专利名称：漫反射光的涂料组合物、制备涂料组合物的方法以及漫反射光的制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在其中漫反射光的是期望的光反射涂料制品中的光反射涂料组合物。本发明还涉及ー种制备该涂料组合物的方法，以及使用该涂料组合物制备的光反射制品。
背景技术：
反射体被用于许多类型的照明装置以使可用光线最大化，从而增加照明效率。最大化是通过使由灯产生的光在需要方向上的反射和重定向的组合，并且使反射体吸收的光线减到最少从而实现的。当照明装置设计包括光腔室(light cavity)(其中光线在作为可用光射出照明装置之前在空腔内被多次重定向)时这尤其重要。使用反射体的灯包括管状荧光灯以及发光二极管(LED)。管状荧光灯在围绕灯的360度发射光线，因此反射体重定向来自照明装置背部的光作为可用光。LED照明装置使用反射体以便混合、模糊或者漫射单个LED灯的个体(discrete)图像，同时使每给定瓦数的可用流明最大化。该反射体通常由经涂覆金属或者高度抛光的铝组成。期望的是使被反射体反射的光最大化并且使被反射体吸收的光减到最小，因为任何被吸收的光线都是不可用的，从而降低了装置的效率。当入射光被表面反射时发生漫射反射,使得该反射光被随机地或者呈Lambertian方式地散射。相反，当入射光以与入射角相同的角度被反射时发生镜面反射。镜面反射体已经被用于照明装置中以将光以受控或者聚焦分布的方式引出装置，并且提高整个装置效率。在其中要求低眩光和/或其中希望在ー个尽可能宽阔区域中均匀分配光的情况下，漫射反射是优选的。白色、漫射反射体通常用于房间和办公室照明中以减少镜面眩光。该反射体表面包括由卷钢或铝制造的金属部件。卷钢或铝在连续卷材(coil)装置中用通常包含ニ氧化钛光散射粒子的涂料进行涂敷，并且该涂层随后被固化。所得的卷材表面具有最多为约90%的反射率并且使金属成型为反射体或照明装置体。可替换的，粉末涂敷涂料在使金属成型之后被施加到照明装置以提供最多94%的表面反射率。照明装置(例如，灯具，标示，采光应用等)通常具有复杂的形状，包括半圆球形顶和卷边，使得难以并入已有的反射片。反射片可以被层压到钢上，然后成型为各种几何体；但是，该层压步骤不可能在所有的卷材涂覆系统中，并且需要昂贵的粘合剂以确保适当的层压
发明内容
将希望具有简单、经济的提供用于照明装置中的漫反射表面的手段，该漫反射表面将避免在已知反射体中的固有问题。—方面，公开了ー种漫反射光的涂料组合物，它包含涂料载体和约lwt%-约90wt%的其平均直径为约I微米-约300微米的大孔聚合物粒子。该大孔粒子可以是来自具有孔或空隙的聚合物大孔片材的聚合物大孔粒子。塑料或陶瓷微球体可以与大孔粒子组
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ロ ο另ー方面，公开了ー种漫反射光的制品，它包括具有至少ー个光反射表面的基底，该光反射表面在其上有漫反射光的涂料的层，该涂料包含涂料载体和约lwt% -约90wt% 的其平均直径为约I微米-约300微米的大孔聚合物粒子。该大孔粒子可以是来自具有孔或空隙的聚合物大孔片材的聚合物大孔粒子。塑料或陶瓷微球体可以与在涂料载体中的大孔粒子組合。另ー方面，公开了ー种中制造漫反射光的涂料组合物的方法，包括a)提供涂料载体，b)向所述涂料载体中加入约Iwt % -约90wt%的其平均直径为约I微米-300微米的大孔聚合物粒子，和c)混合该涂料载体和该大孔聚合物粒子以形成浆料。该大孔聚合物粒子可以与塑料或陶瓷微球体一起组合。将微球体加入到涂料载体中。另ー方面，公开了ー种形成漫反射光的制品的方法，包括a)提供包含至少ー个表面的基底，b)向该基底的至少ー个表面施用漫反射光的涂料，和c)任选地，在基底上压印(embossing)塑料或陶瓷微球体的干粉末或该两者微球体的干粉末，并固化该基底。在另一方面，公开了ー种使漫反射光的制品成型的方法，包括a)用上述公开的涂料组合物填充模具腔，b)当涂料组合物包含在模具中时热固化该涂料组合物，和c)将固化的材料从模具中脱模以形成个体的反射部件。本发明涉及方面I. ー种漫反射光的涂料组合物，其包含涂料载体和约Iwt % -约90wt%的其平均直径为约I微米-约300微米的大孔聚合物粒子。方面2.根据方面I的涂料组合物，还包含微球体。方面3.根据方面2的涂料组合物，其中微球体可以是中空、实心的或二者的混合物。方面4.根据方面I的涂料组合物，还包含中空和实心微球体，中空与实心微球体的体积比为约I : 4-约3 4。方面5.根据方面2的涂料组合物，其中微球体是塑料或陶瓷的。方面6.根据方面2-5任一项的涂料组合物，当该组合物在硬表面上进行干燥吋，在550nm测量的光反射率为约95% -约98%。方面7.根据方面2的涂料组合物，包含约5wt% -约80wt%的大孔聚合物粒子。
方面8.根据方面2的涂料组合物，包含约5wt% -约20wt%的大孔聚合物粒子。方面9.根据方面2的涂料组合物，其中大孔聚合物粒子的平均直径为约10微米-约200微米。方面10.根据方面9的涂料组合物，其中大孔聚合物粒子的平均直径为约100微米-约200微米。方面11.根据方面2的涂料组合物，还包含顔料。 方面12.根据方面2的涂料组合物，还包含选自以下的添加剂湿润剂、分散剂、抗静电剂、UV抑制剂、光学增亮剂、蜡润滑剂、抗氧化剂、抗微生物剂及其混合物。方面13.根据方面2的涂料组合物，其中涂料载体还包含选自如下的粘合剂丙烯酸粘合剤、聚氨酯粘合剂、聚酯粘合剂和基于环氧的粘合剂及其混合物。方面14.根据方面I或2的涂料组合物，其中涂料载体还包含环氧/丙烯酸酯混合粘合剂。方面15. —种漫反射光的制品，它包括具有至少ー个光反射表面的基底,该光反射表面在其上有漫反射光的涂料的层，该涂料包含涂料载体和约lwt% -约90wt%的其平均直径为约I微米-约300微米的大孔聚合物粒子。方面16.根据方面15的漫反射光的制品，其中该漫反射光的涂料还包含微球体，其中该微球体可以是中空、实心的或者二者的混合物。方面17.根据方面15的漫反射光的制品，其中该漫反射光的涂料还包含中空和实心微球体，中空与实心微球体的体积比为约I : 4-约3 4。方面18.根据方面16的制品，其中该涂料层的厚度为约O. 025mm-约1mm。方面19.根据方面16的制品，其中该制品是灯具，并且该基底包括硬外売。方面20.根据方面16的制品,其中该至少ー个光反射表面在550nm测量的光反射率为至少约97%。方面21.根据方面15或16的制品，其中漫反射光的涂料还包含环氧/丙烯酸酯混合粘合剤。方面22.根据方面16的制品，其中微球体以约O. 5wt% -约10wt%—在。方面23. —种制备漫反射光的涂料组合物的方法，包括a)提供由溶剂和粘合剂组成的粘合剂组合物，该粘合剂选自丙烯酸粘合剂、聚氨酯粘合剂、聚酯粘合剂和基于环氧的粘合剂及其混合物；b)将该粘合剂与约Iwt % -约90wt %的其平均直径约I微米_约300微米的大孔聚合物粒子接触，和c)混合该粘合剂组合物和该大孔聚合物粒子以形成浆料。方面24.根据方面23的方法，其中该粘合剂还包含微球体，其中该微球体是中空、实心的或二者的混合物。方面25. —种成型漫反射光的制品的方法，包括a)提供包括至少ー个表面的基底，和b)将方面1-14任一项的涂料组合物施覆到该基底的至少ー个表面上；和c)任选地，在基底上压印塑料或陶瓷微球体的干粉末或二者的干粉末，并将该基底固化。
方面26.根据方面25的方法，其中压印步骤是通过以下实现用热或UV固化或结合的热/UV固化进行部分固化，接着喷涂高反射率干粉末，并用压花辊进行压印。方面27.根据方面26的方法，还包括用热或UV固化或结合的热/UV固化将该基底完全固化。方面28.根据方面25的方法，其中干粉末还包含选自交联聚合物粒子和TiO2的成分。
图I是对于所公开的漫反射光的涂料组合物的实施例I和实施例2与已知的对比材料相比较的百分比反射率vs.波长的曲线。图2是对于所公开的漫反射光的涂料组合物的实施例1-5的百分比反射率vs.波长曲线。
图3是几种已知材料的百分比反射率vs.波长的曲线。定义虽然本领域技术人员所熟悉的，为了清楚起见给出下面的定义。大孔材料:孔径大于50纳米的材料。微球体材料:直径为1-20微米的塑料或陶瓷的、中空或实心球体。
具体实施例方式公开了ー种漫反射涂料组合物，它包含涂料载体和约lwt% -约90wt%的其平均直径为约I微米-约300微米的大孔聚合物粒子。涂料体系可以是有机溶剂基、水基聚合物乳状液或100%树脂溶液。涂料体系还可以由聚合物粘合剂(如丙烯酸粘合剤、聚氨酯粘合剂、聚酯粘合剂、胶乳粘合剂(latex-binder)、醇酸粘合剂、基于环氧的粘合剂(epoxy-based binders)或其混合物)组成。该聚合物粘合剂还可以是混合环氧/醇酸粘合剤。混合该涂料体系和粒子以形成涂料粒子衆料。反射性大孔粒子是从聚合物大孔片材衍生的聚合物大孔粒子，该片材具有直径小于约600nm,包括小于500nm,小于400nm,小于300nm的孔或空隙(void)。而且，大孔片材可以具有直径约IOOnm至小于约600nm,包括直径约200nm至小于约600nm,直径约200nm至约500nm，直径约300nm至约400nm的孔或空隙。用于有效散射可见光的孔尺寸在IOOnm-IOOOnm范围，包括500nm。这种片材为具有高光反射率的白色聚合物纤维非编织片或大孔薄膜。该片材也可被称作微空隙或微孔反射片。该纤维可以内部分散有无机粒子，例如ニ氧化钛或硫酸钡，以进ー步改善光反射率。—种这样的大孔片材是反射性微孔泡沫聚合物片，例如以MC-PET从FurukawaElectric Co. Ltd.(日本东京)可获得的白色98 %反射性微孔泡沫聚酯片。该微孔泡沫片是通过如下形成的使热塑性聚酯片和分隔体织物(separator fabric)相互重叠，并将它们辊压，使惰性气体浸入热塑性聚酯片中(同时辊保持在加压惰性气体氛围中)，在环境压カ下通过加热该热塑性聚酯片使其起泡沫。形成该泡沫片的方法一般公开于美国专利No. 5723510中，其全文通过引用被并入本文。
另ー种大孔片材是反射性非编织片,例如由闪纺聚合物(flash spun polymer)制成的单纤维丛丝薄膜-原纤片(plexifilamentary film-fibril sheet)。这样一种片由高密度聚こ烯形成并且可从 E. I. du Pont de Nemours & Co. (Wilmington, Delaware)以DuPontTMTyvek 购得。用于该片的原材料是稍微固结的(consolidated)闪纺聚こ烯单纤维丛丝薄膜-原纤片，其按照Steuber的美国专利3，169, 899的一般エ艺制造，由此其全文通过引用被并入。高密度聚こ烯是由聚こ烯在溶剂中的溶液进行闪纺。该溶液连续地被泵送至纺丝头组件。使该溶液在每个纺丝头组件中穿过第一喷丝ロ至压カ降低区，然后穿过第二喷丝ロ进入到周围的大气中。所得的薄膜-原纤股线(strand)通过有形状的旋转挡板被铺展和振动，被充静电然后被沉积在运送带上。纺丝头被隔开以在带上提供重叠、交叉沉积物以形成宽的毡状物(batt)，其随后被稍微固结。这里使用的术语“单纤维丛丝”，表示一种股线，其特征为大量薄的、帯状、具有无规长度的、平均厚度小于约4微米的、通常与股线的纵轴同延伸地排列的薄膜-原纤元件的三维整体网络。该薄膜-原纤元件在该股 线的整个长度、宽度和厚度中以不规则间隔在不同位置间歇地结合和分开以形成该三维网络。这种股线在Blades和White的美国专利3, 081, 519以及Anderson和Romano的美国专利3，227，794中被进ー步详细地描述，它们在此全文通过引用被并入。另外的大孔片材是双轴拉伸薄膜，例如聚酯填充薄膜，如美国专利No. 4654249公开的那些，其在此通过引用被并入。另ー种合适的大孔片材是由热感应相分离法形成的膜，例如美国专利No. 6790404、6780355、6632850，和美国专利申请No. 2003/0036577和2005/0058821所公开的那些膜，它们在此通过引用被并入。合适的大孔片材还包括扩展膜例如 ePTFE，如美国专利 No. 6015610、5982542、5905594、5892621 和 5596450 公开的那些膜，它们在此通过引用被并入。这种大孔粒子是用适于将片材尺寸减小到适当尺寸粒子(包括直径小于约300微米)的任何方法由大孔片材形成的。这样的方法包括使用设备的研磨，所述设备如旋转刀式粉碎机(rotary knife mill),双棍研磨机,造粒机,润轮研磨机等,及其组合。根据所用材料和可使用的设备，使用粗磨设备将大孔片材粗磨或初步粉碎，然后使用细磨设备进行更精细的磨碎(reduced)。一种将大孔片材的尺寸减小的方法公开于美国专利No. 4965129中，在此其通过引用被并入。该方法包括将由闪纺高密度聚こ烯制造的轻微固结的单纤维丛丝薄膜-原纤片切成条，然后用旋转刀式切碎机将该条切成短长度。该短长度的在造粒机中被切碎成更小的片。作为非限定性的例子，可以使用Sprout-Bauer DSF-1518造粒机。该切碎片然后经过开孔为0. 48X0. 48cm的筛，然后再在涡轮研磨机中进ー步減少尺寸。涡轮研磨机的非限定性的例子是 Model 3A Ultra-Rotor 研磨机(由 Industrial Process EquipmentCo. ofPennsauken分销，NewJersey),其具有直径71cm的刀片。可以向润轮研磨机中加入湿润剂，以提供2%浓度的该湿润剂，以单纤维丛丝薄膜-原纤片的重量为基准。如美国专利No. 4965129所公开，由该方法得到的纤维聚こ烯粒子浆显示出为0. 12的滤水因子(drainage factor),在 14 目的筛上为 53 % 的 Bauer-McNett 分级值(classificationvalue)，为1.7m2/g的表面积。滤水因子根据修订TAPPI T2210S-63测试，如美国专利No. 3920507 公开进行測定。分级值(classification value)根据 TAPPI T330S-75 进行測定。TAPPI 指的是 Technical Association of Paper and Pulp Industry。表面积由S. Brunauer, P. H. Emmett 和 E. Teller, J. Am. Chem. Soc.，V. 60, 309-319 (1938)的 BET 氮气吸收法进行測量，该文献通过引用并入本文中。美国专利No. 4965129中公开的上述方法还可以应用于其它适用于本发明的大孔片材(包括反射性微孔泡沫片)，以将该材料减小到合适尺寸的粒子。制备大孔粒子的另一方法是取出通过旋转刀粉碎(rotary knife milling)制得的大孔片材的粗屑，并且在旋转锤式粉碎机中加工它们。粉碎机(例如Hosokawa MikroPulverizer)可以连续进料单纤维丛丝纤维片(plexifilimentary fiber sheet)或微空隙PET片的碎屑。通过旋转锤在锯齿状衬里(liner)和小直径筛上的机械作用，减小粒子尺寸。该粒子被研磨同时可进行涂覆以改善粒子性能。可以将液态 水、表面活性剤、分散剂、湿润剂和/或顔料以计量流量加入到研磨室中，以降低研磨温度，提高产量和/或涂覆粒子以赋予其另外性质。可以使用粒子涂层来提高溶液中的分散，在研磨过程中保持反射率，提高研磨产量或影响所得粒子的光学性能。大孔粒子的尺寸能够在涂料中良好分散。能够被分散的粒子通常平均直径不大于约300微米。粒子的平均直径大于大孔材料内的反射性空隙的尺寸，即大于约600nm。用于涂料-粒子浆料中的粒子的平均直径可以至少为约I微米，包括平均直径约2微米-約300微米，约10微米-约300微米，约10微米-约200微米，约50微米-约300微米，约100微米-约300微米，约100微米-约200微米。该粒子的平均尺寸还可以为约10微米。由单纤维丛丝纤维形成的大孔粒子可以具有约5微米-约10微米的纤维直径，与10微米-约200微米，包括50微米和100微米的纤维长度。微球体可以与大孔粒子组合以提高反射率和/或減少需要的大孔粒子的量。微球体还可以作为粘度改进剂，降低涂料载体和聚合物粘合剂体系的粘度。微球体原料可以包含被包装在一起的多种塑料或陶瓷、中空或实心微球体，例如expancel微球体Luxsil andExtendospheres X0L-150。这些粒子作为个体的球体或胞腔(cells)进行使用。这些胞腔是密封的，可以充入气体或空气，在由大孔片材研磨得到的其他粒子或顔料间产生空隙，以提高涂料原料的反射率。而且这些微球体具有弾性、可压缩性、成本降低、低密度和表面改性。微球体尺寸范围为直径约1-20微米，包括约5微米，10微米，和15微米。Icm厚的各种微球体填充层和普通粒子的反射率如下粉末厂商平均反射率(Y)
Dynoadd 506(PMMA 球)Dynea97.5
Dynoadd 510(PMMA 球)Dynea97. I
Dynoadd 515(PMMA 球)Dynea96. 7
TiO2 (R104)(颜料)DuPont95. 4
Expancel d70(中空球)AkzoNobel94.权利要求
1.ー种漫反射光的涂料组合物，其包含涂料载体和约Iwt% -约90wt%的其平均直径为约I微米-约300微米的大孔聚合物粒子。
2.根据权利要求I的涂料组合物,还包含微球体。
3.根据权利要求2的涂料组合物，其中微球体可以是中空、实心的或二者的混合物。
4.根据权利要求I的涂料组合物,还包含中空和实心微球体，中空与实心微球体的体积比为约I : 4-约3 4。
5.根据权利要求2的涂料组合物，其中微球体是塑料或陶瓷的。
6.—种漫反射光的制品，它包括具有至少ー个光反射表面的基底,该光反射表面在其上有漫反射光的涂料的层，该涂料包含涂料载体和约lwt% -约90wt%的其平均直径为约I微米-约300微米的大孔聚合物粒子。
7.根据权利要求6的漫反射光的制品，其中该漫反射光的涂料还包含微球体，其中该微球体可以是中空、实心的或者二者的混合物。
8.ー种制备漫反射光的涂料组合物的方法，包括 a)提供由溶剂和粘合剂组成的粘合剂组合物，该粘合剂选自丙烯酸粘合剤、聚氨酯粘合剂、聚酯粘合剂和基于环氧的粘合剂及其混合物； b)将该粘合剂与约Iwt% -约90wt%的其平均直径约I微米-约300微米的大孔聚合物粒子接触，和 c)混合该粘合剂组合物和该大孔聚合物粒子以形成浆料。
9.根据权利要求8的方法，其中该粘合剂还包含微球体，其中该微球体是中空、实心的或二者的混合物。
10.ー种成型漫反射光的制品的方法，包括 a)提供包括至少ー个表面的基底，和 b)将权利要求1-5任一项的涂料组合物施覆到该基底的至少ー个表面上；和 c)任选地，在基底上压印塑料或陶瓷微球体的干粉末或二者的干粉末，并将该基底固化。
全文摘要
公开了一种用于照明装置中的反射体的漫反射涂料组合物。该涂料是通过将大孔聚合物粒子和涂料载体混合而形成的。该大孔聚合物粒子是通过切碎反射性大孔片材而形成的。该涂料还可以包含实心或中空微球体。该涂料可以施覆于多种基底上以形成漫反射制品。
文档编号G02B5/128GK102643584SQ20111035861
公开日2012年8月22日 申请日期2011年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者X·尤, 埃里克·威廉赫恩·蒂特 申请人:埃里克·威廉·赫恩·蒂特, 怀特光学有限责任公司