JP4751968B1 - 調光体、調光シート、合わせガラス用中間膜及び合わせガラス - Google Patents
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Abstract
本発明は、導電膜を有する、一対の透明板の間に、導電性高分子を含有するアノードエレクトロクロミック層と、電解質層と、混合原子価錯体を含有するカソードエレクトロクロミック層とが順次積層されている調光体である。
【選択図】なし
Description
しかしながら、従来の調光体は、応答性が劣るため、電圧を印加しても光の透過率の変化が完了するまでに時間を要するという問題点があった。
以下に本発明を詳述する。
上記アノードエレクトロクロミック層は、上記導電膜と接するように積層され、上記カソードエレクトロクロミック層も同様に、上記導電膜と接するように積層されていることが好ましい。
上記電解質層は、支持電解質塩とバインダー樹脂とを含有することが好ましい。例えば、上記電解質層は、バインダー樹脂と支持電解質塩とを含有する樹脂組成物を用いて形成されることが好ましい。
なお、上記炭素数1〜7の有機基を有するアシル基とは、該有機基の炭素数が1〜7であることを意味し、上記炭素数1〜7のアルキル基を有するアシル基とは、該アルキル基の炭素数が1〜7であることを意味する。
上記式(1)中のR1を表す炭素数1〜8の有機基における炭素数の好ましい下限は2、好ましい上限は7である。上記炭素数が2以上であると、電解質層の耐久性が向上し、7以下であると、電圧を印加してから光透過率の変化が完了するまでの時間がより短い調光体が得られる。上記炭素数のより好ましい下限は3、より好ましい上限は6であり、更に好ましい下限は4、更に好ましい上限は5である。
なお、上記炭素数1〜7の有機基を有するアシル基とは、該有機基の炭素数が1〜7であることを意味し、上記炭素数1〜7のアルキル基を有するアシル基とは、該アルキル基の炭素数が1〜7であることを意味する。
上記式(2)中のR4を表す炭素数2〜8であり、酸素原子を有する有機基の炭素数の好ましい下限は3、好ましい上限は7である。上記炭素数が3以上であると、電解質層の耐久性が向上し、7以下であると、電圧を印加してから光透過率の変化が完了するまでの時間がより短い調光体が得られる。上記炭素数のより好ましい下限は4、より好ましい上限は6である。
上記式(2)中のR6を表す炭素数2〜8であり、酸素原子を有する有機基の炭素数の好ましい下限は3、好ましい上限は7である。上記炭素数が3以上であると、電解質層の耐久性が向上し、7以下であると、電圧を印加してから光透過率の変化が完了するまでの時間がより短い調光体が得られる。上記炭素数のより好ましい下限は4、より好ましい上限は6である。
なかでも、上記支持電解質塩はリチウム塩であることが好ましく、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム、リンフッ化リチウム等の無機酸アニオンリチウム塩、又は、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム等の有機酸アニオンリチウム塩であることがより好ましい。
上記アンモニウムカチオンは特に限定されず、例えば、テトラエチルアンモニウム、トリメチルエチルアンモニウム、メチルプロピルピロリジニウム、メチルブチルピロリジニウム、メチルプロピルピペリジニウム、メチルブチルピペリジニウム等のアルキルアンモニウムカチオンや、エチルメチルイミダゾリウム、ジメチルエチルイミダゾリウム、メチルピリジニウム、エチルピリジニウム、プロピルピリジニウム、ブチルピリジニウム等が挙げられる。
上記アニオンは特に限定されず、過塩素酸アニオン、ホウフッ化アニオン、リンフッ化アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドアニオン等が挙げられる。
また、上記溶媒として、トリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエート、トリエチレングリコールジ−2−エチルブチレート、テトラエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエート等のジエステル化合物を使用してもよい。
上記バインダー樹脂は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、ポリ三フッ化エチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアセタール樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。なかでも、ポリビニルアセタール樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体が好ましく、ポリビニルアセタール樹脂がより好ましい。透明性が高い電解質層が得られることから、ポリビニルアルコールをアセタール化して得られたポリビニルアセタール樹脂が更に好適である。特に、上記ポリビニルアセタール樹脂はポリビニルブチラール樹脂であることが好適である。
上記ポリビニルアセタール樹脂は水酸基量が30mol%以下であることが好ましい。上記ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が30mol%を超えると、上記溶媒との相溶性が低下し、電解質層の透明性が低下することがある。
なお、上記アセチル基量及び上記水酸基量はJIS K 6728に準拠して、滴定法により求めることができる。
上記ポリビニルアセタール樹脂Aは、ポリビニルブチラール樹脂であることが好ましい。
上記ポリビニルアセタール樹脂Bは、ポリビニルブチラール樹脂であることが好ましい。
上記熱線吸収剤は、赤外線を遮蔽する性能を有すれば特に限定されないが、錫ドープ酸化インジウム粒子、アンチモンドープ酸化錫粒子、亜鉛以外の元素がドープされた酸化亜鉛粒子、六ホウ化ランタン粒子、アンチモン酸亜鉛粒子、及び、フタロシアニン構造を有する赤外線吸収剤からなる群より選択される少なくとも1種が好適である。
上記接着力調整剤は、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、マグネシウム塩等が挙げられる。なかでも、炭素数2〜16のカルボン酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩及びマグネシウム塩が好適であり、具体的には例えば、ビス(酢酸)マグネシウム、酢酸カリウム、ビス(プロピオン酸)マグネシウム、プロピオン酸カリウム、ビス(2−エチルブタン酸)マグネシウム、2−エチルブタン酸カリウム、ビス(2−エチルヘキサン酸)マグネシウム、2−エチルヘキサン酸カリウム等が挙げられる。これらの接着力調整剤は単独で用いられてもよく、併用されてもよい。上記電解質層にバインダー樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を含有する場合、上記電解質層は接着力調整剤を含有することが好ましい。
上記電解質層が多層構造である場合、上記電解質層は、上記支持電解質塩と、上記式(1)で表される化合物又は上記式(2)で表される化合物と、上記バインダー樹脂として、熱可塑性樹脂とを含有することが好ましい。上記式(1)で表される化合物又は上記式(2)で表される化合物としてトリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエート(3GO)、トリエチレングリコールジ−2−エチルブチレート(3GH)、テトラエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエート(4GO)、ジヘキシルアジペート(DHA)等の液状可塑剤が挙げられる。
例えば、上記液状可塑剤の含有量の異なる電解質層を積層したり、上記バインダー樹脂として水酸基量の異なるポリビニルアセタール樹脂を含有する電解質層を積層したりすることにより、得られる合わせガラスの遮音性等を向上させることができる。
上記アノードエレクトロクロミック層は、導電性高分子を含有する。上記アノードエレクトロクロミック層は、酸化により可視光線透過率が増加する性質を有する。
なお、エレクトロクロミック性を有するとは、電圧を印加することにより光の透過率が変化する性質を有することを意味する。
なお、上記芳香族側鎖を構成する置換基の一部の水素原子は、水素原子以外の原子又は原子団に置換されていてもよい。
上記混合原子価錯体として、例えば、プルシアンブルー型錯体(KFe[Fe(CN)6])等が挙げられる。上記カソードエレクトロクロミック層に上記混合原子価錯体を含有させることにより、電圧を印加してから光透過率の変化が完了するまでの時間が極めて短い調光体を得ることができる。
なお、上記混合原子価錯体がプルシアンブルー型錯体(KFe[Fe(CN)6])である場合、鉄原子の一部が鉄原子以外の原子に置換されていてもよい。
上記混合原子価錯体を水や有機溶剤に分散させる方法は特に限定されないが、例えば、サンドミル、ビーズミル、ミキサー、超音波による分散等の公知の方法で上記混合原子価錯体を粒子化して分散液を調製する方法等が挙げられる。
また、共押出法により、上記アノードエレクトロクロミック層と、上記電解質層と、上記カソードエレクトロクロミック層とが積層された調光シートを製造してもよい。
なお、アノードエレクトロクロミック層と電解質層とが積層されている積層体と、透明板の導電膜上に形成されたカソードエレクトロクロミック層とを、電解質層とカソードエレクトロクロミック層とが接するように、積層してもよい。
上記エンボスの粗さは特に限定されないが、JIS B 0601で定義される十点平均粗さの好ましい下限が20μm、好ましい上限が50μmである。
上記部分的に形成された接着層の形状は特に限定されず、網目状、線状又は斑点状等が挙げられる。
なお、上記アノードエレクトロクロミック層又はカソードエレクトロクロミック層の面積に対する接着層の面積X(%)は、以下の式で表される。
X(%)=(Amm2)/(10mm2)×100
接着層を形成した後の上記アノードエレクトロクロミック層又はカソードエレクトロクロミック層を光学顕微鏡で観察し、接着層が形成された任意の10箇所(1mm2/1箇所)における、接着層の存在する合計面積A(mm2)を測定し、接着層の面積X(%)を算出する。
なお、上記接着層の最大厚みとは、接着層を形成した後に接着層を3D測定レーザー顕微鏡(OLYMPAS社製「LEXT OLS4000」)により測定した時の接着層の厚みの最大値を意味する。
上記導電膜は、スズドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等を含む透明導電膜が好ましい。
本発明の合わせガラスは、自動車用ガラスとして使用する場合は、サイドガラス、リアガラス、ルーフガラスとして用いることができる。
(1)電解質層の調製
溶媒としてトリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエート2.38gに、支持電解質塩としてビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiTFSI)0.67gを溶解して電解質溶液を調製した。得られた電解質溶液の全量と、バインダー樹脂として、平均重合度が2300であるポリビニルアルコールをn−ブチルアルデヒドによりアセタール化して得られたポリビニルブチラール樹脂(アセチル基量13mol%、水酸基量22mol%)5.00gとを混合して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シートに挟み、厚さ400μmのスペーサを介して、熱プレスにて150℃、100kg/cm2の条件で5分間加圧し、厚さ400μmの電解質層を得た。
窒素雰囲気下−50℃で9−エチニルフェナントレン3gを溶解させたテトラヒドロフラン溶液30mLにノルマルブチルリチウムの30重量%ヘキサン溶液13.4gを添加した。次いで、−90℃に冷却後、カリウムターシャリーブトキシド1.8gを溶解させたテトラヒドロフラン溶液15mLを添加し、−80℃で1時間撹拌し、5℃まで昇温した。次いで、−70℃で1−ヨードオクタデカン5.6gを滴下し、−30℃で12時間撹拌した。0℃で水100mLを滴下し、ヘキサン300mLを加え、生成した化合物を抽出した。このヘキサン層を蒸留水300mLで3回洗浄後、無水硫酸マグネシウムで1時間乾燥させ、濾過後、溶媒を留去した。カラム精製後溶媒を留去し、ヘキサンを展開溶媒としてカラム精製することにより3.5gの9−エチニル−10−n−オクタデシルフェナントレンを得た。
得られた9−エチニル−10−n−オクタデシルフェナントレンについて1H−NMR(270MHz、CDCl3)により分析を行ったところ、δ8.7(2H)、8.5(1H)、8.1(1H)、7.7(4H)、3.7(1H)、3.5(2H)、1.7(2H)、1.6(30H)、1.0(3H)のピークが認められた。
得られたポリ(9−エチニル−10−n−オクタデシルフェナントレン)の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフ法(GPC法)により測定した。Waters社製の液体クロマトグラフ装置(Waters2695,RI Waters2410,UV Waters2996)を用い、カラムはShodex社製LF−804を使用した。0.2重量%となるようにクロロホルムに溶解したポリ(9−エチニル−10−n−オクタデシルフェナントレン)を100μL注入し、カラム温度40℃で移動相をクロロホルムとして測定を行った。ポリスチレン換算分子量は、数平均分子量14万7千、重量平均分子量31万5千であった。
ITO電極が形成されたガラス板(表面抵抗10Ω/□)を用い、ITO電極を作用極、Pt線を対極とし、Ag/AgClを参照極としてフェリシアン化カリウム、塩化第一鉄をそれぞれ10mmol/L溶解した水溶液中で電流密度40μA/cm2で120秒間通電することでITO電極表面に、混合原子価錯体として、プルシアンブルー型錯体(KFe[Fe(CN)6])を析出させ、ITO電極表面にプルシアンブルー型錯体層を有するITOガラスを作製した。
85℃に加熱したアノードエレクトロクロミック層/電解質層の積層体(縦5×横5cm)を、1枚のITO電極が形成されたガラス板(縦5×横5cm、表面抵抗10Ω/□)と、ITO電極表面にプルシアンブルー型錯体層を有するITOガラスとの間に、電解質層とプルシアンブルー型錯体層とが接するように挟み込むことにより、調光体を作製した。
得られた調光体は、ガラス板/ITO電極/アノードエレクトロクロミック層/電解質層/カソードエレクトロクロミック層(プルシアンブルー型錯体層)/ITO電極/ガラス板が積層された構造を有する。
プルシアンブルー(ACROS ORGANICS社製)0.2gをエタノール19.8gに添加した液中に直径3mmのステンレス球80gを加え、ペイントシェーカー(セイワ技研社製)にて1時間振とうすることでプルシアンブルー粒子がエタノール中に分散した分散液を得た。プルシアンブルー粒子の体積平均粒子径を粒度分布計(Nicomp社製、「380ZLS−S」)で測定したところ、132nm(CV値33.8%)であった。
ITO電極が形成されたガラス板(縦5cm×横5cm、表面抵抗10Ω/□)上に、得られたプルシアンブルー分散液0.5mLを滴下し、スピンコーター(アクティブ社製)で1000rpmの条件で10秒間回転させ塗布し、ITO電極表面にプルシアンブルー層を有するITOガラスを作製した。
ITO電極表面にプルシアンブルー型錯体層を有するITOガラスに代えて、得られたITO電極表面にプルシアンブルー層を有するITOガラスを用いた以外は実施例1と同様にして、調光体を製造した。
直径3mmのステンレス球を、直径1mmのジルコニウム球とした以外は実施例2と同様にしてプルシアンブルー粒子がエタノール中に分散した分散液を得た。実施例2と同様にプルシアンブルー粒子の体積平均粒子径を測定したところ、125nm(CV値38.9%)であった。
その後、実施例2と同様にしてITO電極表面にプルシアンブルー層を有するITOガラスを作製した。
得られたITO電極表面にプルシアンブルー層を有するITOガラスを用いた以外は実施例1と同様にして、調光体を製造した。
実施例1と同様にして電解質層、アノードエレクトロクロミック層/電解質層の積層体を得た。
実施例2と同様にして得られたプルシアンブルー分散液を、得られたアノードエレクトロクロミック層/電解質層の積層体のアノードエレクトロクロミック層と反対側の面上に0.5mL滴下し、スピンコーター(アクティブ社製)で1000rpmの条件で10秒間回転させ塗布し、アノードエレクトロクロミック層/電解質層/プルシアンブルー層がこの順番に積層された調光シートを得た。
溶媒としてトリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエートの代わりにトリエチレングリコールジアセタートを用いて電解質層を調製した以外は実施例2と同様にして調光体を製造した。
溶媒としてトリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエートの代わりにトリエチレングリコールジ−n−ブチレートを用いて電解質層を調製した以外は実施例2と同様にして調光体を製造した。
溶媒としてトリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエートの代わりにトリエチレングリコールジ−2−エチルブチレートを用いて電解質層を調製した以外は実施例2と同様にして調光体を製造した。
溶媒としてトリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエートの代わりにトリエチレングリコールジ−1−プロピルブチレートを用いて電解質層を調製した以外は実施例2と同様にして調光体を製造した。
溶媒としてトリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエートの代わりにアジピン酸ジプロポキシエチルを用いて電解質層を調製した以外は実施例2と同様にして調光体を製造した。
バインダー樹脂として、平均重合度が2300であるポリビニルアルコールをn−ブチルアルデヒドによりアセタール化して得られたポリビニルブチラール樹脂(アセチル基量13mol%、水酸基量22mol%)の代わりに、平均重合度が2300であるポリビニルアルコールをn−ブチルアルデヒドによりアセタール化して得られたポリビニルブチラール樹脂(アセチル基量18mol%、水酸基量15mol%)を用いて電解質層を調製した以外は実施例6と同様にして調光体を製造した。
バインダー樹脂として、平均重合度が2300であるポリビニルアルコールをn−ブチルアルデヒドによりアセタール化して得られたポリビニルブチラール樹脂(アセチル基量13mol%、水酸基量22mol%)の代わりに、平均重合度が2300であるポリビニルアルコールをn−ブチルアルデヒドによりアセタール化して得られたポリビニルブチラール樹脂(アセチル基量6mol%、水酸基量11mol%)を用いて電解質層を調製した以外は実施例6と同様にして調光体を製造した。
バインダー樹脂として、平均重合度が2300であるポリビニルアルコールをn−ブチルアルデヒドによりアセタール化して得られたポリビニルブチラール樹脂(アセチル基量13mol%、水酸基量22mol%)の代わりに、平均重合度が2300であるポリビニルアルコールをn−ブチルアルデヒドによりアセタール化して得られたポリビニルブチラール樹脂(アセチル基量22mol%、水酸基量22mol%)を用いて電解質層を調製した以外は実施例6と同様にして調光体を製造した。
電解質層の調整において、トリエチレングリコールジブチレート2.38gをトリエチレングリコールジブチレート2.5gに変更した以外は、実施例6と同様にして調光体を製造した。
電解質層の調整において、トリエチレングリコールジブチレート2.38gをトリエチレングリコールジブチレート5.0gに変更した以外は、実施例6と同様にして調光体を製造した。
平均重合度が1700のポリビニルアルコールをn−ブチルアルデヒドでアセタール化して得られたポリビニルブチラール樹脂(アセチル基量13mol%、水酸基量22mol%)7.87g、トリエチレングリコールジ−2−エチルヘキサノエート5.1g及びビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiTFSI)1.56gをエタノール45gに溶解して接着剤組成物を得た。
なお、アノードエレクトロクロミック層の面積に対する接着層の面積X(%)は、接着層を形成した後のアノードエレクトロクロミック層を光学顕微鏡で観察し、接着層が形成された任意の10箇所(1mm2/1箇所)における、接着層の存在する合計面積A(mm2)を測定し、以下の式で算出した。
X(%)=A(mm2)/10(mm2)×100
得られた調光体は、ガラス板/ITO電極/接着層/アノードエレクトロクロミック層/電解質層/カソードエレクトロクロミック層(プルシアンブルー型錯体層)/ITO電極/ガラス板が積層された構造を有する。
実施例1と同様にしてアノードエレクトロクロミック層/電解質層の積層体を作製した。
85℃に加熱したアノードエレクトロクロミック層/電解質層の積層体(縦5cm×横5cm)を、2枚のITO電極が形成されたガラス板(縦5cm×横5cm、表面抵抗10Ω/□)の間に挟み込むことにより、調光体を作製した。
得られた調光体は、ガラス板/ITO電極/アノードエレクトロクロミック層/電解質層/ITO電極/ガラス板が積層された構造を有する。
実施例及び比較例で得られた調光体について、以下の方法により消色時間と着色時間とを測定した。結果を表1に示した。
完全に着色した状態の調光体の波長640nmの光の透過率をTC、完全に消色した状態の調光体の波長640nmの光の透過率をTBとする。
完全に着色した状態の調光体に+2Vの電圧を印加し、電圧を印加してから、調光体の波長640nmの光の透過率がTCからT1=TC+(TB−TC)×0.8にまで変化する時間を測定して、これを消色時間とした。
完全に消色した状態の調光体に−2Vの電圧を印加し、電圧を印加してから、調光体の波長640nmの光の透過率がTBからT2=TB−(TB−TC)×0.8にまで変化する時間を測定して、これを着色時間とした。
なお、透過率の測定には、日本分光社製の分光光度計「V−670」を用いた。
また、実施例及び比較例にて用いたITO電極が形成されたガラス板の厚みは1mmであった。
Claims (18)
- 導電膜を有する、一対の透明板の間に、導電性高分子を含有するアノードエレクトロクロミック層と、電解質層と、混合原子価錯体を含有するカソードエレクトロクロミック層とが順次積層されている調光体であって、前記導電性高分子が芳香族を側鎖に有するポリアセチレン化合物であることを特徴とする調光体。
- 混合原子価錯体がプルシアンブルー型錯体であることを特徴とする請求項1記載の調光体。
- 電解質層は、支持電解質塩、バインダー樹脂、並びに、下記式(1)で表される化合物又は下記式(2)で表される化合物を含有することを特徴とする請求項1又は2記載の調光体。
- 式(1)中、R1は炭素数1〜6のアルキル基を有するアシル基を表し、R2はエチレン基又はプロピレン基を表し、R3は炭素数1〜6のアルキル基を有するアシル基を表すことを特徴とする請求項3記載の調光体。
- バインダー樹脂は、ポリビニルアセタール樹脂であることを特徴とする請求項3又は4記載の調光体。
- ポリビニルアセタール樹脂は、アセチル基量が15モル%以下であり、かつ、水酸基量が30モル%以下であることを特徴とする請求項5記載の調光体。
- ポリビニルアセタール樹脂は、アセチル基量が5モル%以上であることを特徴とする請求項5記載の調光体。
- ポリビニルアセタール樹脂は、アセタール化度が70〜85モル%であることを特徴とする請求項5記載の調光体。
- 導電性高分子を含有するアノードエレクトロクロミック層と、電解質層と、混合原子価錯体を含有するカソードエレクトロクロミック層とが順次積層されている調光シートであって、前記導電性高分子が芳香族を側鎖に有するポリアセチレン化合物であることを特徴とする調光シート。
- 混合原子価錯体がプルシアンブルー型錯体であることを特徴とする請求項9記載の調光シート。
- 電解質層は、支持電解質塩、バインダー樹脂、並びに、下記式(1)で表される化合物又は下記式(2)で表される化合物を含有することを特徴とする請求項9又は10記載の調光シート。
- 式(1)中、R1は炭素数1〜6のアルキル基を有するアシル基を表し、R2はエチレン基又はプロピレン基を表し、R3は炭素数1〜6のアルキル基を有するアシル基を表すことを特徴とする請求項11記載の調光シート。
- バインダー樹脂は、ポリビニルアセタール樹脂であることを特徴とする請求項11又は12記載の調光シート。
- ポリビニルアセタール樹脂は、アセチル基量が15モル%以下であり、かつ、水酸基量が30モル%以下であることを特徴とする請求項13記載の調光シート。
- ポリビニルアセタール樹脂は、アセチル基量が5モル%以上であることを特徴とする請求項13記載の調光シート。
- ポリビニルアセタール樹脂は、アセタール化度が70〜85モル%であることを特徴とする請求項13記載の調光シート。
- 請求項9、10、11、12、13、14、15又は16記載の調光シートを用いることを特徴とする合わせガラス用中間膜。
- 請求項17記載の合わせガラス用中間膜が、導電膜が形成されている、一対のガラス板の間に挟み込まれていることを特徴とする合わせガラス。
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