JP2008169074A

JP2008169074A - 断熱性窓用板状体

Info

Publication number: JP2008169074A
Application number: JP2007003706A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Irie; 哲司入江; Hiroyuki Tomonaga; 浩之朝長; Hiroshi Hanaoka; 寛花岡
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】可視光透過性、電波透過性に優れ、赤外線透過率が低く、かつ自動車用窓ガラスなどの高度に機械的耐久性が要求される部位へも適用が可能な断熱性窓用板状体の提供。
【解決手段】平均一次粒子径５〜４０ｎｍの透明導電性酸化物微粒子が酸化ケイ素を主体とするマトリックスで結合されている構成の、層厚２００〜３５０ｎｍの第１層と、酸化ケイ素を含む、層厚２０〜１５０ｎｍの第２層とが、透明な板状体の表面に設けられたことを特徴とする断熱性窓用板状体。
【選択図】図１

Description

本発明は、断熱性窓用板状体に関し、特に耐摩耗性、透明性に優れた断熱性窓用板状体に関する。

近年、車両用ガラスや建築用ガラスなどの透明な窓用板状体を通して車内や建物内に流入する赤外線を遮蔽し、車内や建物内の温度上昇、冷房負荷を軽減する目的から断熱性窓用板状体が採用されている（たとえば、特許文献１）。また、車両用ガラスや建築用ガラスでは、安全性や視界を確保するため、可視光透過率が高いことが要求される場合も多い。

ガラス板に赤外線遮蔽性能を付加させ熱線遮蔽性を高める手法は、これまでにも数多く提案されている。たとえば、ガラス基板に赤外線吸収性のイオンを加えることによりガラスそのものに赤外線遮蔽性能を付加しようとしたもの、またはガラス基板表面に導電膜を形成することにより赤外線遮蔽性能を付加しようとしたものなどが提案され、実際に使用されてきている。

しかし、ガラスに赤外線吸収性のイオンを加えたガラス板では、可視光透過率を高く保ったまま赤外線吸収性を高めることは困難であり、また特に波長１．５μｍ〜２．７μｍの中波長赤外線の遮蔽性を高めるのは困難であった。また、ガラス板表面に導電膜を形成する方法では、導電膜のために電波がガラスを透過することができず、近年の移動体通信の普及に伴って開口部の電波透過性が要求されるようになっていることから不都合が生じることがあった。このように、透明性、赤外線遮蔽性、および電波透過性を有する窓用板状体を製造することは極めて困難であった。

以上のような問題を解決するために、高い赤外線遮蔽性を発現する酸化錫がドープされた酸化インジュウム（ＩＴＯ）微粒子をバインダに分散させた被膜を基材上に塗布し、断熱性窓用板状体とする方法が提案されてきている（特許文献２、３）。この方法であれば、比較的高い可視光線透過率を維持したまま赤外線遮蔽性を付与させることも可能となる。

上記の方法において、通常用いられるバインダは有機系バインダもしくは無機系バインダであるが、有機系バインダでは得られる被膜の機械的耐久性は乏しく、例えば自動車用ドアガラスなど機械的耐久性を要求される部位には使用できないという問題があった。一方無機系バインダとして、ゾルゲル法をはじめとする材料が用いられることが多いが、それでも上記のような機械的耐久性が要求される部位で使用できるほどに耐久性の優れた被膜を製造するためには、比較的高い温度、例えば４００℃以上、好ましくは５００℃以上の温度で熱処理をする必要があった。

しかしながら、ＩＴＯ導電体は酸素欠損型の半導体であり、酸素の存在下に３００℃以上の温度におかれると自由電子が酸化によって失われてしまい、赤外線遮蔽性は消失してしまう。このため、赤外線遮蔽性を保ち、機械的耐久性に優れた被膜を製造するためには、コスト面で圧倒的に不利な非酸化性雰囲気下での熱処理を行う必要があり、大気中での熱処理において簡便かつ安価に高耐久な断熱性窓用板状体を製造する方法は見出されておらず、自動車用窓ガラスなどの高い機械的耐久性を要求される部位へ適用できる赤外線遮蔽膜を得ることは困難であった。

近年、特許文献４に、耐摩耗性、透明性に優れた熱線遮蔽膜付きガラスが提案されている。この熱線遮蔽膜付きガラスは、熱線遮蔽膜をアルカリ金属を含む酸化ケイ素保護膜で被覆することで熱線遮蔽膜の酸化を防いでおり、熱線遮蔽性と耐摩耗性の両方に優れるという特徴がある。しかし一方で、アルカリ金属を含む保護膜は耐薬品性が比較的低いため、自動車用ドアガラスや窓ガラスなど長期間、厳しい外部環境にさらされる部位には適用できないおそれがあった。最近ではさらに、高い赤外線遮蔽性、電波透過性を併せ持ち、かつ機械的および化学的耐久性に優れた断熱性窓用板状体の開発が求められている。

特開平１０−２７９３２９号公報（特許請求の範囲）特開平７−７０４８２号公報（特許請求の範囲）特開平８−４１４４１号公報（特許請求の範囲）特開２００４−３３８９８５号公報（特許請求の範囲、実施例）

本発明は、可視光透過率が高く、赤外線透過率が低く、かつ自動車用窓ガラスなどで高度に機械的耐久性が要求される部位へも適用が可能な高い平滑性を持った断熱性窓用板状体を提供することを目的とする。

本発明は、透明な板状体と、該板状体の表面に設けられた下記第１層および下記第２層からなる赤外線遮蔽層（ただし、該第１層がガラス基板側に存在する）とを有し、第１層が、平均一次粒子径５〜４０ｎｍの透明導電性酸化物微粒子が酸化ケイ素を主体とするマトリックスで結合されている構成の、層厚２００〜３５０ｎｍの層であり、第２層が酸化ケイ素を含む、層厚２０〜１５０ｎｍの層であることを特徴とする断熱性窓用板状体を提供する。

本発明の断熱性窓用板状体は、可視光透過率が高く、赤外線透過率が低く、機械的耐久性が高い。特に、第１層の層厚が適度であるため、高い赤外線遮蔽性を保持しつつ、高い透明性をもっている。また、第１層中の透明導電性酸化物微粒子の平均一次粒子径が小さいため、高度に平滑性が高い赤外線遮蔽層にできる。該赤外線遮蔽層は外部摩耗に対して膜の構造破壊が進みにくく、優れた機械的耐久性をもっている。そのため本発明の断熱性窓用板状体は、特に自動車用窓ガラス用途に好適に用いられる。

また、焼成時に第１層／第２層（保護膜）の界面で発生する膜応力を緩和する機能の高い保護膜材料を用いているため、保護膜の層厚が薄くても酸素バリヤ性を確保でき、したがって生産性の点でも優れている。

以下に本発明の構成要素について詳細に説明する。
まず、第１層（図１における２０）について説明する。
平均一次粒子径が５〜４０ｎｍの透明導電性酸化物微粒子は、赤外線遮蔽性を発現させる構成因子であり、平均一次粒子径が４０ｎｍ以下であることが重要である。ここで、平均一次粒子径とは、ＢＥＴ法によって求められる比表面積から換算される粒子径を示す。この平均一次粒子径を４０ｎｍ以下とすることで、膜の透明性が向上するだけでなく、膜表面の平滑性にきわめて優れた赤外線遮蔽層にできるため、自動車用窓の摺動部など、高度に機械的耐久性を求められる部位に好ましく適用できる。また、粒子径が５ｎｍ以上であることで、所望の赤外線遮蔽性を発現可能となる。特に好ましくは、平均一次粒子径を１０〜３５ｎｍの範囲とする。

赤外線遮蔽性を発現する透明導電性酸化物微粒子は、酸化インジュウム、酸化錫、および酸化亜鉛からなる群より選ばれる１種類以上からなる微粒子が好ましい。赤外線遮蔽性の観点からは、酸化錫が酸化インジュウムに混合された材料（以下ＩＴＯと呼ぶ）からなる微粒子が好ましい。ＩＴＯの酸化錫と酸化インジュウム混合の比率は錫原子数に対するインジュウム原子数（Ｉｎ／Ｓｎ）で表すとき、Ｉｎ／Ｓｎ＝２〜２０であることが必要で、特にＩｎ／Ｓｎ＝３〜１０が好ましい。

また、酸化ケイ素を主体とするマトリックスは、前記透明導電性酸化物微粒子のバインダーとして機能する成分であり、透明な板状体への密着性や被膜硬度を高める働きを有する。ところで、透明導電性酸化物微粒子自身は導電性に優れているために透明導電性酸化物微粒子が被膜内で連続的に密着すると被膜自身が導電性を発現し、電波透過性に悪影響を与える。酸化ケイ素を主体とするマトリックスは、透明導電性酸化物微粒子同士の接触を制限し、被膜自身が導電膜となることを防止する効果があり、被膜の電波透過性を発現させる重要な構成因子である。ここで、酸化ケイ素とは、厳密な意味でＳｉＯ_２の組成となっている必要はなく、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉシロキサン結合の網目構造を有する非晶質成分として存在していればよい。また、酸化ケイ素マトリックス中にはＳｉ以外の構成元素、具体的にはＴｉやＮが含まれていてもよい。このとき、ＴｉやＮの一部はＩＴＯ微粒子表面に偏在していてもよい。また、マトリックス材料中にはＴｉに結合したＮ原子が含まれていてもよい。さらには質量比で５％程度を限度とする少量成分、たとえばＣ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｎｂ、Ｔａなどが含まれていてもよい。

第１層中において、マトリックスは、質量比で［透明導電性酸化物微粒子］／［酸化ケイ素］＝１０／０．５〜１０／２０の比率で存在していることが好ましい。上記比率を１０／０．５以下とすることで、被膜の密着性や硬度を保ち、また電波透過性を維持することが可能になる。一方、上記比率を１０／２０以上とすることで、必要な赤外線遮蔽性を維持できる。好ましくは、［透明導電性酸化物微粒子］／［酸化ケイ素］＝１０／０．５〜１０／１０の範囲とする。

本発明において、第１層の層厚は２５０〜３５０ｎｍとする。２５０ｎｍ以上の層厚にすることにより、所望の日射透過率が得られ、赤外線遮蔽性を充分に確保できるとともに、摩耗により反射色が変化しにくくなり、外観品質の劣化を防止できる。一方、３５０ｎｍ以下の層厚とすることにより、可視光線が拡散して透明性が低下することを防止できる。また、赤外線遮蔽層の導電性を低くできる結果、車両用ガラス板に求められる、高周波の電波に対する透過性を確保可能となる。

次に、第２層（図１における３０）について説明する。第２層は、被膜の機械的耐久性の向上に寄与する構成因子であり、また後述するように高温で被膜を焼成する際に、透明導電性酸化物微粒子の酸化を防止する酸素バリヤ膜として働く。第２層は、酸化ケイ素を含む層である。この第２層は、ケイ素原子と酸素原子を主たる構成原子とする均一な酸化物からなる緻密な層であることが好ましい。第２層中には、ケイ素原子に結合した窒素原子が少量（たとえば、質量比で５％以下）含まれていてもよい。すなわち、第２層中の酸化ケイ素の一部は酸窒化ケイ素となっていてもよい。

また、第１層中および／または第２層中の酸化ケイ素の一部が酸化チタンに置換されていることが好ましい。酸化チタンは、被膜の低温での硬化を助ける働きがあるほか、後述するように高温で被膜を焼成する際に、赤外線遮蔽層中にクラックが発生することを防止する働きを有する。このとき、第２層中に含まれる酸化ケイ素の一部が酸化チタンに置換されていることが、酸化チタンの添加による上記の効果が得られやすいため好ましい。なかでも、第１層中の酸化ケイ素の一部および第２層中の酸化ケイ素の一部が酸化チタンに置換されていることが、クラックの発生を防止する観点から特に好ましい。なお、マトリックス中の酸化ケイ素の存在量に対し、５０モル％程度を上限として酸化チタンに置換することが可能である。このとき、酸化チタンとは、厳密な意味でＴｉＯ_２になっている必要はなく、Ｔｉ−Ｏ−Ｔｉ結合もしくはＳｉ−Ｏ−Ｔｉ結合を含むマトリックスを形成していることが好ましい。

本発明では、第２層の層厚／第１層の層厚比が０．０６〜０．７５であることが好ましい。層厚比が０．０６以上とすることで、耐摩耗性を維持でき、また酸素バリヤ性も発現できる。一方、０．７５以下の層厚比とすることで、膜にクラックが入り、可視光線透過率および透明性が低下することを防止できる。なかでも、層厚比を０．２〜０．５の範囲にすると、耐摩耗性、赤外線遮蔽性、透明性をバランスよく発現できる点で好ましい。

なお、具体的には、第２層の層厚は９０〜１２０ｎｍとすると好ましい。９０ｎｍ以上の層厚とすることで、酸素バリヤ性および良好な赤外線遮蔽性を維持できる。一方、１２０ｎｍ以下の層厚とすることで、上記したようなクラックの発生が起きにくくなるほか、後述する熱処理時に下層から発生する分解成分、例えば有機成分などが抜けやすくなり、被膜が着色し、可視光線透過率および透明性が低下することを防止できる。

本発明では、透明な板状体上に、第１層と第２層とがこの順に隣接してなる赤外線遮蔽層（ただし、第１層がガラス基板側に存在する）を有する断熱性窓用板状体が提供される。この断熱性窓用板状体において、ＪＩＳ−Ｒ３２１２（１９９８年）３．７項に規定される耐摩耗性試験において、ＣＳ−１０Ｆ摩耗ホイールで１０００回転試験後の摩耗による曇価の増加量が５％以下であると好ましい。このことにより、自動車用のドアガラスなど、非常に高い機械的耐久性が要求される部位への適用も可能であり、かつ、赤外線遮蔽性と電波透過性の両方を発現可能となる。

また、上記赤外線遮蔽層の表面粗さが４ｎｍ以下であると好ましい。表面粗さが４ｎｍ以下であることで、膜表面の平滑性にきわめて優れた赤外線遮蔽層にできるため、自動車用窓の摺動部など、高度に機械的耐久性を求められる部位への使用に好適である。特に好ましくは、赤外線遮蔽層の表面粗さを３ｎｍ以下とする。

また、自動車用窓ガラスとして使用する際には、部位によっては高い可視光透過率が要求される場合があるが、そのためには、赤外線遮蔽層（ガラス基板を含まない）としての可視光透過率が９０％以上となることが好ましい。ここでいう可視光透過率とは、ＪＩＳ−Ｒ３２１２で規定される計算式から算出される被膜単体での可視光透過率を示している。前記可視光透過率が９０％以上の赤外線遮蔽層をガラス基板上に形成した場合は、可視光透過率が著しく低下しない。即ち、該ガラス基板の可視光透過率の９０％以上を維持できる。

また、本発明に使用される透明な板状体（図１における１０）は特に限定されず、無機系のガラス板や、有機系のガラス板を例示できる。自動車の窓用、特にウインドシールドや摺動窓用には無機系のガラス板を用いることが好ましい。無機系のガラス板としては、通常のソーダライムガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどのガラス基板が挙げられる。

無機系のガラス板としては、紫外線や赤外線を吸収するガラスを用いることもできる。具体的には、ＪＩＳ−Ｒ３２１２（１９９８年）により定められる可視光透過率が７０％以上であり、波長１．０μｍの光の透過率が３０％以下であり、かつ波長２．０μｍの光の透過率が４０〜７０％であるガラス板を用いると、特に効果が高い。本発明における赤外線遮蔽膜は、１．０μｍ近傍の近赤外領域の遮蔽性はそれほど高くないため、１．０μｍ付近の波長の光の遮蔽性能が高いガラス板を板状体として用いることで、全赤外領域にわたって優れた赤外線遮蔽性を具備させることができる。

本発明の断熱性窓用板状体は、以下のようにして製造することが好ましい。すなわち、
１）透明な板状体の表面上に、平均一次粒子径が５〜４０ｎｍである透明導電性酸化物微粒子を含む下層形成用組成物を塗布し、２００℃以下の温度で熱処理して、前記透明導電性酸化物微粒子が分散している層（以下、下層ともいう。）を形成し、
２）上記下層の上に、酸化ケイ素ゲルを形成しうるケイ素化合物（以下、ケイ素化合物ともいう）を含む上層形成用組成物を塗布して、ケイ素化合物および／またはそのゲル化物を含む層（以下、上層ともいう。）を形成し、
３）上記２つの層が形成された透明な板状体を、酸素を含む雰囲気下で板状体の温度が４００〜７５０℃となる温度で焼成する。

焼成後の第１層内の透明導電性酸化物微粒子の凝集状態は、下層形成用組成物中での凝集状態を反映するため、被膜の透明性や電波透過性を維持するためには、透明導電性酸化物微粒子は下層形成用組成物中で高度に分散されている必要がある。分散状態としては、数平均の凝集粒子径として５００ｎｍ以下、さらには２００ｎｍ以下、さらには１００ｎｍ以下であることが好ましい。分散媒としては、水、アルコールなどの極性溶媒や、トルエン、キシレンといった非極性溶媒など、種々の溶媒が適宜利用できる。分散させるための方法としては、公知の方法を利用でき、超音波照射、ホモジナイザー、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、ペイントシェーカーなどのメディアミルや、ジェットミルやナノマイザーなどの高圧衝撃ミルなどを利用できる。

２）の工程を採用する場合には、上層形成用組成物中のケイ素化合物が塗布時に下層の空隙に浸透し、板状体表面まで到達する。そのため、下層形成用組成物中に、加熱によりシロキサン結合を有する酸化ケイ素マトリックスとなりうる成分（以降、シロキサンマトリックス材料ともいう。）を添加することは必須とはされないが、添加してもよい。

シロキサンマトリックス材料とは、加熱によってシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有する酸化ケイ素マトリックスとなりうる成分（以下、シロキサンマトリックス材料ともいう）をいう。シロキサンマトリックス材料とは、加熱によってシロキサン結合が形成されて３次元ネットワーク化し、硬質、透明な酸化ケイ素マトリックスとなりうる化合物である。具体的にはゾルゲル法で利用されるアルコキシシラン類や該アルコキシシラン類の部分加水分解物、該アルコキシシラン類の部分加水分解縮合物、水ガラス、ポリシラザンなどが挙げられる。なかでも、ポリシラザン、テトラアルコキシシラン、テトラアルコキシシランの部分加水分解物、またはテトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物が好ましく、特にポリシラザンが好ましい。

ポリシラザンとは、−ＳｉＲ^１ _２−ＮＲ^２−ＳｉＲ^１ _２−（Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立に水素もしくは炭化水素基）で表される構造を有する線状または環状の化合物の総称であり、水分との反応によってＳｉ−ＮＲ^２−Ｓｉ結合が分解してＳｉ−Ｏ−Ｓｉネットワークを形成する材料である。テトラアルコキシシランなどから得られる酸化ケイ素系被膜と比較して、ポリシラザンから得られる酸化ケイ素系被膜は高い機械的耐久性やガスバリヤ性を有する。なお、ポリシラザンから得られる酸化ケイ素には窒素原子が少量含まれることがあり、一部に酸窒化ケイ素が生成していると考えられる。本発明における酸化ケイ素はこのような窒素原子を含む酸化ケイ素であってよい。また、このような窒素原子を含む酸化ケイ素についての前記質量比（質量比［ＳｉＯ_２］／［ＴｉＯ_２］など）は、ケイ素原子の全てが酸化ケイ素のケイ素原子であるとして計算した数値（酸化ケイ素に換算した数値）をいう。

本発明においてポリシラザンとしては、上記化学式でＲ^１＝Ｒ^２＝Ｈであるペルヒドロポリシラザン、Ｒ^１＝メチル基等の炭化水素基であり、Ｒ^２＝Ｈである部分有機化ポリシラザン、またはこれらの混合物が好ましく用いられる。これらのポリシラザンを用いて形成される赤外線遮蔽層は酸素バリヤ性が高いため、非常に好適である。特に好ましいポリシラザンはペルヒドロポリシラザンである。

アルコキシシラン類としては、一般式（ＣＨ_３）_ａＳｉ（ＯＲ）_４−ａ（Ｒはメチル基またはエチル基であり、ａは整数）で表されるアルコキシシランが挙げられ、具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシランを示し、これらの混合物、前記混合物の加水分解縮合物、もしくは前記混合物の重縮合物からなる群から選ばれる１種類以上のものが好ましい。
また、下層形成用組成物中にはＴｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｎｂ、Ｔａなど、ガラス形成もしくは修飾成分となりうる他の元素やその化合物を含んでいてもよい。

下層形成用組成物中の透明導電性酸化物微粒子とシロキサンマトリックス材料の存在比は、酸化物換算の質量比で［透明導電性酸化物微粒子］／［酸化ケイ素］＝１／２以上であると好ましい。さらに好ましくは１／１以上とする。上記比率を１／２以上とすることで、赤外線遮蔽性を充分に確保できる。

以上のようにして得られた下層形成用組成物を、透明な板状体上に塗布して成膜し、下層を形成する。塗布方法は特に限定はされず、ディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、ロールコート法、メニスカスコート法、ダイコート法など、公知の方法を用いることができる。

ここで、赤外線遮蔽性微粒子としてＩＴＯを用いる場合のＩＴＯ微粒子としては、公知のものを用いることができる。また、上記シロキサンマトリックス材料を用いれば、通常の立方晶ＩＴＯだけでなく、一般に赤外線の遮蔽性に関しては劣るといわれている六方晶ＩＴＯも使用することができる。なかでも、本発明においては下層を形成する際に、上記の工程１）に代えて下記の工程１’）を採用することが好ましい。すなわち、
１’）透明な板状体の表面上に、ｘｙ色度座標におけるｃ光源、２°視野での粉体色がｘ値０．３以上、ｙ値０．３３以上であって、平均一次粒子径が４０ｎｍ以下であるＩＴＯ微粒子を含む下層形成用組成物を塗布し、前記ＩＴＯ微粒子が分散している構成の下層を形成する。

ここで用いられるＩＴＯ微粒子は、ｘｙ色度座標におけるｃ光源、２°視野での粉体色がｘ値０．３以上、ｙ値０．３３以上であると好ましい。このようなＩＴＯ微粒子は、そのものでは赤外線遮蔽性は有していないが、後工程の焼成工程において膜中で還元が起こり、キャリアが発生して赤外線遮蔽性を有する膜となるものである。

このようなＩＴＯ微粒子は、共沈法などで得られた前駆体粉末を大気中もしくは窒素などの通常の不活性ガス中で焼成するだけで作製可能である。従来用いられてきた高性能な赤外線遮蔽性を有するＩＴＯ微粒子のように、危険を伴う水素などの還元性雰囲気下や加圧不活性雰囲気下での焼成を必要としないため、より低コストで安全に作製することができる。

このＩＴＯ微粒子は、やはり透明性および機械的耐久性の観点から平均一次粒子径が４０ｎｍ以下であることが必要である。特に好ましくは、平均一次粒子径が１５〜４０ｎｍであるＩＴＯ微粒子を用いると良い。粒子径が１５ｎｍ以上であることで、膜中での還元が起こった後でも高い赤外線遮蔽性を発現することができ、また４０ｎｍ以下の粒子径を有する微粒子では膜の透明性を高く維持できるともに、膜表面の平滑性が向上するため、外部摩耗に対する膜の構造破壊が起きにくく、機械的耐久性を高くできるからである。

上記のようにして透明な板状体上に形成された下層は、２００℃以下の温度で乾燥させると好ましい。この工程では、膜中の溶媒成分などを除去するのが主目的であり、これ以上温度を上げても効果はないため非経済的である。処理時間は、好ましくは３０秒〜２時間程度である。また、実用的な温度の下限は５０℃程度であり、より好ましくは１２０℃以上である。５０℃未満でも溶媒成分を除去できる場合があるが、時間が掛かるために実用的でない。ただし、下層形成用組成物中にシロキサンマトリックス材料を含まない場合には、下限は室温付近となりうる。またどちらの場合も半硬化させる雰囲気は、大気下でも、非酸化性雰囲気での乾燥でもよいが、非酸化性雰囲気で乾燥させる効果は特には期待できない。

なお、この乾燥処理の前後、乾燥処理中、もしくは乾燥処理の代わりに、波長３００ｎｍ以下の紫外線を１分以上照射することも好適に行われる。この紫外線照射は、３００ｎｍ以下の短波長の紫外線を含むランプ下に被膜付き板状体を放置する程度の簡便な処理でよく、ランプとしては水銀灯が好ましく用いられる。中でも、低圧水銀灯と呼ばれる、３００ｎｍ以下の波長の紫外線を多く放出するランプを用いると効果が高い。３００ｎｍ以下の波長の紫外線は、膜中の有機物の分解に寄与し、後述する焼成時に膜中から有機成分を抜けやすくする働きを有する。

さらに、この乾燥処理の前後、乾燥処理中、もしくは乾燥処理の代わりに、真空乾燥による硬化も好適に行われる。このとき、塗布方法や含まれる溶剤の種類にもよるが、真空度は０．０１〜１０ｋＰａ程度とすることが好ましく、処理時間は数秒〜数分程度である。

以上のようにして得られた半硬化状態の下層上に隣接して、ケイ素化合物を含む上層形成用組成物を塗布して上層を形成すると好ましい。上層は、後述する焼成時に下層の透明導電性酸化物微粒子中に酸素が供給されて透明導電性酸化物微粒子が酸化されるのを防ぐ、酸素バリヤ膜としての働きを有する。

本発明においては、硬質膜を作製する観点から、ケイ素化合物としてポリシラザンを用いることが好ましい。このポリシラザンから形成される第２層は比較的酸素バリヤ性が高く、本工程で用いられる上層形成用材料として非常に好適である。なかでも、上記一般式のＲが水素であるペルヒドロポリシラザンが好ましく用いられる。上層形成用組成物中には硬化触媒、溶媒、活性剤が添加されることが好ましく、また、上層形成用組成物中のケイ素化合物としてポリシラザンを用いる場合、ポリシラザンの量は、組成物全体に対し質量比で２０％以下が望ましい。また、組成物中にはＴｉや、被膜形成性を有しない他の金属源などが含まれていてもよい。

該上層形成用組成物は、成膜、半硬化された下層上に塗布されるが、上記のとおり、下層が多孔質である場合、組成物が下層被膜中に浸透し、下層被膜中の透明導電性酸化物微粒子同士の結合剤および透明な板状体との密着性向上剤としても働く。特に下層形成用組成物中にシロキサンマトリックス材料を含まない場合や、シロキサンマトリックス材料が少量しか含まれない場合にはこの上層形成用組成物の浸透が著しくなる。このため、下層形成用組成物中のシロキサンマトリックス材料の存在比が透明導電性酸化物微粒子に対して酸化物換算の質量比で５％以下であっても、２層膜となった際には第１層中に、透明導電性酸化物微粒子に対して質量比で５〜２００％の酸化ケイ素を含む構成とすることができ、本発明の好ましい構成を満足する第１層となる。なお、上層の形成方法としては、下層の形成方法と同様、公知の技術が利用できる。

以上のようにして積層膜とした後、４００℃以上の温度で焼成を行って被膜を硬化させ、第１層および第２層を形成することが好ましい。焼成時間は、通常３０秒〜２時間程度である。この焼成時の雰囲気は、通常の大気中など、酸素を含む雰囲気下で行うことができ、経済的である。非酸化性雰囲気での焼成も可能であるが、特に大型の窓ガラスなどを作製する際には雰囲気の維持に非常にコストが掛かるので好ましくない。特に、自動車用窓ガラスとして用いられている強化ガラスを作製する際には、大気中６５０〜７００℃近い温度まで昇温されたのち、風冷して強化処理を行うが、本発明の赤外線遮蔽膜は、強化処理のための焼成を行っても赤外線遮蔽特性の劣化が見られないため、この強化工程の高温の熱を利用して焼成が可能であり、高い耐久性を備えた赤外線遮蔽付き自動車用、建築用の強化ガラスを効率よく経済的に製造できる。焼成温度は、透明な板状体の温度が４００〜７５０℃となる温度、特に５００〜７００℃となる温度が好ましい。

以下、本発明の実施例を挙げてさらに説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、形成された赤外線遮蔽層中の導電性酸化物微粒子の平均粒径はＴＥＭ観察により見積り、得られた赤外線遮蔽層付きガラスを以下のとおり評価した。

［評価］
１）層厚：走査電子顕微鏡（日立製作所製：Ｓ−８００）によって膜の断面観察を行い、得られた観察像より第１層（赤外線遮蔽膜）および第２層（保護層）の層厚を得た。
２）可視光透過率（Ｔｖ）：分光光度計（島津製作所社製：ＵＶ−３１００ＰＣ）により３８０〜７８０ｎｍの赤外線遮蔽層付きガラスの透過率を測定し、ＪＩＳ−Ｒ３２１２（１９９８年）により可視光透過率を算出した。
３）赤外線遮蔽層単体の可視光透過率［％］：２）の方法により測定したガラス基板単体の可視光透過率と赤外線遮蔽層付きガラスの可視光透過率とを比較して、（赤外線遮蔽層付きガラスの可視光透過率）／（ガラス基板単体の可視光透過率）×１００％で評価した。

４）日射透過率（Ｔｅ）：分光光度計（島津製作所社製：ＵＶ−３１００ＰＣ）により３００〜２１００ｎｍの赤外線遮蔽層付きガラスの透過率を測定し、ＪＩＳ−Ｒ３１０６（１９９８年）により日射透過率を算出した。なお、本発明における赤外線遮蔽性能は日射透過率の性能で表現した。
５）耐摩耗性：テーバー式耐摩耗試験機を用い、ＪＩＳ−Ｒ３２１２（１９９８年）に記載の方法によって、ＣＳ−１０Ｆ摩耗ホイールで１０００回転の摩耗試験を行い、試験前後の傷の程度を曇価（ヘイズ値）によって測定し、曇価の増加量が２％以下のものを合格とした。
６）耐薬品性：０．０５モル／リットルの硫酸溶液および０．１モル／リットルの水酸化ナトリウム溶液を第２層上に滴下し、２５℃で２４時間放置したのち水洗して試験前後での外観、特性の変化を追跡した。特性、外観ともに変化のないものを合格とした。

７）透明性（曇価、ヘイズ値）：ヘイズメーター（スガ試験機社製：ＨＺ−１）により、赤外線遮蔽層付きガラスを透過する可視光線の透明性を測定した。
８）表面粗さ（Ｒａ）：原子間力顕微鏡（セイコーインスツルメンツ社製：本体ＳＰＩ３８００、測定部ＳＰＡ３００）により赤外線遮蔽層の表面の粗さを測定した。

［透明導電性酸化物微粒子分散液の作製例］
ｃ光源、２°視野でのｘｙ色度座標上における粉体色が（ｘ、ｙ）＝（０．３５３、０．３７４）であり、平均一次粒子径が３３ｎｍであるＩＴＯ微粒子１０ｇと、ジイソプロポキシビス（アセチルアセトナト）チタン（三菱ガス化学社製、商品名：ＴＡＡ）３ｇとを、濃硝酸を０．０２質量％含むエタノール／１−プロパノール混合（体積比５０／５０）溶媒３７ｇ中にビーズミルを用いて分散させ、２０質量％のＩＴＯを含む分散液Ａを作製した。動的光分散法により測定した平均分散粒子径は７０ｎｍであった。

［例１］
分散液Ａに対し、２−ブタノールを添加して固形分濃度が７質量％となるよう希釈したものを分散液Ｂとした。得られた分散液Ｂを、厚さ５．０ｍｍの高熱線吸収グリーンガラス（Ｔｖ：７２．５％、Ｔｅ：４４．２％、波長１μｍの赤外線の透過率Ｔ１：２２％、波長２μｍの赤外線の透過率Ｔ２：４９％（旭硝子製ＵＶＦＬ）上にスピンコート法によって塗布し、大気中、１２０℃で１０分間乾燥させて下層とした。

３．５質量％のポリシラザン（ＡＺ−エレクトロニックマテリアルズ社製、商品名：アクアミカＮＶ−１１０）および１．２質量％のテトラ−ｎ−ブトキシチタン（松本製薬社製、商品名：ＴＡ−２５）を含むキシレン溶液を、下層上にスピンコート法によって塗布し、大気中で１２０℃で１０分間乾燥させて上層とした。

上記で得られた被膜付きガラスを７２０℃に保った大気雰囲気の電気炉中で、ガラス基板温度が６８５℃になるまで熱処理して赤外線遮蔽層付きガラス板を得た。熱処理に掛かった時間はおおよそ４分であった。

また、第１層中のＩＴＯと酸化ケイ素の存在比をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定し、質量比で表わすと、［ＩＴＯ］／［酸化ケイ素］＝１０／４であった。さらに、２次イオン質量分析によって第２層の組成分析を行うと、主成分はＴｉＯ２を含むケイ素酸化物であるが、わずかに窒素を含むケイ素の酸窒化物であることが判明した。

得られた赤外線遮蔽層付きガラス板の特性を表１に示す。表１において、層厚１は第１層の層厚［ｎｍ］、層厚２は第２層の層厚［ｎｍ］、層厚比は〔第２層層厚〕／〔第１層層厚〕の比、Ｔｖ−１はガラス基板単体の可視光透過率［％］、Ｔｖ−２は赤外線遮蔽層付きガラス板の可視光透過率［％］を示す。

［例２］
第１層に平均一次粒子径が２０ｎｍであるＩＴＯ微粒子を用いた点以外は例１と同様にして、赤外線遮蔽層を有するガラス板を作製した。得られた赤外線遮蔽層付きガラス板の特性を表１に示す。

［例３（比較例）］
第１層に平均一次粒子径が４７ｎｍであるＩＴＯ微粒子を用いた点以外は例１と同様にして、赤外線遮蔽層を有するガラス板を作製した。得られた赤外線遮蔽層付きガラス板の特性を表１に示す。

例１〜２では、本発明の比較例である例３と比較して透明性および平滑性が向上していることがわかる。

本発明の断熱性窓用板状体は、可視光透過率が高く、機械的耐久性に優れており、特に自動車用ガラス、建材用ガラス等の用途への使用が期待できる。特に、自動車用のドアガラスなど、非常に高い耐久性を要求される部位にも適用可能である。

本発明の一実施の形態による断熱性窓用板状体の断面図。

符号の説明

１０・・透明な板状体
２０・・第１層（（ＩＴＯ＋酸化ケイ素）からなる赤外線遮蔽層）
３０・・第２層（酸化ケイ素を含む保護層）

Claims

透明な板状体と、該板状体の表面に設けられた下記第１層および下記第２層からなる赤外線遮蔽層（ただし、該第１層がガラス基板側に存在する）とを有し、
第１層が、平均一次粒子径５〜４０ｎｍの透明導電性酸化物微粒子が酸化ケイ素を主体とするマトリックスで結合されている構成の、層厚２００〜３５０ｎｍの層であり、
第２層が酸化ケイ素を含む、層厚２０〜１５０ｎｍの層である
ことを特徴とする断熱性窓用板状体。
第１層の層厚が２８０〜３３０ｎｍである請求項１に記載の断熱性窓用板状体。
第２層の層厚が９０〜１２０ｎｍである請求項１または２に記載の断熱性窓用板状体。
第２層／第１層の層厚比が０．０６〜０．７５である請求項１〜３のいずれかに記載の断熱性窓用板状体。
前記板状体が、自動車窓用ガラス板である請求項１〜４のいずれかに記載の断熱性窓用板状体。
第１層中および／または第２層中の酸化ケイ素の一部が酸化チタンに置換されている請求項１〜５のいずれかに記載の断熱性窓用板状体。