Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области техники полимерных листов и многослойных стеклянных панелей, а более конкретно настоящее изобретение относится к области техники полимерных листов и многослойных стеклянных панелей, содержащих агенты, которые вызывают изменения свойств пропускания света, когда подвергаются действию электрического поля.
Уровень техники
В течение долгого времени было желательно разрабатывать окна и продукты из стекла, имеющие свойства отражения и пропускания света, которые могут быть регулируемы пользователем продуктов. Например, регулируемая тонировка окна должна давать возможность пользователю произвольно повышать поглощение, рассеяние или отражение света в окне, тем самым уменьшая величину света, который проходит через окно. Такой продукт должен обеспечить пользователю возможность регулировать тон, чтобы соответствовать потребностям уединенности или общим потребностям в свете, например.
Традиционные попытки производства окон с регулируемым тоном, тем не менее, приводили к продуктам с неоптимальными характеристиками. Например, окна, использующие системы уменьшения электрохромного окисления или устройства на жидких кристаллах и взвешенных частицах с дисперсией полимеров, могут очень медленно переходить из нетонированного состояния в тонированное состояние после применения напряжения. Это время запаздывания, как правило, нежелательно. Дополнительно, некоторые традиционные продукты имеют недопустимо высокие уровни матовости. Помимо этого, традиционные продукты с регулируемым тоном могут требовать постоянного применения напряжения, чтобы поддерживать тонированное состояние, что увеличивает сложность применения и стоимость и ограничивает диапазон вариантов применения продукта.
Следовательно, необходимы дополнительно усовершенствованные структуры и способы, чтобы придавать способность регулирования тона полимерным листам и продуктам из многослойного стекла, и конкретно панелям из триплекса, содержащим слои поли(винилбутираля) и слои полиэтилентерефталата, с тем чтобы передавать требуемые качества регулируемого пропускания света готовой стеклянной панели.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к области техники полимерных листов и многослойных стеклянных панелей, а более конкретно настоящее изобретение относится к области полимерных листов и многослойных стеклянных панелей, содержащих агенты, которые вызывают изменения свойств пропускания света, когда подвергаются действию электрического поля.
Настоящее изобретение включает полимерный лист, содержащий: полимерный слой и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, которое может проходить через упомянутый полимерный лист в ответ на наложение упомянутого электрического поля к упомянутому полимерному листу.
Настоящее изобретение включает многослойную стеклянную панель, содержащую: первый слой, содержащий полимерный слой, и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в величине видимого света, который может проходить через упомянутый первый слой в ответ на наложение упомянутого электрического поля к упомянутому первому слою; второй слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в соприкосновении с упомянутым первым слоем; и третий слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем напротив упомянутого третьего слоя.
Настоящее изобретение включает многослойную стеклянную панель, содержащую: первый слой, содержащий электропроводящий полимерный лист; второй слой, содержащий электропроводящий полимерный лист; причем упомянутый первый слой и упомянутый второй слой связаны посредством связующего, содержащего множество областей, распределенных по упомянутому связующему, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, который может проходить через упомянутую стеклянную панель в ответ на наложение электрического поля к упомянутому связующему.
Настоящее изобретение включает способ уменьшения пропускания света через отверстие, при этом способ содержит этапы, на которых: предоставляют многослойную стеклянную панель в упомянутое отверстие, причем упомянутая многослойная стеклянная панель содержит первый слой, содержащий полимерный слой; и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, который может проходить через упомянутый первый слой в ответ на наложение упомянутого электрического поля к упомянутому первому слою; второй слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем; и третий слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем напротив упомянутого второго слоя; и подключают источник напряжения к упомянутому второму слою и упомянутому третьему слою, тем самым генерируя электрическое поле по всему упомянутому первому слою.
Настоящее изобретение включает способ реверсивного уменьшения пропускания света через отверстие, при этом способ содержит этапы, на которых: предоставляют многослойную стеклянную панель в упомянутое отверстие, причем упомянутая многослойная стеклянная панель содержит первый слой, содержащий полимерный слой; и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, который может проходить через упомянутый первый слой в ответ на наложение упомянутого электрического поля к упомянутому первому слою; второй слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем; и третий слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем напротив упомянутого второго слоя; подключают источник напряжения к упомянутому второму слою и упомянутому третьему слою, тем самым генерируя электрическое поле по всему упомянутому первому слою; и меняют полярность источника напряжения к упомянутому второму слою и упомянутому третьему слою, тем самым реверсируя упомянутое электрическое поле.
Настоящее изобретение включает многослойную стеклянную панель, содержащую: первый слой стекла, имеющий электропроводящее покрытие; второй слой стекла, имеющий электропроводящее покрытие; полимерный слой, размещенный между упомянутым первым слоем стекла и упомянутым вторым слоем стекла; и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, которое может проходить через упомянутый полимерный слой в ответ на наложение электрического поля к упомянутому полимерному слою.
Настоящее изобретение включает многослойную стеклянную панель, содержащую: первый слой стекла, содержащий электропроводящее покрытие; второй слой стекла, содержащий электропроводящее покрытие; причем упомянутый первый слой стекла и упомянутый второй слой стекла связаны посредством связующего, содержащего множество областей, распределенных по упомянутому связующему, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, который может проходить через упомянутую стеклянную панель в ответ на наложение электрического поля к упомянутому связующему.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схематичную иллюстрацию поперечного сечения области, размещенной между двумя электродами, до наложения напряжения к электродам.
Фиг.2 представляет схематичную иллюстрацию, показанную на фиг.1, после наложения источника напряжения между двумя электродами.
Фиг.3 представляет схематичное поперечное сечение полимерного слоя, имеющего области, содержащие агенты настоящего изобретения.
Фиг.4 представляет схематичное поперечное сечение полимерного слоя, показанного на фиг.3, размещенного между двумя проводящими полимерными слоями.
Фиг.5 представляет схематичное поперечное сечение различных вариантов осуществления настоящего изобретения, в которые добавляются полимерные слои.
Фиг.6 представляет варианты осуществления настоящего изобретения, в которых несколько слоев полимерных материалов размещены между двумя слоями стекла в стеклянной панели.
Фиг.7 представляет поперечное сечение различных вариантов осуществления настоящего изобретения, использующих связующее.
Фиг.8 представляет график выходного детектора в сравнении со временем для трех примерных дисперсий.
Фиг.9а и 9b - это растровые электронные микрофотографии кварцевой соли, осаждающейся на электроде оксидов индия и олова.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение влечет за собой использование различных агентов, которые допускают изменение характеристик пропускания света материала, когда эти агенты подвергаются действию электрического поля. В частности, агенты, которые имеют заряд и могут перемещаться в среде, когда подвергаются действию электрического поля, используются в настоящем изобретении в многослойных стеклянных панелях, полимерных слоях и других вариантах применения, чтобы создавать продукты, которые могут быть затонированы посредством применения напряжения. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения тонируемые продукты являются обратимо тонируемыми посредством обращения полярности электрического поля. Продукты в рамках области применения настоящего изобретения включают многослойные панели из триплекса, стеклянные стеновые панели, очки коррекции зрения и солнцезащитные очки, в которых желательно применение нереверсивной тонировки, и другие варианты применения, в которых желательна регулируемая тонировка продуктов из стекла.
Тонировка продуктов из стекла настоящего изобретения выполняется посредством подвергания одного или более различных слоев материала, которые содержат конкретные агенты, действию электрического поля, тем самым вызывая изменения в характеристиках поглощения, отражения или рассеяния света агентов. Например, до применения электрического поля агенты настоящего изобретения могут быть размещены по одному слою материала либо распределены в рамках заранее заданных областей в одном слое или распределены по всему слою материала. В этом состоянии, в котором среднее разделение агента наибольшее, например, виден максимальный уровень пропускания света через слой. Этот уровень может быть практически 100% пропусканием света или любым значением меньше этого, как требуется для конкретного варианта применения. Например, некоторые варианты применения, для которых всегда требуется заметная тонировка, могут пропускать менее 100% света, когда агент имеет максимальное среднее разделение. Применение электрического поля к агентам в данном примере инструктирует агентам поглощать, рассеивать или отражать больше света, чем в состоянии, непосредственно предшествующем применению электрического поля. Этот эффект может быть вызван, например, изменением среднего разделения агентов, которые связаны посредством полимерных молекул (привязанных агентов), или электрофоретической миграцией агентов, что может вызывать изменение пропускания света как результат агломерации или изменение расстояния среднего разделения, как видно с помощью некоторых коллоидных агентов, или выравниванием агентов, как видно с помощью анизометрических частиц, помимо прочего.
При использовании в данном документе, за исключением случаев, явно заданных как отличные в конкретных вариантах осуществления, ссылки на пропускание света, отражение света, поглощение света или рассеяние света относятся к свету в видимой области спектра. Различные варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя агенты, которые влияют на пропускание света за пределами видимой области тем не менее, конкретно в диапазоне ближней инфракрасной области спектра, и эти варианты осуществления входят в объем изобретения.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения уменьшение пропускания света может быть изменено посредством обращения полярности налагаемого электрического поля, что инструктирует агентам настоящего изобретения вернуться в исходное состояние. В других вариантах осуществления настоящего изобретения уменьшение пропускания света происходит как один необратимый этап. Эти варианты осуществления используются для продуктов, для которых обратимое изменение нежелательно. Например, необратимое изменение из светопроницаемого к непрозрачному продукту из стекла может быть полезно, если используется, чтобы сделать продукт бесполезным после того, как происходит угон. В других вариантах осуществления тонировка является только частично обратимой, что также полезно в качестве противоугонного устройства.
Как описано выше, агенты настоящего изобретения могут быть размещены в рамках заданных областей, которые сами размещены в слое, связующем или другой подходящей среде. Альтернативно, агенты могут быть распределены по слою, связующему или другой подходящей среде без использования заданных областей.
При использовании в данном документе "областью" может быть любая зона, которая конкретно ограничивает свободное перемещение агента за пределы этой области. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения область - это микрокапсульная или многофазная система, в которой дисперсная фаза содержится в непрерывной фазе полимера. Дисперсная фаза содержит дисперсию агента.
Фиг.1 представляет схематичный чертеж поперечного сечения сферической микрокапсульной области 10. Как показано на фиг.1, покрытие 12 окружает суспендирующий материал 14, в котором распределен агент 16. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения покрытием 12 является полимерное покрытие. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения суспендирующим материалом 14 является диэлектрический материал. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения суспендирующим материалом 14 является текучая среда. В других вариантах осуществления суспендирующим материалом 14 может быть гель или сухое вещество.
Микрокапсула 10 показана размещенной между первым электродом 18 и вторым электродом 20. Показанные заряды являются номинальными и могут быть изменены на противоположные посредством обращения полярности источника напряжения. Распределение агента 16 на фиг.1 представляет состояние максимального среднего разделения агента 16. Как показано в этом примере, электрическое поле не было сгенерировано, и поэтому агент 16 не выполнил какого-либо электрофоретически индуцированного движения. В этом состоянии наблюдается максимальное пропускание света через микрокапсулу 10.
Фиг.2 представляет схематичную иллюстрацию микрокапсулы 10, показанной на фиг.1, после генерирования электрического поля посредством применения напряжения к первому электроду 18 и второму электроду 20. В этом примере положительно заряженный агент 16 мигрировал к отрицательному второму электроду 20 и агломерировался в направлении покрытия 12. В этом агломерированном состоянии, в дисперсном состоянии, тем самым вызывая результирующее уменьшение величины света, который может проходить через микрокапсулу 10. В других вариантах осуществления настоящего изобретения, где агент положительно зарядил наночастицы, соединенные или связанные посредством полимерных молекул, как описано подробнее ниже, миграция агента 16 должна произойти, чтобы осуществить изменение пропускания света через микрокапсулу 10.
Фиг.3 представляет схематичное поперечное сечение полимерного слоя 24, в котором расходуются области, содержащие агент 22. Как и на других чертежах, фиг.3 не представляет фактическое отношение размеров между областями 22 и полимерным слоем 24. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения полимерный слой 24 является прозрачным, но как указано выше, другие варианты осуществления влекут за собой использование слоев и областей, которые не являются идеально светопроницаемыми, когда они находятся в состоянии наибольшего пропускания света. Как подробнее описывается ниже, полимерный слой 24 этих вариантов осуществления может содержать полимер, такой как пластифицированный поли(винилбутираль) или аналогичный материал, который применим в продуктах из триплекса.
Как показано на фиг.3, настоящее изобретение включает многослойную стеклянную панель, содержащую: первый слой, содержащий полимерный слой; и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, которое может проходить через упомянутый первый слой в ответ на наложение упомянутого электрического поля к упомянутому первому слою; второй слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем; и третий слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем, расположенный напротив упомянутого третьего слоя.
Этот полимерный лист может быть использован в любом варианте применения, в котором требуется тонируемый, прозрачный или частично прозрачный полимерный слой.
В дополнительных вариантах осуществления, как показано на фиг.4, помимо первого слоя, содержащего полимерный слой 24 и области 22, второй слой 26, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещен в контакте с первым слоем, а третий слой 28, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещен в контакте с первым слоем напротив второго слоя 26. Как и ранее, заряды номинально назначаются каждому электропроводящему полимерному листу, которые выступают в качестве электродов, когда они подключены к источнику напряжения.
Очевидно из конфигурации в три слоя, показанной на фиг.4, что подключение второго слоя 26 и третьего слоя 28 к источнику напряжения (переменного или постоянного тока) приводит к генерированию электрического поля между вторым слоем 26 и третьим слоем 28. После генерирования электрического поля агент, размещенный в областях 22, либо мигрирует, либо принимает другое состояние, и пропускание света через три слоя изменяется. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения полимерный слой 24, второй слой 26 и третий слой 28 могут быть составлены из прозрачных материалов, что приводит к многослойному продукту, который является прозрачным до применения электрического поля.
Как подробнее описано ниже, второй слой 26 и третий слой 28 могут содержать полимерный материал, такой как полиэтилентерефталат, который покрыт или обработан таким образом, чтобы делать слой электропроводящим. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения полимерный слой 24 содержит поли(винилбутираль), а второй слой 26 и третий слой 28 содержат полиэтилентерефталат, которые обработаны с помощью проводящего материала, такого как металлическое покрытие, покрытие оксидом индия и олова или покрытие оксидом сурьмы и олова. Базовая конструкция с тремя слоями, показанная на фиг.4, может быть использована надлежащим образом в любом подходящем варианте применения, и различные другие слои полимера, такие как поли(винилбутираль) и стекло могут быть расслоены на показанную конструкцию, чтобы выработать готовый продукт из стекла. Примеры многослойных конструкций, которые используют конструкцию с тремя слоями, показанную на фиг.4, включают в себя показанные на фиг.5 и 6. На фиг.5 четвертый слой 30 и пятый слой материала типа поли(винилбутираля) показаны размещенными в контакте со вторым слоем 26 и третьим слоем 28 соответственно. На фиг.6 два слоя стекла 34, 36 показаны размещенными в контакте с четвертым слоем 30 и пятым слоем 32 соответственно. Фиг.6 представляет схематичное поперечное сечение многослойной стеклянной панели, которая может быть затенена посредством наложения напряжения ко второму слою 26 и третьему слою 28. В различных вариантах осуществления все слои могут содержать материалы, которые являются прозрачными, что дает в результате стеклянную панель, которая является прозрачной до тех пор, пока не приложено напряжение, при этом в данный момент первый слой, содержащий полимерный слой 24, и области с агентами 22 становятся менее прозрачными, приводя к тонировке многослойной стеклянной панели.
Варианты осуществления, показанные на фиг.3-6, являются, разумеется, примерными, и различные замещения материалов и слоев могут быть использованы без отступления от духа и области применения изобретения. Например, множество сочетаний многослойной стеклянной панели, показанной на фиг.6, может быть получено посредством добавления одного или более слоев материала типа поли(винилбутираля), в которых одна или более добавок, такие как, например, и без ограничения пигменты, красители, огнезащитные составы, ИК-поглотители и т.п., были по выбору добавлены. Дополнительно, любые вариации в материалах или другие модификации и добавки, которые известны в данной области техники и совместимы с тонируемыми компонентами, включены в варианты осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 представляет схематичное поперечное сечение других вариантов осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления первый слой 40, содержащий электропроводящий полимерный лист, и второй слой 42, содержащий электропроводящий полимерный лист, связаны посредством связующего 38, которым может быть множество составов, подробнее описанных далее. Связующее 38 может содержать области, содержащие агенты, как описано ниже, и также может иметь агенты, распределенные по нему, а не расположенные в отдельных областях. Первый слой 40 и второй слой 42 могут содержать любой материал, указанный выше для слоев 26 и 28, и выполнять ту же функцию, заданную для этих слоев. Эта структура слой//связующее//слой может быть заменена для любой вышеприведенной перестановки, которая включает конструкцию, показанную на фиг.4.
В различных вариантах осуществления конструкции, показанной на фиг.7, первый слой 40 и второй слой 42 могут быть покрыты на поверхности в контакте со связующим 38 латексом из полистирола, диоксидом кремния или другого типа частиц, на которых распределенный агент может скапливаться после наложения электрического поля.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения любой из полимерных слоев или связующих, описанных в данном документе, имеющий агенты настоящего изобретения, может быть заключен между двумя слоями стекла, имеющими электропроводящее покрытие, чтобы сформировать третий слой, имеющий конфигурацию: слой стекла с электропроводящим покрытием//полимерный слой или связующее с агентами// слой стекла с электропроводящим покрытием. Слои стекла могут иметь различную толщину и различные электрические покрытия. В этих вариантах осуществления слои из электропроводящего полиэтилентерефталата не требуются. Данное покрытие может быть применено к любой стороне слоя стекла, и в различных вариантах осуществления покрытие размещено на поверхности стекла, обращенной к связующему или полимерному слою. Электропроводящим покрытием может быть любое подходящее покрытие, в том числе, но не только, оксид индия и олова, оксид сурьмы и олова, оксид индия и цинка или другие металлические покрытия.
В конкретном варианте осуществления настоящее изобретение включает многослойную стеклянную панель, содержащую: первый слой стекла, имеющий электропроводящее покрытие; второй слой стекла, имеющий электропроводящее покрытие; полимерный слой, размещенный между упомянутым первым слоем стекла и упомянутым вторым слоем стекла; и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в величине видимого света, который может проходить через упомянутый полимерный слой в ответ на наложение электрического поля к упомянутому полимерному слою.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение включает многослойную стеклянную панель, содержащую: первый слой стекла, содержащий электропроводящее покрытие; второй слой стекла, содержащий электропроводящее покрытие; причем упомянутый первый слой стекла и упомянутый второй слой стекла связаны посредством связующего, содержащего множество областей, распределенных по упомянутому связующему, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, который может проходить через упомянутую стеклянную панель в ответ на наложение электрического поля к упомянутому связующему.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения полимерный слой, такой как поли(винилбутираль) или другое связующее настоящего изобретения, может быть размещен между электропроводящим слоем стекла и электропроводящим полимерным слоем, например, полиэтилентерефталатом, чтобы создать электрическое поле, генерирующее часть конструкции из триплекса. Одна структура, использующая эту конструкцию, следующая: слой стекла//слой поли(винилбутираля)//слой электропроводящего полиэтилентерефталата//слой поли(винилбутираля) с агентами//слой стекла с электропроводящим покрытием.
Помимо вышеописанных различных вариантов осуществления настоящего изобретения, альтернативные варианты осуществления используют агенты, которые действуют противоположным описанному выше способу образом, когда находятся в агломерированном состоянии. Т.е. эти альтернативные агенты, когда распределены, разрешают передачу меньшей величины света, чем когда они находятся в агломерированном состоянии. Эти агенты могут быть использованы в любом варианте осуществления настоящего изобретения, описанном в любой части данного документа.
Далее после общего описания примерных вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описываются различные компоненты.
Электрофоретические агенты и другие агенты
Агенты настоящего изобретения могут включать любой материал, известный в данной области техники, который совместим с другими компонентами изобретения, которые дают возможность требуемого пропускания света до применения электрического поля и которые вызывают изменение пропускания света, когда подвергаются действию электрического поля (увеличению или уменьшению). В различных вариантах осуществления настоящего изобретения агенты и концентрация агентов выбирается таким образом, чтобы обеспечить следующие уровни пропускания света, когда размещены в слоях или связующем настоящего изобретения, до применения электрического поля: по меньшей мере, 50%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 80%, по меньшей мере, 90%, по меньшей мере, 95% и, по меньшей мере, 99%. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения после наложения электрического поля агенты и концентрация агентов, когда размещены в слоях или связующем изобретения, выбирается таким образом, чтобы осуществить следующее общее уменьшение пропускания света относительно пропускания до наложения электрического поля: по меньшей мере, 10%, по меньшей мере, 20%, по меньшей мере, 30%, по меньшей мере, 40%, по меньшей мере, 50%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 80%, по меньшей мере, 90%, по меньшей мере, 95% и, по меньшей мере, 99%. При использовании в данном документе процент "пропускания" света измеряется как доля величины света, которая падает на одну сторону слоя или связующего, содержащего агенты настоящего изобретения, которые излучаются с противоположной стороны слоя или связующего, умноженную на 100.
В вариантах осуществления, в которых используется альтернативный агент (влияние на пропускание света обращается в агломерируемом и дисперсном состоянии), величина света, которая не пропускается до наложения электрического поля, может составлять, по меньшей мере, 50%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 80%, по меньшей мере, 90%, по меньшей мере, 95% и, по меньшей мере, 99%, а общая величина света, которая может пропускаться после наложения электрического поля и агломерации альтернативного агента, может составлять, по меньшей мере, 10%, по меньшей мере, 20%, по меньшей мере, 30%, по меньшей мере, 40%, по меньшей мере, 50%, по меньшей мере, 60%, по меньшей мере, 70%, по меньшей мере, 80%, по меньшей мере, 90%, по меньшей мере, 95% и, по меньшей мере, 99%.
Хотя различные диапазоны даны выше для величины тонировки, которую генерирует данный вариант осуществления, специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что концентрация различных агентов настоящего изобретения может быть изменена, чтобы соответствовать множеству вариантов применения.
Агенты настоящего изобретения включают, например и без ограничения, изолирующие частицы, такие как диоксид титана (анатаз или рутил), сульфат бария, диоксид кремния, силикат магния, карбонат кальция, полупроводниковые частицы, такие как оксид индия и олова, оксид сурьмы и олова, сажа, оксид цинка, гексаборид лантана, и проводящие частицы, такие как золото, серебро, медь, платина, палладий и сплавы.
Агенты настоящего изобретения могут включать, например и без ограничения, диоксид титана, диоксид кремния, оксид цинка, глину, силикат магния, золото, серебро, оксид индия и олова, оксид сурьмы и олова и гексаборид лантана.
В общем, агенты могут включать вещества, которые имеют результирующий заряд и мигрируют, когда подвергаются действию электрического поля, и вещества, которые не имеют результирующий заряд или имеют недостаточный результирующий заряд и не мигрируют, когда подвергаются действию электрического поля.
Любые агенты, которые имеют результирующий заряд и которые соответствуют указанным выше в начале данного раздела критериям, могут быть использованы в настоящем изобретении. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения используемый агент - это заряженная наночастица. Примеры наночастиц, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают благородные металлы, такие как золото и серебро, изолирующие оксиды металлов, такие как диоксид титана и диоксид кремния, полупроводники, такие как оксид индия и олова, оксид сурьмы и олова и гексаборид лантана, а также другие заряженные наночастицы, известные в данной области техники. Использование очень маленьких наночастиц золота и серебра с диаметром менее 5 нм особенно полезно, поскольку в дисперсном состоянии они не имеют сильных полос резонансного поглощения и, таким образом, имеют высокую пропускаемость света (см. например, Templeton, J. Phys. Chem. 104:565 (2000) и Kreibig and Genzel, Sur. Set, 156:681 (1985)). Тем не менее, когда агломерируются на поверхности, может возникать уменьшение пропускания вследствие появления полосы резонансного поглощения с длиной волны порядка 530 нм. В другом варианте осуществления данного изобретения пленочные сетки из более крупных золотых наночастиц (15 нм в диаметре) имеют пики поглощения, которые могут варьироваться по длине волны как функция расстояния между частицами. Для дисперсных невзаимодействующих частиц пики поглощения возникают в районе 530 нм, где для близко расположенных частиц (промежуток 0,5 нм) пик поглощения имеет красное смещение с длиной волны 690 нм. Смещение пика поглощения приводит к изменению цвета и изменению видимой пропускаемости (см. например, Liz-Marzan и Mulvaney, J. Phys. Chem. В. 107:7312-26 (2003); Mulvaney, Metier. Chem. 70:1265-1266(2000); Kim, Mat Res. Soc. Symp. Proc. 676:Y6.1.1 (2001)). Дополнительно выявлено, что золотые наночастицы формируют агломерации после того, как подвергаются действию электрического поля, и выявлено, что эти агломерации не являются необратимыми (см., например, Giersig и Mulvaney, Langmuir 9:3408-13 (1993)). Изменение пропускания множества различных металлических наночастиц при переходе от дисперсного состояния в агломерированное состояние обобщено Uwe Kreibig и Michael Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters, Appendix 2, Springer, Berlin, 1995.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения агенты из наночастиц имеют размер менее 200 нанометров, 175, 150, 125, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10,9, 8, 7, 6 или 5 нанометров. В различных вариантах осуществления частицы агентов имеют диаметр менее 100 нм, менее 50 нм, а в некоторых вариантах осуществления менее 5 нм.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения агент выбирается из группы, состоящей из диоксида титана анатаза, диоксида титана рутила, сульфата бария, диоксида кремния, силиката магния, карбоната кальция, оксида индия и олова, оксида сурьмы и олова, сажи, оксида цинка, гексаборида лантана, золота, серебра, меди, платины, палладия и сплавов из вышеперечисленного. В различных вариантах осуществления агент выбирается из группы, состоящей из титана, диоксида кремния, сажи, золота и серебра.
Агенты могут быть покрыты полимерами или диоксидом кремния, чтобы выступать в качестве стерических стабилизаторов и контролировать расстояние между частицами в агломерированном состоянии. Применение стерических стабилизаторов в безводных дисперсиях широко распространено в коллоидной химии.
Агенты, которые приводят к увеличению света, когда переходят из агломерированного состояния в дисперсное состояние, включают в себя, без ограничения, наночастицы золота и серебра, диаметр которых составляет около 5 нм (см., например, Liz-Marzan и Mulvaney, J. Phys. Chem. В 707:7319 (2003) и Kreibig and Genzel, Surface Science, 156:694 (1985)). Агенты данного типа могут быть до 100 нм или (в зависимости от агента) иметь размер частиц, который приводит к избыточной матовости, что зависит от размера частиц и разности показателя преломления частицы и среды, в которой он диспергирован.
Другие заряженные агенты, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают в себя анизометрические агенты. Эти агенты могут мигрировать и формировать агломерации, в которых частицы или молекулы стремятся располагаться параллельно границы миграции (такой как внутренняя стенка покрытия микрокапсулы или соседний слой) таким образом, который приводит к большему рассеянию, поглощению или отражению света в сравнении с вызываемым частицами или молекулами в дисперсном состоянии. Формальный заряд может быть передан этим молекулам, например, посредством добавления агента контроля заряда в суспендирующий материал. Эти частицы могут иметь достаточную стерическую и электростатическую стабилизацию в вариантах осуществления, в которых нереверсивная агломерация нежелательна. Анизометрические агенты, которые могут быть использованы, включают в себя, без ограничения, полийодидные кристаллы, холестерические жидкие кристаллы, частицы золота и серебра и тромбоциты диоксида кремния.
Мостиковые или связывающие агенты также могут быть использованы, если они обладают требуемыми характеристиками. Эти агенты не обладают общим зарядом или общим зарядом, который достаточен, чтобы приводить к стабильности, но могут быть использованы, поскольку они переносят конформационное изменение, когда подвергаются действию электрического поля. Конформационное изменение приводит к большей величине поглощения, рассеяния или отражения света. Соединяющие агенты включают, без ограничения, политиофен (см., например. Патентную заявку (США) 2003/0096113 Al).
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения несколько агентов может быть использовано в любом данном варианте применения, чтобы достичь требуемого результата.
Агенты регулирования заряда и стабилизаторы частиц
Как известно в данной области техники, агенты регулирования заряда могут быть использованы, чтобы оказывать влияние на мобильность используемых агентов. Примеры таких агентов включают в себя приведенные в международной публикации WO 99/10767 и Патенте (США) 6120839.
Агенты регулирования заряда могут быть использованы, чтобы обеспечить оптимальную электрофоретическую мобильность для вышеописанных электрофоретических агентов изобретения. Стабилизаторы могут быть использованы, чтобы не допустить агломерации электрофоретических агентов, а также чтобы не допустить нереверсивного нанесения электрофоретических агентов на стенку капсулы.
Любой компонент может быть составлен из материалов с широким диапазоном молекулярного веса (небольшой молекулярный вес, олигомерный или полимерный), и может быть чистым или смесью. В частности, подходящие агенты регулирования заряда могут быть примерены из области техники жидких тонеров. Агент регулирования заряда, используемый, чтобы модифицировать и/или стабилизировать поверхностный заряд частицы, применяется так, как в общем известно для жидких тонеров, электрофоретических дисплеев, дисперсий безводных красителей и присадок к машинному маслу. Для всего вышеперечисленного зарядные виды могут быть добавлены к безводной среде, чтобы увеличить электрофоретическую мобильность или повысить электростатическую стабилизацию.
Материалы помогают также повысить стерическую стабилизацию. Постулируются различные теории зарядов, в том числе селективное ионное поглощение, протонный перенос и контактная электризация. Может быть использован необязательный блок управления зарядом.
Стимуляторы заряда также могут быть добавлены. Эти материалы повышают эффективность агентов регулирования заряда или блоков управления зарядом. Стимулятором заряда может быть полигидратная смесь или аминоспиртовая смесь, которая может быть предпочтительно растворима в суспендирующем материале на величину, по меньшей мере, 2% веса. Примеры полигидратных смесей, которые содержат, по меньшей мере, две гидроксильные группы, включают, но не только, этиленгликоль, 2,4,7,9-тетраметил-дицин-4,7-диол, полипропиленгликоль, пентаэтиленгликоль, трипропиленгликоль, метиленгликоль, глицерин, пентаэритритол, глицерин-трис-12 гидроксистеарат, пропиленглицерин моногидроксистеарат и этиленгликоль моногидроксистеарат. Примеры аминоспиртовых смесей, которые содержат, по меньшей мере, одну спиртовую функцию и одну аминофункцию в одной и той же молекуле, включают в себя, но не только, триизопропаноламин, метаноламин, этаноламин, 3-амино-1-пропанол, о-аминофенол, 5-амино-1-пентанол и тетракис(2-гидроксиэтил)этилен-диамин. Стимулятор заряда предпочтительно присутствует в суспендирующем материале в количестве примерно от 1 до 100 мг на грамм массы частицы и более предпочтительно примерно 50 до 200 мг/г.
Поверхность частицы также может быть химически модифицирована, чтобы, например, облегчить дисперсию, увеличить заряд поверхности и повысить стабильность дисперсии. Модификаторы поверхности включают органические силоксаны, органогалогенные силаны и другие функциональные (замещенные) силана в качестве агентов связывания (Dow Corning. RTM. Z-6070, Z-6124, and 3 additive. Midland, Mich.); органические титанаты и цирконаты (Tyzor. RTM. TOT, TBT, and TE Series, E.I. du Font de Nemours and Company, Wilmington, Del.); агенты гидрофобизации, такие как длинноцепочные (С12-С50) алкильные и алкилбензольные сульфокислоты, амины жирного ряда или диамины и их соли либо четвертичные производные; и амфипатические полимеры, которые могут быть ковалентно привязаны к поверхности частицы.
В общем, предполагается, что заряд возникает в результате кислотно-основной реакции между половиной компонента, присутствующего в непрерывной фазе, и поверхностью частицы. Таким образом, подходящие материалы - это материалы, которые допускают участие в этой реакции или любой другой зарядной реакции, известной в данной области техники.
Различные неограничивающие классы агентов регулирования заряда, которые можно применять, включают органические сульфаты или сульфонаты, металлические мыла, блочные или смешанные сополимеры, органические амиды, органические амфионы и органические фосфаты и фосфонаты. Пригодные органические сульфаты и сульфонаты включают, но не только, бис (2-этилгексил)сульфосукцинат натрия, доцедилбензольный сульфонат кальция, петролеумсульфонат кальция, нейтральный или базовый динонилнафталинсульфонат бария, нейтральный или основной динонилнафталинсульфонат кальция, натриевую соль додецилбезнолсульфоновой кислоты и лаурилсульфат аммония. Пригодные металлические мыла включают в себя, но не только, основной или нейтральный петронат бария, петронат кальция, соли Co-, Ca-, Cu-, Mn-, Ni-, Zn- и Fe- нафтеновой кислоты, соли Ba-, Al-, Zn-, Cu-, Pb- и Fe- стеариновой кислоты, двухвалентный и трехвалентные карбоксилаты металлов, такие как тристеарат аллюминия, октаноат алюминия, гептаноат лития, стеарат железа, дистеарат железа, стеарат бария, стеарат хрома, октаноат магния, стеарат кальция, нафтенат железа и нафтенат цинка, гептаноат Mn- и Zn-, а также октаноат Ba-, Al-, Co-, Mn- и Zn-. Пригодные блочные или смешанные сополимеры включают в себя, но не только, AB-двублочные сополимеры полимеров (A) 2-(N,N)-диметиламиноэтилметакрилата, кватернизованные с помощью метил-п-толуолсульфоната, и (В) поли-2-этилгексилметакрилат, и гребенчатые привитые сополимеры с маслорастворимыми хвостами поли(12-гидроксистеариновой кислоты), и имеют молекулярный вес порядка 1800, в дополнение к группе маслорастворимых анкеров поли(метилметалкрилат-метакриловой кислоты). Пригодные органические амиды включают, но не только, полиизобутиленовые сукцинимиды, такие как OLOA 1200, и N-винилпирролидоновые полимеры. Пригодные органические амфионы включают, но не только, лецитин. Пригодные органические фосфаты и фосфонаты включают, но не только, натриевые соли фосфатных моно- и ди-глицеридов с насыщенными или ненасыщенными кислотными заместителями.
Стабилизаторы дисперсии частиц могут быть добавлены, чтобы не допустить флокуляции или прилипания частиц к стенкам капсулы. Для типичных жидкостей с высокой сопротивляемостью, используемых в качестве суспендирующих текучих сред в электрофоретических дисплеях, безводные поверхностно-активные вещества могут быть использованы. Они включают в себя, но не только, гликольэфиры, ацетиленовые гликоли, алканоламиды, производные сорбита, алкиламины, четвертичные амины, имидазолины, диакилоксиды и сульфосукцинаты.
Суспендирующий материал
Суспендирующим материалом (элемент 14 на фиг.1) настоящего изобретения может быть любой материал, известный в данной области техники, который совместим с агентами и микрокапсульными покрытиями настоящего изобретения, и им может быть, например, диэлектрическая жидкость. Варианты осуществления, в которых агент не является обязательным для тонировки, могут содержать суспендирующий материал, который не является текучей средой.
В различных вариантах осуществления суспендирующим материалом может быть текучая среда с высокой электрической сопротивляемостью и низкой диэлектрической проницаемостью. Это может быть галогенсодержащий углеводород, такой как тетрахлорэтан, или полимер с низким молекулярным весом, такой как поли(хлортрифторэтилен) или простой перфторполиэфир. Суспендирующей текучей средой может быть углеводород или эфир акриловой монокарбоновой кислоты, такой как триэтиленгликоль бис(2-этилгексаноат) или смесь триэтиленгликоль бис (2-этилгексаноата) и триэтиленгликоль (2-этилгексаноата).
В различных вариантах осуществления суспендирующим материалом может быть поли(хлортрифторэтилен) с низким молекулярным весом, простой перфторполиэфир, алифатические углеводороды, триэтиленгликоль бис(2-этилгексаноат), или смесь триэтиленгликоль (2-этилгексаноата) и триэтиленгликоль бис(2-этилгексаноата).
Для вариантов осуществления, в которых суспендирующим материалом является текучая среда, суспендирующая текучая среда может выбираться на основе таких свойств, как плотность, показатель преломления и растворяемость. Предпочтительная суспендирующая текучая среда имеет низкую диэлектрическую проницаемость (например, около 2), высокую сопротивляемость (например, порядка 10-15 Ом/см), малую вязкость (например, меньше 5 сСт), низкую токсичность и воздействие на окружающую среду, низкую растворимость в воде (например, меньше 10 г/млн), высокую удельную массу (например, больше 1,5), высокую точку кипения (например, более 90°С) и низкий показатель преломления (например, меньше 1,2).
Выбор суспендирующей текучей среды может быть основан на концепциях химической инертности, соответствия плотности используемому агенту или химической совместимости с агентом и микрокапсульным покрытием. Вязкость текучей среды, как правило, должна быть низкой, чтобы облегчить перемещения агента. Показатель преломления суспендирующей текучей среды также может практически соответствовать показателю агента. При использовании в данном документе показатель преломления суспендирующей жидкости "практически соответствует" этому показателю агента, если разность между их соответствующими показателями преломления находится от нуля до 0,3. В различных вариантах осуществления эта разность составляет от 0,05 до 0,2.
Органические растворители, такие как галогенизированные органические растворители, насыщенные линейные или разветвленные углеводороды, силиконовые масла и галогеносодержащие полимеры с низким молекулярным весом, - это некоторые из пригодных суспендирующих текучих сред. Суспендирующая текучая среда может содержать одну текучую среду. Текучей средой, тем не менее, может быть смесь нескольких текучих сред, чтобы привести в соответствие ее химические и физические свойства. Более того, текучая среда может содержать модификаторы поверхности, чтобы модифицировать энергию или заряд поверхности электрофоретического агента или микрокапсульного покрытия. Реагенты или растворители, используемые в процессе микрокапсуляции (например, маслорастворимые мономеры), также могут содержаться в суспендирующей текучей среде. Агенты регулирования заряда также могут быть добавлены к суспендирующей текучей среде.
Пригодные органические растворители включают, но не только, эпоксиды, такие как, например, эпоксид декана и эпоксид додекана; виниловые эфиры, такие как, например, циклогексилвинилэфир и Decave™ (International Flavors & Fragrances, Inc., New York, N.Y.); и ароматические углеводороды, такие как, например, толуол и нафталин. Пригодные галогенированные органические растворители включают в себя, но не только, тетрафтордибромэтилен, тетрахлорэтан, тетрахлорэтилен, 1,2,4-трихлорбензол и четыреххлористый углерод.
Пригодные углеводороды включают, но не только, додекан, тетрадекан, углеводороды алифатического ряда серии Isopar™ (Exxon, Houston, Тех.), Norpar™ (серии обычных парафиновых жидкостей), Shell-Solo™ (Shell, Houston, Тех.)и Sol-Trol™ (Shell), нафта и другие нефтяные растворители.
Пригодные примеры силиконовых масел включают, но не только, октаметилциклосилоксан и циклические силоксаны с более высоким молекулярным весом, поли(метилфенилсилоксан), гексаметилдисилоксан и полиметилсилоксан.
Полезные галогеносодержащие полимеры с низким молекулярным весом включают в себя, но не только, полимер поли(хлортрифторэтилен) (Halogenated hydrocarbon Inc., River Edge, N.J.), Galdene™ (перфторэфир от Ausimont, Morristown, N.J.) или Krytox™ от Е.I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, Del.). В одном варианте осуществления суспендирующая текучая среда - это полимер поли(хлортрифторэтилен). В различных вариантах осуществления этот полимер имеет степень полимеризации от 2 до 10. Многие из вышеуказанных материалов доступны в диапазоне вязкостей, плотностей и точек кипения.
Желательно иметь возможность превратить текучую среду в небольшие капельки до формирования капсулы. Процесс образования небольших капелек включает в себя высокоскоростную проточную струю, мембраны, насадки или отверстия, а также основанные на поперечной силе эмульгирующие схемы, широко известные в данной области техники. Образование небольших капелек может осуществляться с помощью электрических или звуковых полей. Поверхностно-активные вещества и полимеры могут быть использованы, чтобы помогать в стабилизации и эмульгировании капелек в случае инкапсуляции эмульсионного типа. Поверхностно-активное вещество для использования в дисплеях изобретения - это додецилсульфат натрия.
Микрокапсульные покрытия и методики получения
Микрокапсулы настоящего изобретения могут быть получены любым способом, известным в данной области техники, и могут содержать любое покрытие (элемент 12 на фиг.1), которое подходит для варианта применения (см., например. Патенты (США) 6120588 и 6045955; WO 00/20921; WO 99/10767; и Comiskey et al Native 394:253-55 (1998)). В различных вариантах осуществления настоящего изобретения микрокапсульное покрытие - это полимерное покрытие, содержащее элемент, выбранный из группы, состоящей из поли(винилбутираля), желатина, поливинилового спирта, целлюлозных производных, акации, карагена, гидроксилатстиренангидридных сополимеров, метилвинилэфирсомалеинангидрида, поливинилпиридина, полиакрилонитрила, полистирола, поли(метилметакрилата), поли(бутилметакрилата), полигидроксиамида с альдегидом, меламинформальдегида, карбамидформальдегида, водорастворимых олигомеров конденсата меламина, водорастворимых олигомеров карбамида, водорастворимых олигомеров формальдегида и виниловых мономеров, таких как стирол, метилметакрилат, акрилонитрил, диацилхлорид, винилацетат, акриловая кислота, бутилакрилат и t-бутилакрилат (см., например, PCT/US98/17734).
Инкапсуляция суспендирующего материала, конкретно, суспендирующих жидкостей, с помощью одного или более дисперсных агентов может быть выполнена несколькими различными способами. Множество подходящих процедур микроинкапсуляции подробно описано в "Microencapsulation Processes and Applications" (I.E.Vandegaer, ed.). Plenum Press, New York, N.Y. (1974) и Gutcho, "Microcapsules and Microencapsulation Techniques", Nuyes Data Corp., Park Ridge, N.J. (1976). Эти процессы разделяются на несколько общих категорий, все из которых могут быть применены к настоящему изобретению: полимеризация на границе фаз, полимеризация на месте, физические процессы, такие как экструзия, смешивание с помощью двушнекового экструдера и другие процессы разнесения фаз, отверждение в жидкости и простая/сложная коацервация.
Множество материалов и процессов пригодно при получении полимерных листов, используемых в панелях с регулируемым тоном настоящего изобретения. Пригодные материалы для процессов простой коацервации включают в себя, но не только, желатин, поливиниловый спирт, поливинилацетат и целлюлозные производные, такие как, например, карбоксиметилцеллюлоза. Пригодные материалы для процессов сложной коацервации включают, но не только, желатин, акацию, караген, карбоксиметилцеллюлозу, гидролизованные стиролангидридные сополимеры, агар, альгинат, казеин, альбумин, метилвинилэфиркомалеинангидрид и фталат целлюлозы. Пригодные материалы для процессов разделения фаз включают, но не только, полистирол, полиметилметакрилат, полиэтилметакрилат, полибутилметакрилат, этилцеллюлозу, поливинилпиридин и полиакрилонитрил. Пригодные материалы для процессов полимеризации на месте включают, но не только, полигидроксиамиды с альдегидами, меламином или карбамидом и формальдегидом; водорастворимые олигомеры конденсата меламина или карбамида или формальдегида; и виниловые мономеры, такие как, например, стирол, ММА и акрилонитрил. Наконец, пригодные материалы для процессов полимеризации на границе фаз включают, но не только, диацилхлориды, такие как, например, себацил, адипоил и ди- или полиамины или спирты, а также изоцианаты. Пригодные материалы для полимеризации эмульсией могут включать в себя, но не только, стирол, винилацетат, акриловая кислота, бутилакрилат, t-бутилакрилат, метилметакрилат и бутилметакрилат.
В контексте настоящего изобретения специалисты в данной области техники должны выбирать процедуру инкапсуляции и материал покрытия на основе требуемых свойств микрокапсул. Эти свойства включают распределение радиуса микрокапсул; электрические, механические, диффузионные и оптические свойства стенки капсулы; и химическая совместимость с суспендирующим материалом.
Микрокапсульное покрытие, в общем, имеет высокую электрическую сопротивляемость (см., например. Патент (США) 4605284). Покрытие также должно быть механически прочным (хотя если готовый микрокапсульный порошок должен быть рассеян в отверждающемся полимерном связующем для покрытия, механическая прочность не является настолько критичной).
Микрокапсульное покрытие может быть пористым в некоторых вариантах применения, и может быть сделано внешнее покрытие на этапе постобработки (т.е. второй инкапсуляции). Более того, если микрокапсулы должны быть диспергированы в отверждающемся связующем, вещество может служить для того, чтобы закрывать поры. Микрокапсульное покрытие в различных вариантах осуществления может быть оптически чистым. Тем не менее, материал покрытия может выбираться таким образом, чтобы соответствовать показателю преломления суспендирующего материала или связующего полимерного слоя, в котором должны быть диспергированы микрокапсулы. Для некоторых вариантов осуществления (к примеру, размещение между двумя стационарными электродами) радиусы монодисперсной микрокапсулы желательны.
Методика инкапсуляции, которая может быть использована в настоящем изобретении, изложена в Патенте (США) 4087376. Процедура влечет за собой полимеризацию между карбамидом и формальдегидом в водной фазе эмульсии масло в воде при наличии отрицательно заряженного карбоксилзамещенного линейного углеводородного полиэлектролитного материала. Результирующее микрокапсульное покрытие - это карбамид/формальдегидный сополимер. Микрокапсула является чистой, механически прочной и имеет отличные свойства сопротивляемости.
Соответствующая методика полимеризации на месте использует эмульсию масло в воде, которая сформирована посредством диспергирования суспендирующего материала и агента в водной среде. Мономеры полимеризуются с образованием полимера с большей пригодностью для дисперсной фазы, чем для водной фазы, тем самым накапливаясь вокруг капель масляной эмульсии. В одном из процессов полимеризации на месте мочевина и формальдегид конденсируются при наличии поли(акриловой кислоты) (см., к примеру, Патент (США) 4001140). В других пригодных процессах, описанных в Патенте (США) 4273672, любые из множества агентов перекрестного сшивания, связанных в водном растворе, размещаются вокруг микроскопических масляных капель. Эти агенты перекрестного сшивания включают альдегиды, особенно формальдегид, глиоксаль или глутаральдегид; квасцы; циркониевые соли и полиизоцианаты.
Подход коацервации также использует эмульсию масло в воде. Один или более коллоидов коацервируются (т.е. агломерируются) вне водной фазы и размещаются как оболочки вокруг масляных капель путем регулирования температуры, pH и/или относительных концентраций, тем самым создавая микрокапсулу. Материалы, подходящие для коацервации, включают желатин и акацию аравийскую. См., к примеру, Патент (США) 2800457.
Подход полимеризации на границе фаз использует наличие маслорастворимого мономера в электрофоретическом составе, который еще присутствует в качестве эмульсии в водной фазе. Мономеры в ультрамалых гидрофобных каплях вступают в реакцию с мономером, введенным в водной фазе, полимеризуясь во взаимодействии между каплями и окружающей водной средой и формируя оболочки вокруг капель.
Другие методики и материалы, известные в данной области техники, также могут быть использованы.
Связующее
Для вариантов осуществления, использующих конструкцию, показанную на фиг.7, связующее 38 может содержать любой подходящий материал. В различных вариантах осуществления связующее используется как непроводящая адгезивная среда, непосредственно поддерживающая и защищающая микрокапсулы, а также связывающая слои электродов с микрокапсульной дисперсией. Связующие доступны во многих формах и химических типах. Среди них предусмотрены водорастворимые полимеры, плавающие в воде полимеры, маслорастворимые полимеры, термореактивные и термопластичные полимеры, а также отверждаемые радиацией полимеры.
Среди водорастворимых полимеров предусмотрены различные полисахариды, поливиниловые спирты, N-метилпиролидон, N-винилпиролидон, различные добавки Carbowax.RTM (Union Carbide, Danbury, Conn.), и поли-2-гидроксиэтилакрилат.
Диспергируемая вода или плавающие в воде системы - это, как правило, латексные составы, типизированные посредством смол Neore™ и Neocryl™ (Zeneca Resins, Wilmington, Mass.), Acrysol™ (Rohm and Haas, Philadelphia, Pa.), Bayhydrol™ (Bayer, Pittsburgh, Pa.) и HP-линии Cytec Industries (West Paterson, NX). Это, как правило, латексы из полиуретана, иногда сочетаемые с одним или более акриловых материалов, сложных полиэфиров, поликарбонатов или силиконов, каждый из которых применяет конечную отвержденную смолу с конкретным набором свойств, задаваемых температурой стеклования, степенью "клейкости", мягкостью, прозрачностью, гибкостью, водопроницаемостью и сопротивлением растворителю, модулем удлинения и прочностью на разрыв, термопластическим потоком и уровнем сухого остатка. Некоторые плавающие в воде системы могут быть смешаны с мономерами и катализированы, чтобы сформировать более сложные смолы. Некоторые могут быть дополнительно поперечно сшиты посредством использования реагента поперечного сшивания, такого как, например, азиридин, который вступает в реакцию с карбоксильными группами.
Пример плавающей в воде смолы и водных микрокапсул приведен далее.
Объем микрокапсул центрифугируется на небольшой скорости, чтобы отделить лишнюю воду. После данного процесса центрифугирования, например, в течение 10 минут при 60-кратной силе тяжести микрокапсулы находятся на дне центрифужной пробирки, тогда как часть воды находится наверху. Часть воды аккуратно удаляется (декантацией или отбором пипеткой). Масса оставшихся микрокапсул измеряется, и масса смолы связующего добавляется таким образом, чтобы масса смолы была от одной восьмой до одной десятой массы микрокапсул. Эта смесь аккуратно перемешивается в колебательном смесителе в течение примерно получаса. По истечении получаса смесь готова для нанесения на соответствующую подложку, например пленку из полиэтилентерефталата. Разумеется, любое из вышеупомянутых связующих может быть использовано в любой надлежащей комбинации с микрокапсулами настоящего изобретения.
Другим примером связующих, которые могут быть использованы, являются эпоксидные смолы. Эти бинарные системы могут серьезно отличаться по вязкости, и реакционная способность пары определяет "жизнеспособность" смеси. Если жизнеспособность достаточно велика, чтобы обеспечить возможность операции нанесения покрытия, микрокапсулы могут быть покрыты упорядоченным способом в процессе нанесения покрытия до отвердения и застывания смолы.
Термопластичные полимеры, которыми зачастую являются сложные полиэфиры, плавятся при высоких температурах. Типичный вариант применения этого типа продукта - плавкий клей. Дисперсия термостойких микрокапсул может быть покрыта в такой среде. Процесс застывания начинается в ходе охлаждения, и на окончательную твердость, прозрачность и гибкость оказывает влияние разветвленность и молекулярный вес полимера.
Отверждаемые облучением смолы, как правило, находятся в системах на основе растворителей. Микрокапсулы могут быть диспергированы в такой среде и покрыты, а затем смола может быть отверждена посредством спланированного по времени воздействием порогового уровня ультрафиолетового облучения волнами большой или малой длины. Как и во всех случаях отверждающихся полимерных смол, конечные свойства определяются разветвленностью и молекулярными весами мономеров, олигомеров и поперечных сшивателей.
Доступно множество "пластифицирующих" мономеров и олигомеров. Вода используется в этих случаях, чтобы уменьшать вязкость (с начальных тысяч до сотен тысяч сантипуаз). Микрокапсулы на основе воды, например, составленные из материала из протеина или полисахарида, к примеру, могут быть диспергированы в этой среде и покрыты. Отверждение в этих системах, как правило, выполняется посредством ультрафиолетового облучения.
В различных вариантах осуществления связующее выбирается из группы, состоящей из водорастворимых полимеров, плавающих в воде полимеров, маслорастворимых полимеров, термореактивных полимеров, термопластичных полимеров и отверждаемых облучением полимеров.
Полимерный слой
Полимерный слой 24, показанный на фиг.3, описывается в данном разделе, и он, как правило, используется в качестве промежуточного слоя в вариантах применения с небьющимся стеклом. Полимерный слой может содержать любой подходящий полимер, и в предпочтительном варианте осуществления (как проиллюстрировано выше) полимерный слой содержит поли(винилбутираль). В любой из вариантов осуществления настоящего изобретения, приведенных в данном документе, которые содержат поли(винилбутираль) в качестве полимерного компонента полимерного слоя, включен еще один вариант осуществления, в котором полимерный компонент состоит в основном из поли(винилбутираля). В этих вариантах осуществления любая из вариаций добавок, раскрытых в данном документе, может быть использована с полимерным слоем, имеющим полимер, состоящий полностью или в основном из поли(винилбутираля).
При использовании в данном документе "смола" относится к полимерному (например, поли(винилбутиралю)) компоненту, который удаляется из смеси, что происходит в результате кислотного катализа и последующей нейтрализации полимерных предшественников. Смола, как правило, имеет другие компоненты помимо полимера, например, поли(винилбутираля), такие как ацетаты, соли и спирты. При использовании в данном документе "расплав" означает смесь смолы с пластификатором и необязательно другими добавками.
В одном варианте осуществления полимерный слой содержит полимер, основанный на частично ацетализованных поли(винилспиртах). В другом варианте осуществления полимерный слой содержит полимер, выбранный из группы, состоящей из поли(винилбутираля), полиуретана, поливинилхлорида, поли(этиленвинилацетата), их сочетаний и т.п.В одном варианте осуществления полимерный слой содержит поли(винилбутираль). В других вариантах осуществления полимерный слой содержит пластифицированный поли(винилбутираль). В дополнительных вариантах осуществления полимерный слой содержит поли(винилбутираль) и один или более других полимеров. Другие полимеры, имеющие подходящую температуру стеклования, могут быть использованы. В любом из разделов данного документа, в которых предпочтительные диапазоны, значения и/или способы приведены конкретно для поли(винилбутираля) (например и без ограничения, для пластификаторов, процентов компонентов, толщины и улучшающих характеристики добавки), эти диапазоны также применяются (если возможно) к другим полимерам и полимерным смесям, раскрытым в данном документе, используемым в качестве компонентов в полимерных слоях.
Для вариантов осуществления, содержащих поли(винилбутираль), поли(винилбутираль) может быть изготовлен посредством известных процессов ацетализации, которые влекут за собой вступление поли(винилспирта) в реакцию с бутиральдегидом при наличии кислотного катализатора, после чего следует нейтрализация катализатора, отделение, стабилизация и сушка смолы.
В различных вариантах осуществления полимерный слой, содержащий поли(винилбутираль), содержит 10-35 процентов веса (% веса) гидроксильных групп, вычисленных как PVOH, 13-30% веса гидроксильных групп, вычисленных как PVOH, или 15-22% веса гидроксильных групп, вычисленных как PVOH. Полимерный слой также может содержать менее 15% веса остаточных эфирных групп, 13% веса, 11% веса, 9% веса, 7% веса, 5% веса или менее 3% веса остаточных эфирных групп, вычисленных как поливинилацетат, причем баланс сделан на ацетали, предпочтительно бутиральдегидацетали, но необязательно включает в себя другие ацетальные группы в незначительном количестве, к примеру, группу 2-этилгексаналя (см., например, Патент (США) 5137954).
В различных вариантах осуществления полимерный слой содержит поли(винилбутираль), имеющий молекулярный вес более 30000, 40000, 50000, 55000, 60000, 65000, 70000, 120000, 250000 или 350000 грамм на моль (г/моль или дальтон). Небольшие количества диальдегида или триальдегида также могут быть добавлены в ходе этапа ацетализации, чтобы увеличить молекулярный вес до более 350 дальтон (см., например, патенты (США) 4874814; 4814529; и 4654179). При использовании в данном документе термин "молекулярный вес" означает средний молекулярный вес. Любой подходящий способ может быть использован, чтобы получать полимерные слои настоящего изобретения. Подробные сведения о соответствующих процессах получения поли(винилбутираля) известны специалистам в данной области техники (см., например, патенты (США) 2282057 и 2282026). В одном варианте осуществления может быть использован способ в растворителе, описанный в "Vinyl Acetal Polymers" в "Encyclopedia of Polymer Science & Technology", 3-я редакция, том 8, стр.381-399, автор B.E.Wade (2003). В другом варианте осуществления может быть использован описанный в данном документе водный способ. Поливинилбутираль коммерчески распространяется в различных формах, например, от Solutia Inc., St. Louis, Missouri как смола Butvar™.
В различных вариантах осуществления полимерных слоев настоящего изобретения полимерные слои могут содержать пластификатор из 20-60, 25-60, 20-80, 10-70 частей на сто частей резины (ч/сто). Разумеется, другие количества могут быть использованы, которые подходят для конкретного варианта применения. В некоторых вариантах осуществления пластификатор имеет углеводородный сегмент менее 20, менее 15, менее 12 или менее 10 атомов углерода
Количество пластификатора может регулироваться, чтобы оказывать влияние на температуру стеклования (Tg) слоя поли(винилбутираля). В общем, более высокие количества пластификатора добавляются, чтобы снизить Tg. Полимерные слои из поли(винилбутираля) настоящего изобретения могут иметь Tg в 40°С и менее, 35°С и менее, 30°С и менее, 25°С и менее, 20°С и менее и 15°С и менее.
Любые подходящие пластификаторы могут быть добавлены в полимерные смолы настоящего изобретения, чтобы формировать полимерные слои. Пластификаторы, используемые в полимерных слоях настоящего изобретения, могут включать эфиры многоосновной кислоты или многоатомного спирта, поимо прочего. Подходящие пластификаторы включают, например, триэтиленгликоль-ди-(2-этилбутират), триэтиленгликоль-ди-(2-этилгексаноат), триэтиленгликольдигептаноат, тетраэтиленгликольдигептаноат, дигексиладипат, диоктиладипат, гексилциклогексиладипат, смеси гептил- и нониладипатов, диизоноиладипат, гептинонил адипат, дибутилсебацинат, полимерные пластификаторы, такие как модифицированные маслом себациновые алкиды, и смеси фосфатов и адипатов, такие как раскрытые в патенте (США) №3841890, и адипаты, такие как раскрытые в патенте (США) №4144217, а также смеси и сочетания вышеприведенного. Другие пластификаторы, которые могут быть использованы, - это смешанные адипаты, составленные из С4-С9-алкильных спиртов и цикло-С4-С10-спиртов, раскрытых в патенте (США) №5013779, а также С6-C8 адипатных сложных эфиров, таких как гексиладипат.
Агенты регулирования сцепления (адгезии) также могут быть включены в полимерные слои настоящего изобретения, чтобы предоставлять требуемую сцепляемость. Например, могут быть использованы любые из АСА, раскрытых в патенте (США) 5728472. Дополнительно, остаточный ацетат натрия или ацетат калия может быть подобран посредством изменения количества ассоциативно связанной гидроокиси, используемой при нейтрализации кислоты. В различных вариантах осуществления полимерные слои настоящего изобретения могут содержать, помимо ацетата натрия, бис (2-этилбутират) магния (CAS №79992-76-0). Соль магния может быть добавлена в количестве, эффективном для регулирования адгезии полимерных слоев со стеклом.
Добавки могут быть включены в полимерный слой, чтобы улучшить его характеристики в готовом продукте. Эти добавки включают, но не только, пластификаторы, красители, пигменты, стабилизаторы (к примеру, ультрафиолетовые стабилизаторы), антиоксиданты, огнезащитные составы, ИК-поглотители, сочетания вышеприведенных добавок и т.п., известные в данной области техники.
Агенты, которые избирательно поглощают свет в видимом или ближнем инфракрасном спектре, могут быть добавлены в любой из соответствующих полимерных слоев. Агенты, которые могут быть использованы, включают красители, пигменты, оксид индия и олова, оксид сурьмы и олова или гексаборид лантана.
Полимер из поли(винилбутираля) и добавки-пластификаторы могут термически обрабатываться и принимать конфигурацию листовой формы согласно способам, известным специалистам в данной области техники. Один примерный способ формирования слоя поли(винилбутираля) содержит экструдирование расплавленного поли(винилбутираля), содержащего смолу, пластификатор и добавки (далее "расплав") посредством прогона расплава через листовальную головку (например, головку, имеющую отверстие, которое значительно больше в одном измерении, чем в перпендикулярном измерении). Другой примерный способ формирования слоя поли(винилбутираля) включает литье расплава из головки на подкатный ручей, застывание смолы и последующее удаление застывшей смолы в виде листа. В любом варианте осуществления фактура поверхности на любой или обеих сторонах слоя может регулироваться посредством корректировки поверхностей отверстия головки или посредством наложения фактуры на поверхность подкатного ручья. Другие методики регулирования фактуры слоя включают варьирование параметров материалов (например, водосодержание смолы и/или пластификатора, температура расплава, распределение молекулярного веса поли(винилбутираля) или сочетание вышеприведенных параметров). Более того, слой может быть сформирован таким образом, чтобы включать разнесенные выступы, которые задают временную неровность поверхности, чтобы облегчить вакуумирование слоя в ходе процессов изготовления слоистого материала, после чего повышенная температура и давление процесса изготовления слоистого материала заставляет выступы расплавляться на слой, тем самым приводя к шлифованию. В различных вариантах осуществления полимерные слои могут иметь толщину 0,1-2,5 мм, 0,2-2,0 мм, 0,25-1.75 мм и 0,3-1,5 мм.
Вышеописанные параметры полимерного слоя применяются также к четвертому слою 30 и пятому слою 32, показанным на фиг.5, а также к любому слою в многослойной конструкции настоящего изобретения, который является слоем из поли(винилбутираля).
Микрокапсулы настоящего изобретения могут быстро быть добавлены в полимерный слой посредством примешивания микрокапсул в пластификатор и последующего смешивания расплавом со смолой до формования слоя. Аналогично, агенты изобретения могут быть диспергированы в полимерном слое без микрокапсул посредством добавления агентов в пластификатор и последующего смешивания расплавом со смолой до формования слоя. Агент также может быть диспергирован в среде, т.е. несовместим с фазой полимера. В этом случае, когда дисперсия объединена с фазой полимера, он делится на отдельные сферические области, однородно распределенные по фазе полимера. Это формирует микрокапсулы со стенками, которые сами являются фазой полимера (см., например, Meijer и Janssen, "Mixing of Immiscible Liquids", в "Mixing and Compounding of Polymers", Hanser Publishers, Munich и New York (1994)).
В последующих разделах описываются различные методики, которые могут быть использованы, чтобы улучшить или измерить характеристики полимерного слоя.
Прозрачность полимерного слоя, а конкретно слоя поли(винилбутираля), может быть определена посредством измерения значения матовости, которое является количественной характеристикой света, не пропускаемого через слой. Процент матовости может быть измерен согласно следующей методике. Устройство для измерения значения матовости, Hazemeter, модель D25, поставляемое Hunter Associates (Reston, VA), может быть использовано в соответствии с ASTM D1003-61 (Re-approved 1977)-Procedure А, используя источник света С, при угле наблюдения в 2 градуса. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения процент матовости составляет менее 5%, менее 3% и менее 1%.
Видимая пропускаемость может быть оценена количественно с помощью спектрофотометра UV-Vis-NIR, такого как Lambda 900, изготовленного Perkin Elmer Corp. посредством способов, описанных в международном стандарте ISO 9050:1990.
Сцепляемость измельчением может быть измерена согласно следующей методике, и когда "измельчение" в данном документе упоминается, чтобы количественно оценить сцепляемость полимерного слоя со стеклом, следующая методика может быть использована, чтобы определить измельчение. Двухслойные модели стекла подготавливаются с помощью стандартных условий изготовления слоистого материала автоклавом. Многослойные материалы охлаждаются примерно до -17°С (0°F) и вручную измельчаются с помощью молотка, чтобы разбить на мелкие части стекло. Все измельченное стекло, которое не налипло на слой поли(винилбутираля), затем удаляется, и объем стекла, налипшего на слой поли(винилбутираля), визуально сравнивается с набором стандартов. Стандарты соответствуют шкале, в которой различные степени стекла остаются налипшими на слой поли(винилбутираля). В частности, при стандарте измельчения нуль не остается стекла, налипшего на слой поли(винилбутираля). При стандарте измельчения в 10, 100% стекло остается налипшим на слой поли(винилбутираля). Слои поли(винилбутираля) настоящего изобретения могут иметь значение измельчения, например, от 3 до 10.
Электропроводящие полимерные листы
Ссылаясь на фиг.4, второй слой 26 и третий слой 28, а также любые дополнительные слои данного типа, в том числе первый слой 40 и второй слой 42, показанные на фиг.7, могут содержать любой подходящий материал, который совместим с другими слоями и в котором может быть размещен проводящий материал. В различных вариантах осуществления слой содержит, состоит или главным образом состоит из полиэтилентерефталата. В различных вариантах осуществления слой содержит, состоит или по-существу состоит из полиэтиленнафталата.
Изготовление и результирующие характеристики полиэтилентерефталата хорошо известны в данной области техники, и он может быть приобретен, например, как фотопленка, производимая ЗМ (St Paul, MN) или CPFilms (Martinsville, VA). Слои полиэтилентерефталата необязательно могут содержать медную сетку, NIR(ближний ИК) - поглощающий слой или любой другой материал или агент, который известен в данной области техники, и на нем выполняется печать, дисперсия или он иным образом используется в сочетании с полиэтилентерефталатом или эквивалентным материалом.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения электропроводящий материал осаждается на слое полиэтилена (полимерном листе) с помощью известных методик. В любом из описанных в настоящем изобретении вариантов осуществления проводящее покрытие может быть наложено по направлению к или от полимерного слоя или связующего. В вариантах осуществления, в которых не используются микрокапсулы и агент распределяется по полимерному слою или связующему, электропроводящее покрытие, как правило, находится на той стороне полимерного листа, которая не соприкасается с агентом, содержащим полимерный слой или связующее.
В различных вариантах осуществления электропроводящее покрытие выбирается из группы, состоящей из оксида индия и олова, оксида сурьмы и олова, оксида индия и цинка и проводящих полимеров, таких как полианилин. Другие металлические покрытия также могут быть использованы.
Электрическое соединение с электропроводящим полимерным листом может быть осуществлено любым способом, известным в данной области техники, чтобы дать возможность генерирования электрического поля.
Функция
После подробного описания выше различных вариантов осуществления настоящего изобретения далее описывается функционирование многослойных конструкций настоящего изобретения.
Различные конструкции, в общем, генерируются с помощью агентов, размещенных в дисперсном (максимальное среднее разделение) состоянии, что приводит к максимальному пропусканию света через слои. После наложения напряжения к двум электропроводящим полимерным листам генерируется электрическое поле над полимерным слоем или связующим.
Электрическое поле в большинстве случаев приводит к электрофоретической миграции агента либо к краю суспендирующей текучей среды (в вариантах осуществления, где используются микрокапсулы), либо к краю полимерного слоя или связующего, в котором расположен агент. В зависимости от агента и других используемых материалов агент агломерируется, и агломерированный агент, как правило, остается в агломерированном состоянии после удаления источника напряжения и последующего исключения электрического поля. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения агломерация агента является стабильным состоянием. В других вариантах осуществления агломерация не является стабильной, и происходит медленное возвращение к дисперсному состоянию. Как должны понимать специалисты в данной области техники, выбор агента, материала покрытия, суспендирующей текучей среды, связующего и полимерного слоя может оказывать влияние на стабильность агломерированного состояния.
Кроме того, в зависимости от правильно выбранных материалов, агломерированное состояние может быть обратимым, частично обратимым или необратимым. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения агент настоящего изобретения может быть выполнен обратимо, чтобы агломерироваться и диспергировать неограниченное число раз посредством простого переключения между электрическими полями противоположной полярности. После начальной миграции и агломерации обращение полярности электрического поля заставляет агент мигрировать из агломерированного состояния. Посредством ограничения продолжительности применения электрического поля агент может быть выполнен таким образом, чтобы остановить мигрирование до того, как он достигает противоположной стороны микрокапсулы, слоя или связующего, тем самым обеспечивая возможность возврата в неагломерированное состояние. Дополнительно, посредством изменения продолжительности наложения электрического поля и тем самым изменения среднего разделения частиц агента различные степени пропускания света от максимального до минимального допустимы. Наконец, оба состояния в обратимой системе могут быть стабильными (т.е. не требуют электрического поля, чтобы сохранять состояния), приводя к бистабильной системе.
Способы настоящего изобретения включают способ обратимого уменьшения пропускания света через отверстие, при этом способ содержит этапы, на которых: помещают многослойную стеклянную панель в упомянутое отверстие, причем упомянутая многослойная стеклянная панель содержит первый слой, включающий полимерный слой; и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, которое может проходить через упомянутый первый слой в ответ на наложение упомянутого электрического поля к упомянутому первому слою; второй слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем; и третий слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем, расположенный напротив упомянутого второго слоя; подключают источник напряжения к упомянутому второму слою и упомянутому третьему слою, тем самым генерируя электрическое поле по всему упомянутому первому слою; и обращают полярность источника напряжения к упомянутому второму слою и упомянутому третьему слою, тем самым реверсируя упомянутое электрическое поле.
Способы настоящего изобретения также включают в себя способ уменьшения пропускания света через отверстие, при этом способ содержит этапы, на которых: помещают многослойную стеклянную панель в упомянутое отверстие, причем упомянутая многослойная стеклянная панель содержит первый слой, содержащий полимерный слой; и множество областей, распределенных по упомянутому полимерному слою, причем упомянутые области содержат агент, который вызывает изменение в количестве видимого света, которое может проходить через упомянутый первый слой в ответ на наложение упомянутого электрического поля к упомянутому первому слою; второй слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакт с упомянутым первым слоем; и третий слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с упомянутым первым слоем, расположенный напротив упомянутого второго слоя; и подключают источник напряжения к упомянутому второму слою и упомянутому третьему слою, тем самым генерируя электрическое поле по всему упомянутому первому слою.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения изменение оптического состояния при переходе от дисперсного к более высоко агломерированному состоянию может быть из прозрачного состояния с высокой видимой пропускаемостью в состояние с высокой видимой пропускаемостью и диффузным рассеянием, из состояния с высокой видимой пропускаемостью в состояние с низкой видимой пропускаемостью (сильным поглощением), из поглощающего состояния с низкой видимой пропускаемостью в состояние с высокой видимой пропускаемостью или в частотно-селективное отражающее состояние на основе агломерированного состояния с упорядоченными коллоидными кристаллами (Liz-Marzan и Mulvaney, J. Phys. Chem. B, 107:7321-7324 (2003)).
В других вариантах осуществления настоящего изобретения любые из вышеприведенных агентов при необходимости могут быть использованы в конструкции, где дисперсия сильно поглощающих наночастиц (таких как золото, серебро, сажа, оксид индия и олова или гексаборид лантана) вытягивается в сторону в соответствии с плоскостью слоя, посредством наложения электрического поля. В этом варианте осуществления диспергированные сильно поглощающие частицы покрывают практически всю область листа или многослойного остекления, которая охватывает лист. Наложение электрического поля заставляет поглощающие частицы мигрировать в сторону, тем самым инструктируя большую часть площади листа или остекления стать светопроницаемой (см., например, WO 99/10767).
Дополнительно, настоящее изобретение включает в себя панель из ламинированного небьющегося стекла, содержащую любую из нескольких многослойных конструкций, раскрытых в данном документе. Слои полимера могут быть размещены между двумя слоями стекла, типично содержащими диоксид кремния. Дополнительно включено ламинированное небьющееся стекло, содержащее листы стекла с любой из конструкций с несколькими полимерными слоями, описанных в данном документе.
Настоящее изобретение также включает ветровые стекла, окна, дисплейные панели, солнечные очки, предохранительные устройства и другие готовые продукты из стекла, содержащие стеклянные панели настоящего изобретения.
Пример 1
Конструируется электрофоретический контрольный отсек, состоящий из двух прозрачных частей полиэтилентерефталата, разделенных на расстояние 0,2 см с помощью резиновой прокладки. Проводящие РЕТ-электроды поддерживаются двумя элементами из стекла. Электроды подключены к источнику питания постоянного тока. Образцы отрицательно заряженных наночастиц из диоксида кремния, диспергированных в этиленгликоле, помещаются между электродами, и прикладывают напряжение. Используются три дисперсии, помеченные DP 5820, DP 5480и DP 5540 (поставляемые Nyacol Nanotechnologies (Ashland MA)). Результаты для трех частиц из диоксида кремния различного размера в этиленгликоле показаны на фиг.8, который является графиком "пропускаемость света/время". Как показано на фиг.8, после применения 10 В на электродах, что дает электрическое поле в 50 В/см между электродами, происходит видимая электрофоретическая миграция и осаждение диоксида кремния на положительном электроде, приводя к уменьшению пропускаемости света. Переключение полярности напряжения заставляет частицы диоксида кремния заново диспергировать, что указывается увеличением пропускания света, и осаждаться на противоположном электроде, что указано уменьшением пропускаемости света.
Фиг.9а и 9b - это растровые электронные микрофотографии частиц диоксида кремния из DP 5820, осаждающихся на электроде ITO, при номинальном размере частицы около 20 нм и нескольких крупных агломерациях, соответствующих состоянию низкого пропускания света. Увеличение налагаемого напряжения уменьшает время между состояниями высокого и низкого пропускания света.
Полагают, что уменьшение пропускания связи в агломерированном состоянии вызывается увеличением рассеяния света. Полагают, что причина увеличенного рассеяния света заключается в несовпадении показателей преломления между этиленгликолем (1,430) и диоксидом кремния (1.456), объединенным с увеличением частоты рассеяния крупных агломератов части относительно хорошо диспергированных отдельных наночастиц.
Пример 2
Образец отрицательно заряженных наночастиц диоксида кремния, диспергированных в триэтиленгликоле, помещается между электродами электрофоретического контрольного отсека, описанного в примере 1. После применения наложения между электродами не наблюдается изменения пропускания света даже после продолжительного наложения напряжения. Полагают, что причина отсутствия изменения пропускания света заключается в том, что существует практически идеальное совпадение показателей преломления триэтиленгликоля (показатель преломления в 1,457) и диоксида кремния (показатель преломления в 1,456). В системе примера 1 существует значительная разница между показателем преломления диоксида кремния и этиленгликоля (1,430), поэтому наблюдается изменение пропускания света вследствие увеличения рассеяния света в агломерированном состоянии.
Пример 3
Образец наночастиц оксида индия и олова, диспергированных в триэтиленгликоле бис(2-этилгексаноата), помещается между электродами электрофоретического контрольного отсека, описанного в примере 1. После наложения напряжения между электродами электрофоретического контрольного отсека не наблюдается изменения пропускания света. Вследствие низкой полярности триэтиленгликоля бис(2-этилгексаноата) полагается, что заряд на частицах оксида индия и олова недостаточен для того, чтобы возникла электрофоретическая миграция.
На основании настоящего изобретения теперь можно предоставлять многослойные стеклянные панели или ламинированные панели, имеющие регулируемый тон, что позволяет выполнять регулировку пропускания света для повышения уединенности и регулирования климата.
Хотя изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что различные изменения могут быть выполнены и эквиваленты могут быть использованы вместо его элементов без отступления от объема изобретения. Помимо этого, множество модификаций может быть выполнено, чтобы приспособить конкретную ситуацию или материал к идее изобретения без отступления от его основного объема.
Поэтому подразумевается, что изобретение не будет ограничено конкретными вариантами осуществления, раскрытыми как оптимальный режим, предполагаемый для выполнения данного изобретения, а изобретение будет включать все варианты осуществления, подпадающие под область применения прилагаемой формулы изобретения.
Дополнительно следует понимать, что любые из диапазонов, значений или характеристик, приведенных для одного компонента настоящего изобретения, могут быть использованы взаимозаменяемо с любыми диапазонами, значениями или характеристиками, приведенными для любых других компонентов изобретения, если приемлемо, чтобы сформировать вариант осуществления, имеющий заданными значения для каждого из компонентов, задаваемых во всем документе. Например, полимерный слой может быть сформирован как содержащий ацетат в любом из заданных диапазонов, помимо любых диапазонов, заданных для пластификатора, чтобы сформировать множество вариаций, которые не выходят за рамки объема настоящего изобретения.
Все номера ссылок на чертежах, приводимые в реферате или формуле изобретения, предназначены только для иллюстративных целей и не должны рассматриваться таким образом, чтобы ограничивать заявленное изобретение каким-либо одним конкретным вариантом осуществления, показанным на любом чертеже.
Все ссылки, включая журнальные статьи, патенты, заявки и книги, упоминаемые в данном документе, полностью включены в описание.
Изобретение относится к оптической технике. В изобретении полимерные листы и многослойные стеклянные панели содержат множество областей, распределенных в указанном полимерном слое. Указанные области содержат размещенный в диэлектрическом материале агент, вызывающий изменение количества видимого света, который может проходить через полимерный лист под влиянием наложения электрического поля. Технический результат - упрощение возможности регулирования тона полимерного листа и многослойного стекла. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.
1. Полимерный лист, содержащий
полимерный слой; и
множество областей, распределенных в указанном полимерном слое, в котором указанные области содержат размещенный в диэлектрическом материале агент, вызывающий изменение количества видимого света, который может проходить через указанный полимерный лист под влиянием наложения электрического поля на указанный полимерный лист.
2. Полимерный лист по п.1, в котором указанные области имеют форму микрокапсулы.
3. Полимерный лист по п.2, в котором указанная микрокапсула содержит диэлектрический материал, заключенный в полимерное покрытие.
4. Полимерный лист по п.3, в котором указанное полимерное покрытие содержит полимер, выбранный из группы, включающей поливинилбутираль, желатин, поливиниловый спирт, производные целлюлозы, акацию, каррагинан, сополимеры гидроксилированного стирольного ангидрида, комалеиновый ангидрид метилвинилового простого эфира, поливинилпиридин, полиакрилонитрил, полистирол, полиметилметакрилат, полибутилметакрилат, полиоксиамид с альдегидом, меламиноформальдегид, мочевиноформальдегид, водорастворимые олигомеры конденсата меламина, водорастворимые олигомеры мочевины, водорастворимые олигомеры формальдегида, стирол, метилметакрилат, акрилонитрил, диацилхлорид, винилацетат, акриловая кислота, бутилакрилат и трет-бутилакрилат.
5. Полимерный лист по п.3, в котором указанный диэлектрик выбирают из группы, включающей низкомолекулярный полихлортрифторэтилен, простой перфторированный полиэфир, алифатические углеводороды, триэтиленгликоль бис(2-этилгексаноат), и смесь триэтиленгликоль (2-этилгексаноата) с триэтиленгликоль бис(2-этилгексаноатом).
6. Полимерный лист по п.1, в котором указанный агент выбирают из группы, содержащей двуокись титана анатазной модификации, двуокись титана рутильной модификации, сульфат бария, двуокись кремния, силикат магния, карбонат кальция, окись индия и олова, окись сурьмы и олова, сажу, окись цинка, гексаборид лантана, золото, серебро, медь, платину, палладий и сплавы вышеуказанного.
7. Полимерный лист по п.1, в котором указанный агент выбирают из группы, содержащей двуокись титана, двуокись кремния, сажу, золото и серебро.
8. Полимерный лист по п.1, в котором указанное наложение электрического поля вызывает агломерацию указанного агента.
9. Полимерный лист по п.1, в котором указанный полимерный слой содержит поливинилбутираль.
10. Многослойная стеклянная панель, содержащая первый слой, содержащий полимерный слой; и множество областей, распределенных в указанном полимерном слое, в котором указанные области содержат размещенный в диэлектрическом материале агент, который вызывает изменение количества видимого света, который может проходить через указанный первый слой в ответ на наложение упомянутого электрического поля к указанному первому слою; второй слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с указанным первым слоем; и третий слой, содержащий электропроводящий полимерный лист, размещенный в контакте с указанным первым слоем с противоположной стороны от указанного второго слоя.
| Способ и приспособление для нагревания хлебопекарных камер | 1923 |
|
SU2003A1 |
| Топчак-трактор для канатной вспашки | 1923 |
|
SU2002A1 |
| US 5178571 A, 12.01.1993 | |||
| ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО С ПЕРЕМЕННЫМ ПРОПУСКАНИЕМ (ОТРАЖЕНИЕМ) СВЕТА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2001 |
|
RU2216757C2 |
