JP2017181996A - Chromic sheet and method for producing chromic sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クロミックシート及びクロミックシートの製造方法に関する。 The present invention relates to a chromic sheet and a method for producing a chromic sheet.
近年、クリーンエネルギーとして水素を原料として発電を行う家庭用燃料電池や燃料電池自動車が実用化されている。しかし、水素ガスは無色透明で無臭であり、燃焼速度が大きいため、大気中に漏えいした場合に爆発する恐れがある。
水素ガスの漏えいを検知する手段として、接触燃焼式、半導体式などの水素ガスセンサーが知られている。しかし、これらの水素ガスセンサーは、素子の加熱が必要であり、電気抵抗変化によって水素ガスを検知する仕組みであるため、水素と酸素が混合したガスが触れることで爆発を引き起こす可能性がある。また、これらの水素ガスセンサーは、検知に電源が必要であるため、停電時に使用できず、さらに、素子の形状が固定されているため、例えば、ガスの配管からの漏えいを検知するには、配管に沿って多数のセンサーを配置する必要があり、漏えい箇所の特定が困難である。
In recent years, household fuel cells and fuel cell vehicles that generate electricity using hydrogen as a raw material as clean energy have been put into practical use. However, since hydrogen gas is colorless and transparent and odorless and has a high combustion rate, it may explode if it leaks into the atmosphere.
As means for detecting leakage of hydrogen gas, hydrogen gas sensors such as a catalytic combustion type and a semiconductor type are known. However, these hydrogen gas sensors require heating of the element and are a mechanism for detecting hydrogen gas by a change in electric resistance. Therefore, there is a possibility that explosion occurs when a gas mixed with hydrogen and oxygen touches. In addition, since these hydrogen gas sensors require a power source for detection, they cannot be used at the time of a power failure, and furthermore, since the shape of the element is fixed, for example, to detect leakage from a gas pipe, It is necessary to arrange a large number of sensors along the pipe, and it is difficult to identify the leaked portion.
一方、光、電気、ガス、熱等の外部からの刺激によって可逆的に色が変化する性質(フォトクロミズム、エレクトロクロミズム、ガスクロミズム、サーモクロミズム等のクロミズム)を有するクロミック材料を用いた研究が行なわれている。クロミック材料としては、例えば、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニオブ等が知られており、光学素子、調光部材、カラーディスプレイ、ガスセンサーなどへの応用が提案されている。 On the other hand, research using chromic materials having the property of reversibly changing color by external stimuli such as light, electricity, gas, heat (photochromism, electrochromism, gas chromism, thermochromism, etc.) has been conducted. ing. As the chromic material, for example, tungsten oxide, molybdenum oxide, niobium oxide, and the like are known, and application to optical elements, light control members, color displays, gas sensors, and the like has been proposed.
クロミック材料を利用した部材を製造する場合、通常、ガラス基板の表面にクロミック材料を含む粒子を付着させたり、ガラス基板中に分散させて製造される。しかし、ガラス基板は耐熱性、光透過性等に優れるが、柔軟性に乏しく、ガス配管等の曲がった箇所に適用することは困難である。 When manufacturing a member using a chromic material, it is usually manufactured by attaching particles containing a chromic material to the surface of a glass substrate or dispersing the particles in the glass substrate. However, the glass substrate is excellent in heat resistance, light transmittance, etc., but it is poor in flexibility, and it is difficult to apply it to a bent portion such as a gas pipe.
柔軟性を有するクロミックフィルムとして、例えば、透明なウレタン樹脂に酸化タングステン(WO3)を配合して成形した複合フィルムにモリブデン(Mo)をドープしたフォトクロミックフィルムが知られている(例えば、非特許文献1参照)。 As a chromic film having flexibility, for example, a photochromic film in which molybdenum (Mo) is doped into a composite film formed by blending tungsten oxide (WO 3 ) with a transparent urethane resin is known (for example, non-patent literature). 1).
非特許文献1に開示されているフォトクロミックフィルムは柔軟性を有するため、例えば、酸化タングステンと白金を配合してガス配管等の曲がった箇所にガスセンサーとして利用することが考えられる。しかし、酸化タングステンは光触媒作用を有するため、例えば屋外などの太陽光に曝される場所では、基材として使用されているウレタン樹脂が早期に劣化し、長期間の使用に耐えられない。 Since the photochromic film disclosed in Non-Patent Document 1 has flexibility, for example, it can be considered that tungsten oxide and platinum are mixed and used as a gas sensor at a bent portion of a gas pipe or the like. However, since tungsten oxide has a photocatalytic action, the urethane resin used as a base material deteriorates early in places exposed to sunlight such as outdoors, and cannot withstand long-term use.
本発明は、柔軟性を有し、かつ高い耐久性を有するクロミックシート及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the chromic sheet which has a softness | flexibility and has high durability, and its manufacturing method.
上記目的を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1>(1)シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の面上にクロミック酸化物を含むクロミック層が積層されている構成、
(2)シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中にクロミック酸化物を含む粒子が分散している構成、又は
(3)樹脂基材の面上に、シロキサン骨格を有する有機材料にクロミック酸化物を含む粒子が分散しているクロミック層が積層されている構成
を有するクロミックシート。
<2> 前記シロキサン骨格を有する有機材料が、ジメチルポリシロキサンである<1>に記載のクロミックシート。
<3> 前記クロミック酸化物が、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、及びクロムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属原子を含む酸化物である<1>又は<2>に記載のクロミックシート。
<4> 前記クロミック酸化物を含む粒子が、酸化タングステン及び白金を含む粒子である<1>〜<3>のいずれか1つに記載のクロミックシート。
<5> ガスセンサー用又は調光用である<1>〜<4>のいずれか1つに記載のクロミックシート。
Specific means for achieving the above object are as follows.
<1> (1) Configuration in which a chromic layer containing a chromic oxide is laminated on the surface of a base material containing an organic material having a siloxane skeleton,
(2) A structure in which particles containing a chromic oxide are dispersed in a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton, or (3) a chromic oxide in an organic material having a siloxane skeleton on the surface of a resin substrate. The chromic sheet | seat which has the structure by which the chromic layer in which the particle | grains containing are disperse | distributed is laminated | stacked.
<2> The chromic sheet according to <1>, wherein the organic material having a siloxane skeleton is dimethylpolysiloxane.
<3> The chromic according to <1> or <2>, wherein the chromic oxide is an oxide containing at least one metal atom selected from the group consisting of tungsten, vanadium, niobium, tantalum, zirconium, and chromium. Sheet.
<4> The chromic sheet according to any one of <1> to <3>, wherein the particles containing the chromic oxide are particles containing tungsten oxide and platinum.
<5> The chromic sheet according to any one of <1> to <4>, which is for a gas sensor or for dimming.
<6> シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の少なくとも一方の面を親水化処理する工程と、
前記基材の親水化処理された面上にクロミック酸化物の前駆体を含む前駆体液を塗布して乾燥させることにより、前記基材上に前記クロミック酸化物を含むクロミック層を形成する工程と、
を有するクロミックシートの製造方法。
<7> 前記親水化処理する工程が、前記基材の少なくとも一方の面に過酸化水素を含む処理液を接触させる工程、又は、前記基材の少なくとも一方の面にN−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドをグラフト重合させる工程を含む<6>に記載のクロミックシートの製造方法。
<6> a step of hydrophilizing at least one surface of a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton;
Forming a chromic layer containing the chromic oxide on the substrate by applying and drying a precursor liquid containing a chromic oxide precursor on the hydrophilic-treated surface of the substrate;
A method for producing a chromic sheet having
<7> The step of hydrophilizing the step of bringing a treatment liquid containing hydrogen peroxide into contact with at least one surface of the substrate, or N- (2-hydroxyethyl) on at least one surface of the substrate. ) The method for producing a chromic sheet according to <6>, including a step of graft polymerization of acrylamide.
<8> シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料、クロミック酸化物を含む粒子及び溶媒を含み、前記クロミック酸化物を含む粒子が分散した分散液を準備する工程と、
前記分散液に前記シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料を硬化させる硬化剤を添加してシート状に成形することにより、前記シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中に前記クロミック酸化物を含む粒子が分散したクロミックシートを形成する工程と、
を有するクロミックシートの製造方法。
<9> 前記溶媒が、tert−ブタノールである<8>に記載のクロミックシートの製造方法。
<8> a step of preparing an uncured organic material having a siloxane skeleton, particles containing a chromic oxide and a solvent, and preparing a dispersion in which the particles containing the chromic oxide are dispersed;
The chromic oxide is contained in the base material containing the organic material having the siloxane skeleton by adding a curing agent for curing the uncured organic material having the siloxane skeleton to the dispersion and forming the sheet into a sheet shape. Forming a chromic sheet in which particles are dispersed;
A method for producing a chromic sheet having
<9> The method for producing a chromic sheet according to <8>, wherein the solvent is tert-butanol.
<10> 前記シロキサン骨格を有する有機材料が、ジメチルポリシロキサンである<6>〜<9>のいずれか1つに記載のクロミックシートの製造方法。
<11> 前記クロミック酸化物を含む粒子が、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、及びクロムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属原子を含む酸化物粒子である<6>〜<10>のいずれか1つに記載のクロミックシートの製造方法。
<12> 前記クロミック酸化物を含む粒子が、酸化タングステン及び白金を含む粒子である<6>〜<11>のいずれか1つに記載のクロミックシートの製造方法。
<10> The method for producing a chromic sheet according to any one of <6> to <9>, wherein the organic material having a siloxane skeleton is dimethylpolysiloxane.
<11> The particles containing the chromic oxide are oxide particles containing at least one metal atom selected from the group consisting of tungsten, vanadium, niobium, tantalum, zirconium, and chromium. <6> to <10> The manufacturing method of the chromic sheet as described in any one of these.
<12> The method for producing a chromic sheet according to any one of <6> to <11>, wherein the particles containing the chromic oxide are particles containing tungsten oxide and platinum.
本発明によれば、柔軟性を有し、かつ高い耐久性を有するクロミックシート及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a chromic sheet having flexibility and high durability and a method for manufacturing the same.
以下、本発明の実施形態に係るクロミックシートについて、添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、図面中の符号は省略して説明する場合がある。
また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味し、数値範囲の上限のみに単位が付されている場合はその数値範囲全体にわたって同じ単位であることを意味する。
また、本明細書において、「工程」との用語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
Hereinafter, a chromic sheet according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. Note that reference numerals in the drawings may be omitted.
In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value, and the unit is only in the upper limit of the numerical range. When attached, it means the same unit throughout the numerical range.
In addition, in this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and may be used when the intended purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. include.
本発明者らは、柔軟性及び耐久性を兼ね備えたクロミックシートについて研究を重ねたところ、基材としてジメチルポリシロキサン等のシロキサン骨格を有する有機材料を用い、かかる基材上にクロミック酸化物を含むクロミック層を積層するか、基材中にクロミック酸化物を含む粒子を分散させることができれば、柔軟性だけでなく、高い耐久性を有するクロミックシートが得られることに想到した。
しかし、シロキサン骨格を有する有機材料は、酸化タングステン等のクロミック酸化物と相溶性又は親和性が悪く、例えば、ジメチルポリシロキサンを基材として基材上にクロミック酸化物を含む粒子の分散液を塗布してクロミック層を形成することが困難である。また、例えばジメチルポリシロキサンとクロミック酸化物を含む粒子を混合してシート状に成形してもクロミック酸化物を含む粒子が凝集してシート全体にクロミック酸化物を含む粒子が分散し難い。
As a result of repeated research on chromic sheets having both flexibility and durability, the present inventors use an organic material having a siloxane skeleton such as dimethylpolysiloxane as a base material, and include a chromic oxide on the base material. It has been conceived that a chromic sheet having not only flexibility but also high durability can be obtained if a chromic layer is laminated or particles containing a chromic oxide can be dispersed in a substrate.
However, organic materials having a siloxane skeleton have poor compatibility or affinity with chromic oxides such as tungsten oxide. For example, dimethylpolysiloxane is used as a base material and a dispersion of particles containing the chromic oxide is applied onto the base material. Thus, it is difficult to form a chromic layer. For example, even if particles containing dimethylpolysiloxane and a chromic oxide are mixed and formed into a sheet shape, the particles containing the chromic oxide are aggregated and the particles containing the chromic oxide are hardly dispersed throughout the sheet.
そこで、本発明者らはさらに研究を重ねたところ、クロミックシートを構成する材料に特定の処理を施して相溶性又は親和性を向上させることで、シロキサン骨格を有する有機材料を用いた基材上に密着性が高いクロミック層を形成することができ、あるいは、基材全体にクロミック酸化物を含む粒子を分散させることができることを見出した。
さらに、本発明者らは、シロキサン骨格を有する有機材料以外の樹脂を用いた基材を用いる場合でも、基材上に、シロキサン骨格を有する有機材料にクロミック酸化物粒子が分散したクロミック層を形成することで柔軟性及び高い耐久性を有し、長期にわたって高いクロミック性能を発揮することができるクロミックシートを見出した。
Therefore, the present inventors have further researched, on a base material using an organic material having a siloxane skeleton by applying a specific treatment to the material constituting the chromic sheet to improve compatibility or affinity. It was found that a chromic layer with high adhesion can be formed, or particles containing a chromic oxide can be dispersed throughout the substrate.
Furthermore, the present inventors formed a chromic layer in which chromic oxide particles are dispersed in an organic material having a siloxane skeleton on the substrate even when a substrate using a resin other than an organic material having a siloxane skeleton is used. Thus, a chromic sheet having flexibility and high durability and capable of exhibiting high chromic performance over a long period of time has been found.
すなわち、本発明の実施形態に係るクロミックシートは、(1)シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の面上にクロミック酸化物を含むクロミック層が積層されている構成、(2)シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中にクロミック酸化物を含む粒子が分散している構成、又は(3)樹脂基材の面上に、シロキサン骨格を有する有機材料にクロミック酸化物を含む粒子が分散しているクロミック層が積層されている構成を有する。
以下、上記(1)、(2)又は(3)の構成を有するクロミックシートについて、それぞれ第1実施形態、第2実施形態、又は第3実施形態として具体的に説明する。
That is, the chromic sheet according to the embodiment of the present invention includes (1) a configuration in which a chromic layer containing a chromic oxide is laminated on a surface of a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton, and (2) a siloxane skeleton. A structure in which particles containing a chromic oxide are dispersed in a base material containing an organic material, or (3) particles containing a chromic oxide are dispersed in an organic material having a siloxane skeleton on the surface of a resin base material. The chromic layers are stacked.
Hereinafter, the chromic sheet having the configuration (1), (2), or (3) will be specifically described as the first embodiment, the second embodiment, or the third embodiment, respectively.
なお、シロキサン骨格を有する有機材料及びクロミック酸化物は、クロミックシートの用途等に応じて選択すればよいが、以下に説明する各実施形態では、シロキサン骨格を有する有機材料としてジメチルポリシロキサン(以下「PDMS」と称する場合がある。)を用い、第1実施形態及び第3実施形態では、クロミック酸化物を含むクロミック層として、クロミック酸化物である酸化タングステンと、水素分子を解離する触媒となる白金(Pt)とを含むクロミック層を備え、第2実施形態では、クロミック酸化物を含む粒子として、白金(Pt)と酸化タングステンとを含むクロミック粒子(以下、「Pt/WO3粒子」と称する場合がある。)を用いる場合について主に説明するが、本発明のクロミックシートを構成する材料はこれらに限定されない。
また、以下の説明では、本実施形態に係るクロミックシートを主に水素ガスセンサー用シート又は調光用シートとして用いる場合について説明するが、本発明のクロミックシートの用途もこれらに限定されない。
The organic material having a siloxane skeleton and the chromic oxide may be selected according to the application of the chromic sheet, but in each embodiment described below, dimethylpolysiloxane (hereinafter referred to as “an organic material having a siloxane skeleton”) is used. In the first and third embodiments, as a chromic layer containing a chromic oxide, tungsten oxide that is a chromic oxide and platinum that serves as a catalyst for dissociating hydrogen molecules are used in the first and third embodiments. In the second embodiment, a chromic particle including platinum (Pt) and tungsten oxide (hereinafter referred to as “Pt / WO 3 particle”) is provided as a chromic oxide-containing particle. The material constituting the chromic sheet of the present invention is mainly described below. It is not limited to it.
Moreover, although the case where the chromic sheet | seat which concerns on this embodiment is mainly used as a sheet | seat for hydrogen gas sensors or a light control sheet is demonstrated in the following description, the use of the chromic sheet | seat of this invention is not limited to these.
<第1実施形態に係るクロミックシート>
図1は、第1実施形態に係るクロミックシートの構成の一例を示している。第1実施形態に係るクロミックシート10は、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材12(以下、単に「基材」と称する場合がある。)の面上にクロミック酸化物を含むクロミック層14が積層されている構成を有する。
<Chromic sheet according to the first embodiment>
FIG. 1 shows an example of the configuration of the chromic sheet according to the first embodiment. The chromic sheet 10 according to the first embodiment includes a chromic layer 14 containing a chromic oxide on the surface of a base material 12 containing an organic material having a siloxane skeleton (hereinafter sometimes simply referred to as “base material”). It has a laminated structure.
(シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材)
第1実施形態のクロミックシートは、シロキサン骨格(SiO)を有する有機材料を含む基材12を備えている。シロキサン骨格を有する有機材料を含んで構成されている基材は、柔軟性を有し、ガス配管のように曲面を有する対象物に対しても密着させて配置することができる。そのため、本実施形態に係るクロミックシートは、ガス配管等の曲面や凹凸面に対しても容易に着脱させることができる。
また、第1実施形態で用いる基材に含まれるシロキサン骨格を有する有機材料は劣化し難い性質を有する。そのため、クロミック層に含まれるクロミック酸化物が光触媒機能を有していても、基材が劣化し難く、クロミック層の剥離が抑制される。
(Substrate containing an organic material having a siloxane skeleton)
The chromic sheet according to the first embodiment includes a substrate 12 containing an organic material having a siloxane skeleton (SiO). A base material including an organic material having a siloxane skeleton has flexibility and can be placed in close contact with an object having a curved surface such as a gas pipe. Therefore, the chromic sheet according to this embodiment can be easily attached to and detached from a curved surface such as a gas pipe or an uneven surface.
In addition, the organic material having a siloxane skeleton contained in the base material used in the first embodiment has a property that does not easily deteriorate. Therefore, even if the chromic oxide contained in the chromic layer has a photocatalytic function, the base material is hardly deteriorated and the chromic layer is prevented from being peeled off.
シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材としては、シロキサン骨格を有するモノマーの単独重合体、シロキサン骨格を有する複数種のモノマーの共重合体、シロキサン骨格を有するモノマーとシロキサン骨格を有さないモノマーとの共重合体が挙げられ、例えば、ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、それらの変性物(例えば、アミノ変性、アルキル変性など)やその誘導体などを用いることができる。 The base material containing an organic material having a siloxane skeleton includes a homopolymer of a monomer having a siloxane skeleton, a copolymer of a plurality of types of monomers having a siloxane skeleton, a monomer having a siloxane skeleton, and a monomer having no siloxane skeleton. For example, dimethylpolysiloxane, methylphenylpolysiloxane, modified products thereof (for example, amino-modified, alkyl-modified, etc.) and derivatives thereof can be used.
特に、ジメチルポリシロキサンはガス透過性に優れるため、本実施形態に係るクロミックシートをガスセンサーとして用いる場合に基材を構成する材料として好適である。
また、ジメチルポリシロキサンは、波長200〜1100nmの範囲において透明性(光透過性)が高く、経時劣化による黄変もし難い。そのため、ジメチルポリシロキサンは、本実施形態に係るクロミックシートを光照射によって色が変化する調光用シートとして用いる場合にも基材を構成する材料として好適である。
さらに、ジメチルポリシロキサンは、高い耐熱性を有し、250℃程度まで加熱可能であるため、基材上にクロミック層を形成する際に熱処理を行っても変形し難い。
In particular, since dimethylpolysiloxane is excellent in gas permeability, it is suitable as a material constituting the substrate when the chromic sheet according to this embodiment is used as a gas sensor.
In addition, dimethylpolysiloxane has high transparency (light transmittance) in the wavelength range of 200 to 1100 nm, and is difficult to yellow due to deterioration over time. Therefore, dimethylpolysiloxane is suitable as a material constituting the substrate even when the chromic sheet according to the present embodiment is used as a light control sheet whose color changes by light irradiation.
Furthermore, since dimethylpolysiloxane has high heat resistance and can be heated to about 250 ° C., it is difficult to be deformed even if heat treatment is performed when forming a chromic layer on a substrate.
第1実施形態で用いる基材は、シロキサン骨格を有する有機材料を含んで構成されているが、基材上にクロミック層を形成することができ、本発明の効果を顕著に損なわない限り、シロキサン骨格を有する有機材料以外の材料(添加剤)を含んでいてもよい。
例えば、紫外線吸収剤などが挙げられる。
The base material used in the first embodiment is configured to include an organic material having a siloxane skeleton. However, unless the chromic layer can be formed on the base material and the effects of the present invention are not significantly impaired, siloxane is used. Materials (additives) other than the organic material having a skeleton may be included.
For example, an ultraviolet absorber etc. are mentioned.
シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の厚みは特に限定されず、用途に応じて選択すればよい。例えば、本実施形態に係るクロミックシートをガスセンサーとしてガス配管等の曲面を有する箇所に配置する場合は、柔軟性を有する観点から、基材の厚みは、50μm〜5mm程度が好ましい。 The thickness of the base material containing the organic material having a siloxane skeleton is not particularly limited, and may be selected according to the application. For example, when the chromic sheet according to the present embodiment is disposed as a gas sensor in a portion having a curved surface such as a gas pipe, the thickness of the base material is preferably about 50 μm to 5 mm from the viewpoint of flexibility.
シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材としては、市販品を用いてもよく、例えば、(株)十川ゴムのシリコーンゴムシート K−125などが挙げられる。 As a base material containing an organic material having a siloxane skeleton, a commercially available product may be used, for example, Tokawa Rubber's silicone rubber sheet K-125.
(クロミック層)
第1実施形態に係るクロミックシートは、クロミック酸化物を含むクロミック層14が、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材12の面上に積層されている。
(Chromic layer)
In the chromic sheet according to the first embodiment, the chromic layer 14 containing a chromic oxide is laminated on the surface of the substrate 12 containing an organic material having a siloxane skeleton.
クロミック層に含まれるクロミック酸化物は、光、ガス等の外部からの刺激によって可逆的に変色する性質を有する公知のクロミック酸化物を用いることができる。例えば、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、及びクロムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属原子を含む酸化物が挙げられる。 As the chromic oxide contained in the chromic layer, a known chromic oxide having a property of being reversibly discolored by an external stimulus such as light or gas can be used. For example, an oxide containing at least one metal atom selected from the group consisting of tungsten, vanadium, niobium, tantalum, zirconium, and chromium can be given.
例えば、酸化タングステンは、水素ガス(水素分子)が白金等によって水素イオンに解離する際に生成した電子がW6+をW5+に還元することで、酸化タングステンの色調が青色に変化する。したがって、クロミック層が酸化タングステンと白金を含むことで、酸化タングステンはガスクロミック機能を発揮する。
一方、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材はガス透過性が高いため、例えば基材側をガス配管に接触させても、ガス配管から漏れたガスが基材を透過してクロミック層に吸収され、変色することができる。
そのため、本実施形態に係るクロミックシートは、水素ガスが流通するガス配管の周囲や配管のシール部に貼り付けることでガスセンサー用シートとして好適に使用することができる。
For example, in tungsten oxide, electrons generated when hydrogen gas (hydrogen molecule) is dissociated into hydrogen ions by platinum or the like reduces W 6+ to W 5+ , so that the color tone of tungsten oxide changes to blue. Therefore, when the chromic layer contains tungsten oxide and platinum, tungsten oxide exhibits a gas chromic function.
On the other hand, a base material containing an organic material having a siloxane skeleton has high gas permeability. For example, even if the base side is brought into contact with the gas pipe, the gas leaked from the gas pipe permeates the base material and is absorbed by the chromic layer. Can be discolored.
Therefore, the chromic sheet according to the present embodiment can be suitably used as a gas sensor sheet by sticking around a gas pipe through which hydrogen gas circulates or a pipe seal.
また、酸化タングステンは、所定波長の紫外光が照射されることにより、励起電子がW6+を還元してW5+を生成し、色調が変化するフォトクロミック機能を発揮する。そのため、WO3を含むクロミック層を有することで調光用シートとして用いることができる。 Tungsten oxide exhibits a photochromic function in which, when irradiated with ultraviolet light having a predetermined wavelength, excited electrons reduce W 6+ to generate W 5+ and the color tone changes. Therefore, it can be used as a sheet for it is dimming with chromic layer containing WO 3.
クロミック層の厚さは特に限定されないが、クロミック機能を高める点から、10nm〜1μmが好ましく、100nm〜500nmがより好ましい。 Although the thickness of a chromic layer is not specifically limited, From the point which improves a chromic function, 10 nm-1 micrometer are preferable and 100 nm-500 nm are more preferable.
また、本実施形態に係るクロミックシートを例えば調光用シートして使用する場合、クロミック層は、さらに4価又は5価の遷移金属がドープされていることが好ましい。これにより、酸化タングステンにおけるタングステンの一部が4価又は5価の遷移金属と入れ替わることで結晶性が低下し、その結果、酸化タングステンの着色量がより増加し、より優れたフォトクロミック機能を有する。 Moreover, when using the chromic sheet which concerns on this embodiment, for example as a sheet for light control, it is preferable that the chromic layer is further doped with the tetravalent or pentavalent transition metal. Thereby, a part of tungsten in the tungsten oxide is replaced with a tetravalent or pentavalent transition metal, so that the crystallinity is lowered. As a result, the coloring amount of the tungsten oxide is further increased and the photochromic function is more excellent.
クロミック層は、酸化タングステンの着色量をより多くする点から、酸化タングステンに対して5.0モル%以下の4価又は5価の遷移金属がドープされてなることが好ましく、2.0モル%〜5.0モル%の4価又は5価の遷移金属がドープされてなることがより好ましい。ここで、4価又は5価の遷移金属が2.0モル%〜5.0モル%ドープされていることにより、フォトクロミック機能をより高めることができる。 The chromic layer is preferably doped with a tetravalent or pentavalent transition metal of 5.0 mol% or less with respect to tungsten oxide in order to increase the coloring amount of tungsten oxide, and is 2.0 mol%. More preferably, it is doped with ~ 5.0 mol% of tetravalent or pentavalent transition metal. Here, when the tetravalent or pentavalent transition metal is doped by 2.0 mol% to 5.0 mol%, the photochromic function can be further enhanced.
4価又は5価の遷移金属としては、特に限定されないが、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)等が挙げられ、中でも、チタン、ジルコニウムが好ましい。例えば、クロミック層が酸化チタン(TiO2)と酸化ジルコニウム(WO3)を含むことで、酸化チタンを含まない場合に比べて、フォトクロミック性能を向上させることができる。 The tetravalent or pentavalent transition metal is not particularly limited, and examples thereof include titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta). Is preferred. For example, when the chromic layer includes titanium oxide (TiO 2 ) and zirconium oxide (WO 3 ), the photochromic performance can be improved as compared with a case where the chromic layer does not include titanium oxide.
<第1実施形態に係るクロミックシートの製造方法>
第1実施形態に係るクロミックシートの製造方法は特に限定されないが、例えば、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材に対して、単にクロミック酸化物を含む粒子又はクロミック酸化物の前駆体を含む前駆体液を塗布して乾燥させる方法では、粒子が凝集するか、基材に対する密着性が乏しく、剥離し易いクロミック層が形成されてしまう。
しかし、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を予め親水化処理しておくことで、基材上にクロミック酸化物の前駆体を含む前駆体液を高い均一性で塗布してクロミック酸化物を合成することができ、クロミック酸化物を含む粒子の凝集が抑制されたクロミック層を好適に形成することができる。すなわち、第1実施形態に係るクロミックシートの好適な製造方法は、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の少なくとも一方の面を親水化処理する工程(以下、「親水化処理工程」と称する場合がある。)と、前記基材の親水化処理された面上にクロミック酸化物の前駆体を含む前駆体液を塗布して乾燥させることにより、前記基材上に前記クロミック酸化物を含むクロミック層を形成する工程(以下、「乾燥工程」と称する場合がある。)と、を有する方法である。
<The manufacturing method of the chromic sheet which concerns on 1st Embodiment>
Although the manufacturing method of the chromic sheet which concerns on 1st Embodiment is not specifically limited, For example, with respect to the base material containing the organic material which has a siloxane skeleton, the precursor containing the particle | grains containing a chromic oxide or the precursor of a chromic oxide only In the method of applying and drying the body fluid, the particles are aggregated or the adhesion to the substrate is poor, and a chromic layer that is easy to peel off is formed.
However, a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton is hydrophilized in advance, so that a precursor liquid containing a chromic oxide precursor is applied on the substrate with high uniformity to synthesize a chromic oxide. Therefore, a chromic layer in which aggregation of particles containing a chromic oxide is suppressed can be suitably formed. That is, a suitable method for producing a chromic sheet according to the first embodiment is a step of hydrophilizing at least one surface of a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton (hereinafter referred to as “hydrophilization processing step”). And a chromic layer containing the chromic oxide on the base material by applying a precursor liquid containing the chromic oxide precursor on the surface of the base material that has been hydrophilized and drying it. (Hereinafter, sometimes referred to as “drying process”).
(1−1)親水化処理工程
親水化処理工程では、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の少なくとも一方の面を親水化処理する。
シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を親水化処理する方法としては、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材に対し、クロミック層を形成する面を親水化できれば特に限定されないが、好ましい方法として、前記基材の少なくとも一方の面に過酸化水素を含む処理液を接触させる工程(以下、「酸処理工程」と称する場合がある。)、又は、前記基材の少なくとも一方の面にN−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミドをグラフト重合させる工程(以下、「グラフト重合工程」と称する場合がある。)が挙げられる。
(1-1) Hydrophilization treatment step In the hydrophilization treatment step, at least one surface of a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton is subjected to a hydrophilic treatment.
The method for hydrophilizing a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton is not particularly limited as long as the surface on which the chromic layer is formed can be made hydrophilic with respect to the substrate containing an organic material having a siloxane skeleton, , A step of bringing a treatment liquid containing hydrogen peroxide into contact with at least one surface of the substrate (hereinafter sometimes referred to as “acid treatment step”), or N— on at least one surface of the substrate. Examples include a step of graft polymerization of (2-hydroxyethyl) acrylamide (hereinafter sometimes referred to as “graft polymerization step”).
(1−1A)酸処理工程
シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の少なくとも一方の面に過酸化水素を含む処理液を接触させることで親水化させることができる。
(1-1A) Acid treatment step Hydrophilization can be achieved by bringing a treatment liquid containing hydrogen peroxide into contact with at least one surface of a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton.
例えば、過酸化水素を含む水溶液中にシロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を浸漬させることで基材の表面を容易に親水化させることができる。水溶液中の過酸化水素の濃度は、例えば1.0〜8.0mol/Lである。なお、水溶液中には、過酸化水素のほかに、親水化を促進させるために塩酸を添加しておくことが好ましい。処理液中の塩酸の濃度は0.1〜2.0mol/Lである。 For example, the surface of the substrate can be easily hydrophilized by immersing the substrate including an organic material having a siloxane skeleton in an aqueous solution containing hydrogen peroxide. The concentration of hydrogen peroxide in the aqueous solution is, for example, 1.0 to 8.0 mol / L. In addition to hydrogen peroxide, hydrochloric acid is preferably added to the aqueous solution in order to promote hydrophilicity. The concentration of hydrochloric acid in the treatment liquid is 0.1 to 2.0 mol / L.
有機材料を含む基材を、過酸化水素を含む(好ましくは塩酸も含む)処理液中に所定時間浸漬させることで、基材の表面を容易に親水化させることができる。
浸漬時間としては、処理液中の塩酸及び過酸化水素の濃度等にもよるが、例えば、10〜48時間が挙げられる。
また、親水化を促進させるため、浸漬中、処理液を加温(例えば、30〜80℃)することも好ましい。
By immersing a base material containing an organic material in a treatment solution containing hydrogen peroxide (preferably containing hydrochloric acid) for a predetermined time, the surface of the base material can be easily hydrophilized.
As immersion time, although depending on the concentration of hydrochloric acid and hydrogen peroxide in the treatment liquid, for example, 10 to 48 hours may be mentioned.
Moreover, in order to accelerate | stimulate hydrophilization, it is also preferable to heat a process liquid (for example, 30-80 degreeC) during immersion.
また、過酸化水素水中にシロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を浸漬させると、基材の表面から気泡が発生してそのまま長時間付着すると、気泡が付着している箇所と付着していない箇所で親水性のバラツキが大きくなる可能性がある。そのため、基材を過酸化水素水中に浸漬させている間は振動を加えて気泡が基材表面に長時間付着することを抑制することが好ましい。 In addition, when a base material containing an organic material having a siloxane skeleton is immersed in hydrogen peroxide water, bubbles are generated from the surface of the base material and adhered as it is for a long time. There is a possibility that the variation in hydrophilicity will increase at certain locations. Therefore, it is preferable to prevent the bubbles from adhering to the substrate surface for a long time by applying vibration while the substrate is immersed in the hydrogen peroxide solution.
シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を過酸化水素水中に所定時間浸漬した後、基材を水等で洗浄して乾燥させる。 After a base material containing an organic material having a siloxane skeleton is immersed in hydrogen peroxide water for a predetermined time, the base material is washed with water or the like and dried.
(1−1B)グラフト重合工程
シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の少なくとも一方の面にN−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド(以下、「HEAAm」と称する場合がある。)をグラフト重合させることで親水化させることもできる。HEAAmは、酸と熱に強く、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の表面にグラフト重合して基材の表面を修飾し易い。
(1-1B) Graft Polymerization Step N- (2-hydroxyethyl) acrylamide (hereinafter sometimes referred to as “HEAAm”) is graft-polymerized on at least one surface of a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton. It can also be made hydrophilic. HEAAm is resistant to acid and heat, and is easy to modify the surface of the substrate by graft polymerization onto the surface of the substrate containing an organic material having a siloxane skeleton.
例えば、ガラス容器内にシロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を配置し、ガラス容器中にベンゾフェノンを含むアセトン溶液を入れて基材の表面を洗浄する。 For example, a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton is placed in a glass container, and an acetone solution containing benzophenone is placed in the glass container to clean the surface of the substrate.
乾燥後、HEAAm水溶液をガラス容器中に入れる。水溶液中のHEAAmの濃度は、例えば、0.5〜3.0mol/Lである。 After drying, the HEAAm aqueous solution is placed in a glass container. The concentration of HEAAm in the aqueous solution is, for example, 0.5 to 3.0 mol / L.
次いで、ガラス容器ごと、脱酸素剤を入れた密閉容器内に収容して酸素を脱気する。
脱気後、乾燥炉内で加熱(例えば、40〜60℃、1〜4時間)する。
Next, each glass container is housed in a sealed container containing an oxygen scavenger to deaerate oxygen.
After deaeration, heating is performed in a drying furnace (for example, 40 to 60 ° C., 1 to 4 hours).
加熱後、紫外線照射(例えば、波長365nm、照射時間5〜30分)を行って、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の表面にHEAAmをグラフト重合させる。
紫外線照射後、水で洗浄して乾燥させる。これにより、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の表面にHEAAmがグラフト重合され、基材の表面にはHEAAmがグラフト重合した親水性の膜が形成される。
After heating, ultraviolet irradiation (for example, wavelength 365 nm, irradiation time 5 to 30 minutes) is performed, and HEAAm is graft-polymerized on the surface of the base material containing an organic material having a siloxane skeleton.
After UV irradiation, wash with water and dry. Thereby, HEAAm is graft-polymerized on the surface of the base material containing an organic material having a siloxane skeleton, and a hydrophilic film in which HEAAm is graft-polymerized is formed on the surface of the base material.
(1−2)乾燥工程
前記基材の親水化処理された面上にクロミック酸化物の前駆体を含む前駆体液を塗布して乾燥させることにより、前記基材上に前記クロミック酸化物を含むクロミック層を形成する。
(1-2) Drying step A chromic oxide containing the chromic oxide on the substrate is obtained by applying a precursor liquid containing a chromic oxide precursor on the surface of the substrate that has been subjected to a hydrophilic treatment, followed by drying. Form a layer.
−前駆体液の調製−
まず、クロミック酸化物(酸化タングステン)の前駆体としてタングステン成分を含むゾル溶液を準備する。例えば、タングステン成分を溶媒に加えて溶解、あるいは必要に応じて反応させることにより、タングステン成分を含むゾル溶液を調製できる。
-Preparation of precursor liquid-
First, a sol solution containing a tungsten component is prepared as a precursor of chromic oxide (tungsten oxide). For example, a sol solution containing a tungsten component can be prepared by adding the tungsten component to a solvent and dissolving it or reacting it if necessary.
タングステン成分としては、タングステン単体又はハロゲン化タングステン、タングステンアルコキシド、水酸化タングステン、タングステン酸等のタングステン化合物が挙げられる。 Examples of the tungsten component include tungsten alone or tungsten compounds such as tungsten halide, tungsten alkoxide, tungsten hydroxide, and tungstic acid.
タングステン成分を溶解させる溶媒としては、特に限定されず、有機溶媒、水等が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、アルコール系、ケトン系、エーテル系等が挙げられるが、より具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等が挙げられる。なお、溶媒は、一種であってもよく、二種以上を併用してもよい。また、酸、塩基などを溶媒に添加してもよい。 The solvent for dissolving the tungsten component is not particularly limited, and examples thereof include an organic solvent and water. Examples of the organic solvent include alcohols, ketones, ethers, and the like. More specifically, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ether, dipropyl ether, Tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and the like can be mentioned. In addition, a solvent may be 1 type and may use 2 or more types together. In addition, an acid, a base, or the like may be added to the solvent.
前述の溶媒はタングステン単体、ハロゲン化タングステンなどのタングステン成分と反応するものであってもよく、例えば、タングステン成分がハロゲン化タングステン(例えば、六塩化タングステン)である場合、溶媒としては、基材に対する塗布容易性等の観点から、アルコール系溶媒が好ましく、エタノール又はブタノールがより好ましく、tert−ブタノールが特に好ましい。ハロゲン化タングステンをアルコールに溶解させることにより、ハロゲンが解離し、アルコールとタングステンイオンが反応してタングステンアルコキシドとなることが推測される。また、タングステン成分がハロゲン化タングステン(例えば、六塩化タングステン)である場合、ハロゲン化タングステンと酸素との反応を抑制する点から、窒素ガス雰囲気中やアルゴン等の希ガス雰囲気中でハロゲン化タングステンをアルコールに溶解させることが好ましい。 The aforementioned solvent may react with a tungsten component such as tungsten alone or tungsten halide. For example, when the tungsten component is tungsten halide (eg, tungsten hexachloride), From the viewpoint of ease of application, etc., alcohol solvents are preferred, ethanol or butanol is more preferred, and tert-butanol is particularly preferred. It is presumed that by dissolving tungsten halide in alcohol, the halogen is dissociated and the alcohol and tungsten ions react to form tungsten alkoxide. In addition, when the tungsten component is tungsten halide (for example, tungsten hexachloride), tungsten halide is used in a nitrogen gas atmosphere or a rare gas atmosphere such as argon in order to suppress the reaction between the tungsten halide and oxygen. It is preferable to dissolve in alcohol.
また、第1実施形態に係るクロミックシートを水素ガスセンサー用シートとして用いる場合は、クロミック層には水素分子を解離させるために白金(Pt)を含有させることが好ましい。そこで、クロミック層を形成するための前駆体液(ゾル溶液)には、白金成分として、例えば、塩化白金酸を添加することが好ましい。
ゾル溶液中の白金とタングステンの比率(モル比)は、例えば、1:1〜1:100である。
Moreover, when using the chromic sheet | seat which concerns on 1st Embodiment as a sheet | seat for hydrogen gas sensors, it is preferable to contain platinum (Pt) in order to dissociate a hydrogen molecule in a chromic layer. Therefore, for example, chloroplatinic acid is preferably added as a platinum component to the precursor liquid (sol solution) for forming the chromic layer.
The ratio (molar ratio) between platinum and tungsten in the sol solution is, for example, 1: 1 to 1: 100.
なお、第1実施形態に係るクロミックシートを調光用シートとして用いる場合は、タングステン成分を含むゾル溶液は、4価又は5価の遷移金属成分を含んでいてもよい。これにより、クロミック層を形成する酸化タングステンにおけるタングステンの一部が4価又は5価の遷移金属と入れ替わることにより結晶性が低下し、その結果、酸化タングステンの着色量がより増加し、より優れたフォトクロミック機能を有するクロミック層を形成することができる。 In addition, when using the chromic sheet | seat which concerns on 1st Embodiment as a sheet | seat for light control, the sol solution containing a tungsten component may contain the tetravalent or pentavalent transition metal component. Thereby, a part of tungsten in the tungsten oxide forming the chromic layer is replaced with a tetravalent or pentavalent transition metal, so that the crystallinity is lowered, and as a result, the coloring amount of tungsten oxide is further increased and more excellent. A chromic layer having a photochromic function can be formed.
タングステン成分及び4価又は5価の遷移金属成分を含むゾル溶液は、例えば、4価又は5価の遷移金属、あるいは、4価又は5価の遷移金属のハロゲン化物、アルコキシド、水酸化物を前述の溶媒に溶解させて溶液とし、この溶液をタングステン成分を含むゾル溶液と混合して調製すればよい。 The sol solution containing a tungsten component and a tetravalent or pentavalent transition metal component includes, for example, a tetravalent or pentavalent transition metal, or a halide, alkoxide, or hydroxide of a tetravalent or pentavalent transition metal. It is sufficient to prepare a solution by dissolving it in the above solvent and mixing this solution with a sol solution containing a tungsten component.
タングステン成分及び4価又は5価の遷移金属成分を含むゾル溶液は、形成されるクロミック層における酸化タングステンの着色量をより多くする点から、4価又は5価の遷移金属成分を、タングステン成分に対して5.0モル%以下含むことが好ましく、1.0モル%〜5.0モル%含むことがより好ましい。なお、ゾル溶液中の4価又は5価の遷移金属成分の濃度は、クロミック層における4価又は5価の遷移金属のドープ量に対応する。また、クロミック層における4価又は5価の遷移金属のドープ量は、例えば、X線回折測定における回折強度やICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析によって判断することができる。 The sol solution containing a tungsten component and a tetravalent or pentavalent transition metal component converts the tetravalent or pentavalent transition metal component into a tungsten component from the viewpoint of increasing the amount of tungsten oxide coloring in the formed chromic layer. It is preferable to contain 5.0 mol% or less with respect to 1.0 mol%-5.0 mol% more preferable. The concentration of the tetravalent or pentavalent transition metal component in the sol solution corresponds to the doping amount of the tetravalent or pentavalent transition metal in the chromic layer. The dope amount of the tetravalent or pentavalent transition metal in the chromic layer can be determined by, for example, diffraction intensity in X-ray diffraction measurement or ICP (inductively coupled plasma) emission spectroscopic analysis.
−塗布−
次に、調製したタングステン成分及び白金成分を含むゾル溶液を、親水化処理された基材の表面に塗布する。ゾル溶液を基材に塗布する方法は特に限定されず、ディップコート法、スピンコート法、ロールコート法などが挙げられる。
-Application-
Next, the prepared sol solution containing the tungsten component and the platinum component is applied to the surface of the substrate subjected to the hydrophilic treatment. The method for applying the sol solution to the substrate is not particularly limited, and examples thereof include a dip coating method, a spin coating method, and a roll coating method.
−乾燥−
タングステン成分及び白金成分を含むゾル溶液を、親水化処理された基材の表面に塗布した後、基材に塗布されたゾル溶液を乾燥してゲル層(クロミック層)とする。
タングステン成分を含むゾル溶液を乾燥することで、ゾル溶液中の溶媒は揮発し、さらに、タングステンアルコキシドなどのタングステン成分は加水分解、縮重合等の化学反応を経て酸化タングステン(WO3)となり、また、白金成分は乾燥時の還元雰囲気により白金単体粒子として析出し、ゲル状の層(クロミック層)が形成される。
-Drying-
A sol solution containing a tungsten component and a platinum component is applied to the surface of the substrate that has been subjected to a hydrophilic treatment, and then the sol solution applied to the substrate is dried to form a gel layer (chromic layer).
By drying the sol solution containing the tungsten component, the solvent in the sol solution is volatilized, and further, the tungsten component such as tungsten alkoxide is converted into tungsten oxide (WO 3 ) through a chemical reaction such as hydrolysis and condensation polymerization. The platinum component is precipitated as platinum single particles in a reducing atmosphere during drying, and a gel-like layer (chromic layer) is formed.
基材に塗布されたゾル溶液を乾燥するときの乾燥温度や乾燥時間は、酸化タングステンの前駆体が酸化タングステン(WO3)に転化する温度及び時間とするが、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材の耐熱性も考慮して設定すればよい。例えば、ジメチルポリシロキサンの耐熱性は250℃程度あるため、乾燥温度は100℃〜250℃が好ましく、乾燥時間は3分〜10分が好ましい。 The drying temperature and drying time when the sol solution applied to the substrate is dried are the temperature and time at which the tungsten oxide precursor is converted to tungsten oxide (WO 3 ), but includes an organic material having a siloxane skeleton. What is necessary is just to set also considering the heat resistance of a base material. For example, since the heat resistance of dimethylpolysiloxane is about 250 ° C, the drying temperature is preferably 100 ° C to 250 ° C, and the drying time is preferably 3 minutes to 10 minutes.
親水化処理された基材にゾル溶液を塗布した後、加熱乾燥することで酸化タングステンの前駆体を酸化タングステンに転化させるが、ジメチルポリシロキサンの耐熱性(250℃程度)から、基材としてガラス基板を用いた場合のように250℃を超える高温での加熱を行うことができない。そこで、親水化処理された基材に形成した塗布膜に対して、例えば、塩酸水溶液を滴下して反応を促進させることが好ましい。塗布膜に塩酸水溶液を滴下することで、酸化タングステン(WO3)の含水物となり、その後、比較的低温でも酸化タングステン(WO3)の膜(クロミック層)を形成することができる。 After applying the sol solution to the hydrophilized base material, the precursor of tungsten oxide is converted to tungsten oxide by heating and drying. However, due to the heat resistance of dimethylpolysiloxane (about 250 ° C), glass is used as the base material. Heating at a high temperature exceeding 250 ° C. cannot be performed as in the case of using a substrate. Therefore, it is preferable to promote the reaction by dropping, for example, an aqueous hydrochloric acid solution onto the coating film formed on the hydrophilically treated substrate. By dropping an aqueous hydrochloric acid solution onto the coating film, a hydrated tungsten oxide (WO 3 ) is obtained, and thereafter a tungsten oxide (WO 3 ) film (chromic layer) can be formed even at a relatively low temperature.
クロミック層の厚さは、基材に塗布するゾル溶液の量や濃度を調整することにより適宜設定できる。
また、塗布及び乾燥は複数回繰り返してもよく、例えば、親水化処理した基材上に形成したゲル層上にタングステン成分等を含むゾル溶液を塗布し、塗布したゾル溶液を乾燥させてゲル状の層(クロミック層)をさらに積層してもよい。塗布及び乾燥を複数回繰り返すことで基材の単位面積当たりのクロミック酸化物の含有量が増加し、クロミック機能を向上させることができる。
The thickness of the chromic layer can be appropriately set by adjusting the amount and concentration of the sol solution applied to the substrate.
The application and drying may be repeated a plurality of times. For example, a sol solution containing a tungsten component or the like is applied onto a gel layer formed on a hydrophilized substrate, and the applied sol solution is dried to form a gel. These layers (chromic layer) may be further laminated. By repeating the application and drying a plurality of times, the content of the chromic oxide per unit area of the substrate increases, and the chromic function can be improved.
また、上記のようにシロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を親水化処理した後、ゾル−ゲル法によりクロミック層を形成すれば、スパッタリング法、真空蒸着法などを用いた場合と異なり、多孔質のクロミック層を形成することができ、クロミック性能に優れるクロミックシートを製造することができる。
また、ゾル−ゲル法でクロミック層を形成することで、クロミックシートの大型化を図ることもできる。
In addition, if a chromic layer is formed by a sol-gel method after hydrophilizing a base material containing an organic material having a siloxane skeleton as described above, it is different from the case of using a sputtering method, a vacuum deposition method, etc. A high quality chromic layer can be formed, and a chromic sheet excellent in chromic performance can be produced.
Moreover, the enlargement of a chromic sheet | seat can also be aimed at by forming a chromic layer by a sol-gel method.
<第2実施形態に係るクロミックシート>
図2は、第2実施形態に係るクロミックシートの構成の一例を示している。第2実施形態に係るクロミックシート20は、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材22中にクロミック酸化物を含む粒子24が分散している構成を有する。
第2実施形態に係るクロミックシートでも、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を用いているため、柔軟性を有し、クロミック酸化物の光触媒作用による劣化が生じ難く、ガス透過性にも優れている。そのため、第2実施形態に係るクロミックシートは、例えばジメチルポリシロキサンを含む基材中に酸化タングステン(WO3)粒子が分散している構成を有することで、紫外線照射によって変色し、フォトクロミックシート(調光シート)として使用するこができる。また、例えばジメチルポリシロキサンを含む基材中に白金(Pt)と酸化タングステン(WO3)を含む粒子(Pt/WO3粒子)が分散している構成を有していれば、水素ガスが基材中に侵入したときに青色に変色するため、ガスクロミックシートとして使用することができる。
<Chromic sheet according to the second embodiment>
FIG. 2 shows an example of the configuration of the chromic sheet according to the second embodiment. The chromic sheet 20 according to the second embodiment has a configuration in which particles 24 containing a chromic oxide are dispersed in a base material 22 containing an organic material having a siloxane skeleton.
Even in the chromic sheet according to the second embodiment, since a base material including an organic material having a siloxane skeleton is used, the chromic sheet has flexibility, hardly deteriorates due to the photocatalytic action of the chromic oxide, and has excellent gas permeability. ing. Therefore, the chromic sheet according to the second embodiment has a configuration in which tungsten oxide (WO 3 ) particles are dispersed in a base material containing, for example, dimethylpolysiloxane. It can be used as a light sheet. For example, if the base material containing dimethylpolysiloxane has a configuration in which particles (Pt / WO 3 particles) containing platinum (Pt) and tungsten oxide (WO 3 ) are dispersed, the hydrogen gas is based. Since it turns blue when it enters the material, it can be used as a gaschromic sheet.
第2実施形態に係るクロミックシートに含まれる「シロキサン骨格を有する有機材料」及び「クロミック酸化物」は、それぞれ第1実施形態で説明した材料と同様であり、ここでの説明は省略する。 The “organic material having a siloxane skeleton” and the “chromic oxide” included in the chromic sheet according to the second embodiment are the same as the materials described in the first embodiment, and description thereof is omitted here.
クロミック酸化物を含む粒子の粒径は特に限定されないが、10nm〜60nmであることが好ましい。クロミック酸化物を含む粒子の粒径は、クロミック酸化物を含む粒子の製造に用いる原料の粒径、粉砕、篩分などによって調整することができる。 The particle diameter of the particles containing the chromic oxide is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 60 nm. The particle size of the particles containing the chromic oxide can be adjusted by the particle size, pulverization, sieving, etc. of the raw material used for the production of the particles containing the chromic oxide.
クロミックシートにおけるクロミック酸化物を含む粒子の含有量は用途に応じて選択すればよいが、クロミック機能を高める点から、例えば、0.1〜30質量%である。 Although content of the particle | grains containing the chromic oxide in a chromic sheet should just be selected according to a use, it is 0.1-30 mass% from the point which improves a chromic function, for example.
クロミックシートの厚さは特に限定されないが、柔軟性を有するとともにクロミック機能を高める点から、50μm〜5mmが好ましい。 Although the thickness of a chromic sheet is not specifically limited, 50 micrometers-5 mm are preferable from the point which has a softness | flexibility and improves a chromic function.
第2実施形態に係るクロミックシートは、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中にクロミック酸化物を含む粒子が分散しているため、例えば基材中に水素ガスが侵入し、Ptによって水素イオンの解離によって生じる電子によりタングステンが還元されて青色に変色する。一方、基材中で生成した水素イオンは酸素と反応して水として放出される。第2実施形態に係るクロミックシートは、基材に水素ガスが侵入することで変色するが、水素ガスが排出されるまでに時間を要するため、メモリー性の高いガスセンサーとして使用することができる。 In the chromic sheet according to the second embodiment, since particles containing a chromic oxide are dispersed in a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton, for example, hydrogen gas penetrates into the substrate and hydrogen ions are introduced by Pt. Tungsten is reduced by the electrons generated by the dissociation of blue and turns blue. On the other hand, hydrogen ions generated in the substrate react with oxygen and are released as water. The chromic sheet according to the second embodiment discolors when hydrogen gas enters the base material. However, since it takes time until the hydrogen gas is discharged, it can be used as a gas sensor with high memory properties.
<第2実施形態に係るクロミックシートの製造方法>
第2実施形態に係るクロミックシートの製造方法は特に限定されないが、例えば、シロキサン骨格を有する有機材料とクロミック酸化物を含む粒子を単に混合した分散液をシート状に成形して硬化させる方法では、粒子が凝集するなどして基材中に分散させることは困難である。
しかし、シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料、クロミック酸化物を含む粒子及び溶媒を混合して、ビーズミル等によって分散処理を施すことにより前記クロミック酸化物を含む粒子が分散した分散液を得て、分散液に前記シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料を硬化させる硬化剤を添加し、シート状に成形することにより、シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中にクロミック酸化物を含む粒子が分散したクロミックシートが得られる。
すなわち、第2実施形態に係るクロミックシートの好適な製造方法は、シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料、クロミック酸化物を含む粒子及び溶媒を含み、前記クロミック酸化物を含む粒子が分散した分散液を準備する工程(以下、「分散液準備工程」と称する場合がある。)と、前記分散液に前記シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料を硬化させる硬化剤を添加してシート状に成形することにより、前記シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中に前記クロミック酸化物を含む粒子が分散したクロミックシートを形成する工程(以下、「成形工程」と称する場合がある。)と、を有する方法である。
<The manufacturing method of the chromic sheet which concerns on 2nd Embodiment>
The method for producing a chromic sheet according to the second embodiment is not particularly limited. For example, in a method of forming a sheet of a dispersion liquid obtained by simply mixing an organic material having a siloxane skeleton and a chromic oxide and curing the sheet, It is difficult to disperse the particles in the substrate due to aggregation of the particles.
However, an uncured organic material having a siloxane skeleton, particles containing a chromic oxide and a solvent are mixed, and dispersion treatment is performed by a bead mill or the like to obtain a dispersion in which the particles containing the chromic oxide are dispersed, By adding a curing agent for curing the uncured organic material having the siloxane skeleton to the dispersion, and forming into a sheet shape, particles containing the chromic oxide are dispersed in the substrate containing the organic material having the siloxane skeleton. Chromic sheet is obtained.
That is, a suitable method for producing a chromic sheet according to the second embodiment includes an uncured organic material having a siloxane skeleton, particles containing a chromic oxide, and a solvent, in which the particles containing the chromic oxide are dispersed. And a curing agent that cures the uncured organic material having the siloxane skeleton is added to the dispersion to form a sheet. And a step of forming a chromic sheet in which particles containing the chromic oxide are dispersed in a base material containing an organic material having the siloxane skeleton (hereinafter sometimes referred to as a “molding step”). Is the method.
(2−1)分散液準備工程
分散液準備工程では、シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料、クロミック酸化物を含む粒子及び溶媒を含み、前記クロミック酸化物を含む粒子が分散した分散液を準備する。
クロミック酸化物を含む粒子は、市販されているものを用いてもよいし、合成したものを使用してもよい。
(2-1) Dispersion Preparation Step In the dispersion preparation step, an uncured organic material having a siloxane skeleton, particles containing a chromic oxide and a solvent are prepared, and a dispersion in which the particles containing the chromic oxide are dispersed is prepared. To do.
As the particles containing the chromic oxide, commercially available particles may be used, or synthesized particles may be used.
−クロミック酸化物を含む粒子の製造−
クロミック酸化物を含む粒子を製造する場合、例えば、ゾルゲル法によって製造することができる。クロミック酸化物を含む粒子は用途等に応じて選択すればよいが、ここでは酸化タングステン及び白金を含む粒子(Pt/WO3粒子)を製造する場合について説明する。
-Production of particles containing chromic oxide-
When manufacturing the particle | grains containing a chromic oxide, it can manufacture by a sol gel process, for example. The particles containing the chromic oxide may be selected depending on the application and the like. Here, the case of producing particles containing tungsten oxide and platinum (Pt / WO 3 particles) will be described.
まず、クロミック酸化物を含む粒子(酸化タングステン粒子)の前駆体としてタングステン成分を含むゾル溶液を準備する。例えば、タングステン成分を溶媒に加えて溶解、あるいは必要に応じて反応させることにより、タングステン成分を含むゾル溶液を調製できる。 First, a sol solution containing a tungsten component is prepared as a precursor of particles containing chromic oxide (tungsten oxide particles). For example, a sol solution containing a tungsten component can be prepared by adding the tungsten component to a solvent and dissolving it or reacting it if necessary.
タングステン成分としては、タングステン単体又はハロゲン化タングステン、タングステンアルコキシド、水酸化タングステン、タングステン酸等のタングステン化合物が挙げられる。 Examples of the tungsten component include tungsten alone or tungsten compounds such as tungsten halide, tungsten alkoxide, tungsten hydroxide, and tungstic acid.
タングステン成分を溶解させる溶媒としては、特に限定されず、有機溶媒、水等が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、アルコール系、ケトン系、エーテル系等が挙げられるが、より具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等が挙げられる。なお、溶媒は、一種であってもよく、二種以上を併用してもよい。また、酸、塩基などを溶媒に添加してもよい。 The solvent for dissolving the tungsten component is not particularly limited, and examples thereof include an organic solvent and water. Examples of the organic solvent include alcohols, ketones, ethers, and the like. More specifically, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ether, dipropyl ether, Tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and the like can be mentioned. In addition, a solvent may be 1 type and may use 2 or more types together. In addition, an acid, a base, or the like may be added to the solvent.
ここで、前述の溶媒はタングステン単体、ハロゲン化タングステンなどのタングステン成分と反応するものであってもよく、例えば、タングステン成分がハロゲン化タングステン(例えば、六塩化タングステン)である場合、溶媒としては、アルコール系溶媒が好ましい。ハロゲン化タングステンをアルコールに溶解させることにより、ハロゲンが解離し、アルコールとタングステンイオンが反応してタングステンアルコキシドとなることが推測される。また、タングステン成分がハロゲン化タングステン(例えば、六塩化タングステン)である場合、ハロゲン化タングステンと酸素との反応を抑制する点から、窒素ガス雰囲気中やアルゴン等の希ガス雰囲気中でハロゲン化タングステンをアルコールに溶解させることが好ましい。 Here, the above-mentioned solvent may react with a tungsten component such as tungsten alone or tungsten halide. For example, when the tungsten component is tungsten halide (for example, tungsten hexachloride), Alcohol solvents are preferred. It is presumed that by dissolving tungsten halide in alcohol, the halogen is dissociated and the alcohol and tungsten ions react to form tungsten alkoxide. In addition, when the tungsten component is tungsten halide (for example, tungsten hexachloride), tungsten halide is used in a nitrogen gas atmosphere or a rare gas atmosphere such as argon in order to suppress the reaction between the tungsten halide and oxygen. It is preferable to dissolve in alcohol.
また、白金粒子の前駆体として白金成分を含むゾル溶液を準備する。例えば、白金成分を溶媒に加えて溶解、あるいは必要に応じて反応させることにより、白金成分を含むゾル溶液を調製できる。白金成分としては、例えば、塩化白金酸を用いることができ、溶媒としては、アルコール系溶媒が好ましい。塩化白金酸をアルコールに溶解させることにより、塩素が解離し白金イオンの状態で溶液中に存在する。また、白金成分が塩化白金酸である場合、塩化白金酸と、雰囲気中の水や酸素との反応を抑制する点から、窒素ガス雰囲気中やアルゴン等の希ガス雰囲気中でハロゲン化タングステンをアルコールに溶解させることが好ましい。 Also, a sol solution containing a platinum component is prepared as a precursor of platinum particles. For example, a sol solution containing a platinum component can be prepared by adding a platinum component to a solvent and dissolving or reacting as necessary. As the platinum component, for example, chloroplatinic acid can be used, and the solvent is preferably an alcohol solvent. By dissolving chloroplatinic acid in alcohol, chlorine dissociates and exists in the solution in the form of platinum ions. In addition, when the platinum component is chloroplatinic acid, tungsten halide is alcoholized in a nitrogen gas atmosphere or a rare gas atmosphere such as argon in order to suppress the reaction between chloroplatinic acid and water or oxygen in the atmosphere. It is preferable to dissolve in.
タングステン成分(酸化タングステン前駆体)を含む前駆体溶液と白金成分(白金前駆体)を含む前駆体溶液をそれぞれ調製した後、これらを混合してPt/WO3前駆体溶液(ゾル溶液)を得る。
Pt/WO3前駆体溶液中の白金とタングステンの比率(モル比)は、例えば、1:10〜1:20,000である。
After preparing a precursor solution containing a tungsten component (tungsten oxide precursor) and a precursor solution containing a platinum component (platinum precursor), they are mixed to obtain a Pt / WO 3 precursor solution (sol solution). .
The ratio (molar ratio) of platinum and tungsten in the Pt / WO 3 precursor solution is, for example, 1:10 to 1: 20,000.
Pt/WO3前駆体溶液を熱処理することでPt/WO3を含む固形物を得ることができる。
熱処理は、例えば、40〜800℃、1〜100時間行う。異なる温度で複数段階に分けて熱処理を行ってもよい。例えば、第1熱処理工程として40〜70℃で加熱して溶媒を揮発させた後、第2熱処理工程として400〜800℃で加熱してPt/WO3前駆体をPt/WO3に転化させてもよい。熱処理工程を経て、Pt/WO3を含む固形物を得た後、ビーズミル等の粉砕手段によって粉砕することでPt/WO3粒子を得ることができる。
A solid containing Pt / WO 3 can be obtained by heat-treating the Pt / WO 3 precursor solution.
The heat treatment is performed, for example, at 40 to 800 ° C. for 1 to 100 hours. The heat treatment may be performed in multiple stages at different temperatures. For example, after the solvent is evaporated by heating at 40 to 70 ° C. as the first heat treatment step, the Pt / WO 3 precursor is converted to Pt / WO 3 by heating at 400 to 800 ° C. as the second heat treatment step. Also good. After obtaining a solid containing Pt / WO 3 through a heat treatment step, Pt / WO 3 particles can be obtained by pulverization by a pulverizing means such as a bead mill.
一方、シロキサン骨格を有する未硬化(液状、ゲル状等)の有機材料としては、硬化剤との反応によって硬化してシロキサン骨格を有する有機材料を含む基材が形成される材料を用いればよい。市販品を用いてもよく、シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料と硬化剤とを組み合わせた市販として、例えば、SYLGARD 184(登録商標、東レ・ダウコーニング社)を好適に用いることができる。 On the other hand, as an uncured (liquid, gel-like, etc.) organic material having a siloxane skeleton, a material that is cured by a reaction with a curing agent to form a base material containing an organic material having a siloxane skeleton may be used. A commercially available product may be used, and SYLGARD 184 (registered trademark, Toray Dow Corning Co., Ltd.) can be suitably used as a commercially available combination of an uncured organic material having a siloxane skeleton and a curing agent.
例えば、シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料と、Pt/WO3粉末と、溶媒とを混合して分散処理を行う。
ここで用いる溶媒としては、アルコール系溶媒が好ましく、粘性を低下させる観点から、tert−ブタノールがより好ましい。
また、Pt/WO3粒子が分散した分散液が得られれば分散処理は特に限定されず、例えば、ボールミル、ジェットミル、ビーズミル、コロイドミル、コニカルミル、ディスクミル等などによる撹拌混合が挙げられる。
For example, an uncured organic material having a siloxane skeleton, Pt / WO 3 powder, and a solvent are mixed to perform dispersion treatment.
As the solvent used here, an alcohol solvent is preferable, and tert-butanol is more preferable from the viewpoint of reducing the viscosity.
Further, the dispersion treatment is not particularly limited as long as a dispersion liquid in which Pt / WO 3 particles are dispersed is obtained, and examples thereof include stirring and mixing by a ball mill, a jet mill, a bead mill, a colloid mill, a conical mill, a disk mill, and the like.
分散処理によってPt/WO3粒子が分散した懸濁液を得た後、遠心分離を行うことで、沈殿物と、シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料、クロミック酸化物を含む粒子及び溶媒を含む分散液が得られる。 After obtaining a suspension in which Pt / WO 3 particles are dispersed by a dispersion treatment, centrifugation is performed, thereby including a precipitate, an uncured organic material having a siloxane skeleton, particles containing a chromic oxide, and a solvent. A dispersion is obtained.
(2−2)成形工程
成形工程では、前記分散液に前記シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料を硬化させる硬化剤を添加してシート状に成形することにより、前記シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中に前記クロミック酸化物を含む粒子が分散したクロミックシートを形成する。
(2-2) Molding step In the molding step, an organic material having the siloxane skeleton is formed by adding a curing agent that cures the uncured organic material having the siloxane skeleton to the dispersion and molding the dispersion into a sheet shape. A chromic sheet is formed in which particles containing the chromic oxide are dispersed in a substrate.
前記遠心分離後の分散液を抽出し、撹拌及び加熱するとともに硬化剤を添加する。
次いで、硬化剤を添加した分散液を、例えば所望の形状を有する型に流し込んでシート状に成形し、脱気した後、熱処理して硬化させる。
熱処理は、使用するシロキサン骨格を有する有機材料の種類にもよるが、ジメチルポリシロキサンであれば、例えば、40〜120℃、30分〜10時間行う。温度を変えて複数段階に分けて熱処理を行ってもよい。例えば、第1熱処理工程として40〜60℃で加熱して溶媒を揮発させた後、第2熱処理工程として80〜120℃で加熱する。熱処理によって硬化させることでシロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中にPt/WO3粒子が分散したクロミックシートが得られる。
The centrifuged dispersion is extracted, stirred and heated, and a curing agent is added.
Next, the dispersion liquid to which the curing agent is added is poured into a mold having a desired shape, formed into a sheet shape, deaerated, and then cured by heat treatment.
The heat treatment depends on the type of organic material having a siloxane skeleton to be used, but is dimethylpolysiloxane, for example, 40 to 120 ° C., 30 minutes to 10 hours. The heat treatment may be performed in a plurality of stages by changing the temperature. For example, the first heat treatment step is heated at 40 to 60 ° C. to volatilize the solvent, and then the second heat treatment step is heated at 80 to 120 ° C. By curing by heat treatment, a chromic sheet in which Pt / WO 3 particles are dispersed in a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton is obtained.
<第3実施形態に係るクロミックシート>
第3実施形態に係るクロミックシートは、樹脂基材の面上に、シロキサン骨格を有する有機材料にクロミック酸化物を含む粒子が分散しているクロミック層が積層されている構成を有する。
<Chromic sheet according to the third embodiment>
The chromic sheet according to the third embodiment has a configuration in which a chromic layer in which particles containing a chromic oxide are dispersed in an organic material having a siloxane skeleton is laminated on the surface of a resin base material.
(樹脂基材)
第3実施形態に係るクロミックシートは、基材としてシロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を用いる必要はなく、光透過性を有する他の樹脂からなる基材を用いることができる。例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリイミド等の透明樹脂基材を用いることができる。
(Resin base material)
In the chromic sheet according to the third embodiment, it is not necessary to use a base material containing an organic material having a siloxane skeleton as a base material, and a base material made of another resin having optical transparency can be used. For example, a transparent resin substrate such as polyester, polyethylene, or polyimide can be used.
(シロキサン骨格を有する有機材料にクロミック酸化物を含む粒子が分散しているクロミック層)
第3実施形態におけるクロミック層は、シロキサン骨格を有する有機材料にクロミック酸化物を含む粒子が分散した構成を有する。
シロキサン骨格を有する有機材料としては、第1実施形態又は第2実施形態で説明したシロキサン骨格を有する有機材料を用いることができる。
クロミック酸化物を含む粒子としては、第2実施形態で説明したクロミック酸化物を含む粒子を用いることができる。
(Chromic layer in which particles containing chromic oxide are dispersed in an organic material having a siloxane skeleton)
The chromic layer in the third embodiment has a configuration in which particles containing a chromic oxide are dispersed in an organic material having a siloxane skeleton.
As the organic material having a siloxane skeleton, the organic material having a siloxane skeleton described in the first embodiment or the second embodiment can be used.
As the particles containing the chromic oxide, the particles containing the chromic oxide described in the second embodiment can be used.
第3実施形態におけるクロミック層は、上記樹脂基材上に積層されていること以外は、例えば、第2実施形態に係るクロミックシートと同様の構成材料及び製造方法を適用することができる。
第3実施形態に係るクロミックシートでは、シロキサン骨格を有する有機材料が接着剤のように機能し、クロミック酸化物を含む粒子の周囲にはシロキサン骨格を有する有機材料が存在し、クロミック酸化物を含む粒子は樹脂基材に直接接触しないか、ほとんど接触しない。そのため、第3実施形態に係るクロミックシートも光触媒作用に対して高い耐久性を有し、また、クロミック層及び基材はそれぞれ樹脂を含むため、柔軟性も有している。
The chromic layer in 3rd Embodiment can apply the same structural material and manufacturing method as the chromic sheet which concerns on 2nd Embodiment, for example except being laminated | stacked on the said resin base material.
In the chromic sheet according to the third embodiment, an organic material having a siloxane skeleton functions like an adhesive, and an organic material having a siloxane skeleton exists around particles including the chromic oxide, and includes the chromic oxide. The particles do not contact the resin substrate directly or hardly contact. Therefore, the chromic sheet according to the third embodiment also has high durability with respect to the photocatalytic action, and the chromic layer and the base material each include a resin, and thus have flexibility.
[用途]
本実施形態に係るクロミックシートは、柔軟性、ガス透過性、光透過性、耐熱性などに優れるシロキサン骨格を有する有機材料を含む基材を備えている。そのため、本実施形態に係るクロミックシートをガスセンサー用シートとして、例えばガス配管の外周面やシール部分の形状に合わせて貼り付けることができ、ガスの漏えい箇所を高精度に特定することができる。
[Usage]
The chromic sheet according to the present embodiment includes a base material including an organic material having a siloxane skeleton that is excellent in flexibility, gas permeability, light permeability, heat resistance, and the like. Therefore, the chromic sheet according to the present embodiment can be attached as a gas sensor sheet in accordance with, for example, the outer peripheral surface of the gas pipe or the shape of the seal portion, and the gas leak location can be specified with high accuracy.
また、本実施形態に係るクロミックシートは、太陽光に含まれる紫外線によってクロミック酸化物が変色するため、例えば、建物や自動車の窓ガラスに貼り付けて調光用シートとして好適に使用することができる。例えば、酸化タングステンは紫外光によって青色に変色し、900nm以上の赤外領域の光を吸収しやすくなる。そのため、本実施形態に係るクロミックシートを調光用シートして窓ガラスに貼り付けて使用すれば、遮熱効果が期待でき、室内の温度変化を好適に調整でき、冷暖房効率の向上を図ることも可能である。 Moreover, since the chromic oxide discolors by the ultraviolet rays contained in sunlight, the chromic sheet according to the present embodiment can be suitably used as a light control sheet by being attached to a window glass of a building or an automobile, for example. . For example, tungsten oxide turns blue by ultraviolet light and easily absorbs light in the infrared region of 900 nm or more. Therefore, if the chromic sheet according to the present embodiment is used as a light control sheet and attached to a window glass, a heat shielding effect can be expected, a temperature change in the room can be suitably adjusted, and air conditioning efficiency can be improved. Is also possible.
また、酸化タングステン等のクロミック酸化物は光触媒作用も有するが、シロキサン骨格を有する有機材料は光触媒作用に対しても高い耐久性を有するため、本実施形態に係るクロミックシートは屋外で自己浄化(セルフクリーニング)機能を有する防汚用シートとして用いることもできる。 In addition, chromic oxides such as tungsten oxide also have photocatalytic action, but organic materials having a siloxane skeleton have high durability against photocatalytic action. It can also be used as an antifouling sheet having a cleaning function.
以下に実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって制限されるものではない。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[実施例1]
<クロミックシート1の作製>
図3に示すフローに沿って下記の手順によりクロミックシート1を作製した。
[Example 1]
<Preparation of chromic sheet 1>
The chromic sheet 1 was produced according to the following procedure along the flow shown in FIG.
(1−1A)混酸処理液による親水化
濃度1MのHCl水溶液50mLと、25%過酸化水素水50mLとを混合した混酸水溶液を60℃に保持し、ジメチルポリシロキサンシート(東レ・ダウコーニング社SYKGARD(登録商標)184、厚さ5mm、以下「PDMSシート」と称する場合がある。)を24時間浸漬させた。
浸漬後、PDMSシートを純水で洗浄し、乾燥させた。これにより、親水化されたPDMSシート(親水化PDMSシート)を得た。
(1-1A) Hydrophilization with mixed acid treatment solution A mixed acid aqueous solution obtained by mixing 50 mL of 1M HCl aqueous solution and 50 mL of 25% hydrogen peroxide water is maintained at 60 ° C., and a dimethylpolysiloxane sheet (SYKGARD, Toray Dow Corning) (Registered Trademark) 184, thickness 5 mm, hereinafter referred to as “PDMS sheet” in some cases) was immersed for 24 hours.
After immersion, the PDMS sheet was washed with pure water and dried. As a result, a hydrophilic PDMS sheet (hydrophilic PDMS sheet) was obtained.
(1−2A)クロミック層の形成
窒素雰囲気下にて、エタノールに六塩化タングステン(WCl6、(株)高純度化学研究所社製)を添加して得た溶液(濃度:0.252mol/L)を1時間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液(Wゾル溶液)を調製した。
窒素雰囲気下にて、エタノールに塩化白金酸(H2PtCl6・6H2O、関東化学(株)社製)を添加して得た溶液(濃度:0.049mol/L)を1時間撹拌して白金成分を含む溶液(Pt溶液)を調製した。
Wゾル溶液とPt溶液をPt:W=1:13のモル比で混合し、1時間撹拌してPt/WO3前駆体溶液を得た。
(1-2A) Formation of chromic layer Solution (concentration: 0.252 mol / L) obtained by adding tungsten hexachloride (WCl 6 , manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) to ethanol under a nitrogen atmosphere. ) Was stirred for 1 hour to prepare a sol solution (W sol solution) containing a tungsten component.
Under a nitrogen atmosphere, ethanol chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 · 6H 2 O, KANTO CHEMICAL Co., Ltd.) obtained by addition of a solution (concentration: 0.049 mol / L) was stirred for 1 hour Thus, a solution containing a platinum component (Pt solution) was prepared.
The W sol solution and the Pt solution were mixed at a molar ratio of Pt: W = 1: 13 and stirred for 1 hour to obtain a Pt / WO 3 precursor solution.
Pt/WO3前駆体溶液を親水化PDMSシート上に滴下してスピンコート(1stステップ;1,500rpm、5秒間、2ndステップ;3,00rpm、15秒間)した後、100℃で5分間乾燥させた。 The Pt / WO 3 precursor solution is dropped onto a hydrophilic PDMS sheet and spin coated (1st step; 1,500 rpm, 5 seconds, 2nd step; 3,000 rpm, 15 seconds), and then dried at 100 ° C. for 5 minutes. It was.
乾燥後、70℃の濃度1MのHCl水溶液中に5分間保持した。 After drying, it was kept in an aqueous 1 M HCl solution at 70 ° C. for 5 minutes.
次いで、Pt/WO3前駆体溶液のスピンコート、乾燥(100℃、5分)、HCl水溶液中での保持(70℃、5分)を2回繰り返した後、最後に100℃で1分間乾燥させた。
これにより、PDMSシートの片面にPtとWO3を含むクロミック層が形成されたクロミックシート1を得た。
Next, spin coating, drying (100 ° C., 5 minutes) of the Pt / WO 3 precursor solution, and holding in an aqueous HCl solution (70 ° C., 5 minutes) were repeated twice, and finally drying at 100 ° C. for 1 minute. I let you.
This gave a chromic sheet 1 chromic layer is formed containing Pt and WO 3 on one surface of PDMS sheet.
[評価]
<ガスクロミック性能>
図4は実施例1で製造したクロミックシート1を100%水素ガスに置く前後の色の変化を示す図である。クロミックシート1のクロミック層を形成した領域は大気中では黄色味がかった色を呈していたが、100%水素ガスに置いて1〜2秒で青色に変化した。
[Evaluation]
<Gas chromic performance>
FIG. 4 is a diagram showing a change in color before and after placing the chromic sheet 1 manufactured in Example 1 in 100% hydrogen gas. The region where the chromic layer of the chromic sheet 1 was formed had a yellowish color in the atmosphere, but it changed to blue in 1 to 2 seconds when placed in 100% hydrogen gas.
実施例1で製造したクロミックシート1を水素を1%含む雰囲気中に置いた後、大気中に置いた場合に、波長800nmの光に対する吸光度を測定した。吸光度の測定は、(株)日立ハイテクノロジーズ社製、紫外可視分光光度計U−2910を用いて行った。
さらに、実施例1で製造したクロミックシート1を250℃で3時間加熱した後、上記と同様にして波長800nmの光に対する吸光度を測定した。
図5は、実施例1で製造したクロミックシート1を250℃で熱処理する前後において、水素を1%含むガス中に置いた後、大気中に置いた場合の吸光度(波長800nm)の変化を示している。図5において、縦軸は波長800nmの光に対する吸光度を示し、横軸は経過時間を示し、「1%H2」とは水素を1%含む雰囲気中にクロミックシートを置いた時点を示し、「Air」とは、クロミックシートを水素を1%含む雰囲気から大気中に移した時点を示している。
図5に見られるように、加熱前後のいずれにおいても水素を1%含む雰囲気中にクロミックシートを置いた時点及び大気中に移した時点を境にそれぞれ吸光度が大きく変化し、1%濃度の水素ガスに対しても十分に応答することが分かる。また、250℃、3時間の熱処理後では1%水素ガスに対する吸光度の変化が加熱前に比べて若干低下したものの、十分な応答性を示し、高温下でもガスセンサーとして使用できることがわかる。
When the chromic sheet 1 produced in Example 1 was placed in an atmosphere containing 1% hydrogen and then placed in the air, the absorbance to light having a wavelength of 800 nm was measured. The absorbance was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer U-2910 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation.
Furthermore, after heating the chromic sheet 1 manufactured in Example 1 at 250 ° C. for 3 hours, the absorbance with respect to light having a wavelength of 800 nm was measured in the same manner as described above.
FIG. 5 shows the change in absorbance (wavelength 800 nm) when the chromic sheet 1 manufactured in Example 1 is placed in a gas containing 1% hydrogen and then placed in the atmosphere before and after heat treatment at 250 ° C. ing. In FIG. 5, the vertical axis represents absorbance with respect to light having a wavelength of 800 nm, the horizontal axis represents elapsed time, and “1% H 2 ” represents the time point when the chromic sheet was placed in an atmosphere containing 1% hydrogen. “Air” indicates the time when the chromic sheet was transferred from the atmosphere containing 1% hydrogen to the atmosphere.
As can be seen in FIG. 5, the absorbance changes greatly at the time when the chromic sheet is placed in the atmosphere containing 1% hydrogen and the time when it is moved to the atmosphere before and after heating, and 1% concentration of hydrogen. It turns out that it responds sufficiently also to gas. In addition, after the heat treatment at 250 ° C. for 3 hours, although the change in absorbance with respect to 1% hydrogen gas is slightly lower than that before heating, it shows sufficient response and can be used as a gas sensor even at high temperatures.
[実施例2]
<クロミックシート2の作製>
実施例1で作製したクロミックシート1のクロミック層の形成において六塩化タングステンに加えて四塩化チタンを用い、TiO2/WO3を含むクロミック層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてクロミックシート2を作製した。
[Example 2]
<Preparation of chromic sheet 2>
In the formation of the chromic layer of the chromic sheet 1 produced in Example 1, chromic layer was formed in the same manner as in Example 1 except that titanium tetrachloride was used in addition to tungsten hexachloride and a chromic layer containing TiO 2 / WO 3 was formed. Sheet 2 was produced.
[評価]
<フォトクロミック性能>
実施例2で製造したクロミックシート2に対し、波長254nmの紫外光(UV)を60分間照射した。図6は、実施例2で製造したクロミックシート1に紫外光(254nm)を照射する前後の色の変化を示している。クロミックシート2のクロミック層を形成した領域はUV照射によって色が変化した。
UV照射前後のクロミックシート2について、(株)日立ハイテクノロジーズ社製、紫外可視分光光度計U−2910を用いて300−1100nm波長域の光透過率を測定し、UV照射前後の光透過率を図7に示した。図7に示すように350−800nmの波長域ではUV照射前後で光透過率の差はほとんど無かったが、800nmを超える長波長領域ではUV照射後の光透過率が低下していた。これは、UV照射によってクロミックシートの色が変化することで長波長領域の光の吸収性が増加したと考えられる。
[Evaluation]
<Photochromic performance>
The chromic sheet 2 produced in Example 2 was irradiated with ultraviolet light (UV) having a wavelength of 254 nm for 60 minutes. FIG. 6 shows a change in color before and after irradiating the chromic sheet 1 manufactured in Example 2 with ultraviolet light (254 nm). The color of the region where the chromic layer of the chromic sheet 2 was formed was changed by UV irradiation.
About the chromic sheet 2 before and after UV irradiation, the light transmittance in a 300-1100 nm wavelength range is measured using Hitachi High-Technologies Corp. make ultraviolet visible spectrophotometer U-2910, and the light transmittance before and after UV irradiation is measured. This is shown in FIG. As shown in FIG. 7, there was almost no difference in light transmittance before and after UV irradiation in the wavelength range of 350 to 800 nm, but in the long wavelength region exceeding 800 nm, the light transmittance after UV irradiation was reduced. This is thought to be due to the increase in light absorption in the long wavelength region due to the change in the color of the chromic sheet by UV irradiation.
[実施例3]
<クロミックシート3の作製>
図8に示すフローに沿って下記の手順によりクロミックシート3を作製した。
[Example 3]
<Preparation of chromic sheet 3>
The chromic sheet 3 was produced according to the following procedure along the flow shown in FIG.
(HEAAmによる親水化処理)
ジメチルポリシロキサンシート(東レ・ダウコーニング社SYKGARD(登録商標)184、厚さ5mm、以下「PDMSシート」と称する場合がある。)をシャーレ(径70mm)に配置し、ベンゾフェノン10質量%アセトン溶液5mLをシャーレに入れ,1分後PDMSシートを洗浄した。
乾燥後、0.5−3.0M HEAAm水溶液7mLをシャーレに入れ、シャーレを、脱酸素剤を入れた密閉容器に配置して酸素を脱気した。
密閉容器ごと乾燥炉に入れて60℃で4時間、加熱した。
加熱後、紫外線(365nm)照射を10分間行った。
その後洗浄し、PDMSシートがHEAAmで表面修飾された親水化PDMSシートを得た。
(Hydrophilic treatment with HEAAm)
A dimethylpolysiloxane sheet (SYKGARD (registered trademark) 184, Toray Dow Corning Co., Ltd., thickness 5 mm, hereinafter sometimes referred to as “PDMS sheet”) is placed in a petri dish (diameter 70 mm), and 5 mL of a 10% by weight benzophenone acetone solution Was put into a petri dish, and after 1 minute, the PDMS sheet was washed.
After drying, 7 mL of 0.5-3.0 M HEAAm aqueous solution was placed in the petri dish, and the petri dish was placed in a sealed container containing a deoxidizing agent to deaerate oxygen.
The sealed container was placed in a drying furnace and heated at 60 ° C. for 4 hours.
After heating, ultraviolet (365 nm) irradiation was performed for 10 minutes.
Thereafter, washing was performed to obtain a hydrophilic PDMS sheet whose surface was modified with HEAAm.
(クロミック層の形成)
窒素雰囲気下にて、エタノールに六塩化タングステン(WCl6、(株)高純度化学研究所社製)を添加して得た溶液(濃度:0.252mol/L)を1時間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液(Wゾル溶液)を調製した。
窒素雰囲気下にて、エタノールに塩化白金酸(H2PtCl6・6H2O、関東化学(株)社製、)を添加して得た溶液(濃度:0.049mol/L)を1時間撹拌して白金成分を含む溶液(Pt溶液)を調製した。
(Formation of chromic layer)
Under a nitrogen atmosphere, a solution (concentration: 0.252 mol / L) obtained by adding tungsten hexachloride (WCl 6 , manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) to ethanol was stirred for 1 hour to obtain a tungsten component. A sol solution containing W (W sol solution) was prepared.
Under a nitrogen atmosphere, ethanol chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 · 6H 2 O, KANTO CHEMICAL Co., Ltd.) was obtained by addition of a solution (concentration: 0.049 mol / L) for 1 hour stirring Thus, a solution containing a platinum component (Pt solution) was prepared.
Wゾル溶液とPt溶液をPt:W=1:13のモル比でtert−ブタノールに添加して混合し、1時間撹拌してPt/WO3前駆体溶液を得た。なお、Pt/WO3前駆体溶液中のエタノールとtert−ブタノールは、モル比で1:3とした。 The W sol solution and the Pt solution were added to tert-butanol at a molar ratio of Pt: W = 1: 13, mixed, and stirred for 1 hour to obtain a Pt / WO 3 precursor solution. In addition, ethanol and tert-butanol in the Pt / WO 3 precursor solution were in a molar ratio of 1: 3.
Pt/WO3前駆体溶液を親水化PDMSシート上に滴下してスピンコート(1stステップ;1,500rpm、5秒間、2ndステップ;3,00rpm、15秒間)した後、100℃で5分間乾燥させた。 The Pt / WO 3 precursor solution is dropped onto a hydrophilic PDMS sheet and spin coated (1st step; 1,500 rpm, 5 seconds, 2nd step; 3,000 rpm, 15 seconds), and then dried at 100 ° C. for 5 minutes. It was.
乾燥後、70℃の濃度1MのHCl水溶液中に5分間保持した。 After drying, it was kept in an aqueous 1 M HCl solution at 70 ° C. for 5 minutes.
次いで、Pt/WO3前駆体溶液のスピンコート、乾燥(100℃、5分)、HCl水溶液中での保持(70℃、5分)を2回繰り返した後、最後に100℃で1分間乾燥させた。
これにより、PDMSシートのHEAAmで化学修飾された面にPtとWO3を含むクロミック層が形成されたクロミックシート3を得た。
Next, spin coating, drying (100 ° C., 5 minutes) of the Pt / WO 3 precursor solution, and holding in an aqueous HCl solution (70 ° C., 5 minutes) were repeated twice, and finally drying at 100 ° C. for 1 minute. I let you.
This gave a chromic sheet 3 chromic layer is formed containing Pt and WO 3 to chemically modified surfaces in HEAAm of PDMS sheet.
[評価]
<ガスクロミック性能>
実施例3で製造したクロミックシート3を1%水素含有雰囲気下に置いたところ、青色に変化した。
また、変色後、図9に示すようにクロミックシート3を手で曲げてもクロミック層の剥離は見られなかった。
[Evaluation]
<Gas chromic performance>
When the chromic sheet 3 produced in Example 3 was placed in an atmosphere containing 1% hydrogen, it turned blue.
Further, after the color change, no peeling of the chromic layer was observed even when the chromic sheet 3 was bent by hand as shown in FIG.
[実施例4]
<クロミックシート4の作製>
図10に示すフローに沿って下記の手順によりクロミックシート4を作製した。
[Example 4]
<Preparation of chromic sheet 4>
The chromic sheet 4 was produced according to the following procedure along the flow shown in FIG.
(クロミック酸化物を含む粒子の作製)
窒素雰囲気下にて、エタノールに六塩化タングステン(WCl6、(株)高純度化学研究所社製)を添加して得た溶液(濃度:0.252mol/L)を1時間撹拌してタングステン成分を含むゾル溶液(Wゾル溶液)を調製した。
窒素雰囲気下にて、エタノールに塩化白金酸(H2PtCl6・6H2O、関東化学(株)社製、)を添加して得た溶液(濃度:0.49mmol/L)を1時間撹拌して白金成分を含む溶液(Pt溶液)を調製した。
Wゾル溶液とPt溶液をPt:W=1:1300のモル比で混合し、1時間撹拌してPt/WO3前駆体溶液を得た。
Pt/WO3前駆体溶液を120℃で12時間及び500℃で1時間の熱処理を行って得た固形物をビーズミル(ジルコニアビーズを使用)にて粉砕して粉末を得た。
(Preparation of particles containing chromic oxide)
Under a nitrogen atmosphere, a solution (concentration: 0.252 mol / L) obtained by adding tungsten hexachloride (WCl 6 , manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) to ethanol was stirred for 1 hour to obtain a tungsten component. A sol solution containing W (W sol solution) was prepared.
Under a nitrogen atmosphere, ethanol chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 · 6H 2 O, KANTO CHEMICAL Co., Ltd.) was obtained by addition of a solution (concentration: 0.49 mmol / L) for 1 hour stirring Thus, a solution containing a platinum component (Pt solution) was prepared.
The W sol solution and the Pt solution were mixed at a molar ratio of Pt: W = 1: 1300 and stirred for 1 hour to obtain a Pt / WO 3 precursor solution.
A solid obtained by heat-treating the Pt / WO 3 precursor solution at 120 ° C. for 12 hours and at 500 ° C. for 1 hour was pulverized by a bead mill (using zirconia beads) to obtain a powder.
得られた粉末について、XRDによる測定及びFE−SEMによる観察を行った。XRDの測定結果を図11に、FE−SEMの観察画像を図12にそれぞれ示す。これらの測定結果及び観察結果から、粒径が30nm程度前後のPt/WO3複合粒子が得られたことが確認された。 About the obtained powder, the measurement by XRD and the observation by FE-SEM were performed. The measurement result of XRD is shown in FIG. 11, and the observation image of FE-SEM is shown in FIG. From these measurement results and observation results, it was confirmed that Pt / WO 3 composite particles having a particle size of about 30 nm were obtained.
(クロミック酸化物を含む粒子分散液の調製)
Pt/WO3複合粒子(Pt/WO3粉末)を0.4g、SYLGARD 184(登録商標、東レ・ダウコーニング社)のベース材料を5mL、tert−ブタノールを20mL配合して1500rpm、60分間、ビーズミル(ビーズ種:径0.8μm ジルコニアビーズ 20mL)による撹拌を行った。
得られたPt/WO3分散懸濁液を4800rpm、30分間遠心分離を行い、沈殿物を除去した分散液を得た。
(Preparation of particle dispersion containing chromic oxide)
0.4 g of Pt / WO 3 composite particles (Pt / WO 3 powder), 5 mL of base material of SYLGARD 184 (registered trademark, Toray Dow Corning), 20 mL of tert-butanol, 1500 rpm, 60 minutes, bead mill (Bead type: diameter 0.8 μm zirconia beads 20 mL) was agitated.
The obtained Pt / WO 3 dispersion suspension was centrifuged at 4800 rpm for 30 minutes to obtain a dispersion from which precipitates were removed.
(シート成形)
得られた分散液を120℃で加熱しながら100rpmで30分程度撹拌し、SYLGARD 184(登録商標、東レ・ダウコーニング社)の硬化剤0.4gを添加した後、型(ステンレスシャーレ)に流し込んだ。
30分間脱気した後、60℃で1時間、さらに100℃で1時間の熱処理を行った。
これによりPDMS基材中にPt/WO3粒子が分散したクロミックシート4(厚さ1.1mm)を得た。
(Sheet molding)
The obtained dispersion was stirred at 100 rpm for 30 minutes while being heated at 120 ° C., and 0.4 g of a curing agent of SYLGARD 184 (registered trademark, Toray Dow Corning) was added, and then poured into a mold (stainless steel dish). It is.
After deaeration for 30 minutes, heat treatment was performed at 60 ° C. for 1 hour and further at 100 ° C. for 1 hour.
As a result, a chromic sheet 4 (thickness 1.1 mm) in which Pt / WO 3 particles were dispersed in a PDMS substrate was obtained.
[評価]
<ガスクロミック性能>
実施例4で製造したクロミックシート4を水素を100%含む雰囲気中に15分間暴露したところ、図13に示すようにクロミックシートの色が変化した。
また、100%水素雰囲気に暴露する前後のクロミックシート4について、日本分光(株)社製、紫外可視分光光度計V−630を用いて300−1100nm波長域の光透過率を測定した。 図14は、クロミックシート4を100%水素雰囲気に暴露する前後の光透過率の変化を示している。図14に示すように550nm以下の波長域ではUV照射前後で光透過率の差は小さかったが、800nmを超える波長領域では水素暴露後の光透過率が30%以上低下していた。
また、水素暴露によって青色に変色したクロミックシートは手で容易に変形させることができ、高分子の柔軟性を損なうことなく、着色応答性を示すことが確認された。
[Evaluation]
<Gas chromic performance>
When the chromic sheet 4 produced in Example 4 was exposed to an atmosphere containing 100% hydrogen for 15 minutes, the color of the chromic sheet changed as shown in FIG.
Moreover, about the chromic sheet 4 before and behind exposing to 100% hydrogen atmosphere, the light transmittance of a 300-1100 nm wavelength range was measured using the JASCO Corporation company make and ultraviolet visible spectrophotometer V-630. FIG. 14 shows the change in light transmittance before and after exposing the chromic sheet 4 to a 100% hydrogen atmosphere. As shown in FIG. 14, in the wavelength region of 550 nm or less, the difference in light transmittance before and after UV irradiation was small, but in the wavelength region exceeding 800 nm, the light transmittance after exposure to hydrogen decreased by 30% or more.
Moreover, it was confirmed that the chromic sheet which turned blue by exposure to hydrogen can be easily deformed by hand, and exhibits color response without impairing the flexibility of the polymer.
<メモリー性能>
実施例4で製造したクロミックシート4について、100%水素雰囲気から大気中に移動させたときの着色及び脱色に要する時間を評価した。水素暴露による着色後、大気下に移動して脱色に要する時間が長いほどメモリー性能に優れていると言える。
図15は、実施例4で製造したクロミックシート4を100%水素雰囲気に暴露した後、大気中に置いた後の波長800nmの光に対する透過率の変化を示している。水素暴露による着色後、大気下に移動しても徐々に脱色し、メモリー性能に優れていることがわかる。
<Memory performance>
About the chromic sheet 4 manufactured in Example 4, the time required for coloring and decoloring when moved from the 100% hydrogen atmosphere to the air was evaluated. It can be said that the longer the time required for decolorization after moving to the atmosphere after coloring by hydrogen exposure, the better the memory performance.
FIG. 15 shows a change in transmittance with respect to light having a wavelength of 800 nm after the chromic sheet 4 manufactured in Example 4 was exposed to 100% hydrogen atmosphere and then placed in the atmosphere. After coloring due to exposure to hydrogen, even when moved to the atmosphere, it gradually fades, indicating that it has excellent memory performance.
比較のため、ガラス基板上にPt/WO3を含む分散液をコーティングしてクロミック層を形成したクロミックガラス基板(比較例1)に対して、上記と同様にメモリー性能を評価した。図16は、ガラス基板上にPt/WO3粒子を含む分散液をコーティングしてクロミック層を形成したクロミックガラス基板(比較例1)を100%水素雰囲気に暴露した後、大気中においた後の光透過率(波長800nm)の変化(メモリー性能)を示す図である。図16に示されるように、ガラス基板上にPt/WO3粒子を含むクロミック層を形成したクロミックガラス基板では、水素暴露による着色が速いが、大気下での脱色も早く、メモリー性能に乏しいことがわかる。 For comparison, the memory performance was evaluated in the same manner as described above for a chromic glass substrate (Comparative Example 1) in which a chromic layer was formed by coating a dispersion containing Pt / WO 3 on a glass substrate. FIG. 16 shows that after a chromic glass substrate (Comparative Example 1) in which a dispersion containing Pt / WO 3 particles is coated on a glass substrate to form a chromic layer is exposed to a 100% hydrogen atmosphere, It is a figure which shows the change (memory performance) of light transmittance (wavelength 800nm). As shown in FIG. 16, in a chromic glass substrate in which a chromic layer containing Pt / WO 3 particles is formed on a glass substrate, coloring by hydrogen exposure is fast, but decolorization in the air is fast and memory performance is poor. I understand.
Claims (12)
(2)シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中にクロミック酸化物を含む粒子が分散している構成、又は
(3)樹脂基材の面上に、シロキサン骨格を有する有機材料にクロミック酸化物を含む粒子が分散しているクロミック層が積層されている構成
を有するクロミックシート。 (1) A configuration in which a chromic layer containing a chromic oxide is laminated on the surface of a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton,
(2) A structure in which particles containing a chromic oxide are dispersed in a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton, or (3) a chromic oxide in an organic material having a siloxane skeleton on the surface of a resin substrate. The chromic sheet | seat which has the structure by which the chromic layer in which the particle | grains containing are disperse | distributed is laminated | stacked.
前記基材の親水化処理された面上にクロミック酸化物の前駆体を含む前駆体液を塗布して乾燥させることにより、前記基材上に前記クロミック酸化物を含むクロミック層を形成する工程と、
を有するクロミックシートの製造方法。 A step of hydrophilizing at least one surface of a substrate containing an organic material having a siloxane skeleton;
Forming a chromic layer containing the chromic oxide on the substrate by applying and drying a precursor liquid containing a chromic oxide precursor on the hydrophilic-treated surface of the substrate;
A method for producing a chromic sheet having
前記分散液に前記シロキサン骨格を有する未硬化の有機材料を硬化させる硬化剤を添加してシート状に成形することにより、前記シロキサン骨格を有する有機材料を含む基材中に前記クロミック酸化物を含む粒子が分散したクロミックシートを形成する工程と、
を有するクロミックシートの製造方法。 Preparing an uncured organic material having a siloxane skeleton, particles containing a chromic oxide and a solvent, and preparing a dispersion in which the particles containing the chromic oxide are dispersed;
The chromic oxide is contained in the base material containing the organic material having the siloxane skeleton by adding a curing agent for curing the uncured organic material having the siloxane skeleton to the dispersion and forming the sheet into a sheet shape. Forming a chromic sheet in which particles are dispersed;
A method for producing a chromic sheet having
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