JP6010108B2 - トリアジン系紫外線吸収剤を含むフィルム - Google Patents

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Description

本出願は、全般的には、少なくとも1つトリアジン系紫外線吸収剤を含むポリ(エチレン−コ−アクリル酸)(「EAA」)フィルムに関する。本出願は、全般的には、トリアジン系紫外線吸収剤を含むポリEAAフィルムを備えた再帰反射性シート材にも関する。
再帰反射性シート材とは、入射光を光源に再帰させる能力があるものである。この特異な能力は、様々な物品上での再帰反射性シート材の幅広い使用を生み出した。再帰反射性シート材の例示的な使用としては、例えば、交通標識、バリケード、ナンバープレート、舗装マーカー及び舗装マーキングテープ、並びに車両及び衣服用の再帰反射性テープなどが挙げられる。ビーズ状シート及びプリズム状、又はキューブコーナーシートの2つの形の再帰反射性シート材がある。ビーズ状シートは、多数のガラス又はセラミック製マイクロスフェアを使用して入射光を再帰反射するものである。プリズム状シートは、入射光の再帰反射に典型的には多数のキューブコーナー要素を使用する。
本出願の1つの実施形態は、ポリ(エチレン−コ−アクリル酸)及びトリアジン系UVAを含むフィルムに関する。このフィルムは2つ以上のトリアジン系UVAを含むことができる。一部の実施形態では、再帰反射性シート材は、キューブコーナー要素と本体層との間のランド層を更に備えてもよい。一部の実施形態では、本体層は、ベンゾトリアゾール系UVA及びベンゾフェノン系UVAの少なくとも1つを更に含んでもよい。一部の実施形態では、本体層は、約20マイクロメートル〜約1,000マイクロメートルの厚さを有する。一部の実施形態では、本体層は、約1.3ミル(33マイクロメートル)〜約4ミル(101.6マイクロメートル)の間の厚さを有する。一部の実施形態では、トリアジン系UVAは約350超の分子量を有する。一部の実施形態では、トリアジン系UVAは1つ又は2つ以上のかさ高の側鎖基を有する。
本出願の別の実施形態は、複数のキューブコーナー要素;及びキューブコーナー要素に隣接する本体層を含み、本体層がポリ(エチレン−コ−アクリル酸)及びトリアジン系UVAを備える再帰反射性シート材に関する。このシート材は2つ以上のトリアジン系UVAを含むことができる。一部の実施形態では,再帰反射性シート材は、キューブコーナー要素と本体層との間にランド層を更に備える。一部の実施形態では、本体層は、ベンゾトリアゾール系UVA及びベンゾフェノン系UVAの少なくとも1つを更に含む。一部の実施形態では、再帰反射性シート材は、約20マイクロメートル〜約1,000マイクロメートルの間の厚さを有する本体層を備える。一部の実施形態では、本体層は、約1.3ミル(33マイクロメートル)〜約4ミル(101.6マイクロメートル)の間の厚さを有する。一部の実施形態では、トリアジン系UVAは、約350超の分子量を有する。一部の実施形態では、トリアジン系UVAは1つ又は2つ以上のかさ高の側鎖基を有する。
代表的なキューブコーナー再帰反射性シート材の断面図。
様々な実施形態及び履行について詳細に説明する。これらの実施形態は、いかなる場合も本特許出願の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、変更及び修正を行うことができる。例えば、実施形態、実施、及び例の多くは再帰反射性シート材を具体的に参照して説明されているが、本特許出願の範囲をこの1つの代表的な実施に限定するように解釈されるべきではない。更に、いくつかの最終用途のみを本明細書で説明しているが、本明細書に記述されていない最終用途も本特許出願の範囲内に含まれる。したがって、本特許出願の範囲は、その請求項によって決定されるべきではない。
図1は、代表的なプリズム状再帰反射性シート材10の一部の断面図である。再帰反射性シート材10は、複数のキューブコーナー要素12及び本体部分14を備える。図1に示す実施形態では、本体部分14はランド層16及び本体層18を備える。本体層18は、典型的には、再帰反射性シート材10を環境的な要素から保護し、及び/又は再帰反射性シート材10に有意な機械的完全性をもたらすように機能する。図1に示される代表的な実施形態では、本体層18は、再帰反射性シート材10の前面の最外層である。光は前表面21から再帰反射性シート材10に入る。次いで、光は、本体部分14を通り抜け、キューブコーナー要素12の面22にぶつかり、矢印23により概略的に示すように、来た方向に戻る。当業者ならば、再帰反射性シート材10が、1つ又は2つ以上の最上部フィルム(図示せず)及び/又は封止フィルムも備えることができるということは判るであろう。また、当業者ならば、一部の実施形態では本体層18が最上部フィルムとしても作用することができるということは判るであろう。
キューブコーナー要素12は、本体部分14の第1の側又は裏側20から突出する。キューブコーナー要素12は、典型的には、3×10パスカル超の弾性率を有する光透過性ポリマー材料から形成される。光透過性により,本出願者は、ポリマーが、それに入射する光の強度の少なくとも約70パーセントを所定の波長で透過する能力があるということを意味する。一部の実施形態では、キューブコーナー要素で使用されるポリマーは、80パーセント超の光透過性を有し、他の実施形態では、入射光の90パーセント超を透過する。キューブコーナー要素12は、典型的には、約20〜約500マイクロメートルの範囲、より典型的には約35〜約180マイクロメートルの範囲の高さを有する。
一部の実施形態では,キューブコーナー要素12及びランド層16は、類似の又は同一の形のポリマーから作られる。一部の実施形態では、ランド層16は、最小厚さ(例えば、約0マイクロメートル〜約150マイクロメートルの範囲、及び好ましくはほぼ約1マイクロメートル〜約100マイクロメートルの範囲)のものである。一部の実施形態では、ランド層は最小厚さであることが好ましいが、これらの特定の実施形態では、再帰反射性シート材10は、ランド層16と本体層18との間に平坦な界面をもたらすことができるような、一部のランド層16を有することが望ましいことがある。図1に示す特定の代表的な実施形態では、ランド層16は、キューブコーナー要素12のベース部の直ぐ隣に配設される層であることにより本体層18から区別される。しかしながら、当業者ならば、本開示が、例えば、ランド層を備えない再帰反射性シート材、ずっと厚い又は薄いランド層を備えた再帰反射性シート材、及び/又はランド層及び本体層が同一材料である再帰反射性シート材などのこの特定の実施形態の変形を包含するように意図されているということが判るであろう。
本体層18は、典型的には、7×10パスカル未満の弾性率を有する光透過性ポリマー材料を備える。本体層18は、典型的には、約20マイクロメートル〜約1,000マイクロメートルの間の、好ましくは約50マイクロメートル〜約250マイクロメートルの間の、及びより好ましくは約1.3ミル(33マイクロメートル)〜4ミル(101.6マイクロメートル)の間の厚さを有する。図1に示す特定の実施形態は単一の本体層18を有するが、本体部分14中に2つ以上の本体層18を提供することは本開示の範囲内にある。広範なアレイのポリマーが、例えば、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第5,450,235号(Smithら)に記述されているように、本体層で使用可能である。1つのこのような代表的なポリマーはポリ(エチレン−コ−アクリル酸)(「EAA」とも呼ばれる)である。
米国特許第5,450,235号は、本体層が、UV吸収剤(「UVA」とも呼ばれる)を含んでもよいということも明言している。UVAは、光学層を含むフィルムを太陽光スペクトルの太陽の有害な光(約290nm〜400nmの間の)から保護するために、再帰反射性シート材で使用される。大多数のUVAは、EAAフィルムから移行又は滲出するためにEAAと非相溶性である。UVAが本体層から移行又は滲出すると、生じる再帰反射性フィルムはそのUVA防護性を喪失し、有害なUV光への暴露の結果として劣化を受ける可能性がある。この劣化は、再帰反射性シート材の再帰反射率の喪失を引き起こす可能性があり、シート材は、ある時点で意図した使用に不適となることもある。ベンゾトリアゾール−及びベンゾフェノン系UVAの組み合わせのみがEAAフィルム中又はそれと共に使用されてきた。
一部の実施形態では、トリアジン系UVAは本体層に可溶であり、透明性を付与する。透明性は、再帰反射性用途で重要であることがある。本明細書で使用されるとき、透明とは、本体層が約400nm超の波長で本体層に入射する光の強度の少なくとも約70パーセントを所定の波長で透過する(光透過性)ということを意味する。一部の実施形態では、ボディは、80パーセント超の光透過性を有し、他の実施形態では、光透過性は入射光の90パーセント超である。
ベンゾトリアゾール系UVAの化学式を下記に示す:
Figure 0006010108
一部の代表的な市販のベンゾトリアゾール系UVAを表Iに示す。
Figure 0006010108
表Iは約200〜約500の範囲の分子量の代表的なベンゾトリアゾール系UVAを示す。
ベンゾフェノン系UVAに対する化学式を下記に示す。
Figure 0006010108
一部の代表的な市販のベンゾフェノン系UVAを表IIに示す。
Figure 0006010108
表IIは約200超の分子量の代表的なベンゾフェノン系UVAを示す。
ベンゾトリアゾール−及びベンゾフェノン系UVAの組み合わせを含むEAAフィルムは、典型的には、フロリダの気候での1年当たり約40%及びミネソタの気候での1年当たり約20%の移行率(UVAがEAAフィルムから移行及び/又は滲出する割合)を示す。
結果として、本出願の発明者らは、EAA本体層中でより安定であり、その中に長時間残る1つ又は2つ以上のUVAを見出す必要性を認識した。また、本出願の発明者らは、充分な長期耐久性及び耐候性をもたらすEAAを含む本体層を備えた再帰反射性フィルムの必要性を認識した。
本出願の発明者らは、特別な類又は形のUVAが、EAAフィルム中で現在使用されているUVAと比較して約2倍長い間保持されるということを見出した。具体的には、本出願は、EAAフィルム中に1つ又は2つ以上のトリアジン系UVAを組み込むことに関する。トリアジン系UVAは次の化学式により一般に記述される。
Figure 0006010108
一部の代表的な市販トリアジン系UVAを表IIIに示す。
Figure 0006010108
表IIIは、約350超の分子量の代表的なトリアジン系UVAを示す。
本出願の発明者らは、トリアジン系UVAが、EAAフィルムで使用される先行技術のUVAよりも約2倍長くEAAフィルム中に残るということを見出した。UVAがEAAフィルム中に長く残るために、これらのフィルムを含む再帰反射性シート材は、再帰反射率をより長く保持する。これは、少なくとも一部、UVAを含む本体層が本体層の下の材料及び構造を保護するという事実による。
一部の実施形態では、EAAフィルムはトリアジン系UVAのみを含む。他の実施形態では、EAAフィルムは、1つ又は2つ以上のトリアジン系UVA及び1つ又は2つ以上の更なるUVAを含む。代表的な更なるUVAとしては、ベンゾトリアゾール系及びベンゾフェノン系UVAが挙げられるが、それらに限定されない。
一部の好ましい実施形態では、トリアジン系UVAはかさ高の側鎖基を有する。かさ高の側鎖基は、少なくとも6個の炭素原子を含む側鎖基を指すのに本明細書で使用される。表IIIに示す代表的な市販のトリアジン系UVAは、少なくとも1つのかさ高の側鎖基を含むUVAの非限定的な例である。
次の実施例は、本出願の範囲内の様々な実施形態を組み立てる一部の代表的な構成及び方法を記述する。以下の実施例は、例示を目的としたものであって、本出願の範囲を限定することを目的としたものではない。
試験方法
再帰反射率(R):再帰反射R(再帰反射率)の係数をASTM E−810−03「Test Method for Coefficient of Retroreflection of Retroreflective Sheeting Utilizing the Coplanar Geometry」に概述されている手順に従って測定した。Rを離散した観察角度で測定し、2つの隣接する測定観察角度の間の環状領域にわたって平均化した。
耐候性:2つの暴露サイクルを次の例で使用した:(1)「サイクルA」と称される、ASTM−G−152−06「Standard Practice for Operating Open Flame Carbon Arc Light Apparatus for Exposure of Nonmetallic Materials」中の表X1.1に規定された暴露試験サイクル「1a」及び(2)「サイクルB」と称される、ASTM G−155−05a「Standard Practice for Operating Xenon Arc Light Apparatus for Exposure of Non−Metallic Materials」中の表X3.1に規定された暴露試験サイクル「1」。暴露時間は約1000、1500又は1800時間であった。
Figure 0006010108
比較例A及び実施例1:
(1)本体層を準備すること;(2)参照により本明細書に組み込まれている米国特許第5,691,846号(Benson)に記述されているように、キューブコーナー微小構造体を本体層上にキャストすることにより再帰反射性層を作製すること;及び(3)多層封止フィルムをキューブコーナー微小構造体に積層することにより、再帰反射性フィルムを作製した。
本体層の作製:コロナ処理したポリエチレンテレフタレート(PET)キャリア上にEAA及び1つ又は2つ以上の紫外線吸収剤(UVA)を0.01cm(4ミル)のフィルム厚さで押し出すことにより、本体層を作製した。下記の表1に示すように、EAAのペレット及び選択されたUVAを、域1に対して140℃(284°F)の温度及び押し出し機出口及びダイにおいて175℃(347°F)に設定した1.9cm(0.75in)単軸押し出し機(C.W.Brabender Instruments Inc.(South Hackensack,NJ)から入手)の中にフィードして、約175℃(347°F)の溶融物温度を得た。押し出し機を出るとき、溶融樹脂を、慣用の水平フィルムダイ(Extrusion Dies Industries LLC(Chippewa Falls,WI)から商品名「ULTRAFLEX−40」で入手)に通し、約36m/min(120ft/min)で移動するPETキャリア上にキャストした。PETキャリア上の得られる溶融本体層を、ゴムロール/冷却スチールロールニップとの間を移動させ、溶融樹脂を固化して層とした。EAA表面を約1.5J/cmのエネルギーでコロナ処理した。
選択されたUVAを含むEAA本体層の重量パーセント(wt%)での組成を下記の表1に示す。
Figure 0006010108
再帰反射性層の作製:25wt%のBAED、12wt%のDMAEA、38wt%のTMPTA、25wt%の1,6 HDDA、及び0.5pph(パーツパーハンドレッド)のTPOの混合物をダイからゴムロール上にキャストすることにより、再帰反射性層を作製した。ゴムロールを本体層のEAA側と接触して、混合物を本体層上に転写した。被覆した本体層を複数のキューブコーナーキャビティを含む170°F(77℃)に加熱したパターン付きのツールロールと接触させた。パターン付きのツールロールを反時計回りの運動で約25fpm(7m/min)で回転するマンドレル上に載せた。本体層上に被覆した組成物は、キューブコーナーキャビティを完全に充填し、構造体全体を、600W/in(236W/cm)で設定した12個のFusion「D」ランプ641(Fusion Systems)により本体層から硬化した。二色性フィルターをUVランプの前で使用した。硬化工程を完結し、及びパターン付きのツールロールからキューブコーナー微小構造体をその上に付けた硬化フィルムの取り出した時に再帰反射性層を作製した。再帰反射性層を、50%で運転するFusion D UVランプにより照射して、キューブコーナー微小構造体の隅々までポスト−UV照射硬化を与えた。次いで、再帰反射性層を127℃(260°F)で設定したオーブンに通した。
得られるキューブコーナー微小構造体は、0.007inch(0.18mm)のピッチ(すなわち、主な溝間隔)の3組の交差溝を有するものであった。交差する溝は、55.5/55.5/69度で包接される角度のキューブコーナーベース部の三角及び76.2マイクロメートル(3.5ミル)のキューブコーナー要素高さを形成した。主な溝部間隔は、ベース三角形の2つの55°ベース角度を形成する溝部の間の溝部間隔として定義される。
封止フィルムの作製:2010年6月1日出願かつ本出願の出願人に譲渡された、同時係属の米国特許出願番号61/350269に記述されているように封止フィルムを作製した。共押し出しした封止フィルムは、A/A−EVAフィルム及び第3のポリオレフィン層の2層の構造体からなるものであった。2層の構造体は、透明な第1層及び着色した第2層から更になるものであった。具体的には、20重量%の80/20 TiO/EVAブレンドと混合したA/A−EVAのペレットを押し出し機の中にフィードすることにより、第2の着色した層を作製し、及びブローフィルム押し出し法を用いて、HDPEを2層の構造体の着色側上に0.005cm(2ミル)の厚さで押し出すことにより、第3層を作製した。封止フィルム構造体の透明なA/A−EVA側を、ほぼ1J/cmのエネルギーでコロナ処理した。
次に、ゴム製ロールと六角形のシールパターンを有する加熱エンボスロールとから構成される幅121.92cm(48インチ)のラミネーターを使用して、再帰反射性層のキューブコーナー微細構造側を封止フィルムに対してラミネートすることによって再帰反射性光学構造体を作製した。封止フィルムのHDPE層を250°F(121℃)の温度で加熱したエンボスロールに向けて押し付けた。封止時、貼り合わせ圧力は700〜1100psi(4.8〜7.6MPa)の範囲であり、ライン速度は25fpm(7m/min)であった。
比較例A
比較用本体層Aを用いて再帰反射性フィルムを上述のように作製した。
(実施例1):
本体層1を用いて再帰反射性フィルムを上述のように作製した。
比較例A及び実施例1の再帰反射性フィルムを、上述の耐候性試験方法に従って暴露サイクルA及びBにそれぞれ1500又は1800時間かけた。0.2°観察角度(obs.)、−4°及び30°射入角度(ent.)、並びに0°及び90°配向角度(orientation)でのフィルムの再帰反射率(R)を、暴露の前(初期R)後(最終R)に測定した。パーセント再帰反射保持率(Ret.)を計算した。結果を下記の表2及び3に示す。
Figure 0006010108
Figure 0006010108
端点による数値範囲全体の記載は、その範囲内に含まれるすべての数を含むものとする(すなわち、1〜10の範囲には、例えば、1、1.5、3.33、及び10が含まれる)。
詳細な説明及び特許請求の範囲における用語、第1、第2、第3などは、類似の要素の間の区別に使用されるものであり、必ずしも順序又は年代順の記述に使用されない。そのように使用される用語は、適切な環境下では互換的であること、及び本明細書に記載の本発明の実施形態は本明細書に記載以外の順序で操作可能であるということが理解されるべきである。
更に、詳細な説明及び特許請求の範囲における用語最上部、底部、上、下などは説明の目的で使用されるものであり、必ずしも相対的な位置の記述に使用されない。そのように使用される用語は、適切な環境下では互換的であること、及び本明細書に記載の本発明の実施形態は本明細書に記載以外の配向で操作され得るということが理解されるべきである。
上記の実施形態及び実施例の詳細には、本発明の基礎をなす原理から逸脱することなく多くの変更を加えることができる点は当業者に認識されるであろう。更に、本発明の様々な改良及び変更が本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに実施できることは、当業者には明らかであろう。したがって、本出願の範囲は、以下の「特許請求の範囲」によってのみ定められるべきものである。
以下に、本願発明に関連する発明の実施形態について列挙する。
[実施形態1]
ポリ(エチレン−コ−アクリル酸)と、
トリアジン系UVAと、
を含む、フィルム。
[実施形態2]
ベンゾトリアゾール系UVA及びベンゾフェノン系UVAのうちの少なくとも1つを更に含む、実施形態1に記載のフィルム。
[実施形態3]
約20マイクロメートル〜約1,000マイクロメートルの厚さを有する、実施形態1に記載のフィルム。
[実施形態4]
約1.3ミル(33.0マイクロメートル)〜約4ミル(101.6マイクロメートル)の厚さを有する、実施形態3に記載のフィルム。
[実施形態5]
前記トリアジン系UVAが約350超の分子量を有する、実施形態1に記載のフィルム。
[実施形態6]
前記トリアジン系UVAが、1つ又は2つ以上のかさ高の側鎖基を有する、実施形態1に記載のフィルム。
[実施形態7]
前記フィルムに隣接して配置された再帰反射性シート材を更に含む、実施形態1に記載のフィルム。
[実施形態8]
前記再帰反射性シート材がプリズム状である、実施形態1に記載のフィルム。
[実施形態9]
前記シート材が、前記フィルムに隣接して配置されるとき、ASTM−G−152−06の暴露試験サイクル1a及びASTM G−155−05aの暴露試験サイクル1からなる群から選択される暴露試験サイクルに1500時間かけられた後、0.5度未満の観測角で約50%超の再帰反射保持率を有する、実施形態1に記載のフィルム。
[実施形態10]
再帰反射性シート材であって、
複数のキューブコーナー要素と、
前記キューブコーナー要素に隣接する本体層であって、ポリ(エチレン−コ−アクリル酸)及びトリアジン系UVAを含む前記本体層と、
を含む、再帰反射性シート材。
[実施形態11]
前記キューブコーナー要素と前記本体層との間に、ランド層を更に含む、実施形態10に記載の再帰反射性シート材。
[実施形態12]
前記本体層が、ベンゾトリアゾール系UVA及びベンゾフェノン系UVAのうちの少なくとも1つを更に含む、実施形態10に記載の再帰反射性シート材。
[実施形態13]
前記本体層が、約20マイクロメートル〜約1,000マイクロメートルの厚さを有する、実施形態10に記載の再帰反射性シート材。
[実施形態14]
前記本体層が、約1.3ミル(33.0マイクロメートル)〜約4ミル(101.6マイクロメートル)の厚さを有する、実施形態10に記載の再帰反射性シート材。
[実施形態15]
前記トリアジン系UVAが、約350〜約650の分子量を有する、実施形態10に記載の再帰反射性シート材。
[実施形態16]
前記トリアジン系UVAが1つ又は2つ以上のかさ高の側鎖基を有する、実施形態10に記載の再帰反射性シート材。
[実施形態17]
前記シート材が、ASTM−G−152−06の暴露試験サイクル1a及びASTM G−155−05aの暴露試験サイクル1からなる群から選択される暴露試験サイクルに1500時間かけられた後、0.5度未満の観測角で約50%超の再帰反射保持率を有する、実施形態10に記載の再帰反射性シート材。
[実施形態18]
前記再帰反射保持率が0.2度の観測角で約50%超である、実施形態17に記載の再帰反射性シート材。

Claims (2)

  1. ポリ(エチレン−コ−アクリル酸)と、
    次の化学式を含むトリアジン系紫外線吸収剤と、
    Figure 0006010108
    (式中、
    R1は、CH 又はHのいずれか1つであり、
    R2は、CH 、H、又はフェニルのいずれか1つであり、
    R3は、C 12 、C 17
    Figure 0006010108
    Figure 0006010108
    Figure 0006010108
    のいずれか1つである。)
    ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤及びベンゾフェノン系紫外線吸収剤のうちの少なくとも1つと、
    を含む、フィルム。
  2. 再帰反射性シート材であって、
    複数のキューブコーナー要素と、
    前記キューブコーナー要素に隣接する本体層であって、ポリ(エチレン−コ−アクリル酸)と、トリアジン系紫外線吸収剤と、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤及びベンゾフェノン系紫外線吸収剤のうちの少なくとも1つと、を含み、前記ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が、次の化学式:
    Figure 0006010108
    (式中、
    R1は、CH 又はHのいずれか1つであり、
    R2は、CH 、H、又はフェニルのいずれか1つであり、
    R3は、C 12 、C 17
    Figure 0006010108
    Figure 0006010108
    Figure 0006010108
    のいずれか1つである。)
    を含むトリアジン系紫外線吸収剤である、前記本体層と、
    を含む、再帰反射性シート材。
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