JP2009509815A - 霜防止フィルムアセンブリ、製造方法、およびそれらで作製される物品 - Google Patents

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Abstract

フィルム(130)と、−23℃と65℃との間を交互に繰り返す温度での霜防止特性を層に与えるのに有効なポリウレタンフィルム形成組成物から形成される霜防止層(120)とを含む、再配置可能でほぼ透明な多層霜防止フィルムアセンブリ(110)。任意で、霜防止フィルムアセンブリ(110)は、接着剤層(140)を含む。霜防止フィルムアセンブリ(110)は、冷蔵庫扉およびパネルを含めた耐凝結物品を提供するために、様々なほぼ透明の基材のいずれかとともに適用される。

Description

関連出願の相互参照
本願は、2005年9月30日に出願された米国特許出願第11/241629号の一部継続出願であり、その全体を参照により本願に援用する。
発明の背景
本願は、霜を防ぐのに有用な多層フィルムアセンブリと、それらの製造方法と、該フィルムアセンブリから形成される物品とに関する。
より冷たい表面が、より温かい湿った空気と接触するときには、より冷たい表面上で凝結が起こることがある。温度差によって、凝結は、表面上で曇り(fog)もしくは霜(frost)の形態をとることがあり、特に、ほぼ透明な表面では、光透過に影響を与え、視界を損うことがある。
霜防止フィルムは、いくつもの異なる用途で有用性を見出している。例えば、冷蔵製品のマーケティングおよび販売は、しばしば、冷蔵ユニットからの直接的な消費者の選択を含む。効果的なマーケティングを保証するために、ケース内の品物は、光を透過する、通常はほぼ透明な、パネルまたは扉を通してケース内を見ている顧客にとって、視認可能かつ認識可能なままであるべきである。顧客が品物を選び、ケースへの扉を開けるときには、扉は、その扉の冷たい内側表面がケース外側の湿った周囲雰囲気と接触するときの凝結によって霜に覆われることがある。通常、この霜は、扉を閉めた後でも残り、次の顧客がケース内を見るのを妨げる。ケース内を見られないことは、店舗にとって販売の損失となるおそれがある。さらに、顧客がケース内側の品物を見るために扉をより長く開けておくときには、エネルギーコストが増大するおそれがある。
この問題を軽減するために使用される一方法には、ある程度の長さの時間後に扉の霜を取り除く加熱扉が含まれる。これらの加熱扉は、購入費用が高いことがあり、また、冷蔵庫がケース内側の食品を冷却/冷凍している状態で加熱扉を維持するためのエネルギー消費により、運転コストがかかることがある。ケース内の温度が低いほど、耐霜/耐霜扉(frost and frost resistant doors)を維持するコストが大きくなる。
他の改善策は、霜防止コーティングを設けることである。しかし、通常の永久的霜防止コーティングは、広い温度勾配にわたって有効な耐霜性をもたらさない。最も顕著には、より低い温度の貯蔵および陳列ケース(0℃以下)は、霜および霜を発達させることが多く、したがって現在の霜防止コーティングでは最適な視界を達成しない。
したがって、扉が冷たい空気にさらされ、次いで開放時に湿った暖かい空気にさらされるときの扉の霜を防止または抑制することによって、冷蔵庫および冷凍庫ケース内への視界を向上させるために、新しい低温霜防止システムが必要とされている。
発明の簡単な説明
一実施形態では、霜防止フィルムアセンブリは、第1の表面と該第1の表面とは反対側の第2の表面とを有するほぼ透明なフィルムと、ほぼ透明な霜防止層とを含んでおり、該霜防止層は、約−23℃と約65℃との間を交互に繰り返す温度での霜防止特性を該層に与えるのに有効なポリウレタンフィルム形成組成物から形成されており、該霜防止層は、フィルムの第1の表面のある領域上に配置される。
一実施形態では、耐凝結物品は、第1の表面を有するほぼ透明な基材と、前述の霜防止フィルムアセンブリとを含んでおり、フィルムの第2の表面は、基材の第1の表面のある領域上に配置される。
一実施形態では、冷蔵パネルは、第1の表面を有するほぼ透明な冷蔵庫パネルと、前述の霜防止フィルムアセンブリとを含んでおり、フィルムの第2の表面は、扉パネルの第1の表面のある領域上に配置される。
一実施形態では、霜防止フィルムアセンブリを製造する方法は、ポリウレタンフィルム形成組成物から形成されたほぼ透明な霜防止層をフィルムの第1の表面に適用する工程と、フィルムの第2の表面に接着剤を適用する工程とを含む。ほぼ透明な霜防止層は、−23℃と65℃との間を交互に繰り返す温度での霜防止特性を層に与えるのに有効である。
前述および他の特徴は、以下の詳細な説明、諸図面、および特許請求の範囲から、当業者には正当に評価かつ理解されよう。
図面の簡単な説明
ここで、例示的な諸実施形態であり、類似の要素には同様に番号が付けられた諸図を参照する。
詳細な説明
本明細書に開示の霜防止フィルムアセンブリは、冷蔵庫および冷凍庫の扉(例えば、氷点下の温度にさらされるためのもの)やパネルなどの耐凝結物品または反射表面(例えば、浴室の鏡)の製造で有用なほぼ透明の多層フィルムであるが、それらは、これら特定の製品または用途だけに限定されない。該フィルムアセンブリの霜防止特性は、外部加熱器を使用せずに、約−17℃、場合によってはさらに約−23℃もの低い温度で有効である。これらの温度は、従来技術の霜防止フィルムによって可能となる温度よりもかなり低い。加熱器が必要とされないので、そのようなフィルムの使用は、大きなエネルギー節約をもたらすことができる。有利な任意の特徴では、アセンブリは、再配置可能(repositionable)となるように、かつ/またはグラフィックを含めることができるように製造される。
霜防止フィルムアセンブリは、ほぼ透明な霜防止層とほぼ透明なフィルムとを含む。本明細書で使用する「ほぼ透明」は、光学的透明度を指し、観察者がフィルムアセンブリを通して見えるようにするために十分な光が(1つもしくは複数の)層を通じて透過されることを意味する。ゆえに、いくらかのヘイズ(haze)または色合いが個々の層に存在することがあるが、そのようなヘイズまたは色合いは、可視化をさほど妨げない。
この霜防止フィルムアセンブリが基材に適用されるときには、他の霜防止解決策に比べて、本アセンブリが約65℃と約−23℃との間を交互に繰り返す温度にさらされるときの基材表面上の凝結(水滴)の形成が低減または防止されることが、本明細書の発明者らによって示されている。本明細書では「霜防止フィルムアセンブリ」に言及するが、この用語は、単に議論の際の便宜上のものにすぎず、その用語が水滴および/または水の結晶の形成による視覚低下を防ぐために使用されるフィルムアセンブリを包含することを理解すべきである。
約−17℃未満の温度で有効なほぼ透明の霜防止層は、ポリウレタンフィルム形成組成物から形成される。一実施形態では、フィルム形成組成物は、疎水性領域と親水性領域とを有する界面活性剤をさらに含む。数、長さ、およびタイプ、ならびに親水性基と疎水性基との相対比の適切な選択が、層の霜防止特性の調節を可能にする。理論に拘泥するものではないが、そのような構造が層の表面と凝結している水分との間の界面張力の低減を可能にし、それが霜防止を高めると考えられている。好ましくは、界面活性剤は、また、ポリウレタンフィルムの望ましい物理特性、例えば、耐化学性、耐引掻き性、耐紫外線(UV)性などに著しい悪影響を与えないように選択される。
さらに、界面活性剤は、また、イソシアネート反応性官能基を含むことができる。そのような界面活性剤は、共反応(co−react)して、ポリウレタンポリマーにペンダント基として共有結合かつ付着した界面活性剤を有するポリウレタンを提供し、好ましくは、界面活性剤は、ポリウレタンポリマーの末端部に付着する。適当なイソシアネート反応性官能基には、活性水素原子を有する基、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、第一級もしくは第二級アミノ基、またはスルフヒドリル基(sulfhydryl group)が含まれる。また、前述のタイプの基の少なくとも1つを含む組合せを有する化合物も使用することができる。
イソシアネート反応性官能基を含み、親水性領域と疎水性領域とを有する適当な界面活性剤は、例えば、LaCasseの米国特許第5877254号に開示されており、非イオン性、アニオン性、カチオン性、両親媒性、または以上のタイプの界面活性剤の混合物とすることができる。適当な非イオン性界面活性剤には、エトキシ化またはプロポキシ化アルコール、フェノール、アミド、およびアミンが含まれる。
適当なイオン性界面活性剤には、第四級カチオン性界面活性剤ならびにアニオン性界面活性剤、例えば、16個以上の炭素原子をもつ非エトキシ化炭化水素鎖を有するカチオン性またはアニオン性界面活性剤が含まれる。
適当なアニオン性界面活性剤の例の非限定的なリストには、スルホン酸のモノエタノールアミン塩、スルホン酸のジエタノールアミン塩、スルホン酸のトリエタノールアミン塩、および以上の少なくとも1つを含む組合せが含まれる。
ヒドロキシル基を含むカチオン性界面活性剤の例には、これだけに限るものではないが、リシノールアミドプロピルジメチルエチルアンモニウムエチルサルフェート(ricinoleamidopropyl dimethylethyl ammonium ethylsulfate)、(12−ヒドロキシ−1−オキソ−9−オクタデセニル)アミノ)−N,N−ジメチル、硫酸エチル(塩))(12−hydroxy−1−oxo−9−octadecenyl)amino)−N,N−dimethyl, ethyl sulfate (salt));ステアラミドプロピルジメチルエタノールアンモニウムメチルサルフェート、およびオクタデシルメトルジエタノールアンモニウムクロリド(octadecylmethol diethanolammonium chloride)が含まれる。
通常のアニオン性界面活性剤は、それらの構造内に遊離反応性ヒドロキシル基をめったに含まず、したがって、それらのカウンターカチオン(countercation)内に遊離ヒドロキシル基または他のイソシアネート反応性基を組み込むことによって「ヒドロキシル基含有(hydroxyl bearing)」とすることができる。そのような修飾は、LaCasseに記載のように、水酸化コリンなどのヒドロキシル基含有第四級アンモニウム塩基をドデシルベンゼンスルホン酸などの酸で中和することによって達成することができる。他のヒドロキシル基含有アンモニウム化合物には、これだけに限るものではないが、トリエチルエタノール−、ジエチルジエタノール−、およびエチルトリエタノールアンモニウム塩が含まれる。塩がそれらから調製されるスルホン酸の非限定的なリストには、ドデシルベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、リグニンスルホン酸、石油スルホン酸、およびパラフィンスルホン酸が含まれる。この実施形態では、カウンターカチオンは、ポリウレタンと共有結合し、界面活性剤のアニオン性部分は、アニオンとカウンターカチオンとの間の静電引力によってポリウレタンと結び付く。
反応性ヒドロキシル基を含有するアニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤との組合せ、例えば、コリンドデシルベンゼンスルホネートとリシノールアミドプロピルエチルジモニウムエトサルフェート(ricinoleamidopropyl ethyldimonium ethosulfate)との組合せが、特に有用である。
界面活性剤は、ポリウレタン形成組成物の全固形分の約10重量%〜約40重量%の濃度で使用することができる。
ポリウレタンフィルム形成のための調合物は、一般に、イソシアネートを含む構成成分と、該イソシアネートを含む構成成分と反応する活性水素を含む構成成分とを含む。適当な、イソシアネートを含む構成成分には、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ビス(メチルシクロヘキシル)ジイソシアネート、およびトルエンジイソシアネートが含まれる。イソシアネートを含む構成成分は、プレポリマー、例えば、ビウレット、またはジイソシアネートのイソシアヌレート(isocyanurate)、例えば、ジイソホロンジイソシアネートのプレポリマーとすることができる。前述のイソシアネートを含む化合物の少なくとも1つを含む組合せを使用することができる。また、例えばオキシムまたはフェノールによる、イソシアネート基のブロッキングと、その後の、反応前の保護基の除去とが企図される。ブロックされたイソシアネートが使用されるときには、イソシアネート中に保護基がなければイソシアネート基と反応して該イソシアネート基を消費することになる、溶媒または他の化合物を使用することが可能である。
イソシアネートを含む構成成分は、活性水素、特に、ポリオールで見られるようなヒドロキシル水素を有する、親水性構成成分と反応される。所望の霜防止特徴を提供するために、ポリエチレングリコール、エチレングリコール/プロピレングリコールコポリマー、以上の少なくとも1つを含む組合せなどの親水性ポリオールが使用される。他の適当な親水性ポリオールには、ポリブチレングリコール、ポリエチレンイミン、アミン末端ポリエーテル、および特定のポリエステルポリオールが含まれる。親水性ポリオールの組合せ、例えば、約4500の重量平均分子量を有し、ポリオールの総重量に基づいて、約70重量%のエチレンオキシドを含む、ポリエチレンオキシド/プロピレンオキシドランダムトリオールと、重量平均分子量約2100で、約20重量%のエチレンオキシドを含む、エチレンオキシド/プロピレンオキシドブロックコポリマーとの組合せ、例えば、47重量%のVisguard(登録商標)A部(Part A)と、19重量%のVisguard(登録商標)B部(Part B)(ともに米国ニュージャージー州ヒルズボロ(Hillsborough)のFilm Specialties,Inc.から市販)と、33重量%の溶媒(75重量%のブチノール(butinol)と25重量%のジアセトンアルコールとを含む)との組合せを使用することができる。そのような組合せは、耐引掻き性を大きく損うことなく、または界面活性剤の組込みに干渉することなく、ポリウレタン骨格に対する親水性の向上をもたらす。
親水性ポリオールは、全固形分の約10重量%〜約35重量%、具体的には約15重量%〜約65重量%の量で組成物中に存在することができる。
実際には、イソシアネートを含む構成成分と、活性水素を含む構成成分と、反応性界面活性剤とを、適当な有機溶媒中で組み合わせることができる。有機溶媒は、ケトン、エステル、グリコールエステル、および第三級アルコール、ならびに以上の少なくとも1つを含む組合せを含め、イソシアネートと急速には反応しないいくつもの材料とすることができる。また、脂肪族炭化水素やエステルなど、微量の不活性希釈剤も使用することができる。市販のブロックされたイソシアネートが使用される場合、水とアルコールとを使用することができる。他の構成成分、例えば、UV阻害剤、安定剤、および触媒が存在してよい。
例えば、手順の一方式では、遊離イソシアネート基を有するポリイソシアネートプレポリマーが、親水性ポリオールと、親水性領域および疎水性領域を有するヒドロキシル基含有界面活性剤との有機溶媒溶液と混合される。混合物は、次いで、適切な温度、例えば、約20℃〜約200℃で、十分な時間量、例えば、約5分〜約24時間にわたって、加熱硬化させられる。硬化時間および温度は、構成成分および用途によって異なる。
霜防止層は、ほぼ透明なフィルム上に配置される。フィルムは、層に支持をもたらすように選択される。フィルムは、また、所望の可撓性レベル、霜防止層とフィルムとの間の接着力(接着剤の有無にかかわらない)、フィルムと基材との間の接着力(接着剤の有無にかかわらない)、および/または接着剤との所望の適合性をもたらすように選択することができる。したがって、フィルム組成物の選択は、可撓性および後述する移動可能性(transferability)を含めた所望の特性によって異なる。ほぼ透明にすることのできる適当なフィルム材料には、例えば、ポリカーボネート、アクリル、ビニル、スチレンベースのフィルム、ポリ塩化ビニル、ポリビスアリルカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、およびほぼ透明なポリエチレンナフテネート、ならびに以上のタイプのポリマーの少なくとも1つを含む組合せが含まれる。また、様々なポリオレフィンまたはフッ素化ポリマーを適切な前処理とともに使用することができる。
フィルムの表面は、例えば、接着剤、機械的粗面処理、プラズマ処理、化学的エッチング、および/または他の公知の処理によって、該フィルムへの霜防止層の接着を改善するように処理することができる。
霜防止層は、様々な方法、例えば、キャスティング、コーティング(例えば、巻線ロッドコーティング、グラビアコーティング、スロットダイコーティング、パン供給式リバースロールコーティング(pan fed reverse roll coating)、ニップ供給式コーティング(nip fed coating))などによって、ほぼ透明なフィルム上に配置することができる。その技術は、均一な厚いコーティング、例えば、約0.0001〜約0.1インチ(約2.5〜約2540マイクロメートル(μm))、より具体的には約0.001〜約0.01インチ(約25.4マイクロメートル〜約254マイクロメートル)、さらに具体的には約0.003〜約0.008インチ(約76.2マイクロメートル〜約203マイクロメートル)の厚さを有するコーティングを提供するように選択される。有機溶媒が使用される場合、その溶媒を、硬化中または硬化後に、1段階または2段階プロセスで、例えばオーブン内で、蒸発によって除去することができる。硬化および溶媒除去の間の特定の時点、温度、気流における硬化および溶媒除去は、均一なコーティングに低温霜防止特性を与えるように最適化される。
霜防止フィルムアセンブリおよびそれらから形成される物品のいくつかの実施形態について、以下で個々の図に即して説明する。図1では、霜防止フィルムアセンブリ110の略図が示されている。霜防止フィルムアセンブリ110は、霜防止層120と、第1の表面132と該第1の表面132とは反対側の第2の表面134とを有するほぼ透明なフィルム130とを含む。霜防止層120は、第1の表面132のある領域上に、すなわち、所望の用途によって決定される、第1の表面132の全体または一部分と物理的に連絡して配置される。
任意で、霜防止フィルムアセンブリ110は、該アセンブリを一時的または永久的に基材(図示せず)に接着させる接着剤層140をさらに含む。一実施形態では、接着剤層140は、霜防止フィルムアセンブリ110の再配置を可能にする。接着剤層140は、フィルム130の第2の表面134のある領域上に配置される。霜防止フィルムアセンブリとともに使用するための例示的な接着剤は、感圧接着剤、シリコーン接着剤、アクリル接着剤(紫外線硬化および熱硬化接着剤、湿式適用(wet applied)および乾式適用(dry applied)接着剤を含める)、ゴム接着剤、ヒートシール接着剤、積層接着剤、高温接着剤、および/または意図される結果を達成する他の接着剤がそれらに含まれる。時に「窓接着剤(window adhesives)」としても知られる湿式適用アクリル接着剤が、特に有用である。望ましくは、接着剤は、約3重量ポンド毎リニアインチ(lb/in)以上(例えば、約8lb/in〜約10lb/in)の結合強度でガラスに結合する。いくつかの例示的な接着剤には、National Starch and Chemical Duro−Tak 80−1070、Toyo Color America LLC、Oribain BPS5160が含まれる。
任意の接着剤層140の有無にかかわらず、霜防止フィルムアセンブリ110は、ほぼ光学的にクリアで、領域150から任意の接着剤層140、フィルム130、および霜防止層120を通じた、領域160への視界を提供する。
図2に示される他の実施形態では、霜防止フィルムアセンブリ210は、フィルム230の第2の表面234上のグラフィックコンポーネント280、および/またはフィルム230の第1の表面232上のグラフィックコンポーネント282をさらに含む。この実施形態では、ここに示されるように、霜防止層220が、第1の表面232と該第1の表面232とは反対側の第2の表面234とを有するフィルム230のある領域上に配置される。グラフィックコンポーネント280、282は、文字、単語、数字、審美的イメージ、縁飾り(borders)、記号などを含めた様々な設計のいずれかとすることができる。グラフィックコンポーネントは、スクリーン印刷、パッド印刷、昇華(sublimation)、レーザ印刷、デジタルオフセット印刷、リソグラフィ、オフセット印刷、インクジェット印刷、デジタルインクジェット印刷、デジタルオフセット印刷、熱転写印刷などを含めた様々な技術のいずれかによって適用することができる。有利には、グラフィックコンポーネント280、282は、視界を著しく損うことなく、外観を向上させ、広告を含めた追加情報を提供することができる。ここに示されるように、基材へのフィルムアセンブリ210の再配置および接着を可能にするために、グラフィックコンポーネント280のある領域および/または第2の表面234のある領域を接着剤240でコーティングすることができる。単一のグラフィックコンポーネントをフィルム230の表面上に配置してもよく、または第2の表面234上および/もしくは第1の表面232上に配置された1つを超えるグラフィックコンポーネントが存在してもよい。
図3に示されるように、物品300は、霜防止フィルムアセンブリ310と基材390とを含む。第2の表面334は、領域360に隣接した露出表面322を霜防止層320に与えるように、基材390の表面392のある領域に隣接して設置される。使用に際しては、露出表面322が該露出表面322の表面温度以上の湿った空気にさらされたときに、露出表面322がさほど霜で覆われないように、露出表面322は約−23℃ほどの低い温度に交互にさらされる。一実施形態では、ここに示されるように、接着剤層340は、霜防止アセンブリ310を永久的または一時的に基材390に接着するために使用される。フィルム330と基材390に使用される材料との適切な選択によって、接着剤の使用なしに基材390への霜防止フィルムアセンブリ310の十分な接着が可能となる。
適当な基材には、これだけに限るものではないが、ほぼ透明なガラス、プラスチック、および所望の用途に適した代替物が含まれる。具体的な基材には、ポリカーボネート(例えば、GE Advanced MaterialsのLEXAN(登録商標))、ポリエステル(例えば、ポリ(シクロヘキサンジメタノールテレフタレート)−co−ポリ(エチレンテレフタレート)、該ポリマーが約50モル%以上のポリ(エチレンテレフタレート)を含むときにはPETGと略される、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリビスアリルカーボネート、ポリエチレンナフテネート、ならびに以上の少なくとも1つを含む組合せ、例えば、ポリカーボネート/ポリ(1,4−シクロへキシレンジメチレン1,4−シクロヘキサンジカルボキシレート)(ポリカーボネート/PCCDとしても知られる)(例えば、GE Advance MaterialsのXYLEX)が含まれる。
用途が多様であるように、基材の選択も多様である。例えば、冷蔵扉に適していると見なされる基材は、加熱デバイスの存在の有無、冷却ユニットのタイプおよび設計、ならびに提案される使用および寿命によって決定することができる。フィルムアセンブリは、基材に対して動作時の関係で位置決めされるように、かつ/または、移動可能な非永久的結合を基材の表面に形成し、基材表面の少なくともほぼ霜が発生しない領域を提供するように設計される。したがって、フィルムアセンブリは、冷蔵庫および冷凍庫を含めた冷蔵ユニットで使用するのに特に適している。また、本開示全体を通じて、冷蔵扉などの冷蔵ユニットおよびコンポーネントに言及するが、過度の実験をせずに本明細書に開示の霜防止フィルムを他の用途で使用できることを理解すべきである。他の用途には、例えば、建物の窓(家の窓など)、輸送手段のウインドシールド(windshields)(車、トラック、オートバイ、ボート、飛行機など)、反射表面(reflective surfaces)(浴室の鏡、自動車の鏡など)、科学機器(例えば、ディスプレイや計器などの面)、フェイスシールド(face shields)(例えば、医療用フェイスシールド、運動用具フェイスシールドなど)、および器具表面が含まれる。
霜防止フィルムは、非永久的な方式で基材上に適用されてもよく、または、基材に永久的に貼着されることなしに基材に霜防止特性を提供するように動作時の関係で基材に設置されてもよい。ゆえに、一実施形態では、フィルムおよび/または該フィルムの第2の表面に適用される接着剤は、霜防止フィルムアセンブリの再配置、移動可能性、および/または容易な除去を可能にするように選択される。例えば、霜防止フィルムアセンブリは、満足のいくように位置決めされるまで該フィルムを再配置できるように湿式適用することができ、乾燥させると結合を形成する。例えば、通常の適用には、約99%以上の水と約1%以下の石鹸との溶液を室温の基材に適用することが含まれる。基材表面上への溶液の適用は、噴霧器を使用して溶液をスプレーすることなど、様々な方法によるものとすることができる。霜防止フィルムの接着剤部分は、溶液で濡れた基材に当てて置かれる。フィルムは、満足のいく位置へと再配置することができ、気泡がスキージによって押し出され、乾燥させられる。この方法では、霜防止コーティングは、基材の表面に付着するが、コーティングは、その境界面のところで基材と分子的には結合しない。別法として、フィルムの接着剤側にスプレーし、溶液で濡れたこの側部を基材に適用することによって、霜防止フィルムアセンブリを基材に適用することもできる。
別法として、霜防止フィルムアセンブリを、フレーム内のトラック(tracks)を含めた機械的デバイスによって、または他の方法によって、適所に保持することもできる。ゆえに、霜防止フィルムは、望むなら、基材から除去可能、再配置可能、かつ移動可能である。
図4を見ると、リーチインタイプ(reach−in type)のマーチャンダイザにおける耐凝結冷蔵庫扉400の例示的な一実施形態が示されている。図4は、冷蔵庫扉400のほぼ透明なパネル490の第1の表面のある領域に適用された霜防止フィルムアセンブリ410の部分断片図を描いたものである。前述のように、任意のグラフィックコンポーネント(図示せず)がフィルムアセンブリ内に存在してもよい。この実施形態では、フィルム430の第2の表面は、接着剤の使用なしに表面490のある領域上に直接配置される。霜防止層420は、扉400が閉じているときにはより冷たい温度にさらされ、扉400が開いているときにはより温かい温度にさらされる。有利には、霜防止フィルムアセンブリ410は、既存のまたは新規の冷蔵庫扉パネル490とともに使用することができる。一実施形態では、フィルム430の材料は、例えば店舗所有者もしくは現場の商人の期待に応えるために、使用場所でのアセンブリ410の適用および再配置を可能にするように選択される。あるいは、フィルムアセンブリ410は、冷蔵ユニットで使用するために製造場所で適用される。
霜防止フィルムアセンブリ410は、加熱器があるものもないものも含めて、新規のまたは既存の冷蔵パネル上で使用することができる。本明細書で使用する用語「冷蔵庫パネル」は、約−10℃以下、より具体的には約−17℃以下、さらに具体的には約−17℃〜約−23℃の内部温度を有する冷蔵ユニットのための扉または窓として使用されるいずれかの基材を指す。内部温度および温度範囲は、冷却されたユニットの用途、ならびに該ユニットがそれらを貯蔵/陳列/保存するように設計された品物によって決定される。例えば、食品、医療用品、および移植臓器は、これらの品物の特定の貯蔵ニーズを満たすように設計された冷蔵ユニットおよび温度要件を有する。
既存の冷蔵パネルに組み込まれるときには、霜防止フィルムとガラスとの間の霜形成の防止が望ましい。この霜形成は、ガラスとフィルムとの間に適用される設置溶液(installation solution)を使用して抑制することができる。設置溶液は、約50体積パーセント(vol%)〜約70vol%の水(例えば、脱イオン水)、より具体的には約60vol%〜約70vol%の水と、約10vol%〜約40vol%のアルコール(例えば、イソプロピルアルコール)、より具体的には約20vol%〜約30vol%のアルコールと、約2vol%〜約8vol%の界面活性剤、より具体的には約2vol%〜約5vol%の湿潤性溶液と、約3vol%以下の塩(例えば、脱イオン化された塩の形態などの塩化ナトリウム、または溶液に容易に溶解する他の塩)、より具体的には約0.5vol%〜約2vol%の塩とを含む。体積パーセントは、設置溶液の全体積に基づく。例示的な湿潤性溶液には、Madico 30−1−1窓溶液濃縮液(WSC:Window Solution Concentrate)(米国マサチューセッツ州ウォバーン(Woburn)のMadicoから市販)、Right−On(米国カリフォルニア州パサディナ(Pasadena)、Avery Dennisonから市販)、食器洗浄液(例えば、Joy食器洗浄液)、ならびに他のものが含まれる。
例えば、23オンス(oz.)の水、9oz.のイソプロピルアルコール、1.5oz.のMadico30−1−1WSC、および大さじ1杯の塩を組み合わせることによって、1リットルの溶液を調製することができる。この設置溶液は、ガラスが冷たいとき、例えば、0℃のときでも、ガラス上に設置された後のフィルムを通した良好な視界を可能にしてきた。
冷蔵ユニットでは、霜防止フィルムアセンブリを低放射率(low−E:low−emissivity)ガラスまたはコーティングと併せて使用することができる。low−Eガラスは、2つの主要基準、すなわち、赤外スペクトルに関する高い反射能力(それによって不可視の放射熱を退ける)と、高い視界透過率(そのガラスを通した視界を遮らないまたは曇らせないように)とを満たすように選択することができる。様々な低放射率特性を有する多数のガラス材料が存在する。本明細書で論じるlow−Eガラスおよびlow−Eコーティングされたガラスまたはプラスチックは、約0.7マイクロメートルを超える、特に、約0.7〜約2.7マイクロメートルの放射線を放出(ゆえに反射)しないように設計されたガラスまたはプラスチックを指すことが意図される。通常、約0.7〜約2.7マイクロメートル範囲でより多くのパーセンテージを反射するために、いくつかの層が使用される。low−E表面またはコーティングは、約70%〜約90%の可視透過率を有することができる。
本明細書に記載の霜防止フィルムアセンブリは、相対湿度(RH)約1%〜約90%の空気の存在下で、交互に、−23℃まで下げられた温度にさらされ、次いで約1秒〜約5分にわたってより高い温度にさらされる基材上の凝結を防ぐのに有用である。具体的には、霜防止フィルムアセンブリは、相対湿度(室温で;冷却器の外側の温度)約3%〜約80%、より具体的には約5%〜約70%、さらに具体的には約10%〜約50%の空気の存在下で、交互に、約−23℃、具体的には約−17℃〜約−23℃もの低い温度で保持され、次いで、約−17℃以上、約0℃以上、約10℃以上、または約20℃以上、最高約65℃までの温度に最長約3分程度にわたってさらされる基材上の凝結を防ぐ。
一実施形態では、霜防止フィルムアセンブリは、交互に、0℃〜−23℃の温度で保持され、次いで最長約2分間にわたって約18℃〜約30℃の温度で湿った周囲空気にさらされる基材上の凝結を防ぐのに有用である。周囲空気の相対湿度は、一般に約40%〜約70%である。本明細書で使用する「湿った周囲空気」は、食料雑貨品店、コンビニエンスストア、スーパーマーケットなどの中の、または冷却器(例えば、飲料冷却器)に隣接した領域の、湿度の高い周囲条件に最も典型的に関係した、前述の範囲内の温度および相対湿度を指す。ゆえに、他の実施形態では、霜防止フィルムアセンブリは、約20℃〜約25℃の温度で相対湿度約40%〜約50%の空気の存在下で、交互に、約−17℃〜約−23℃の温度で保持され、次いで、約20℃〜約25℃、具体的には約21℃〜約24℃の温度に最長約1分間にわたってさらされる基材上の著しい凝結を防ぐ。
外部加熱器の使用なしにこれらの低い温度で凝結が最小限に抑えられるまたは妨げられるという事実は、従来技術に優る大きな進歩を表す。例えば、冷蔵陳列扉を加熱するには約1.4アンペアが必要である。前述のアセンブリを使用すると、所有者がそのような加熱を排除できるようになる。施設、例えば、店舗当たり約100〜約140個の扉と約120ボルトの電力とを有する店舗では、これは、店舗所有者にとって約60アンペアの節約ということになる。それでも扉枠には熱が加えられるが、熱の大部分は、フィルムアセンブリの使用によって完全に止めることができる。ゆえに、店舗所有者および冷蔵ユニットの他のユーザは、大きなエネルギー節約を実現することができる。
霜防止フィルタおよびシステムについて、以下の非限定的な諸実施例によってさらに説明する。
実施例1
以下の表Iの調合(体積%)を含む組成物から形成されるポリウレタン霜防止層を使用して、ポリカーボネートフィルム上に配置された霜防止層を含む霜防止アセンブリを製造した。
Figure 2009509815
巻線ロッドコーティング技術を使用して調合物をフィルムに適用し、フィルム調合物を硬化させ、チャンバオーブン内で活発な気流によって溶媒を除去してフィルム上にコーティングを形成した。コーティング厚さは、0.005〜0.0065インチ(127〜165マイクロメートル)であり、硬化温度は、3〜5分間にわたって約235°F(113℃)(230°F〜250°F(110℃〜121℃)の間)であった。ファンスピードは、硬化の最初の1〜2分間には非常に低流量の気流(ファンスピード約500回転毎分(rpm))が存在し、かつ硬化の最後の2〜3分間には高流量の気流(ファンスピード約1500rpm)が存在するように調節した。ハイポリッシュポリエステルマスク(例えば、Dupont KL1、1ミルマスク)をポリカーボネートのコーティングされた側部で使用した。
ポリカーボネートフィルムの他の側部は、窓フィルムを湿式適用された再配置可能なアクリル接着剤でコーティングした。ガラスに99%水/1%洗剤の溶液をスプレーし、次いでアセンブリの接着剤をガラスに押し当て、スキージで気泡を押し出し、完全に乾燥させることによって、アセンブリをガラス基材に適用した。
アセンブリおよび窓基材を試験前に2時間にわたって平衡させることによって、アセンブリの霜防止有効性を試験した。次いで、霜防止コーティングあり/なしの基材を、60秒間にわたって周囲条件(21℃、50%RH)にさらし、次いで指示した温度に戻した。次いで、通常の蛍光照明条件下で、通常の視角で1〜3フィートの間の観察者距離のところで窓を観察し、窓が霜のない状態になるまでの時間を記録した。
結果を以下の表IIに示す。どの場合にも、霜防止コーティングなしの基材は、凝結を示した。凝結がなくなるまでの時間を測定した。それを以下に示す。
Figure 2009509815
以上のデータからわかるように、霜防止アセンブリを備えた温度約0℃〜約−23℃の基材の表面領域は、クリアなままで、ほぼ霜がない。したがって、本明細書に開示の霜防止フィルムアセンブリによって、基材の表面温度以上の湿った空気にさらされたときにほぼ霜で覆われることなく、ゆえに冷蔵ユニット内の品物を見えにくくすることなく、1日を通して冷蔵庫扉を開閉できるようになる。
実施例2
前述の霜防止フィルムアセンブリを、実際の食料雑貨品店内の冷蔵ユニットに適用した。冷蔵ユニットは、−29℃に設定され、ユニット内側の気温は、−23℃で、店内の空気は、40〜50%RHで21℃〜24℃であった。これらの条件下では、1分間開けた後でも、霜防止材料が適用された扉では霜が観察されなかった。霜防止材料なしの扉は、10〜15秒以内に霜で覆われた。霜防止フィルムアセンブリを備えかつ加熱された扉と、霜防止フィルムアセンブリを備えた、加熱されていない扉との間に、相違は認められなかった。これによって、100〜140個の扉をもつ平均的な店舗は、加熱された扉なしに経営でき、その店舗について約60アンペアを節約できるようになる。
実施例3
マスキングフィルム表面の仕上がりおよび材料の効果を評価する目的で、様々なマスキングフィルム材料を用いて霜防止フィルムアセンブリを作り出した。3つのマスキングフィルム、すなわち、平滑な表面を含むポリエチレンマスキングフィルム(平滑PE)、微細テクスチャ表面を含むポリエチレンマスキングフィルム(微細テクスチャPE)、および平滑な表面を含むポリエステルマスキングフィルム(平滑PET)について、ヘイズ値(haze values)および霜発生時間(frost times)(すなわち、パネルが霜で覆われるまでの持続時間、秒で測定される)を評価した。ヘイズを、ASTM D1003を用いて測定し、霜で覆われるまでの時間を、通常の蛍光照明条件下で、通常の視角で1〜3フィートの観察者距離のところで評価した。
Figure 2009509815
生成されたデータから、平滑なポリエステルマスキングフィルム(平滑PET)が試験されたサンプルから最適な耐霜性を生み出したことがわかる。さらに、平滑PEと微細テクスチャPEマスキングフィルムとを比較すると、微細テクスチャPEサンプル上の微細テクスチャ表面が、より短い、霜で覆われるまでの持続時間をもたらすことが示される。さらに、微細テクスチャPEサンプルは、平滑PEサンプルに比べてより高いヘイズを示す。
実施例4
以下の表IVに、外観および耐霜性に対する硬化時間、ファンスピード、およびフィルム厚さの影響を評価する目的で実施された実験の実験結果が提示されている。外観は、通常の蛍光照明条件下で、45°の視角で1〜3フィートの観察者距離のところで測定した。
Figure 2009509815
以上に提示されたデータから、より短い硬化時間(例えば、1.25分未満)と、高速のファンスピードおよび非研磨マスクとを組み合わせると、霜で覆われるまでの時間値2分未満が得られることがわかる。これらの物品の表面の仕上がりは、オレンジの皮状の外観を有する、まだら状(mottled)であった。より長い硬化時間(例えば、1.5分を超える)がより低速のファンスピードと併せて使用されたときには、生み出された物品は、良好な表面の外観を示し、霜で覆われるまでの時間値は、2分を超える値に増加した。したがって、約1000rpm以下、より具体的には約750rpm以下、より具体的には約500rpm以下のファンスピードを使用して、良好な外観と、2分を超える、霜で覆われるまでの時間とを達成することができる。さらに、例えば、約1000μm以下、より具体的には約180μm〜約510μmのフィルム厚さにおいて、良好な外観と霜で覆われるまでのより長い時間とを達成するためには、約1.5分以上、より具体的には約1.75分以上の硬化時間が望ましい。
この霜防止層を、霜で覆われるのを避けるためにこれまでガラス加熱器を使用してきた冷凍庫扉上で使用した。冷凍庫は、−25℃(−13°F)および−18℃(0°F)に設定した。表Vから明らかなように、エネルギー消費量が40%を超えて減少した。試験を開始する前に、A TES−3600ユニットを冷凍庫のための電源コードに取り付け、単相3線構成を使用して、経時的にシステムによって使用されたエネルギーを測定した。試験の各組で、第1の試験は、システムの総エネルギー使用量を確立するために扉加熱器をプラグに接続して実施した。冷凍庫には、該冷凍庫内に熱質量を作り出すために18個の5ガロン水ボトル(各棚に3個)が収められた。その組の後続の試験は、扉加熱器を冷凍庫のシステムから外して実施した。一連の試験を、冷凍庫に可能な最低設定(−13°F設定、−5〜−8°F測定)で、冷凍庫を0°Fに設定して実施した。扉は、すべての試験の間、閉じたままにした。
表Vは、−8°F(−22℃)のチャンバ温度についての結果を示す。表Vからわかるように、エネルギー使用量の減少は、40%を超え、標準偏差1%で平均43%であった。
Figure 2009509815
表VIは、0°F(−18℃)のチャンバ温度についての結果を示す。表VIからわかるように、エネルギー使用量の減少は、扉加熱器がオンの冷凍庫と比較して、40%を超え、さらには約43%以上の減少であった。
Figure 2009509815
また、3つの標準食品流通業界仕様を通じてガラス冷凍庫扉(3扉式の冷凍庫)上に据え付けられたフィルムの性能を評価するために、フィルムを試験した。
1.30秒間扉を開く:1サイクル
2.20秒間扉を開いて閉じる:10サイクル
3.900秒間扉を開いて閉じる:1サイクル
以下の表VIおよびVIIで使用するとき、被覆(sheathing)は、水分被覆が始まった時間を指し、「」秒での水滴は、扉上に水滴(droplets)が形成された時間を指し、w/dは、水滴ありの状態を指す。
Figure 2009509815
Figure 2009509815
実施された各試験で、フィルムは、扉が開けられたときに扉が霜で覆われ始めるのを遅くし、または低減した。より高い周囲湿度値での900秒の扉開放試験では、フィルムあり/なしの扉の両方で、顕著な霜の発生、水分の被覆、凝結滴が形成された。これら顕著な凝結形成の場合、フィルムは、クリアになるのに、加熱されたフィルムなしの扉よりもわずかに長い時間を要した。
本明細書に開示のように、耐凝結物品(冷蔵庫および冷凍庫の扉/パネル、浴室の鏡など)の製造で有用なほぼ透明の多層フィルムは、約−17℃ほど、場合によってはさらに−23℃ほどまで低い、これまでに達成可能な温度未満の温度に対する有効な耐霜性を提供する。さらに、これらのフィルムは、ガラス冷凍庫扉用途で一般的な外部加熱器の使用なしに、有効な耐霜性を提供する。これは、エネルギーコストの大きな節約をもたらす。さらに、これらのフィルムから作り出される物品は、多くの用途へと改良することができ、かつ/または既存の物品に組み立てることができ、その結果、商人にいくつかの霜防止解決策を提供する(例えば、接着剤コーティングをフィルム上に置くことができる。有利な任意の特徴では、アセンブリは、再配置可能(repositionable)となるように、かつ/またはグラフィックを含めることができるように製造される。
本明細書で使用する用語「第1の」、「第2の」、「外側の」、「内部の」、「外部の」などは、いずれかの順序、量、または重要性を意味するものではなく、ある要素と別の要素とを区別するために使用されており、本明細書で使用される用語「1つの(aおよびan)」は、量の制限を意味するものではなく、言及される品物の少なくとも1つの存在を意味する。さらに、同一の特性または量を対象とするすべての範囲は、包括的であり、独立して組合せ可能である。本明細書全体を通した「一実施形態(one embodiment)」、「他の実施形態(another embodiment)」、「実施形態(an embodiment)」などへの言及は、その実施形態に関して記載される特定の要素(例えば、機構、構造、および/または特徴)が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。ゆえに、(1つもしくは複数の)要素は、必ずしもすべて同じ実施形態に言及しているわけではなく、特定の諸要素を、様々な実施形態においていずれか適当な方式で組み合わせることができる。範囲が開示される場合、同一の構成要素または特性を対象とするすべての範囲の終点は、包括的であり、独立して組合せ可能である(例えば、「最高約25重量%まで、より具体的には約5重量%〜約20重量%」の範囲は、終点と、「約5重量%〜約25重量%」などの範囲の中間の値すべてとを含む)。量に関して使用される修飾語「約」は、記載された値を含み、文脈によって決定される意味を有する(例えば、特定の量の測定値に関係した誤差の程度を含む)。本明細書で使用する接尾辞「(s)」は、それが修飾する用語の単数形および複数形の両方を含み、それによってその用語の1つもしくは複数を含むことが意図されている(例えば、(1つもしくは複数の)着色剤(colorant(s))は、1つもしくは複数の着色剤を含む)。さらに、本明細書で使用する「組合せ」は、ブレンド、混合物、合金、反応生成物などを含む。
本発明について、そのいくつかの実施形態に即して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、かつそれらの要素を同等物で代用できることが当業者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために多くの修正を加えることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するのに企図される最良の方式として開示した特定の諸実施形態だけに制限されるものではなく、また、本発明は、特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を包含するものとする。
図1は、本明細書に開示の例示的な霜防止フィルムアセンブリの概略図である。 図2は、本明細書に開示の任意のグラフィックコンポーネントを有する霜防止フィルムアセンブリの例示的な一実施形態の概略図である。 図3は、本明細書に開示の霜防止フィルムアセンブリと基材とを含む例示的な物品の概略図である。 図4は、本明細書に開示の霜防止フィルムアセンブリを備えた例示的な耐凝結冷蔵扉の部分断片斜視図である。

Claims (24)

  1. 霜防止フィルムアセンブリ(anti−frost film assembly)であって、
    第1の表面と前記第1の表面とは反対側の第2の表面とを有するほぼ透明なフィルムと、
    ほぼ透明な霜防止層とを含んでおり、前記霜防止層が、−23℃と65℃との間を交互に繰り返す温度での霜防止特性を前記層に与えるのに有効なポリウレタンフィルム形成組成物から形成されており、前記霜防止層が、前記フィルムの前記第1の表面のある領域上に配置される霜防止フィルムアセンブリ。
  2. 前記フィルムが、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ(シクロヘキサンジメタノールテレフタレート)−co−ポリ(エチレンテレフタレート)、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリビスアリルカーボネート、ポリエチレンナフテネート(polyethylene naphthenate)、ポリカーボネート/PCCDブレンド、および以上のポリマーの少なくとも1つを含む組合せから成る群から選択される、請求項1に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  3. 前記ポリウレタン形成フィルム組成物が、イソシアネート反応性部分、疎水性領域および親水性領域を有する界面活性剤をさらに含む、請求項1に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  4. 前記界面活性剤が、カチオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤との組合せを含む、請求項3に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  5. 前記界面活性剤のイソシアネート反応性部分がヒドロキシル基である、請求項3に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  6. 前記ポリウレタン形成フィルム組成物が、反応性イソシアネート基を有するポリイソシアネートプレポリマーと、親水性ポリオールと、親水性領域および疎水性領域を有するヒドロキシル基含有界面活性剤(hydroxyl−bearing surfactant)とを含む、請求項1に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  7. 前記界面活性剤が、前記界面活性剤に共有結合したヒドロキシル基を有するカチオン性界面活性剤である、請求項6に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  8. 前記界面活性剤が、カウンターカチオン(countercation)と結び付いたアニオン性界面活性剤であり、前記ヒドロキシル基が前記カウンターカチオンと共有結合している、請求項6に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  9. グラフィックコンポーネント(graphic component)をさらに含む、請求項1に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  10. 前記グラフィックコンポーネントが、前記霜防止層のある領域上、前記霜防止層と前記フィルムの前記第1の表面との間、前記フィルムの前記第1の表面のある領域上、または前記フィルムの前記第2の表面のある領域上に配置される、請求項9に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  11. 基材上で再配置可能である、請求項1に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  12. 前記フィルムの前記第2の表面のある領域上に配置された接着剤をさらに含んでおり、前記接着剤が前記アセンブリを基材上で再配置できるようにする、請求項1に記載の霜防止フィルムアセンブリ。
  13. 耐凝結物品(condensation−resistant article)であって、
    第1の表面を有するほぼ透明な基材と、
    請求項1に記載の霜防止フィルムアセンブリとを含んでおり、前記フィルムの前記第2の表面が前記基材の前記第1の表面のある領域上に配置される耐凝結物品。
  14. 前記霜防止フィルムアセンブリがグラフィックコンポーネントをさらに含む、請求項13に記載の物品。
  15. 冷蔵庫パネル、建物の窓、ウインドシールド(windshield)、反射表面(reflective surface)、器具表面、またはフェイスシールド(face shield)である、請求項13に記載の物品。
  16. 前記基材が冷蔵庫扉または冷蔵庫窓である、請求項15に記載の物品。
  17. 前記基材が鏡または輸送手段のウインドシールドである、請求項15に記載の物品。
  18. 前記霜防止フィルムと前記基材との間に設置溶液(installation solution)が適用されており、前記設置溶液が、約50vol%〜約70vol%の水と、約10vol%〜約40vol%のアルコールと、約2vol%〜約8vol%の湿潤性溶液と、約3vol%以下の塩とを含む、請求項13に記載の物品。
  19. 霜防止フィルムアセンブリを製造する方法であって、
    ポリウレタンフィルム形成組成物から形成されたほぼ透明な霜防止層をフィルムの第1の表面に適用するステップと、
    前記フィルムの第2の表面に接着剤を適用するステップとを含んでおり、
    前記ほぼ透明な霜防止層が、−23℃と65℃との間を交互に繰り返す温度での霜防止特性を前記層に与えるのに有効である方法。
  20. 前記接着剤の片側にグラフィックコンポーネントを適用するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
  21. 前記霜防止フィルムアセンブリを基材上に適用するステップをさらに含んでおり、前記接着剤が前記基材と接触している、請求項19に記載の方法。
  22. 前記霜防止フィルムと前記基材との間に設置溶液を適用するステップをさらに含んでおり、前記設置溶液が、約50vol%〜約70vol%の水と、約10vol%〜約40vol%のアルコールと、約2vol%〜約8vol%の湿潤性溶液と、約3vol%以下の塩とを含む、請求項19に記載の物品。
  23. 前記霜防止層を形成するステップをさらに含んでおり、前記霜防止層が、約1000rpm以下のファンスピードと、約1.5分以上の硬化時間とを使用して形成される、請求項19に記載の方法。
  24. 前記ファンスピードが750rpm以下であり、前記硬化時間が約1.75分以上であり、前記霜防止層が約1000μm以下の厚さを有する、請求項23に記載の方法。
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