JP6702720B2 - 耐久性ソーラーミラーフィルム - Google Patents
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Description
米国政府は、米国エネルギー省によって授与されたDE−AC36−08GO28308(CRADA No.08−316)に従って本願に記載の発明の少なくとも一部の権利を有する。
本開示は、一般的に、耐久性ソーラーミラーフィルム、耐久性ソーラーミラーフィルムを製造する方法、及び耐久性ソーラーミラーフィルムを含む構造物に関する。
プレマスク層は、任意である。存在する場合、プレマスクは、取り扱い、積層、及び設置中に耐候性層を保護する。次いで、このような構成は、輸送、保管及び消費者使用のために便利にパッケージ化することができる。幾つかの実施形態では、プレマスクは、屋外設置中に作業者を保護するために不透明である。幾つかの実施形態では、プレマスクは、欠陥を点検できるように透明である。任意の公知のプレマスクを用いることができる。1つの例示的な市販のプレマスクは、Tredegar of Richmond,Virginiaによって販売されているForceField(登録商標)1035である。
本開示の例示的な多層光学フィルムは、例えば、「Apparatus for Making Multilayer Optical Films」という名称の米国特許第6,783,349号、「Method for Making Multilayer Optical Films」という名称の米国特許第6,827,886号、並びに「Solar Concentrating Mirror」という名称の国際公開第2009/140493号及び「Multi−layer Optical Films」という名称の国際公開第2011/062836号(これらは全て、参照によりその全文が本明細書に援用される)に開示されている装置及び方法を用いて調製してよい。国際公開第2009/140493号には、PMMA/PVDFスキン層が記載されている。本開示の例示的な多層光学フィルムとともに用いるのに好適な更なる層又はコーティングの例は、例えば、両方とも「Multilayer Polymer Film with Additional Coatings or Layers」という名称の米国特許第6,368,699号及び同第6,459,514号(これらは両方、参照することによりその全文が本明細書に援用される)に記載されている。
幾つかの実施形態では、結合層は、酸化アルミニウム、酸化銅、二酸化チタン、二酸化ケイ素、及びこれらの組合せ等の金属酸化物を含む。結合層として、二酸化チタンは、乾燥剥離及び湿潤剥離試験において、驚くほど高い層間剥離耐性をもたらすことが見出されている。金属酸化物結合層の更なる選択肢及び利点は、参照することにより本明細書に援用される米国特許第5,361,172号(Schisselら)に記載されている。
幾つかの実施形態では、ソーラーミラーフィルムは、コンプライアンス層を含む。コンプライアンス層は、好ましくは、周囲温度で非粘着性である。幾つかの実施形態では、コンプライアンス層は、ポリ(メチルメタクリレート)と、それぞれメタクリレート、アクリレート、スチレン、又はこれらの組み合わせを含む第1のモノエチレン性不飽和モノマーから誘導される少なくとも2つのエンドブロックポリマー単位であって、各エンドブロックが、少なくとも摂氏50度のガラス転移温度を有するエンドブロックポリマー単位、及びメタクリレート、アクリレート、ビニルエステル、又はこれらの組み合わせを含む第2のモノエチレン性不飽和モノマーから誘導される少なくとも1つのミッドブロックポリマー単位であって、各ミッドブロックが、摂氏20度以下のガラス転移温度を有するミッドブロックポリマー単位を有する、第1のブロックコポリマーと、を含む。
本明細書に記載するソーラーミラーフィルムは、1層以上の反射層を含む。高度の反射率を提供することに加えて、反射層は、製造の柔軟性を提供することができる。任意で、反射層は、比較的薄い有機結合層又は無機結合層に適用することができ、この結合層が耐候性層上に配置される。
耐食性層は、任意である。含まれる場合、耐食性層は、例えば、元素銅を含んでよい。犠牲陽極として作用する銅層を使用することで、耐食性及び屋外耐候性の強化された反射物品を提供することができる。別のアプローチとして、インコネル(鉄−ニッケル合金)等の比較的不活性な合金を使用することもできる。
接着剤層は、任意である。存在する場合、接着剤層は、多層構造物を基材(図示されない)に接着させる。幾つかの実施形態では、接着剤は、感圧接着剤である。本明細書で使用するとき、用語「感圧性接着剤」は、強力且つ持続性の粘着性、指圧以下での基材への接着性、及び基材から除去可能な十分な凝集力を示す接着剤を指す。例示的な感圧性接着剤としては、参照することにより本明細書に援用される国際公開第2009/146227号(Josephら)に記載されているものが挙げられる。
ライナーは、任意である。存在する場合、ライナーは、接着剤を保護し、ソーラーミラーフィルムを別の基材に移動させることができる。次いで、このような構成を、輸送、保管、及び消費者使用のために便利にパッケージ化してよい。幾つかの実施形態では、ライナーは、剥離ライナーである。幾つかの実施形態では、ライナーは、シリコーンコーティングされた剥離ライナーである。
本明細書に記載するフィルムは、ライナー180(存在する場合)を除去し、基材に隣接して接着剤層170(存在する場合)を配置することによって、基材に適用することができる。次いで、プレマスク層110(存在する場合)を除去して、耐候性層120を太陽光に曝露する。好適な基材は概ね、特定の特性を共有している。最も重要なことに、基材は、十分に剛性でなければならない。第2に、基材は、基材の質感が接着剤/金属/ポリマー積層体を通って伝わることのないよう、十分に滑らかでなければならない。これは、次の理由から有利である:(1)光学的に正確な鏡を可能にする、(2)金属反射層を腐食させたり接着剤を劣化させたりする可能性のある反応性種の侵入経路を排除することによって、金属反射層の物理的一体性を維持する、及び(3)反射フィルム−基材積層体内の応力密度を制御及び規定する。第3に、基材は、好ましくは、腐食を防ぐため、反射鏡積層体に対して非反応性である。第4に、基材は、好ましくは、接着剤が耐久的に接着する表面を有する。
吸湿膨張係数(CHE):吸湿膨張は、DMA−RHアクセサリー(TA Instrumentsから入手)と一体化している動的機械分析装置(DMA)モデル「Q800」、TA Instrumentsから入手)を用いて測定した。25℃の一定温度で約20%〜約80%の範囲の変動する相対湿度の勾配にわたって変位(m/m)を測定した。湿度変化によって引き起こされるサンプル寸法の変化を用いて、CHEを計算する。結果は、パーセント相対湿度(% RH)当たりの百万分率(ppm)で表す。
結果を様々な時間後の目視観測として報告することを除いて、ISO 9227:2006「Corrosion tests in artificial atmospheres−−Salt spray tests」に概説されている手順に従って、比較例及び実施例の腐食を評価した。
銀金属化アクリルフィルム(「ECP−305+」、3M Company,St.Paul,MNによって製造)を提供した。このフィルムは、結合層140を含んでいないことを除いて、図1に示すフィルムと実質的に同じに見えた。銀金属化アクリルフィルムは、RHパーセント当たり30ppmのCHEを有していた。製品に含まれているPSAを用いて、塗装されているアルミニウム基材にECP−305+フィルムを積層した。剪断機を用いてサンプルを4”×4”(10.6cm×10.6cm)に切断した。上記NSSに従ってサンプルを耐候試験したところ、72時間未満でトンネリングを示すことが見出された。
多層光学フィルムを以下の通り調製した:第1及び第2のポリマー層を多層ポリマー溶融物マニホールドを通して共押出して、500〜50層の交互に重なった層を有する多層溶融流を作製することによって多層光学積層体(以下に記載)を調製した。また、それぞれ約4マイクロメートルの厚さを有する2層のスキン層を、光学層積層体の各側に保護層として共押出した。多層溶融流を冷却ロール上に流延して、多層キャストウェブを作製した。次いで、多層キャストウェブを、テンターオーブン内で約105℃の温度まで加熱し、その後3.8×3.8の延伸比に二軸配向させた。約100nmの厚さの銀反射層をフィルム基材上に蒸着させた。約80nmの厚さの銅層を銀層上にコーティングした。25マイクロメートルのアクリル接着剤を銅層上にコーティングした。得られた多層光学フィルムを、約0.5mmの厚さを有するエポキシコーティングされたアルミニウム基材に接着させた。剪断機を用いて積層サンプルを4”×4”(10.6cm×10.6cm)に切断した。
多層光学フィルムを以下の通り調製した:第1及び第2のポリマー層を多層ポリマー溶融物マニホールドを通して共押出して、100〜50層の交互に重なった層を有する多層溶融流を作製することによって多層光学積層体(以下に記載)を調製した。また、それぞれ約4マイクロメートルの厚さを有する2層のスキン層を、光学層積層体の各側に保護層として共押出した。多層溶融流を冷却ロール上に流延して、多層キャストウェブを作製した。次いで、多層キャストウェブを、テンターオーブン内で約105℃の温度に加熱し、その後3.8×3.8の延伸比に二軸配向させた。約100nmの厚さの銀反射層をフィルム基材上に蒸着させてよい。約80nmの厚さの銅層を銀層上にコーティングしてよい。25マイクロメートルのアクリル接着剤を銅層上にコーティングしてよい。得られた多層光学フィルムを、約0.5mmの厚さを有するエポキシコーティングされたアルミニウム基材に接着させてよい。
1. パーセント相対湿度当たり約30ppm未満の吸湿膨張係数を有する多層光学フィルム層と、反射層と、を含む、ソーラーミラーフィルム。
2. 前記多層光学フィルム層の吸湿膨張係数が、パーセント相対湿度当たり約25ppm〜パーセント相対湿度当たり約5ppmである、態様1に記載のソーラーミラーフィルム。
3. 前記反射層が、金属層である、態様1又は2に記載のソーラーミラーフィルム。
4. 前記反射層が、銀、金、アルミニウム、銅、ニッケル、及びチタンのうちの少なくとも1つを含む、態様1〜3のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
5. 前記反射層が、パーセント相対湿度当たり0ppm〜パーセント相対湿度当たり3ppmの吸湿膨張係数を有する、態様1〜4のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
6. 前記多層光学フィルム層と前記反射層との間に結合層を更に含む、態様1〜5のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
7. 前記結合層が、二酸化チタンを含む、態様6に記載のソーラーミラーフィルム。
8. 前記多層光学フィルム層が、耐候性層である、態様1〜7のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
9. 前記多層光学フィルム層に隣接する耐候性層を更に含む、態様1〜8のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
10. 前記多層光学フィルム層が、380nm〜3,000nmの太陽放射波長域の一部にわたって少なくとも90%の平均放射反射率を示す、態様1〜9のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
11. 前記多層光学フィルム層の吸湿膨張係数が、パーセント相対湿度当たり約10ppm〜パーセント相対湿度当たり約25ppmである、態様1〜10のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
12. 前記多層光学フィルム層の吸湿膨張係数が、パーセント相対湿度当たり約15ppm〜パーセント相対湿度当たり約20ppmである、態様1〜11のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
13. 前記多層光学フィルム層と前記反射層との間にコンプライアンス層を更に含む、態様1〜12のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
14. 前記コンプライアンス層が、ブチルアクリレートを含む、態様13に記載のソーラーミラーフィルム。
15. 前記反射層に隣接する防食性層を更に含む、態様1〜14のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
16. 前記防食性層が、銅及び不活性金属合金のうちの少なくとも1つを含む、態様15に記載のソーラーミラーフィルム。
17. 前記反射層に隣接する接着剤層を更に含む、態様1〜16のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
18. 前記接着剤層が、感圧性接着剤を含む、態様17に記載のソーラーミラーフィルム。
19. 前記接着剤層が、前記反射層と基材との間に存在する、態様17又は18に記載のソーラーミラーフィルム。
20. 基材を更に含む、態様1〜19のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
21. 反射体アセンブリに組み込まれる、態様1〜20のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
22. PMMA及びPVDFを含む1層以上のスキン層を含む、態様1〜21のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
23. PMMAとPVDFとのブレンドを含む1層以上の光学層を含む、態様1〜22のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルム。
24. 態様1〜23のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルムを含む、集光型光起電システム。
25. 態様1〜23のいずれか一項に記載のソーラーミラーフィルムを含む、集光型太陽光発電システム。
本開示の様々な実施形態及び実施が開示される。開示された実施形態は、例証するために提示されるもので、制限するためのものではない。上記の実施及び他の実施は以下の請求項の範囲内である。本開示が、開示されたもの以外の実施形態及び実施により実行され得ることは当業者には理解されよう。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。本発明は、本明細書に記載される例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではない点、また、こうした実施例及び実施形態はあくまで例示を目的として示されるにすぎないのであって、本発明の範囲は本明細書において以下に記載する「特許請求の範囲」によってのみ限定されるものである点は理解すべきである。更に、本発明に対する様々な改変及び変形が、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく当業者にとって明らかとなろう。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。
Claims (3)
- 共押出による交互の第1および第2のポリマー層を多数含んでなり、パーセント相対湿度当たり約30ppm未満の吸湿膨張係数を有し、耐候性層である、多層光学フィルム層と、
金属反射層と、
前記多層光学フィルム層と前記金属反射層との間の結合層であって、二酸化チタンを含む前記結合層と
前記多層光学フィルム層に隣接する別の耐候性層と
前記多層光学フィルム層と前記金属反射層との間のコンプライアンス層と
を含み、
前記多層光学フィルム層、前記コンプライアンス層、前記結合層、および前記金属反射層がこの順で配置され、
前記多層光学フィルム層が、380nm〜3,000nmの太陽放射波長域の一部にわたって少なくとも90%の平均放射反射率を示す、
ソーラーミラーフィルム。 - 前記多層光学フィルム層の吸湿膨張係数が、パーセント相対湿度当たり約25ppm〜パーセント相対湿度当たり約5ppmである、請求項1に記載のソーラーミラーフィルム。
- 前記金属反射層に隣接する接着剤層を更に含む、請求項1又は2に記載のソーラーミラーフィルム。
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