TW201741123A - 隔離膜 - Google Patents

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普利馬 費南度
史黛芬 費雪
羅伯 華森
麥克 斯克瓦拉
馬可仕 金傑琪
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亞利安諾斯影片公司
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Abstract

本發明提供一種高效節能膜，其包含第一及第二基板層以及置於該等第一與第二基板之間的微結構。該等微結構安置於該等第一與第二結構之間使得在該等第一與第二基板之間形成真空環境。在一個實施例中，該隔離膜包括第一基板、第二基板及置於該第一基板與該第二基板之間的複數個微結構，使得在該等第一與第二基板之間及各微結構單元內個別地形成真空環境。較佳地，該複數個微結構係置於第一透明基板與第二透明基板之間的多邊形蜂巢式網絡。可在該等第一或第二基板中之一者或兩者上設置墊片。該墊片亦可設置於該第一及/或該第二基板之外邊緣上。

Description

隔離膜
普通材料傳遞能量係藉由(1)直接傳導、對流及輻射的非太陽能熱增益；(2)輻射形式的太陽能熱增益；及(3)經過材料的通風及穿透產生的氣流。常見的隔離材料係設計成阻斷傳導或對流熱傳遞或反射輻射熱。常見隔離材料包括：大型纖維材料，諸如玻璃纖維、岩石及礦渣棉、纖維素及天然纖維；發泡體及其他截留體系；及反射隔離系統，諸如反射的金屬薄片。大體積纖維材料藉由抵抗空腔中的熱流傳導且使對流的熱流達到較低程度來隔離。空氣截留體系，諸如噴霧發泡體及剛性發泡體板截留空氣或另一氣體以抵抗熱流傳導。反射隔離系統將輻射熱從生活空間反射出去，因此使該等系統尤其適用於溫暖的氣候，但並不會隔離寒冷。 目前，常用隔離方法係使用玻璃纖維隔離。玻璃纖維具有高隔離能力，但需要空間，因此使得可用於其他事物的面積減少，該空間或者可藉由使用更有效且更薄的材料來減少。此外，玻璃纖維之隔離能力在低溫中可能降低高達40%且在高濕度環境中降低高達30%。另外，小裂縫會大大折損效能，且產生的任何水分可引起高達50%之隔熱能力損失。冷凍機係功能極大地依賴於隔離的電氣設備，通常裝配有聚氨酯發泡體作為其隔離體。儘管聚氨酯發泡體為有效的隔離體且具有強結構完整性，但其不耐用且會逐漸分解，在熱或潮濕條件中尤其如此。此外，聚氨酯燃燒時釋放毒煙，致使其極不環保且當其不可避免的劣化後難以處理。大多數普通非隔離材料需要昂貴的改質或大體積的添加物來良好隔離。 因此，提供用於溫暖、寒冷及潮濕氣候的隔絕熱能傳遞的多功能熱隔離膜將是有利的。另外，提供可施加至平坦及非平坦的各種表面的可撓性膜將是有利的。此外，針對透明表面(諸如窗)提供可傳輸最大部分入射可見光強度的熱有效膜將是有利的。
根據本發明一個實施例係提供一種膜。該膜包括第一透明基板、第二透明基板、沈積於第一透明基板與第二透明基板之間以在第一與第二基板之間形成真空環境的微結構。可在一個基板層上設置墊片。墊片可設置於第一及/或第二基板層之外邊緣及微結構層104周圍。 膜亦可包括設置於第一基板及微結構層之間的透明傳導層。在此實施例中，墊片亦可設置於第一透明基板、第二透明基板及/或透明傳導層之外邊緣上。墊片可為黏著劑。 膜亦可包括紅外(IR)反射層及/或紫外(UV)反射層及/或膜亦可包括至少一個偏振層或附加層以提高膜之效能。此外，膜亦可包括配置在微結構層與傳導層之間的聚醯胺層。第一及/或第二基板實質上係可撓的以貼合彎曲表面。 根據本發明另一實施例係提供製備膜之方法。該方法包括提供第一基板及在第一基板之表面上鄰近第一基板之外邊緣處沈積墊片。隨後在墊片上安置或沈積微結構層並在微結構層上安置第二基板，用中間材料或墊片將微結構層密封至第二基板。在微結構層中形成真空且密封該層形成置於第一與第二基板之間的抽真空的微結構層。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2016年2月29日申請之美國臨時專利申請案第62/301,020號之權益，該申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。 根據本發明係提供一種隔離膜。隔離膜可施加至表面及針對進出車輛或建築物的熱傳遞提供隔熱障壁。隔離膜可施加至多種表面，諸如金屬、石膏板、聚合物、玻璃或其他表面以提供熱隔離。舉例而言，隔離膜可施加至需要熱隔離及防止熱量損耗的冷凍機內部。隔離膜之隔離特性源自構建膜所用的材料及構建方法，如下文進一步詳細論述。在其他實施例中，隔離膜可具有額外層，諸如反射層以提供熱隔離及反射隔離。 根據本發明之實施例之隔離膜係具有可撓性的，且可施加至多種材料之表面上。該隔離膜亦係耐用的且足夠薄到施加至可撓的頻繁接觸的材料。在一些實施例中，隔離膜包括衝擊吸收層及/或保護層以防止損害膜及其所施加的材料表面。亦可形成可以提供安全層的隔離膜，以便將常規材料轉化為對碎裂或斷裂具有增強的耐受性，例如在汽車擋風玻璃中。根據本發明之隔離膜包含第一及第二實質上可撓性層，及一或多個隔熱層，諸如置於第一與第二實質上可撓性層之間的微結構層。膜可包括一或多個IR及/或UV反射或吸收層。 隔離膜可施加至已安裝在諸如溫控容器、住宅、商業建築物、運輸車輛、電氣設備、牆壁及窗中的表面上。隔離膜並不需要夾在任何材料之兩表面或層之間。在一些實施例中，膜可為自撐式。 現參看圖1A，其展示根據本發明的一個實施例之隔離膜100 之示意圖。如圖1A中所示，膜100 包含第一基板層101a (底層)及第二基板層101b (頂層)。第一及第二基板層101a 及101b 較佳為透明基板層，其更佳為實質上可撓的。在一個實施例中，基板層101a 及101b 中之一者或兩者為實質上可撓性聚合物，其具有足夠可撓性以貼合彎曲表面，諸如彎曲窗或外部車身中的曲線。然而在其他實施例中，透明基板層101a 及101b 中之一者或兩者包含反射或非透明材料。在一些實施例中，隔離膜100 具有高可見光透射比，諸如大於80%。根據此實施例，適合的第一及第二基板層101a 及101b 包括聚乙烯膜及其他聚合物膜，諸如聚酯、三乙酸酯或聚碳酸酯。透明基板層之一個實例係聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)。 亦如圖1A中所示，墊片105 係置於第一及第二基板層101a 與101b 之間，且一或多個黏著層102a 及102b 置於第一及第二基板層101a 及101b 之各側。墊片105 置於膜100 之一或多個邊緣之外部周邊，及微結構層104 之頂面及底面。墊片105 可為黏著劑，諸如壓力敏感黏著劑、熱敏感黏著劑、濕敏感黏著劑或紫外線可固化黏著劑。墊片105 密封該膜，可為膜提供結構支撐，且可保持層之所需佈置及間距。 如圖3B中所示，在一些實施例中，墊片105 與一或多個黏著層102a 及102b 為相同材料，且使用一或多個黏著層102a 及102b 來形成墊片105 。在此實施例中，省略一或多個黏著層102a 及102b 且墊片105 直接安置在第一及第二基板層101a 及101b 上。 在膜100 內，微結構層104 置於墊片105 之間且亦在第一及第二基板層101a 與101b 之間。儘管本文使用術語「微結構」，但應理解術語「微」係指內部小的支撐結構，其可具有多種尺寸及組態，且較佳地，為置於墊片105 內的奈米級結構。 隔離膜100 亦可具有一或多個視情況存在的透明傳導層(未圖示)，其沈積於第一或第二基板層101a及102a中之一者上。透明傳導層可包括例如透明金屬氧化物，諸如氧化銦錫或其他氧化層，諸如氧化鋅或增強膜之能效的任何其他化合物。用於基板之材料的其他實例包括一或多個石墨烯層、低發射率塗層，諸如可購自PPG Industries的Solarban®產品，及熟習此項技術者已知的其他低發射率塗層。 在某些實施例中，膜100 可含有一或多個聚醯胺層。舉例而言，聚醯胺層可沈積於透明傳導層頂部或任何其他合適位置。在聚醯胺層沈積之後，聚醯胺層可經加熱固化。由於聚醯胺層內的聚合物吸收入射在膜上的一些熱，因此聚醯胺層賦予膜提高的熱特性。因此，較少熱量到達微結構層，且由膜提供的熱隔離得到改良。另外，一或多個聚醯胺層並非必需，且可自膜100 省略。 現參看圖2B，展示了根據本發明的另一個實施例的隔離膜之俯視圖，其展示在微結構單元網絡104b 中的微結構104a 。參看圖2B，展示了隔離膜之俯視圖，其展示在微結構網絡104b 中的微結構104a 及在膜周圍的墊片105 。藉由在墊片105 之底面之一側上直接形成微結構104a 且隨後在微結構層104 之頂面上安置墊片105 之另一頂面，或替代地，直接在墊片105 之底面之一側上安置預先形成的微結構層104 ，且隨後在微結構層104 之頂面上安置墊片105 之另一頂面，可將微結構層104 安置於墊片105 上。在一些實施例中，一旦微結構層104 安置於墊片105 之間，就將膜抽真空以在墊片105 內形成真空且密封墊片105 。 微結構層104 係以多種組態形成。如圖2A及圖2B中所示，微結構層104 係以微結構單元網絡104b 形成。如在此實施例中所顯示，微結構單元網絡104b 為蜂巢組態，且各單元為個別真空單元。然而，如熟習此項技術者將理解的，其他組態亦可能屬於本發明之範疇內。微結構層104 可以多種材料形成。在一些實施例中，微結構層104 係由透明材料形成。在其他實施例中，微結構層104 係由非透明或反射材料形成。用於微結構層的材料較佳為非傳導或隔離材料。 再次參看圖1A及參看圖3B，其展示膜100 的較佳實施例。為了將經膜進入內部空間的輻射最小化，建構出圖3B中所示之膜100 。多層膜包括兩個或更多個實質上可撓的透明膜101a 及101b 。 透明膜101a 及101b 經黏著層102a 及102b 彼此黏著。實質上可撓且透明膜100 可為戶外面101b 及室內面101a ，且可具有偏振器110 及/或耐UV膜將112 黏附至戶外面101b 之外表面。此外，在本發明之另一個實施例中，UV膜之外表面亦可在外表面上具有黏著劑114 用於黏附至玻璃窗，而在其他實施例中，黏著劑114 可黏附於室內面101a 之外部。視偏振器之選擇及光之偏振狀態而定，偏振層可用於吸收或反射一部分可見光。 再次參看圖3B，膜100 可具有一或多個補充層110 、112 、114 及116 ， 其等沈積於或以其他方式黏著於第一基板層101a 或第二基板層101b 上。儘管補充層如圖3B中所示安置，但熟習此項技術者應理解，補充層110 、112 、114 及116 可以其他方式安置於膜100 上，且層110 、112 、114 及116 中之每一者獨立地視情況存在。補充層可為UV保護層、IR反射層、一或多個偏振層、衝擊吸收層、保護層、安全層及/或光反射層中之一者或組合。在其他實施例中，亦可根據本發明之實施例使用諸如聚合物或無機薄層的外塗層來防止水分滲入微結構單元104b 。 根據另一個實施例，例如層114 或116 的外黏著層，諸如壓力敏感黏著劑、熱敏感黏著劑或濕敏感黏著劑可沈積至或以其他方式黏著至膜100 。在膜100 黏著至基板的實施例中可使用外黏著劑。亦可在外黏著劑之表面，例如層114 或116 中之一者之外部施加脫模層(未圖示)，由此膜100 可傳輸且施加至其最終目標。 現參看圖3A，其展示多單元隔離膜118 。根據此實施例，一或多個微結構層104 置於第一基板層101a 上且各微結構層104 由墊片105 密封，因此在較大隔離膜上形成個別隔離膜單元100a 及100b 。複數個隔離膜單元100a 及100b 中之每一者獨立地由墊片105 密封。複數個隔離膜單元中之每一者之間係單元間隔物106 ，其可為墊片材料105 或另一材料或真空。在一些實施例中，多單元隔離膜118 可在單元間隔物106 處分割以提供個別隔離膜100 。 根據一個較佳實施例，膜100 具有偏振器層110 ，更佳地，偏振器層110 在本質上係反射性的。反射偏振器可以基於雙折射，或可為可能進一步反射IR光且至少部分阻斷UV光的金屬線網格。另外，偏振器在本質上可為吸收性的，在此情況下藉由利用偏振膜在不需要的偏振方向吸收光來實現偏振之選擇。藉由包括或省略偏振層、改變在膜100 上的透明傳導層之量及改變微結構層104 之厚度，可改變U值及SHGC。因此，可改變本文所述之膜之特性以調節及最佳化該等膜以用於多種氣候及不同應用。 根據本發明另一實施例係提供改良透明表面之能效之方法。根據該方法，藉由將根據本發明之隔離膜100 施加至基板之表面來提高基板之能效。根據一個實施例，在隔離膜100 上包括外黏著層114 或116 且膜黏著至透明基板之表面。在一個實施例中，隔離膜100 施加至具有透明表面的現有結構，諸如施加至汽車或建築物窗的售後膜。在其他實施例中，隔離膜施加至內表面，諸如用於隔離機器部件或較大結構。在其他實施例中，隔離膜100 直接形成於透明基板上。可根據所需能效及太陽能熱增益選擇隔熱膜之特徵。 如圖2A及圖2B中所示，隔離膜之微結構層104 之微結構104a 及微結構單元網絡104b 賦予隔離膜所施加的表面熱隔離。隔離膜100 亦可具有黏著劑及脫模層(未圖示)以便於將隔熱膜100 施加至透明表面。 根據本發明另一實施例係提供製備膜之方法。該方法包括首先，提供第一透明基板。將墊片之底層鄰近第一基板層之外邊緣沈積於第一基板層的表面上。隨後將微結構層安置於墊片上且墊片之頂層安置於微結構層上。第二透明基板層亦安置於微結構層及墊片上。在微結構層周圍及墊片內形成真空且密封墊片。在一些實施例中，藉由固化墊片內之黏著劑密封墊片。 現參看圖1B及1C，在一個實施例中係提供第一基板層101a 。隨後將與黏著劑102a 相同或不同的墊片105 之底層安置或沈積於第一基板層上。隨後將微結構材料103 沈積於第一基板層101a 上及由墊片105 形成的邊界內。如圖1C中所示，微結構材料103 接著蝕刻形成微結構層104 。隨後將第二基板層101b 及墊片105 之頂層(其可與黏著劑102b 相同或不同)安置於微結構層104 之頂面上。在一些實施例中，如圖1A中所示，亦在材料103 及/或微結構層104 之外邊緣上安置外邊緣墊片以形成墊片105 之外邊緣。將在墊片105 周圍、微結構層104 及在微結構單元網絡104b 內的空間抽真空以在墊片105 及微結構層104 及微結構單元網絡104b 中的各單元內形成真空。密封墊片以保持真空。在一些實施例中，墊片105 經固化或熱封以將微結構層104 密封在墊片105 內的真空中。 在另一實施例中，微結構層直接沈積在第一基板層101a 上由墊片105 形成的邊界內。且隨後將第二基板層101b 及墊片105 之頂層(其可與黏著劑102b 相同或不同) 安置於微結構層104 之頂面上。如上文所述將微結構層104 及墊片105 抽真空且密封。 在另一實施例中，可將第一透明傳導層沈積於第一基板層101a 上由墊片105 形成的邊界內。第一透明傳導層可藉由噴霧、蝕刻，或利用熟習此項技術者已知的其他沈積方法沈積。 根據另一實施例係提供一種在輥對輥生產線中用於製作隔離膜的方法。根據該方法包括，提供第一基板層101a 。提供第一基板層101a 作為輥壓至生產線的膜輥。隨後將墊片105 安置於第一基板層101a 之頂面上及第一基板層101a 之外邊緣。因此，墊片105 必須足夠高以容納各層。可藉由沈積或置於第一基板層101a 上的膜安置墊片105 。如本文所描述，隨後藉由蝕刻微結構材料103 或藉由沈積或以層形式直接在墊片上沈積微結構層104 將微結構層沈積或形成於墊片105 上。隨後將墊片105 之頂層以層形式或藉由沈積安置於微結構層104 上。隨後提供第二透明基板101b 。可提供第二透明基板101b 作為輥壓至生產線的膜輥。隨後將第二基板層101b 安置於微結構層104 及墊片105 的頂部。在已經對準層以確保墊片105 與第二透明基板101b 之間的直接接觸之後，固化墊片105 以形成隔離膜100 。在一個實施例中，墊片105 包括紫外可固化黏著劑102 ，其藉由施加UV光固化。在另一實施例中，可在隔離膜100 上沈積至少一個第二膜。舉例而言，第二膜可為如本文所描述的補充膜110、112、114及/或116，諸如保護膜、衝擊吸收膜、IR反射膜、UV反射膜、安全膜、光反射層及/或光偏振層。如上文所論述，第一及第二透明傳導層並非必需的，且可自用於生產膜100 的方法加入或省略。 根據本發明之另一實施例，基板層101a 及101b 可為實質上可撓的非透明基板，或實質上可撓的透明基板。實質上可撓的基板形成將能夠貼合彎曲的或不均勻的表面的膜100 。 儘管，前述本發明之描述使一般技術者能夠製備及使用當前視為其最好模式的，但一般技術者應瞭解且理解存在本文中特定實施例、方法及實例之變化、組合及等效物。並且，儘管本發明已參考其某些較佳實施例進行相當詳細的論述，但其他實施例亦為可能的。因此，隨附申請專利範圍之範疇不應限於本文所包含的較佳實施例、方法及實例之描述。
100‧‧‧隔離膜
100a‧‧‧隔離膜單元
100b‧‧‧隔離膜單元
101a‧‧‧第一基板層/室內面
101b‧‧‧第二基板層/戶外面
102a‧‧‧黏著層
102b‧‧‧黏著層
103‧‧‧微結構材料
104‧‧‧微結構層
104a‧‧‧微結構
104b‧‧‧微結構單元網絡
105‧‧‧墊片
106‧‧‧單元間隔物
110‧‧‧補充層/偏振器/偏振器層
112‧‧‧補充層
114‧‧‧補充層/黏著劑/外黏著層
116‧‧‧補充層/外黏著層
118‧‧‧多單元隔離膜
根據以下描述、隨附申請專利範圍及附圖，其中相同的編號指示相同元件，將更好理解本發明之此等及其他特徵、態樣及優點。所描述之圖不應解釋為指示其中元件之相對比例，其中： 圖1A為展示經組裝的隔離膜之截面圖的示意圖，其展示根據本發明之一個實施例置於第一與第二基板層之間的微結構； 圖1B為展示圖1A中所示之隔離膜在形成微結構之前的截面圖的示意圖； 圖1C為展示根據本發明之另一實施例之具有微結構的圖1B中所示之隔離膜之截面圖的示意圖； 圖2A為根據本發明之另一實施例展示在微結構網絡中的微結構的隔離膜的俯視圖； 圖2B為根據本發明之另一個實施例的隔離膜之俯視圖，其示意性地展示微結構網絡中的微結構及在膜周圍的墊片； 圖3A為根據本發明之另一實施例的隔離膜之俯視圖，其示意性地展示配置於膜單元中形成多單元膜的複數個膜；及 圖3B為根據本發明具有補充層的膜之截面圖。
100‧‧‧隔離膜
101a‧‧‧第一基板層/室內面
101b‧‧‧第二基板層/戶外面
102a‧‧‧黏著層
102b‧‧‧黏著層
103‧‧‧微結構材料
104‧‧‧微結構層
105‧‧‧墊片

Claims (20)

  1. 一種膜，其包含： 第一基板層及第二基板層； 置於該等第一與第二基板層之間的微結構層； 在該微結構層周圍的密封墊片，其中該等密封墊片之內部相對於平均大氣壓為真空。
  2. 如請求項1之膜，其中該微結構層包含具有複數個微單元的微結構單元網絡。
  3. 如請求項2之膜，其中該複數個微單元各自個別地為密封真空單元。
  4. 如請求項1之膜，其中該微結構單元網絡包含互連的多邊形結構。
  5. 如請求項1之膜，其中膜進一步包含設置於該第一透明基板與該真空層之間的第一透明傳導層。
  6. 如請求項1之膜，其中該墊片提供該第一基板層及該第二基板層之外邊緣。
  7. 如請求項4之膜，其中該墊片亦設置於該第一基板層、該第二基板層及該第一透明傳導層之外邊緣上。
  8. 如請求項1之膜，其進一步包含紅外(IR)反射層或紫外(UV)反射層中之至少一者。
  9. 如請求項1之膜，其進一步包含至少一個偏振層。
  10. 如請求項4之膜，其進一步包含聚醯胺層，該聚醯胺層配置於該真空層與該第一透明傳導層之間，或該真空層與該第二透明傳導層之間。
  11. 如請求項1之膜，其中該等第一及第二基板層中之一或兩者為透明的。
  12. 如請求項1之膜，其中該等第一及第二基板層為實質上可撓的以貼合彎曲表面。
  13. 如請求項1之膜，其中該微結構層包含微結構單元網絡。
  14. 一種多單元膜，其包含兩個或更多個如請求項1之膜。
  15. 如請求項14之多單元膜，其中各膜個別地經單元間隔物分離，且各膜個別地包含圍繞該微結構層周圍的密封墊片，其中該密封墊片之內部相對於平均大氣壓為真空。
  16. 一種製備如請求項1之膜之方法，該方法包含： a)提供第一基板層； b)在該第一基板層之頂表面上安置或沈積第一墊片； c)在該第一基板層上及在由該第一墊片所形成的邊界內安置或沈積微結構層； d)在該微結構層上安置或沈積第二墊片； d)在該微結構層及該第二墊片上安置第二基板層； e)向該微結構層及該第一及第二墊片內施加真空；以及 f)密封該墊片以在該墊片內形成抽真空的微結構層。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含在鄰近該第一基板層之外邊緣處安置或沈積邊緣墊片，其中該微結構層係安置或沈積於該第一墊片之頂表面上及由該第一墊片及該邊緣墊片所形成的邊界內。
  18. 如請求項16之方法，其中該等第一及第二基板層中之一者或兩者為透明層。
  19. 如請求項16之方法，其中步驟f）包含在經抽真空的腔室內固化該墊片內的黏著劑。
  20. 一種在輥對輥或薄板式組裝件上製備如請求項1之膜之方法，該方法包含： a)提供第一基板層，該第一基板層設置於輥對輥或薄板式組裝件上； b)在該第一基板層之頂表面上安置或沈積第一墊片； c)在該第一基板層上及由該第一墊片所形成的邊界內安置或沈積微結構層； d)在該微結構層上安置或沈積第二墊片； d)在該微結構層及該第二墊片上安置第二基板層，該第二基板層設置於輥對輥或薄板式組裝件上； e)向該微結構層及該第一及第二墊片內施加真空；以及 f)密封該墊片以在該墊片內形成抽真空的微結構層。
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