JP2009520174A - 太陽反射鏡における使用のための新型ｕｖ耐性銀鏡 - Google Patents

Abstract

太陽反射鏡において使用されるときに、ＵＶのスペクトルおよび可視光のスペクトルの全体にわたって、高い割合の半球反射率を維持する銀鏡構造が提供される。該銀鏡構造は、ａ）銀のオーバレイの下に配置される圧感接着剤層と、ｂ）該銀のオーバレイの上に置かれるポリマフィルムと、ｃ）該ポリマフィルムの上に配置される接着剤層と、ｄ）該接着剤層の上に置かれるＵＶ遮蔽アクリルフィルムとを備えている。銅層が、銀のオーバレイの下かつ前記圧感接着剤層の上に挿入される。

Description

（本発明の契約的由来）
米国政府は、米国エネルギー省とＭｉｄｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅの一部門であるＮａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙとの間の契約第ＤＥ−ＡＣ３６−９９ＧＯ１０３３７号に従って、本発明に関する権利を有する。

（技術分野）
本発明は、太陽反射鏡における使用のための新型紫外線耐性鏡面反射銀鏡に関し、そして、２００１年２月９日出願の米国特許出願第０９／７６２，７１９号の一部継続出願である。さらに詳細には、本発明は、太陽反射鏡における使用のための新型紫外線耐性鏡面反射銀鏡に関し、該新型紫外線耐性反射銀鏡は、充分に改善された光学的耐久性と、屋外の環境条件の下での、トンネリングまたは剥離損傷に対する優れた抵抗力とを特徴とする。

不十分な天候からの保護と紫外線劣化とが、可撓性の鏡面反射銀鏡で作られた太陽反射鏡を使用するときに遭遇する問題となる。屋外で使用されるときには、これらの鏡は、寸法の安定性と、美的外観と、可視光の波長、紫外線の波長、および近赤外線の波長における鏡面反射率とを維持するために、耐久性があり、かつ、紫外線（ＵＶ）耐性がなければならない。

鏡面反射率が、銀メッキされた複合積層によって可撓性の銀鏡に提供され、該銀メッキされた複合積層は、可撓性のポリマ基板の表面に真空蒸着された銀の薄い層を有する。銀は好適な金属である。なぜならば、銀の反射率は、アルミニウムなどの他の金属の反射率よりもかなり高いからである。長期にわたり鏡面反射率を維持するために、従来技術は、剥離、風化、および紫外線劣化から鏡を保護するために、ポリマ基板および銀層の上に被覆される新型接着剤および新型保護層を塗布することに焦点を合わせていた。

剥離、風化、および紫外線劣化から太陽鏡を保護するために使用された初期の技術は、アルミニウム鏡を用いて開発された。例えば、特許文献１において、太陽反射鏡が開示されており、該太陽反射鏡においては、可撓性のポリエステル支持板上に真空蒸着された不透明なアルミニウム表面が、アクリレート共重合体またはメタクリレート共重合体のインターポリマ（ｉｎｔｅｒ−ｐｏｌｙｍｅｒ）層を用いて、腐食および風化から保護されている。支持板は、屈曲を容易にするための、従来のスリップ剤を有する２軸配向ポリエチレンテレフタレートの薄層と、スリップ剤を含まない第２のポリエチレンテレフタレートの薄層とから成る。

銀は、アルミニウムよりも鏡面反射率が高い。従って、論理的仮定が、上に記述された太陽反射鏡において、アルミニウムと銀とを置き換えるようになされる。この手法は特許文献２において報告されているが、２つの望ましくない現象をもたらす。第１に、銀は、アクリレートコーティングにおけるピンホールの発展による腐食、または銀で被覆されたフィルムの周辺部分に沿った腐食のいずれかの影響を受けやすい。第２に、銀の薄い層は、アルミニウムの薄い層とは異なり、スペクトル窓を有し、該スペクトル窓を通って、紫外線（「ＵＶ」）が容易に通過する。この光のピーク透過は、３２０ｎｍであり、日光はこの波長において紫外線を含む。銀層を通る紫外線の透過は、下にあるポリエステル基板を劣化させ、基板を剛体の支持に接着するために一般的に使用される接着剤に気泡をもたらす。この劣化とバブリングとが、太陽鏡の美的特性および鏡面機能特性とを低下させる。

ポリエステル基板および銀鏡基板に重なる接着剤および保護フィルムコーティングに組み込まれる腐食防止剤およびＵＶ吸収剤が、これらの機能特性を維持するために使用されてきた。しかしながら、腐食防止剤は腐食を低下させるが、腐食防止剤は、長期にわたり、頻繁に、受け入れ難い色を鏡に与え、紫外線を遮断しなくなる。対照的に、紫外線吸収剤が、保護ポリマオーバレイの中に組み込まれるときには、ポリエステル支持の劣化の割合が低減されるが、銀の腐食は悪化する。このように、これらの望ましくない効果を排除するために、鏡の反応性のコンポーネントから腐食防止剤と紫外線吸収要素とを隔離する試みが行なわれている。

Ｒｏｃｈｅの特許文献２において、腐食耐性銀鏡が開示されており、該腐食耐性銀鏡においては、腐食防止剤と紫外線吸収剤とはそれぞれ、アクリレートインターポリマ塗料の別々の薄いオーバレイに組み込まれる。鏡面反射鏡は、ポリエステル支持フィルムの上に銀を真空蒸着することによって形成される。ポリエステル支持の紫外線劣化と、下にある接着剤の結果として起こるバブリングとは、第２のポリマコーティングにＵＶ吸収剤を組み込むことによって減少され、該第２のポリマコーティングは、第１のポリマコーティングの上に塗布され、該第１のポリマコーティングは、腐食防止剤を組み込む。第１のポリマコーティングは、銀の反射面の上に直接的に塗布される。ポリマ基板、すなわち、共押し出しの２軸配向ポリエステルホイルは、(１)巻き込み屈曲（ｒｏｌｌ−ｗｉｎｄｉｎｇ）を容易にするために従来のスリップ剤を含むポリエチレンテレフタレートの薄層と、（２）光学的に平滑な暴露面をもたらす、スリップ剤を含まないポリエチレンテレフタレートの薄層とを備えている。銀の鏡面反射層は、共押し出しフィルムの平滑な面に重なり、かつ、共押し出しフィルムの平滑な面に接合される。銀の上に重ねられるものは、０．５％〜２．５％のグリコールジメルカプトアセテート（ｇｒｙｃｏｌ ｄｉｍｅｒｃａｐｔｏａｃｅｔａｔｅ）分散剤を有する第１のアクリレートまたはメタクリレートのインターポリマコーティングであり、該グリコールジメルカプトアセテート分散剤は、結合剤、下塗剤および腐食防止剤として働く。このコーティングは、１ｇ／ｍ^２〜４ｇ／ｍ^２の重さである。第１のアクリレートコーティングの上に重なるものは、３００ナノメートル〜４００ナノメートルの範囲全体にわたって有効な紫外線吸収剤を含む第２のアクリレートコーティングである。第２のコーティングの重さは、４ｇ／ｍ^２〜８ｇ／ｍ^２である。別々の層への腐食抑制剤およびＵＶ吸収剤の包含は、ＵＶ吸収剤を銀と接触させないように、かつ、あらゆる腐食の影響を回避するように設計されている。共押し出しポリエステル支持の反対側には、重さが約１０ｇ／ｍ^２〜約１５ｇ／ｍ^２である、粘着性のある圧感接着剤（イソオクチルアクリレート：アクリルアミド共重合体が９５：５）の均一なコーティングがある。従来のリリースライナー、例えばシリコーンで被覆されたポリエステルフィルムが、使用前に接着剤を保護するために使用され得る。特許文献２の開示は、本明細書において充分に述べられるものとして、参考として援用される。

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記述された反射フィルムは、概して、太陽エネルギーの用途には適していないということが、Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎの特許文献３によって考えられる。屋外の条件の下で、これらのフィルムの薄いアクリレートのフラッドコートは、耐候性が貧弱であり、急速に腐食する傾向にある。従って、これらのコーティングは、剥離および水分に対して保護バリアを充分には提供しない。太陽鏡が、ＵＶ吸収剤を含む外側のアクリレートのフラッドコートとして、ポリエステル支持板と銀の層とを有する基板を備えている場合には、紫外線は、ポリエステル支持を腐食し劣化させ、鏡の美的外観と光学的有効性とを低下させる。この問題を軽減するために、Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎは、ポリエステルおよび銀鏡の基板の上に、剥離抵抗性および水分抵抗性のフルオロカーボンの保護コーティングを接合するために使用される接着剤内での腐食防止剤と紫外線吸収剤との使用を開示している。Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎの開示における関連の実施形態は、腐食抵抗性および紫外線抵抗性の可撓性反射フィルムを記述しており、該腐食抵抗性および紫外線抵抗性の可撓性反射フィルムにおいては、防止剤および吸収剤のそれぞれが、接着剤の別々のコーティングに組み込まれる。銀の薄い層が可撓性のポリエステル支持板に真空蒸着され、鏡面反射性の銀の表面を生成する。銀の表面に対する剥離抵抗性の機能と耐候性の機能とを有するフルオロカーボンフィルムを接合するために、接着剤が使用される。接着剤は２つの別々の層に塗布される。第１の接着剤層は、銀の蒸着に隣接しており、腐食防止剤を含む。第２の接着剤層は、ＵＶ吸収剤を含み、銀の表面にフルオロカーボンの保護フィルムを接合する際の使用のための第１の接着剤層の上に重なっている。銀の表面にフルオロカーボンのフィルムを接合する接着剤の使用は、この構造の必要な要素である。なぜならば、フルオロカーボンフィルムは、金属の表面に接合しないからである。しかしながら、この構造は、太陽鏡として使用する場合に、時の経過による欠陥がないわけではない。紫外線の下で、銀の基板への直接的な新型接着剤（ＵＶ吸収剤および腐食防止剤を含む接着剤）の塗布は、銀／接着剤の界面の劣化をもたらした。銀がアクリルフィルムに直接的に接着されるときには、剥離損傷もまた生じた。さらに、フルオロカーボンの保護フィルムは、ＵＶ吸収剤がないと、多くの場合に、耐候性の保護を充分には提供しない。これらの理由で、これらの銀鏡は、太陽反射鏡として用いられるときには、長期にわたる耐久性が欠如したままであり、このことが、光学的有効性および美的外観の損失をもたらすということが考えられる。
米国特許第４，３０７，１５０号明細書 米国特許第４，６４５，７１４号明細書 米国特許第５，１１８，５４０号明細書

新型紫外線耐性銀鏡に対する必要性が存在しており、該新型紫外線反射銀鏡は、紫外線を効果的に遮蔽し、鏡面反射の光学的有効性と美的外観とを維持し、従来技術のポリマ反射鏡と比較して、かなり改善された光学的耐久性を示し、そして、剥離損傷に対する並外れた抵抗性を示すものである。

本発明の１つの目的は、従来のポリマ反射鏡構造と比較して、改善された光学的耐久性を有する新型太陽反射鏡材料の構造を提供することである。

本発明の別の目的は、トンネリングまたは剥離損傷に対して改良された耐性を有する新型太陽反射鏡材料の構造を提供することである。

本発明のさらなる目的は、新型太陽反射鏡の構造を提供することであり、該新型太陽反射鏡においては、ポリエステルと銀／ポリマの界面との両方をＵＶ劣化から保護するために、上部層による徹底的なＵＶ遮蔽を可能にするように、銀層の上部側を接着剤との接触から離しておくために、銀層がポリマフィルム層の下にある。

本発明のまたさらなる目的は、新型太陽反射鏡を提供することであり、該新型太陽反射鏡においては、ポリエステルと銀／ポリマの界面との両方をＵＶ劣化から保護するために、上部層による徹底的なＵＶ遮蔽を可能にするように、銀層の上部側を接着剤との接触から離しておくために、銀層がポリマフィルム層の下にあり、銅層が銀層の下に追加されることにより、圧感接着剤からの銀の裏側の隔たりを可能にする。

要するに、本発明は、新型太陽反射鏡の構造を提供し、該新型太陽反射鏡においては、ポリエステルと銀／ポリマの界面との両方をＵＶ劣化から保護するために、上部層による徹底的なＵＶ遮蔽を可能にするように、銀層の上部側を接着剤との接触から離しておくために、銀層がポリマフィルム層の下にある。

本発明の上記の特定の目的および利点は、本発明によって達成され得るものの例示であり、実現され得る可能な利点を網羅すること、または限定することを意図していない。従って、本明細書において体現されたような、または当業者には明らかであり得るあらゆる変化形を鑑みて改変されるような、本発明のそれらの目的および利点と、他の目的および利点とは、本明細書の記述から明白であるか、または本発明を実施することから習得され得る。

特に断りがない限りは、本明細書において使用される全ての技術的な用語および科学的な用語は、本発明が属する分野の当業者によって通常理解される意味と同じ意味を有する。本明細書において記述されたものと同様な、または均等なあらゆる方法および材料が、本発明の実施または試験の際に使用され得るが、好適な方法および材料が、ここで記述される。

本発明は、太陽鏡における使用のための新型紫外線抵抗性鏡面反射銀鏡を提供し、該新型紫外線抵抗性鏡面反射銀鏡は、充分に改善された光学的耐久性と、屋外の環境条件の下での、トンネリングまたは剥離損傷に対する優れた耐性とを特徴とする。

ここで、図面に対して参照が行なわれ、図面においては、同様な参照番号は、同様な要素を表しており、図１においては、最も基本的な構成で銀鏡１０が概略的に示されている。銀鏡１０は、接着剤層１２の上に配置されたＵＶ遮蔽アクリルフィルム１１で構成されており、該接着剤層１２は、ポリエステルフィルム１３の上に配置されている。銀のオーバレイ１４がポリエステルフィルム層の下にあり、それにより銀層の上部の照明側を、銀層の劣化をもたらし得る材料である接着剤との接触から離して維持している。圧感接着剤層１５が、銀のオーバレイ１４の下に位置決めされている。

図１に示された構成において、銀層は、ポリエステルフィルム層の下にあり、これは、銀層がポリエステル層の上にある構造と比較して、反射率をわずかに低くするが、この構造は、銀層の上部側（照明側）を保ち、従って（銀の劣化を促進し得る材料である接着剤との接触から離れた）ＵＶ活性される劣化を最も受ける側を保つ。接着剤は、可視光、紫外線、および近赤外線に対して光学的に非常に透過性がある。この構造の耐久性と屋外耐候性とに対する鍵は、（ＵＶ劣化からの）ポリエステルの保護と（同様にＵＶ劣化を受ける）銀／ポリマの界面の保護との両方を行なう上部層による徹底的なＵＶ遮蔽である。

本発明は、新型銀鏡を構成する先に開示された新たな方法に基づいており、該新型銀鏡においては、太陽鏡として個々には不適切である市販の材料が、独自の方法で組み合わされることにより、耐久性のある屋外耐候性の太陽反射鏡をもたらす。以前の構成は、太陽反射鏡の構成を記述し、該太陽反射鏡の構成においては、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙによって開発された低コストの反射材料であるＳＳ−９５が、（様々な接合手段によって）ＵＶ遮蔽フィルムと組み合わされる。ＳＳ−９５自体は、ソーラーデバイスにおける使用のための実現可能な材料であるための充分は屋外耐候性を有していない。ＳＳ−９５の屋外耐候性は、本質的に非常に限定されている。なぜならば、製品を製造するために使用される非常に薄い保護膜が、下にある銀メッキされた反射層に充分な保護を提供することができないからである。しかしながら、非常に厚いＵＶ遮蔽フィルムを用いて保護されたときには、屋外耐候性が達成される。

本発明において、この概念に対する改善および追加が存在する。（Ｋｏｒａｄ^ＴＭと名付けられた）アクリルベースのＵＶ遮蔽フィルムは、市販されている製品である。この製品は、新型太陽反射鏡に対する良好な上部層になる特性を有する。（ＳＳ−９５とは異なる）他の銀反射鏡フィルムが市販されていることが分かっているが、これらの他の市販の銀反射鏡フィルムは、材料と構造とにおける固有の制限のために、良好な屋外耐候性を有していない。これらの市販の銀メッキされたフィルムは、オフィスの照明設備の性能を向上させるなどの屋内での使用のために作成されている。ＵＶ遮蔽フィルム（例えば、Ｋｏｒａｄ^ＴＭ）の上部層の追加によって、さらに改善された屋外耐候性を示す適切な太陽反射鏡が結果として生じる。

図２を参照すると、太陽反射鏡における使用のための新型紫外線耐性銀鏡のさらなる実施形態が示されている。この実施形態において、銅層１６が銀層１４の下かつ圧感接着剤層１５の上に置かれている。この構造が、新型紫外線耐性銀鏡を提供し、該新型紫外線耐性銀鏡は、太陽反射鏡において使用されるときには、圧感接着剤層１５からの銀層の裏側の隔たりによって、またさらに良好な屋外耐候性を提供する。

例えば、加速実験室制御試験および加速屋外環境試験を使用する、図１および図２の構造に行なわれた加速暴露試験は、従来のポリマ反射鏡と比較して、従来技術のポリマ反射鏡がトンネリングとして知られている故障モードに特に影響を受けやすいという点に関して、充分に改善された光学的耐久性を示しており、該トンネリングにおいては、反射層が、残念ながら、水分の存在によってポリマ層から剥離する。さらに、（薄いアクリルのフラッドコート層を含まない）この新たな構造の加速天候暴露試験は、この構成が、Ｒｏｃｈｅの米国特許第４，４６５，７１４の３Ｍの市販の材料（ＳＳ−９５）と比較して、並外れた光学的耐久性を示すということを示す。

図３は、Ｒｏｃｈｅの特許に基づいた３Ｍの市販の材料（ＳＳ−９５）と比較して、（薄いアクリルのフラッドコート層を含まない）本発明の新たな反射鏡構成の光学的耐久性における劇的な改善を示す。白色の三角形記号は、ＳＳ−９５反射鏡に対する反射率における変化を、Ｐｈｏｅｎｉｘ，ＡＺにおける実時間の暴露の関数として示す。黒色の記号は、改善された積層反射鏡構造の好適な実施形態に対する結果を描く。これらの材料は、自然日光の約５倍までで加速屋外暴露を受けた。これらの暴露は、試験規格ＡＳＴＭ Ｇ ９０「Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｏｕｔｄｏｏｒ Ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｎｏｎｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｕｎｌｉｇｈｔ」に従って、ＡＣＵＶＥＸ（登録商標）（Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ ＥＸｐｏｓｕｒｅ）風化デバイスを使用して行なわれた。黒色の方形記号は、２．４ミルの厚さのアクリルＵＶスクリーン／ＰＥＴ／Ａｇ／Ｃｕ／ＰＳＡの構造を有する本発明者らの改善された反射鏡に対するものであり、ここで、ＰＥＴは、ポリエチレンテレフタレート（ポリエステル）であり、ＰＳＡは、圧感接着剤である。ＡＣＵＶＥＸ（登録商標）に暴露された材料に対する暴露の等価時間は、日光の紫外線の累積量に基づいている。

見られ得るように、ＳＳ−９５材料の最初の反射率は、改良された反射鏡をわずかに上回るが、ＳＳ−９５の反射率は、約２年までの屋外暴露の後に急速に降下する。しかしながら、改良された本発明の鏡は、９年を超える等価屋外暴露の間、高い反射率を維持する。

従来技術の別の欠陥は、銀メッキされた厚いアクリルフィルムが条件とされる構造に関するものであった。アクリルフィルムと真空蒸着された銀の粘着は、本質的に貧弱である。屋外での使用中における水分への暴露の際に、銀／アクリル構造を組み込む太陽鏡は、トンネリングとして知られる故障モードを特に受けやすく、該トンネリングにおいては、銀層が、残念ながら、基底のアクリルフィルムから剥離する。厚いアクリルフィルムは、水分を吸収して膨張し、機械的応力を生成し、該機械的応力が、銀層との剥離を誘発する。この効果が、図４において明確に示されている。これらの結果は、候補の銀メッキされたポリマ太陽鏡構造が水に浸漬され、剥離された範囲の割合が、浸漬された時間の長さの関数として測定される試験に対するものである。引用された従来技術において条件とされた銀メッキの厚いアクリルフィルムのサンプルに関して、鏡の表面の６０％が、わずか４日後に剥離した。これは、全く受け入れ難い故障の構成要素となる。

本発明は、特定の実施形態を参照して記述されてきたが、本発明の様々な改変および代替案が当業者には明らかであり、かかる改変および代替案は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲および精神を逸脱することなく行なわれ得るということが理解されるべきである。

図１は、本発明の構成に従って、銀層がポリエステルフィルム層の下にある新型太陽反射鏡を示す断面図である。 図２は、銀層がポリエステルフィルム層の下にあり、銅層が銀層の下に配置されている新型太陽反射鏡の代替の実施形態を示す断面図である。 図３は、本発明の新型ＵＶ耐性銀鏡構造と、米国特許第４，６４５，７１４号において開示されたような、３ＭのＳＳ−９５鏡構造とに関する「Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｏｕｔｄｏｏｒ Ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｎｏｎｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ Ｓｕｎｌｉｇｈｔ」を使用した、数年間の等価時間暴露に対する半球反射率（％）を示すグラフである。 図４は、本発明の新型ＵＶ耐性銀鏡構造と、銀メッキされた厚いアクリル鏡とに関して、剥離損傷を受けない範囲の割合を水の中への浸漬の時間の関数として示すグラフである。

Claims (11)

1. 太陽反射鏡において使用されるときに、ＵＶのスペクトルおよび可視光のスペクトルの全体にわたって、高い割合の半球反射率を維持する銀鏡構造であって、
   ａ）銀のオーバレイの下に配置される圧感接着剤層と、
   ｂ）該銀のオーバレイの上に置かれるポリマフィルムと、
   ｃ）該ポリマフィルムの上に配置される接着剤層と、
   ｄ）該接着剤層の上に置かれるＵＶ遮蔽アクリルフィルムと
   を備えている、銀鏡構造。
2. 銅層が、前記銀のオーバレイの下かつ前記圧感接着剤層の上に挿入されている、請求項１に記載の銀鏡構造。
3. 前記ポリマフィルムは、ポリエステルである、請求項１に記載の銀鏡構造。
4. 前記ポリエステルフィルムは、ポリエチレンテレフタレートである、請求項３に記載の銀鏡構造。
5. 前記ポリマフィルムは、ポリマポリエチレンテレフタレートである、請求項２に記載の銀鏡構造。
6. 約２．４ミルの厚さを特徴とする、請求項４に記載の銀鏡構造。
7. 約２．４ミルの厚さを特徴とする、請求項５に記載の銀鏡構造。
8. 前記高い割合の半球反射率は、約２年を超える期間の間、９０％を超過する、請求項６に記載の銀鏡構造。
9. 前記高い割合の半球反射率は、約２年を超える期間の間、９０％を超過する、請求項７に記載の銀鏡構造。
10. 前記約２年を超える期間は、約９年を超える、請求項８に記載の銀鏡構造。
11. 前記約２年を超える期間は、約９年を超える、請求項９に記載の銀鏡構造。

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