TWI386453B - 用以製備光波長選擇性遮蔽薄層的組成物與方法以及含有該光波長選擇性遮蔽薄層的織物與光學元件 - Google Patents

Description

用以製備光波長選擇性遮蔽薄層的組成物與方法以及含有該光波長選擇性遮蔽薄層的織物與光學元件

本發明是有關於一種製備光波長選擇性遮蔽薄層的組成物、方法與應用，且特別是有關於一種近紅外光選擇性遮蔽薄層的組成物、方法與應用。

太陽光波長的分布範圍很廣，一般來說，可根據光線的波段而區分為紫外光(波長分布範圍約100-380nm)、可見光(波長分布範圍約380-780nm)與近紅外光(波長分布範圍約780-2000nm)。雖然太陽光是地球的主要照明來源，也是許多生化反應(如，光合作用)進行的必要條件，但在不同的場合中，某些波段的太陽光可能對人類生活帶來不利的影響。

舉例來說，近紅外光的波長較長，能量傳遞的能力也較佳(約佔太陽光總能量的二分之一)，是地球主要的熱能來源。對於建築物或其他密閉空間來說，近紅外光穿透率越高，代表內部溫度升溫的幅度越大，此時就需要動用空調設備來降低溫度，這造成了能源的浪費。

另一方面，紫外光則可能導致人類或其他動物的皮膚曬傷或出現發炎性紅斑，甚至有致癌之虞。因此不論是在室內或室外，提供適當的紫外光防護機制都是非常重要的。

目前已有各種能夠阻隔至少部分光線的手段與方法。舉例來說，可以利用窗簾等紡織品或隔熱膜來遮蔽、過濾和/或反射特定波長的光線。

以紡織品而言，為了提供較佳的紫外光和/或近紅外線遮蔽能力，常常會採取全面遮蔽的手段，降低了可見光的穿透率，因而犧牲了採光。此外，市售隔熱膜大多採用真空濺鍍金屬/金屬氧化物或是多層膜的製備方式，製作工藝繁複且製成昂貴，因此產品價格也居高不下。

有鑑於此，相關領域亟需提出一種能夠選擇性地遮蔽部分波段光線的材料。

發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。

本發明之一態樣提出了一種用以製備光波長選擇性遮蔽薄層的組成物。

依據本發明一具體實施例，上述組成物至少包含金屬氧化物混合物、矽酸鹽礦物、水性丙烯酸酯樹脂與交聯劑。上述金屬氧化物混合物至少包含二氧化鈦與二氧化錫；上述矽酸鹽礦物的通式為XY_2-3 Z₄ O₁₀ (OH,F)₂ ，其中X為K、Na、Ca、Ba、Rb或Cs，Y為Al、Mg、Fe、Mn、Cr、Ti或Li，Z為Si或Si/Al。上述水性丙烯酸酯樹脂的重量以100重量份計，而該金屬氧化物混合物與該矽酸鹽礦物之重量合計為約0.1至約5.0重量份，該交聯劑之重量為約1至約10重量份。

本發明的另一態樣提出了另一種用以製備光波長選擇性遮蔽薄層的組成物。

依據本發明一具體實施例，上述組成物至少包含一混合物、溶劑型丙烯酸酯樹脂與交聯劑。上述混合物至少包含稀土族硼化物與氧化銻錫；上述溶劑型丙烯酸酯樹脂至少包含丙烯酸酯共聚物與一有機溶劑。上述溶劑型丙烯酸酯樹脂的重量以100重量份計，而該混合物之重量為約1.5至約7.0重量份，該交聯劑之重量為約1至約10重量份。

本發明之一態樣提出了用以製備光波長選擇性遮蔽薄層的方法。

依據本發明一具體實施例，上述方法至少包含以下步驟。製備本發明上述各態樣/具體實施例所述的組成物；將此組成物塗佈於基材上，藉使該組成物於基材上形成一光波長選擇性遮蔽薄層。所得到的光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約780至約1200nm的近紅外光的遮蔽率至少為約50%，且對於波長範圍約400至約780的可見光的穿透率至少為約50%。

本發明又一態樣提出了光波長選擇性遮蔽織物。

在一具體實施例中，上述光波長選擇性遮蔽織物至少包含利用本發明上述各態樣/具體實施例之方法所製備的光波長選擇性遮蔽薄層。

在另一具體實施例中，上述光波長選擇性遮蔽織物至少包含利用本發明上述各態樣/具體實施例之組成物所製成的光波長選擇性遮蔽薄層。

本發明另一態樣提出了光波長選擇性遮蔽光學元件。

在一具體實施例中，上述光波長選擇性遮蔽光學元件至少包含利用本發明上述各態樣/具體實施例之方法所製備的光波長選擇性遮蔽薄層。

在另一具體實施例中，上述光波長選擇性遮蔽光學元件至少包含利用本發明上述各態樣/具體實施例之組成物所製成的光波長選擇性遮蔽薄層。

在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。

在本揭示內容中，所謂「光波長選擇性遮蔽」能力係指能夠實質上遮蔽特定波長區段之光線且同時不會大量遮蔽其他波長區段之光線的能力。舉例來說，光波長選擇性遮蔽材料可能可以實質上遮蔽紫外光和/或近紅外光波長區段中的光線，且同時不會大量遮蔽可見光波長區段中的光線。將具備此種能力的光波長選擇性遮蔽材料應用於在建物、交通工具或其他密閉式空間中的時候，能夠選擇性地降低目標波長區段中光線的穿透率，但不會明顯地影響其他波長區段中光線的穿透率。

根據此揭示內容提出的原理與精神，可利用將具備近紅外線吸收特性的無機金屬化合物與有機高分子，形成一種有機-無機複合材料，使兩種材料的優點可以相互加乘。

具體而言，在本發明不同態樣中，所選用的無機金屬化合物包括矽酸鹽礦物、二氧化鈦(TiO₂ )、二氧化錫(SnO₂ )、稀土族硼化物與氧化銻錫(antimony doped tin oxide,ATO)；而所使用的有機高分子可以是水性或溶劑型的丙烯酸酯樹脂；兩者結合後以形成了一種光波長選擇性遮蔽材料，此一材料對於波長範圍約780至約1200nm的近紅外光的遮蔽率至少為約50%，且對於波長範圍約400至約780的可見光的穿透率至少為約50%。此種光波長選擇性遮蔽材料可運用於紡織品中或作為光學元件，而形成兼具高可見光穿透率(穿透率至少為約50%)與高近紅外光的遮蔽率(遮蔽率至少為約50%)的智慧型遮光/濾光產品。

因此，本發明的第一種態樣提出了一種用以製備光波長選擇性遮蔽薄層的組成物。

依據本發明一具體實施例，上述組成物至少包含金屬氧化物混合物、矽酸鹽礦物、水性丙烯酸酯樹脂與交聯劑。

上述金屬氧化物混合物至少包含二氧化鈦與二氧化錫等具備近紅外線反射能力的無機金屬化合物。在任選的實施例中，上述金屬氧化物混合物中可更包含其他具備近紅外線吸收能力或紫外光吸收能力的金屬氧化物，例如稀土族硼化物。上述稀土族硼化物的實施例包括但不限於六硼化鑭(LaB₆ )、六硼化釔(YB₆ )與六硼化鈰(CeB₆ )。

在此一金屬氧化物混合物中，各種金屬氧化物之間的配比並無特殊的限制，可視需求來調整其種類與配比。舉例來說，在金屬氧化物混合物中加入六硼化鑭，可使得金屬氧化物混合物兼具反射與吸收近紅外線的能力，進而相輔相成地降低近紅外光的穿透率。

在本發明具體實施例中，所用的金屬氧化物粉末之平均粒徑大小約0.1-100μm。在某些具體實施例中，金屬氧化物粉末的平均粒徑大小為約1-50μm。舉例來說，其平均粒徑大小可為0.1、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100μm。

在任選的具體實施例中，上述金屬氧化物混合物經過鹼化處理，使其表面帶有-OH基，進而增加這些金屬氧化物在水中的溶解力。

上述矽酸鹽礦物的通式為XY_2-3 Z₄ O₁₀ (OH,F)₂ ，其中X為K、Na、Ca、Ba、Rb或Cs，Y為Al、Mg、Fe、Mn、Cr、Ti或Li，Z為Si或Si/Al。此處所述的矽酸鹽礦物是俗稱雲母的礦物中的主要成分。在一任選實施例中，所用的矽酸鹽礦物之化學式為K₂ O‧3Al₂ O₃ ‧6SiO₂ ‧2H₂ O，即絹雲母(Sericite)中的主要成分。絹雲母是一種天然的白雲母，也是台灣主要開採的白雲母種類，常作為油漆、結構塑膠、防火隔熱板的填充料。

一般而言，當水性丙烯酸酯樹脂的重量以100重量份計的時候，所用的金屬氧化物混合物與矽酸鹽礦物之重量合計為約0.1至約5.0重量份。在任選的具體實施例中，所用的金屬氧化物混合物與矽酸鹽礦物之重量合計為約1至約4重量份。舉例來說，上述二者合計的重量份可為約0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5.0。

此外，在此組成物中，矽酸鹽礦物的添加量取決於產品成本與性能要求等因素。在此處，添加矽酸鹽礦物可提高材料成膜的附著力、耐衝擊性、硬度、耐磨性等物理性能。另一方面，當矽酸鹽礦物添加過多時則會影響材料的即光波長選擇性遮蔽能力。因此，在一具體實施例中，金屬氧化物混合物與矽酸鹽礦物二者的重量比為約0.5：1至約2：1。更明確地說，金屬氧化物混合物與矽酸鹽礦物的重量比值可以是約0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0。

在本揭露書中，所謂的水性丙烯酸酯樹脂係指由水性丙烯酸酯共聚物與聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)反應而成的樹脂。在本態樣與相關具體實施例提出的組成物中，以水性丙烯酸酯樹脂的重量作為其他組成份的基準，並將水性丙烯酸酯樹脂的重量份定義為100重量份。一般而言，在100重量份的水性丙烯酸酯樹脂中，水性丙烯酸酯共聚物與聚乙烯醇的重量比為約0.5：1至約4.5：1。更明確地說，水性丙烯酸酯共聚物與聚乙烯醇的重量比值可為約、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5或4.0。

在本發明多個具體實施例中，可使用環氧基(epoxy group)交聯劑作為交聯劑。顧名思義，環氧基交聯劑係透過環氧基來進行交聯作用而連接高分子材料。環氧基交聯劑的實施例包括但不限於乙二醇二環氧丙基醚(ethylene glycol diglycidyl ether,EGDE)、間苯二酚二環氧丙基醚(resorcinol diglycidyl ether,RDGE)、丙三醇二環氧丙基醚(glycerine diglycidyl ether,GDE)、雙酚A的二環氧丙基醚(diglycidyl ether of bisphenol A,DGEBA)、丙氧基雙酚A的二環氧丙基醚(diglycidyl ether of bisphenol A propoxylate,PDGEBA)與三羥甲基丙烷三環氧丙基醚(trimethylolpropane triglycidyl ether,TMPTGE)。

交聯劑的用量和材料成膜後薄層的物理性質息息相關，當其用量太低時，薄層的強度可能不足而容易剝離；但是當其用量太高時，可能使得水性丙烯酸酯樹脂發生自身交聯，而導致該組成物無法用於後續塗佈成膜。因此，在本發明多個具體實施例中，當所用的水性丙烯酸酯樹脂重量以100重量份計時，交聯劑的重量為約1至約10重量份。舉例來說，交聯劑的重量約為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5或10.0重量份。

本發明的第二種態樣提出了另一種用以製備光波長選擇性遮蔽薄層的組成物。

依據本發明一具體實施例，上述組成物至少包含一混合物、溶劑型丙烯酸酯樹脂與交聯劑。

上述混合物至少包含稀土族硼化物與氧化銻錫等具備近紅外光吸收能力的金屬化合物。稀土族硼化物的實施例包括但不限於六硼化鑭(LaB₆ )、六硼化釔(YB₆ )與六硼化鈰(CeB₆ )。在任選的具體實施例中，上述混合物可更包含可更包含其他具備近紅外線吸收能力或紫外光吸收能力的其他金屬化合物，例如氧化錫銦(indium tin oxide,ITO)。在不同的具體實施例中，可視需求來調整此混合物中的組成分與配比，以提供不同的光波長選擇性。舉例來說，六硼化鑭的主要吸收範圍是在波長範圍約800-1200nm的區段中，而ITO則是的主要吸收範圍是在波長範圍約1700-2000nm的區段中；至於ATO則是在波長範圍約800-2000nm的區段中都有遮蔽的效果。

在本發明具體實施例中，所用的金屬化合物粉末之平均粒徑大小約0.1-100μm。在某些具體實施例中，金屬化合物粉末的平均粒徑大小為約1-50μm。舉例來說，其平均粒徑大小可為0.1、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100μm。

在此組成物中，當上述溶劑型丙烯酸酯樹脂的重量以100重量份計的時候，所用之混合物的重量為約1.5至約7.0重量份；更具體而言，可以是約1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5或7.0重量份。

在本揭露書中，所謂的溶劑型丙烯酸酯樹脂至少包含丙烯酸酯共聚物與一有機溶劑。可用的有機溶劑之實施例包括但不限於甲苯、二甲苯、丁酮、二甲基乙醯胺、乙酸乙酯與異丙醇。在本態樣與相關具體實施例提出的組成物中，以溶劑型丙烯酸酯樹脂的重量作為其他組成份的基準，並將溶劑型丙烯酸酯樹脂的重量份定義為100重量份。

在本發明多個具體實施例中，所用的交聯劑為NCO交聯劑，其係透過-NCO官能基來進行交聯作用以連接高分子材料。NCO交聯劑的實施例包括但不限於六亞甲基二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)、二異氰酸甲苯/三羥甲基丙烷加成物(toluene diisocyanate/trimethylolpropane adduct,TDI/TMP adduct)、二異氰酸甲苯三聚體(TDI trimer)、二苯甲烷-4,4'-二異氰酸酯(diphenylmethane-4,4'-diisocyanate,MDI)、異佛酮二異氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)或聚亞甲基聚亞苯基聚異氰酸酯(polymethylene polyphenyl polyisocyanate,PAPI)。

基於與上文參照本發明第一態樣所述相似的考量，在本發明多個具體實施例中，當所用的溶劑型丙烯酸酯樹脂重量以100重量份計時，交聯劑的重量為約1至約10重量份。舉例來說，交聯劑的重量約為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5或10.0重量份。

在多個任選的具體實施例中，根據本態樣的組成物可至少更包含一脂肪酸，其中脂肪酸之重量為約0.1至20重量份。在某些任選的具體實施例中，脂肪酸之重量為約5至15重量份。具體來說，脂肪酸之重量為約0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5、11.0、11.5、12.0、12.5、13.0、13.5、14.0、14.5、15.0、15.5、16.0、16.5、17.0、17.5、18.0、18.5、19.0、19.5或20.0。

作為例示而非限制，上述脂肪酸可以是碳數至少為10的長碳直鏈飽和或不飽和脂肪酸。在一實施例中，所用的脂肪酸是油酸。

本發明第三態樣提出了用以製備光波長選擇性遮蔽薄層的方法。利用此一方法，可將本發明上述第一和/或第二態樣與相關具體實施例提出的組成物製成光波長選擇性遮蔽薄層。而所得到的此一光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約780至約1200nm的近紅外光的遮蔽率至少為約50%，且對於波長範圍約400至約780的可見光的穿透率至少為約50%。

依據本發明一具體實施例，上述方法至少包含以下步驟。製備本發明上述第一和/或第二態樣與相關具體實施例所述的組成物；將此組成物塗佈於基材上，藉使該組成物於基材上形成一光波長選擇性遮蔽薄層。

具體而言，當欲利用上述第一態樣與相關具體實施例所述的組成物來製備光波長選擇性遮蔽薄層時，製備此一組成物的方法至少包含以下步驟。首先，將所述的金屬氧化物混合物與矽酸鹽礦物添加並分散於水性丙烯酸酯樹脂中。其後，調整該水性丙烯酸酯樹脂的黏度，使其在室溫(約23-27℃)下的黏度值為約8000至約15000cps。以及，將交聯劑添加並分散於水性丙烯酸酯樹脂中。

在任選的具體實施例中，在將金屬氧化物混合物與矽酸鹽礦物添加並分散於水性丙烯酸酯樹脂之前，先將金屬氧化物混合物進行鹼化處理，例如可利用強鹼水溶液(如氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液)來進行金屬氧化物或其混合物的預處理。

應注意到，在上述本發明第一態樣中，已介紹了此一組成物中可選用的組成份與其配比；因而在製備此一組成物時，當然可選用上述組成份、配比及其均等物，故於此處不再重述。

另一方面，當欲利用上述第二態樣與相關具體實施例所述的組成物來製備光波長選擇性遮蔽薄層時，製備此一組成物的方法至少包含以下步驟。首先，將所述的混合物添加並分散於溶劑型丙烯酸酯樹脂中。其後，調整該溶劑型丙烯酸酯樹脂的黏度，使其在室溫下的黏度值為約8000至約15000cps。以及，將交聯劑添加並分散於溶劑型丙烯酸酯樹脂中。

同樣地，在上述本發明第二態樣中，已介紹了此一組成物中可選用的組成份與其配比；因而在製備此一組成物時，當然可選用上述組成份、配比及其均等物，故於此處不再重述。

在根據上述各具體實施例提出的方法製備了本發明第一或第二態樣所述的組成物之後，可利用多種適當的技術將此組成物塗佈於基材上。作為例示而非限制，可用的塗佈技術可為濕式塗佈、刮刀塗佈或凹板印刷塗佈。

在製備光波長選擇性遮蔽薄層時，可依據產品應用的類型來選擇基材的種類。基材種類的實施例包括但不限於可撓式透明基材、離型紙與紡織品。

從基材的材料來看，其實施例包括但不限於聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、聚乙烯丁醛(polyvinyl butyral,PVB)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)以及聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)。

在任選的具體實施例中，於利用適當的技術將組成物塗佈於基材上之後，可烘乾塗佈於基材上之組成物。上述烘乾溫度與時間，可取決於組成物的組成分以及所使用的交聯劑類型。舉例來說，適當的烘乾溫度為約70至約90°C，而烘乾時間為約0.5至3分鐘。

在另一任選的具體實施例中，於利用適當的技術將組成物塗佈於基材上之後，可加熱塗佈於基材上之組成物以使其進行交聯反應。上述交聯溫度與時間，可取決於組成物的組成分以及所使用的交聯劑類型。舉例來說，適當的交聯溫度為約120-180°C，而交聯時間為約0.5至3分鐘。

在不同具體實施例中，可視需要來決定光波長選擇性遮蔽薄層的乾膜厚度，舉例來說，該厚度可為約5-25μm。更具體而言，上述厚度可以是約5、10、15、20或25μm。

在不同的具體實施例中，可藉由調整組成物中所添加的組成份與其配比來改變光波長選擇性遮蔽薄層的選擇性(請參見下文呈現的實驗例)。舉例來說，在一任選具體實施例中，可使得所得到的光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約780至約1200nm的近紅外光的遮蔽率至少為約60%。或者是，在另一任選具體實施例中，可使得所得到的光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約400至約780的可見光的穿透率至少為約60%。

本發明又一態樣提出了光波長選擇性遮蔽織物。

在一具體實施例中，上述光波長選擇性遮蔽織物至少包含利用本發明上述第一、第二態樣與相關具體實施例提出之組成物所製成的光波長選擇性遮蔽薄層。舉例來說，可利用任何適當的方法將上述組成物施覆於織物或紗線表面，進而得到一光波長選擇性遮蔽織物。

在其他具體實施例中，上述光波長選擇性遮蔽織物至少包含利用本發明上述第三態樣與相關具體實施例提出之方法所製備的光波長選擇性遮蔽薄層。

舉例來說，可利用一織物作為基材，並根據上文提出的方法於該織物基材上形成一光波長選擇性遮蔽薄層，而得到光波長選擇性遮蔽織物。

或者是，可利用離型紙作為基材，並根據上文提出的方法於該離型紙上形成一光波長選擇性遮蔽薄層；其後再將光波長選擇性遮蔽薄層與離型紙分離，並利用適當的方式來接合該光波長選擇性遮蔽薄層與一織物，而得到光波長選擇性遮蔽織物。作為例示而非限制，可利用呈現熔融狀態的濕氣硬化聚氨酯來貼合光波長選擇性遮蔽薄層與織物，其後再移除離型紙。

又或者是，可利用一可撓式材料作為基材，並根據上文提出的方法於該可撓式基材上形成一光波長選擇性遮蔽薄層；其後再利用適當的方式將光波長選擇性遮蔽薄層連同可撓式基材一起和一織物接合，而得到光波長選擇性遮蔽織物。此處亦可採用與上文所述相似的技術來貼合光波長選擇性遮蔽薄層與織物。

本發明另一態樣提出了光波長選擇性遮蔽光學元件。

在一具體實施例中，上述光波長選擇性遮蔽光學元件至少包含利用本發明上述第一、第二態樣與相關具體實施例提出之組成物所製成的光波長選擇性遮蔽薄層。舉例來說，可利用任何適當的方法將上述組成物施覆於光學元件表面，而得到一光波長選擇性遮蔽光學元件。

在其他具體實施例中，上述光波長選擇性遮蔽光學元件至少包含利用本發明上述第三態樣與相關具體實施例提出之方法所製備的光波長選擇性遮蔽薄層。

舉例來說，可利用一光學元件作為基材，並根據上文提出的方法於該織物基材上形成一光波長選擇性遮蔽薄層，而得到光波長選擇性遮蔽光學元件。

或者是，可根據上文提出的方法先於一基材上形成一光波長選擇性遮蔽薄層，而後將該光波長選擇性遮蔽薄層與一光學元件接合，以得到光波長選擇性遮蔽光學元件。在此種情形中，可在接合之前或之後移除該基材；或者是亦可保留該基材而不予移除。

上文闡述了本發明不同的態樣與具體實作這些態樣的例示性具體實施例；以下將舉出部分相關實驗例，以使閱讀者能夠更完整地瞭解此處揭示的原理與精神。

實驗例1

在本系列實驗例中，根據本發明第一態樣與相關具體實施例配製了多種組成物。之後，根據本發明第三態樣與相關具體實施例所述的方法將其塗佈於可撓式PET基材上，以得到光波長選擇性遮蔽薄層，並評估其對於不同波長區段之光線的穿透力或遮蔽力。

更詳細地說，在本實驗例中，製備組成物的方法如下。

首先，要進行金屬氧化物粉末的鹼化處理。將不同比例的二氧化鈦與二氧化錫粉末加入約10M的NaOH水溶液中使其溶解。將上述溶液倒入絹雲母水分散液中，並在攪拌下加熱至約70-80℃，加熱時間約2小時。之後，將所得到的混合物烘乾，並在約450℃下鍛燒約2小時，以得到金屬氧化物混合物與絹雲母(矽酸鹽礦物)的混合粉末。在本系列的實驗例中，上述二氧化鈦、二氧化錫以及絹雲母等粉末的重量比為約59：1：40。然而，如上所述，此一組成分與配比僅為實施本發明的一例而已，而不應將其視為對本發明的限制，本發明所屬技術領域中具有通常知識者根據此處所揭示的原理與精神，當可依實際需求加以調整。

在配製水性丙烯酸酯樹脂時，將不同比例的水性丙烯酸酯共聚物(ES-1410-H2，購自基立化學，固成分含量48.3wt%)與聚乙烯醇(BP-24，購自長春石油化學股份有限公司)，固成分含量10wt%，黏度約44-50cps，水解率約86-89%。)混合，以得到水性丙烯酸酯樹脂。

將上述金屬氧化物混合物與絹雲母的混合粉末加入水性丙烯酸酯樹脂中，藉由攪拌使其均勻分散，將其在室溫下的黏度調整至約8000-15000cps，並加入環氧基交聯劑(購自基立化學)，即可得到本系列實驗例中所用的組成物。

之後，利用刮刀塗佈法將上述組成物塗佈於PET基材上，基材厚度約23μm，而塗佈於其上的濕膜厚度約80μm。塗佈完成後，利用約80℃的溫度將組成物烘乾，烘乾時間約1.5分鐘；其後在約150°C的溫度下使組成物中的交聯劑進行交聯反應，交聯時間約1分鐘。如此一來，所得到的乾膜厚度為約20μm。

如此一來，即可得到光波長選擇性遮蔽薄層，以供進行後續分析。當可想見，此處所述的烘乾溫度與交聯溫度係取決於交聯劑進行交聯反應的作用溫度；因此，當採用其他類型的交聯劑時，亦可相應地調整上述烘乾和/或交聯溫度。

在以下各系列的實驗例中，都利用了濾光效能評估儀(Hitachi U-4100 spectrometer)來分析所得光波長選擇性遮蔽薄層在約280-2000nm此一波長範圍中的濾光效能，並得出其可見光(波長範圍約400至約780nm)穿透率(T%)與近紅外光(波長範圍約780至約1200nm)穿透率(T%)。

然而，在本揭露書中，係以近紅外線遮蔽率來評估薄層的光波長選擇性，上述近紅外線遮蔽率的數值為以100%減去所測得的紅外線穿透率之差值。舉例來說，當測得之紅外線穿透率為30%時，其近紅外線遮蔽率為70%(即100%-30%=70%)。一般而言，可見光穿透率與近紅外線遮蔽率兩者相加，數值越大者代表其光波長選擇性越佳。

此外，應特別指出，在本揭露書中，選擇波長範圍約780至約1200nm的區段來評估其近紅外光穿透或遮蔽率，是因為太陽光的波長組成集中分布在波長約300-1200nm的區段中，因此在評估光波長選擇性時，僅考量此一部分。

表1列出了實驗例1系列部分實驗例所使用的組成分、配比以及可見光穿透率與近紅外光遮蔽率；而第1圖呈現了這些實驗例的濾光分析圖譜。

同時參照第1圖與表一可以發現，在上述實驗例中，當光線波長為約400-780nm時，可見光的穿透率大多在50%以上(只有實驗例1B是略低的42%)。不過，在光線波長約560nm的時候，光線的穿透率開始驟降。另一方面，當光線波長大於約780nm(進入近紅外光的波長範圍)時，光線的穿透率仍持續下降，且在波長達到約1200nm時，光線的穿透率達到最低值。

此外，由第1圖中可以發現，當波長範圍小於約380nm(此為紫外光的波長範圍)時，實驗例1系列之薄膜亦呈現了良好的紫外光遮蔽效果。

實驗例2

在本系列實驗例中，組成物的製備方式與上述實驗例1相似，其中所使用的水性丙烯酸酯共聚物與聚乙烯醇的重量比約為80：20(總計100重量份)。實驗例2與實驗例1不同之處在於改變了金屬氧化物粉末和雲母粉末的總重量。

表2列出了實驗例2系列部分實驗例所使用的組成分、配比以及可見光穿透率與近紅外光遮蔽率；而第2圖呈現了這些實驗例的濾光分析圖譜。

同時參照表2與第2圖可以發現，當金屬氧化物粉末和雲母粉末的總重量為約1-5重量份(如實驗例2B至2J)時，所得到薄層的可見光穿透率與近紅外光穿透率非常相近，亦即該薄層的光波長選擇性非常薄弱。

另一方面，可以發現當金屬氧化物粉末和雲母粉末的總重量到達一定限度之後，在提升薄層光波長選擇性方面的效益較為有限，例如第2圖中，實驗例2H、2I與2J三者的濾光曲線重疊性頗高。

實驗例3

在本系列實驗例中，採用上述實驗例1B的組成物，並改變了塗佈的濕膜厚度。表3列出了實驗例3系列部分實驗例中塗佈之濕膜厚度與乾燥後的乾膜厚度以及其可見光穿透率與近紅外光遮蔽率；而第3圖呈現了這些實驗例的濾光分析圖譜。

由表3與第3圖可以發現，隨著膜厚的增加，光線整體的穿透率也隨之下降，不過在乾膜厚度為約20與25μm(實驗例3D與3E)的情形中，其整體光線穿透率並無明顯差異。

實驗例4

在本系列實驗例中，根據本發明第二態樣與相關具體實施例配製了多種組成物。之後，根據本發明第三態樣與相關具體實施例所述的方法將其塗佈於可撓式PET基材上，以得到光波長選擇性遮蔽薄層，並評估其對於不同波長區段之光線的穿透力或遮蔽力。此外，並將該光波長選擇性遮蔽薄層與織物貼合，以得到光波長選擇性遮蔽織物。

更詳細地說，在本實驗例中，製備組成物的方法如下。

在本系列實驗例中，將重量比約為60：40的丙烯酸酯共聚物(德亞樹脂XE-7007，固成分含量約32.4%)以及甲苯均勻混合，以得到甲苯丙烯酸酯樹脂。

首先，將六硼化鑭、氧化銻錫以及其他欲添加於混合物中的組成分(如果有的話，如ITO)添加至上述甲苯丙烯酸酯樹脂中，並利用葉片攪拌器使其均勻分散，將其在室溫下的黏度調整至約8000-15000cps，並加入脂肪族NCO交聯劑(購自德亞樹脂，脂肪族系)，即可得到本系列實驗例中所用的組成物。

之後，利用刮刀塗佈法將上述組成物塗佈於PET基材上，基材厚度約23μm，而塗佈濕膜厚度約40μm。塗佈完成後，將其放置於室溫(約23-27℃)環境下使組成物中的交聯劑進行交聯反應，所需時間約24小時。如此一來，即可得到厚度約10μm的光波長選擇性遮蔽薄層，以供進行後續分析。當可想見，此處所述的交聯條件係取決於交聯劑進行交聯反應的作用溫度；因此，當採用其他類型的交聯劑時，亦可相應地調整上述交聯條件。

表4列出了實驗例4系列部分實驗例所使用的組成分、配比以及可見光穿透率與近紅外光遮蔽率；而第4圖呈現了這些實驗例的濾光分析圖譜。

由表4和第4圖所呈現的資料可以發現，當光線波長約620nm左右，光線穿透率出現快速下降的情形；當波長達到約1000nm時，其光線穿透度達到最低值，此主要為LaB₆ 之主要吸收位置，ATO、ITO在此處也有部分遮蔽的現象。此外，當組成物中LaB₆ 的添加量越高時，在波長範圍約800至約1200的遮蔽率會有明顯的提升。

實驗例5

在本系列實驗例中，組成物的製備方式與上述實驗例4相似，但所使用丙烯酸酯共聚物與甲苯的重量比約為70：30(總計100重量份)、LaB₆ 約為2重量份、ATO約為4.5重量份、交聯劑約為5重量份，且未使用ITO；此外，實驗例5中額外添加了不同重量份的油酸(購自Aldrich，純度99%，十八碳鏈長不飽和脂肪酸)。

表5列出了實驗例5系列部分實驗例所使用的組成分、配比以及可見光穿透率與近紅外光遮蔽率；而第5圖呈現了這些實驗例的濾光分析圖譜。

由表5與第5圖所示的資料可以發現，當油酸的添加量越高時，所得薄層的近紅外光遮蔽率也由約55.5%逐步提升至約63.3%；然而另一方面，薄層的可見光穿透率則大致上相似。也就是說，在本系列實驗例中，提升了薄層的近紅外光遮蔽率且並未犧牲薄層的可見光穿透率，使得所得薄層具有較佳的光波長選擇性。

實驗例6

除了光波長選擇性遮蔽薄層之外，在實驗例6中將實驗例4B的光波長選擇性遮蔽薄層與PET織物基材貼合，以得到光波長選擇性遮蔽織物。第6圖的濾光分析圖譜分別呈現了實驗例4B的光波長選擇性遮蔽薄層、實驗例6所用的PET織物基材以及實驗例4B的光波長選擇性遮蔽薄層與PET織物基材貼合後所得到的光波長選擇性遮蔽織物三者的分析結果。

由第6圖可以發現，PET織物基材本身幾乎不具備光波長選擇性，亦無明的顯遮蔽效果。但將實驗例4B的光波長選擇性遮蔽薄層與PET織物基材貼合後，所得到的光波長選擇性遮蔽織物即可展現光波長選擇性遮蔽效果。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖至第5圖為根據本發明多種實驗例所得薄層的濾光分析圖譜。

第6圖為根據本發明一實驗例所得光波長選擇性遮蔽織物與對照例的濾光分析圖譜。

Claims (50)

1. 一種用以製備一光波長選擇性遮蔽薄層的組成物，至少包含：一金屬氧化物混合物，至少包含二氧化鈦與二氧化錫；一矽酸鹽礦物，其通式為XY_2-3 Z₄ O₁₀ (OH,F)₂ ，其中X為K、Na、Ca、Ba、Rb或Cs，Y為Al、Mg、Fe、Mn、Cr、Ti或Li，Z為Si或Si/Al；一水性丙烯酸酯樹脂；以及一交聯劑，其中該水性丙烯酸酯樹脂的重量以100重量份計，而該金屬氧化物混合物與該矽酸鹽礦物之重量合計為約0.1至約5.0重量份，該交聯劑之重量為約1至約10重量份。
2. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該矽酸鹽礦物為K₂ O．3Al₂ O₃ ．6SiO₂ ．2H₂ O。
3. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該金屬氧化物混合物與該矽酸鹽礦物之重量合計為約1至約4重量份。
4. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該金屬氧化物混合物與該矽酸鹽礦物之重量比為約0.5：1至約2：1。
5. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該金屬氧化物混合物與該矽酸鹽礦物之重量比為約1.5：1。
6. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該水性丙烯酸酯樹脂係由一水性丙烯酸酯共聚物與一聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)反應而成，其中該水性丙烯酸酯共聚物與該聚乙烯醇的重量比為約0.5：1至約4.5：1。
7. 如申請專利範圍第6項所述的組成物，其中該水性丙烯酸酯共聚物與該聚乙烯醇的重量比為約1：1至約2：1。
8. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該交聯劑為一環氧基交聯劑。
9. 如申請專利範圍第8項所述的組成物，其中該環氧基交聯劑為乙二醇二環氧丙基醚(ethylene glycol diglycidyl ether,EGDE)、間苯二酚二環氧丙基醚(resorcinol diglycidyl ether,RDGE)、丙三醇二環氧丙基醚(glycerine diglycidyl ether,GDE)、雙酚A的二環氧丙基醚(diglycidyl ether of bisphenol A,DGEBA)、丙氧基雙酚A的二環氧丙基醚(diglycidyl ether of bisphenol A propoxylate,PDGEBA)或三羥甲基丙烷三環氧丙基醚(trimethylolpropane triglycidyl ether,TMPTGE)。
10. 如申請專利範圍第1項所述的組成物，其中該交聯劑之重量為約5重量份。
11. 一種製備一光波長選擇性遮蔽薄層的方法，至少包含以下步驟：製備一如申請專利範圍第1至10項中任一項所述的組成物；將該組成物塗佈於一基材上，使該組成物於該基材上形成該光波長選擇性遮蔽薄層，其中該光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約780至約1200 nm的近紅外光的遮蔽率至少為約50%，且對於波長範圍約400至約780的可見光的穿透率至少為約50%。
12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中製備該組成物的步驟至少包含：將該金屬氧化物混合物與該矽酸鹽礦物添加並分散於該水性丙烯酸酯樹脂中；調整該水性丙烯酸酯樹脂的黏度，使其在室溫下的一黏度值為約8000至約15000 cps；以及將該交聯劑添加並分散於該含有分散之金屬氧化物混合物與矽酸鹽礦物的水性丙烯酸酯樹脂中。
13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，更包含在將該金屬氧化物混合物與該矽酸鹽礦物添加並分散於該水性 丙烯酸酯樹脂中之前，先將該金屬氧化物混合物進行一鹼化處理。
14. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該塗佈之步驟係採用濕式塗佈、刮刀塗佈或凹板印刷塗佈。
15. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該基材為一可撓式透明基材、一離型紙或一紡織品。
16. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該基材至少包含一材料，選自下列：聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、聚乙烯丁醛(polyvinyl butyral,PVB)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)以及聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)。
17. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中形成該光波長選擇性遮蔽薄層之步驟至少包含烘乾塗佈於基材上之該組成物，其中所使用之一烘乾溫度為約70至約90℃，而一烘乾時間為約0.5至3分鐘。
18. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中形成該光波長選擇性遮蔽薄層之步驟至少包含加熱塗佈於基材上 之該組成物以使其進行交聯反應，其中所使用之一交聯溫度為約120-180℃，而一交聯時間為約0.5至3分鐘。
19. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該光波長選擇性遮蔽薄層之一乾膜厚度為約5-25 μm。
20. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約780至約1200 nm的近紅外光的遮蔽率至少為約60%。
21. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約400至約780的可見光的穿透率至少為約60%。
22. 一種光波長選擇性遮蔽織物，至少包含如申請專利範圍第11項所述方法所製備的該光波長選擇性遮蔽薄層。
23. 一種光波長選擇性遮蔽織物，至少包含利用如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之組成物所製成的一光波長選擇性遮蔽薄層。
24. 一種光波長選擇性遮蔽光學元件，至少包含如申請專利範圍第11項所述之方法所製成的該光波長選擇性 遮蔽薄層。
25. 一種光波長選擇性遮蔽光學元件，至少包含利用如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之組成物所製成的一光波長選擇性遮蔽薄層。
26. 一種用以製備一光波長選擇性遮蔽薄層的組成物，至少包含：一混合物，至少包含稀土族硼化物與氧化銻錫；一溶劑型丙烯酸酯樹脂，其至少包含丙烯酸酯共聚物與一有機溶劑；以及一交聯劑，其中該溶劑型丙烯酸酯樹脂的重量以100重量份計，而該混合物之重量為約1.5至約7.0重量份，該交聯劑之重量為約1至約10重量份。
27. 如申請專利範圍第26項所述的組成物，其中該稀土族硼化物為六硼化鑭、六硼化釔或六硼化鈰。
28. 如申請專利範圍第26項所述的組成物，其中該混合物至少更包含氧化錫銦。
29. 如申請專利範圍第26項所述的組成物，其中該有機溶劑為甲苯、二甲苯、丁酮、二甲基乙醯胺、乙酸乙酯或異丙醇。
30. 如申請專利範圍第26項所述的組成物，至少更包含一脂肪酸，其中該脂肪酸之重量為約0.1至20重量份。
31. 如申請專利範圍第30項所述的組成物，其中該脂肪酸為碳數至少為10的長碳直鏈飽和或不飽和脂肪酸。
32. 如申請專利範圍第30項所述的組成物，其中該脂肪酸為油酸。
33. 如申請專利範圍第30項所述的組成物，其中該脂肪酸之重量為約5至15重量份。
34. 如申請專利範圍第26項所述的組成物，其中該交聯劑為一芳香族NCO交聯劑。
35. 如申請專利範圍第34項所述的組成物，其中該芳香族NCO交聯劑為六亞甲基二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)、二異氰酸甲苯/三羥甲基丙烷加成物(toluene diisocyanate/trimethylolpropane adduct,TDI/TMP adduct)、二異氰酸甲苯三聚體(TDI trimer)、二苯甲烷-4,4'-二異氰酸酯(diphenylmethane-4,4'-diisocyanate,MDI)、異佛酮二異氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)或聚亞甲基聚亞苯基聚異氰酸酯(polymethylene polyphenyl polyisocyanate,PAPI)。
36. 如申請專利範圍第26項所述的組成物，其中該交聯劑之重量為約5重量份。
37. 一種製備一光波長選擇性遮蔽薄層的方法，至少包含以下步驟：製備一如申請專利範圍第26至36項中任一項所述的組成物；將該組成物塗佈於一基材上，藉使該組成物於該基材上形成該光波長選擇性遮蔽薄層，其中該光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約780至約1200 nm的近紅外光的遮蔽率至少為約50%，且對於波長範圍約400至約780的可見光的穿透率至少為約50%。
38. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中製備該組成物的步驟至少包含：將該混合物添加並分散於該溶劑型丙烯酸酯樹脂中；調整該溶劑型丙烯酸酯樹脂的黏度，使其在室溫下的一黏度值為約8000至約15000 cps；將該交聯劑添加並分散於該含有分散之混合物的溶劑型丙烯酸酯樹脂中。
39. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中該塗佈 之步驟係採用濕式塗佈、刮刀塗佈或凹板印刷塗佈。
40. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中該基材為一可撓式透明基材、一離型紙或一紡織品。
41. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中該基材至少包含一材料，選自下列：聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、聚乙烯丁醛(polyvinyl butyral,PVB)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)以及聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)。
42. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中形成該光波長選擇性遮蔽薄層之步驟至少包含烘乾塗佈於基材上之該組成物，其中所使用之一烘乾溫度為約70至約90℃，而一烘乾時間為約0.5至3分鐘。
43. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中形成該光波長選擇性遮蔽薄層之步驟至少包含加熱塗佈於基材上之該組成物以使其進行交聯反應，其中所使用之一交聯溫度為約120-180℃，而一交聯時間為約0.5至3分鐘。
44. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中該光波長選擇性遮蔽薄層之一乾膜厚度為約5-25 μm。
45. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中該光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約780至約1200 nm的近紅外光的遮蔽率至少為約60%。
46. 如申請專利範圍第37項所述的方法，其中該光波長選擇性遮蔽薄層對於波長範圍約400至約780的可見光的穿透率至少為約60%。
47. 一種光波長選擇性遮蔽織物，至少包含如申請專利範圍第37項所述之方法所製成的該光波長選擇性遮蔽薄層。
48. 一種光波長選擇性遮蔽織物，至少包含利用如申請專利範圍第26至36項中任一項所述之組成物製成的一光波長選擇性遮蔽薄層。
49. 一種光波長選擇性遮蔽光學元件，至少包含如申請專利範圍第37項所述之方法所製備的該光波長選擇性遮蔽薄層。
50. 一種光波長選擇性遮蔽光學元件，至少包含利用 如申請專利範圍第26至36項中任一項所述之組成物製成的一光波長選擇性遮蔽薄層。