TWI458803B - 一種透明隔熱聚氯乙烯膠布及其製法 - Google Patents

Description

一種透明隔熱聚氯乙烯膠布及其製法

本發明係一種非塗佈加工方式製得之透明隔熱節能型聚氯乙烯膠布其製法，具有良好之紅外線及紫外光遮蔽效果，進而達到隔熱及防護的目的。該成品適合應用於建築物玻璃、汽車窗戶、冷凍儲藏展示櫃及有節能訴求等之產品。

太陽光產生熱能的來源主要有二，包括波長介於400nm～700nm的可見光及波長範圍介於700nm～1800nm的紅外光(屬於非可視光範圍)，而一般應用在建築物玻璃、汽車窗戶、冷凍儲藏展示櫃及有省能訴求之產品，除了必須具備視覺上透明的要求以外，還必須兼具阻隔紅外光所產生之熱能的功效，所以必須選用具備光波長選擇性材料，才能有效濾除700nm～1800nm的紅外光線，達到隔熱功效，並讓400nm～700nm的可見光線透過，以保有視覺上透明的要求。另外，太陽光中200nm～400nm的紫外光範圍，依波長又可細分成UVA(310nm～400nm)、UVB(285nm～310nm)及UVC(200nm～285nm)三種波段，其中UVA、UVB會對人體造成某種程度的傷害，因此在建築玻璃或汽車窗戶用材料中皆會添加有機UV吸收劑，使該材料具備UV遮蔽的能力，進而達到保護人體的功能。

傳統的隔熱材，如：聚對苯二甲酸乙二脂(polyethylene terephthhalate簡稱PET)，聚碳酸脂(polycarbonate)，聚丙烯酸脂或聚甲基丙烯酸脂(polyacrylate or polymethacrylate)，環狀烯(cyclicolefin)，聚苯乙烯(polystyrene)等，是在塑膠基材上以乾式或濕式塗佈具有隔熱功能的隔熱材所構成。

已往，以乾式塗佈加工製成的習知隔熱透明膠膜10如圖1所示，係以真空濺鍍或蒸鍍方式，將金屬或金屬氧化物等無機材料12均勻附著在塑膠基材11的上面而形成隔熱膜。

以溼式塗佈加工製成的隔熱透明膠膜20，如圖2所示，係將具隔熱功能的無機顆粒22均勻分散在合適的樹脂23及溶媒中，經配製成黏度合宜的塗佈液後，再塗佈在塑膠基材21的上面；經乾燥去除溶媒後，無機顆粒22及樹脂23就形成附著在塑膠基材21上面的隔熱膜。

『乾式塗佈』或『溼式塗佈』的傳統製程，其共同特徵是：至少須經由兩道程序。程序之(一)是先製成片材或薄膜來當作基材；程序(二)是利用線外(Off-line)『乾式塗佈』或『溼式塗佈』的方式施作於程序(一)所製成的基材表面，使其具有紅外線阻隔或紫外線遮蔽的功能。此塗佈法所衍生的問題有：

(1)以濕式塗佈法加工，製程中溶劑揮發，污染空氣，影響身體健康；

(2)以濕式塗佈法加工，塗佈液製備所產生之廢溶劑處理的環保問題；

(3)濕式塗佈，需增設設備包括額外之捲出、塗佈、乾燥、成捲、裁切等，而乾式塗佈需增設濺鍍機或蒸鍍機，製程設備及加工成本高；及

(4)多一道塗佈製程，除了不利於成品良率外，塗佈後還包括裁切所增加之餘廢料。

有鑑於以乾式或溼式塗佈加工方式將金屬或金屬氧化物等無機隔熱材料附著在塑膠基材表面形成之傳統隔熱膜，有如上述各項衍生缺失及問題，本發明人等經過長期之思考、研究及不斷之試驗，於製造聚氯乙烯聚合物膠布時，先將改質劑等紫外線吸收劑、無機隔熱顆粒、可塑劑混合改質攪拌均勻後再依序投入聚氯乙烯樹脂，可塑劑、安定劑、滑劑及色料等進行混合及膠化時發現所製成之PVC膠布的組織中之無機隔熱顆粒能均勻分散達到分散的效果，可消彌傳統先前技術衍生之缺失及問題，而製造透明隔熱膜。

本發明之目的係提供一種非塗佈加工方式製成之透明隔熱聚氯乙烯膠布及其製法。

本發明之第二目的提供一種其隔熱顆粒採內添加方式均勻分散於聚氯乙烯膠布組織內之透明隔熱聚氯乙烯膠布。

因為不再使用傳統之塗佈加工方法，直接將隔熱顆粒先與助劑混合改質攪拌均勻，後將隔熱劑均勻分散於聚氯乙烯膠布組織中，無傳統製法之缺失及問題可生產透明隔熱膜或膠布，加工成本低廉，產速又快及具環保上的優點。

本發明係一種不使用塗佈加工製程，改以其無機隔熱顆粒採內添方式均勻添加於聚氯乙烯膠布之配方中，製備兼具透明性、低霧度、良好隔熱效果、紫外線遮蔽等品質特性之聚氯乙烯膠布。

依據本發明進行製備聚氯乙烯膠布具有如下之優點：(1)省卻濕式塗佈製程所需之捲出、塗佈、乾燥、成捲及乾式濺鍍、蒸鍍之設備投資。(2)濺鍍、蒸鍍的產速慢，本發明可降低加工成本。(3)避免加工製程溶劑所造成之環保問題。(4)採用非塗佈製程方式將具備隔熱及紫外線遮蔽等功能之材料填加於聚氯乙烯膠布配方中，除了能保有聚氯乙烯膠布之透明性、低霧度、隔熱及紫外線遮蔽等效果外，並能克服析出的問題。

本發明之配方組成部份特徵是：以聚氯乙烯為主要原料，其它尚包含：a.可塑劑b.隔熱材c.安定劑d.滑劑e.助劑及f.色料，其中隔熱材先經助劑混合改質。

本發明之製備方法為：先使用含有特定配方的可塑劑、無機隔熱顆粒及其它添加助劑的混合改質料，利用傳統聚氯乙烯膠布的壓延機或T-Die機或吹氣成型機加工，製得一種隔熱聚氯乙烯透明膠布。這種隔熱聚氯乙烯透明膠布，不僅保有聚氯乙烯既有物性，更兼具透明性、低霧度及優異的紅外線及紫外線遮蔽效果。

本發明直接使用聚氯乙烯膠布的傳統生產製程，可製得隔熱聚氯乙烯透明膠布，除不必使用塗佈加工之外，更可省卻塗佈製法的設備投資，亦可避免濕式塗佈製法的廢溶劑環保問題。因此，本發明的製法具製程簡單、加工成本低廉、產速快及環保的優點。

本發明的透明隔熱聚氯乙烯膠布30，如圖3所示，是厚度介於0.02～2.0mm具透明性及遮蔽紅外線及紫外線特性的透明軟質或半硬質或硬質膠布；其結構特徵為：厚度介於0.02～2.0mm的聚氯乙烯膠布31為基材，其無機隔熱顆粒32均勻分散於所述的聚氯乙烯膠布31的組織中。

本發明的透明隔熱聚氯乙烯膠布30之製程，包括下列步驟：

(1)將改質劑0.01～15.0PHR、紫外線吸收劑0.01～5.0PHR、分散劑0.01～5.0PHR、無機隔熱顆粒0.01～15.0PHR、可塑劑0～45PHR先投入混合機混合改質攪拌均勻，然後再依序投入聚氯乙烯樹脂100PHR、可塑劑0～85PHR、安定劑0.1～15.0PHR、滑劑0.1～15.0PHR、色料0.0～12.0PHR於混合機混合均勻後，引入萬馬力機均勻混煉；

(2)再經輥輪機進一步膠化後，料溫控制在150～190℃送料至壓延機，加工成型厚度控制於0.05mm～1.0mm，隨即引入溫度在20～85℃的水中冷卻硬化，然後經過除水；或熱熔膠布成型後，或以T-Die機加工成型厚度控制介於0.05mm～2.0mm；或以吹氣成型機加工成型厚度控制介於0.02mm～0.8mm的熱熔膠布後，直接引入步驟(3)；及

(3)將膠布引入冷卻輪組冷卻定型，經捲取製成本發明的透明隔熱聚氯乙烯膠布30。

本發明用之於步驟(1)中的聚氯乙烯樹脂，可選自以塊狀聚合(Bulk Polymerization)、溶液聚合(Solution Polymerization)、懸浮聚合(Suspension Polymerization)或乳化聚合(Emulsion Polymerization)所製得的聚氯乙烯聚合物或共聚物的其中一種或一種以上的組合物。

可塑劑；係選自磷酸酯類、酜酸系、苯三酸酯類、環氧類偏苯三酸三辛酯(TOTM)、檸檬酸酯、己二酸酯可塑劑聚酯類或脂肪族二酸酯類可塑劑的其中一種或一種以上。

無機隔熱顆粒；粒徑介於0.005～2μm，為視透明度、霧度等不同物性的需求，可選自二氧化鈦(TiO₂ )、氧化鋅(ZnO)、氧化釩(V₂ O₅ )、氧化銦(In₂ O₃ )、氧化鈰(CeO₂ )、氧化錫(SnO₂ )、氧化銻(Sb₂ O₃ )、銦錫氧化物(ITO)、銻錫氧化物(ATO)、銻鋅氧化物(AZO)及類似金屬氧化物、硫化鋅(ZnS)的其中一種或一種以上。

以及六硼化物(包括：六硼化鑭(LaB₆ )、六硼化鈰(CeB₆ )、六硼化鐠(PrB₆ )、六硼化釹(NdB₆ )、六硼化釤(SmB₆ )、六硼化銪(EuB₆ )、六硼化釓(GdB₆ )、六硼化鉽(TbB₆ )、六硼化鏑(DyB₆ )、六硼化鈥(HoB₆ )、六硼化鉺(ErB₆ )、六硼化銩(TmB₆ )、六硼化鐿(YbB₆ )、六硼化鎦(LuB₆ )、六硼化鍶(SrB₆ )、六硼化鈣(CaB₆ )、六硼化釔(YB₆ ))的其中一種或一種以上。

無機隔熱顆粒選自上述金屬氧化物或六硼化物的一種或一種以上之混合物。

安定劑，可選自鋇鋅系(Ba-Zn系)或鈣鋅系(Ca-Zn系)或有機錫系辛硫醇錫(Octyl Tin Mercaptide)等，例如南亞公司出品LQX-3K-8T、SD-8032S之一種或多種複合安定劑。

滑劑；可以是硬脂酸系、脂肪酸酯系、脂肪酸醯胺類、金屬石鹼類、有機矽系等之滑劑。可利用上述不同種類的滑劑其中之一種或多種甚至全部搭配使用皆可。

助劑包括改質劑、分散劑、或紫外線吸收劑的其中一種或一種以上搭配而成。添加助劑的目的，在於促使聚氯乙烯膠布31的組織中之無機隔熱顆粒32達到均勻分散的目的。

其中所述的改質劑，選自有機矽烷化合物、有機鋯鋁化合物或有機鈦鋁化合物的其中一種(例如信越公司之Amino silane Coupling Agent KBM-603)。所述的分散劑，選自高分子型的共聚物分散劑、含矽成份分散劑或含氟成份分散劑的其中一種或一種以上搭配而成(例如BYK公司之Disper byk-185)。所述的紫外線吸收劑，選自羥基苯基苯并三唑類紫外線吸收劑、或羥基二苯甲酮類紫外線吸收劑的其中一種或一種以上。

色料；可視產品的色相需求酌予添加，或為有機系色料，或為無機系色料，亦可採無機、有機色料混合方式。

本發明的透明隔熱聚氯乙烯膠布30可以單層使用外，視用途可以如圖4所示，多層聚氯乙烯膠布疊合在一起使用，或者，如圖5所示，與他種塑膠基材40疊合在一起使用。

下面將以實施例更具體地說明本發明，雖然以較佳之實施例被露加以詳述，惟本發明之技術及權利範圍不受其所限制。本發明之各項物性評估方法如下：

(1)可見光穿透率及霧度測試：採用Tokyo Denshoku Co.,Ltd. Haze Meter，型號為TC-HⅢ，測試下面實施例之聚氯乙烯膠布的光透過率及霧度值，其方法符合JIS K7705規範。可見光穿透率越高、霧度值越低代表聚氯乙烯膠布的透明性越佳。

(2)紅外線遮蔽率測試：採用HOYA機台，型號為LT-3000，測試實施例之隔熱膠布，其方法符合JIS R3106規範。紅外線阻隔率愈高代表聚氯乙烯膠布的隔熱效果越佳。

(3)紫外線阻隔率測試：採用HOYA機台，型號為LT-3000，測試實施例之隔熱膠布，其方法符合JIS R3106規範。紫外線阻隔率愈高代表聚氯乙烯膠布的阻隔UV效果越佳。

[實施例1]

生產厚度0.2mm軟度40PHR的透明隔熱聚氯乙烯膠布30，其製法為：

(1)依表1的特定配方，先將無機隔熱顆粒LaB₆ 添加量0.25PHR、改質劑0.81PHR、分散劑0.17PHR、紫外線吸收劑0.8PHR、安定劑3PHR、可塑劑40PHR及聚氯乙烯樹脂100PHR等原物料依序投入混合機(Henschel Mixer N.P.C製，300L)混合均勻後，引入萬馬力機(N.P.C製，100L落門式)均勻混煉；

(2)再經二支輥輪式輥輪機(N.P.C製，輥輪速差1:1.15)膠化後，料溫控制在150～190℃，送料至四輪逆L型壓延機(N.P.C製，規格24〞×72〞)，厚度管制在0.2mm的熱熔膠布。隨即引入溫度在20～85℃的水中冷卻硬化，再經過除水後；

(3)將膠布引入冷卻輪組冷卻定型，經捲取即製得厚度0.2mm軟度40PHR的隔熱聚氯乙烯透明膠布30。

測試結果如表1所示，光透過率高達72%，霧度1.7%，顯示所製得的透明隔熱聚氯乙烯膠布30具備透明性，其紅外線遮蔽率67%，紫外線阻隔率99%。

[實施例2]

依表1的特定配方，將無機隔熱顆粒CeB₆ 添加量0.25PHR、改質劑0.81PHR等原料使用實施例1的製法生產厚度0.2mm軟度40PHR的透明隔熱聚氯乙烯膠布30。

測試結果如表1所示，光透過率高達70%，霧度2.0%，顯示所製得的透明隔熱聚氯乙烯膠布30具備透明性，其光透過率略遜於實施例1，其紅外線遮蔽率64%，亦僅次於實施例1，其紫外線阻隔率99%，且加工過程中無機隔熱顆粒不會有析出的現象。

[實施例3]

依表1的特定配方，將無機隔熱顆粒ATO添加量1.8PHR及LaB₆ 添加量0.25PHR、改質劑添加量6.97PHR等原料，使用實施例1的製法生產厚度0.2mm軟度40PHR的透明隔熱聚氯乙烯膠布30。

測試結果如表1所示，光透過率高達69%，霧度2.6%，顯示所製得的透明隔熱聚氯乙烯膠布30具備透明性，其紅外線遮蔽率91%，紫外線阻隔率99%，顯示所製得的透明隔熱聚氯乙烯膠布30具備優異光透過率，與比較例1相當，但其紅外線遮蔽率則遠優於比較例1，其加工過程中無機隔熱顆粒不會有析出的現象。

[比較例1]

依表1的特定配方，將無機隔熱顆粒ATO 15PHR、改質劑10.77PHR等原料使用實施例1的製法生產厚度0.2mm軟度40PHR的透明隔熱聚氯乙烯膠布30。

測試結果如表1所示，光透過率19%，霧度10.4%，其紅外線遮蔽率91%，紫外線阻隔率99%，顯示所製得厚度0.2mm透明隔熱聚氯乙烯膠布30具備相當優異紅外線遮蔽率及紫外線阻隔率，但其光透過率低，霧度高，為其主要缺點，顯示ATO添加量偏高所致。

[比較例2]

除厚度為0.2mm外，所製得的透明隔熱聚氯乙烯膠布30的原物料配方及製法皆同實施例1，無機隔熱顆粒ATO添加量2.2PHR。

測試結果如表1所示，光透過率69%，霧度2.6%，其紅外線遮蔽率43%，紫外線阻隔率99%顯示所製得厚度0.2mm透明隔熱聚氯乙烯膠布30具備透明性、且具備中等程度紅外線遮蔽率，但較實施例1～3差，其加工過程中無機隔熱顆粒不會有析出的現象。

[比較例3]

生產厚度0.2mm軟度40PHR的聚氯乙烯透明膠布，其原物料配方除不含無機隔熱顆粒、改質劑、分散劑外，其製法皆同實施例1。

測試結果如表1所示，光透過率高達86%，霧度1.4%，其紅外線遮蔽率僅8%，紫外線阻隔率98%，比較實施例1～3顯示：光透過率較高，但紅外線遮蔽率幾乎無效，與一般膠布相同。

[比較例4]

生產厚度0.2mm軟度40PHR的聚氯乙烯透明膠布，其原物料配方除不含改質劑、分散劑外，無機隔熱顆粒ATO添加量2.2PHR，其餘皆同比較例2。

測試結果如表1所示，光透過率高達50%，霧度12.0%，其紅外線遮蔽率僅29%，紫外線阻隔率98%，顯示所製得的厚度0.2mm聚氯乙烯透明膠布，因為沒有使用改質劑、分散劑，在紅外線遮蔽率及紫外線阻隔率方面皆較實施例1～3劣化。而且，加工過程中會有析出現象，進而影響聚氯乙烯透明膠布產品的加工性及分散性品質。

[比較例5]

以尺寸100mm*100mm*0.3mm的無色透明玻璃為對照物件，測量其光透過率、霧度、紅外線遮蔽率及紫外線阻隔率。

測試結果如表1所示，顯示無色透明玻璃的紅外線遮蔽率及紫外線阻隔率確實不佳，較實施例1～3相差很多。

本發明，雖然以較佳之實施例被露加以詳述，惟本發明之技術及權利範圍不受其所限制，由以下申請專利範圍所界定。

10．．．透明隔熱膠膜

11．．．塑膠基材

12．．．金屬或金屬氧化物等無機物

20．．．透明隔熱膠膜

21．．．塑膠基材

22．．．無機隔熱顆粒

23．．．樹脂

30．．．透明隔熱聚氯乙烯膠布

31．．．聚氯乙烯膠布

32．．．無機隔熱顆粒

40．．．塑膠基材

圖1係以習知乾式塗佈加工製得的透明隔熱膠膜的斷面放大圖。

圖2係以習知濕式塗佈加工製得的透明隔熱膠膜的斷面放大圖。

圖3係以非塗佈加工製得的本發明具遮蔽紅外線及紫外線效果的透明隔熱聚氯乙烯膠布的斷面放大圖。

圖4係本發明的透明隔熱聚氯乙烯膠布以多層疊合在一起使用的示意圖。

圖5係本發明的透明隔熱聚氯乙烯膠布與另一片塑膠基材疊合在一起使用的示意圖。

30．．．透明隔熱聚氯乙烯膠布

31．．．聚氯乙烯膠布

32．．．無機隔熱顆粒

Claims (7)

1. 一種兼具高光透過率及高紅外線遮蔽率特性之透明隔熱聚氯乙烯膠布，貼在玻璃上作為遮蔽紅外線及紫外線用途，厚度介於0.02mm~2.0mm，其特徵在於：所述聚氯乙烯膠布的內部組織中，包含先經過改質後再加入聚氯乙烯樹脂中達到均勻分散且粒徑介於0.005~2μm之六硼化鑭(LaB₆ )隔熱顆粒、六硼化鈰(CeB₆ )隔熱顆粒或混合併用之六硼化鑭(LaB₆ )與銻錫氧化物(ATO)隔熱顆粒，且所述聚氯乙烯膠布的特性，依JIS K7705及JIS R3106規範，包括可見光穿透率至少達69%、紅外線遮蔽率至少達64%及紫外線遮蔽率至少達99%。
2. 一種用於製得透明隔熱聚氯乙烯膠布兼具高光透過率及高紅外線遮蔽率特性之製備方法，包括以下步驟：1)選用粒徑介於0.005~2μm之六硼化鑭(LaB₆ )、六硼化鈰(CeB₆ )或混合併用之六硼化鑭(LaB₆ )與銻錫氧化物(ATO)的其中一種無機隔熱顆粒；2)對步驟1)選用的無機隔熱顆粒進行改質；將改質劑0.01~15.0PHR、紫外線吸收劑0.01~5.0PHR、分散劑0.01~5.0PHR、所選用的無機隔熱顆粒0.01~15.0PHR及可塑劑1~45PHR先投入混合機混合改質攪拌均勻；3)製備聚氯乙烯樹脂混合料；對步驟2)所述混合機依序再投入聚氯乙烯樹脂100PHR、可塑劑1~85PHR、安定劑0.1~15.0PHR、滑劑0.1~15.0PHR及色料0.0~12.0PHR，經過混合機混合均勻後，引入萬馬力機均勻混煉成聚氯乙烯樹脂混合料；4)以非塗佈加工方式製得透明隔熱聚氯乙烯膠布；將步驟3)製備的混合料經輥輪機膠化後，料溫控制在150 ~190℃，再將膠化後的混合料以壓延機加工製成厚度介於0.05mm~1.0mm的熱熔膠布，隨即引入溫度在20~85℃的水中冷卻硬化，然後經過除水，將膠布引入冷卻輪組冷卻定型，而製得兼具高光透過率及高紅外線遮蔽率特性的透明隔熱聚氯乙烯膠布。
3. 如申請專利範圍第2項所述之製備方法，其中，於步驟4)中將膠化後的混合料以T-Die加工製成厚度介於0.05mm~2.0mm的熱熔膠布取代。
4. 如申請專利範圍第2項所述之製備方法，其中，於步驟4)中將膠化後的混合料以吹氣加工製成厚度介於0.02mm~0.8mm的熱熔膠布取代。
5. 如申請專利範圍第2項所述之製備方法，其中，於步驟2)投入的改質劑，為有機矽烷化合物偶合劑、有機鋯鋁化合物偶合劑或有機鈦鋁化合物偶合劑。
6. 如申請專利範圍第2項所述之製備方法，其中，於步驟2)投入的分散劑，選自由高分子型的共聚物分散劑、含矽成份分散劑及含氟成份分散劑所組成的群體的其中一種或一種以上。
7. 如申請專利範圍第2項所述之製備方法，其中，於步驟2)投入的紫外線吸收劑，選自由羥基苯基苯并三唑類紫外線吸收劑及羥基二苯甲酮類紫外線吸收劑所組成的群體的其中一種或一種以上。