JP2015219318A - 赤外線遮蔽材料、コーティング組成物及び赤外線遮蔽フィルム - Google Patents
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Abstract
Description
(赤外線遮蔽材料)
本開示に係る赤外線遮蔽材料は、天然高分子と金属微粒子とを含有し、且つ天然高分子と金属微粒子とが物理的に不可分であり、700nm以上の波長領域の光を遮蔽する特性を有する。詳細には、800nmから1000nmの波長領域の光の透過率が70%以下であることが好ましい。天然高分子を用いるため、環境負荷が低く、煩雑な工程を含むことなく製造できる。また、金属微粒子と天然高分子とを含有する赤外線遮蔽材料は、分散性や耐熱性、耐光性に優れる。
(1)粒子径の測定法
赤外線遮蔽材料を含む分散液をTEM観察用支持膜付き銅グリッド上にキャストして風乾したのち、透過型電子顕微鏡観察を行う。得られた画像中の金属微粒子を、円で近似した際の径を平面方向の粒子径として算出する。
(2)厚みの測定法
図7は、厚みを測定する目的で、平板状の赤外線遮蔽材料の断面観察を行った結果である。厚みの測定は以下の方法で行った。赤外線遮蔽材料を含む分散液をPETフィルム上にキャストして風乾し包埋樹脂で固定したものをミクロトームで断面方向に切削し、透過型電子顕微鏡観察を行う。得られた画像中の平板状銀微粒子の厚みを平面方向の粒子径として算出する。
(3)アスペクト比の算出方法
上述のようにして求めた粒子径をdとし、粒子厚みをhとした際に、粒子径dを粒子厚みhで割った値を、アスペクト比=d/hとして算出する。
(天然高分子)
本開示に係る赤外線遮蔽材料に用いる天然高分子は、動物、植物、微生物が生産する高分子である。天然高分子は、一般に、多糖やポリペプチドが知られる。多糖としては、例えば、デンプン、セルロース、キチン・キトサン、セルロース、デキストラン、プルラン、カードラン、アルギン酸、ヒアルロン酸が挙げられる。ポリペプチドとしては、例えば、グルテン、ゼイン、コラーゲン、ゼラチン、フィブロイン、セリシン、ケラチン等が挙げられる。
(微細化セルロースとその製造方法)
本開示に係る赤外線遮蔽材料に用いる微細化セルロースは、特に限定されるものではないが、その軸径が以下に示す範囲内であることが好ましい。また、その調製方法については特に限定されない。すなわち短軸径において数平均短軸径が1nm以上200nm以下であれば好ましく、より好ましくは1nm以上50nm以下である。数平均短軸径が1nm未満では高結晶性の剛直な微細化セルロース構造をとることが出来ない。一方、100nmを超えると、粘度が高くなり、作業性が悪く、赤外線遮蔽材料を製造しにくくなる。また、長軸径においては、数平均長軸径は0.05μm以上50μm以下が好ましく、より好ましくは0.1μm以上10μm以下である。長軸径の数平均長軸径がこの範囲であると、赤外線遮蔽材料を製造しやすい。数平均軸径が0.05μmより小さいと赤外線遮蔽材料を製造しにくい。また、50μmを超えると粘度が高く、作業性が悪くなる。
(酸化工程)
微細化セルロースの原料としては、特に限定されず、木材セルロースを用いる場合には、針葉樹パルプや広葉樹パルプ、古紙パルプなど、一般的に用いられるものを用いることができる。精製および微細化のしやすさから、針葉樹パルプが好ましい。N−オキシル化合物としては、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキシラジカル)、2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシル、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−エトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−アセトアミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、等が挙げられる。その中でも、TEMPOが好ましい。N−オキシル化合物の使用量は、触媒としての量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して0.01質量%以上5.0質量%以下程度である。
(微細化工程)
酸化セルロースを微細化する方法としてはまず、酸化セルロースに水性媒体を加えて懸濁させる。水性媒体としては、前述と同様のものが挙げられ、水が特に好ましい。必要に応じて、酸化セルロースや生成する微細化セルロースの分散性を上げるために、懸濁液のpH調整を行ってもよい。pH調整に用いられるアルカリ水溶液としては、酸化工程の説明で挙げたアルカリ水溶液と同様のものが挙げられる。
(金属)
金属微粒子は形状制御により可視光線から近赤外光線にわたる任意の波長光を吸収することが可能であり、各種組成物の用途に合わせて所望の波長領域に吸収することで光選択性を有する。天然高分子の複合化を行う金属種は、特に限定されるものではなく、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、白金、亜鉛、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどの金属、金属塩、金属錯体およびこれらの合金、または酸化物、複酸化物等が挙げられる。特に、赤外線を遮蔽する目的では、少なくとも銀を含む1種類以上が好ましい。
(赤外線遮蔽材料の作製方法)
赤外線遮蔽材料の作製方法は、特に限定されるものではないが、一般的な湿式法である液相還元法で調製できる。金属微粒子表面と溶媒は、強い親和力は無く、そのままでは粒子は凝集沈殿してしまう。天然高分子の存在により金属微粒子の特徴が大きく変化する。
(還元剤)
前駆体金属イオンの還元に用いる還元剤は、公知の還元剤を用いることができる。例えば、金属ヒドリド系、ボロヒドリド系、ボラン系、シラン系、ヒドラジン及びヒドラジド系の還元剤が挙げられる。一般に、液相還元法では、水素化ホウ素ナトリウム、クエン酸、ヒドラジン等が用いられる。攪拌翼や攪拌子等、公知の方法で攪拌することが好ましい。
(コーティング組成物、コーティング物、赤外線遮蔽フィルム)
こうして得られた赤外線遮蔽材料の分散液から赤外線遮蔽材料を分離し、特に限定されないが、コーティング物を形成するコーティング組成物として、窓に塗工することができる。基材11の少なくとも一方の面にコーティング組成物を塗工して、赤外線遮蔽材料を含有するコーティング層12を設けることにより、赤外線遮蔽フィルム1を得ることができる。また、赤外線遮蔽材料を成形材料と複合化して赤外線遮蔽フィルム2を得ることもできる。赤外線遮蔽フィルム1、2は、900nm以上1000nm以下の波長領域の光の透過率が70%以下であることが好ましい。
針葉樹クラフトパルプ70gを蒸留水3500gに懸濁し、蒸留水350gにTEMPOを0.7g、臭化ナトリウムを7g溶解させた溶液を加え、20℃まで冷却した。ここに2mol/L、密度1.15g/mLの次亜塩素酸ナトリウム水溶液450gを滴下により添加し、酸化反応を開始した。系内の温度は常に20℃に保ち、反応中のpHの低下は0.5Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加することでpH10に保ち続けた。セルロースの質量に対して、水酸化ナトリウムが3.00mmol/gになった時点で、過剰量のエタノールを添加し反応を停止させた。その後、ガラスフィルターを用いて蒸留水によるろ過洗浄を繰り返し、酸化パルプを得た。
(酸化セルロースのカルボキシ基量測定)
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプを固形分重量で0.1g量りとり、1%濃度で水に分散させ、塩酸を加えてpHを2.5とした。その後0.5M水酸化ナトリウム水溶液を用いた電導度滴定法により、カルボキシ基量(mmol/g)を求めた。結果は1.6mmol/gであった。
(酸化セルロースの解繊処理)
TEMPO酸化で得た酸化パルプ1gを99gの蒸留水に分散させ、ジューサーミキサーで30分間微細化処理し、CSNF濃度1%のCSNF水分散液を得た。CSNF水分散液に含まれるCSNFの数平均短軸径は4nm、数平均長軸径は1110nmであった。また、レオメーターを用いて定常粘弾性測定を行ったところ、CSNF分散液はチキソトロピック性を示した。
(硝酸銀水溶液の調製)
硝酸銀を蒸留水50mLに溶解させ、硝酸銀水溶液を調製した。
(水素化ホウ素ナトリウム水溶液の調製)
水素化ホウ素ナトリウムを蒸留水50mLに溶解させ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を調製した。
(赤外線遮蔽材料の作製)
1%CSNF水分散液50g対し、硝酸銀水溶液0.5gを室温(25℃)で攪拌しながら添加した。30分攪拌を続けたのち、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を添加して赤外線遮蔽材料を作製した。
<実施例1>
上述の方法でCSNF水分散液を作製し、CSNF水分散液に硝酸銀水溶液を添加し、しばらくして還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加して銀/CSNF複合体を得た。赤外線遮蔽材料を遠心分離により分画し、ポリビニルアルコールPVA124((株)クラレ製)水溶液に分散させ、コーティング組成物を調製した。50μmのPETフィルムにコロナ処理を施し、コーティング組成物を乾燥膜厚200nmになるようにバーコーターを用いて塗工し、120℃で乾燥させた。
<実施例2>
実施例1と同様の方法でCSNF水分散液を作製し、CSNF水分散液に硝酸銀水溶液を添加し、しばらくして還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加して赤外線遮蔽材料を得た。銀/CSNF複合体を遠心分離により分画し、アローベース(登録商標)SD−1200(ユニチカ(株)製)水溶液に分散させ、コーティング組成物を調製した。50μmのPETフィルムにコロナ処理を施し、コーティング組成物を乾燥膜厚が200nmになるようにバーコーターにて塗工し、120℃で乾燥させた。
<実施例3>
実施例1と同様の方法でCSNF水分散液を作製し、CSNF水分散液に硝酸銀水溶液を添加し、しばらくして還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加して赤外線遮蔽材料を得た。銀/CSNF複合体を遠心分離により分画し、アローベースSD−1200(ユニチカ(株)製)水溶液に分散させ、コーティング組成物を調製した。100μmのPETフィルムにコロナ処理を施し、コーティング組成物を乾燥膜厚が400nmになるようにバーコーターにて塗工し、120℃で乾燥させた。
<実施例4>
実施例1と同様の方法でCSNF水分散液を作製し、CSNF水分散液に硝酸銀水溶液を添加し、しばらくして還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加して赤外線遮蔽材料の分散液を得た。赤外線遮蔽材料を遠心分離により分画し、アローベースSD−1200(ユニチカ(株)製)水溶液に分散させ、コーティング組成物を調製した。50μmのPETフィルムにコロナ処理を施し、コーティング組成物を乾燥膜厚が400nmになるようにバーコーターを用いて塗工し、120℃で乾燥させた。
<実施例5>
実施例1と同様の方法でCSNF水分散液を作製し、CSNF水分散液に硝酸銀水溶液を添加し、しばらくして還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加して赤外線遮蔽材料の分散液を得た。銀/CSNF複合体を遠心分離により分画し、樹脂GS Pla(登録商標) FZ91P(三菱化学(株)製)に混練して20μmの膜厚になるようにフィルム状に成形した。
<比較例1>
水に硝酸銀水溶液を添加し、しばらくして還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加した。
<比較例2>
ポリビニルアルコールPVA124(クラレ(株)製)に硝酸銀を添加し、しばらくして還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加した。
<比較例3>
CSNF水分散液に、還元剤である水素化ホウ素ナトリウムを添加した。
<比較例4>
CSNF水分散液に硝酸銀を添加した。
<比較例5>
50μmのPETフィルムにコロナ処理を施した。
<比較例6>
ポリビニルアルコールPVA124((株)クラレ製)水溶液のみのコーティング組成物を調製した。50μmのPETフィルムにコロナ処理を施し、コーティング組成物を乾燥膜厚が200nmになるようにバーコーターを用いて塗工し、120℃で乾燥させた。
<比較例7>
アローベースSD−1200(ユニチカ(株)製)水溶液のみのコーティング組成物を調製した。50μmのPETフィルムにコロナ処理を施し、コーティング組成物を乾燥膜厚が200nmになるようにバーコーターを用いて塗工し、120℃で乾燥させた。
<比較例8>
成形材料GSPla FZ91P(三菱化学(株)製)に混練して20μmの膜厚になるようにフィルム状に成形した。
(ハードコート層の形成)
ハードコート層は固形分100質量%のペンタエリスリトールアクリレート(PETA)に、イソプロピルアルコール(IPA)を用いて、PETAの固形分濃度が50%になるように希釈した。この希釈液にIrgacure(登録商標)184(BASFジャパン(株)製)をPETA100質量部に対して5質量部加え、ハードコート層形成用塗料を調製し、6μmになるようにバーコーターにて塗工した。
(粘着層の形成)
オリバイン(登録商標)BPS5296(トーヨーケム(株)製)をポリエステルフィルムに10μmになるようにコーティングして粘着層を形成し、基材又は赤外線遮蔽複合組成物のハードコート層の反対面に貼りあわせた。
(複合体形成の評価方法)
複合体の形成は、走査透過型電子顕微鏡と走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡を用いて観察し、金属と微細化セルロースが複合体を形成している場合に『○』、複合体を形成していない場合に『×』とした。
(赤外線遮蔽性の評価方法)
赤外線遮蔽フィルムの赤外線遮蔽性は、分光光度計UV−3600(島津製作所)を用いて、空の状態をリファレンスとして220nmから2500nmまで測定した。赤外線遮蔽性能は、波長が900nmの光の透過率が70%以下である場合に『○』、70%以上である場合に『×』とした。JIS A5759に従い、遮蔽係数を求めた。
11 基材
12 赤外線遮蔽材料を含有するコーティング層
13 ハードコート層
14 粘着層
21 赤外線遮蔽材料と樹脂の複合層
22 ハードコート層
23 粘着層
3 赤外線遮蔽材料
31 金属微粒子(銀微粒子)
31a 金属微粒子の一次粒子
32 微細化セルロース(CSNF)
32a 金属微粒子の内部に取り込まれている部分
32b 金属微粒子表面に露出している部分
33 表面
34 裏面
35 側面
36 PET層
37 包埋樹脂層
d 粒子径
h 厚み
Claims (15)
- 平板状金属微粒子と少なくとも1つ以上の微細化セルロースとが複合化された複合体を含み、
前記平板状金属微粒子は、少なくとも1種類以上の金属又はそれらの化合物であり、
前記微細化セルロースは、全部が前記平板状金属微粒子の内部に取り込まれ、あるいは、一部が前記平板状金属微粒子の内部に取り込まれるとともに、残部が当該平板状金属微粒子の表面に露出し、
700nm以上2500nm以下の波長領域に吸収極大を有する、赤外線遮蔽材料。 - 前記平板状金属微粒子と前記微細化セルロースとが不可分である、請求項1に記載の赤外線遮蔽材料。
- 前記平板状金属微粒子が、銀である、請求項1または2に記載の赤外線遮蔽材料。
- 前記微細化セルロースの短軸の数平均軸径は、1nm以上200nm以下であり、前記微細化セルロースの長軸の数平均軸径が0.05μm以上50μm以下である、請求項1から3のいずれかに記載の赤外線遮蔽材料。
- 前記微細化セルロースのカルボキシ基量が0.1mmol/g以上3.0mmol/g以下である、請求項1から4のいずれかに記載の赤外線遮蔽材料。
- 前記平板状金属銀微粒子の厚みが、1nm以上100nm以下である、請求項1から5のいずれかに記載の赤外線遮蔽材料
- 請求項1から6のいずれかに記載の赤外線遮蔽材料を含む、コーティング組成物。
- 少なくとも1種類以上の水溶性高分子をさらに含み、
前記水溶性高分子は、85℃において、メタノール、エタノール、プロパノールまたはイソプロピルアルコールのいずれかを50質量%含むアルコール水溶液、および水のうち少なくとも1種を含む溶媒100質量部に対して1質量部以上溶解する、分子量1000以上の化合物である、請求項7に記載のコーティング組成物。 - 基材と、前記基材の少なくとも一方の面に請求項7または8に記載のコーティング組成物によって形成されたコーティング層を有する、赤外線遮蔽フィルム。
- 少なくとも1種類以上の成形材料と、請求項1から6のいずれかに記載の赤外線遮蔽材料とを含む、赤外線遮蔽フィルム。
- 前記基材が、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、アクリルセルロースのいずれかを含む、請求項9に記載の赤外線遮蔽フィルム。
- 前記成形材料は、ポリスチレン、ABS樹脂(A;アクリロニトリル、B;ブタジエン、S;スチレン)、AS樹脂、ポリエチレン、EVA樹脂、ポリプロピレン、メタクリル樹脂、セルロースアセテート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、塩化ビニル樹脂のいずれかを含む、請求項10に記載の赤外線遮蔽フィルム。
- 900nm以上1000nm以下の波長領域の光の透過率が70%以下である、請求項9から12のいずれかに記載の赤外線遮蔽フィルム。
- 前記コーティング層に積層されたハードコート層と、前記基材の前記コーティング層が形成されている面と反対側の面に形成された粘着剤層とをさらに含む、請求項9または11に記載の赤外線遮蔽フィルム。
- 前記成形材料および前記赤外線遮蔽材料は複合層を形成し、
前記複合層の一方の面に積層されたハードコート層と、
前記複合層の他方の面に形成された粘着剤層とをさらに含む、請求項10または12に記載の赤外線遮蔽フィルム。
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