JP2011107178A - 遮熱部材 - Google Patents
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Abstract
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断熱・遮熱性の高いエコガラスとしてよく用いられるのが「Low−Eペアガラス」と呼ばれる熱放射を遮断する特殊な金属膜をコーティングした複層ガラスである。この特殊な金属膜は、例えば、特許文献1に開示されている真空成膜法により複数層を積層することで作製できる。真空成膜よって作製される、これらの特殊な金属膜のコーティングは反射性能に非常に優れるものの、真空プロセスは生産性が低くコストが高くなってしまう。また、金属膜を使うと、電磁波を同時に遮蔽してしまうために携帯などの電波障害を引き起こしたり、自動車に使用した場合にはETCが使えないなどの問題があった。
また、電波障害を発生させず、かつ700nm以上の波長域の反射性能が高いことを両立させる方法として、複屈折性の多層誘電膜を用いる方法がある。例えば、特許文献4には、この方法を利用した光学体が開示されている。しかし、この方法では正面の反射帯域1000nmの近赤外を超えて調整しようとすると、400nm近辺の反射が同時に強くなり、着色の問題で波長の調整が難しいという問題があった。
また、特許文献6には、コレステリック液晶層を有する赤外光反射物品が開示されている。コレステリック層を複数層積層する例としては、液晶表示装置への利用に対する試みが多く、具体的には可視光領域の光を効率的に反射させる試みが多く、例えば、特許文献7にはコレステリック層を多数重ねた例が開示されている。
本発明は、電波障害を起こさず、着色の問題もなく、且つ遮熱性能の高い遮熱部材を提供することを課題とする。
また、特に、本発明は、使用される環境の日射条件に適した遮熱性能を示す遮熱部材を提供することを課題とする。
[1] 700nm以上の波長域の光を反射する、コレステリック液晶相を固定してなる少なくとも1層の光反射層を含み、前記波長域の波長の光が層面に対して角度θ°(0°<θ<90°、以下「実入射角θ」という)から少なくとも入射する環境で使用される遮熱部材であって、下記式(1)
[3] 前記光反射層を2層以上有することを特徴とする[1]又は[2]の遮熱部材。
[4] 螺旋ピッチが互いに等しく、且つ旋光性が互いに逆向きである、隣接する2層の前記光反射層を有することを特徴とする[3]の遮熱部材。
[5] 前記実入射角が、日射角であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかの遮熱部材。
[6] 前記実入射角が、夏季(6月〜8月)の日射平均角であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかの遮熱部材。
[7] 前記実入射角が、50〜80°であることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかの遮熱部材。
[8] 光透過性支持体をさらに有することを特徴とする[1]〜[7]のいずれかの遮熱部材。
[9] 前記光透過性支持体がガラス板であり、前記少なくとも1層の光反射層を該ガラス板の表面に有することを特徴とする[8]の遮熱部材。
[10] 前記光透過性支持体が合わせガラスであり、前記少なくとも1層の光反射層を該合わせガラスの内部に有することを特徴とする[8]の遮熱部材。
[11] 車載用窓材又は建物用窓材であることを特徴とする[1]〜[10]のいずれかの遮熱部材。
また、本発明によれば、使用される環境の日射条件に適した遮熱性能を示す遮熱部材を提供することができる。
本発明は、コレステリック液晶相を固定してなる光反射層を少なくとも1層有する遮熱部材に関する。該光反射層は、コレステリック液晶相を固定してなるので、当該コレステリック液晶相の螺旋ピッチに基づいて、特定の波長の光を反射する光選択反射特性を示す。よって、コレステリック液晶相の螺旋ピッチを調整して、波長700nm以上の波長域の光のみを遮断すれば、電波障害を発生させずに、着色もなく、高い遮熱効果を得ることができる。しかし、コレステリック液晶相の光反射特性には、入射角度依存性があり、層面に対して法線方向(以下、「正面方向」という場合がある)からの入射光に対して最大の反射率となる波長と、該法線方向から傾斜した方向(以下、「斜め方向」という場合がある)からの入射光に対して最大の反射率となる波長とではズレが生じている。具体的には、正面方向で最大の反射率となる波長よりも、斜め方向で最大の反射率となる波長は、短波長側にシフトしている。遮熱部材は建物や車両などの窓に利用されることが多く、かかる態様では、遮熱部材には、斜め方向から太陽光が入射することがほとんどであり、実際の日射に対して最大の反射率となる光が、遮熱効果の高い波長域の光とならない場合があり、コレステリック液晶相の優れた光選択反射特性を十分に活用できていなかった。本発明者が鋭意検討した結果、遮熱効果の高い波長850〜110nmに対して選択反射特性を示す入射角度が、実際の使用環境における実入射角度θに対して、θ±20°の範囲内であると、高い遮熱効果(即ち700nm以上の波長域の光に対する選択反射特性)が得られるとともに、電波障害や着色が生じないことを見出した。
ここで、本明細書において「入射角(実入射角も含む)」については、遮熱部材の表面に対して法線方向を入射角0°とし、法線方向を基準としてそこからの傾斜角をいうものとする。
また、夏季の最大の日射角に基づいて、実入射角θを決定するのも好ましい。夏季の最大日射角は、国、地域によって異なる。例えば、夏至の(最大)日射角は、東京(日本)では約78.4°、ワシントン(米国)では約68.4°、ベルリン(ドイツ)では約61.4°などであり、使用される国、又は地域の実入射角θに応じて、θ1dを設定するとよい。
前者の態様の遮熱部材は、光透過性支持体に支持されているのが好ましい。光透過性支持体としては、ガラス板、及びポリマー基板等が挙げられる。例えば、本発明の遮熱部材は、前記光反射層をガラス板等の光透過性支持体の表面に有する部材であってもよい。また、前記光透過性支持体は、合わせガラスであってもよい。一例は、合わせガラスの内部に、前記光反射層を有する遮熱部材である。
後者の態様の遮熱部材の例には、シート状又はフィルム状の遮熱部材が挙げられる。一例は、ポリマーフィルム等の光透過性支持体の表面に前記光反射層を有する遮熱部材である。本実施形態のシート状又はフィルム状の遮熱部材は、窓などのガラス板の表面に貼り合わせることによって用いられる。本実施形態の遮熱部材は、前記光反射層とともに、粘着層や易接着層等の接着性の層を有していてもよい。前記遮熱部材を保管又は搬送する際は、前記粘着層や易接着層の表面に、剥離性フィルムを一時的に貼付しておいてもよい。勿論、前記粘着層や易接着層がなくても、接着剤などを利用して、シート状及びフィルム状の遮熱部材を窓等に貼合することができる。なお、光反射層を、窓等のガラス基板上に転写する態様では、前記光反射層を支持する支持体は、光透過性でなくてもよい。
なお、本明細書では、「光透過性」とは、可視光に対して透過性があることを意味する。
700nm以上の波長域の光を反射するコレステリック液晶相を固定してなる少なくとも1層の光反射層を含む遮熱材を1以上準備すること(第1の工程)、
該遮熱部材について、下記式(1)
日射角θと、前記1以上の遮熱部材の入射角θ1dとを比較すること(第2の工程)、及び
入射角θ1dが日射角θ±20°を満足する(但し、θ1dは0°ではない)遮熱部材と透過性部材とを一体化すること(第3の工程)、
を含む遮熱性窓材の製造方法である。
前記第3の工程の例は、例えば、シート状又はフィルム状の本発明の遮熱部材を、窓となるガラス板及びプラスチック基板の表面に貼り合せる工程;窓となる合わせガラス内に、シート状又はフィルム状の本発明の遮熱部材を組み込む工程;及び窓となるガラス板及びプラスチック基板の表面又は合わせガラス内部に、液晶性組成物を塗布して、前記光反射層を形成する工程;等が挙げられる。
1. 光反射層
本発明の遮熱部材は、700nm以上の波長域の光を反射する特性を示す光反射層を少なくとも1層有する。該光反射層は、コレステリック液晶相を固定して形成された層である。前記光反射層の形成には、硬化性の液晶組成物を用いるのが好ましい。前記液晶組成物の一例は、棒状液晶化合物、光学活性化合物(キラル剤)、及び重合開始剤を少なくとも含有する。各成分を2種以上含んでいてもよい。例えば、重合性の液晶化合物と非重合性の液晶化合物との併用が可能である。また、低分子液晶化合物と高分子液晶化合物との併用も可能である。更に、配向の均一性や塗布適性、膜強度を向上させるために、水平配向剤、ムラ防止剤、ハジキ防止剤、及び重合性モノマー等の種々の添加剤から選ばれる少なくとも1種を含有していてもよい。また、前記液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤等を光学的性能を低下させない範囲で添加することができる。
本発明に使用可能な棒状液晶化合物の例は、棒状ネマチック液晶化合物である。前記棒状ネマチック液晶化合物の例には、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類及びアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性棒状液晶化合物は、重合性基を棒状液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、及びアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基が特に好ましい。重合性基は種々の方法で、棒状液晶化合物の分子中に導入できる。重合性棒状液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは1〜6個、より好ましくは1〜3個である。重合性棒状液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開WO95/22586号公報、同95/24455号公報、同97/00600号公報、同98/23580号公報、同98/52905号公報、特開平1−272551号公報、同6−16616号公報、同7−110469号公報、同11−80081号公報、及び特開2001−328973号公報などに記載の化合物が含まれる。2種類以上の重合性棒状液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性棒状液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
前記液晶組成物は、コレステリック液晶相を示すものであり、そのためには、光学活性化合物を含有しているのが好ましい。但し、上記棒状液晶化合物が不正炭素原子を有する分子である場合には、光学活性化合物を添加しなくても、コレステリック液晶相を安定的に形成可能である場合もある。前記光学活性化合物は、公知の種々のキラル剤(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用キラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)から選択することができる。光学活性化合物は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。光学活性化合物(キラル剤)は、重合性基を有していてもよい。光学活性化合物が重合性基を有するとともに、併用する棒状液晶化合物も重合性基を有する場合は、重合性光学活性化合物と重合性棒状液晶合物との重合反応により、棒状液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、光学活性化合物から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性光学活性化合物が有する重合性基は、重合性棒状液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、光学活性化合物の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基又はアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが特に好ましい。
また、光学活性化合物は、液晶化合物であってもよい。
前記光反射層の形成に用いる液晶組成物は、重合性液晶組成物であるのが好ましく、そのためには、重合開始剤を含有しているのが好ましい。前記重合性液晶組成物の一例は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤を含有する、紫外線硬化性液晶組成物である。前記光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジン及びフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)及びオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
前記液晶組成物中に、安定的に又は迅速にコレステリック液晶相となるのに寄与する配向制御剤を添加してもよい。配向制御剤の例には、含フッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、及び下記一般式(X1)〜(X3)で表される化合物が含まれる。これらから選択される2種以上を含有していてもよい。これらの化合物は、層の空気界面において、液晶化合物の分子のチルト角を低減若しくは実質的に水平配向させることができる。尚、本明細書で「水平配向」とは、液晶分子長軸と膜面が平行であることをいうが、厳密に平行であることを要求するものではなく、本明細書では、水平面とのなす傾斜角が20度未満の配向を意味するものとする。液晶化合物が空気界面付近で水平配向する場合、配向欠陥が生じ難いため、可視光領域での透明性が高くなり、また赤外領域での反射率が増大する。一方、液晶化合物の分子が大きなチルト角で配向すると、コレステリック液晶相の螺旋軸が膜面法線からずれるため、反射率が低下したり、フィンガープリントパターンが発生し、ヘイズの増大や回折性を示すため好ましくない。
配向制御剤として利用可能な前記含フッ素(メタ)アクリレート系ポリマーの例は、特開2007−272185号公報の[0018]〜[0043]等に記載がある。
なお、本発明では、配向制御剤として、前記一般式(X1)〜(X3)で表される化合物の一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
(1) 光透過性支持体の表面に、硬化性の液晶組成物を塗布して、コレステリック液晶相の状態にすること、
(2) 前記硬化性の液晶組成物に紫外線を照射して硬化反応を進行させ、コレステリック液晶相を固定して光反射層を形成すること、
を少なくとも含む製造方法である。
(1)及び(2)の工程を、光透過性支持体の一方の表面上で2回以上繰り返すことで、;又は(1)及び(2)の工程を、光透過性支持体の双方の表面上で同時にもしくは順次、1回以上づつ実施すること等により、前記光反射層を2層以上有する遮熱部材を作製することができる。
紫外線の照射エネルギー量については特に制限はないが、一般的には、100mJ/cm2〜800mJ/cm2程度が好ましい。また、前記塗膜に紫外線を照射する時間については特に制限はないが、硬化膜の充分な強度及び生産性の双方の観点から決定されるであろう。
なお、本発明においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、最終的に層中の液晶組成物がもはや液晶性を示す必要はない。例えば、液晶組成物が、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
入射角と選択反射波長の短波長シフトの関係を実測により確認し、
これらのデータから、所望のλdを与えるθ1dが、実際に使用される環境の実入射角θとの関係で、θ±20°の範囲内を満足するように、螺旋ピッチを算出する、
ことができる。算出された所望の螺旋ピッチは、キラル剤の種類、その添加量、及び重合反応率等の要因の少なくとも1つを調整することで達成できる。
本発明の遮熱部材は、前記光反射層を支持する支持体を有していてもよい。支持体は、光透過性であるのが好ましい。光透過性支持体の例には、ガラス板、及びプラスチック基板が含まれる。例えば、窓用のガラス板及びプラスチック基板を支持体として有する態様は、そのまま遮熱性窓として利用することができる。
また、前記光透過性支持体の例には合わせガラスも含まれる。例えば、前記光反射層を、合わせガラス内部に組み込んで、遮熱性窓材として利用することができる。合わせガラスは、一般的には、2枚のガラス板の内面に形成された中間膜を熱接着して作製される。この合わせガラスの内部に、前記光反射層を挟み込むには、該光反射層の表面を中間膜と熱接着させる。中間膜は、一般的には、ポリビニルブチラール樹脂(PVB)又はエチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)を主原料として含有する。中間膜の厚みは、一般的には、380〜760μm程度である。
(1)光反射層形成用塗布液(A)及び(B)の調製
下記表に示す組成の塗布液(A)及び(B)をそれぞれ調製した。
調製した塗布液(A)又は(B)を、ワイヤーバーを用いて、富士フイルム製PETフィルム上に、室温にて塗布した。乾燥後の膜の厚みは6μmとした。
次に、室温にて30秒間乾燥させた後、125℃の雰囲気で2分間加熱し、コレステリック液晶相とし、その後95℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、コレステリック液晶相を硬化させた。この様にして、光反射層を形成し、遮熱部材を作製した。
なお、光反射層を2以上積層した遮熱部材を作製する場合には、1層目の光反射層を形成した後、室温まで冷却し、その後、上記操作を繰り返した。
上記製造方法において、キラル剤LC−756及び/又はキラル剤化合物2の濃度を変えることで、反射特性、即ち、所望のλdを与えるθ1dが異なる、種々の遮熱部材を作製した。
作製した各遮熱部材について、θ1dとして種々の値を上記式(1)に代入し、極大となる波長λdを算出した。結果を下記表に示す。
一方の面に開口部を持つ箱状構造物の開口部に各遮熱部材を貼った。この構造物に、図1に示す通り、日射角θ°の方向から太陽光を照射し、箱内部に設置した黒体パネルの温度を測定した。箱状構造物を傾けることで、日射角θ°を種々変化させた。さらに、遮熱部材を貼合しなかった以外は同様にして測定した黒体パネルの温度を基準温度とし、該基準温度との差を算出した。温度差を下記表に示す。
基準温度と比較して2.0℃を超える温度の低下が認められたものについて、「◎」の評価;基準温度と比較して1.0℃を超える温度の低下が認められたものについて、「○」の評価;並びに基準温度と比較して1.0℃以下の温度の低下しか認められなかったものについて、「×」の評価;とした。
Claims (11)
- 入射角θ1dが、(実入射角θ−10)°以上(実入射角θ+10)°以下であることを特徴とする請求項1に記載の遮熱部材。
- 前記光反射層を2層以上有することを特徴とする請求項1又は2に記載の遮熱部材。
- 螺旋ピッチが互いに等しく、且つ旋光性が互いに逆向きである、隣接する2層の前記光反射層を有することを特徴とする請求項3に記載の遮熱部材。
- 前記実入射角が、日射角であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の遮熱部材。
- 前記実入射角が、夏季(6月〜8月)の日射平均角であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の遮熱部材。
- 前記実入射角が、50〜80°であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の遮熱部材。
- 光透過性支持体をさらに有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の遮熱部材。
- 前記光透過性支持体がガラス板であり、前記少なくとも1層の光反射層を該ガラス板の表面に有することを特徴とする請求項8に記載の遮熱部材。
- 前記光透過性支持体が合わせガラスであり、前記少なくとも1層の光反射層を該合わせガラスの内部に有することを特徴とする請求項8に記載の遮熱部材。
- 車載用窓材又は建物用窓材であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の遮熱部材。
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