TWI589653B - 修改反射塗層之性質的方法 - Google Patents

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Description

修改反射塗層之性質的方法 優先權資訊
本申請案主張2012年4月19日申請之Allen等人的標題為「Methods for Tailoring the Properties of a Reflective Coating Utilizing a Two-Step Curing Process」的美國臨時專利申請案序號61/635,463之優先權，該案以引用之方式併入本文中。
本發明之實施例大體上包括修改包含在照明裝置中的反射塗層之性質。更特定言之，一些實施例係關於形成包含在燈裝置中的反射塗層之方法。
反射塗層或薄膜已被用於選擇性反射或透射來自電磁輻射光譜之不同部分的光輻射(例如紫外輻射、可見光輻射及/或紅外輻射)。例如，反射塗層常被用於燈工業中以塗佈反射體及燈外殼。其中反射塗層的一有效應用係藉由使由燈絲或弧光發射的紅外能量朝該燈絲或弧光反射且同時透射由該光源發射的電磁光譜之可見光來改善照明效率或效果。此減小光源維持其操作溫度所需的電能量。反射塗層之另一應用係藉由使來自燈的可見光自照明體表面上的高反射率塗層反射以使光重定向至預定應用空間中來改善照明體的效果。
除該反射塗層之反射率(R%)以外，亦可以反射率的角度分佈(稱 作雙向反射率分佈函數(BRDF))來描述該塗層。通常，BRDF的特徵可係鏡面(鏡樣)及漫射。理想的鏡面反射體係遵循司乃耳定律(Snell’s Law)，其中若該表面處於折射率=1的空氣中，則所有光線自該表面相對於法線以與入射角θ相同的反射角θ離開。理想的漫反射體具有朗伯(Lambertian)BRDF，其中反射光的分佈與入射角獨立地隨cos(θ)變化。實際的反射體既非理想鏡面，亦非理想漫射。任何實際的鏡面反射體將具有小分量的漫反射率，通常稱作散射或濁度。任何實際的漫反射體將具有小鏡面分量的反射。具有相當高鏡面分量的漫反射體一般稱作光澤，而具有接近零鏡面分量的反射體一般稱作無光澤或平坦。在鏡面反射中，自表面反射的光線角度係等於入射光的角度並與其相反。漫反射體使入射光在一方向範圍內散射。雖然塗層之總體反射量可通過其分量來控制，但BRDF的控制亦取決於表面形態(粗糙度)。
因此，仍需要控制反射塗層(尤其包含在燈或其他照明裝置中者)中的反射(例如，鏡面反射對漫反射)的類型及相對量的新穎方法。
本發明之態樣及優點描述於以下敘述中，或可自該敘述明瞭，或可通過實踐本發明來熟習。
本發明大體上提供形成反射塗層之方法。在一實施例中，方法包括將前驅物材料施加至基板上；使該前驅物材料在第一固化能量位準下軟固化第一固化持續時間；且其後，使該前驅物材料在第二固化能量位準下硬固化第二固化持續時間以形成反射塗層；例如，該第二固化能量位準係比該第一固化能量位準更高的溫度。通常，該第二固化能量位準比該第一固化能量位準具有更高的能量。例如，可經由加熱至第一固化溫度(例如，約75℃至約100℃)來實現在第一能量位準下之軟固化，且可經由加熱至第二固化溫度(例如，高於該第一固化 溫度約10℃)來實現在第二能量位準下之硬固化。
在此實施例中，該前驅物材料通常可包括可交聯黏結劑樹脂、交聯劑及顏料。在一特定實施例中，該第一固化溫度可係低於該前驅物材料中的可交聯黏結劑樹脂之軟化點，例如低於該可交聯黏結劑樹脂的軟化點約5℃或以上。
亦提供一種照明設備，在一實施例中，其可包括玻璃片；位於該玻璃片上的底漆塗層；及於玻璃片上形成的反射塗層，以致該底漆塗層係配置於該反射塗層與該玻璃片之間。可根據上述方法(即利用第一固化能量位準及第二固化能量位準)形成該反射塗層。
在另一實施例中，提供一種於塑膠基板表面上形成反射塗層之方法。在一些實施例中，該方法可包括將該塑膠基板之表面加熱至沈積溫度，並將聚合物樹脂於該沈積溫度下施加至該塑膠基板之表面上。該聚合物樹脂可包括可交聯粉末、交聯劑及顏料。在此實施例中，該沈積溫度可高於該可交聯黏結劑的熔點約10℃或以上。一經施加，該可交聯粉末及交聯劑即可反應(例如，交聯)以在該塑膠基板之表面上形成反射塗層。
在一些實施例中，該可交聯粉末可具有低於約100℃(例如，約60℃至約90℃)的熔點。因此，在特定實施例中，該塑膠基板之表面的沈積溫度可係大於約100℃且低於該基板的熔點(例如，約100℃至約150℃)。
本發明亦大體上提供一種照明系統，在一實施例中，其包括燈；配置在該燈附近以反射由燈發射的光的反射體(例如，自塑膠基板構造)；及沈積在該反射體的光反射表面上的反射塗層(例如，直接沈積)。該反射塗層一般可包括交聯聚合物粉末及顏料。例如，該反射塗層可反射可見光譜中至少約95%的光，其中無光澤表面在60度入射角時具有約1 LU或更小的光澤值。
一般技術者在回顧本說明書時將可更佳地明瞭該等實施例及其他實施例之特徵及態樣。
12‧‧‧基板
26‧‧‧反射塗層
30‧‧‧顏料顆粒
31‧‧‧燈
32‧‧‧交聯黏結劑樹脂
33‧‧‧玻璃外殼
36‧‧‧外部導線
38‧‧‧膠合劑
40‧‧‧燈及反射體組合
41‧‧‧基板
42‧‧‧基板41的外表面
44‧‧‧可選底漆塗層
46‧‧‧抛物面部分48的內表面
48‧‧‧抛物面部分
100‧‧‧仿形反射體
102‧‧‧燈
104‧‧‧設備外罩
106‧‧‧黏著劑條帶
200‧‧‧燈
202‧‧‧環
204‧‧‧第二條帶
206‧‧‧燈具反射片
更特定言之，本說明書剩餘部分(包括參照以下附圖)為熟習此項技術者描述本發明之全面可行揭示內容(包括其最佳模式)，其中：圖1顯示位於基板上的反射塗層的示意性橫截面視圖；圖2顯示包括反射塗層的示例性燈的示意性橫截面視圖；圖3顯示安裝在習知螢光照明燈具中的包括配置在燈與燈具外罩之間的仿形反射體的另一示例性照明系統；圖4顯示圖3之照明系統之一實施例，其中該反射體係經黏著劑條帶附著至玻璃管；圖5顯示利用一圈可撓性材料包繞該燈的另一示例性照明系統；及圖6顯示示例性反射塗層的反射光譜。
現將詳細參照本發明之當前實施例，其之一或多個實例說明於附圖中。此詳細描述使用數字及字母符號來指代該等圖式中的特徵。已使用該等圖式及描述中之相同或類似符號來指代本發明實施例之相同或類似部分。
各實例係以闡釋本發明的方式提供，但不限制本發明。事實上，熟習此項技術者當明白可在不脫離本發明範圍或精神之情況下對本發明進行修飾及改變。例如，經說明或描述為一實施例之部分之特徵可被用於另一實施例以產生又一實施例。因此，本發明意欲涵蓋屬於隨附申請專利範圍及其等效物之範圍內的該等修飾及改變。
本發明大體上提供形成漫反射塗層之方法，以及自其形成的所得塗層。藉由調整形成方法之參數及/或塗層組成，可控制所得反射 塗層之鏡面反射。圖1顯示位於基板12上的反射塗層26。可根據基板12及反射塗層26之特定用途自任何適宜材料建構基板12。例如，該基板12可係金屬基板、陶瓷基板、塑膠基板、玻璃基板、石英基板或類似物。圖1中繪示之細節僅欲用於說明反射塗層26之特徵而非反射塗層26之確切細節，且非欲按比例繪製。如圖所示，該反射塗層26包含交聯黏結劑樹脂32，其含有顏料顆粒30。
圖2顯示反射塗層26之一特定適宜用途。如圖所示，燈及反射體組合40包含燈31，其具有藉由慣用的夾壓密封或收縮密封在34處氣密密封的玻璃外殼33及外部導線36。使用用於將燈固定在反射體中的適宜膠合劑(此項技術中所熟知)將燈31經膠合劑38膠合至基板41(例如，玻璃反射體)的空腔中。燈31亦可在外殼33內包含燈絲及內導線或電弧(未顯示)。或者，燈31可係包含(例如)一或多個發光二極體的固態光源。
如圖所示，如上所述，將反射塗層26施加至基板41(其可係玻璃基板、金屬基板等)之抛物面部分48之內表面46上。然而，在其他實施例中，可將該反射塗層26配置在基板41的外表面42上。若需要，可將反射塗層26直接定位在內表面46或可選底漆塗層44上。例如，該底漆塗層44可改良反射塗層26的黏著性及/或反射率。在一實施例中，該底漆塗層44可包括與上述針對反射塗層26相同的材料，其可經獨立選擇而與反射塗層26的組成無關。在一特定實施例中，該底漆塗層44可大體上包括相同組分(即，可交聯黏結劑、交聯劑及顏料)，但具有不同相對量(即，顏料較少及黏結劑較多)，以改良基板與反射塗層之間的黏著性。或者，該底漆塗層44可包括增強塗層基板之反射率的材料及組分，但其等比反射塗層26中的材料及組分廉價，以致可使用更少量的反射塗層26來達成總體高反射率。
在該燈及反射體組合40的操作期間，因在基板41上存在反射塗 層26，故自基板41的外表面42可察覺極少或無法察覺由燈31發射的光。
圖3顯示可利用由本發明所述方法形成的反射塗層的另一示例性照明系統。當該燈-反射體組合安裝在習知螢光照明燈具中時，圖3的示例性照明系統包括定位在燈102與燈具外罩104之間的仿形反射體100。如文中所使用，應明白仿形意指足夠可撓以包裹燈(例如螢光燈)，且當釋出時具有足夠彈性以保持自燈移除的形狀。在一實施例中，該反射體100可經如圖4中106處所示的黏著劑(例如膠水)條帶永久地附著至玻璃管102。該條帶106可延伸該反射體全長或可包含沿該反射體與該燈對齊的若干短條帶。如圖4中所示，該反射體100係由仿形材料製成，以致該反射體可緊密包裹螢光管102的外表面用於裝運及處理，以致用於本發明之燈反射體組合之包裝及裝運容器中無需額外空間。在一特定實施例中，該仿形反射體100可由基板及反射塗層構成(例如如圖1中所示及上文所述)。
照明系統之另一實施例示意性說明於圖5中。如圖所示，一圈可撓性材料(例如塑膠)包繞燈200，且膠合成具有可撓性材料(例如塑膠)之第二條帶204(其與經(例如)膠合作用附著該反射體片206的該圈膠合)的環202。在一特定實施例中，該反射體片206可由基板及反射塗層(例如如圖1中所示及如上文所述)構成。可將選定數量的複數個該等環沿該反射體的軸向長度附著至該反射體以提供必要支撐並使該反射體成型。該等環202可由在燈200的玻璃管的外表面與該等環之內表面之間存在摩擦結合的尺寸製得，其中該摩擦足以允許該等環202的定位且由此使該反射體206處在相對於該螢光燈軸的任何所需角度位置。使反射體固定至螢光燈之其他技術亦適用，只要維持該反射體之仿形性即可。
附著有仿形反射體的螢光燈可作為其中該反射體及其支撐機構 (若有的話)緊密包裹該螢光燈圓周的單一單元運送。在將螢光燈管安裝於照明燈具中後，釋放藉由可移除結合(例如可移除黏著劑)或藉由黏著膠帶或遮蔽帶黏合的反射體，以自該螢光燈表面展開。若該燈及反射體組合係被安裝在具有包繞該等燈之結構之照明燈具中，則在自其壓縮位置釋放後，使用該燈具作為支撐物，安裝人員可移除該反射體以順應該燈具內的所需位置及形狀。在其中反射體可無障礙地擴展的燈具中，該反射體將順應其自身天然形狀，其將取決於該反射體材料之彈性、該反射體之厚度及對該螢光燈的附著機制。如上所述，該反射體通常可由基板及反射塗層(如圖1中所示及如上文所述)構成。
在一實施例中，該反射塗層26可自前驅物材料經由包括至少兩個步驟(例如軟固化及硬固化)的固化方法來形成。例如，該方法可包括將前驅物材料施加至基板上，且隨後使該前驅物材料在第一固化能量位準下軟固化第一固化持續時間。然後，可使該前驅物材料在第二固化能量位準下硬固化第二固化持續時間以形成反射塗層26。在一特定實施例中，該第二固化能量位準可比該第一固化能量位準具有更高能量。該方法視需要亦可包括其他固化步驟(例如，在第三固化能量位準下持續第三持續時間)。
在一特定實施例中，用於形成反射塗層26的前驅物材料通常可包括可交聯黏結劑樹脂、交聯劑及顏料。此等組分之各者可呈分散液、乳液、溶液或其他混合物的形式，其中載劑溶劑通常在固化方法持續時間蒸發。因此，該所得反射塗層26通常包括交聯黏結劑及交聯劑(即，形成交聯黏結劑樹脂32)及顏料(即，顆粒30)。
該可交聯黏結劑樹脂通常可包括至少一種可交聯聚合物黏結劑，其與交聯劑相互作用形成三維聚合物結構。通常，涵蓋可利用可反應形成三維聚合物結構的任何可交聯聚合物黏結劑及交聯劑對。因此，該可交聯黏結劑在交聯前可包括任何適宜的可交聯材料，且可包 括單體、寡聚物及(共)聚合物，其等可經進一步處理以形成交聯。特定言之，適宜的可交聯黏結劑包括彼等包含反應性羧基者(例如，丙烯酸系物及甲基丙烯酸系物、聚胺基甲酸酯、乙烯-丙烯酸共聚物等)。其他所需交聯黏結劑包括彼等包含反應性羥基者(例如，聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯))。亦可使用此等材料之組合來形成可交聯黏結劑樹脂。取決於化學結構，該可交聯黏結劑可係熱塑性或熱固性材料。
如上所述，該交聯劑可經選擇以引起該可交聯黏結劑及/或該交聯劑之間的交聯。該交聯劑可包括(但不限於)多官能氮丙啶(例如，異氰脲酸三縮水甘油酯)、環氧樹脂、碳二醯亞胺、噁唑啉官能聚合物、三聚氰胺-甲醛、脲甲醛、胺-表氯醇、多官能異氰酸酯等。在一特定實施例中，例如，該交聯劑可係聚異氰酸酯化合物。
另外，可根據該黏結劑之化學性來選擇交聯劑。例如，特別適用於交聯具有羧基之黏結劑的交聯劑可包括(但不限於)多官能氮丙啶(例如，異氰脲酸三縮水甘油酯)、環氧樹脂、碳二醯亞胺、噁唑啉官能聚合物等。類似地，可用於交聯具有羥基之黏結劑之特別適宜的交聯劑包括(但不限於)三聚氰胺-甲醛、脲甲醛、胺-表氯醇、多官能異氰酸酯等。
特定言之當在前驅物材料中利用交聯黏結劑之組合時，可利用交聯劑之組合。
該反射塗層26的顏料30通常可反射具有特定範圍波長的光。可利用單種顏料30或可利用顏料之組合。因此，該顏料30可藉由反射特定波長的光來對該反射塗層26提供顏色。例如，可針對顏料30的反射率特徵根據其組成、粒度及/或密度來選擇顏料30以包含在該反射塗層26中。
特別適用於包含在該反射塗層內的示例性顏料30包括(但不限於) 金屬氧化物無機顆粒(例如，TiO2、Al2O3、Y2O3、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5等)、混合型金屬氧化物顆粒(MMO)、錯合無機著色顏料(CICP)、無機金屬顆粒(例如，BN、SiC等)、已知用於使塗層著白色或彩色的其他無機顏料、或其組合。在一些實施例中，此等顏料可以佔該固化反射塗層26之約1重量%至約90重量%(即乾重)(例如約25重量%至約75重量%)存在於該反射塗層26中。在特定實施例中，該等顏料可以約10重量%至約60重量%(濕重)(例如約30重量%至約45重量%)的量包含在該前驅物材料(即，在施加至該基板上及乾燥之前)中。
一種特別適宜的前驅物材料可以商品名Valspar PTW90135購自The Valspar Corporation(Minneapolis，MN)，其包括約35重量%至約40重量%之濕態氧化鈦顆粒及可交聯聚酯樹脂及作為交聯劑的異氰脲酸三縮水甘油酯。
該前驅物材料中亦可存在其他添加劑(例如處理劑)，其包括(但不限於)分散劑、乳化劑、黏度改良劑(例如增稠劑)、保濕劑及/或pH改良劑(例如緩衝劑)。該前驅物材料中亦可存在界面活性劑以助於使該混合物(例如，呈分散液、乳液、溶液等)在施加之前及持續時間安定。在其他實施例中，該前驅物材料可實質上不含任何顯著量的其他材料，以致該前驅物材料基本上由可交聯黏結劑樹脂、交聯劑及顏料組成或由其等組成。
藉由利用其中該第一固化能量位準係低於第二固化能量位準(及/或其他後續固化能量位準)的多步驟固化方法，該前驅物材料可於抑制顏料在該前驅物材料中遷移及/或抑制可交聯黏結劑樹脂在該前驅物材料中遷移的條件下軟固化。因此，在特定實施例中，該第一固化能量位準及第一固化持續時間可足以實質上防止該可交聯黏結劑樹脂的未交聯部分軟化及/或流動。不希望受任何特定理論約束，據信於抑制顏料及/或可交聯黏結劑樹脂在該前驅物材料中遷移之條件下的 軟固化允許使用者控制並使該顏料固著在所得反射塗層26的表面附近，且同時抑制樹脂實質上覆蓋顏料。因此，可控制鏡面反射。
供予軟固化的固化能量(例如，第一固化溫度)可隨該前驅物材料的組分而變化。例如，可經由加熱至第一固化溫度來達成在第一能量位準下的軟固化，該第一固化溫度可低於該前驅物材料中可交聯黏結劑樹脂的軟化點(例如，低於該前驅物材料中可交聯黏結劑樹脂的軟化點約5℃或更多)。在一些實施例中，軟固化可於約100℃或以下(例如，約90℃或以下)的第一固化溫度下進行。在特定實施例中，軟固化可於約75℃至約100℃(例如約80℃至約95℃)的第一固化溫度下進行。
該軟固化可於第一固化能量位準下進行任何適宜持續時間，例如足以抑制或實質上防止可交聯黏結劑樹脂及/或顏料在硬固化條件下於該前驅物材料中遷移。例如，該軟固化可於第一固化能量位準(例如，第一固化溫度)下進行約5分鐘或更久的第一固化持續時間。在一實施例中，該第一固化持續時間可係約15分鐘至約2小時，例如約30分鐘至約1.5小時。
於軟固化後，可使該前驅物材料於第二固化能量位準下硬固化第二固化持續時間以形成反射塗層26。通常，硬固化包括相比於軟固化期間所施加者對該前驅物材料施加更多能量，以確保形成經充分交聯(特定言之在可交聯黏結劑樹脂及/或交聯劑之間)的反射塗層26。例如，該第二固化能量位準可係比該第一固化能量位準更高的能量。當經由加熱來熱固化(即，於第一固化溫度下軟固化及隨後於第二固化溫度下硬固化)時，該第二固化溫度可係高於該第一固化溫度。在一實施例中，該第二固化溫度可係高於該第一固化溫度至少約10℃，例如約25℃或更多。在一特定實施例中，該第二固化溫度可係約100℃或更高。例如，該第二固化溫度係約100℃至約150℃，例如約105℃ 至約125℃。
由於在第一固化期間，未交聯樹脂及部分交聯樹脂的軟化溫度必然低於交聯樹脂的軟化溫度，所以該固化能量(此處為溫度)低，以不使該可交聯黏結劑樹脂軟化過度，但足夠高而可活化用於反應的樹脂及交聯劑中的活性基團。於軟固化能量下固定週期後，未交聯樹脂變成部分交聯。因此，進一步提高固化能量以使該等樹脂進一步交聯，但不足以使部分交聯樹脂軟化。藉由調整固化能量使高於軟化樹脂的能量，可逐漸達成光澤度。
該硬固化可於第二固化能量位準下進行任何適宜持續時間，例如足以使該前驅物材料交聯以形成反射塗層26。例如，該硬固化可於第二固化能量位準(例如，第二固化溫度)下進行約5分鐘或更久的第二固化持續時間。在一實施例中，該第二固化持續時間可係約15分鐘至約2小時，例如約30分鐘至約1.5小時。
在另一實施例中，該反射塗層26可自前驅物材料經由包括單一固化步驟的固化方法持續更長持續時間來形成。在此實施例中，該長固化步驟可於上述軟固化能量位準(例如，溫度)下進行，且持續足以提供所需全部固化能量的時段(即固化持續時間)。在一實施例中，如上文針對軟固化條件所論述，該固化溫度可保持低於該前驅物材料中可交聯黏結劑樹脂的軟化點(例如，保持低於該可交聯黏結劑樹脂的軟化點約5℃或更多)。例如，該單一固化步驟可於100℃或更低(例如，約90℃或更低)下進行(無需在更高溫度下的額外固化)，並持續足以抑制或實質上防止可交聯黏結劑樹脂及/或顏料在該前驅物材料中遷移，且隨後使該黏結劑充分交聯至所需程度的固化持續時間。例如，該軟固化可於第一固化能量位準(例如，第一固化溫度)下進行約2小時或更長的第一固化持續時間。在一實施例中，該固化持續時間可係約2.5小時至約10小時，例如約3小時至約6小時。
無論固化的特定方法為何，均可形成任何所需厚度的反射塗層26，但其特別適用於形成微米(μm)級的薄膜。例如，該反射塗層26可具有約50μm至約500μm(例如約100μm至約250μm)的厚度。此厚度係可經由單層沈積或多層沈積來達成。
藉由此等方法，可控制所得反射塗層26中漫反射(例如，光澤相對於無光澤漫反射)的類型及相對量。在一些實施例中，該光澤值可係於60°及/或80°入射角下小於約1 LU(光澤單位)，如由ASTM測試方法D523-08，標題為「Standard Test Method for Specular Gloss」，2008年6月出版所測得。例如，該反射塗層可反射可見光譜中至少約95%的光，其中無光澤表面於60°入射角及/或80°入射角下具有下至約1 LU或更小的光澤值。
在一實施例中，該反射塗層26可反射可見光譜中至少約95%的光，例如可見光譜中至少約97%的光或可見光譜中至少約99%的光。在另一實施例中，該反射塗層26可反射紅外光譜中至少約95%的光，例如紅外光譜中至少約97%的光或紅外光譜中至少約99%的光。
根據本文所述方法形成的反射塗層26可用於任何適宜應用。在一特定實施例中，該反射塗層26可用於照明裝置。在另一特定應用中，其可用作太陽輻射的漫反射體，以致反射眩光極低，而總反射率極高。在另一特定應用中，其可用作積分球內部的反射塗層，該積分球係用於測量自光源發射的總光通量且通常需要可見光譜範圍內極高反射率及極低光澤之組合的光學儀器；或用於需要該反射體之彼等光學性質的其他光學儀錶中。在該等光學儀錶的應用中，據認為此反射塗層26比常用「積分球塗料」更堅固且更廉價。
該反射塗層26可包含在任何基板12上，且可用於其中存在反射塗層或塗料的任何照明裝置中，例如螢光照明燈具、密封式燈內部的反射體、包繞光源的凹圓形外殼、用於反射光的結構特徵、檯燈及分 散來自光源的光的其他燈具。
在另一實施例中，可在不使用靜電噴灑沈積方法的情況下於塑膠基板12上形成反射塗層26，以在具有可控鏡面特徵的所得反射塗層26上形成表面塗飾(例如，在該反射塗層上形成無光澤表面塗飾)。該等靜電噴灑沈積方法通常在施加粉末前需要預塗佈導電層(未顯示)，因為該聚合物基板之導電性不足以用於靜電噴灑沈積方法中。因此，於施加粉末前納入預塗佈導電層會增加所得塗層基板之成本及複雜性。
在一實施例中，大體上提供在塑膠基板12上直接形成反射塗層26的方法及塗層基板(即其間未配置任何導電層)。特別適宜的塑膠基板12包括(但不限於)自聚碳酸酯、聚乙烯、苯烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、基於聚矽氧之聚合物、聚苯乙烯、耐綸等(包括其共聚物或混合物)構成的基板。因此，該塑膠基板12可包括熱安定性塑膠及/或彈性體。
在此實施例中，可在將塑膠基板12加熱至沈積溫度後，藉由將包括可交聯粉末、交聯劑及顏料的聚合物樹脂施加(例如經由噴灑)至該塑膠基板12的表面上來形成反射塗層26。該沈積溫度通常大於該可交聯黏結劑的熔點(例如，大於該可交聯黏結劑的熔點約10℃或更多)，以致當與基板12的經加熱表面接觸時，該可交聯粉末熔融且隨後與交聯劑交聯以在塑膠基板12的表面上形成反射塗層26。
因此，該可交聯粉末材料與交聯劑相互作用以形成三維聚合物結構。由於該聚合物樹脂同時發生熔融、交聯及沈積，所以可於沈積期間固定顏料的位置，以抑制顏料及/或可交聯黏結劑樹脂在該前驅物材料中遷移。此結果允許使用者控制並使該顏料固著在所得反射塗層26表面附近，同時抑制該樹脂實質上覆蓋該顏料。因此，可控制該鏡面反射。
通常，涵蓋可利用可反應形成三維聚合物結構的任何可交聯粉末及交聯劑對。因此，該可交聯粉末在交聯前可包括任何適宜的可交聯材料，且可包括單體、寡聚物及(共)聚合物，其等可經進一步處理以形成交聯。特別適宜的可交聯粉末包括彼等包含反應性羧基者(例如，丙烯酸系物及甲基丙烯酸系物、聚胺基甲酸酯、乙烯-丙烯酸共聚物等)。其他所需交聯粉末包括彼等包含反應性羥基者(例如，聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯))。亦可使用此等材料之組合來形成可交聯粉末。取決於化學結構，該可交聯粉末可係熱塑性或熱固性材料。
如上所述，該交聯劑可經選擇以引起該可交聯粉末材料及/或該交聯劑之間的交聯。該交聯劑可包括(但不限於)多官能氮丙啶(例如，異氰脲酸三縮水甘油酯)、環氧樹脂、碳二醯亞胺、噁唑啉官能聚合物、三聚氰胺-甲醛、脲甲醛、胺-表氯醇、多官能異氰酸酯等。在一特定實施例中，例如，該交聯劑可係聚異氰酸酯化合物。
另外，可根據該粉末之化學性來選擇交聯劑。例如，特別適用於交聯具有羧基之粉末的交聯劑可包括(但不限於)多官能氮丙啶(例如，異氰脲酸三縮水甘油酯)、環氧樹脂、碳二醯亞胺、噁唑啉官能聚合物等。類似地，特別適用於交聯具有羥基之粉末的交聯劑包括(但不限於)三聚氰胺-甲醛、脲甲醛、胺-表氯醇、多官能異氰酸酯等。
特定言之，當在前驅物材料中利用交聯粉末之組合時，可利用交聯劑之組合。
該反射塗層26的顏料30通常可反射具有特定範圍波長的光。可利用單種顏料30或可利用顏料之組合。因此，該顏料30可藉由反射特定波長的光來對該反射塗層26提供顏色。例如，可針對顏料30的反射率特徵根據其組成、粒度及/或密度來選擇顏料30以包含在該反射塗層26中。
特別適用於包含在該反射塗層內的示例性顏料30包括(但不限於)金屬氧化物無機顆粒(例如，TiO2、Al2O3、Y2O3、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5等)、混合型金屬氧化物顆粒(MMO)、錯合無機著色顏料(CICP)、無機金屬顆粒(例如，BN、SiC等)、已知用於使塗層著白色或彩色的其他無機顏料或其組合。在一些實施例中，此等顏料可以佔該固化反射塗層26約1重量%至約90重量%(即乾重)(例如約25重量%至約75重量%)存在於該反射塗層26中。在特定實施例中，該等顏料可以約10重量%至約60重量%(濕重)(例如約30重量%至約45重量%)的量包含在該前驅物材料(即，在施加至該基板上及乾燥之前)中。
在此實施例中，可形成任何所需厚度的反射塗層26，但其特別適用於形成微米(μm)級的薄膜。例如，該反射塗層26可具有約50μm至約500μm(例如約100μm至約250μm)的厚度。此厚度可經由單層沈積或多層沈積來達成。例如，在一實施例中，可首先形成相對基層(例如，至約1μm至約50μm的厚度)，接著靜電沈積剩餘厚度，以利用更快的沈積速率。
藉由此等方法，可控制所得反射塗層26中漫反射(例如，光澤相對於無光澤漫反射)的類型及相對量。在一實施例中，該反射塗層26可反射可見光譜中至少約95%的光，例如可見光譜中至少約97%的光或可見光譜中至少約99%的光。在另一實施例中，該反射塗層26可反射紅外光譜中至少約95%的光，例如紅外光譜中至少約97%的光或紅外光譜中至少約99%的光。
根據本文所述方法形成的反射塗層26可用於任何適宜應用。在一特定實施例中，該反射塗層26可用於照明裝置。在另一特定應用中，其可用作太陽輻射的漫反射體，以致反射眩光極低，而總反射率極高。在另一特定應用中，其可用作積分球內部的反射塗層，該積分球係用於測量自光源發射的總光通量且通常需要可見光譜範圍內極高 反射率及極低光澤之組合的光學儀器；或用於需要該反射體之彼等光學性質的其他光學儀錶中。在該等光學儀錶的應用中，據認為此反射塗層26比常用「積分球塗料」更堅固且更廉價。
該反射塗層26可包含在任何基板12上，且可用於其中存在反射塗層或塗料的任何照明裝置，例如螢光照明燈具、密封式燈內部的反射體、包繞光源的凹圓形外殼、用於反射光的結構特徵、檯燈及分散來自光源之光的其他燈具。
在本發明中，當一層被描述為位於另一層或基板之上時，除非有明確相反陳述，否則應明白該等層可直接相互接觸或於該等層之間具有另一層或特徵。因此，此等術語係簡單描述該等層彼此的相對位置且不一定指在上方，因為上下的相對位置係取決於裝置對觀察者的定向。
於本發明中使用常見化學縮寫(例如常見於元素週期表中)來論述化學元素。例如，氫係由其常見化學縮寫H表示；氦係由其常見化學縮寫He表示等。
應明白除非另外指出，否則文中所述範圍及限值包括位於指定限值內的所有子範圍，包括限值本身。例如，範圍100至200亦包括所有可能的子範圍，其實例係100至150、170至190、153至162、145.3至149.6及187至200。另外，至多7的限值亦包括至多5、至多3及至多4.5的限值以及位於該限值內的所有子範圍，例如約0至5(其包括0且包括5)及5.2至7(其包括5.2且包括7)。
實例
利用相同前驅物組合物製備反射塗層，以實質上相同厚度(在約25μm至約250μm之間)於不同固化條件下沈積至鋁及鋼基板上。該前驅物組合物係以商品名Valspar PTW90135購自The Valspar Corporation(Minneapolis，MN)。
如上所示，該鏡面反射隨硬固化條件的溫度提高而提高。不希望受任何特定理論約束，據信該樹脂在更高的硬固化溫度下軟化並在顏料(TiO2)上方流動，導致在該塗層表面上形成交聯熱固性樹脂，其進一步形成更光澤的表面。另外，在無軟固化步驟的情況下，該未交聯及部分交聯樹脂軟化並在顏料上方流動，導致在該塗層表面上形成交聯熱固性樹脂，其進一步形成更光澤的表面一如具有在100℃或更高溫度下之單一固化步驟的比較例中所示。預期藉由適當選擇塗佈方法參數將可於諸多其他金屬基板上獲得類似結果。
圖6顯示自購自The Valspar Corporation(Minneapolis，MN)的Valspar PTW90135於90℃下軟固化約15分鐘且隨後於105℃下硬固化約20分鐘所形成之反射塗層的反射光譜。
此書面描述使用實例來揭示本發明，包括最佳模式，且亦使任何熟習此項技術者可實踐本發明，包括製造並使用任何裝置或系統及 進行任何併入的方法。本發明之專利範圍係由申請專利範圍所界定，且可包括彼等熟習此項技術者可想到的其他實例。若該等其他實例包括與該等申請專利範圍的字面語言無差異的結構元素，或若該等其他實例包括與該等申請專利範圍的字面語言無實質差異的等效結構元素，則其等意欲包含在該等申請專利範圍的範疇內。
12‧‧‧基板
26‧‧‧反射塗層
30‧‧‧顏料顆粒
32‧‧‧交聯黏結劑樹脂

Claims (10)

  1. 一種照明設備，其包括：玻璃片；視需要地，位於該玻璃片上的底漆塗層；及於玻璃片上形成的反射塗層，以致任何底漆塗層係配置於該反射塗層與該玻璃片之間，其中該反射塗層反射可見光譜中至少約95%的光，其中由2008年6月出版之ASTM測試方法D523-08測得無光澤表面在60度入射角時具有約1或更小的光澤度。
  2. 一種照明系統，其包括：燈；經配置以反射由該燈發射之光的反射體，其中該反射體包含塑膠基板；及直接沈積在該反射體之光反射表面上的反射塗層，其中該反射塗層包含交聯聚合物粉末及顏料；其中該反射塗層反射可見光譜中至少約95%的光，其中由2008年6月出版之ASTM測試方法D523-08測得無光澤表面在60度入射角時具有1或更小的光澤度。
  3. 如請求項2之照明系統，其中該交聯聚合物粉末係自可交聯粉末及交聯劑形成。
  4. 如請求項2之照明系統，其中該反射塗層具有約50μm至約500μm的塗層厚度。
  5. 一種照明系統，其包括：燈；經配置以反射由該燈發射之光的反射體，其中該反射體包含玻璃或金屬基板；及 沈積在該反射體之光反射表面上的反射塗層，其中該反射塗層包含交聯聚合物粉末及顏料；其中該反射塗層反射可見光譜中至少約95%的光，其中由2008年6月出版之ASTM測試方法D523-08測得無光澤表面在60度入射角時具有約1或更小的光澤度。
  6. 如請求項5之照明系統，其中該交聯聚合物粉末係自可交聯粉末及交聯劑形成。
  7. 如請求項5之照明系統，其中該交聯粉末包括聚酯樹脂，及該顏料包括二氧化鈦。
  8. 如請求項6之照明系統，其中該交聯劑包括多官能氮丙啶、環氧樹脂、碳二醯亞胺、噁唑啉官能聚合物、三聚氰胺-甲醛、脲甲醛、胺-表氯醇、多官能異氰酸酯或其組合。
  9. 如請求項5之照明系統，其中該反射塗層具有約50μm至約500μm的塗層厚度。
  10. 一種照明系統，其包括：燈；經配置以反射由該燈發射之光的反射體，其中該反射體包含塑膠、玻璃或金屬基板；及反射塗層，其具有沈積在該反射體之光反射表面上的無光澤表面；其中該反射塗層包含無機顏料顆粒及交聯樹脂，該交聯樹脂經抑制而未實質上覆蓋該無機顏料顆粒；及其中該反射塗層反射可見光譜中至少約95%的光，其中由2008年6月出版之ASTM測試方法D523-08測得無光澤表面在60度入射角時具有1或更小的光澤度。
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