80 3.87 7,65 -2.21
b*int -1.31 -9.47 4,60 -8.36
VLR(％)ext 13.0 13.5 19,8 11.1
a*ext 3.28 -1.80 7,81 -3.43
b*ext -3.50 -8.50 5,19 -4.54
TSER(％) 54,3 57.7 50,2 54.6
LSHGC 1,68 1.83 1.42 1.60
SHGC 0.40 0.42 0.50 0.45
相比于比较实例C-1的红外反射膜，根据本发明的实施例的实例的红外反射膜具有低于15％的VLR值。另外，VLT和TSER值也显著提高。
根据本发明的实施例的实例的红外反射膜具有与根据US 2006/0057399的比较实例C-2的膜类似的光学和阳光控制特性，尤其就VLT而言如果不比其好的话，导致极高的LSHGC和极低的SHGC。
最后，发现对于所有比较实例的膜和根据本发明的实施例的膜而言，反射颜色为可接受的。

Claims (15)

1.一种红外反射膜，包含：
柔性聚合物衬底；
在所述衬底上的热镜堆叠，所述热镜堆叠包含第一电介质氧化物层、第二电介质氧化物层以及在所述第一与第二电介质氧化物层之间的含银层；和
在所述热镜堆叠上的光学堆叠，所述光学堆叠包含至少一个第一类型的层与至少一个第二类型的层的交替层，其中每一个所述第一类型的层在550nm下测量的折射率为1.6或更小并且每一个所述第二类型的层在550nm下测量的折射率为2.3或更大。
2.根据权利要求1所述的膜，其中每一个所述第一类型的层的厚度为60到170nm。
3.根据权利要求1所述的膜，其中每一个所述第二类型的层的厚度为50到120nm。
4.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中所述光学堆叠包含至少两个所述第一类型的层和至少两个所述第二类型的层。
5.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中所述第一和第二电介质氧化物层中的每一个的厚度为20到60nm。
6.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中所述热镜堆叠包含在所述含银层与所述第一和第二电介质氧化物层中的至少一个之间的阻挡层，所述阻挡层与所述含银层直接接触。
7.根据权利要求6所述的膜，其中所述阻挡层的物理厚度为0.1到1nm。
8.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中所述热镜堆叠包含润湿层，所述润湿层位于所述含银层下和/或上，并且与所述含银层或如果存在与所述阻挡层直接接触。
9.根据权利要求8所述的膜，其中所述润湿层的物理厚度为1到10nm。
10.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中所述膜进一步包含在所述光学堆叠上的反聚合物柔性衬底。
11.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中每一个所述第一类型的层是基于二氧化硅或氟化镁。
12.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中每一个所述第二类型的层是基于氧化钛、氧化铌、氧化铋、氧化铅、氧化锆或钛酸钡。
13.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中所述第一和第二电介质氧化物层是基于氧化钛、氧化铌、氧化铋、氧化铅、氧化锆或钛酸钡。
14.根据权利要求1、2和3中任一项所述的膜，其中所述含银层的物理厚度为12到20nm。
15.一种窗玻璃，包含根据权利要求1、2和3中任一项所述的红外反射膜。
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