具体实施方式
本发明披露了聚合物板材，该聚合物板材可提供改善的光控制，即提高的可见光(例如400纳米(nm)至700nm的波长)透射率。在各种应用中，对透过多层板材的光和被阻止透过多层板材的光的控制可明显影响板材的有效性。例如，当多层板材用作自然采光建筑物(例如温室、泳池、阳光室等)的屋顶时，允许可见光射入同时阻止直射太阳光射入可明显提升作物的生长，例如可见光透射率增加1％可使作物的生长提升1％。然而，直射太阳光透射可损害作物。本发明的多层板材提高了可见光透射率。
该多层板材在各层之间具有液体。由于层中的液体，该板材的可见光透射率具有大于或等于5％的提高(按照等同于ISO 9050的NEN-EN-410-65测量)，并且具有小于或等于68％的直射太阳光透射率(按照等同于ISO 9050的NEN-EN-410测量)。如本申请所用，ISO 9050是指采用垂直测量的2003年8月15日第二版的ISO 9050(参考编号ISO 9050：2003(E))。该可见光检测使用光源D65。
多层板材可用于各种应用。例如，温室可包括：建筑结构和包括多层板材的屋顶。在一种实施方式中，多层板材包括：大于或等于两个，或更具体地大于或等于三个聚合物层(例如包括第一外层、第二外层和内层，其中所述聚合物层可设置成基本上相互平行(例如可设置成使得所述聚合物层不相交))；横断层；液体。液体位于横断层与聚合物层相交形成的单元内。该多层板材具有第一可见光透射率和第一直射太阳光透射率。第二多层板材具有与该多层板材相同的材料和设计且不含液体，并且具有第二可见光透射率。第一可见光透射率大于第二可见光透射率，第一直射太阳光透射率按照ISO 9050测定为约63％至约70％。在一些实施方式中，按照ISO 9050测量，对于约400nm至约700nm的波长第一可见光透射率大于或等于85％，按照ISO 9050测量，第一直射太阳光透射率为约65％至约68％。
在另一实施方式中，多层板材包括：三个聚合物层(例如包括第一外层、第二外层和内层)，横断层，液体。液体位于横断层与聚合物层相交形成的单元内。聚合物层包括选自下列的聚合物：聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚烯烃、聚醚酰亚胺、苯乙烯和包括前述聚合物中至少一种的组合。该多层板材按照ISO 9050测量对于约400nm至约700nm的波长具有大于或等于87％的可见光透射率，并且按照ISO 9050测量具有约63％至约70％的直射太阳光透射率。
在又一实施方式中，多层板材包括：大于或等于三个聚合物层(例如包括第一外层、第二外层和内层)，横断层和液体。液体位于横断层与聚合物层相交形成的单元内。该多层板材按照ISO 9050测量对于约400nm至约700nm的波长具有大于或等于85％的可见光透射率，并且按照ISO 9050测量具有约65％至约68％的直射太阳光透射率。
在又一实施方式中，多层板材包括：大于或等于两个聚合物层；横断层。横断层与聚合物层相交形成单元，液体位于所述单元内。横断层具有选自下列的几何结构：交叉形几何结构、正弦曲线形几何结构和包括前述几何结构中至少一种的组合。该多层板材具有第一可见光透射率和第一直射太阳光透射率。第二多层板材具有与该多层板材相同的材料和设计且不含液体，并且具有第二可见光透射率和第二直射太阳光透射率。第一可见光透射率大于第二可见光透射率，第一直射太阳光透射率按照ISO 9050测量为约63％至约70％。
在又一实施方式中，多层板材包括：大于或等于两个聚合物层，横断层。横断层与聚合物层相交形成单元，液体位于所述单元内。聚合物层具有小于或等于约1mm的厚度。该多层板材具有小于或等于约55mm的厚度并具有第一可见光透射率和第一直射太阳光透射率。第二多层板材具有与该多层板材相同的材料和设计且不含液体，并且具有第二可见光透射率。第一可见光透射率大于第二可见光透射率，第一直射太阳光透射率按照ISO9050测定为约63％至约70％。
在一些实施方式中，多层板材可具有按照ISO 9050测量大于或等于86％，或更具体地大于或等于87％的可见光透射率。多层板材还可具有按照ISO 9050测量约65％至约68％的直射太阳光透射率。液体可以是水、甘油、聚二甲基硅氧烷油以及包括前述液体中至少一种的组合，例如去离子水。另外，多层板材可具有小于或等于55mm的总厚度(例如从第一外层的外侧至第二外层的外侧)。多层板材还可包括位于板材端部与单元流体连通的第一歧管。
聚合物层的聚合物可以是聚烯烃、聚碳酸酯、丙烯酸类、聚缩醛、苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚醚酰亚胺、聚氨酯、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮和包括前述中至少一种的组合。例如，聚合物可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龙、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚氯乙烯、聚苯醚/聚苯乙烯、聚苯醚/尼龙、聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/热塑性聚氨酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯、热塑性弹性体合金、尼龙/弹性体、聚酯/弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯、缩醛/弹性体、苯乙烯-马来酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚、以及包括前述聚合物中至少一种的组合。
多层板材的层数取决于客户要求，例如结构整体性、总厚度、透光性和隔热性。板厚可达约55毫米(mm)或更厚，或更具体地约1mm至约45mm，或甚至更具体地约3mm至约35mm，或甚至更具体地约3mm至约25mm，或甚至更具体地约5mm至约15mm。多层板材具有至少两层，或更具体地大于或等于三层(例如主要层)(例如参见图1-5，层2)，或甚至更具体地约三层至约十层，或甚至更具体地约四层至约八层。各层的厚度可小于或等于约1mm，或更具体地约0.2mm至约0.8mm，或甚至更具体地约0.3mm至约0.6mm。
另外，板材具有足够数量的横断层以获得所需的结构整体性。除了主要层以外，还可使用横断层(分隔体)(例如参见图1-5，横断层4)。分隔体可具有各种几何结构，例如垂直几何结构(例如参见图1和3)、交叉形(例如X)几何结构(例如参见图2和5，X形分隔体6)、正弦曲线形几何结构(例如参见图4，正弦曲线形分隔体8)、以及任意其它几何结构和包括这些几何结构中至少一种的组合。横断层可各自具有小于或等于约1mm，或更具体地约0.2mm至约0.8mm，或甚至更具体地约0.25mm至约0.6mm的厚度。
在一种实施方式中，制造多层板材的方法包括：形成至少两层和所述至少两层之间的横断层，并提高透过多层板材的可见光透射率，同时达到小于或等于约68％的直射太阳光透射率。例如，该方法可包括使可见光透射率提高大于或等于约10％，或更具体地使可见光透射率提高大于或等于约13％。成形可包括独立成形聚合物层和横断层，以具有小于或等于约1mm，或更具体地约0.2mm至约0.8mm，或甚至更具体地约0.25mm至约0.6mm的厚度。横断层也可具有例如交叉形、正弦曲线形和包括这些几何结构中至少一种的组合等几何结构。
现参照图1，示例性多层板材的局部截面图具有主要层2，所述主要层2包括通过横断层(例如肋件)4连接的第一外层(例如顶层)10和第二外层(例如底层)12。顶层10和底层12以及一个或多个内层14大致相互平行。一个或多个横断层8通常设置在顶层10和底层12之间并垂直于顶层10和底层12。
该多层板材包括多个由相邻横断层4和层2限定的单元16，各板材2包括多个单元16。一部分或所有这些单元16可填充有液体。为了便于运输和安装，可在板材设置于所需的位置之后再将液体置于板材中。可通过一个或多个歧管和排气阀实现将液体引入单元16。参照图7，可使歧管18定向为在板材的一端20与单元16流体连通，并可将排气阀(未示出)置于板材的另一端。在通过歧管18将液体引入板材(箭头22所示)时，空气从板材的相对端逸出。一旦所需数量的单元填充有液体，随即可移去歧管并可在两端密封板材以保留液体。任选地，可保留歧管，并可按照需要(例如根据季节、天气条件、液体的状况(例如需要过滤和/或净化液体)、修复和/或更换特定板材或其一部分的需要等)将液体引入板材或将液体从板材中移出。例如，液体(例如水)可流动通过层之间的通道，例如经由一侧进入板材并经由另一侧离开板材，和/或甚至经由板材的同一侧(例如底部)进入和离开板材。在一些实施方式中，根据板材相对于太阳的取向和/或板材各部分的特定要求，将液体引入板材的特定区域，而不将液体置于其它区域。
引入板材的液体可以是具有所需透射性能(例如对可见光透明(如具有大于或等于95％的透射率)，并且期望对直射太阳光具有较小的透明性(或不透明))并且不与构成层的材料反应的任意液体。可使用的液体包括水(例如去离子水、具有中性pH(例如pH为约6.5至约7.5)的水、以及具有这些性质中至少一种的组合)，甘油，聚二甲基硅氧烷油，透明凝胶等，以及包括前述中至少一种的组合。根据影响板材(从而影响液体)的环境状况，可将一种或多种添加剂与液体混合，例如抗冻剂(以防止冬季冰冻)、抗菌剂等以及包括前述中至少一种的组合。
板材中液体的用量取决于所需的性能，例如，如上所述板材的一些区域可填充液体，而其它区域可不含液体。为了提高可见光透射率，期望所有单元均填充液体。
板材包括聚合物层材料。示例性聚合物层材料包括热塑性材料，包括聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯)，聚对苯二甲酸亚烷基酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯)，聚碳酸酯，丙烯酸类，聚缩醛，苯乙烯(例如冲击改性聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈)，聚(甲基)丙烯酸酯(例如聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯)，聚醚酰亚胺，聚氨酯，聚苯硫醚，聚氯乙烯，聚砜，聚醚酮，聚醚醚酮，聚醚酮酮等，以及包括前述中至少一种的组合。示例性热塑性共混物包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龙、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚氯乙烯，聚苯醚/聚苯乙烯，聚苯醚/尼龙，聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚碳酸酯/热塑性聚氨酯，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯，热塑性弹性体合金，尼龙/弹性体，聚酯/弹性体，聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯，缩醛/弹性体，苯乙烯-马来酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚醚醚酮/聚醚砜，聚乙烯/尼龙，聚乙烯/聚缩醛等。然而，在所示的具体实施方式中，可预想到使用聚碳酸酯材料，例如商品名Lexan![]()
所标明的聚碳酸酯材料，可商购自General Electric Company，GE Plasties，Pittsfield，MA。
可使用添加剂以改进聚合物材料的性能、性质或加工。示例性添加剂包括：抗氧化剂，例如有机亚磷酸酯(如亚磷酸三(壬基苯酯)、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯)、二(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯，烷基化一元酚、烷基化多元酚和多元酚与二烯烃的烷基化反应产物(如四[亚甲基(3，5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸)]甲烷、3，5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸十八烷基、2，4-二-叔丁基苯基亚磷酸酯、对甲酚和二环戊二烯的丁基化反应产物、烷基化对苯二酚、羟基化硫代二苯醚、亚烷基双酚)，苯甲基化合物，β-(3，5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸与一元醇或多元醇的酯，β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)丙酸与一元醇或多元醇的酯，硫代烷基或硫代酰基化合物的酯(如硫代丙酸双十八烷基酯、硫代丙酸双十二烷基酯、硫代二丙酸双十三烷基酯)，β-(3，5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸的氨化物；填料和增强剂，例如硅酸盐、纤维、玻璃纤维(包括连续纤维和短切纤维)、云母；以及其它添加剂，例如脱模剂、UV吸收剂、稳定剂(如光稳定剂等)、润滑剂、增塑剂、颜料、染料、着色剂、抗静电剂、发泡剂、阻燃剂、冲击改性剂等。
所选择的具体聚合物应能够提供足够的透光性。更具体地，该聚合物应能够提供按照ASTM D-1003-00(Procedure B，分光光度计，使用单向观察和漫射照明的光源C)测量大于或等于约80％，或者甚至更具体地大于或等于约85％的透射率。透射率定义为：
%T=(II0)×100%---(II)]]>
其中：I＝透过样品的光强
I0＝入射光强
除了透射率以外，可选择聚合物材料以表现出足够的抗冲击性，以使板材能够抵抗冲击(例如冰雹、飞鸟、石头等)造成的破坏(例如破裂、破碎等)。因而，需要的是按照ASTM D-256-93试验(伊佐德缺口冲击试验)冲击强度大于或等于约7.5英尺-磅每平方英寸ft-lb/in2(4.00焦每平方厘米，J/cm2)，更具体地大于约10.0ft-lb/in2(5.34J/cm2)，甚至更具体地大于或等于约12.5ft-lb/in2(6.67J/cm2)的聚合物。另外，需要的是，聚合物具有足够的刚性，以允许生产可用于下述应用的板材：在板材的两个或以上的侧面上对板进行总体上地支撑和/或夹持(例如在全部四个侧面上进行夹持)，例如包括管子框架结构的温室应用。例如，聚合物模塑试条可具有大于或等于约200,000磅每平方英寸psi(14,061千克每平方厘米(kg/cm2))，更具体地大于或等于约250,000psi(17,577kg/cm2)，甚至更具体地大于或等于约300,000psi(21,092kg/cm2)的杨氏模量(例如弹性模量)。
实施例
检测了含有液体和不含液体的各种多层板材的透射率。所述板材均具有16毫米(mm)的总厚度。经检测的板材具有两层(样品1)、三层(如图1所示)(样品2)、三层并具有X形分隔体(如图2所示)(样品3)、六层并具有正弦曲线形分隔体(如图4所示)(样品4)。横断层之间的距离对于样品2和4为20mm，对于样品1和3为16mm。对可见光的透射率依照ISO 9050检测，对太阳光(即直射太阳光)的透射率同样依照ISO 9050检测。依照2004年1月的Transvision测量系统手册和说明(可商购自A&F Innovations B.V.，Netherlands)，使用Transvision测量系统测定了透射率。对于所有填充试验，所有单元均填充去离子水。
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由表可知并且如图6所示，与未填充样品相比，填充样品具有提高的可见光透射率。此外，也注意到，对于相同厚度的多层板材(所有样品厚度均为16mm)，层越多，填充样品的改善越大。例如，样品2(三层)的未填充透射率为75％，填充透射率为88％(即提高13％)，而样品4(六层)的未填充透射率为56％，填充透射率为86％(即提高30％)。
此外，应当注意到，尽管可见光透射率对于填充样品而言得到提高，然而，出乎意料的是直射太阳光透射率为66％至68％，与层数或横断层的设计无关且与未填充透射率无关。例如，样品2(三层)的未填充直射太阳光透射率为70％，填充透射率为67％(即降低3％)，而样品4(六层)的填充太阳光透射率为53％，填充透射率为66％(即提高13％)。非常出乎意料的是，对于具有相同总板厚的所有样品，可见光透射率能够提高，而直射太阳光透射率将保持在约65％至约68％。进一步出乎意料的是，随着层数增加，液体填充样品的优势增大。
还发现液体的折射率(R.I.)不影响透射率，但层数影响可见光透射率。例如，检测了聚碳酸酯多层板材，含有水(R.I.wei 1.33)的样品5和含有甘油(R.I.为1.47(不含水——比重为1.26))样品6的透射率。获得了相近的透射率。使用BYK-Gardner，雾度监测(haze-gard)双分光光度计(光源C，垂直测量)按照ASTM D1033(1977年)测量，对于样品5透射率提高12.8％，对于样品6透射率提高12.9％。
对于未填充多层板材，可见光透射率(例如对于400纳米(nm)至700nm波长的透射率)大于或等于85％，或更具体地大于或等于86％，或甚至更具体地大于或等于87％(依照ISO 9050测量)，同时获得直射太阳光透射率(例如对于300nm至2500nm波长的透射率)小于或等于约70％，或更具体地约63％至约70％，或甚至更具体地约66％至约68％。换言之，与除了单元不含液体、其它方面相同的多层板材相比，可见光透射率可提高大于或等于10％，甚至大于或等于13％。由于透射率提高1％等同于温室中作物的生长提升1％，因而可见光透射率每百分比的提高均非常重要。
另外，由于本发明的多层板材阻止直射太阳光(即热量)的传输，因而所述板材能够提高对填充板材下面(例如温室内部)的气候的控制。此外，由于液体可用于存储能量(加热产生的能量)，因而可实现额外的节省。例如，液体可在冬季用于加热温室。
此外，应当指出的是，尽管针对自然采光建筑物(例如温室、阳光室和泳池)对本发明的多层板材进行了具体说明，但可预想到该聚合物板材能够用于期望聚合物板材具有多层设计的任意应用。示例性应用包括遮阳篷顶、天篷、遮挡物、窗户、照明器材、紫外线床、体育场顶棚等。
本申请披露的范围包括端值并可组合(例如范围“最多约25wt％，或更具体地约5wt.％至约20wt.％”包括端值和范围“约5wt.％至约20wt.％”等的所有中间值)。“组合物”包括共混物、混合物、衍生物、合金、反应产物等。此外，术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于要素的相互区分，术语“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的项。与量值结合使用的修饰词“约”包括确定值并具有上下文所规定的含义(例如包括与具体量值的测量相关的误差度)。如本文所用，后缀“(s)”旨在包括其所修饰的术语的单数形式和复数形式，从而包括一个或多个该术语(例如着色剂(s)包括一种或多种着色剂)。在整个说明书中提及“一种实施方式”、“另一种实施方式”、“一个实施方式”等时表示结合该实施方式所描述的具体要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本申请所述的至少一个实施方式中，并且可存在于或可不存在于其它实施方式中。此外，应当理解的是所述要素可在各种实施方式中以任意适当的方式组合。
尽管参照示例性实施方式对板材进行描述，但本领域技术人员应当理解在不脱离本发明范围的情况下可做出各种改变并可以等同物代替所述示例性实施方式的要素。另外，在不脱离本发明真正构思的范围内可进行多种改进以使具体情形或材料适应于本发明的教导。因而，本发明不限于预期作为实施本发明的最佳方案所披露的具体实施方式，而是包括落在所附权利要求范围内的所有实施方式。