JP7067557B2 - 農園芸用覆土フィルムとその製造方法 - Google Patents
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Description
一方、土壌を保温する合成樹脂シートは、一般に赤外線の透過率が高いため、土壌の保温効果が充分ではなかった。
また、特許文献2に係る農作物栽培用フィルムは、着色被膜層の面積が1.0~60%であり、また、熱となる赤外線を効率良く吸収する構成ではないため、土壌を加温する効果が充分では無いという課題があった。
そして、特許文献3に係る農園芸用覆土フィルムを用いることで、植物の生育に必要な光を植物側に供給し、赤外光を吸収して土を暖め、温室内等で用いた場合は、当該温室内等の雰囲気の気温を上げないようにすることが出来た。しかしながら、本発明者らの更なる検討によると、特許文献3で提案された方法で製造したタングステン酸化物微粒子または複合タングステン酸化物超微粒子は、その結晶性が低い為、当該微粒子を含有させた農園芸用覆土フィルムの赤外線吸収特性は、十分なものではないことが判明した。
当該複合タングステン酸化物超微粒子は、可視光領域で透明性があり、結晶性が高いことによって優れた赤外線吸収特性を有していた。そして、当該複合タングステン酸化物超微粒子を含む分散液を高い生産性をもって製造可能な、汎用性のある複合タングステン酸化物超微粒子であった。
赤外線吸収材料超微粒子を含有する赤外光吸収層を、有している農園芸用覆土フィルムであって、
前記赤外線吸収材料超微粒子が複合タングステン酸化物超微粒子であり、
前記複合タングステン酸化物超微粒子は、シリコン粉末標準試料(NIST製、640c)の(220)面のXRDピーク強度の値を1としたとき、XRDピークトップ強度の比の値が0.13以上である複合タングステン酸化物超微粒子である、ことを特徴とする農園芸用覆土フィルムである。
第2の発明は、
前記農園芸用覆土フィルムの少なくとも一方の面に、樹脂バインダー内に前記赤外線吸収材料超微粒子が分散して存在する赤外光吸収層が設けられている、ことを特徴とする第1の発明に記載の農園芸用覆土フィルムである。
第3の発明は、
前記農園芸用覆土フィルムのフィルム内部に、前記赤外線吸収材料超微粒子が分散して存在する、ことを特徴とする第1または第2の発明に記載の農園芸用覆土フィルムである。
第4の発明は、
前記複合タングステン酸化物超微粒子の結晶子径が1nm以上200nm以下である、ことを特徴とする第1から第3の発明のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルムである。
第5の発明は、
前記複合タングステン酸化物超微粒子が、一般式MxWyOz(但し、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.0<z/y≦3.0)で表記される複合タングステン酸化物超微粒子である、ことを特徴とする第1から第4の発明のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルムである。
第6の発明は、
前記複合タングステン酸化物超微粒子が六方晶の結晶構造を含む、ことを特徴とする第1から第5の発明のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルムである。
第7の発明は、
前記複合タングステン酸化物超微粒子の揮発成分の含有率が2.5質量%以下である、ことを特徴とする第1から第6の発明のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルムである。
第8の発明は、
前記複合タングステン酸化物超微粒子の表面が、Si、Ti、Zr、Alから選択される少なくとも1種類以上の元素を含有する酸化物で被覆されている、ことを特徴とする第1から第7の発明のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルムである。
第9の発明は、
前記フィルムが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラクロロトリフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、エチレン酢酸ビニル、ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも1種類以上である、ことを特徴とする第1から第8の発明のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルムである。
第10の発明は、
前記農園芸用覆土フィルムのフィルム内部に、白色反射材料が分散した白色光反射層を備える、ことを特徴とする第1から第9の発明のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルムである。
第11の発明は、
前記農園芸用覆土フィルムの一方の面に、白色光反射材料がコーティングされた白色光反射層と、さらに前記白色光反射層の上に赤外線吸収材料超微粒子がコーティングされた赤外光吸収層とを有する、
または、前記農園芸用覆土フィルムの一方の面に、白色光反射材料がコーティングされた白色光反射層と、前記農園芸用覆土フィルムの他方の面に、赤外線吸収材料超微粒子がコーティングされた赤外光吸収層とを有する、ことを特徴とする第1から第9の発明のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルムである。
第12の発明は、
前記白色光反射材料がTiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、MgO、ZnO、CaCO3、BaSO4、ZnS、PbCO3から選択される少なくとも1種類以上である、ことを特徴とする第10または第11の発明に記載の農園芸用覆土フィルムである。
第13の発明は、
赤外線吸収材料超微粒子を含有する赤外光吸収層を、有している農園芸用覆土フィルムの製造方法であって、
前記赤外線吸収材料超微粒子が複合タングステン酸化物超微粒子であり、
前記複合タングステン酸化物粒子を、そのXRDピークトップ強度の比の値が、シリコン粉末標準試料(NIST製、640c)の(220)面のXRDピーク強度の値を1としたとき、0.13以上となるように焼成して製造し、
前記XRDピークトップ強度の比の値を0.13以上に保ちながら、前記製造された複合タングステン酸化物粒子を前記赤外光吸収層へ加える、ことを特徴とする農園芸用覆土フィルムの製造方法である。
本発明に係る農園芸用覆土フィルムは、白色光反射材料を含有している白色光反射層と、赤外線吸収材料超微粒子である複合タングステン酸化物超微粒子を含有している赤外光吸収層を有するフィルムであり、可視光領域の光の拡散反射率が高く、赤外領域の光の吸収率が高いという特性を有するフィルムである。そこで、まず、赤外線吸収材料超微粒子である複合タングステン酸化物超微粒子について説明する。
以下、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子について、(1)XRDピークトップ強度の比、(2)組成、(3)結晶構造、(4)BET比表面積、(5)揮発成分、(6)まとめ、の順に説明する。
上述した複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度の測定には、粉末X線回折法を用いる。このとき、複合タングステン酸化物超微粒子の試料間において、測定結果に客観的な定量性を持たせるため、標準試料を定めて、当該標準試料のピーク強度を測定し、当該標準試料のピーク強度に対する当該超微粒子試料のXRDピークトップ強度の比の値をもって、各超微粒子試料のXRDピークトップ強度を表記することとした。
具体的には、深さ1.0mmの試料ホルダーへ、X線回折測定の際における公知の操作によって超微粒子試料を充填する。具体的には、超微粒子試料において優先方位(結晶の配向)が生じるのを回避する為、ランダム且つ徐々に充填し、尚且つムラなく出来るだけ密に充填することが好ましい。
X線源として、陽極のターゲット材質がCuであるX線管球を45kV/40mAの出力設定で使用し、ステップスキャンモード(ステップサイズ:0.0165°(2θ)および計数時間:0.022m秒/ステップ)のθ-2θの粉末X線回折法で測定することとしたものである。
このとき、X線管球の使用時間によってXRDピーク強度は変化するので、X線管球の使用時間は試料間で殆ど同じであることが望ましい。客観的な定量性を確保するため、X線管球使用時間の試料間の差は、最大でもX線管球の予測寿命の20分の1以下に収めることが必要である。より望ましい測定方法として、複合タングステン酸化物超微粒子のX線回折パターンの測定毎に、シリコン粉末標準試料の測定を実施して、前記XRDピークトップ強度の比を算出する方法が挙げられる。本発明ではこの測定方法を用いた。市販のX線装置のX線管球予測寿命は数千時間以上で且つ1試料当たりの測定時間は数時間以下のものが殆どであるため、上述の望ましい測定方法を実施することで、X線管球使用時間によるXRDピークトップ強度の比への影響を無視できるほど小さくすることが出来る。
また、X線管球の温度を一定とするため、X線管球用の冷却水温度も一定とすることが望ましい。
前記複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ比の値が0.13以上であることは、異相が殆ど含まれていない結晶性の良い複合タングステン酸化物超微粒子が得られていることを表す。即ち、得られる複合タングステン酸化物超微粒子がアモルファス(非晶質)化していないと考えられる。この結果、可視光を透過する有機溶媒などの液体媒体や、可視光を透過する樹脂などの固体媒体へ、当該異相が殆ど含まれていない複合タングステン酸化物超微粒子を分散させることにより、近赤外線吸収特性が十分得られると考えられる。
尚、本発明において「異相」とは、複合タングステン酸化物以外の化合物の相をいう。また、XRDピークトップ強度を測定する際に得られるX線回折パターンを解析することで、複合タングステン酸化物超微粒子の結晶構造や結晶子径を求めることが出来る。
そして、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子は、一般式MxWyOz(但し、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybの内から選択される1種以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.0<z/y≦3.0)で表記される、複合タングステン酸化物超微粒子であることが好ましい。
一般式MxWyOz中のM元素、x、y、zおよびその結晶構造は、複合タングステン酸化物超微粒子の自由電子密度と密接な関係があり、近赤外線吸収特性に大きな影響を及ぼす。
ここで本発明者らは、当該タングステン酸化物へ、M元素(但し、M元素は、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybの内から選択される1種以上の元素)を添加して複合タングステン酸化物とすることで、当該複合タングステン酸化物中に自由電子が生成され、近赤外線領域に自由電子由来の吸収特性が発現し、波長1000nm付近の近赤外線吸収材料として有効なものとなり、且つ、当該複合タングステン酸化物は化学的に安定な状態を保ち、耐候性に優れた近赤外線吸収材料として有効なものとなることを知見したものである。さらに、M元素は、Cs、Rb、K、Tl,Ba、Cu、Al、Mn、Inが好ましいこと、なかでも、M元素がCs、Rbであると、当該複合タングステン酸化物が六方晶構造を取り易くなる。この結果、可視光線を透過し、近赤外線を吸収することから、後述する理由により特に好ましいことも知見したものである。
x/yの値が0.001以上であれば、十分な量の自由電子が生成され目的とする近赤外線吸収特性を得ることが出来る。そして、M元素の添加量が多いほど、自由電子の供給量が増加し、近赤外線吸収特性も上昇するが、x/yの値が1程度で当該効果も飽和する。また、x/yの値が1以下であれば、複合タングステン超微粒子に不純物相が生成されるのを回避できるので好ましい。
一般式MxWyOzで示される複合タングステン酸化物超微粒子において、z/yの値は、2.0<z/y≦3.0であることが好ましく、より好ましくは2.2≦z/y≦3.0であり、さらに好ましくは2.6≦z/y≦3.0、最も好ましくは2.7≦z/y≦3.0である。このz/yの値が2.0以上であれば、当該複合タングステン酸化物中に目的以外であるWO2の結晶相が現れるのを回避することが出来ると伴に、材料としての化学的安定性を得ることが出来るので、有効な赤外線吸収材料として適用できるためである。一方、このz/yの値が3.0以下であれば、当該タングステン酸化物中に必要とされる量の自由電子が生成され、効率よい赤外線吸収材料となる。
複合タングステン酸化物超微粒子は、六方晶以外に、正方晶、立方晶のタングステンブロンズの構造をとるが、いずれの構造をとるときも近赤外線吸収材料として有効である。しかしながら、当該複合タングステン酸化物微超粒子がとる結晶構造によって、近赤外線領域の吸収位置が変化する傾向がある。即ち、近赤外線領域の吸収位置は、立方晶よりも正方晶のときが長波長側に移動し、六方晶のときは正方晶のときよりも、さらに長波長側へ移動する傾向がある。また、当該吸収位置の変動に付随して、可視光線領域の吸収は六方晶が最も少なく、次に正方晶であり、立方晶はこの中では最も大きい。
以上の知見から、可視光領域の光をより透過させ、近赤外線領域の光をより吸収する用途には、六方晶のタングステンブロンズを用いることが最も好ましい。複合タングステン酸化物超微粒子が六方晶の結晶構造を有する場合、当該微粒子の可視光領域の透過が向上し、近赤外領域の吸収が向上する。
複合タングステン酸化物超微粒子が、アモルファス相の体積比率50%以下である単結晶であると、XRDピークトップ強度を維持しながら結晶子径を200nm以下にすることが出来る。複合タングステン酸化物超微粒子の結晶子径を200nm以下とすることで、その分散粒子径を、近赤外線吸収特性と可視光透過特性との観点から好ましい範囲である、10nm以上200nm以下とすることが出来る。
これに対し、複合タングステン酸化物超微粒子において、分散粒子径は1nm以上200nm以下ではあるが、アモルファス相が体積比率で50%を超えて存在する場合や、多結晶の場合、当該複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度比の値が0.13未満となり、結果的に、近赤外線吸収特性が不十分で近赤外線吸収特性を発現が不十分となる場合がある。
一方、近赤外線吸収特性の観点から当該複合タングステン酸化物微粒子の結晶子径は、10nm以上であることが好ましい。そして、複合タングステン酸化物超微粒子の結晶子径が200nm以下10nm以上であることが、より好ましい。結晶子径が200nm以下10nm以上の範囲であれば、XRDピークトップ強度比の値が0.13を超え、さらに優れた赤外線吸収特性が発揮されるからである。
尚、後述する解砕、粉砕または分散された後の複合タングステン酸化物超微粒子分散液中の複合タングステン酸化物超微粒子のX線回折パターンは、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液中の揮発成分を除去して得られた複合タングステン酸化物超微粒子のX線回折パターンや、前記分散液から得られる分散体中に含まれる複合タングステン酸化物超微粒子のX線回折パターンにおいても維持される。
結果的に、複合タングステン酸化物超微粒子分散液や該分散液から得られる複合タングステン超微粒子分散体中の複合タングステン酸化物超微粒子のXRDパターン、XRDピークトップ強度、結晶子径など結晶の状態が、本発明で用いることができる複合タングステン酸化物超微粒子の結晶の状態であれば、本発明の効果は発揮される。
上述した複合タングステン酸化物超微粒子のBET比表面積は、当該超微粒子の粒度分布に密接な関係があるが、それと共に、当該超微粒子を原料とする近赤外線吸収分散液の生産性や、当該超微粒子自体の近赤外線吸収特性や光着色を抑制する耐光性に大きく影響する。
上述した複合タングステン酸化物超微粒子は、加熱により揮発する成分(本発明において「揮発成分」と記載する場合がある。)を含む場合がある。当該揮発成分とは、複合タングステン酸化物超微粒子が、保管雰囲気や大気中に暴露された際や、合成工程途中において吸着する成分のことである。ここで、当該揮発成分の具体例としては、水である場合や、後述する分散液の溶媒である場合があり、例えば150℃、またはそれ以下の加熱により、当該複合タングステン酸化物超微粒子から揮発する成分である。
例えば、後述する近赤外線吸収分散体に使用する樹脂と、当該超微粒子に吸着されている揮発成分との相溶性が悪い場合であって、さらに当該超微粒子において当該揮発成分含有量が多い場合、製造される近赤外線吸収分散体のヘイズ発生(透明性悪化)の原因となる可能性がある。また、製造される当該近赤外線吸収分散体が、長期間室外に設置され太陽光や風雨に暴露されたときに、複合タングステン酸化物超微粒子が近赤外線吸収分散体外へと脱離したり、膜の剥がれが生じたりする可能性がある。即ち、当該超微粒子と樹脂との相溶性悪化は、製造される当該近赤外線吸収分散体の劣化の原因となる。つまり、揮発成分を大量に含む複合タングステン酸化物超微粒子は、分散系に用いられる分散媒との相性によって、当該超微粒子の分散が良好であるか否かが、左右される可能性が有るということを意味する。従って、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子において揮発成分含有率が所定量以下であれば、広い汎用性が発揮される。
一方、当該揮発成分の含有率の下限には、特に制限はないことも知見した。
この結果、揮発成分の含有率が2.5質量%以下である超微粒子が過度に二次凝集していない場合であれば、タンブラー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、プラネタリーミキサーなどの混合機、及びバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、一軸押出機、二軸押出機などの混練機で均一に混合(溶融混合も含む)する方法を用いて、当該超微粒子を樹脂等に分散可能となる。
以上、詳細に説明した、複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度の値やBET比表面積は、所定の製造条件によって制御可能である。具体的には、熱プラズマ法や固相反応法などで該超微粒子が生成される際の温度(焼成温度)、生成時間(焼成時間)、生成雰囲気(焼成雰囲気)、前駆体原料の形態、生成後のアニール処理、不純物元素のドープなどの製造条件の適宜な設定によって制御可能である。一方、複合タングステン酸化物超微粒子の揮発成分の含有率は、当該超微粒子の保存方法や保存雰囲気、当該超微粒子分散液を乾燥させる際の温度、乾燥時間、乾燥方法などの製造条件の適宜な設定によって制御可能である。尚、複合タングステン酸化物超微粒子の揮発成分の含有率は、複合タングステン酸化物超微粒子の結晶構造や、後述する熱プラズマ法や固相反応等の合成方法に依存しない。
本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子の合成方法について説明する。
本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子の合成方法としては、熱プラズマ中にタングステン化合物出発原料を投入する熱プラズマ法や、タングステン化合物出発原料を還元性ガス雰囲気中で熱処理する固相反応法が挙げられる。熱プラズマ法や固相反応法で合成された複合タングステン酸化物超微粒子は、分散処理または粉砕・分散処理される。
以下、(1)熱プラズマ法、(2)固相反応法、(3)合成された複合タングステン酸化物超微粒子、の順に説明する。
熱プラズマ法について(i)熱プラズマ法に用いる原料、(ii)熱プラズマ法とその条件、の順に説明する。
本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子を熱プラズマ法で合成する際には、タングステン化合物と、M元素化合物との混合粉体を原料として用いることができる。
タングステン化合物としては、タングステン酸(H2WO4)、タングステン酸アンモニウム、六塩化タングステン、アルコールに溶解した六塩化タングステンに水を添加して加水分解した後溶媒を蒸発させたタングステンの水和物、から選ばれる1種以上であることが好ましい。
また、M元素化合物としては、M元素の酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、炭酸塩、から選ばれる1種以上を用いることが好ましい。
本発明で用いる熱プラズマとして、例えば、直流アークプラズマ、高周波プラズマ、マイクロ波プラズマ、低周波交流プラズマ、のいずれか、または、これらのプラズマの重畳したもの、または、直流プラズマに磁場を印加した電気的な方法により生成するプラズマ、大出力レーザーの照射により生成するプラズマ、大出力電子ビームやイオンビームにより生成するプラズマ、が適用出来る。尤も、いずれの熱プラズマを用いるにしても、10000~15000Kの高温部を有する熱プラズマであり、特に、超微粒子の生成時間を制御できるプラズマであることが好ましい。
その後、反応容器内にプラズマガスとして、アルゴンガス、アルゴンとヘリウムの混合ガス(Ar-He混合ガス)、またはアルゴンと窒素の混合ガス(Ar-N2混合ガス)から選択されるいずれかのガスを30~45L/minの流量で導入する。一方、プラズマ領域のすぐ外側に流すシースガスとして、Ar-He混合ガスを60~70L/minの流量で導入する。
そして、高周波コイル2に交流電流をかけて、高周波電磁場(周波数4MHz)により熱プラズマを発生させる。このとき、高周波電力は30~40kWとする。
また、プラズマガス流量を30L/min以上45L/min以下、シースガス流量を60L/min以上70L/min以下とすることが好ましい。プラズマガスは10000~15000Kの高温部を有する熱プラズマ領域を保つ機能があり、シースガスは反応容器内における石英トーチの内壁面を冷やし、石英トーチの溶融を防止する機能がある。それと同時に、プラズマガスとシースガスはプラズマ領域の形状に影響を及ぼすため、それらのガスの流量はプラズマ領域の形状制御に重要なパラメータとなる。プラズマガスとシースガス流量を上げるほどプラズマ領域の形状がガスの流れ方向に延び、プラズマ尾炎部の温度勾配が緩やかなるので、生成される超微粒子の生成時間を長くし、結晶性の良い超微粒子を生成できるようになる。これにより、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度比の値を所望の値とすることが出来る。逆に、プラズマガスとシースガス流量を下げるほどプラズマ領域の形状がガスの流れ方向に縮み、プラズマ尾炎部の温度勾配が急になるので、生成される超微粒子の生成時間を短くし、BET比表面積の大きい超微粒子を生成できるようになる。これにより本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度の比の値を所定の値に設定することが出来る。
固相反応法について(i)固相反応法に用いる原料、(ii)固相反応法における焼成とその条件、の順に説明する。
本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子を固相反応法で合成する際には、原料としてタングステン化合物およびM元素化合物を用いる。
タングステン化合物は、タングステン酸(H2WO4)、タングステン酸アンモニウム、六塩化タングステン、アルコールに溶解した六塩化タングステンに水を添加して加水分解した後、溶媒を蒸発させたタングステンの水和物、から選ばれる1種以上であることが好ましい。
また、Si、Al、Zrから選ばれる1種以上の不純物元素を含有する化合物(本発明において「不純物元素化合物」と記載する場合がある。)を、原料として含んでもよい。当該不純物元素化合物は、後の焼成工程において複合タングステン化合物と反応せず、複合タングステン酸化物の結晶成長を抑制して、結晶の粗大化を防ぐ働きをするものである。不純物元素を含む化合物は、酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、炭酸塩、から選ばれる1種以上であることが好ましく、粒径が500nm以下のコロイダルシリカやコロイダルアルミナが特に好ましい。
当該湿式混合で製造したM元素化合物とタングステン化合物との混合粉体、もしくは不純物元素化合物を含むM元素化合物とタングステン化合物との混合粉体を、不活性ガス単独または不活性ガスと還元性ガスとの混合ガス雰囲気下、1段階で焼成する。このとき、焼成温度は複合タングステン酸化物超微粒子が結晶化し始める温度に近いことが好ましく、具体的には焼成温度が1000℃以下であることが好ましく、800℃以下であることがより好ましく、800℃以下500℃以上の温度範囲がさらに好ましい。この焼成温度の制御により、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度の比の値を所定の値に設定することが出来る。
尤も、当該複合タングステン酸化物超微粒子の合成において、前記タングステン化合物に替えて、三酸化タングステンを用いても良い。
熱プラズマ法や固相反応法による合成法で得られた複合タングステン酸化物超微粒子を用いて、後述する複合タングステン酸化物超微粒子分散液を作製した場合、当該分散液に含有されている超微粒子の分散粒子径が、200nmを超える場合は、後述する複合タングステン酸化物超微粒子分散液を製造する工程において、粉砕・分散処理すればよい。そして、粉砕・分散処理を経て得られた複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度の比の値が、本発明の範囲を実現できていれば、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子やその分散液から得られる複合タングステン酸化物超微粒子分散体は、優れた近赤外線吸収特性を実現できるのである。
上述したように、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子は、揮発成分を含む場合があるが、当該揮発成分の含有率は2.5質量%以下であることが好ましい。しかし、複合タングステン酸化物超微粒子が大気中に暴露されるなどして、揮発成分の含有率が2.5質量%を超えた場合は、乾燥処理により当該揮発成分の含有率を低減させることが出来る。
具体的には、上述の方法で合成された複合タングステン酸化物を、粉砕・分散処理して微粒化し、複合タングステン酸化物超微粒子分散液を製造する工程(粉砕・分散処理工程)と、製造された複合タングステン酸化物超微粒子分散液を乾燥処理して溶媒を除去する工程(乾燥工程)とを経ることで、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子を製造することができる。
当該乾燥処理の工程は、後述する粉砕分散工程で得られる複合タングステン酸化物超微粒子分散液を、乾燥処理して当該分散液中の揮発成分を除去し、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子を得るものである。
以下、その一例として、(1)大気乾燥機による乾燥処理、(2)真空流動乾燥機による乾燥処理、(3)噴霧乾燥機による乾燥処理、について説明する。以下、それぞれの乾燥処理について順に説明する。
後述する方法で得られた複合タングステン酸化物超微粒子分散液を、大気乾燥機によって乾燥処理して当該分散液中の揮発成分を除去する処理方法である。この場合、複合タングステン酸化物超微粒子から当該揮発成分が揮発するよりも高い温度であって、元素Mが脱離しない温度で乾燥処理することが望ましく、150℃以下であることが望ましい。
当該大気乾燥機により、乾燥処理して製造した複合タングステン酸化物超微粒子は、弱い二次凝集体となっている。この状態でも、当該複合タングステン酸化物超微粒子を樹脂等に分散させることは可能であるが、より分散し易くするために、当該超微粒子を擂潰機等によって解砕することも好ましい一例である。
真空流動乾燥機による乾燥処理を行うことで、複合タングステン酸化物超微粒子分散液中の揮発成分を除去する処理方法である。当該真空流動乾燥機では、減圧雰囲気下で乾燥と解砕の処理を同時に行うため、乾燥速度が速い上に、上述した大気乾燥機での乾燥処理品に見られるような凝集体を形成しない。また、減圧雰囲気下での乾燥のため、比較的低温でも揮発成分を除去することができ、残存する揮発成分量も限りなく少なくすることができる。
乾燥温度は複合タングステン酸化物超微粒子から元素Mが脱離しない温度で乾燥処理することが望ましく、当該揮発成分が揮発するよりも高い温度であって、150℃以下であることが望ましい。
噴霧乾燥機による乾燥処理を行うことで、複合タングステン酸化物超微粒子分散液の揮発成分を除去する処理方法である。当該噴霧乾燥機では、乾燥処理における揮発成分除去の際に、揮発成分の表面力に起因する二次凝集が発生しにくく、解砕処理を施さずとも比較的二次凝集していない複合タングステン酸化物超微粒子が得られる。
本発明に係る農園芸用覆土フィルムを製造する為の、複合タングステン酸化物超微粒子分散液について説明する。
複合タングステン酸化物超微粒子分散液は、上記合成方法で得られた複合タングステン酸化物超微粒子と、水、有機溶媒、液状樹脂、プラスチック用の液状可塑剤、高分子単量体またはこれらの混合物から選択される混合スラリーの液状媒体、および適量の分散剤、カップリング剤、界面活性剤等を、媒体攪拌ミルで粉砕、分散させたものである。
そして、当該溶媒中における当該微粒子の分散状態が良好で、その分散粒子径が1~200nmであることを特徴とする。また、該複合タングステン酸化物超微粒子分散液に含有されている複合タングステン酸化物超微粒子の含有量が、0.01質量%以上80質量%以下であることが好ましい。
以下、本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液について、(1)溶媒、(2)分散剤、(3)分散方法、(4)分散粒子径、(5)バインダー、その他の添加剤、の順に説明する。
複合タングステン酸化物超微粒子分散液に用いられる液状溶媒は特に限定されるものではなく、複合タングステン酸化物超微粒子分散液の塗布条件、塗布環境、および、適宜添加される無機バインダーや樹脂バインダーなどに合わせて適宜選択すればよい。例えば、液状溶媒は、水、有機溶媒、油脂、液状樹脂、媒体樹脂用の液状可塑剤、高分子単量体、または、これらの混合物などである。
可塑性を備えた近赤外線吸収超微粒子分散体を製造する為に用いる複合タングステン酸化物超微粒子分散液においては、前記液状可塑剤を液状媒体とすることで、近赤外線吸収超微粒子分散体可塑性を向上させることができるからである。
なかでも、トリエチレングリコールジヘキサネート、トリエチレングリコールジ-2-エチルブチレート、トリエチレングリコールジ-オクタネート、トリエチレングリコールジ-2-エチルヘキサノネート等のトリエチレングリコールの脂肪酸エステルが好適である。
さらに、当該複合タングステン酸化物超微粒子分散液中における複合タングステン酸化物超微粒子の分散安定性を一層向上させ、再凝集による分散粒子径の粗大化を回避するために、各種の分散剤、界面活性剤、カップリング剤などの添加も好ましい。当該分散剤、カップリング剤、界面活性剤は用途に合わせて選定可能であるが、アミンを含有する基、水酸基、カルボキシル基、または、エポキシ基を官能基として有するものであることが好ましい。これらの官能基は、複合タングステン酸化物超微粒子の表面に吸着して凝集を防ぎ、赤外線吸収膜中においても本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子を均一に分散させる効果を持つ。これらの官能基のいずれかを分子中にもつ高分子系分散剤がさらに望ましい。
ビックケミー・ジャパン(株)製Disperbyk-101、Disperbyk-103、Disperbyk-107、Disperbyk-108、Disperbyk-109、Disperbyk-110、Disperbyk-111、Disperbyk-112、Disperbyk-116、Disperbyk-130、Disperbyk-140、Disperbyk-142、Disperbyk-145、Disperbyk-154、Disperbyk-161、Disperbyk-162、Disperbyk-163、Disperbyk-164、Disperbyk-165、Disperbyk-166、Disperbyk-167、Disperbyk-168、Disperbyk-170、Disperbyk-171、Disperbyk-174、Disperbyk-180、Disperbyk-181、Disperbyk-182、Disperbyk-183、Disperbyk-184、Disperbyk-185、Disperbyk-190、Disperbyk-2000、Disperbyk-2001、Disperbyk-2020、Disperbyk-2025、Disperbyk-2050、Disperbyk-2070、Disperbyk-2095、Disperbyk-2150、Disperbyk-2155、Anti-Terra-U、Anti-Terra-203、Anti-Terra-204、BYK-P104、BYK-P104S、BYK-220S、BYK-6919等;
BASFジャパン(株)社製 EFKA4008、EFKA4046、EFKA4047、EFKA4015、EFKA4020、EFKA4050、EFKA4055、EFKA4060、EFKA4080、EFKA4300、EFKA4330、EFKA4400、EFKA4401、EFKA4402、EFKA4403、EFKA4500、EFKA4510、EFKA4530、EFKA4550、EFKA4560、EFKA4585、EFKA4800、EFKA5220、EFKA6230、JONCRYL67、JONCRYL678、JONCRYL586、JONCRYL611、JONCRYL680、JONCRYL682、JONCRYL690、JONCRYL819、JONCRYL-JDX5050等;
味の素ファインテクノ(株)製アジスパーPB-711、アジスパーPB-821、アジスパーPB-822等が挙げられる。
当該複合タングステン酸化物超微粒子を、適宜な方法で基材上に塗布、または、基材に練り込むことで、高い可視光透過率と、低い日射透過率を有しながら、ヘイズ値が低いという近赤外線吸収特性を有する複合タングステン酸化物超微粒子分散体である近赤外線吸収超微粒子分散体を形成することができる。
媒体攪拌ミルを用いた粉砕・分散処理によって、複合タングステン酸化物超微粒子の分散液中への分散と同時に、複合タングステン酸化物超微粒子同士の衝突や媒体メディアの該超微粒子への衝突などによる微粒子化も進行し、複合タングステン酸化物超微粒子をより微粒子化して分散させることができる(即ち、粉砕・分散処理される。)。
そして当該複合タングステン酸化物超微粒子の粉砕・分散において、シリコン粉末標準試料(NIST製、640c)の(220)面のXRDピーク強度の値を1としたとき、当該複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度の比の値が0.13以上を担保出来るように、粉砕・分散の工程条件を設定する。当該設定により、当該複合タングステン酸化物超微粒子を含有する農園芸用覆土フィルムが優れた光学的特性を発揮する。
120℃以下の沸点を有する有機溶剤として、具体的にはトルエン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸ブチル、イソプロピルアルコール、エタノールが挙げられる。尤も、沸点が120℃以下で近赤外線吸収機能を発揮する微粒子を均一に分散可能なものであれば、任意に選択できる。但し、当該有機溶剤を添加した場合は、分散完了後に乾燥工程を実施し、近赤外線吸収超微粒子分散体の一例として後述する赤外光吸収層中に残留する有機溶剤を5質量%以下とすることが好ましい。赤外光吸収層の残留溶媒が5質量%以下であれば、後述する農園芸用覆土フィルムにおいて気泡が発生せず、外観や光学特性が良好に保たれるからである。
複合タングステン酸化物超微粒子の分散粒子径は、200nm以下であることが好ましく、さらに好ましくは、分散粒子径は、200nm以下10nm以上である。
これは、農園芸用覆土フィルムでは、白色光反射層を備える場合、赤外光吸収層の目視での可視光線の透明性を考慮する必要がある。赤外光吸収層は、可視光線の透明性を保持したまま近赤外線の効率良い吸収を行なうことが求められるからである。
本発明に係る複合タングステン酸化物超微粒子を含有する近赤外線吸収成分は、近赤外線領域、特に、波長900~2200nm付近の光を大きく吸収するため、その可視光線での透過色調が青色系から緑色系となる場合ある。一方、赤外線線吸収層に含まれる複合タングステン酸化物超微粒子の分散粒子径が1~200nmであれば、幾何学散乱またはミー散乱によって波長380nm~780nmの可視光線領域の光を散乱することがないので、赤外線線吸収層は光の散乱による呈色が減少し、可視光透過率の増加を図ることが出来るからである。さらに、レイリー散乱領域では、散乱光は粒子径の6乗に比例して低減するため、分散粒子径の減少に伴い散乱が低減し透明性が向上する。そこで、分散粒子径が200nm以下となると散乱光は非常に少なくなり、より透明性が増すことになり好ましい。
以上より、当該超微粒子の分散粒子径を200nmよりも小さくすれば透明性を確保することができるが、当該透明性を重視する場合には分散粒子径を150nm以下、さらに好ましくは100nm以下とすることが好ましい。一方、分散粒子径が1nm以上であれば、工業的な製造は容易である。
当該複合タングステン酸化物超微粒子分散液には、適宜、樹脂バインダーから選ばれる1種以上を含有させることができる。当該複合タングステン酸化物超微粒子分散液に含有させる樹脂バインダーの種類は特に限定されるものではないが、樹脂バインダーとしては、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などが適用できる。
また、複合タングステン酸化物超微粒子分散体の色調を調整する為に、カーボンブラックや弁柄等の公知の無機顔料や公知の有機顔料も添加できる。
複合タングステン酸化物超微粒子分散液には、公知の紫外線吸収剤や有機物の公知の赤外線吸収材やリン系の着色防止剤を添加してもよい。
本発明に係る農園芸用覆土フィルムについて説明する。
さらに、本発明に係る農園芸用覆土フィルムは、白色光反射材料が内部に分散された白色光反射層を設けても良く、当該白色反射層を備えたフィルムの少なくとも一方の面に赤外線吸収材料超微粒子がコーティングされて形成される赤外光吸収層を設けても良い。
また、白色光反射材料と赤外線吸収材料超微粒子とがフィルムの内部に分散されて、白色光反射層と赤外光吸収層とする構成としても良い。
また、フィルムの片面に、白色光反射材料がコーティングされて形成される白色光反射層を設け、さらに当該白色光反射層の上に赤外線吸収材料超微粒子がコーティングされて形成される赤外光吸収層とを設ける構成としても良い。
また、フィルムの片面に、白色光反射材料がコーティングされて形成される白色光反射層を設け、フィルムの他方の面に、赤外線吸収材料超微粒子がコーティングされて形成される赤外光吸収層を設ける構成としても良い。
尚、本発明に係る農園芸用覆土フィルムは、赤外光吸収層が赤外線吸収材料超微粒子に起因する着色がないので、白色反射層を備えても、白色反射層が赤外光吸収層により着色することはない。
この樹脂バインダーとしては、具体的には、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ふっ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂が挙げられる。また、金属アルコキシドを用いたバインダーの利用も可能である。上記金属アルコキシドとしては、Si、Ti、Al、Zr等のアルコキシドが代表的である。これら金属アルコキシドを用いたバインダーは、加水分解して加熱することで酸化膜を形成することが可能である。
上述した方法により得られた混合物を、ペント式一軸もしくは二軸の押出機で混練し、ペレット状に加工することにより、熱線吸収成分含有マスターバッチを得ることができる。
上記赤外線吸収材料超微粒子の分散媒は特に限定されるものではなく、配合する媒体樹脂バインダーに合わせて選択可能であり、例えば、水、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、芳香族化合物などの一般的な有機溶媒の各種が使用可能である。また、必要に応じて酸やアルカリを添加してpHを調整してもよい。さらに、赤外線吸収材料超微粒子の分散安定性を一層向上させるために、各種の界面活性剤、カップリング剤などを添加することも可能である。
さらに、前記農園芸用覆土フィルムに前記白色光反射層を設けた場合、可視光線は当該白色光反射材料により反射されるため、植物に当たる光量が増すことで光合成量が増え、植物の成長を促進できる。
尚、実施例および比較例における分散液や塗布膜の光学特性は、分光光度計(日立製作所株式会社製 U-4100)を用いて測定し、可視光透過率と日射透過率とは、JISR3106に従って算出した。また、分散粒子径は、動的光散乱法に基づく粒径測定装置(大塚電子株式会社製 ELS-8000)により測定した平均値をもって示した。
水0.330kgにCs2CO30.216kgを溶解し、これをH2WO41.000kgに添加して十分攪拌した後、乾燥し、狙いの組成であるCs0.33WO3混合粉体を得た。
その結果、混合粉体は熱プラズマ中にて瞬時に蒸発し、プラズマ尾炎部に至る過程で急冷凝固して超微粒化した。当該生成した超微粒子は、回収フィルターに堆積した。
この製造条件を表1に示す。また、表1には下記の実施例2~13の製造条件についても併せて示す。
一方、シリコン粉末標準試料(NIST製 640c)を準備し、当該シリコン粉末標準試料における(220)面を基準としたピーク強度の値を測定したところ、19800カウントであった。
従って、当該標準試料のピーク強度の値を1としたときの、実施例1に係る粉砕分散処理後の複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピーク強度の比の値は0.15であることが判明した。
また、実施例1に係る粉砕分散処理後の複合タングステン酸化物超微粒子の結晶子径は16.9nmであった。
この結果を表3に示す。また、表3には下記の実施例2~13で得られた結果についても併せて示す。
作製された実施例1に係る赤外線吸収膜に分散された複合タングステン酸化物超微粒子の平均粒子径を、透過型電子顕微鏡像を用いた画像処理装置によって算出したところ、17nmであり、上述した結晶子径16.9nmとほぼ同値であった。
また、作製された膜の分光特性を、日立製作所製の分光光度計を用いて波長200~2600nmの光の透過率により測定し、JIS A 5759に従って可視光透過率、日射透過率、可視光反射率、日射反射率、日射吸収率を算出した。(ここで、日射吸収率は、日射吸収率(%)=100%-日射透過率(%)-日射反射率(%)から算出した。)。
この結果を表5に示す。また、表5には下記の実施例2~13で得られた結果についても併せて示す。
キャリアガス流量、プラズマガス流量、シースガス流量、原料供給速度を変更したこと以外は、実施例1と同様の操作をすることで、実施例2~6に係る複合タングステン酸化物超微粒子と複合タングステン酸化物超微粒子分散液を製造した。変更したキャリアガス流量条件と原料供給速度条件、およびその他の条件を表1に記載する。実施例2~6に係る複合タングステン酸化物超微粒子と複合タングステン酸化物超微粒子分散液に対して、実施例1と同様の評価を実施した。
当該評価結果を表2に示す。
また、実施例2~6に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2~6に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表1、3、5に示す。
実施例1に記載のCs2CO3とH2WO4との混合粉体を、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス雰囲気下、800℃で焼成したCs0.33WO3で表される複合タングステン酸化物に変更して、高周波プラズマ反応装置に投入する原料として用いた。それ以外は実施例1と同様の方法で実施例7に係る複合タングステン酸化物超微粒子と複合タングステン酸化物超微粒子分散液を製造した。得られた超微粒子とその分散液に対して、実施例1と同様の評価を実施した。当該製造条件と評価結果を表1、2に示す。
また、実施例7に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例7に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表1、3、5に示す。
キャリアガス流量と原料供給速度を変更したこと以外は、実施例7と同様の操作をすることで、実施例8に係る複合タングステン酸化物超微粒子と複合タングステン酸化物超微粒子分散液を製造した。得られた超微粒子とその分散液に対して、実施例1と同様の評価を実施した。当該製造条件と評価結果を表1、2に示す。
また、実施例8に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例8に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表1、3、5に示す。
水0.330kgにRb2CO30.148kgを溶解し、これをH2WO41.000kgに添加して十分攪拌した後、乾燥し、狙いの組成であるRb0.32WO3の実施例9に係る混合粉体を得た。
水0.330kgにK2CO30.375kgを溶解し、これをH2WO41.000kgに添加して十分攪拌した後、乾燥し、狙いの組成であるK0.27WO3の実施例10に係る混合粉体を得た。
水0.330kgにTlNO30.320kgを溶解し、これをH2WO41.000kgに添加して十分攪拌した後、乾燥し、狙いの組成であるTl0.19WO3の実施例11に係る混合粉体を得た。
水0.330kgにBaCO30.111kgを溶解し、これをH2WO41.000kgに添加して十分攪拌した後、乾燥し、狙いの組成であるBa0.14WO3の実施例12に係る混合粉体を得た。
水0.330kgにK2CO30.0663kgとCs2CO30.0978kgを溶解し、これをH2WO41.000kgに添加して十分攪拌した後、乾燥し、狙いの組成であるK0.24Cs0.15WO3の実施例13に係る混合粉体を得た。
また、実施例9~13に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例9~13に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表1、3、5に示す。
水16.5gにCs2CO310.8gを溶解し、当該溶液をH2WO450gに添加して十分攪拌した後、乾燥した。当該乾燥物へN2ガスをキャリアーとした2%H2ガスを供給しながら加熱し、800℃の温度で30分間焼成した。その後、N2ガス雰囲気下800℃で90分間焼成する固相法にて実施例14に係る複合タングステン酸化物を得た。
これ以外は実施例1と同様にして、実施例14に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液を製造した。但し、媒体攪拌ミルによる粉砕・分散処理時間は2時間とした。得られた超微粒子とその分散液に対して、実施例1と同様に評価した。
得られた超微粒子のX線回折パターン測定し相の同定を行った結果、得られた超微粒子は六方晶Cs0.33WO3単相と同定された。
この製造条件を表2に示す。また、表2には下記の実施例15~26、比較例1~4の製造条件についても併せて示す。
この評価結果を表4に示す。また、表4には下記の実施例15~26、比較例1~4で得られた結果についても併せて示す。
また、実施例14に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例14に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
この評価結果を表6に示す。また、表6には下記の実施例15~26、比較例1~5で得られた結果についても併せて示す。
水0.330kgにCs2CO30.216kgを溶解し、得られた溶液をH2WO41.000kgに添加して十分攪拌した後、乾燥して乾燥物を得た。N2ガスをキャリアーとした5%H2ガスを供給しながら当該乾燥物を加熱し、800℃の温度で1時間焼成した。その後、さらにN2ガス雰囲気下800℃で2時間焼成する固相反応法を実施して、実施例15に係る複合タングステン酸化物を得た。
実施例15に係る複合タングステン酸化物超微粒子の水分散液の分散粒子径を測定したところ、70nmであった。尚、分散粒子径測定の設定として、粒子屈折率は1.81とし、粒子形状は非球形とした。また、バックグラウンドは水で測定し、溶媒屈折率は1.33とした。
結果を表2、4、6に示す。
大気乾燥機による乾燥処理を、真空攪拌擂潰機による真空乾燥処理に変更した以外は実施例15と同様にして、実施例16に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表2、4、6に示す。
尚、真空攪拌擂潰機は石川式攪拌擂潰機24P型(田島化学機械株式会社製)を使用し、真空乾燥処理における乾燥温度は80℃、乾燥時間は32時間、混練ミキサーの回転周波数は40Hz、真空容器内の圧力は0.001MPa以下とした。
大気乾燥機による乾燥処理を、噴霧乾燥機による噴霧乾燥処理に変更した以外は実施例15と同様にして、実施例17に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表2、4、6に示す。
尚、噴霧乾燥機は噴霧乾燥機ODL-20型(大川原化工機株式会社製)を使用した。
媒体攪拌ミルによる粉砕分散処理時間を1時間に変更した以外は、実施例15~17と同様の方法で実施例18~20に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表2、4、6に示す。
複合タングステン酸化物超微粒子分散液の調製の際、複合タングステン酸化物10重量部と、溶媒としてプロピレングリコールモノエチルエーテル90重量部とを混合したこと以外は、上述した実施例15~17と同様の合成製造方法により、実施例21~23に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表2、4、6に示す。
実施例1に係る方法と同様にして複合タングステン酸化物超微粒子を得た。その後、得られた超微粒子10重量と、トルエン80重量部と、分散剤a10重量部とを混合し、50gのスラリーを調製した。このスラリーへ、超音波ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製 US-600TCVP)によって0.5時間分散処理を行い、実施例24に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液を得、さらに実施例1と同様の方法により実施例24に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表2、4、6に示す。
実施例1に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液から、スプレードライヤーを用いてトルエンを除去し、実施例25に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散粉を得た。
得られた複合タングステン酸化物超微粒子分散粉を、ポリエチレン樹脂ペレットに添加し、ブレンダーで均一に混合した後、二軸押出機で溶融混練し、押出されたストランドをペレット状にカットし、複合タングステン酸化物超微粒子を含有するマスターバッチを得た。
同様の方法でTiO2を含有するマスターバッチを得た。
この複合タングステン酸化物超微粒子を含有するマスターバッチとTiO2を含有するマスターバッチとを、同じ方法で調製した無機微粒子を添加していないマスターバッチと混合した。この混合マスターバッチを押出し成形して、厚さ50μmのフィルムを形成した。
結果を表2、4、6に示す。
実施例1に係る複合タングステン酸化物超微粒子分散液50重量部とハードコート用紫外線硬化樹脂(固形分100%)30重量部とを混合して、赤外線吸収材料超微粒子分散体液とした。同様の方法で、TiO2微粒子を含有する白色光反射材料微粒子分散体液を得た。この赤外線吸収材料超微粒子分散体液をポリエチレンフィルム上にバーコーターを用いて塗布し成膜した。この膜を60℃で30秒間乾燥し溶媒を蒸発させた後、高圧水銀ランプで硬化させた。その後、ポリエチレンフィルムのもう片面に、同様の方法で白色光反射材料微粒子を塗布して成膜し、硬化させ、可視光領域の拡散反射率が高い赤外線吸収膜を得た。
結果を表2、4、6に示す。
キャリアガス流量、プラズマガス流量、シースガス流量、原料供給速度を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、比較例1、2に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表2、4、6に示す。
5000~10000Kの高温部を有している熱プラズマを発生させるために、高周波電力は15kWとした以外は、実施例1と同様の方法により、比較例3に係る赤外線吸収膜を得て評価した。
結果を表2、4、6に示す。
実施例15に係る複合タングステン酸化物超微粒子水分散液を2時間の粉砕分散処理時間で得るところを、20時間の粉砕分散処理とした以外は、実施例15と同様の操作を行って、比較例4に係る複合タングステン酸化物超微粒子水分散液を得た。比較例4に係る複合タングステン酸化物超微粒子水分散液の分散粒子径を測定したところ、120nmであった。尚、分散粒子径測定の設定として、粒子屈折率は1.81とし、粒子形状は非球形とした。また、バックグラウンドは水で測定し、溶媒屈折率は1.33とした。
また、比較例4に係る複合タングステン酸化物超微粒子の揮発成分の含有率を測定したところ2.2質量%であった。
作製された比較例4に係る赤外線吸収膜に分散された複合タングステン酸化物超微粒子の平均粒子径を、透過型電子顕微鏡像を用いた画像処理装置によって算出したところ、120nmであり、上述した結晶子径8.1nmとは値が異なっていた。
作製された膜の分光特性を、日立製作所製の分光光度計を用いて波長200~2100nmの光の透過率により測定し、JIS A 5759に従って可視光透過率、日射透過率、可視光反射率、日射反射率、日射吸収率を算出した。(ここで、日射吸収率は、日射吸収率(%)=100%-日射透過率(%)-日射反射率(%)から算出した。)
結果を表2、4、6に示す。
赤外線吸収材料超微粒子分散体液を塗布することなく、白色光反射材料としてTiO2微粒子が含有されているポリエチレンフィルムの分光特性を測定した。
結果を表6に示す。
表2から明らかなように、実施例1~27に係る赤外線吸収膜に含まれる複合タングステン酸化物超微粒子は、シリコン粉末標準試料(NIST製、640c)(220)面のXRDピーク強度の値に対する前期複合タングステン酸化物超微粒子のXRDピークトップ強度の比が0.13以上であり、結晶子径が1nm以上の複合タングステン酸化物超微粒子であった。
ここで、実施例において、赤外線吸収膜中の複合タングステン酸化物超微粒子の平均粒子径と結晶子径とはほぼ同じであることから、用いている複合タングステン酸化物超微粒子はアモルファス相の体積比率が50%以下である単結晶の複合タングステン酸化物超微粒子であると考えられる。
一方、比較例1、2、4において、赤外線吸収膜中の複合タングステン酸化物超微粒子の平均粒子径は結晶子径よりも大きく、単結晶ではないと考えられる。また、比較例3においては異相(WO2とW)が発生していた。
表3から明らかなように、実施例1~26と比較例1~4とを比較すると、複合タングステン酸化物超微粒子をコーティングして形成される赤外光吸収層を、フィルム中に白色光反射材料が分散されているフィルムに形成することで、フィルムの赤外光吸収率が大幅に増加し、可視光線を反射し、蓄熱性に優れることが判明した。つまり、実施例1~26では、可視光線の反射率を6~7割近くに保持でき、且つ日射吸収率を4~6割程度まで向上させることができることが判明した。
このような簡便な方法で、赤外線吸収材料超微粒子として複合タングステン酸化物超微粒子を含有する赤外光吸収層を形成させることにより、耐候性が良く、低コストであり、しかも、少ない微粒子量で太陽光からの近赤外線を効率良く吸収する、農園芸用覆土フィルムを提供することができる。
2 高周波コイル
3 シースガス供給ノズル
4 プラズマガス供給ノズル
5 原料粉末供給ノズル
6 反応容器
7 吸引管
8 フィルター
Claims (13)
- 赤外線吸収材料超微粒子を含有する赤外光吸収層を、有している農園芸用覆土フィルムであって、
前記赤外線吸収材料超微粒子が複合タングステン酸化物超微粒子であり、
前記複合タングステン酸化物超微粒子は、シリコン粉末標準試料(NIST製、640c)の(220)面のXRDピーク強度の値を1としたとき、XRDピークトップ強度の比の値が0.13以上である複合タングステン酸化物超微粒子である、ことを特徴とする農園芸用覆土フィルム。 - 前記農園芸用覆土フィルムの少なくとも一方の面に、樹脂バインダー内に前記赤外線吸収材料超微粒子が分散して存在する赤外光吸収層が設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記農園芸用覆土フィルムのフィルム内部に、前記赤外線吸収材料超微粒子が分散して存在する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記複合タングステン酸化物超微粒子の結晶子径が1nm以上200nm以下である、ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記複合タングステン酸化物超微粒子が、一般式MxWyOz(但し、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.0<z/y≦3.0)で表記される複合タングステン酸化物超微粒子である、ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記複合タングステン酸化物超微粒子が六方晶の結晶構造を含む、ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記複合タングステン酸化物超微粒子の揮発成分の含有率が2.5質量%以下である、ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記複合タングステン酸化物超微粒子の表面が、Si、Ti、Zr、Alから選択される少なくとも1種類以上の元素を含有する酸化物で被覆されている、ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記フィルムが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラクロロトリフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、エチレン酢酸ビニル、ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも1種類以上である、ことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記農園芸用覆土フィルムのフィルム内部に白色反射材料が分散した白色光反射層を備える、ことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルム。
- 前記農園芸用覆土フィルムの一方の面に、白色光反射材料がコーティングされた白色光反射層と、さらに前記白色光反射層の上に赤外線吸収材料超微粒子がコーティングされた赤外光吸収層とを有する、
または、前記農園芸用覆土フィルムの一方の面に、白色光反射材料がコーティングされた白色光反射層と、前記農園芸用覆土フィルムの他方の面に、赤外線吸収材料超微粒子がコーティングされた赤外光吸収層とを有する、ことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の農園芸用覆土フィルム。 - 前記白色光反射材料がTiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、MgO、ZnO、CaCO3、BaSO4、ZnS、PbCO3から選択される少なくとも1種類以上である、ことを特徴とする請求項10または11に記載の農園芸用覆土フィルム。
- 赤外線吸収材料超微粒子を含有する赤外光吸収層を、有している農園芸用覆土フィルムの製造方法であって、
前記赤外線吸収材料超微粒子が複合タングステン酸化物超微粒子であり、
前記複合タングステン酸化物超微粒子を、そのXRDピークトップ強度の比の値が、シリコン粉末標準試料(NIST製、640c)の(220)面のXRDピーク強度の値を1としたとき、0.13以上となるように製造し、
前記XRDピークトップ強度の比の値を0.13以上に保ちながら、前記製造された複合タングステン酸化物超微粒子を前記赤外光吸収層へ加える、ことを特徴とする農園芸用覆土フィルムの製造方法。
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