專利名稱：具有金屬外觀的屋頂材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
披露了具有獨(dú)特外觀、特別是金屬外觀的屋頂材料。此外，該材料具有提高的太陽(yáng)能反射性質(zhì)。
背景技術(shù)：
自從人類的最早歷史以來(lái)，屋頂就是建筑結(jié)構(gòu)不可缺少的部分。作為屋頂結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的屋頂材料來(lái)自許多不同的種類。由于屋頂直接暴露在建筑結(jié)構(gòu)的頂面上，因而需要謹(jǐn)慎考慮屋頂材料的組成。盡管從人類最早期開(kāi)始，人類就已經(jīng)用從棕櫚葉到遠(yuǎn)古開(kāi)采的石板的各種各樣的材料制造出了屋頂，但某些屋頂材料賦予適用于各種環(huán)境挑戰(zhàn)和氣候條件的品質(zhì)。例如，在不太發(fā)達(dá)的國(guó)家中，可使用稻草屋頂。但是在天氣條件和季節(jié)可變的地域中，更為堅(jiān)固且熱吸收性/熱反射性材料可能更加適當(dāng)。在某些地區(qū)，數(shù)十億美元的屋頂工業(yè)可發(fā)現(xiàn)采用其他期望特征的屋頂材料是特別有用和環(huán)境友好的。屋頂材料如木材、石板或金屬可通過(guò)使用各種手段如遮板構(gòu)造(shingling)或油漆來(lái)涂布或覆蓋。由于隔離性質(zhì)中的反射性質(zhì)和熱屏蔽能力，而使得金屬組成或外表可能是有利的。有用的期望的隔離性質(zhì)可包括低的熱導(dǎo)率和延遲的熱積聚。然而，使用金屬自身通常不能獲得最理想的結(jié)果。效應(yīng)顏料(也被稱作珠光顏料和珍珠顏料)是有光澤的特種化學(xué)品，其廣泛用于多種高端應(yīng)用如汽車末道漆中。如L. M. Greenstein在“Nacreous (Pearlescent) Pigments and Interference Pigments", THEPIGMENT HANDBOOK,H 1 Properties & Economics， 第2版，由Peter A. Lewis編輯，John Wiley & Sons, Inc. (1988)中所披露的那樣，效應(yīng)顏料模擬珍珠光澤或具有從絲綢般的光輝至金屬光澤變化的效果。效應(yīng)顏料的屬性之一在于，它們可產(chǎn)生取決于觀看它們的角度的一系列光學(xué)效果。珍珠顏料或珠光顏料模擬天然珍珠的效果并且由在可見(jiàn)光譜區(qū)域中透明的薄片晶構(gòu)成。片晶非常光滑，照在片晶上的一部分光被反射，而一部分光透過(guò)片晶。透過(guò)的那部分光隨后又被其他的片晶層所反射。其結(jié)果是，發(fā)生自許多層的多次反射并且這導(dǎo)致光輝的濃淡(Cbpth of sheen)，這是由于眼睛無(wú)法集中在一個(gè)特定的層上。在這些類型的顏料中發(fā)生的反射是鏡面反射，原因在于入射角等于反射角。以非鏡面角反射的光的量少并且當(dāng)過(guò)了鏡面角后所反射的光的量非常快速地減少。其結(jié)果是， 珠光顏料對(duì)于視角極其敏感。為了使得被反射的光的量最大，片晶必須極其光滑。任何表面粗糙度都會(huì)導(dǎo)致光以非鏡面方式被散射并且使得光澤效果變小。片晶必須相互平行且平行于襯底排列以得到最大反射率。若非如此排列，則光將被隨機(jī)反射并且同樣地光澤將減小。被反射的光的量取決于折射率。隨著折射率增加，反射光的量也增加。然而，在許多應(yīng)用中，效應(yīng)材料具有比期望的程度更小的遮蓋力。為解決這個(gè)問(wèn)題，多種材料已被結(jié)合到效應(yīng)顏料配方中。效應(yīng)顏料常?；谄晤w粒。因?yàn)楣鈱W(xué)效果是光的多次反射和透射的結(jié)果，因而期望的是提供會(huì)在發(fā)現(xiàn)它們的介質(zhì)中排列的顆粒并且優(yōu)化期望的效果。排列不整的顆?；蛱砑觿╊w粒或者這兩者的存在都妨礙該目的并且使顏料的光學(xué)效果變小。因此通常認(rèn)為用于增強(qiáng)遮蓋的任何添加劑以某種方式結(jié)合至片晶而非作為物理混合物的一部分存在是有利的。尤其因?yàn)樾?yīng)顏料(特別是基于云母的顏料)長(zhǎng)期以來(lái)被用于汽車面漆中， 從而實(shí)現(xiàn)了著色金屬效果。該金屬效果的特征可在于當(dāng)視角改變時(shí)從亮到暗的變換 (flip-flop)。在云母顏料的情況下，該變換是從云母的反射顏色到暗色。在一個(gè)實(shí)例中， 大多數(shù)汽車面漆因各種原因需要在以約0. 5至1. 2密耳(約12. 7-30. 5微米)的常規(guī)厚度施用時(shí)不透過(guò)紫外光以及可見(jiàn)光。1 “密耳”等于1/1000英寸(膜的厚度單位)。保持由云母顏料貢獻(xiàn)的“面”或反射色，同時(shí)發(fā)揮遮蓋作用是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)橐阎氖?，不透明的顏料大大降低云母顏料的顏?效果。金屬薄片顏料如鋁對(duì)光是不透明的，即沒(méi)有光透過(guò)。由于前述性質(zhì)，金屬薄片顏料很好地覆蓋并因而其上涂布它們的襯底可以被完全遮蓋。該性質(zhì)被稱作遮蓋力。鋁金屬顏料與云母顏料(例如TiO2涂布的云母顏料)的共混物用于不同應(yīng)用是公知的。例如，美國(guó)專利No. 6，503，965教導(dǎo)了一種墨，其可含有單獨(dú)的非熒光顏料或者兩種或更多種非熒光顏料的混合物，所述非熒光顏料可選自一長(zhǎng)串的這類顏料，包括薄鋁片顏料(厚度為約0. 1至約2微米)和TiO2-及Fe2O3-涂布的云母顏料。美國(guó)專利No. 2，278，970 教導(dǎo)了薄的云母薄片適合與薄鋁片顏料結(jié)合用作惰性填料以擴(kuò)充薄鋁片顏料的覆蓋品質(zhì)。 美國(guó)專利No. 6，331，326教導(dǎo)了涂布含有非漂浮型薄鋁片的底漆和/或第一金屬漆，然后施涂含有小薄片的第二金屬漆。底漆可以與平坦顏料如鋁薄片以及片狀云母共混，以提高在襯底上的遮蓋力或者遮蓋砂子劃痕。美國(guó)專利No. 6，306，931教導(dǎo)了中值粒徑為約100 微米或更小或者特別是10微米或更小的優(yōu)選薄鋁片顏料用于摻入涂料中的用途。美國(guó)專利No. 6，398，861教導(dǎo)了直徑范圍為6微米至600微米的薄鋁片顏料用于涂料的用途。 Silberline. com登廣告說(shuō)，其真空金屬化的薄鋁片可用于化妝品中以達(dá)到光滑、鏡似的金屬效果并且以提供高度反光、閃耀的末道漆。鋁與非效應(yīng)材料的共混物也是已知的。例如，美國(guó)專利No. 4，937，274教導(dǎo)了將薄鋁片顏料與超細(xì)材料如二氧化鈦混合。該涂料組合物不包含任何干涉(效應(yīng))云母顏料， 但據(jù)稱仍能夠提供如同含有干涉云母顏料和薄鋁片的那些涂料的效果。然而，金屬薄片顏料未必在所有應(yīng)用如屋頂覆蓋物中都是適當(dāng)或期望的。在屋頂應(yīng)用中，非金屬的但仍呈金屬樣的顏料將更合適。因而，如果能夠找到將呈金屬樣的效應(yīng)顏料摻入用于屋頂材料的聚合物膜(其經(jīng)由太陽(yáng)能反射而將顯示出隨時(shí)間延遲的熱積聚和降低的熱導(dǎo)率)的方法，則這將體現(xiàn)對(duì)本領(lǐng)域的有益貢獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種屋頂材料，其包含至少兩層聚合物材料，暴露于環(huán)境的頂層和接觸屋頂結(jié)構(gòu)的底層，所述頂層具有摻入其中的且賦予金屬外觀的一定量的效應(yīng)顏料材料。聚合物材料包括熱塑性烯烴樹(shù)脂、聚氯乙烯樹(shù)脂、EPDM、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)，或者其他材料。另外，聚合物材料含有UV穩(wěn)定劑。
在另一實(shí)施方案中，披露了一種包含遮板(shingle)的屋頂材料，所述遮板具有至少兩層聚合物材料，暴露于環(huán)境的貼面層(capstock layer)和接觸屋頂結(jié)構(gòu)的底層，所述貼面層包含一定量的足以賦予金屬外觀的呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料。在另一實(shí)施方案中，披露了一種包括具有暴露于環(huán)境的貼面層的遮板的屋頂材料。所述貼面層可包含一定量的足以賦予金屬外觀的呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料。任選地，聚合物材料包含阻燃劑和防煙劑。在另一實(shí)施方案中，反光聚合物膜包含聚合物材料的至少一個(gè)層，所述聚合物材料包含一定量的足以賦予金屬外觀的呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料。效應(yīng)顏料的用量可以是基于反光聚合物膜的總重量的約0. 5重量％至約3. 0重量％。期望的是，根據(jù)使用如本文所述的合適效應(yīng)顏料的實(shí)施例所制得的聚合物膜除了其他熱性質(zhì)外還將具有約20%至約80%的良好總太陽(yáng)能反射率(TSR)。例如，期望的是，根據(jù)使用合適的效應(yīng)顏料的實(shí)施例所制得的聚合物膜將經(jīng)由太陽(yáng)能反射表現(xiàn)出隨時(shí)間延遲的熱積聚和降低的熱導(dǎo)率。因而，在一個(gè)實(shí)施方案中，期望如本文所述制得的聚合物膜提供比已知的屋頂材料更好的隔離性質(zhì)。在又一實(shí)施方案中，提供一種用于制備反光聚合物膜的方法，該方法包括使塑料樹(shù)脂熔融；向熔化的樹(shù)脂中加入阻燃劑材料；加入足以賦予金屬外觀的呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料，以及由此通過(guò)低剪切擠出和/或壓延形成聚合物膜。效應(yīng)顏料材料可以以基于反光聚合物膜的總重量的約0. 5重量％至約3. 0重量％的量加入。


圖1描述了 PVC膜的一個(gè)實(shí)施方案的TSR圖，所述PVC膜使用基于按照ASTM方法 E-891測(cè)量的膜的總重量為1重量％水平的呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料。
具體實(shí)施例方式文中披露了多種效應(yīng)顏料。多種類型的效應(yīng)顏料是可適用的。效應(yīng)顏料襯底可以是云母基的、氧化鋁基的、金屬基的、合成云母基的以及硼硅酸鹽基的。該列舉是作為示例性給出的而并非旨在限制。效應(yīng)顏料襯底任選涂布、共混或結(jié)合有金屬氧化物，如二氧化鈦、氧化鐵、氧化鋁以及它們的混合物，以在熱塑性膜中賦予金屬外觀。含效應(yīng)顏料的熱塑性膜具有金屬基材料的外觀。呈金屬樣的顏料在屋頂材料中起到顏料添加劑的作用。有用的效應(yīng)顏料還描述于美國(guó)專利No. 7，507，285中，其以全文引用的方式并入本文。示例性的效應(yīng)顏料的量相對(duì)于整個(gè)屋頂材料，S卩，相對(duì)于聚合物層或聚合物膜可以為約0. 5%至3. 55%。在一個(gè)實(shí)施方案中，效應(yīng)顏料的量相對(duì)于整個(gè)屋頂組合物，即，相對(duì)于聚合物層或聚合物膜為0. 75%至3. 0%。還披露了一種屋頂材料，其由兩層或更多層的聚合物膜材料組成，暴露于環(huán)境的頂層(貼面層)含有金屬效應(yīng)顏料材料或呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料。貼面層含有UV穩(wěn)定劑的主體。在一個(gè)實(shí)施方案中，貼面層含有金屬氧化物、效應(yīng)顏料和阻燃劑。在兩層的實(shí)施方案中，屋頂材料可以由在熱塑性底層上的熱塑性上層制成。在多層(或三層或更多層) 的實(shí)施方案中，屋頂材料可以由一個(gè)或數(shù)個(gè)熱塑性上層和一個(gè)或更多個(gè)熱塑性底層制成，其中在二者之間有支撐層，例如在兩個(gè)熱塑性層之間的稀松布(scrim)。熱塑性層的深度為20至120密耳。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱塑性樹(shù)脂層的厚度可為 20至120密耳并且貼面層通?？蔀?0-80密耳。屋頂膜包括聚合物膜。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物膜為熱塑性烯烴樹(shù)脂(TPO)。在另一實(shí)施方案中，聚合物膜可為聚氯乙烯基樹(shù)脂(PVC)。在其他實(shí)施方案中，屋頂材料可包含EPDM(—種橡膠，三元乙丙橡膠)、浙青、遮板、瓦、金屬和涂覆金屬、赤陶土和粘土。還考慮本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的另外的屋頂材料。屋頂材料可優(yōu)選含有UV穩(wěn)定劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，UV穩(wěn)定劑可以為受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)、UV吸收劑(有機(jī)的或無(wú)機(jī)的)、抗氧化劑和溫度穩(wěn)定劑。其他UV穩(wěn)定劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。在一個(gè)實(shí)施方案中，將UV穩(wěn)定劑用于貼面層中。較低含量的UV穩(wěn)定劑也可以存在于底材層(base stock layer)中。UV穩(wěn)定劑的實(shí)例可以自BASF(FlorhamPark， 新澤西州)購(gòu)得。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少貼面膜層含有使熱積聚最小化的IR反光材料和賦予金屬外觀的效應(yīng)顏料材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，屋頂材料還含有阻燃劑和防煙劑。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中， 可以使用氫氧化鎂。其他阻燃劑和防煙劑對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。在另一實(shí)施方案中，呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料可以不摻入TP0/PVC層本身中。相反，呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料可以作為單獨(dú)的層涂布到TP0/PVC層的上面或下面。在一個(gè)實(shí)施方案中，UV穩(wěn)定劑可以熔體混配到聚合物材料中，作為熱塑性樹(shù)脂的一部分。例如，其可以用(以0. 1-2. 5%熔體混配)于貼面層。在一個(gè)實(shí)施方案中，獲自BASF的UVINUL 材料是所述UV穩(wěn)定劑。實(shí)施例1制得三層屋頂材料。最初，將任選的非顏料添加劑(包括任選的阻燃劑和UV穩(wěn)定添加劑)加入到在擠出機(jī)內(nèi)的熱塑性配料中。在擠出機(jī)的進(jìn)料入口處加入IR反光或透明顏料以及一些特殊效應(yīng)顏料。效應(yīng)顏料材料任選地在該過(guò)程中稍后(例如在下游進(jìn)料器中) 加入，以使停留時(shí)間最小化，目的是防止它們被壓延機(jī)或擠出機(jī)裝置的剪切力破壞，這種破壞可導(dǎo)致光學(xué)涂層自襯底剝離，產(chǎn)生褪色的外觀和較小的特殊效果。所得到的產(chǎn)品形成熱塑性膜的上層或外層。實(shí)施例2如表1中那樣，制得用于屋頂膜的摻了呈金屬樣的效應(yīng)顏料的聚合物膜的不同樣品，并且測(cè)量它們的總太陽(yáng)能反射率(表2)。利用ASTM E-891方法，使用Lambda 950UV/ VIS分光光度計(jì)。表 1組合物(100重量份)
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于屋頂結(jié)構(gòu)的屋頂材料，其包含至少兩層聚合物材料，暴露的頂層和接觸所述屋頂結(jié)構(gòu)的底層，所述頂層包含一定量的足以賦予金屬外觀的呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屋頂材料，其中所述頂層包含熱塑性烯烴樹(shù)脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屋頂材料，其中所述頂層包含聚氯乙烯樹(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屋頂材料，其中所述聚合物材料各自獨(dú)立地含有UV穩(wěn)定劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屋頂材料，其包括三層，其中稀松布位于所述頂層和所述底層之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屋頂材料，其中所述聚合物材料含有阻燃劑和防煙劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屋頂材料，其中所述呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料為云母基顏料。
8.一種應(yīng)用于包括遮板的屋頂結(jié)構(gòu)的屋頂材料，所述遮板具有至少兩層聚合物材料， 暴露的貼面層和接觸所述屋頂結(jié)構(gòu)的底層，所述貼面層包含一定量的足以賦予金屬外觀的呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的屋頂材料，其中所述貼面層包含熱塑性烯烴樹(shù)脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的屋頂材料，其中所述貼面層包含聚氯乙烯樹(shù)脂。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的屋頂材料，其中所述聚合物材料各自獨(dú)立地含有UV穩(wěn)定劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的屋頂材料，其包括三層，其中稀松布位于所述貼面層和所述底層之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的屋頂材料，其中所述聚合物材料含有阻燃劑和防煙劑。
14.一種應(yīng)用于屋頂結(jié)構(gòu)的反光聚合物膜，其包含至少一層的聚合物材料，所述聚合物材料包含一定量的足以賦予金屬外觀的呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的反光聚合物膜，其中所述效應(yīng)顏料材料以基于所述反光聚合物膜的總重量的約0. 5重量％至約3. 0重量％的量存在。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的反光聚合物膜，其中總太陽(yáng)能反射率為約20%至約80%。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的反光聚合物膜，其中總太陽(yáng)能反射率為約50%至約80%。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的反光聚合物膜，其中所述效應(yīng)顏料材料為云母基顏料。
19.一種制備反光聚合物膜的方法，其包括以下步驟 使塑料樹(shù)脂熔融；向熔化的樹(shù)脂中加入阻燃劑； 加入呈金屬樣的效應(yīng)顏料材料；以及通過(guò)低剪切擠出或壓延形成所述反光聚合物膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括加入至少一種UV穩(wěn)定劑和至少一種IR反光或IR透明顏料。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述效應(yīng)顏料材料以基于所述反光聚合物膜的總重量的約0. 5重量％至約3. 0重量％的量加入。
全文摘要
提供了涉及屋頂材料的材料和方法，所述屋頂材料包含至少兩層聚合物材料，暴露于環(huán)境的頂層和接觸屋頂結(jié)構(gòu)的底層，所述頂層包含一定量的賦予金屬外觀的呈金屬樣的特殊效應(yīng)顏料材料。所述聚合物材料可以是熱塑性烯烴樹(shù)脂、聚氯乙烯樹(shù)脂，或者其他材料。另外，聚合物材料含有UV穩(wěn)定劑和/或阻燃劑、防煙劑或其他填料。
文檔編號(hào)E04D1/20GK102272393SQ200980146428
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者D·貝克, M·愛(ài)迪生, R·G·庫(kù)格林 申請(qǐng)人:巴斯夫公司