TWI414428B - 抗霜薄膜總成、製造方法，及以其製成之物品 - Google Patents

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Description

抗霜薄膜總成、製造方法，及以其製成之物品
本申請案係關於可用於防霜之多層薄膜總成、其製造方法及由該等薄膜總成形成之物品。
當冷卻器表面與溫熱潮濕空氣接觸時，在冷卻器表面上可出現冷凝。視溫度差異而定，冷凝在表面上可呈霧或霜之形式，且(尤其對於大體上透明之表面)影響光透射且降低能見度。
發現抗霜薄膜在多種不同應用中的效用。舉例而言，冷凍商品之行銷及銷售常包括消費者直接自冷凍裝置選擇。為了確保有效行銷，對於藉由透過通常大體透明的面板或門之光觀察的顧客而言，箱內商品應保持可見且可辨別。當顧客選擇商品且打開箱門時，該門可因門之冷的內表面與箱外潮濕的環境大氣接觸而結霜。通常，此霜在門關閉後仍保持且影響隨後顧客對箱內的觀察。不能看到箱內可導致商店銷售之損失。此外，當顧客為觀察箱內之產品而將門保持打開較長時間時，可使能量成本增加。
一種用於解決此問題之方法包括加熱門，該門在一定長的時間後不結霜。因維持加熱門之能量消耗，此等加熱門可不僅購買價格高且操作費用高，雖然冰箱冷卻/冷凍箱內食物。箱內溫度愈低，維持冰凍且耐霜之門的成本愈高。
另一補救為提供抗霜塗層。然而，典型持久抗霜塗層不提供在較寬溫度梯度內的有效耐霜性。最引人注目的是，較低溫度之儲存及展示箱(0℃及以下)常產生霜及霜凍，因此使用當前之抗霜塗層達不到最佳能見度。
因此，需要新型、低溫抗霜系統，當門暴露於冷空氣打開時接著暴露於潮濕溫熱之空氣時，該系統藉由阻止或抑制門結霜來增強進入冰箱及冷凍機箱內的能見度。
在一實施例中，抗霜薄膜總成包含一具有第一表面及與該第一表面相對之第二表面之大體上透明的薄膜；及自聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物形成之大體上透明之抗霜層，該抗霜層有效提供該層在約－23℃與約65℃之間交替之溫度下的抗霜特性，其中該抗霜層係安置在薄膜之第一表面之區域上。
在一實施例中，耐冷凝物品包含一具有第一表面之大體上透明之基板；及上述抗霜薄膜總成，其中薄膜之第二表面係安置於基板的第一表面之區域上。
在一實施例中，冷凍面板包含具有第一表面之大體上透明之冰箱面板及上述抗霜薄膜總成，其中薄膜之第二表面係安置於門板之第一表面之區域上。
在一實施例中，製造抗霜薄膜總成之方法包含：將自聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物形成之大體上透明之抗霜層塗覆於薄膜之第一表面，且將黏接劑塗覆於薄膜之第二表面。大體上透明的抗霜層有效提供該層在－23℃與65℃之間交替之溫度下的抗霜特性。
熟習此項技術者可自以下實施方式、圖式及所附申請專利範圍理解且瞭解上述及其他特徵。
本文所揭示之抗霜薄膜總成為大體上透明的多層薄膜，其可用於生產諸如冰箱及冷凍機之門(例如用於暴露於凍結溫度以下之溫度)及面板或反射表面(例如浴室鏡子)之耐冷凝物品，但其並不限於此等特殊產品或應用。在不使用外部加熱器之情況下，薄膜總成之抗霜特性在低至約－17℃或甚至約－23℃之溫度下係有效的。此等溫度顯著低於由先前技術之抗霜薄膜能夠保持抗霜特性之溫度。因為不需要加熱器，所以使用該等薄膜可提供顯著的能量節約。在有利可選特徵中，該等總成經製造以可再定位及/或允許包括圖形。
抗霜薄膜總成包含大體上透明之抗霜層及大體上透明之薄膜。如本文所用，"大體上透明"係指光學透明度，且意謂足夠的光透射穿過該(等)層以允許觀察者穿過薄膜總成之觀測。因此，雖然一定混濁或彩色可存在於個別層中，但該混濁或彩色並不顯著影響觀測。
已由其發明者證明，當此抗霜薄膜總成塗覆於基板，相較於其他抗霜解決方法將當前總成暴露於約65℃與約－23℃之間交替之溫度時，於基板表面上冷凝(小水滴)之形成被降低或阻止。雖然本文參考"抗霜薄膜總成"，但此術語僅為了便於討論，且應瞭解該術語涵蓋用於防止因形成小水滴及/或水結晶而引起之視覺缺陷的薄膜總成。
在約－17℃以下之溫度下有效之大體上透明的抗霜層係自聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物形成。在一實施例中，薄膜成形組合物進一步包含具有疏水區及親水區之界面活性劑。適當選擇親水基比疏水基之數量、長度及類型及其相對比以調整層之抗霜特性。在不受理論限制的情況下，咸信該結構使層表面與冷凝濕氣之間的介面張力降低，此增強抗霜性。亦需要選擇界面活性劑以不顯著不利地影響聚胺基甲酸酯薄膜之所需物理性質，例如耐化學性、耐擦傷性、耐紫外(UV)輻射性及其類似性質。
此外，界面活性劑亦可包含異氰酸酯反應性官能基。該等界面活性劑共反應以提供具有共價結合且作為側基連接至聚胺基甲酸酯聚合物之界面活性劑之聚胺基甲酸酯，或希望界面活性劑連接至聚胺基甲酸酯聚合物之末端。適合之異氰酸酯反應性官能基包括具有活性氫原子之基團，例如羥基、羧基、一級或二級胺基或硫氫基。亦可使用具有包含前述類型基團之至少一者之組合的化合物。
包含異氰酸酯反應性官能基且具有親水區及疏水區之適合界面活性劑(例如)於頒於LaCasse之美國專利第5,877,254號中揭示，且可為非離子性、陰離子性、陽離子性、兩親媒性界面活性劑或前述類型界面活性劑之混合物。適合之非離子性界面活性劑包括乙氧基化或丙氧基化之醇類、酚類、醯胺及胺類。
適合之離子性界面活性劑包括四級陽離子性界面活性劑及陰離子性界面活性劑，例如具有大於或等於16個碳原子之非乙氧基化烴鏈之陽離子性或陰離子性界面活性劑。
適合陰離子性界面活性劑之非限制性實例列表包括：磺酸之單乙醇胺鹽、磺酸之二乙醇胺鹽、磺酸之三乙醇胺鹽及包含前述陰離子性界面活性劑之至少一者的組合。
含羥基之陽離子性界面活性劑之實例包括(不限於)：蓖麻油醯胺丙基二甲基乙基乙基硫酸銨、乙基硫酸(12－羥基－1－側氧基－9－十八烯基)胺基)－N,N－二甲基酯(鹽)、十八醯胺丙基二甲基乙醇甲基硫酸銨及氯化十八基甲醇二乙醇銨。
典型陰離子性界面活性劑在其結構中很少含有游離、反應性羥基，且因此可藉由在其抗衡陽離子中併入游離羥基或其他異氰酸酯反應性基使其"帶羥基"。如LaCasse中所述，該改質可藉由以諸如十二烷基苯磺酸之酸中和諸如氫氧化膽鹼之帶羥基四級銨鹼來完成。其他帶羥基銨化合物包括(但不限於)：三乙基乙醇銨鹽、二乙基二乙醇銨鹽及乙基三乙醇銨鹽。製備該等鹽之非限制性磺酸之列表包括：十二烷基苯磺酸、萘磺酸、木質素磺酸、石油磺酸及石蠟磺酸。在此實施例中，抗衡陽離子共價結合至聚胺基甲酸酯，且界面活性劑之陰離子部分藉由陰離子與抗衡陽離子之間的靜電引力與聚胺基甲酸酯結合。
反應性帶羥基陰離子性及陽離子性界面活性劑之組合尤其可用，例如十二烷基苯磺酸膽鹼與蓖麻油醯胺丙基乙基硫酸乙基二甲基銨之組合。
界面活性劑可以約10重量%至約40重量%之濃度(以聚胺基甲酸酯形成組合物之總固體重量計)使用。
用於形成聚胺基甲酸酯薄膜之調配物通常包括含異氰酸酯組份及與該含異氰酸酯組份反應之含活性氫組份。適合之含異氰酸酯組份包括(例如)二異氰酸環己二酯、二異氰酸二苯基甲烷酯、二異氰酸雙(甲基環己基)酯及二異氰酸甲苯酯。含異氰酸酯組份可為預聚物，例如二異氰酸酯或異三聚氰酸之二縮脲，例如二異佛爾酮二異氰酸酯之預聚物。可使用包含前述含異氰酸酯化合物之至少一者之組合。亦涵蓋在反應之前(例如)以肟或酚阻斷異氰酸酯基且隨後移除保護基。當使用經阻斷之異氰酸酯時，可能使用可與異氰酸酯基反應且消耗異氰酸酯基之溶劑或其他化合物(僅對於異氰酸酯中之保護基而言)。
使含異氰酸酯組份與具有活性氫(尤其是多元醇中之羥基氫)之親水性組份反應。為達提供所要抗霜特徵之目的，使用親水性多元醇，諸如聚乙二醇、乙二醇/丙二醇共聚物及包含前述多元醇之至少一者之組合。其他適合之親水性多元醇包括：聚丁二醇、聚乙烯亞胺、胺基終止之聚醚及某些聚酯多元醇。可使用親水性多元醇之組合，例如具有約4,500重量平均分子量且含有約70重量%氧化乙烯之聚氧化乙烯/聚氧化丙烯無規三元醇與具有約2,100重量平均分子量且含有以多元醇之總重量計約20重量%氧化乙烯之氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物之組合；例如47重量% VisguardPart A、19重量% Visguardpart B(均購自Film Specialties,Inc.Hillsborough,NJ)及33重量%溶劑(包含75重量%丁醇及25重量%二丙酮醇)。該組合為聚胺基甲酸酯主鏈提供強親水性而大體上不損害耐擦傷性或不妨礙界面活性劑之併入。
親水性多元醇可以約10%至約35%之量(以總固體之重量計)存在於組合物中，且尤其為約15重量%至約65重量%。
在實踐中，含異氰酸酯組份、含活性氫組份及反應性界面活性劑可在適合之有機溶劑內組合。有機溶劑可為多種不與異氰酸酯迅速反應之物質，其包括酮類、酯類、乙二醇酯及三級醇及包含前述溶劑之至少一者之組合。亦可使用微量諸如脂肪烴及酯之惰性稀釋劑。若使用市售之經阻斷異氰酸酯，則可使用水及乙醇。可存在其他組份，例如UV抑制劑、穩定劑及催化劑。
舉例而言，在一種實施方式中，將具有游離異氰酸酯基之聚異氰酸酯預聚物與親水性多元醇及具有親水區及疏水區之帶羥基界面活性劑的有機溶劑溶液混合。接著將混合物在適當溫度(例如介於約20℃與約200℃之間的溫度下)熱固化足夠之時間(例如約5分鐘至約24小時)。固化時間及溫度可隨組份及應用而變化。
將抗霜層安置於大體上透明之薄膜上。選擇薄膜以為該層提供支撐。亦可選擇薄膜以提供所要水平之撓性、抗霜層與薄膜之間的黏著力(有或無黏接劑)、薄膜與基板之間的黏著力(有或無黏接劑)及/或與黏接劑之所要相容性。因此，薄膜組合物之選擇可隨所要性質而變化，該等性質包括如下所述之撓性及可轉移性。可使其大體上透明的適合薄膜材料包括(例如)：聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、乙烯基聚合物、苯乙烯基聚合物薄膜、聚氯乙烯、聚碳酸雙烯丙酯、聚對苯二甲酸乙二酯及大體上透明之聚環烷酸乙二酯及包含前述類型聚合物之至少一者的組合。多種聚烯烴或氟化聚合物經適當預處理亦可使用。
薄膜表面可藉由機械粗糙化、電漿處理、化學蝕刻及/或其他已知之處理來處理以改良抗霜層與薄膜之黏著(例如有黏接劑)。
藉由多種方法將抗霜層安置於大體上透明之薄膜上，例如澆鑄、塗佈(例如線繞棒式塗佈、凹版印刷式塗佈、狹縫型擠壓式塗佈、盤式進料逆轉輥塗佈及夾壓進料式塗佈)及其類似方法。選擇技術以便提供均勻且厚的塗層，例如具有約0.0001至約0.1英吋(約2.5至約2,540微米(μm))、更尤其為約0.001至約0.01英吋(約25.4微米至約254微米)、更尤其為約0.003至約0.008英吋(約76.2微米至約203微米)之厚度的塗層。當使用有機溶劑時，溶劑可在固化期間或固化後(例如)於烘箱中以一階段法或二階段法藉由蒸發移除。固化及溶劑移除(詳言之固化及溶劑移除期間之時間、溫度及氣流)經最優化以提供具有低溫抗霜特性之均勻塗層。
以下參考個別圖式描述抗霜薄膜總成及由其製成之物品之若干實施例。在圖1中，說明抗霜薄膜總成110之示意圖。抗霜薄膜總成110包含抗霜層120及大體上透明之薄膜130，薄膜130具有第一表面132及與第一表面132相對之第二表面134。如由所要應用確定，抗霜層120係安置於第一表面132之區域上，亦即與第一表面132之全部或一部分物理連接。
抗霜薄膜總成110視情況進一步包含使該總成暫時或永久與基板黏著之黏接層140(未圖示)。在一實施例中，黏接層140允許將抗霜薄膜總成110再定位。黏接層140係安置於薄膜130之第二表面134之區域上。用於抗霜薄膜總成之例示性黏接劑包括：壓敏性黏接劑、聚矽氧黏接劑、丙烯酸黏接劑(包括經紫外固化及熱固化之黏接劑、濕法塗覆及乾法塗覆之黏接劑)、橡膠黏接劑、熱封黏接劑、層壓黏接劑、高溫黏接劑及/或其他可達到所要結果之黏接劑。有時稱作"窗黏接劑之濕法塗覆丙烯酸黏接劑尤其有用。希望黏接劑以大於或等於每線性英吋約3磅力(lb/in)(例如約8 lb/in至約10 lb/in)之結合強度與玻璃結合。某些例示性黏接劑包括National Starch and Chemical Duro－Tak 80－1070、Toyo Color America LLC、Oribain BPS5160。
在有或無可選黏接層140之情況下，抗霜薄膜總成110大體上光學透明，且提供自區域150穿過可選黏接層140、薄膜130及抗霜層120至區域160的能見度。
在另一實施例中，圖2所示，抗霜薄膜總成210進一步包含位於薄膜230之第二表面234上的圖形組件280及/或位於薄膜230之第一表面232上之圖形組件282。在此實施例中，如圖所示，抗霜層220係安置於具有第一表面232及與第一表面232相對之第二表面234之薄膜230的區域上。圖形組件280、282可為多種設計之任一者，其包括字母、文字、數字、美學影像、邊框、符號及/或其類似物。圖形組件可經由多種技術之任一者施加，該等技術包括：絲網印刷、移印、昇華、雷射印刷、數位平版印刷、微影、平版印刷、噴墨印刷、數位噴墨印刷、數位平版印刷、熱轉移印刷等。圖形組件280、282可有利增強外觀且提供包括廣告之額外資訊而不顯著降低能見度。如圖所示，圖形組件280之區域及/或第二表面234之區域可經黏接劑240塗佈以再定位薄膜總成210且將薄膜總成210黏著至基板。單一圖形組件可安置於薄膜230之表面上，或可有一個以上安置於第二表面234上及/或第一表面232上之圖形組件。
如圖3所示，物品300包含抗霜薄膜總成310及基板390。第二表面334係與基板390之表面392的區域相鄰置放以提供具有與區域360相鄰之暴露表面322的抗霜層320。在使用中，暴露表面322交替暴露於低至約－23℃之溫度，以便當暴露於等於或大於暴露表面322之表面溫度之濕空氣時暴露表面322大體上不結霜。在一實施例中，如圖所示，使用黏接層340將抗霜總成310永久或暫時黏著至基板390。薄膜330及用於基板390之材料之適當選擇可使抗霜薄膜總成310充分黏著至基板390而不使用黏接劑。
適合之基板包括(但不限於)大體上透明之玻璃、塑膠及適用於所要應用之替代品。特殊基板包括聚碳酸酯(例如來自GE Advanced Materials之LEXAN)、聚酯(例如聚(環己烷二甲醇對苯二甲酸酯)－共－聚(對苯二甲酸乙二酯)(當聚合物包含大於或等於約50莫耳%聚(對苯二甲酸乙二酯)時，簡寫為PETG))、丙烯酸樹脂、聚氯乙烯、聚碳酸雙烯丙酯、聚環烷酸乙二酯及包含前述聚合物之至少一者之組合，例如聚碳酸酯/聚(1,4－環己基二羧酸1,4－伸環己基二亞甲酯酯)(亦稱作聚碳酸酯/PCCD)(例如來自GE Advance Materials之XYLEX)。
隨著應用可改變，基板之選擇亦改變。舉例而言，被認為適用於冷凍門之基板可由是否存在加熱裝置、冷藏裝置之類型及設計以及建議用途及壽命來確定。薄膜總成經設計以安置於與基板成操作關係及/或在基板表面形成可轉移、非永久性結合且提供基板表面之至少大體上不結霜區域。因此，薄膜總成尤其適用於包括冰箱及冷凍機之冷凍裝置。且，貫穿本揭示內容，當參考諸如冷凍門之冷凍裝置及組件時，應瞭解本文所揭示之抗霜薄膜可用於其他應用中而無不當實驗。其他應用包括(例如)：建築物窗(諸如房間窗戶)、交通工具(諸如汽車、卡車、機器腳踏車、船、飛機及其類似交通工具)之擋風玻璃、反射表面(諸如浴室鏡子、汽車鏡子及其類似反射表面)、科學設備(例如顯示器、測定儀器及其類似物之表面)、面罩(例如醫學面罩、體育設備面罩及其類似面罩)及儀器表面。
在未變成永久固定於基板之情況下，可將抗霜薄膜以非永久方式塗覆於基板上或以與基板成操作關係置放，以提供該基板抗霜特性。因此，在一實施例中，選擇薄膜及/或塗覆於該薄膜之第二表面之黏接劑以使抗霜薄膜總成可再定位、可轉移及/或易移除。舉例而言，抗霜薄膜總成可濕法塗覆，以使該薄膜可再定位直至良好定位且在乾燥時形成結合。舉例而言，典型塗覆包括將約99%或更多水與約1%或更少肥皂之溶液塗覆於室溫基板。可藉由多種方法將溶液塗覆於基板表面上，諸如使用霧化器噴灑溶液。將抗霜薄膜之黏接部分與溶液潤濕之基板相對放置。薄膜可再定位至良好位置中，用刮漿板將任何氣泡擠出，且乾燥。以此方式，將抗霜塗層黏著至基板表面，但塗層在其介面上與基板並非分子結合。或者，抗霜薄膜總成可藉由噴灑薄膜之黏接面且將之此經溶液潤濕的面塗覆至基板。
或者，可藉由包括框架中之軌道之機械裝置或其他方法將抗霜薄膜總成固定於適當位置。因此，若須要，抗霜薄膜可移動、可再定位及可遠離基板轉移。
轉至圖4，說明探入型市場中耐冷凝冰箱門400之例示性實施例。圖4描述塗覆至冰箱門400大體上透明面板490之第一表面的區域之抗霜薄膜總成410的部分不完全視圖。如上所述，薄膜總成中可存在一可選圖形組件(未圖示)。在此實施例中，薄膜430之第二表面係直接安置於表面490之區域上而不使用黏接劑。當門400關閉時，抗霜層420暴露較冷溫度，且當門400打開時，暴露於較暖溫度。抗霜薄膜總成410可有利地用於現有或新型冰箱門面板490。在一實施例中，選擇薄膜430之材料以將總成410塗覆及再定位於使用位置或者以滿足(例如)店主或現場零售商之期望或者，將薄膜總成410於製造處塗覆以用於冷凍裝置。
抗霜薄膜總成410可用於新型或現有冷凍面板上，其包括有或無加熱器之冷凍面板。如本文所用，術語"冰箱面板"係指用作冷凍裝置之門或窗之任何基板，該冷凍裝置具有小於或等於約－10℃或更尤其小於或等於約－17℃且更尤其為約－17℃至約－23℃之內部溫度。該內部溫度及溫度範圍可由冷卻裝置之應用及該裝置經設計以儲存、展示及保存之商品確定。舉例而言，食品、醫療用品及移植器官具有經設計以適用此等商品之特殊儲存需要之冷藏裝置及溫度要求。
當併入現有冷凍面板時，希望防止抗霜薄膜與玻璃之間形成霜。此霜形成可使用塗覆於玻璃與薄膜之間的安裝溶液來抑制。安裝溶液包含約50體積百分比(體積%)至約70體積%之水(例如去離子水)或更尤其約60體積%至約70體積%之水、約10體積%至約40體積%之醇(例如異丙醇)或更尤其約20體積%至約30體積%之醇、約2體積%至約8體積%之界面活性劑或更尤其約2體積%至約5體積%之潤濕溶液及小於或等於約3體積%之鹽(例如，諸如呈去離子鹽形式之氯化鈉或易溶於溶液中之另一鹽)或更尤其約0.5體積%至約2體積%之鹽。體積百分比係以安裝溶液之總體積計。例示性潤濕溶液包括Madico 30－1－1 Window Solution Concentrate(WSC)(購自Madico,Woburn,MA)、Right－On(購自Avery Dennison,Pasadena,CA)、洗碗液(例如Joy洗碗液)及其他潤濕溶液。
舉例而言，1升溶液可藉由組合23盎司(oz.)水、9 oz.異丙醇、1.5 oz.Madico 30－1－1 WSC及1湯匙鹽來製備。在安裝於玻璃上後，甚至當玻璃為冷的(例如0℃)時，此安裝溶液使得優良光學能夠穿過薄膜。
在冷凍裝置中，抗霜薄膜總成可與低發射率(低E值)玻璃或塗層一起使用。可選擇低E值玻璃以滿足兩個主要標準：關於紅外光譜之高反射能力(藉此抵制不可見輻射熱)；及高能見度透射率(以不使穿過其之能見度模糊或混濁)。有大量具有不同低發射率特性之玻璃材料。如本文所論述之低E值玻璃及經低E值塗佈之玻璃或塑膠係指與經設計不發射(因此反射)約0.7微米以上(且更尤其為約0.7至約2.7微米)之輻射之玻璃或塑膠。通常使用多個層反射在約0.7至約2.7微米範圍內之更大百分比。低E值表面或塗層可具有約70%至約90%之可見光透射率。
本文所述之抗霜薄膜總成可用於防止基板上之冷凝，該等基板在具有約1%至約90%相對濕度(RH)之空氣存在下交替暴露於低至－23℃之溫度且接著於較高溫度暴露約1秒至約5分鐘。詳言之，抗霜薄膜總成防止基板上之冷凝，該等基板在具有約3%至約80%或更尤其約5%至約70%及更尤其約10%至約50%之相對濕度(在室溫下，冷卻器外之溫度)之空氣存在下交替地保持於低至約－23℃之溫度(尤其約－17℃至約－23℃)且接著於大於或等於約－17℃、大於或等於約0℃、大於或等於約10℃或大於或等於約20℃、直至約65℃之溫度暴露達約3分鐘左右。
在一實施例中，抗霜薄膜總成可用於防止基板上之冷凝，該等基板交替保持於0℃至－23℃之溫度且接著在約18℃至約30℃之溫度下暴露於潮濕之環境空氣達約2分鐘。環境空氣之相對濕度通常為約40%至約70%。如本文所用，"潮濕環境空氣"係指在上述範圍內之溫度及相對濕度，其最通常與雜貨店、便利商店、超級市場或其類似物或鄰近冷卻器(例如飲料冷櫃)之區域內之濕潤環境條件有關。因此，在另一實施例中，抗霜薄膜總成防止基板上之顯著冷凝，該等基板在約20℃至約25℃溫度下、在具有約40%至約50%相對濕度之空氣存在下交替保持約－17℃至約－23℃之溫度，接著暴露於約20℃至約25℃之溫度(尤其為約21℃至約24℃)達約一分鐘。
在此等低溫下不使用外部加熱器而使冷凝最小化或防止冷凝之事實代表先前技術之顯著進步。舉例而言，需要約1.4 amps來加熱冷凍展示門。使用上述總成使所有者去除此加熱。在每商店具有約100至約140個門及約120伏特電源之設施(例如商店)中，此轉化成為商店所有者節省約60 amp。仍將熱施加於門框但多數熱可因使用薄膜總成而完全關閉。因此商店所有者及冷凍裝置之其他使用者可實現顯著之能量節約。
抗霜薄膜及系統由以下非限制性實例進一步說明。
實例1
使用自包含下表I中之調配物(體積%)之組合物形成的聚胺基甲酸酯抗霜層製造包含安置於聚碳酸酯薄膜上之抗霜層的抗霜總成。
使用線繞棒式塗佈技術將調配物塗覆至薄膜，且將薄膜調配物固化且在廂式爐中以主動氣流移除溶劑，於薄膜上形成塗層。塗層厚度為0.005至0.0065英吋(127至165微米)且固化溫度為約235℉(113℃)(介於230℉與250℉(110℃至121℃)之間)，歷時3至5分鐘。風扇速度經調整以使極低氣流(風扇速度為每分鐘約500轉(rpm))於固化之前1至2分鐘存在且高氣流(風扇速度為約1,500 rpm)於固化之後2至3分鐘存在。於聚碳酸酯之塗佈面上使用高拋光聚酯罩(例如Dupont KL1,1密耳罩)。
聚碳酸酯薄膜之其他面以可再定位丙烯酸黏接劑濕法塗覆之窗薄膜塗佈。藉由以99%水/1%清潔劑之溶液噴灑玻璃、接著將總成之黏接劑壓向玻璃、以刮漿板擠出所有氣泡且完全乾燥將總成塗覆於玻璃基板。
總成之抗霜效力藉由測試前將總成及窗基板平衡2小時來測試。接著將有或無抗霜塗層之基板暴露於環境條件(21℃，50% RH)歷時60秒，接著回到指定溫度。接著在正常螢光照明條件下以正常觀察角度在1至3英尺之間的觀察者距離處觀測窗且記錄窗變無霜的時間。
結果於下表II中展示。在各種情況下，不含抗霜塗層之基板展示出冷凝。量測冷凝清除時間且於以下展示。
如可自上述資料所見，在約0℃至約－23℃之溫度下具有抗霜總成之基板表面區域保持透明且大體上不結霜。因此本文所揭示之抗霜薄膜總成使在一整天中打開及關閉之冰箱門在暴露於等於或大於基板之表面溫度之潮濕空氣時大體上不結霜，且因此不使冷凍裝置中商品的觀察模糊。
實例2
將上述抗霜薄膜總成塗覆至實際雜貨店之冷凍裝置。將該等冷凍裝置設置在－29℃，裝置內之空氣溫度為－23℃且商店中空氣在40至50% RH下為21℃至24℃。在此等條件下，塗覆有抗霜材料之門上未觀察到結霜，甚至在打開門1分鐘後也未觀察到結霜。無抗霜材料之門在10至15秒內結霜。在經加熱且具有抗霜薄膜總成之門與未經加熱且具有抗霜薄膜總成之門之間未見差異。此可允許具有100至140個門之一般商店在沒有加熱門的情況下運作且為商店節省約60 amps。
實例3
出於評估光罩膜表面修整及材料之目的，利用各種光罩膜材料製造抗霜薄膜總成。評估三種光罩膜的濁度值及結霜時間(亦即直至面板結霜之持續時間，以秒為單位量測)：包含平滑表面之聚乙烯光罩膜(平滑PE)、包含精細紋理表面之聚乙烯光罩膜(精細紋理PE)及包含平滑表面之聚酯光罩膜(平滑PET)。利用ASTM D1003量測濁度且在正常螢光照明條件下於正常觀察角度在1至3英尺之觀察者距離處評估結霜時間。
自所得資料可見，所測試樣本中平滑聚酯光罩膜(平滑PET)產生最佳抗霜性。另外，將平滑PE與精細紋理PE光罩膜相比較，展示出於精細紋理PE樣本上之精細紋理表面產生較短時間之霜持續時間。此外，相較於平滑PE樣本，精細紋理PE樣本展示出較高濁度。
實例4
自一實驗之實驗性結果於以下表IV中展現，該實驗係出於評估固化時間、風扇速度及薄膜厚度對外觀及耐霜性的影響的目的進行。在正常螢光照明條件下於45°觀察角度在1至3英尺之觀察者距離處量測外觀。
自以上所展現之資料可見，與高風扇速度及未拋光罩組合之較短固化時間(例如小於1.25分鐘)可導致小於2分鐘之結霜時間值。此等物品之表面修整有斑點，具有橘皮狀外觀。當較長之固化時間(例如大於1.5分鐘)與較低風扇速度組合使用時，所產生之物品展示出良好表面外觀且結霜時間值增加至大於2分鐘。因此，可使用小於或等於約1,000 rpm或更尤其小於或等於約750 rpm或更尤其小於或等於約500 rpm之風扇速度以獲得良好外觀及大於2分鐘之結霜時間。另外，例如在小於或等於約1,000 μm或更尤其約180 μm至約510 μm之薄膜厚度時，希望大於或等於約1.5分鐘或更尤其大於或等於約1.75分鐘之固化時間以獲得良好外觀及較長結霜時間。
將本抗霜層用於先前使用玻璃加熱器以避免結霜之冷凍機門。將冷凍機設置為－25℃(－13℉)及－18℃(0℉)。如自表V所見，能量損耗降低大於40%。在開始測試前，將A TES－3600裝置連接於冷凍機之入口電力線且使用單相三線設置量測系統隨時間所用之能量。在各組測試中，以***之門加熱器進行第一組測試以確定系統之總能量使用。冷凍機含有18個五加侖水瓶以在冷卻機(各層上3個)中產生熱容量。該組之後續測試以自冷卻機系統脫離之門加熱器進行。在冷凍機最小可能設置(設置為－13℉，量測為－5℉至－8℉)下及冷卻器設置為0℉之情況下進行一組測試。門在所有測試期間保持關閉。
表V展示－8℉(－22℃)之腔室溫度之結果。如自表V可見，能量使用之降低大於40%且平均為43%(標準偏差為1%)。
表VI展示0℉(－18℃)之腔室溫度之結果。如自表VI可見，相較於有門加熱器之冷卻機，能量使用之降低大於40%且甚至大於或等於約43%降低。
亦測試薄膜以藉由三個標準食品分配工業規範評定安裝於玻璃冷凍機門(三門冷凍機)上之薄膜的效能：1.開門30秒(sec)：1個循環2.開門及關門20 sec：10個循環3.開門及關門900 sec：1個循環如下表VI及表VII所使用，包覆係指當包覆濕氣何時開始，在""秒之小滴係指在門上何時形成小滴，且w/d係指小液滴。
在所執行的各測試中，當門打開時薄膜使門結霜之發生減慢或降低。在較高環境濕度值之900秒開門測試中，在薄膜門或非薄膜門上均形成顯著結霜、濕氣包覆及冷凝小滴。在此等顯著冷凝形成之情況下，薄膜較經加熱非薄膜門花費稍長時間變得透明。
如本文所揭示，可用於生產耐冷凝物品(諸如冰箱及冷凍機之門及面板、浴室鏡子及其類似物品)之大體上透明多層薄膜提供對低於先前可達到溫度之溫度(低至約－17℃或甚至低至－23℃)的有效耐霜性。此外，此等薄膜提供有效之耐霜性而需不使用外部加熱器，外部加熱器在玻璃冷凍機門之應用中為普遍的。此導致能量成本中之顯著節省。此外，自此等薄膜製造之物品可翻新為多種應用中及/或裝配至現有物品，且提供批發商多種抗霜溶液(例如可放置於薄膜上之黏著塗層)。在有利可選之特徵中，總成經製造以可再定位及/或允許包含圖形。
如本文所用，術語"第一"、"第二"、"外面"、"內部"、"外部"及其類似術語並不表示任何次序、數量或重要性，而是用於區別一個元件與另一個，且如本文所用，術語"一"並不表示數量之限制，而是表示存在至少一個所製物品。此外，所有關於相同性質或數量之範圍均包含在內且可各自組合。貫穿本說明書關於"一實施例"、另一實施例"等的參考意謂與該實施例有關的所述之特定要素(例如特徵、結構及/或特性)包括於本發明之至少一個實施例中。因此，該(等)要素不必全部係指相同實施例，且特定要素在不同實施例中可以任何適合方式組合。若揭示範圍，則所有針對相同組份或性質之範圍的端點係包括在內且可獨立組合(例如"達約25重量%或更尤其約5重量%至約20重量%"之範圍係包括"約5重量%至約25重量%"之範圍之端點及所有中間值在內，等)。所用之與數量有關之修飾語"約"係包括指定值在內，且具有由本文所指之意義(例如，包括與特定數量之量測相關之誤差度)。如本文中所用，後綴"(s)"意欲包括其所修飾之術語之單數及複數，藉此包括一或多個該術語(例如該(等)著色劑包括一或多種著色劑)。此外，如本文所用，"組合"包括摻合物、混合物、合金、反應產物及其類似物在內。
雖然本發明已參考其多個實施例描述，熟習此項技術者應瞭解在不悖離本發明之範疇的情況下可做出多種改變且等效物可代替其要素。另外，在不悖離其本質範疇之情況下可做出多種修正以使特定情況或材料適應本發明之教示。因此，希望本發明不限於作為執行本發明所預期的最佳模式所揭示之特定實施例，但本發明可包括屬於所附申請專利範圍之範疇內之所有實施例。
110．．．霜薄膜總成
120．．．霜層
130．．．膜
132．．．一表面
134．．．二表面
140．．．接層
150．．．域
160．．．域
210．．．霜薄膜總成
220．．．霜層
230．．．膜
232．．．一表面
234．．．二表面
240．．．接劑
280．．．形組件
282．．．形組件
300．．．品
310．．．霜薄膜總成
320．．．霜層
322．．．露表面
330．．．膜
334．．．二表面
360．．．域
390．．．板
392．．．面
400．．．冷凝冰箱門
410．．．霜薄膜總成
420．．．霜層
430．．．膜
490．．．板/表面
圖1為如本文所揭示之例示性抗霜薄膜總成之示意圖。
圖2為如本文所揭示之具有可選圖形組件之抗霜薄膜總成的例示性實施例的示意圖。
圖3為包含如本文所揭示之抗霜薄膜總成及基板之例示性物品的示意圖。
圖4為如本文所揭示之具有抗霜薄膜總成之例示性耐冷凝冷凍門之部分不完全透視圖。
110．．．抗霜薄膜總成
120．．．抗霜層
130．．．薄膜
132．．．第一表面
134．．．第二表面
140．．．黏接層
150．．．區域
160．．．區域

Claims (25)

  1. 一種抗霜薄膜總成，其包含：一具有一第一表面及一與該第一表面相對之第二表面的實質上透明之薄膜；及一形成自一包含具有異氰酸酯反應性部分、一疏水區及一親水區之界面活性劑之聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物之實質上透明之抗霜層，該抗霜層有效提供該層在-23℃與65℃之間交替之溫度下的抗霜特性，其中該抗霜層係安置在該薄膜之第一表面之區域上；及一光學透明黏接劑，其安置於該透明之薄膜之第二表面之一區域上。
  2. 如請求項1之抗霜薄膜總成，其中該透明之薄膜係選自由下列各物組成之群：聚碳酸酯、聚酯、聚(環己烷二甲醇對苯二甲酸酯)-共-聚(對苯二甲酸乙二酯)、丙烯酸樹脂、聚氯乙烯、聚碳酸雙烯丙酯、聚環烷酸乙二酯、聚碳酸酯/PCCD摻合物及包含上述聚合物之至少一者之組合。
  3. 如請求項1之抗霜薄膜總成，其中該聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物為一含聚異氰酸酯組份、一與該含聚異氰酸酯組份反應之含活性氫組份、及一具有一疏水區及一親水區之帶羥基界面活性劑，或為一反應性異氰酸酯基之聚異氰酸酯預聚物、一親水性多元醇及一具有一親水區及一疏水區之帶羥基界面活性劑。
  4. 如請求項1之抗霜薄膜總成，其中該界面活性劑之異氰 酸酯反應性部分為一羥基。
  5. 如請求項4之抗霜薄膜總成，其中該界面活性劑為一具有共價結合至該界面活性劑之羥基的陽離子性界面活性劑，或為一與一抗衡陽離子聯合之陰離子性界面活性劑，且其中該羥基係共價結合至該抗衡陽離子，或係一陽離子性界面活性劑與一陰離子性界面活性劑之一組合。
  6. 如請求項1至5中任一者之抗霜薄膜總成，其中該抗霜薄膜總成具有一小於或等於1,000 μm之厚度。
  7. 如請求項1之抗霜薄膜總成，其進一步包含一圖形組件。
  8. 如請求項1之抗霜薄膜總成，其進一步包含一黏接劑，其安置於該薄膜之第二表面之一區域上。
  9. 如請求項1之抗霜薄膜總成，其中該總成於基板上可再定位以形成一耐冷凝物品。
  10. 如請求項9之抗霜薄膜總成，其中該基板為一冰箱門或一冰箱窗或一鏡子或交通工具擋風玻璃。
  11. 如請求項9之抗霜薄膜總成，其中該耐冷凝物品為一冰箱面板、一建築物窗、一反射表面、一儀器表面或一面罩。
  12. 如請求項9之抗霜薄膜總成，其中該基板為一窗。
  13. 如請求項12之抗霜薄膜總成，其中該基板為一交通工具之窗。
  14. 如請求項1之抗霜薄膜總成，其中該抗霜薄膜總成自暴 露於-23℃之溫度下，至21℃及50%相對濕度之環境條件歷時60秒，接著回到-23℃之溫度，保持光學透明而無需使用熱；且其中該抗霜薄膜總成可於基板上再定位。
  15. 一種製造抗霜薄膜總成之方法，其包含：將自聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物形成之實質上透明的抗霜層施加於一透明薄膜之一第一表面；及將一光學透明黏接劑施加於該透明薄膜之一第二表面；其中該實質上透明之抗霜層提供該層在-23℃與65℃之間交替的溫度下的抗霜特性。
  16. 如請求項15之方法，其中該透明薄膜係選自由下列各物組成之群：聚碳酸酯、聚酯、聚(環己烷二甲醇對苯二甲酸酯)-共-聚(對苯二甲酸乙二酯)、丙烯酸樹脂、聚氯乙烯、聚碳酸雙烯丙酯、聚環烷酸乙二酯、聚碳酸酯/PCCD摻合物及包含上述聚合物之至少一者之組合。
  17. 如請求項15之方法，其中該聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物為一含聚異氰酸酯組份、一與該含聚異氰酸酯組份反應之含活性氫組份、及一具有疏水區及親水區之帶羥基界面活性劑，或為一反應性異氰酸酯基之聚異氰酸酯預聚物、一親水性多元醇及一具有親水區及疏水區之帶羥基界面活性劑。
  18. 如請求項15之方法，其中該聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物包含一具有異氰酸酯反應性部分、一疏水區及一親水 區之界面活性劑，且其中該界面活性劑之異氰酸酯反應性部分為一羥基。
  19. 如請求項15或18之方法，其中該聚胺基甲酸酯薄膜成形組合物包含一具有異氰酸酯反應性部分、一疏水區及一親水區之界面活性劑，且其中該界面活性劑為一具有共價結合至該界面活性劑之羥基的陽離子性界面活性劑，或為一與一抗衡陽離子聯合之陰離子性界面活性劑，且其中該羥基係共價結合至該抗衡陽離子，或係一陽離子性界面活性劑與一陰離子性界面活性劑之一組合。
  20. 一種窗，其經施加如請求項1至8中任一者之抗霜薄膜總成至其上。
  21. 如請求項20之窗，其中該窗為一交通工具之窗。
  22. 一種施加抗霜薄膜總成至一窗之方法，該方法包含黏接如請求項1至9中任一者之抗霜薄膜總成至該窗之步驟。
  23. 如請求項22之方法，其中該窗為一交通工具之窗。
  24. 一種預防一窗之結霜之方法，該方法包含黏接如請求項1至9中任一者之抗霜薄膜總成至該窗之步驟。
  25. 如請求項22或23之方法，其中該窗為一交通工具之窗。
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