JP4571045B2

JP4571045B2 - 積層ガラス

Info

Publication number: JP4571045B2
Application number: JP2005262601A
Authority: JP
Inventors: ジョバンニマンフレ，
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: JP2007070210A

Description

本発明は、赤外線（ＩＲ）遮断特性を有する積層ガラスの分野に関する。

先行技術文献である特許文献１は、熱放射を遮断するために、ガラスシート等の基板上に少なくとも１種の６ホウ化ランタニドの微粒子とスズ含有酸化インジウム（ＩＴＯ）又はアンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ）の微粒子とを、重量比で０．１：９９．９〜９０：１０含むフィルムを形成するコーティング解決策を開示している。

先行技術文献である特許文献２は、無機又は有機母材中に特殊なスズ含有酸化インジウム（ＩＴＯ）が分散している構造を有する赤外線（ＩＲ）遮断材料を開示している。係る材料は、ガラスシート等の基板のコーティングとして使用することができるが、とりわけプラスチックＰＥＴシート上のコーティングとして使用することができる。
欧州特許第Ａ−１００８５６４号米国特許第Ａ−５５１８８１０号

本発明の目的は、先行技術のものよりも良好な赤外線（ＩＲ）遮断特性を有し、簡単で安価な製造工程によって得られる積層ガラスを提供することである。

この目的は、層間フィルムによって分離された少なくとも２枚のガラスシートを含む積層ガラスによって達成され、該積層ガラスは、プライマー層が層間フィルムと２枚のガラスシートの少なくとも１枚との間に存在し、かつ、バインダー樹脂母材と１２０ｎｍ未満の平均サイズを有するＩＲ遮断ナノ粒子を含むことを特徴とする。

好ましくは、本発明のガラスのプライマー層中に、無次元の因子Ｃ_ｎｐｖ／Ｃ_ｎｗが、０．２４〜０．２６であり、ここで、Ｃ_ｎｐｖ＝Ｖ_ｎｐ／（Ｖ_ｎｐ＋Ｖ_ｂ）、プライマー中のナノ粒子の容積濃度（無次元）、Ｃ_ｎｗ＝ｍ_ｎｐ／（ｍ_ｎｐ＋ｍ_ｂ）、プライマー中のナノ粒子の質量割合（無次元）、Ｖ_ｎｐ＝ナノ粒子容積（ｃｍ^３）、Ｖ_ｂ＝バインダー母材容積（ｃｍ^３）、ｍ_ｎｐ＝ナノ粒子の質量（ｇ）、ｍ_ｂ＝バインダー母材の質量（ｇ）であり、無次元の因子Ｔ_ｎｆは７〜１０であり、Ｔ_ｎｆ＝１／Ｃ_ｎｐｖである。

ＩＲ遮断ナノ粒子は、ＩＴＯ、ＡＴＯ及びその混合物からなる群より選択されることが好ましい。しかし、任意の他の適切な種類のナノ粒子を使用することができる。

有利には、球形状のナノ粒子の平均サイズは、２０ｎｍ〜３０ｎｍであり、その比表面積は３０ｍ^２／ｇより大きい。

ナノ粒子の表面領域は、分散特性を有する有機又は無機の材料で被覆し、それらの凝集及びクラスター化を防止することができる。係る材料としては、例えば、シリカ、チタニア、Ｎｉ−、Ｔｉ−、Ｃｏ−、Ｆｅ−のアルコキシド及びその混合物が挙げられる。

母材のバインダー樹脂は、ＰＶＢ、ＥＶＡ、ＰＵ、又は、一般にＵＶ硬化樹脂とすることができる。係る樹脂は、現在積層ガラス中で２枚のガラスシート間の層間フィルムに使用される。使用されるバインダー樹脂は、ガラス表面と層間フィルムに使用される樹脂の両方と良好に結合しなければならない。更に、それはナノ粒子のための良好な担持体を構成する必要がある。

好ましくは、プライマー層が１〜７μｍの厚さｔ_ｎｐｆを有し、単位面積あたりのナノ粒子の質量Ｐ_ｎｐｆが１〜５ｇ／ｍ^２である。

典型的に、本発明の積層ガラスは、Ｔ_ｖ≧７５％、Ｔ_ｓ≦４０％、Ｔ_ｖ／Ｔ_ｓ≧１．８であり、ここで、Ｔ_ｖは積層ガラスを透過した可視光の割合であり、Ｔ_ｓは積層ガラスを透過した太陽光放射エネルギーの割合である。

本発明の積層ガラスは、例えば自動車のフロントガラス、又は、建物用窓として使用することができる。

拘束的なものではないが、本発明について以下の理論的説明を提供することができる。その主な根拠は、被覆された、スパッタされた、又は、ＰＶＤ若しくはＣＶＤの平坦なフィルムに入射する太陽光波と、バインダー中に埋め込まれたナノ粒子を有するプライマー層に入射する太陽光波とが、光学的に２種の異なる挙動を示すという事実である。

コーティングフィルムでは、透過波及び反射波があるが、ナノ粒子を有するプライマーでは、透過波及び散乱波があり、したがって、入射光の釣り合いはコーティングフィルムについて簡単に、
Ｔ＋Ｒ＋Ａ＝１、
プライマー層については、
Ｔ＋Ｓ＋Ａ＝１
で表すことができ、ここで、Ｔは透過率を示し、Ａは吸収を示し、Ｒは反射率を示し、Ｓは散乱を示す。

周知のＩＴＯ（又はＡＴＯ）の成形コーティングフィルムとプライマー層を実現するためにバインダーに分散されたナノ粒子との間の光学的等価は、材料の同じ負荷重量で表される。この等価は、コーティングフィルムのＲ／Ａの比がナノ粒子バインダー層中のＡ／Ｓ比に等しいと考えることのできるモデルをもたらす。

特に、等価モデルは、バインダーに分散されたナノ粒子の負荷重量Ｐ_ｎｐｆ（ｇ／ｍ^２）の等価をもたらし、同じ支持表面の成形コーティングフィルム上の負荷重量Ｐ_ｆと（光学濃度の観点から）光学的に等しいと考えることができる。

したがって、大きな相違は、ナノ粒子に関するｔ_ｎｐｆよりもはるかに小さな成形フィルムの厚さｔ_ｆだけであり、結果として、その負荷重量Ｐ_ｎｐｆは、単純にナノ粒子のＣ_ｎｐｗ（重量％）にその厚さｔ_ｎｐｆを掛けた、Ｃ_ｎｐｗ・ｔ_ｎｐｆ＝Ｐ_ｎｐｆ（ｇ／ｍ^２）によって予測される。

可視範囲の透過率Ｔ_ｖ及びバインダーに分散したナノ粒子の透過−散乱−吸収（Ｔ、Ｓ、Ａ）に及ぼす主要な因子、言い換えれば、入射光が３つの明確な範囲、可視光、７５０〜１，２００ｎｍの低−中間ＩＲ範囲、１，２００ｎｍ〜２，６００ｎｍの長波長ＩＲ範囲でナノ粒子にどのように衝突するかを見出すために、理論的に数式化する作業が集中的に行われた。

顔料の分散とその透過率Ｔ、その相対ヘイズ、その散乱Ｓ、及び、その吸収Ａとの相関に関して、第２の非常に有用なモデルが文献（ＫｕｂｅｌｋａとＭｕｎｋの理論）に見出された。これは、ＩＲ範囲よりも色彩性能のための顔料分散を主に記述しているが、顔料粒子のサイズが≧１００ｎｍであっても、平均サイズ≦１００ｎｍのナノ粒子について以下のような有用な情報を推論することができる。

・可視範囲の透過率Ｔ_ｖ及びそのヘイズは、主としてナノ粒子の容積濃度Ｃ_ｎｐｖ及びその透過率Ｔ_ｖに関する材料の固有の特性に依存する。
・低中間ＩＲ範囲では、散乱Ｓ及び釣り合う吸収Ａプラス残りの透過Ｔは、非常に有効にその固有特性に加えて、ナノ粒子の特定の散乱表面Ｓ_ｎｐに依存し、従って、そのサイズ寸法Ｄ_ｎｐ及び容積濃度Ｃ_ｎｐｖに依存する。
・長いＩＲ範囲では、吸収Ａは、主としてナノ粒子の容積濃度Ｃ_ｎｐｖ及びその構成材料の固有の吸収特性に依存する。

当然のことではあるが、３つの範囲は全て、バインダーの光学的性能にも依存し、できる限り高い可視透過率（Ｔ_ｖ≧８０％）を有し、その結果、ＩＲ吸収を通常無視できるバインダーを選択することが好ましい。

したがって、ナノ粒子分散の性能の予測は以下の主要因子に依存する。
・その容積濃度Ｃ_ｎｐｖとナノ粒子材料の密度ρ_ｎｐによるその重量濃度Ｃ_ｎｐｗ＝ρＣ_ｎｐｖ。
・その負荷重量Ｐ_ｎｐ（ｇ／ｍ^２）＝Ｃ_ｎｐｗ・ｔ_ｎｐｆ。式中、ｔ_ｎｐｆは、ガラスシートと層間フィルムとの間のナノ粒子分散プライマー層の厚さである。
・平均サイズ直径Ｄ_ｎｐ、従って、ナノ粒子の比表面、

・容積濃度Ｃ_ｎｐｖ及び平均サイズＤ_ｎｐは、最適のナノ粒子装填を意味し、低中間範囲のＩＲの散乱Ｓ及びその光波のナノ粒子間自由通路の干渉にとって非常に重要であり、従って、プライマー層の要因を予測する、ナノ粒子による散乱Ｓに関するＩＲ全体の遮断効率の一致部分にとって非常に重要である。

上記の因子の中で、光学的な太陽光性能の限界を制御してＴ_ｖ／Ｔ_ｓ≧１．８を得るための本発明の因子は、
・０．２４〜０．２６のＣ _ｎｐｖ／Ｃ _ｎｗであって、これは、容積濃度Ｃ_ｎｐｖの範囲とナノ粒子分散プライマー中のナノ粒子のＣ_ｎｗ質量％の範囲の比を予測する。
・７〜１０までの最適範囲内で、いわゆる、

になり、これはナノ粒子分散の厚さｔ_ｎｆ及び負荷重量Ｐ_ｎｐ（ｇ／ｍ^２）の予測を意味する。
・散乱Ｓは、容積濃度Ｃ_ｎｐｖ及びナノ粒子の平均サイズＤ_ｎｐで予測され、これらの値は当然、比面積Ｓ_ｎｐ及びプライマーのナノ粒子中の自由容積によるＩＲ入射光の妨害に影響を及ぼす。

散乱Ｓは、主として比面積Ｓ_ｐ、平均直径Ｄ_ｎｐ、容積濃度Ｃ_ｎｐｖ、及び、ナノ粒子のある程度最終的な表面の形態の関数であるので、今のところ全く知られていないが、ナノ粒子材料の固有特性は、とりわけ透過率Ｔ及び吸収Ａに影響を及ぼしうる。

可視範囲で複素数の屈折率を有するＩＴＯ材料（５００ｎｍ波長でｎ_１＝２．０＋ｉ０．０１であり、実数部は非常に大きく、高い透過率と非常に低い吸収をもたらす）は、高Ｔ_ｖ用に最適な材料である。実験的に、ＩＴＯナノ粒子は、長い範囲のＩＲの吸収Ａにおいてさえ最適であると思われる。他方、それらは、ＩＲの低中間範囲の波において、低下した透過率Ｔ、低い吸収Ａ及び散乱Ｓが釣り合っている。

ＡＴＯは、長い範囲のＩＲ吸収Ａについてのみ最適であると考えることができる。
ＡＴＯは、長いＩＲ範囲において、ＩＴＯの補足として使用できるので、これがＩＴＯナノ粒子又はＩＴＯ及びＡＴＯの混合物を選択する理由である。

可視波からのＩＴＯの屈折率の変化（屈折率の実数部ｎ＝２）及び長いＩＲ範囲における高い吸収（屈折率の虚数部が非常に大きい）を定量化するには、更に研究が必要である。
しかし、おそらく、ＩＲの高、低及び中範囲の入射光の散乱機構に換えて、ＩＲの低い範囲で屈折率の実数部ｎは、ｎ＝２．０〜ゼロに下がり、屈折率ｋの吸収率を可視範囲の０．０１からＩＲの長い範囲において非常に大きく変化することは、現在実験的に実証するのに十分であった。

この点に関して、現在の研究は、いかにしてＩＴＯの固有特性がＴ_ｖ／Ｔ_ｓ≧１．８の中で、Ｔｓの光学的性能に影響を及ぼすかを予測することだけに集中している。専門的なより深い研究の結果、Ｓ_ｎ／Ｓ_ｎ＋Ｉ_ｎのモル比及び他の構造特性等の固有の特性は、最大でＴ_ｓ≦２０％だけＴ_ｖ／Ｔ_ｓ比に影響することができた。したがって、市場で通常入手可能なナノ粒子の中でＩＴＯ及びＡＴＯ混合物が好ましい。

付着の観点から、プライマー層はガラス表面のコーティングに比べて２つの理由で好都合である。第１に、磨耗、引っかき、環境での化学的経時変化、ピット発生及び剥離等に対する高い抵抗性等、機械的特性の余裕であり、第２に、プライマーはガラス表面と層間表面にだけ強い化学的結合を有すればよく、通常の積層工程中の加熱にＵＶ照射又は触媒によって容易に固化することは付加的な利点である。

光学的性能の観点から、太陽光要因ｇ（いわゆる太陽熱利得係数）は、プライマー（数ミクロン厚さのｔ_ｎｐｆ）の熱容量が低く、積層ガラスの第１シートのガラスの内部表面に位置するため、０．４５〜０．５の範囲になる。

以下の表１は、ｍ_ｎｐとｍ_ｂの異なる割合を有する、プライマー層組成物の１０個の異なる例、０．２４〜０．２６の因子Ｃ_ｎｐｖ／Ｃ_ｐｗ、及び、７〜１０のＴ_ｎｆ＝１／Ｃ_ｎｐｖに関連する計算を示す。このナノ粒子に使用したＩＴＯの平均密度は７．１ｇ／ｃｍ^３であり、ナノ粒子の平均サイズは２０ｎｍである。

以下の表２は、ＩＴＯナノ粒子の評価に重要な、負荷重量因子Ｐ_ｎｐｆの予測値を示す。係る値は７〜１０に変化するナノ太陽光技術の無次元因子Ｔ_ｎｆに基づいて計算され、プライマー層の厚さの値は１．０〜７μｍに変化する。

本発明によれば、良好な赤外線（ＩＲ）遮断特性を有し、簡単で安価な製造工程によって得られる積層ガラスを提供することができる。

以下の実施例は例示のために提供され、本発明を制限するものではない。

（実施例１）
積層ガラスは、ＰＶＢでできている層間フィルムによって分離された２枚のガラスシートからなる。プライマー層は、層間フィルムと２枚のガラスシートの一方との間に存在する。プライマー層は、ＰＶＢのバインダー母材によって形成され、ＩＴＯのＩＲ遮断ナノ粒子を含む。係る粒子の平均サイズは２０ｎｍである。プライマー層の厚さは４．１μｍであり、負荷重量は３．０ｇ／ｍ^２である。プライマー層の他の因子は以下の通りである。
Ｃ_ｎｐｖ＝Ｖ_ｎｐ／（Ｖ_ｎｐ＋Ｖ_ｂ）＝０．１０
Ｃ_ｎｗ＝Ｃ_ｐｗ＝ｍ_ｎｐ／（ｍ_ｎｐ＋ｍ_ｂ）＝０．４３
Ｔ_ｎｆ＝１０であり、式中、Ｖ_ｎｐ＝ナノ粒子容積、Ｖ_ｂ＝バインダー母材容積、ｍ_ｎｐ＝ナノ粒子の質量、ｍ_ｂ＝バインダー母材の質量である。

図１は光波長に対する積層ガラスの透過率（Ｔ）、散乱（Ｓ）、吸収（Ａ）の割合を示すグラフである。明らかなように、Ｔは可視スペクトル領域で非常に高く、ＩＲスペクトルではゼロになる傾向があり、Ｓは殆ど逆の挙動を示し、積層ガラスにＴ_ｖ／Ｔ_ｓ比＝１．８５をもたらし、これは先行技術では得られなかった値である。より詳細には、ＩＲの波長範囲８００ｎｍ〜１５００ｎｍにおいて、Ｔは８０％、ＩＲ散乱Ｓは１５〜１８％であり、これは同じ範囲において、初期の吸収Ａへの付加であり、透過率の減少である。光吸収は、８００ｎｍ〜２６００ｎｍのＩＲ範囲において、入射光の９０％を遮断する。分光測定法のデータは、積分球を備える光学装置ツインビームパーキンエルマー、モデルラムダ９００によって得た。

（実施例２）
バインダーＰＶＢ、ＩＴＯナノ粒子、及び、その平均サイズに関する因子は実施例１と同じである。プライマー層の厚さは約２．０μｍ、負荷重量は２．０ｇ／ｍ^２である。他の計算した因子は以下の通りである。
Ｃ_ｎｐｖ＝０．１５、
Ｃ_ｎｗ＝０．５４、
Ｔ_ｎｆ＝６．６７であり、Ｔ_ｖ／Ｔ_ｓ＝１．９０である。

スペクトルは、図１に示したものと等しく、波長Ｔ（λ）の関数であるその推定される透過スペクトルを図２に示す。この太陽光スペクトルから、Ｔ_ｖ／Ｔ_ｓ＝２を推定することが可能である。図２は、波長の関数である光透過Ｔの太陽光スペクトルのグラフであり、ナノ粒子からの散乱Ｓ及びその吸収Ａは、７５０〜１５００ｎｍの間からなる低中間のＩＲ範囲を含むＩＲを、約９０％遮断する。

（実施例３）
プライマー層の厚さが約１．４μｍ、Ｃ_ｎｐｖ＝０．１０、Ｃ_ｎｗ＝０．４３、負荷重量が１ｇ／ｍ^２、及び、Ｔ_ｎｆ＝１０である以外は、因子は、実施例１及び実施例２と同様である。

分光光度計のスペクトルは、図１及び図２のそれと同様であり、Ｔ_ｖ／Ｔ_ｓ＝８０／４１＝約１．９５である。

前述の開示に基づけば、本明細書に述べた積層ガラスが上記の目的及び利点を達成することは明らかなはずである。当然ながら、純粋に例として説明された説明の詳細及び実施例は、本発明の原理を同じく保ちながら、請求項の範囲から逸脱することなく、広く変更を加えることができる。

光波長に対する積層ガラスの透過率（Ｔ）、散乱（Ｓ）、吸収（Ａ）の割合を示すグラフである。波長の関数である光透過Ｔの太陽光スペクトルのグラフであり、ナノ粒子からの散乱Ｓ及びその吸収Ａは、７５０〜１５００ｎｍの間からなる低中間のＩＲ範囲を含むＩＲを、約９０％遮断する。

Claims

層間フィルムによって分離された少なくとも２枚のガラスシートからなる積層ガラスであって、プライマー層が、層間フィルムと２枚のガラスシートの少なくとも１枚との間に存在し、前記プライマー層は、バインダー樹脂母材と１２０ｎｍ未満の平均サイズを有するＩＲ遮断ナノ粒子とを含有する積層ガラスであって、
Ｔ_ｖを積層ガラスを透過した可視光の割合、Ｔ_ｓを積層ガラスを透過した放射エネルギーの割合としたときに、Ｔ_ｖ≧７５％、Ｔ_ｓ≦４０％、Ｔ_ｖ／Ｔ_ｓ≧１．８を満たし、
Ｖ_ｎｐ＝ナノ粒子容積（ｃｍ^３）、Ｖ_ｂ＝バインダー母材容積（ｃｍ^３）、ｍ_ｎｐ＝ナノ粒子の質量（ｇ）、ｍ_ｂ＝バインダー母材の質量（ｇ）、Ｃ _ｎｐｖ＝Ｖ _ｎｐ／（Ｖ _ｎｐ＋Ｖ _ｂ）、Ｃ _ｎｗ＝ｍ _ｎｐ／（ｍ _ｎｐ＋ｍ _ｂ）としたときに、無次元の因子Ｃ_ｎｐｖ／Ｃ_ｎｗが０．２３〜０．２８であり、かつ、無次元の因子Ｔ_ｎｆ＝１／Ｃ_ｎｐｖが６．６７〜１０である
ことを特徴する積層ガラス。
ＩＲ遮断ナノ粒子がＩＴＯ、ＡＴＯ及びその混合物からなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載の積層ガラス。
ナノ粒子の平均サイズが２０ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の積層ガラス。
ナノ粒子の比表面積が３０ｍ^２／ｇより大きいことを特徴とする請求項１、２又は３記載の積層ガラス。
Ｔ_ｓの値は、プライマー層について０．４５〜０．５の範囲で含まれる太陽光熱利得係数ｇの寄与を考慮することを特徴とする請求項１記載の積層ガラス。
前記バインダー母材が、ＰＶＢ、ＥＶＡ、ＰＵ及びその混合物からなる群より選択される接着樹脂によって形成されることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の積層ガラス。
前記プライマー層の厚さが１〜７μｍであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の積層ガラス。
ナノ粒子の単位面積あたり質量が１．０〜５．０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の積層ガラス。
自動車用フロントガラスであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の積層ガラス。
建物用窓であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の積層ガラス。