專利名稱：結(jié)構(gòu)化膜和由其制造的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及結(jié)構(gòu)化膜，制造結(jié)構(gòu)化膜的方法，以及利用結(jié)構(gòu)化膜的設(shè)備。
背景技術(shù)：
用于太陽(yáng)能應(yīng)用的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備將太陽(yáng)的能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，例如電或熱。因此，如果能使太陽(yáng)光線有效地透射到能量轉(zhuǎn)換設(shè)備中，那么該設(shè)備的效率將會(huì)增大。因而，期望在能量轉(zhuǎn)換設(shè)備和太陽(yáng)之間放置抗反射表面以便減少表面反射和增加透射。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)涉及能量轉(zhuǎn)換組件。該能量轉(zhuǎn)換組件包括太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備和與該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備鄰近的非聚光型結(jié)構(gòu)化層。該結(jié)構(gòu)化層包含交聯(lián)的反應(yīng)混合物和至少一種UV穩(wěn)定劑。該混合物包含多元醇、聚異氰酸酯和催化劑。


圖1為本文實(shí)例部分所示的數(shù)據(jù)的圖示。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的俯視圖。圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的俯視圖。圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例的俯視圖。圖5為本發(fā)明第四實(shí)施例的俯視圖。
具體實(shí)施例方式如本文使用的術(shù)語(yǔ)“能量轉(zhuǎn)換設(shè)備”是指將第一能量形式轉(zhuǎn)換成第二能量形式的設(shè)備。如本文使用的術(shù)語(yǔ)“聚氨酯”是指通過使羥基官能化材料(包含羥基-OH的材料)與異氰酸酯官能化材料(包含異氰酸酯基-ncoWMW)縮聚制備的聚合物，因而包含氨基甲酸酯聯(lián)鍵(-O(CO)-NH-)，其中(CO)是指羰基(C = 0)。如本文使用的術(shù)語(yǔ)“結(jié)構(gòu)化”是指表面而言，該表面包含一系列特征，其中特征的尺寸(高度、寬度和長(zhǎng)度)中的至少一個(gè)大于1微米。該特征尺寸(高度、寬度和長(zhǎng)度)中的兩個(gè)或甚至三個(gè)都可以大于1微米。通常，該結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)尺寸小于1毫米，一般該特征尺寸的全部都小于1毫米。如本文使用的術(shù)語(yǔ)“非聚光型”是指使入射光，如太陽(yáng)光的強(qiáng)度保持相對(duì)均勻并且不使光聚焦到限定的目標(biāo)區(qū)域。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“粘合劑”是指可用于將兩個(gè)粘附體粘附在一起的聚合物組合物。粘合劑的例子為熱活化粘合劑、結(jié)構(gòu)粘合劑和壓敏粘合劑。熱活化粘合劑在室溫下是不粘的，但是在升高的溫度下變粘并且能夠粘結(jié)到基材。這些粘合劑的Tg或熔點(diǎn)(Tm)通常高于室溫。當(dāng)將溫度升高到高于Tg或Tm時(shí)，儲(chǔ)能模量通常下降并且粘合劑變粘。結(jié)構(gòu)粘合劑是指可以粘結(jié)其他高強(qiáng)度材料(例如，木材、復(fù)合材料或金屬)而使其粘合強(qiáng)度超過6. OMPa(IOOOpsi)的粘合劑。壓敏粘合劑(PSA)組合物是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的，具有以下性質(zhì)(1)具有干粘性和持久粘性，⑵在不超過指壓作用下即可粘合，⑶具有足夠能力保持在粘附體上，以及(4)具有足夠的內(nèi)聚強(qiáng)度，可從粘附體上完全移除。已發(fā)現(xiàn)在功能上跟PSA—樣優(yōu)秀的材料為被設(shè)計(jì)和配制成表現(xiàn)出必備的粘彈性的聚合物，該聚合物能夠獲得所需的粘性、剝離粘合力以及剪切保持力的平衡。得到性質(zhì)的適當(dāng)平衡并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程。本申請(qǐng)的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備可以暴露在戶外環(huán)境中。所述結(jié)構(gòu)化表面尤其可以具有對(duì)抗例如受到的熱和紫外線(UV)輻射的耐候性能。這對(duì)于在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備中的應(yīng)用特別重要。該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備可以是將一種能量形式(例如太陽(yáng)能如熱或輻射)轉(zhuǎn)換成另一種能量形式(例如電)的任何物件。在一些實(shí)施例中，該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備，例如將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成熱的熱吸收設(shè)備，或?qū)⑻?yáng)輻照轉(zhuǎn)換成電流的太陽(yáng)能光伏電池。太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備可用于一系列廣泛的應(yīng)用中，既可用于地球范圍內(nèi)的應(yīng)用，也可用于基于太空的應(yīng)用。在一些實(shí)施例中，可以將該太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備附接到交通工具，如汽車、飛機(jī)、火車或船舶上。這些環(huán)境中的許多環(huán)境對(duì)有機(jī)聚合物材料非常不利。具有平板玻璃或聚合物正面層的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備通常由于正面表面反射而喪失3-5%的可用太陽(yáng)能。本發(fā)明的非聚光型結(jié)構(gòu)化表面層將表面反射減到最少。入射太陽(yáng)光線有一部分在該結(jié)構(gòu)化表面的斜面上被反射。然而，這些部分被反射的太陽(yáng)光線反射到相鄰的表面結(jié)構(gòu)上，在此處它們要么又直接折射回太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備中，要么全內(nèi)反射到太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備中。幾乎所有入射太陽(yáng)光線最終都到達(dá)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備中，因而提高了它的效率。非聚光型結(jié)構(gòu)化層與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備相鄰。就本專利申請(qǐng)的目的而言，相鄰的方式包括在結(jié)構(gòu)化層和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之間加有一個(gè)或多個(gè)層的實(shí)施例，其包括例如，空氣隙、聚合物層或玻璃層等。一般地，該結(jié)構(gòu)化層與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的距離小于1米。在一些實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)化層與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備相接觸。該結(jié)構(gòu)化層包括結(jié)構(gòu)化表面，而該結(jié)構(gòu)化表面包括一系列的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)化層可以是單一材料也可以是多層構(gòu)造，其中該結(jié)構(gòu)化層包含一種材料配方、而基部膜和粘合劑包含不同的材料配方。另外，該膜和粘合劑層本身可以包含多個(gè)層。一般地，該結(jié)構(gòu)化層具有結(jié)構(gòu)化表面，在這里相當(dāng)大一部分的反射光又與該表面上的另一結(jié)構(gòu)相交撞。在一些實(shí)施例中，該一系列結(jié)構(gòu)包括被一系列大致平行的槽谷分開的一系列基本平行的峰棱。就橫截面看，該結(jié)構(gòu)化層可以采取各種波形。例如，該橫截面可以采取對(duì)稱的鋸齒狀圖案，其中每一個(gè)峰均相同，每一個(gè)谷也均相同；可以是被一系列平行谷分開的具有不同高度的一系列平行峰；也可以是被一系列平行不對(duì)稱谷分開的交替平行的不對(duì)稱峰的鋸齒狀圖案。在一些實(shí)施例中，峰和谷是連續(xù)的，而在其他實(shí)施例中，也考慮了不連續(xù)峰和谷的圖案。因而，例如，峰和谷可以在制品的某個(gè)部分終止。隨著峰或谷從制品的一端行進(jìn)到另一端，谷也可以變窄或變寬。更進(jìn)一步，隨著峰或谷從制品的一端行進(jìn)到另一端，給定峰或谷的高度和/或?qū)挾瓤梢愿淖儭?br> 在一些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化表面與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備相對(duì)，并且該結(jié)構(gòu)化表面是抗反射的。就本專利申請(qǐng)的目的而言，抗反射的結(jié)構(gòu)化表面意味著，其對(duì)全部入射角平均的反射少于在相應(yīng)平坦表面上的反射，例如少于平坦表面上的反射的50%，在特定實(shí)施例中，少于平坦表面上的反射的80%。峰的尺寸一般具有至少約10微米(0. 0004英寸)的高度。在另一個(gè)實(shí)施例中，峰具有多達(dá)約250微米(0.010英寸)的高度。在一個(gè)實(shí)施例中，峰的高度為至少約20微米(0. 0008英寸)，在另一個(gè)實(shí)施例中，峰的高度高達(dá)約150微米(0. 006英寸)。相鄰峰之間的峰-峰間距一般為至少約10微米(0. 0004英寸)。在另一個(gè)實(shí)施例中，該間距高達(dá)約250微米(0.010英寸)。在一個(gè)實(shí)施例中，該間距為至少約20微米(0.0008英寸)，且在一些實(shí)施例中，該間距高達(dá)約150微米(0.006英寸)。相鄰峰之間的夾角也可以變化。谷可以是平坦的、圓的、拋物線形的，或V形的。峰一般是V形的，頂角小于60度，在一些實(shí)施例中小于50度，且在特定實(shí)施例中小于40度。然而，本申請(qǐng)也涉及頂部為半圓的峰，此種實(shí)施例中的頂角則由兩側(cè)面的最佳擬合線取得。在一些實(shí)施例中，所述一系列結(jié)構(gòu)是不均勻結(jié)構(gòu)。例如，該結(jié)構(gòu)在高度、基部寬度、間距、頂角、或其他結(jié)構(gòu)方面都可以不同。在此種實(shí)施例中，在整個(gè)表面內(nèi)結(jié)構(gòu)與該表面平面的傾斜度平均偏離法線方向小于30度。在其他實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)在圍繞平面的垂直線的一個(gè)方向上基本對(duì)稱。該結(jié)構(gòu)化表面包含結(jié)構(gòu)化聚氨酯層。這種聚氨酯層是通過使包含多元醇、聚異氰酸酯和催化劑的反應(yīng)混合物縮聚制備的。該反應(yīng)混合物也可以包含不可縮聚的附加組分，且一般包含至少一種UV穩(wěn)定劑。如下面描述，該縮聚反應(yīng)，或固化，一般在模型或模具中進(jìn)行從而在固化的表面中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化的表面。因?yàn)楸竟_所述的聚氨酯聚合物是由多元醇與聚異氰酸酯的縮合反應(yīng)形成的，所以它們至少包含聚氨酯聯(lián)鍵。在本公開中形成的聚氨酯聚合物可以僅包含聚氨酯聯(lián)鍵，或者它們可以包含其他任選的聯(lián)鍵如聚脲聯(lián)鍵、聚酯聯(lián)鍵、聚酰胺聯(lián)鍵、硅樹脂聯(lián)鍵、丙烯酸類聯(lián)鍵等。如下面描述的，這些其他任選的聯(lián)鍵可以出現(xiàn)在聚氨酯聚合物中，因?yàn)樗鼈兇嬖谟谟糜谛纬删郯滨ゾ酆衔锏亩嘣蓟蚓郛惽杷狨ゲ牧现小１竟_的聚氨酯聚合物不是通過自由基聚合固化的。例如，帶有乙烯基或其他可自由基聚合的端基的聚氨酯低聚物分子是已知材料，通過這些分子的自由基聚合形成的聚合物有時(shí)稱為“聚氨酯”，但此類聚合物在本公開范圍之外。通常，該結(jié)構(gòu)化聚氨酯層具有足以產(chǎn)生所需光學(xué)效應(yīng)的尺寸。該聚氨酯層的厚度一般不超過10毫米，通常比這薄得多。由于經(jīng)濟(jì)原因，一般期望使用盡可能薄的結(jié)構(gòu)化聚氨酯層。也許期望將包含在該結(jié)構(gòu)中的聚氨酯材料的量最大化，并期望將構(gòu)成結(jié)構(gòu)化聚氨酯層基底、但未被結(jié)構(gòu)化的聚氨酯材料量減到最少。在一些情況下，這種基底部分有時(shí)稱為“基地”，因?yàn)樗愃朴谏綇钠渖厢绕鸬幕?。可以使用多種多樣的多元醇。術(shù)語(yǔ)多元醇包括羥基官能化材料，其一般包含至少2個(gè)端羥基，且一般可以用結(jié)構(gòu)HO-B-OH表示，其中該B基團(tuán)可以是脂肪族基團(tuán)、芳香族基團(tuán)或者包含脂肪族基團(tuán)和芳香族基團(tuán)的組合的基團(tuán)，并可以包含多種聯(lián)鍵或官能團(tuán)，包括額外的端羥基。通常，HO-B-OH為二元醇或羥基封端的預(yù)聚物如聚氨酯、聚酯、聚酰胺、硅樹脂、丙烯酸類，或聚脲預(yù)聚物。
可用的多元醇的例子包括，但不局限于，聚酯多元醇(如內(nèi)酯多元醇)、聚醚多元醇(如聚氧亞烷基多元醇)、聚亞烷基多元醇、其混合物以及由它們得到的共聚物。聚酯多元醇特別有用。其中，可用的聚酯多元醇為線性和非線性聚酯多元醇，包括，例如由聚己二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚癸二酸己二醇酯、聚十二烷二羧酸己二醇酯、聚己二酸新戊二醇酯、聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸環(huán)己烷二甲酯，和聚ε -己內(nèi)酯制成的那些。特別有用的是可以商品名“K-FLEX”如K-FLEX 188或K-FLEX Α308得自KingIndustries (Norwalk, CT)的脂肪族聚酯多元醇。當(dāng)HO-B-OH為羥基封端的預(yù)聚物時(shí)，可使用多種多樣的前體分子來產(chǎn)生所需的HO-B-OH預(yù)聚物。例如，多元醇與低于化學(xué)計(jì)量量的二異氰酸酯的反應(yīng)可產(chǎn)生羥基封端的聚氨酯預(yù)聚物。合適的二異氰酸酯的例子包括，例如，芳香族二異氰酸酯，如2，6-甲苯二異氰酸酯、2，5-甲苯二異氰酸酯、2，4-甲苯二異氰酸酯、間亞苯基二異氰酸酯、對(duì)亞苯基二異氰酸酯、亞甲基雙(鄰氯苯基二異氰酸酯)、亞甲基二亞苯基_4，4' -二異氰酸酯、聚碳化二亞胺改性的亞甲基二亞苯基二異氰酸酯、G，4' - 二異氰酸根合_3，3' ,5,5'-四乙基)聯(lián)苯甲烷、4，4' -二異氰酸根合_3，3' -二甲氧基聯(lián)苯、5-氯-2，4-甲苯二異氰酸酯、1-氯甲基-2，4- 二異氰酸根合苯；芳香族-脂肪族二異氰酸酯如間-苯二甲基二異氰酸酯、四甲基-間-苯二甲基二異氰酸酯；脂肪族二異氰酸酯，如1，4- 二異氰酸根合丁烷、1，6- 二異氰酸根合己烷、1，12-二異氰酸根合十二烷、2-甲基-1，5-二異氰酸根合戊烷；和脂環(huán)族二異氰酸酯如亞甲基-二亞環(huán)己基_4，4‘ - 二異氰酸酯，和3-異氰酸根合甲基-3，5，5-三甲基-環(huán)己基異氰酸酯(異氟爾酮二異氰酸酯)。由于對(duì)耐侯性的要求，一般使用脂肪族和脂環(huán)族二異氰酸酯。HO-B-OH預(yù)聚物的合成的一個(gè)實(shí)例示于如下反應(yīng)方案1 (其中(CO)表示羰基C =0)中2H0-R1-0H+0CN-R2-NC0 — HO-R1-O- [ (CO) N-R2-N (CO) O-R1-O-] nH反應(yīng)方案1其中η為1或更大，取決于多元醇與二異氰酸酯的比率，例如，當(dāng)比率為2 1時(shí)，η為1。多元醇與二羧酸或二酐之間的類似反應(yīng)可產(chǎn)生具有酯連接基團(tuán)的HO-B-OH預(yù)聚物。每個(gè)分子具有多于2個(gè)羥基的多元醇在與雙官能或更高官能異氰酸酯反應(yīng)后將形成交聯(lián)樹脂。交聯(lián)可阻止形成的聚合物蠕變，并有助于維持所需結(jié)構(gòu)。通常，該多元醇是脂肪族聚酯多元醇，如可以商品名“K-FLEX”如K-FLEX 188或K-FLEX Α308得自KingIndustries (Norwalk, CT)的那些?？梢允褂枚喾N多樣的聚異氰酸酯。術(shù)語(yǔ)聚異氰酸酯包括異氰酸酯官能化材料，其一般包含至少2個(gè)異氰酸酯端基，如一般可以用結(jié)構(gòu)0CN-Z-NC0表示的二異氰酸酯，其中Z基團(tuán)可以是脂肪族、芳香族，或者包含脂肪族基團(tuán)和芳香族基團(tuán)的組合的基團(tuán)。合適的二異氰酸酯的例子包括，例如，芳香族二異氰酸酯，如2，6-甲苯二異氰酸酯、2，5-甲苯二異氰酸酯、2，4_甲苯二異氰酸酯、間亞苯基二異氰酸酯、對(duì)亞苯基二異氰酸酯、亞甲基雙(鄰氯苯基二異氰酸酯)、亞甲基二亞苯基_4，4‘ - 二異氰酸酯、聚碳化二亞胺改性的亞甲基二亞苯基二異氰酸酯、(4，4' - 二異氰酸根合_3，3' ,5,5'-四乙基)聯(lián)苯甲烷、4，4' - 二異氰酸根合_3，3' -二甲氧基聯(lián)苯、5-氯-2，4-甲苯二異氰酸酯、1-氯甲基-2，4-二異氰酸根合苯；芳香族-脂肪族二異氰酸酯如間-苯二甲基二異氰酸酯、四甲基-間-苯二甲基二異氰酸酯；脂肪族二異氰酸酯，如1，4_ 二異氰酸根合丁烷、1，6_ 二異氰酸根合己烷、1，12-二異氰酸根合十二烷、2-甲基-1，5- 二異氰酸根合戊烷；和脂環(huán)族二異氰酸酯如亞甲基-二亞環(huán)己基_4，4' -二異氰酸酯，和3-異氰酸根合甲基-3，5，5-三甲基-環(huán)己基異氰酸酯(異氟爾酮二異氰酸酯)。由于對(duì)耐侯性的要求，一般使用脂肪族和脂環(huán)族二異氰酸酯。某種程度的交聯(lián)對(duì)維持所需結(jié)構(gòu)化表面有用。一種途徑是使用官能度大于2.0的多異氰酸酯。一種特別合適的脂肪族聚異氰酸酯是商購(gòu)自Bayer (Pittsburgh，PA)的DESMODUR N3300A。在一些實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)化層的交聯(lián)密度在該層整個(gè)厚度內(nèi)是可變的。例如，該結(jié)構(gòu)化層表面處的交聯(lián)密度可能較高?？梢栽谙鄬?duì)低的電壓如IOOkV 150kV下使用電子束輻照來增大該表面結(jié)構(gòu)化的薄膜的表面處的交聯(lián)密度。用于形成該結(jié)構(gòu)化聚氨酯層的反應(yīng)混合物還包含催化劑。該催化劑促進(jìn)多元醇與聚異氰酸酯之間的縮合反應(yīng)。普遍公認(rèn)用于氨基甲酸酯聚合中的常規(guī)催化劑可以適用于本公開。例如，可以使用鋁基、鉍基、錫基、釩基、鋅基，或鋯基催化劑。錫基催化劑特別有用。已發(fā)現(xiàn)錫基催化劑能夠顯著減少存在于聚氨酯中的滲氣的量。二丁基錫化合物是最理想的，如二乙酸二丁基錫、二月桂酸二丁基錫、二乙酰丙酮酸二丁基錫、二硫醇二丁基錫、二辛酸二丁基錫、二馬來酸二丁基錫、丙酮基丙酮酸二丁基錫和氧化二丁基錫。商購(gòu)自AirProducts and Chemicals Inc. (Allentown, PA)的二月桂酸二丁基錫催化劑DABCO T-12 是特別適合的。所包含的催化劑的量一般為至少25ppm或甚至IOOOppm或更高。大約300pprn可提供適當(dāng)?shù)墓袒瘯r(shí)間。作為另外一種選擇，多元醇與多異氰酸酯的反應(yīng)可以在無(wú)需催化劑的情況下進(jìn)行，并且利用通過電子束輻照形成的自由基加速交聯(lián)。這可能是有利的，因?yàn)樵摯呋瘎?huì)引起聚氨酯聚合物的氧化降解和光降解。在另一個(gè)實(shí)施例中，利用上面優(yōu)選的催化劑使該反應(yīng)混合物聚合，然后利用電子束輻照使其進(jìn)一步交聯(lián)。利用電子束輻照獲得的較高交聯(lián)密度可以增大該聚氨酯的耐久性，尤其是對(duì)磨損，例如如圖1所示的對(duì)落砂引起的磨損的耐久性。可以控制電子束輻照從而在聚氨酯結(jié)構(gòu)化表面的表面處提供較該聚氨酯制品本體(bulk)高的交聯(lián)密度。高的交聯(lián)密度具有將磨損引起的透射損耗減到最小的理想效果。例如，在120kV下以30兆拉德(megarad)劑量照射表面結(jié)構(gòu)化脂肪族聚氨酯，可以將透射損耗減小到小于3%。測(cè)得在磨損前示例表面結(jié)構(gòu)比平板玻璃表面的透射增大4-5%。因?yàn)樗C明的該表面結(jié)構(gòu)的益處在于提供了較平板玻璃高的透射，所以期望將磨損引起的透射損耗減小到不大于3%。本發(fā)明的示例性高度交聯(lián)的表面結(jié)構(gòu)化聚氨酯在落砂引起磨損之后，可以維持較平板玻璃高的透射。該脂肪族聚氨酯表現(xiàn)出良好的對(duì)紫外線環(huán)境的穩(wěn)定性，但添加UV穩(wěn)定劑可進(jìn)一步提高它們?cè)诒┞队谠摥h(huán)境下時(shí)的穩(wěn)定性。合適的UV穩(wěn)定劑的例子包括紫外線吸收劑(UVA)、位阻胺光穩(wěn)定劑(HALQ和抗氧化劑。已發(fā)現(xiàn)選用可溶于反應(yīng)混合物、尤其是可溶于多元醇中的添加劑有好處的?？傻米訡ikiCTarrytown，NY)的苯并三唑UVA如化合物TINUVIN P、213、234、3^、327、3^ 和 571 ；可得自 Ciba(Tarrytown，NY)的羥基苯基三嗪如TINUVIN 400 和 405 ；可得自 Ciba (Tarrytown，NY)的 HALS 如 TINUVIN 123、144、622、765、770 ；以及可得自Ciba (Tarrytown, NY)的抗氧化劑IRGANOX 1010、1135和1076特別有用?？傻米訡iki (Tarrytown，NY)的材料TINUVIN B75 (含有UVA、HALS和抗氧化劑的產(chǎn)品)也是適合的。
用于形成結(jié)構(gòu)化聚氨酯層的反應(yīng)混合物還可以包含另外的添加劑，只要該添加劑不干擾氨基甲酸酯聚合反應(yīng)或不對(duì)所形成的結(jié)構(gòu)化聚氨酯層光學(xué)性能產(chǎn)生有害影響即可?？杉尤雽?duì)反應(yīng)混合物的混合、加工或涂覆有幫助，或者對(duì)所形成的結(jié)構(gòu)化聚氨酯層最終性能有幫助的添加劑。添加劑的例子包括包括納米顆?；蜉^大顆粒在內(nèi)的顆粒；脫模劑；低表面能劑；防霉劑；抗真菌劑；消泡劑；抗靜電劑；以及偶聯(lián)劑如氨基硅烷和異氰酸根合硅烷。也可以使用添加劑的組合。該結(jié)構(gòu)化表面易于通過多種技術(shù)制造。例如，可以在制造過程中即賦予該結(jié)構(gòu)。在一種途徑中，擠出或涂布用于結(jié)構(gòu)化表面的聚合物?？赏ㄟ^利用熱、真空和/或壓力等壓花技術(shù)形成該結(jié)構(gòu)化表面。在一些實(shí)施例中，將反應(yīng)混合物施加到結(jié)構(gòu)化模具中也許是可行的。其他技術(shù)也是可行的，而且不難為本領(lǐng)域技術(shù)人員想到。在一些實(shí)施例中，通過將反應(yīng)混合物層施加到諸如能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之類的基材上，并在該基材上制作結(jié)構(gòu)化聚氨酯層來制備結(jié)構(gòu)化膜。該反應(yīng)混合物可以直接固化到基材上。這個(gè)過程可以通常包括以下步驟的多種不同方式實(shí)現(xiàn)供應(yīng)透明基材，給該透明基材涂底漆從而提高粘合力，制備反應(yīng)混合物，將該反應(yīng)混合物施加到該透明基材上，將結(jié)構(gòu)化模具施加到該反應(yīng)混合物上，使該反應(yīng)混合物聚合并移除模具從而在該透明基材上形成結(jié)構(gòu)化聚氨酯層。可以通過使用粘合劑使該結(jié)構(gòu)化聚氨酯層粘附到能量轉(zhuǎn)換設(shè)備上。該粘合劑可以采用多種形式，包括壓敏粘合劑、熱活化粘合劑以及結(jié)構(gòu)粘合劑。期望選擇可將結(jié)構(gòu)化聚氨酯層粘附到透明基材上而不干擾該結(jié)構(gòu)化層光學(xué)性能的粘合劑。一般地，可用的結(jié)構(gòu)粘合劑包含可以固化而形成透明基材和結(jié)構(gòu)化聚氨酯層之間的強(qiáng)力粘合作用的反應(yīng)性材料。該結(jié)構(gòu)粘合劑可以在混合后(如2部分環(huán)氧粘合劑)或在暴露于空氣中后(如氰基丙烯酸酯粘合劑)自發(fā)地固化，或者可以通過加熱或輻射(如UV線)進(jìn)行固化。合適的結(jié)構(gòu)粘合劑的例子包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯、氨基甲酸酯等。在一些實(shí)施例中，期望使用與制備結(jié)構(gòu)化聚氨酯層相同的反應(yīng)混合物來做粘合劑。其一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是固化的聚氨酯層可以與用于形成它的反應(yīng)混合物具有相容性。合適的熱活化粘合劑和壓敏粘合劑的例子包括(例如)天然橡膠粘合劑、合成橡膠粘合劑、苯乙烯嵌段共聚物粘合劑、聚乙烯醚粘合劑、丙烯酸類粘合劑、聚烯烴和烯烴共聚物粘合劑、硅樹脂粘合劑、氨基甲酸酯粘合劑或尿素粘合劑。所述粘合劑，不論是結(jié)構(gòu)粘合劑、熱活化粘合劑或壓敏粘合劑，都可以施加到透明基材或施加到固化的結(jié)構(gòu)化聚氨酯層上。該粘合劑可以用多種涂布技術(shù)施加從而形成粘合劑層，所述多種涂布技術(shù)例如凹版涂布、淋幕式涂布、槽式涂布、旋涂、絲網(wǎng)涂布、轉(zhuǎn)移涂布、刷涂或輥涂、噴涂，以及噴墨印刷、熱熔融涂布等。該粘合劑層可以是連續(xù)或不連續(xù)的。如果使用熱活化粘合劑，則可以加熱來增強(qiáng)粘合劑層的粘性。如果粘合劑層存在于透明基材上，則可以將固化的結(jié)構(gòu)化聚氨酯層施加到該粘合劑層上。如果粘合劑層存在于固化的結(jié)構(gòu)化聚氨酯層上，則把透明基材與該粘合劑層壓接。在一些實(shí)施例中，在透明基材表面和固化的結(jié)構(gòu)化聚氨酯層表面上都施加粘合劑也是可取的。在一些實(shí)施例中，使用底漆提高對(duì)基材的粘合力。氨基丙基硅烷底漆(例如可得自Dow Corning and Momentive Performance Materials)可以用于提高交聯(lián)的聚氨酉旨與玻璃間的粘合力。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以用液體使結(jié)構(gòu)化聚氨酯層粘附到能量轉(zhuǎn)換設(shè)備上。在這個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)對(duì)該液體與基材以及與結(jié)構(gòu)化層之間的表面相互作用加以選擇，以便可以很好地潤(rùn)濕該兩表面。如果期望在將來某個(gè)時(shí)間容易地把結(jié)構(gòu)化聚氨酯層剝除，則這種辦法尤其有用。選擇合適的液體時(shí)還要考慮到低蒸發(fā)率、對(duì)于結(jié)構(gòu)化層和基材的惰性、UV穩(wěn)定性、UVA、HALS和抗氧化劑，以及抗靜電劑。另外，可以在單一透明基材或多個(gè)結(jié)構(gòu)化基材上制備多個(gè)結(jié)構(gòu)化聚氨酯層，這可以利用這樣的技術(shù)完成，其中將反應(yīng)混合物涂布在基材上或涂布在模具上，并將該基材和該模具放在一起，該反應(yīng)混合物固化從而形成結(jié)構(gòu)化聚氨酯層。此種過程可以分批或連續(xù)完成。連續(xù)過程的例子是使用涂布機(jī)，如切口棒涂布機(jī)(notch bar coater)，以多個(gè)透明基材作為底層并以模具膜(tooling film)作為頂層。可以連續(xù)地將反應(yīng)混合物引入到透明基材層上，使壓在這個(gè)涂層上作為底層的模具膜通過涂布機(jī)。圖2示出本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例。組件20包含結(jié)構(gòu)化層21和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備22。結(jié)構(gòu)化層21與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備22接觸，且在一些實(shí)施例中結(jié)構(gòu)化層21被直接固化到能量轉(zhuǎn)換設(shè)備22上。圖3示出另一個(gè)實(shí)施例。組件30包含結(jié)構(gòu)化層31、膜層32、粘合劑層33和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備34。在此種實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換設(shè)備22和34可以是光伏電池。圖4示出本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例。組件40包含粘附到透明基材如玻璃42上的結(jié)構(gòu)化層41。然后存在將結(jié)構(gòu)化層41和玻璃42與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備44分開的空氣間隙43。圖5示出本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例，其中組件50包含位于膜層52上的結(jié)構(gòu)化表面51，膜層52利用粘合劑層53粘附到另一個(gè)膜層M上從而形成結(jié)構(gòu)化組件55?？諝忾g隙56將結(jié)構(gòu)化組件陽(yáng)與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備57分開。在此種實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換設(shè)備44和57可以是太陽(yáng)能集熱設(shè)備。該能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，尤其該結(jié)構(gòu)化層可能暴露在外部環(huán)境中，因而易受多種不利條件影響。例如，在外部環(huán)境中的暴露使得該結(jié)構(gòu)化層暴露在諸如雨、風(fēng)、雹、雪、冰、揚(yáng)沙等惡劣天氣中，它們可以損壞其結(jié)構(gòu)化表面。另外，長(zhǎng)期暴露于來自太陽(yáng)的熱和UV照射下也可能導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)化層劣化。聚合物有機(jī)材料在反復(fù)暴露于UV輻射之后易于分解。諸如太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備之類的設(shè)備的耐候性一般以年衡量，因?yàn)槠谕摬牧峡梢赃\(yùn)作多年而不出現(xiàn)性能退化或性能損失。期望該材料可以經(jīng)受多達(dá)20年的戶外暴露而不出現(xiàn)光透射或機(jī)械完整性的顯著損失。典型的聚合物有機(jī)材料無(wú)法經(jīng)受得起在戶外暴露很長(zhǎng)時(shí)間如20年不出現(xiàn)光透射或機(jī)械完整性的損失。通常，該結(jié)構(gòu)化聚氨酯層包含脂肪族聚氨酯，因?yàn)榘枷阕宸肿拥木郯滨タ赡軙?huì)因暴露于UV輻射下而隨時(shí)間的推移變黃。另外，該結(jié)構(gòu)化聚氨酯層中存在至少一種UV穩(wěn)定劑以便進(jìn)一步增強(qiáng)其耐候性。在一些實(shí)施例中，可以使用UV穩(wěn)定劑的組合。^M這些實(shí)例僅僅是說明性的，而不旨在限制所附的權(quán)利要求書的范圍。除非另外指明，否則實(shí)例和說明書其余部分中的所有份數(shù)、百分比、比率等均按重量計(jì)。實(shí)例1在一個(gè)3英寸的芯軸上卷繞著聚丙烯微結(jié)構(gòu)化表面膜，該膜的一個(gè)表面具有頂角為53°的線性三角棱的“棱紋(riblet)”圖案。在40°C下將商購(gòu)自Ciba SpecialtyChemicals (Tarrytown, NY)的 UV 吸收劑(2. 0 重量 ％ "TINUVIN 405” 和 1. 0 重量 ％“TINUVIN 123，，)和二月桂酸二丁基錫催化劑(0.03重量％，以商品名‘‘DABCO T12”商購(gòu)自Air Products (Allentown, PA))的共混物預(yù)先溶解在KFLEX 188多元醇(以商品名“KFLEX188”商購(gòu)自 King Industries Inc. (Norwalk，Connecticut))中。在塑料燒杯中手動(dòng)攪拌28g此混合物和22g六亞甲基二異氰酸酯(以商品名“DESMODUR N3300”商購(gòu)自BayerMaterialScience AG (Leverkusen, Germany)，六亞甲基二異氰酸酯的二聚體和三聚體，平均2. 4異氰酸酯)。所有成分均預(yù)先加熱到40°C。UV吸收劑和催化劑的重量％基于KFLEX188和Desmodur 3300及添加劑。弄齊聚丙烯模具膜的前端，用膠帶將其粘在光伏面板邊緣上。分配流動(dòng)性材料從而在模具膜前面形成小的聚氨酯料堆。用手在涂布棒上施加足夠壓力，以把可固化樹脂涂布在整個(gè)模具膜的長(zhǎng)度上。讓該聚氨酯在150° F的烘箱中固化30分鐘。一俟聚氨酯固化，且面板冷卻至室溫，移除模具膜從而暴露出在基材上新形成的微結(jié)構(gòu)化表面。直接將“KFLEX 188” “棱紋”結(jié)構(gòu)施加到一塊玻璃上可將反射百分比從4. 19%降低到0. 43%。平均反射％測(cè)量使用PerkinElmer Lambda 950 UV-VIS-OTR掃描分光光度計(jì)測(cè)量經(jīng)等離子體處理過的表面的平均反射％。將Yamato黑色乙烯膠帶#200-38 (Yamato Black Vinyl Tape#200-38)(可得自 Yamato International Corporation (Woodhaven，MI))貼到樣品的背面，以準(zhǔn)備每種膜的一個(gè)樣品。利用兩側(cè)的透射率和反射率都被預(yù)先確定的透明聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)膜來確定該黑色膠帶的反射率。使用輥將黑色膠帶與樣品背面層合，以確保黑色膠帶與樣品之間無(wú)氣泡。為了通過積分球檢測(cè)器測(cè)量前表面的總反射率(鏡面反射和漫反射)，將樣品放入機(jī)器中使得無(wú)膠帶側(cè)對(duì)著光孔圈。以8°入射角測(cè)量出反射率，通過減去黑色膠帶在400-800nm波長(zhǎng)范圍的反射率而計(jì)算平均反射％。實(shí)例2在商購(gòu)自AEE Solar (Redway, CA)的50瓦光伏模組前表面上施加脂肪族聚酯多元醇 Kflex 188 (King Industries)和基于六亞甲基二異氰酸酯 Desmodur N3300 (Bayer)的聚異氰酸酯與含有2% Tinuvin 405 UVA和Tinuvin 123 HALS的二月桂酸二丁基錫催化劑的混合物(如實(shí)例1)。在該混合物固化之前，將具有頂角為53度的三角棱的聚丙烯膜復(fù)制模具滾壓到其表面上。固化之后，移除該聚丙烯三角棱膜，在交聯(lián)的脂肪族氨基甲酸酯上便留下微復(fù)制表面結(jié)構(gòu)。然后，在kandia，MN在接近冬至的某個(gè)晴天將該表面結(jié)構(gòu)化了的PV模件垂直于中午陽(yáng)光放置。光伏模件的功率輸出用手持式電壓/電流計(jì)來測(cè)量，并通過將開路電壓乘以閉環(huán)電流、再乘以0. 75的填充系數(shù)來計(jì)算，前提假設(shè)該填充系數(shù)未被正面的表面結(jié)構(gòu)化的薄膜所改變。在早上(9AM)、中午(12PM)和下午(3PM)測(cè)量PV的功率輸出，在表1中將結(jié)果與相同方法制造且型號(hào)相同的表面非結(jié)構(gòu)化的光伏對(duì)照模件進(jìn)行比較。表 1
對(duì)照(瓦)實(shí)例2(瓦)功率增大％上午9點(diǎn)35. 238. 38. 權(quán)利要求
1.一種能量轉(zhuǎn)換組件，其包括太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換設(shè)備；和與所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備鄰近的非聚光型結(jié)構(gòu)化層，所述結(jié)構(gòu)化層包含交聯(lián)的反應(yīng)混合物和至少一種UV穩(wěn)定劑，所述交聯(lián)的反應(yīng)混合物包含多元醇；多異氰酸酯；和催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層具有結(jié)構(gòu)化表面，且所述結(jié)構(gòu)化表面包含所述反應(yīng)混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層具有與所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備相對(duì)的結(jié)構(gòu)化表面，且所述結(jié)構(gòu)化表面是抗反射的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括包含一系列不均勻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其中在整個(gè)所述表面內(nèi)所述結(jié)構(gòu)平均偏離法線方向傾斜小于30度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括包含一系列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，且所述結(jié)構(gòu)在圍繞所述表面垂直線的一個(gè)維度上基本對(duì)稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換設(shè)備是太陽(yáng)能光伏電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換設(shè)備是熱吸收設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層與所述能量設(shè)備層接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層被直接固化到所述能量設(shè)備層上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備具有平坦表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述能量轉(zhuǎn)換設(shè)備具有彎曲表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的組件，其中所述彎曲表面是管狀物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的組件，其中所述彎曲表面包圍著太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層包含脂肪族聚氨酯。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述至少一種UV穩(wěn)定劑選自UV吸收劑(UVA)、位阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)、抗氧化劑或它們的組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述UV穩(wěn)定劑包含三嗪。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層進(jìn)一步包含至少一種另外的添加劑，所述添加劑選自顆粒、防霉劑、抗真菌劑、消泡劑、抗靜電劑、偶聯(lián)劑、脫模劑、防污劑及其組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括包含一系列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，且所述結(jié)構(gòu)的頂角小于60度。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括包含一系列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，且所述結(jié)構(gòu)的頂角小于50度。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括包含一系列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化表面，且所述結(jié)構(gòu)的頂角小于40度。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述多元醇包含環(huán)己醇單元。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的組件，其中所述環(huán)己醇單元是環(huán)己烷二甲醇。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述非聚光型結(jié)構(gòu)化層在所述膜表面的表面處的交聯(lián)密度較大。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述非聚光型結(jié)構(gòu)化層涂有防潮物涂層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的組件，其中所述防潮物涂布的非聚光型結(jié)構(gòu)化層被附接到光伏電池上。
27.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其中所述光伏電池被附接到汽車、飛機(jī)、火車、船、休閑運(yùn)輸工具或人力驅(qū)動(dòng)車輛上。
全文摘要
一種太陽(yáng)能收集組件，其包括表面結(jié)構(gòu)化聚氨酯層。所述結(jié)構(gòu)化聚氨酯層包括可交聯(lián)的反應(yīng)混合物和至少一種UV穩(wěn)定劑。所述可交聯(lián)的反應(yīng)混合物包括多元醇、多異氰酸酯和任選的催化劑。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102598298SQ201080048414
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者蒂莫西·J·赫布林克, 詹姆斯·M·瓊扎 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司