改进的层压结构及其制造方法 【发明领域】
本发明涉及层压玻璃结构及其制造方法。更具体地说本发明与具有改进的目视外观与使用寿命的高性能的能量反射层压玻璃结构有关。
【发明背景】
五十多年以来层压玻璃结构已获得广泛的使用。惯用的层压玻璃具有两块或多块籍有粘合力的粘合塑料、特别是聚(乙烯缩丁醛)(“PVB”)的中间层相互固定在一起的玻璃片。这就是常规的“安全玻璃”结构。
有某些情况中希望在玻璃层压制品中加入能量反射层以获得高性能的产品。添加此反射层以控制光和/或特别是热，此时该反射层起热反射器的作用。
所说的能量反射层可以是一层或多层薄的基本透明的金属层或金属氧化物层或金属或金属氧化物的组合物层或类似物。在本技术领域中各种形状的能量反射层是众所周知的。
有两种常被用来生产高性能的能量反射的层压玻璃的方法。一种被最广泛使用的方法是将能量反射层直接沉积在一块玻璃片上，这通常是通过真空沉积法诸如溅涂沉积或通过真空蒸发来实现的；然后在此反射层上加上一层PVB片，接着添加一层玻璃贴面层(top lite)。
然后将此三层夹心结构通过常规的热压层压过程而形成单一的连接体。
另一种方法是在柔性基底例如PET上加上真空沉积地涂层，然后将此涂覆的薄膜包封在两块较厚的PVB片之间，再将此PVB-薄膜-PVB叠片夹心在两块玻璃板之间，然后进行标准的热压层压处理。与将反射涂层直接置于玻璃上相比，将涂层溅涂在柔性基底上使有可能容易地以连续的方式进行生产。这种方法还有可能在层压前存贮涂覆的反射材料并使人们可以将涂覆的薄膜供应给远方的层压生产商。选用15密尔(0.38mm)或更厚的PVB片已提供了两个优点。第一，PVB能以预成型的片材形式销售。第二，PVB片能提供结构方面的特性，如PVB片厚时能提供抗断裂性。
使用包封在两片15密耳(0.38mm)或更厚的PVB片之间的涂覆的薄膜以制造层压玻璃已在工业上实施多年了。涂覆的PET和PVB是预层压的或者是在最终的玻璃组合体的层压过程中被层压的。此方法的问题在于，在层压期间PVB片为了排气要起纹理。纹理由PVB浮突在PET上。因此，来自蒸汽沉积涂膜的反射图象并不是平的而且是不能被采用的。这种反射图象的波纹在商贸上被称为“苹果酱”。文献记载的三种缩少此缺陷的方法涉及；1)使用具有较平滑表面的PVB片(见孟山都的美国专利№ 5091258)，2)通过将涂层的反射率减至最小来掩盖涂覆薄膜的可见的皱折(见孟山都的美国专利№ 4973511)，3)使用具有特定热收缩性的PET(见Teijin的美国专利№ 4465736)。然而，这些现有技术的方法尚未证明是令人满意的，因为它们并没有完全消除“苹果酱”，当使用反射的涂覆塑料薄膜时这些方法的缺点变得非常明显。
在层压玻璃装置中使用涂覆的塑料薄膜反射器还存在第二个问题。PET上的反射涂层对腐蚀的敏感性远大于在刚性底基上的类似涂层。估计这可能是由于在层压过程中涂层的开裂或折断而产生使腐蚀介质穿过或进入厚的PVB层的裂沟之故。为了防止这样的腐蚀，现已应用包括金在内的特殊的反射涂层，但这会使成本增加。此处所述的本发明完全消除了“苹果酱”缺陷，并且尽管其原因尚不甚清楚但基本上已减少涂层被腐蚀的趋向。
发明概述
我们现已发现一种从包括能量反射的涂覆的塑料中间层的层压玻璃结构中消除被称为“苹果酱”的光学畸变的方法。
从广义上说，我们已发现，如果我们用一层非常薄(例如，0.25～5密耳)(0.006～0.127mm)的粘合剂层将涂覆的塑料中间层粘合到玻璃片中的一块玻璃片上，这会给予涂覆的塑料中间层以高的平面特性。当使用第二层粘合剂与第二块玻璃片将此玻璃—片材—粘合剂—塑料薄膜复合材料装入到最终的层压玻璃结构中时仍能保持此平面特性。
在本发明的一个方面中，提供一种无“苹果酱”的层压玻璃产品。这种产品具有带有平滑的第一表面的第一块玻璃片；第一粘合剂层将塑料薄膜粘贴到第一块玻璃片的平滑表面上。此第一粘合剂层是非常薄的，即厚度为小5密耳(0.127mm)。将此塑料薄膜对齐并贴合到第一块玻璃片的光滑表面上。此塑料薄膜载有能量反射的涂层。通过第二粘合剂层将塑料薄膜粘合到第二块玻璃片上而制成玻璃层压制品。此能量反射层可以在塑料薄膜的任一侧，但是如果它面向粘合剂薄层与第一块玻璃片的话将能取得更好的结果。
在本发明的另一方面中，对成品提供一种中间产品。所说的中间产品是带有能量反射层和在其任一侧上厚度为5密尔(0.127mm)或以下的粘合剂涂层的能量反射层的塑料薄膜，粘合剂涂层是在薄膜的任一侧上但是粘合剂涂层优选为处在薄膜的带有能量反射层的一侧，这将意想不到地提供一种具有更大稳定性和使用寿命的具有改进的耐腐蚀性的能量反射层的成品。
在本发明的另外一个方面中，提供一种生产此中间层的方法，其中涂覆塑料薄膜的能量反射层是用粘合剂溶液涂覆的(最好涂覆在能量反射涂层上面)。然后从溶液涂层中去掉溶剂而留下一层粘合剂在带有塑料薄膜的能量反射层上。预定粘合剂溶液涂层的厚度以使能产生厚度小于5密耳(0.127mm)的最终的平整的粘合剂层。
此方法可以是整个层压玻璃窗生产程序的一部分，其中将涂覆粘合剂的、带有反射层的塑料薄膜粘接与贴合到第一块玻璃片的平滑表面，接着通过第二块玻璃片施加第二层粘合剂并层压整体结构。
附图简介
参照附图将对本发明作进一步的陈述。只要可能的话，在这些附图中的相同组件均以相同的数字表示。
图1是根据本发明的一种实施方案的层压玻璃产品的示意剖面图。
图2是图1的玻璃产品的放大剖面图，它更清楚地说明厚和薄的粘合剂层与玻璃片和带能量反射层塑料薄膜之间的关系。
图3A和3B是图2中所示的玻璃产品的更进一步放大的剖面图，它们显示优选的能量反射层形状。
图4是根据本发明的粘合剂—反射器—薄膜中间产品的一种实施方案的示意剖面图。
图5是中间产品的另一种实施方案的示意的剖面图。
图6是说明制备层压玻璃结构的一个工艺中各步骤的示意图。
发明的详细说明
如图1和2中所示，本发明的层压玻璃结构10包括具有被粘合的平滑的第一表面14的第一块玻璃片12，厚度为5密尔(0.127mm)或以下的第一粘合剂层18。还将塑料薄膜20直接或通过能量反射层22(如图所示)粘到层18。第二粘合剂层24将塑料层20粘到第二块玻璃片26。
如图4和5中所示，中间的塑料薄膜50包括粘合剂层18，具有能量反射层22的薄膜20。虽然优选将粘合剂层18置于能量反射层20的顶面上，如图4中所示，人们也可以如图5中所示通过施加薄粘合剂层18到薄膜20的背面(非能量反射面)来实施本发明。
层厚度
层厚度，特别是粘合剂层的厚度，在本发明中起重要的作用。
第一粘合剂层，即将塑料薄膜粘合到第一块玻璃片的粘合剂层，其厚度应小于5密尔(0.127mm)。它可以薄到0.25密尔(0.006mm)或甚至更薄。考虑到性能与可重复生产性，优选的厚度为0.25密尔～4密尔(0.006mm～0.102mm)、特别是0.50密尔～3.0密尔(0.013mm～0.076mm)、更优选为约1密尔(0.025mm)。
第二粘合剂层的厚度可在广范围内选择。如果希望的话，可应与第一层一样的薄，但是更常用的是比较厚些例如厚度为高达300密耳(7.62mm)以实现配置的目的并且还在两块外形可能并不完全相同的玻璃片之间起整平剂的作用。于是第一层可以为0.25密尔～300密尔(0.006mm～7.62mm)，但是更常用的为5密尔～250密尔(0.127mm～6.35mm)和特别为10密尔～200密尔(0.254mm～5.08mm)。
塑料薄膜的厚度范围可为约0.5密尔～约15密尔(0.013mm～0.38mm)。此厚度并不是关键性的。最常用的塑料薄膜厚度范围为0.5密尔～10密尔(0.013mm～0.754mm)和特别使用的塑料薄膜厚度范围为1密尔～8密尔(0.025mm～0.2mm)。
反射涂层非常薄，其厚度通常以埃与毫微米计。
粘合剂
在本发明的产品的薄粘合剂层18中所用的粘合剂是根据其加工性能来选择的。特别是它应该能形成期望的厚度为小于5密尔(0.127mm)的平滑的粘附薄膜。它还应该是在挥发性溶剂中可溶的，能以符合此处所述的配制方法来使用。
此外，它通常最好是能被热激活的或能被热固化的，即它是一种热塑性材料。此性质在使用热和压力的惯用的层压玻璃生产过程中起作用而将各层层压成最终的层压玻璃产品。
聚(乙烯缩丁醛)(带或不带增塑剂)、聚氨酯和乙烯/醋酸乙烯聚合物符合这些规定。 聚乙烯缩丁醛是形成薄的粘合剂层的优选材料。
厚粘合剂层24可以是聚(乙烯缩丁醛)、聚氨酯、乙烯/醋酸乙烯聚合物或类似物的预成型层。这些材料能以预成型片材得到，所说的预成型片材通常带有纹理状表面以便在层压期间排除空气，工业材料给予好的结果。
孟山都的ButvarTM牌PVB树脂是被优选用于薄层的粘合剂并且可包括UV稳定剂或吸收剂例如汽巴—嘉基的Tinuvin 770与328，它们可添加到粘合剂中。
孟山都的预成型的Saflex TG片材是用于厚粘合剂层的优选的材料。
塑料薄膜
在本发明中使用的塑料薄膜可由能涂覆能量反射层的任何柔韧的塑性(聚合物)材料制成。
聚酯与聚碳酸酯是两类被广泛地用作能量反射层基底的材料。也可使用其它的等效材料。
聚酯通常优选使用聚(对苯二甲酸酯)，特别是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)是最优选的塑料薄膜。
如果需要的话，塑料薄膜的背面可以通过使其预加热或通过使其受到电介质涂层的作用或通过使其受到盐水作用而进行处理，以增大其对粘合剂的粘合力。
能量反射层
塑料薄膜载有能量反射层。能量反射层可以是单一的半透明金属层或是一系列的电介质层。图3A和3B所示的更优选的能量反射层是由通过将透明的电介质层32、34和36粘在每一侧上的一层或多层的半透明的金属层30、30A组成的。
这些金属电介质结构的例子是已由Southwall Technologies Inc.制成的、具有作为金属的银和银/金和作为电介质的氧化铟和氧化铟锡的层压的与非层压的结构。
可调整这些层以反射特定波长的能量，特别是热与其它远红外波长。作为说明优选的金属—电介质堆栈能量反射器的资料可参见美国专利№ 4799745与4973511，此处将其作为参考。
制造方法
用来生产这些产品的方法包括将薄的粘合剂层施加到热反射塑料薄膜上，将此涂覆粘合剂层的塑料薄膜层压到添加厚粘合剂层的第一块玻璃片和然后层压到第二块玻璃片。
此方法示意地示于图6中。在被加热器39加热后或不经加热使带有薄粘合剂层和能量反射层的预成型的塑料薄膜片材37和厚粘合剂层38与玻璃片40接触。辊组41排除厚粘合剂层38、塑料薄膜片材37和玻璃片40的空气，并使塑料薄膜定向和被玻璃片40对准。
然后添加第二块玻璃片42并使所得的叠片穿过第二组夹辊43以排除第二块玻璃片与厚粘合剂层之间界面上的空气。
使排气的叠片穿过炉44以便加热层合的叠片而使各层彼此相粘。接着，使产物穿过第三组夹辊45而封合层合叠片的各边。通常，还对产品进行另外的热处理以确保借助热塑性粘合剂层完全封合各层的周边。
塑料薄膜片(图6中的37，图4或5中的20)带有能量反射层(图4或5中的22)和薄粘合剂层(图4或5中的18)。能量反射层是使用溅涂沉积或类似的形成金属或金属化合物薄膜的方法被添加的。这些方法是人们所熟知的并记载于文献中(例如，参见美国专利№4799745)。
粘合剂层18必须被小心地施加。它必须是平滑的稠的层并且是非常薄的(特别是厚度小于5密尔(0.127mm))。我们现已发现，达到此目的的最方便的方法是用粘合剂在挥发性溶剂中的溶液涂覆片的表面，然后除去溶剂。
所用的溶剂体系可以是任何能溶解或完全悬浮粘合剂的材料。一般说，可以使用常用的有机溶剂诸如低级的醇、酮、酯或类似物。人们可以根据所用的特定粘合剂的薄膜规格来确定所使用的溶剂。
粘合剂溶液应以在去掉溶剂后能提供理想的小于5密尔(0.127mm)厚度的薄粘合剂层的量来施加。这可以通过实验来确定。例如，如果施加包含20％溶质与80％溶剂的溶液的话，人们可以估计最终薄膜的厚度为所施的溶液厚度的1/5。
粘合剂溶液的厚度与平整度既可以通过施加(例如喷涂或辊涂)稀薄到足以从平滑的片材中流出的溶液和使用达到理想厚度的量来控制，或者人们可以施加过量的粘合剂溶液并用刮刀或类似物将其平整到理想厚度来控制。使用较简单的“喷-流法”(“Spray and flow”method)我们已取得令人满意的结果。
溶剂的去除可以用或不用加热法或通过空气流动来实现。在大部分的工业设置中希望在使挥发性溶剂蒸发时将其回收故通常使用加压的热空气源并在排放时采用溶剂回收系统。
产品的性质
本发明的实施提供了无“苹果酱”的玻璃层压制品。此外，将如各实施例中所述，这些材料具有优越的耐腐蚀性与长的使用期。
通过以下各实施例将对本发明作进一步的介绍：
A.在镀金属的PET上注塑薄的热塑性塑料层
将孟山都的ButvarTMB-98(23％重量)，汽巴—嘉基的Tinuvin770(1％固体)与Tinuvin 328(1％固体)溶于60/40比的甲苯和乙醇(75％重量)中的溶液直接注塑在Southwall Technologies的2密尔(0.05mm)厚度的HM XIR-70薄膜上。所用的这种HM XIR-70涂层由美国专利№ 4973511介绍并且是在PET片上的一系列的电介质—金属—电介质—金属—电介质层。溶液以线速度为30英尺/分被注塑和干燥，温度为212°F(100℃)。成品是在反射层顶面上带有1密尔(0.025mm)厚(25克/厘米)的透明、平整(±0.05密耳)ButvarTMB-98涂层的XIR-70薄膜。
B.玻璃与涂覆薄的热塑性塑料层的镀金属薄膜的层压
玻璃与实施例A的涂覆薄的热塑性塑料层的镀金属薄膜的层压涉及三个排气步骤。第一个排气步骤涉及15密耳(0.38mm)厚PVB片、实施例A的用1密耳(0.025mm)ButvarTMB-98涂覆的2密耳(0.05mm)厚的XIR-70、和1/8″(3.175mm)厚玻璃的预夹合。线速度为10英尺/分(305厘米/分)；夹辊温度为室温；夹辊压力为20psi(1.41公斤/厘米2)。在第一次夹合后，顶层的1/8″(3.175mm)厚玻璃处于15密耳(0.38mm)厚PVB片的表面。在修边后，层压物在10英尺/分(305厘米/分)、80psi(5.85公斤/厘米2)、和室温下进行第二次夹合。在第二次夹合后，层压物被送入到加热炉中并在10英尺/分(305厘米/分)、80psi(5.85公斤/厘米2)，和160°F(71℃)进行第三次夹合，在第三次夹合后，层压物送入压热釜并在250°F(121℃)、165psi(12.06公斤/厘米2)、和保压时间为20分钟的条件下处理玻璃产品以形成成品。
C.产品的性能与测试结果
除非另有说明者外，下面所说的结果是根据实施例B的材料测得的：
1)使用方法A和B我们能制造60″×70″(152厘米×178厘米)的带有1％薄膜反射率的HM XIR-70薄膜的层压玻璃试样。该试样完全没有“苹果酱”。
2)我们能制造48″×48″(122厘米×122厘米)的带有7％薄膜反射率的类似的反射薄膜的层压玻璃试样。该试样完全没有“苹果酱”。(这是更难的试验因为较高的反射率使缺陷更可见)。
3)我们能制造12″×12″(30.5厘米×30.5厘米)的带有大于50％薄膜反射率的金反射薄膜的层压玻璃试样。该试样完全没有“苹果酱”。
4)带有HM XIR-70薄膜和ButvarTM的层压玻璃试样，该试样通过16 CER 1201类lI冲击试验。
5)在经1400小时的盐雾暴露试验后带有HM XIR-70薄膜和ButvarTM的层压玻璃试样未腐蚀，在经1700小时的盐雾暴露试验后带有HM XIR-70薄膜和ButvarTM的层压玻璃试样只有3％被腐蚀。此试验是按照ASTM B-117进行的。
6)带有HM XIR-70薄膜和ButvarTM的层压玻璃试样具有达到在90°剥离试验期间PET被撕裂点的非常高的剥离粘合强度。在没有任何粘合促进层存在时PVB与HM XIR-70涂层之间的典型的粘合强度为2.44磅/英寸(0.436公斤/厘米)。
7)带有HM XIR-70薄膜和ButvarTM的层压玻璃试样通过沸水试验而没有裂解。
8)带有HM XIR-70薄膜和ButvarTM的层压玻璃试样在粘合试验中显示良好的粘合性。
9)带有HM XIR-70薄膜和ButvarTM的层压玻璃试样在经1000小时的氙暴露试验(ASTM G-26)和2500小时的QUV-A暴露后未裂解。