JP2020199757A - 膜を有する物品、光学機器、塗料、および物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の物品の一例である第1の実施形態における一部断面図を示す。図1において、1は基材であり、プラスチックあるいは金属の基材に本実施形態の塗料を塗布することで、その表面に遮熱性能に優れた膜(本実施形態に係る膜)が形成される。
真円度=4π(断面の面積)/(断面の周長)2
本実施形態の膜に含まれる樹脂2の含有率は、5面積%以上80面積%以下が好ましく、より好ましくは30面積%以上60面積%以下である。本実施形態に含まれる樹脂2の含有率が5面積%未満になると基材との密着性が悪化する恐れがある。また、本実施形態の樹脂の含有率が60面積%を超えると、防汚性のための凹凸構造にならない恐れがある。本実施形態の膜に含まれる樹脂2は、特に限定されるものではないが、一例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ウレタンアクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂の硬化物が挙げられる。これらの樹脂の硬化物は1種類であってもよいし、複数の種類を含んでいても構わない。
基材としては、任意の材料を用いることが出来るが、金属やプラスチックが好ましい。金属材料の一例としては、アルミニウム、チタン、ステンレス、マグネシウム合金、リチウムマグネシウム合金等が挙げられる。プラスチックの一例としては、ポリカーボネート樹脂、アクリアル樹脂、ABS樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、塩化ビニル樹脂等が挙げられる。
基材上に、膜との密着性を向上させるために、膜との界面にプライマーを有していてもよい。
本実施形態に係る膜は、膜厚20μm以上70μm以下であることが好ましい。膜厚が20μm未満になると、日射反射率が低下する恐れがある。また、膜厚が70μmを超えると光学機器の位置精度に悪影響を及ぼすことがある。
本実施形態に係る膜は、明度を調整するための粒子(着色剤)を、上記酸化チタン4以外にも含んでいてもよい。粒子の材料は特に限定されないが、赤外線の反射性能が高い公知の顔料を使用することができる。例えばキナクリドン系顔料、ペリレン系顔料、アゾ系顔料を含むことが好ましい。アゾ系顔料アゾ系顔料としては、アゾ基を有する化合物であれば任意の粒子を用いることが出来る。本実施形態の膜に含まれるアゾ系顔料の色としては、黒色系、黄色系、赤色系、橙色系などが挙げられるが、黒色系が太陽光による退色が起こった際の、色味変化(a*、b*)が少ないのでより好ましい。また、太陽光の反射率が高いことが好ましく、アゾ系顔料単独での日射反射率が10%を超える材料を選択することが好ましい。アゾ系顔料の一例としては、ニッケルアゾ顔料、不溶性アゾ系顔料、溶性アゾ系顔料、高分子量アゾ系顔料、アゾメチンアゾ顔料系顔料等が挙げられる。これらのアゾ系顔料は1種類を用いても複数の種類を含んでも構わない。
本実施形態に係る膜では、さらにシリカ粒子を含んでいてもよい。シリカの平均粒子径は10nm以上5μm以下であることが好ましい。本実施形態のシリカの平均粒子径が10nm未満になると表面凹凸構造が形成されにくく、汚れが付着しやすくなり、5μm以上では塗膜の凹凸が大きくなり、膜厚精度が悪化する恐れがある。
本実施形態に係る膜には、その他の任意の添加材を含んでいてもよい。その一例としては、分散剤、硬化剤、硬化触媒、可塑剤、チキソ性付与剤、レベリング剤、艶消し剤、防腐剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、カップリング剤、上記以外の色味を調整するための無機微粒子および有機微粒子等が挙げられる。
次に、本実施形態の塗料およびその製造方法について説明する。
本実施形態の塗料に含まれるビーズの材料は特に限定されず、無機、有機どのようなものであってもよい。無機のビーズとしては、シリカ、ガラス、またはシリコーンビーズが好ましい。有機のビーズとしては、透明性が高く、比重が軽い、樹脂ビーズが好ましい。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂から選ばれる1種類、あるいは複数の種類を含んでいてもよい。
本実施形態の塗料に含まれる酸化チタンは、無酸素状態における光触媒作用をブロックするために表面にシリカ等が被覆されていてもよい。
本実施形態の塗料に含まれる樹脂は、特に限定されるものではないが、一例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ウレタンアクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂が挙げられる。これらの樹脂は1種類であってもよいし、複数の種類を含んでいても構わない。
本実施形態に係る塗料は、明度を調整するための粒子(着色剤)を、上記酸化チタン以外にも含んでいてもよい。粒子の材料は特に限定されないが、赤外線の反射性能が高い公知の顔料を使用することができる。例えばキナクリドン系顔料、ペリレン系顔料、アゾ系顔料を含むことが好ましい。アゾ系顔料アゾ系顔料としては、アゾ基を有する化合物であれば任意の粒子を用いることが出来る。本実施形態の塗料に含まれるアゾ系顔料の色としては、黒色系、黄色系、赤色系、橙色系などが挙げられるが、黒色系が太陽光による退色が起こった際の、色味変化(a*、b*)が少ないのでより好ましい。また、太陽光の反射率が高いことが好ましく、アゾ系顔料単独での日射反射率が10%を超える材料を選択することが好ましい。アゾ系顔料の一例としては、ニッケルアゾ顔料、不溶性アゾ系顔料、溶性アゾ系顔料、高分子量アゾ系顔料、アゾメチンアゾ顔料系顔料等が挙げられる。これらのアゾ系顔料は1種類を用いても複数の種類を含んでも構わない。
本実施形態の塗料では、さらにシリカ粒子を含んでいてもよい。シリカの平均粒子径は10nm以上5μmであることが好ましい。本実施形態のシリカの平均粒子径が10nm未満になると表面凹凸構造が形成されにくく、汚れが付着しやすくなり、5μm以上では塗膜の凹凸が大きくなり、膜厚精度が悪化する恐れがある。
本実施形態の塗料では、さらに溶剤を含む。
本実施形態に係る膜には、その他の任意の添加材を含んでいてもよい。その一例としては、分散剤、硬化剤、硬化触媒、可塑剤、チキソ性付与剤、レベリング剤、艶消し剤、防腐剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、カップリング剤、上記以外の色味を調整するための無機微粒子および有機微粒子等が挙げられる。
以下に、本実施形態の塗料の製造方法について説明する。
本実施形態に係る物品の製造方法は、20μm以上70μm以下で本実施形態の塗料を基材上に均一に塗布出来れば、塗布方法および硬化方法は、特に限定されるものではない。
次に、第2の実施形態について、説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成は、第1の実施形態と同じ符号を付して、その詳細な説明及び図面は省略する。
本実施形態の膜に含まれる樹脂ビーズ7について説明する。
本明細書において、シリカ9で表面が被膜された酸化チタン6粒子とは、酸化チタン粒子6の少なくとも表面の一部がシリカ9で覆われていればシリカ9で表面が被覆された酸化チタン6粒子であるとする。シリカ9で表面が被覆された酸化チタン6の酸化チタンは、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタンを用いることが出来る。シリカ9で表面が被覆された酸化チタン6は、表面積全体に対して80%以上がシリカ9で被覆されていることが好ましい。
次に、本実施形態の塗料について説明する。
本実施形態の塗料に含まれる樹脂ビーズ7の材料は樹脂であれば特に限定されない。一例としてアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂から選ばれる1種類を用いても複数の種類を含んでも構わない。
本実施形態のシリカで被覆された酸化チタン6の平均粒子径は、樹脂ビーズ7との粒子径の比より求められる。シリカで被覆された酸化チタン6の平均粒子径を1とした時、樹脂ビーズ平均粒子径は、30以上300以下の範囲であることが好ましい。30未満であると樹脂ビーズとシリカで被覆された酸化チタン6とのゼータ電位の差が少なく、シリカで被覆された酸化チタン6が樹脂ビーズ7周囲に引き寄せられず、樹脂ビーズ7に太陽光が透過し、膜全体の反射率が悪化し、遮熱効果が低下する恐れがある。また、300以上となると表面積の差が大きくなり、樹脂ビーズ7の表面に、シリカで被覆された酸化チタン6が存在しない(被覆されない)部分ができてしまう。存在しない(被覆されない)部分ができてしまうと、樹脂ビーズ7に太陽光が透過する部分が存在してしまい、膜全体の反射率が悪化し、遮熱効果が低下する恐れがある。
図3(b)は、本発明の光学機器の一態様であるレンズを保持する保持部を有するレンズ鏡筒を含む交換レンズが結合された一眼レフデジタルカメラの断面図を示している。
測定用のサンプルは膜の状態から測定した。測定用のサンプルには50mm×70mm角で厚みが1mmのポリカーボネート樹脂に本発明の膜を形成して用いた。ポリカーボネート樹脂板にスピンコーターで所望の膜厚になるように塗布し、焼成した。焼成後の膜を膜表面の法線方向に対して平行な方向に切り出しフィールドエミッション走査型電子顕微鏡(FE−SEM)で観察した。次にEnergy Dispersive X−ray Spectroscopy(EDS)で対象物質を面分析し、画像処理にてそれぞれの粒子径を求め、その平均値を算出した。ビーズについては1か所につき10個以上の粒子径を求めて平均値を算出した。最後に、5か所の平均値を求めた。
以下に、日射反射率評価について説明する。日射反射率は、分光光度計(U−4000,日立ハイテク)を用いて反射率を測定した後に日射反射率に換算した。
A:日射反射率が70%以上
B:日射反射率が60%以上70%未満
C:日射反射率が60%未満
図4は温度の評価方法を示す模式図である。図4に示すように、温度測定にはランプ22、温度測定用治具25および温度評価用の試験片23を用いた。温度評価用の試験片23には、には50mm×70mm角で厚みが1mmのポリカーボネート樹脂に本発明の膜を形成して用いた。このポリカーボネート樹脂板にスピンコーターで所望の膜厚になるように塗布し、焼成した。温度測定用治具25には、表面が自色で120mm×120mm×120mmの段ボールを用い、温度評価用の試験片23取り付け部分に40mm×40mmの窓部を設けた。また、ランプ22にはハイラックスMT150FD6500K(岩崎電気)を用いた。
A:温度低減効果が7℃以上
B:温度低減効果が3℃以上7℃未満
C:温度低減効果が3℃未満
膜の防汚性評価には光沢度計を用い光沢度(VG7000、日本電飾工業株式会社)を用いて60度における光沢度を測定した。測定用のサンプルには50mm×70mm角で厚みが1mmのポリカーボネート樹脂に本発明の膜を形成して用いた。このポリカーボネート樹脂板にスピンコーターで所望の膜厚になるように塗布し、焼成した。焼成後に、光沢度計で本発明の膜の光沢度の値を測定した。次に、素手でサンプルに指紋をつけ、その後本発明の膜の光沢度の値を測定した。
光沢度変化Δ=指紋添付後の光沢度−指紋添付前の光沢度
A:光沢度変化±が0.5未満
B:光沢度変化±が0.5以上2.0未満
C:光沢度変化±が2.0以上
測定用のサンプルには50mm×70mm角で厚みが1mmのポリカーボネート樹脂に本発明の膜を形成して用いた。このポリカーボネート樹脂板にスピンコーターで所望の膜厚になるように塗布し、焼成した。焼成後に、本発明の膜の上面にセロハンテープ(CT−12M;ニチバン)を貼り付けた。そして、耐光性試験機(SUNTESTXXL+;ATLAS)に300nmから400nmで放射強度が50±2W/m2でブラックパネルの温度が63℃±3℃の条件で200時間投入した。耐光試験終了後にセロハンテープを膜から剥がしてアセトンで洗浄後、目視にて膜剥がれを確認した。
A:膜剥がれなし
B:膜剥がれあり
<塗料の調製>
実施例1は、以下の方法で塗料を作製した。樹脂125g、アゾ系顔料0.5g、面積含有率23%となるように酸化チタン145gを秤量した。また、さらに樹脂ビーズ40g(面積含有率39%)、シリカ5g、分散剤5g、溶剤100gを秤量し、ボールミルにて15時間攪拌し、主剤を得た。得られた主剤10gに対して硬化剤1gを混合し、実施例1の塗料を得た。
実施例1では、以下の方法で膜を作製した。上記の塗料をポリカーボネート板にスピンコーターで30μmの膜厚になるように本発明の膜を塗布し、室温で一晩乾燥後、110℃で30分間焼成し、実施例1の膜を得た。
実施例2〜21では、表1〜2の条件にする以外は実施例1と同様にして、塗料および膜を作製した。
実施例23〜27では、表3の条件の塗料を作成する以外は実施例1と同様にして、塗料および膜を作製した。
比較のための塗料の調整、膜の作成、膜の評価を前述の実施例1〜19と同様に行った。表7〜9に構成材料の条件、添加量、含有率を示す。
Claims (26)
- 少なくとも、樹脂と、ビーズと、酸化チタンと、を含み、
前記酸化チタンの含有率(面積%)は、前記ビーズの含有率(面積%)に対して1/5以上である膜が基材上に形成されていることを特徴とする物品。 - 前記ビーズは、平均粒子径が、5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1記載の物品。
- 前記酸化チタンは、平均粒子径が、10nm以上5μm以下であることを特徴とする請求項1または2記載の物品。
- 少なくとも、樹脂と、樹脂からなるビーズと、シリカで表面が被覆された酸化チタンと、を含む膜が基材上に形成されていることを特徴とする物品。
- 前記シリカで表面が被覆された酸化チタンの含有率(面積%)は、前記樹脂からなるビーズの含有率(面積%)に対して1/6以上であることを特徴とする請求項4記載の物品。
- 前記樹脂ビーズは、平均粒子径が、5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項4または5記載の物品。
- 前記シリカで表面が被覆された酸化チタンは、平均粒子径が、10nm以上5μm以下であることを特徴とする請求項4乃至6いずれか一項記載の物品。
- 前記膜は、さらにシリカ粒子を含むことを特徴とする請求項1乃至7いずれか一項記載の物品。
- 前記基材は、プライマーを含むことを特徴とする請求項1乃至8いずれか一項記載の物品。
- 少なくとも、樹脂と、ビーズと、酸化チタンと、を含み、
前記酸化チタンの含有率(面積%)は、前記ビーズの含有率(面積%)に対して1/5以上である膜が基材上に形成されていることを特徴とする光学機器。 - 前記ビーズは、平均粒子径が、5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項10記載の光学機器。
- 前記酸化チタンは、平均粒子径が、10nm以上5μm以下であることを特徴とする請求項10または11記載の光学機器。
- 少なくとも、樹脂と、樹脂からなるビーズと、シリカで表面が被覆された酸化チタンと、を含む膜が基材上に形成されていることを特徴とする光学機器。
- 前記シリカで表面が被覆された酸化チタンの含有率(面積%)は、前記樹脂からなるビーズの含有率(面積%)に対して1/6以上であることを特徴とする請求項13記載の光学機器。
- 前記樹脂ビーズは、平均粒子径が、5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項14記載の光学機器。
- 前記シリカで表面が被覆された酸化チタンは、平均粒子径が、10nm以上5μm以下であることを特徴とする請求項13乃至15いずれか一項記載の光学機器。
- 前記膜は、さらにシリカ粒子を含むことを特徴とする請求項10乃至16いずれか一項記載の光学機器。
- 前記基材は、プライマーを含むことを特徴とする請求項10乃至17いずれか一項記載の光学機器。
- 少なくとも、樹脂と、ビーズと、酸化チタンと、を含み、
前記酸化チタンの含有率は、塗料中の不揮発成分に対して20質量%以上55質量%以下であることを特徴とする塗料。 - 前記ビーズは、平均粒子径が、5μmより大きく50μm以下であることを特徴とする請求項19記載の塗料。
- 前記酸化チタンは、平均粒子径が、10nm以上5μm以下であることを特徴とする請求項19または20記載の塗料。
- 少なくとも、樹脂と、樹脂からなるビーズと、シリカで表面が被覆された酸化チタンと、を含むことを特徴とする塗料。
- 前記シリカで表面が被覆された酸化チタンの含有率は、塗料中の不揮発成分に対して10質量%より多く55質量%以下であることを特徴とする請求項22記載の塗料。
- 前記樹脂ビーズは、平均粒子径が、5μmより大きく50μm以下であることを特徴とする請求項22または23記載の塗料。
- 前記シリカで表面が被覆された酸化チタンは、平均粒子径が、10nm以上5μm以下であることを特徴とする請求項22乃至24いずれか一項記載の塗料。
- 前記膜は、さらにシリカ粒子を含むことを特徴とする請求項19乃至25いずれか一項記載の塗料。
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