JP7135221B2 - 複合冷却フィルム及び同フィルムを含む物品 - Google Patents

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Description

本開示は概して、受動放射冷却フィルム及び物品に関する。
地球の大気は、8~13ミクロンの赤外波長範囲に半透明の窓を有する、すなわち、大気の放射放出(radiative emission)は、その窓において非常に弱い。大気の窓の外側では、地球の大気は高度に放射性である。ところで、大気の窓は、周囲温度(すなわち、約300度ケルビン(K))でプランクの法則によって定義される黒体のピーク熱放射内に入る。この特徴により、大気の窓を通る放射放出によって熱を排除することにより、周囲温度における陸上物体の潜在的な受動冷却メカニズムが可能となる。放出された放射は、地球の表面よりもはるかに冷たい上層大気中高く逃げる。大気の窓により、高い日射反射率を有する表面の出射放射放出が、その吸収された入射大気放射を上回ることが可能になり、よって周囲温度未満に受動的に冷却することが可能となる。入射大気放射の影響と共に、放熱器の冷却性能は、例えば、放熱器の放射率、周囲媒体からの非放射(伝導及び対流)熱の増加、及び日中の入射太陽放射などの他の要因に依存する。受動放射冷却フィルムの重要な特性としては、0.3ミクロン~2500ミクロンの太陽エネルギーの波長にわたって概して低いが、8ミクロン~13ミクロンの大気の窓の波長にわたって高い放射力が挙げられる。キルヒホッフの熱放射の法則によれば、高い吸光度は高い放射力と相関する。
本開示は、日中でも、基材(例えば、乗物又は建物)の冷却に使用するのに好適な受動放射冷却フィルムを提供する。受動放射冷却フィルムは、高効率の紫外放射(UV)、可視放射(VIS)、及び赤外放射(IR)反射能を組み合わせる。
第1の態様では、本開示は、複合冷却フィルム(すなわち、受動放射複合冷却フィルム)であって、
340ナノメートル以上、かつ400ナノメートル未満の波長範囲の過半にわたって紫外放射の少なくとも80パーセントを反射する紫外線反射性多層光学フィルムと、
紫外線反射性多層光学フィルムに固定された反射性微多孔層であって、反射性微多孔層が、非フッ素化有機ポリマーを含む連続相を有し、400~2500ナノメートル(両端を含む)の波長範囲の過半にわたって太陽放射を拡散反射する、反射性微多孔層と、を備え、
複合冷却フィルムが、8~13ミクロンの波長範囲にわたって少なくとも0.85の平均吸光度を有する、複合冷却フィルムを提供する。
別の態様では、本開示は、本開示による複合冷却フィルムを備える物品を提供する。
本明細書で使用される場合、
「フルオロポリマー」は、フッ素を含有する任意の有機ポリマーを指し、
「赤外線」(IR)は、特に指定しない限り、700nm超~1mmの波長を有する赤外電磁放射を指す。
「可視光」(VIS)は、特に指定しない限り、400nm~700nm(両端を含む)の波長を有する可視電磁放射を指す。
「紫外線」(UV)は、特に指定しない限り、少なくとも250nm、最大で400nm未満の波長を有する紫外電磁放射を指す。
「微多孔性」は、50~10,000nmの平均細孔径を有する(連続及び/又は不連続な)内部多孔性を有することを意味し、
「ミクロ空隙」は、50~10,000nmの平均空隙径を有する個別の内部空隙を有することを意味する。
「非フッ素化」は、フッ素を含有しないことを意味し、
「放射」は、特に指定がない限り、電磁放射を意味する。
「固定された」は、直接又は間接的に(例えば、直接接触して、又は単一の接着剤層によって間接的に接着結合されて)固定されることを意味する。
「平均反射率」は、指定される波長範囲にわたって平均化された反射率を意味する。
「反射性」及び「反射能」は、光又は放射を反射する特性、特に材料の厚さとは無関係に測定される反射率を指す。
「反射率」は、垂直入射で表面に当たって反射される光又は他の放射の割合の測定値である。反射能は典型的に、波長によって変化し、表面から反射される入射光の百分率として報告される(0パーセント-反射光なし、100-全ての光が反射される)として報告される。反射能と反射率は、本明細書において互換的に使用される。
吸光度は、ASTM E903-12「Standard Test Method for Solar Absorptance,Reflectance,and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres」に記載されている方法で測定することができる。本明細書に記載される吸光度測定は、前述したような透過率測定を行った後に、以下の式1を用いて吸光度を計算することによって行った。
本明細書で使用するとき、用語「吸光度」は、材料を通して透過される放射束に対する入射放射束の比率の底10の対数を指す。比率は、材料によって受けられる放射束を、材料によって透過される放射束によって除した値として説明され得る。吸光度(A)は、式1による透過率(T)に基づいて計算され得る。
A=-log10T (1)
放射率は、ASTM E1933-14(2018)「Standard Practice for Measuring and Compensating for Emissibility Using Infrared Imaging Radiometers」に記載されている方法によって、赤外線イメージング放射計を使用して測定することができる。
本開示の特徴及び利点は、詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を考察することによって更に理解されるであろう。
本開示の一実施形態による例示的な複合冷却フィルム100の概略側面図である。 本開示の一実施形態による例示的な複合冷却フィルム200の概略側面図である。 例示的なUV反射性多層光学フィルム320の概略側面図である。 ミクロ構造を有する反射防止表面構造の図である。図4Aは、xyz軸に関する断面の斜視図を示す。図4Cは、xz平面における図4Aの断面を示す。図4Bは、yz平面における別の断面を示す。 ミクロ構造を有する反射防止表面構造の図である。図4Aは、xyz軸に関する断面の斜視図を示す。図4Cは、xz平面における図4Aの断面を示す。図4Bは、yz平面における別の断面を示す。 ミクロ構造を有する反射防止表面構造の図である。図4Aは、xyz軸に関する断面の斜視図を示す。図4Cは、xz平面における図4Aの断面を示す。図4Bは、yz平面における別の断面を示す。 図4A~図4Cの反射防止表面構造の様々なナノ構造のxz平面における断面図である。 図4A~図4Cの反射防止表面構造と共に使用され得る、図5のナノ構造の代替としての、マスキング要素を含む様々なナノ構造のxz平面における断面図である。 反射防止表面構造のための異なる形態のミクロ構造のxz平面における断面プロファイルを表す線の図を示す。 反射防止表面構造のための異なる形態のミクロ構造のxz平面における断面プロファイルを表す線の図を示す。 不連続なミクロ構造を有する第1の反射防止表面構造の一部分の斜視図である。 不連続なミクロ構造を有する第2の反射防止表面構造の一部分の斜視図である。 不連続なミクロ構造を有する第3の反射防止表面構造の異なる部分の斜視図である。 不連続なミクロ構造を有する第3の反射防止表面構造の異なる部分の斜視図である。 基材1610に固定された複合冷却フィルム1612の概略側面図である。 実施例において調製されたUV-R MOFの反射スペクトルである。 実施例1において調製されたミクロ空隙PET上のUV-R MOFの反射スペクトルである。 実施例3において調製されたミクロ空隙PET上のUV-R MOFの反射スペクトルである。
明細書及び図面中の参照文字が繰り返して使用されている場合、本開示の同じ又は類似の特徴部又は要素を表すことを意図している。当業者は多くの他の修正形態及び実施形態を考案することができ、それらは本開示の原理の範囲及び趣旨に含まれることを理解されたい。図は、縮尺通りに描かれていないことがある。
図1に示される例示的な一実施形態では、例示的な複合冷却フィルム100は、反射性微多孔層110が固定された紫外線反射性(UV反射性)多層光学フィルム120を備える。UV反射性多層光学フィルム120は、反射性微多孔層110とは反対側に任意選択的な外向きスキン層130を有する。任意選択的な赤外線反射(IR反射)層150が、UV反射性多層光学フィルム120とは反対側で反射性微多孔層110に固定される。任意選択的な接着剤層170、172が、図1に示されるように、様々な構成要素を一緒に接着してもよい。任意選択的な接着剤層174は、任意選択的なライナー180に剥離可能に結合されてもよい。一実施形態では、任意選択的なライナー180を除去した後に、任意選択的な接着剤層174は、冷却される基材(例えば、図示されていない乗物又は建物)に結合されてもよい。
図2に示される別の例示的な実施形態では、複合冷却フィルム200は、反射性微多孔層210が固定された紫外線反射性(UV反射性)多層光学フィルム220を備える。任意選択的な防汚フィルム260が、反射性微多孔層210とは反対側でUV反射性多層光学フィルム220に固定される。任意選択的な赤外線反射(IR反射)層250が、UV反射性多層光学フィルム220とは反対側で反射性微多孔層210に固定される。任意選択的な接着剤層270、272、274が、図2に示されるように、様々な構成要素を一緒に接着してもよい。任意選択的な接着剤層276は、任意選択的なライナー280に剥離可能に結合されてもよい。一実施形態では、任意選択的なライナー280を除去した後に、任意選択的な接着剤層276は、冷却される基材(例えば、図示されていない乗物又は建物)に結合されてもよい。
本開示による複合冷却フィルムは、8~13ミクロンの波長範囲にわたって少なくとも0.85、好ましくは少なくとも0.90、より好ましくは少なくとも0.95の平均吸光度を有してもよい。
UV反射性多層光学フィルム
UV反射性多層光学フィルム120は、340ナノメートル以上、かつ400ナノメートル未満の範囲の波長の過半にわたって、(すなわち、垂直入射で)紫外放射の少なくとも50パーセントを反射する。いくつかの実施形態では、紫外線反射性多層光学フィルムは、340ナノメートル以上、かつ400ナノメートル未満の波長の過半にわたって、(すなわち、垂直入射で)紫外放射の少なくとも60パーセント、少なくとも70パーセント、少なくとも75パーセント、少なくとも80パーセント、少なくとも85パーセント、少なくとも90パーセント、少なくとも95パーセント、又は更には少なくとも98パーセントを反射率する。この反射率は、反射性微多孔層、特にポリエチレンテレフタレート(PET)ポリエステルを含む層への紫外放射による損傷を低減する役割を果たす。
UV反射性多層光学フィルム120は、(例えば、太陽光による)光分解から反射性微多孔層110を保護する重要な機能を果たす。多くのUV反射性多層光学フィルムが当該技術分野において知られている。このようなUV反射性MOFは一般に、異なる屈折率及び適切な層厚さを有する異なるポリマーの交互層を含む。
図3は、光学層の構成に応じて可視波長及び/又は赤外波長の反射ミラーとしても使用され得る例示的なUV反射性多層光学フィルム320を示す。UV反射性多層光学フィルム320は、1つ以上の第1の光学層312、1つ以上の第2の光学層314、及び任意選択的に1つ以上のUV/VIS透過性の追加スキン層318を含む。
UV反射性多層光学フィルム320は、典型的には異なるポリマーを含む、少なくとも2種の材料の交互層312、314を有する多層光学積層体308を含む。高屈折率層312の1つの面内方向における面内屈折率n1が、同一の面内方向における低屈折率層314の面内屈折率n2よりも高い。層312と層314との間の各境界での屈折率の差は、入射光の一部を反射させる。多層光学フィルム320の透過特性及び反射特性は、層312と層314との間の屈折率差並びに層312、314の厚さによって引き起こされる光のコヒーレント干渉に基づく。層312と層314との間で実効屈折率(又は垂直入射の面内屈折率)が異なる場合に、隣接する層312、314の間の境界面は反射面を形成する。反射面の反射能は、層312の実効屈折率と層314の実効屈折率との差の二乗(例えば、(n1-n2))に依存する。層312と層314の間の屈折率差を大きくすることにより、光強度の向上(より高い反射能)、より薄いフィルム(より薄い層又はより少ない層)、及びより広い帯域幅性能を達成することができる。例示的な実施形態における一面内方向の屈折率差は、少なくとも約0.05、好ましくは約0.10超、より好ましくは約0.15超、更により好ましくは約0.20超である。
いくつかの実施形態では、層312、314の材料は、本質的に異なる屈折率を有する。別の実施形態では、層312、314の材料の少なくとも1つが、材料の屈折率(n)が延伸プロセスによって影響を受けるような、応力誘発性の複屈折特性を有する。多層光学フィルム320を一軸配向から二軸配向の範囲にわたって延伸することにより、異なる向きの平面偏光入射光に対してある反射率の範囲を有するフィルムを作り出すことができる。
UV反射性多層光学フィルム320の層の数は、フィルムの厚さ、可撓性及び経済性の理由から、最小数の層を使用して所望の光学特性を達成するように選択される。ミラーなどの反射フィルムの場合、層の数は、好ましくは約2,000未満、より好ましくは約1,000未満、更により好ましくは約750未満である。いくつかの実施形態では、層の数は、少なくとも150又は200である。他の実施形態では、層の数は、少なくとも250である。
いくつかの実施形態では、UV反射性多層光学フィルム320は、任意選択的な追加の非光学的又は光学的なスキン層を更に含む。任意選択的なスキン層318は、光学層312、314を損傷から保護し、共押出プロセスを助け、かつ/又はプロセス後の機械的特性を強化し得る。追加スキン層318は、多くの場合、光学層312、314よりも厚い。スキン層318の厚さは通常、個々の光学層312、314の厚さの少なくとも2倍、好ましくは少なくとも4倍、より好ましくは少なくとも10倍である。スキン層318の厚さは、特定の厚さを有するUV反射性多層光学フィルムを作製するために変更されてもよい。結合層(図示せず)が、任意選択的にスキン層と光学層との間に存在してもよい。更に、任意選択的なトップコートがスキン層上に配置されてもよい。典型的に、追加層318のうちの1つ以上が、光学層312、314によって透過、偏向及び/又は反射される光の少なくとも一部分が追加層も通って伝わるように配置される(すなわち、追加層は、光学層312、314を通って伝わる光又は同光学層によって反射される光の経路に配置される)。ある程度の防汚特性をもたらすために、スキン層(好ましくは、少なくとも最も外側のスキン層)の一方又は両方がフルオロポリマーを含む。
UV反射性多層光学フィルム320は、低/高屈折率のフィルム層の複数の対を含み、低/高屈折率の層312、314の各対は、それが反射するように設計される帯域の中心波長の1/2となる合計光学厚さを有する。このようなフィルムの積層体は、一般に1/4波長積層体と呼ばれる。いくつかの実施形態では、低/高屈折率の層の異なる対が、広帯域反射光学フィルムが所望される場合など、異なる合計光学厚さを有し得る。
UV反射性多層光学フィルム320の様々な構成層は、スキン層又は光学層のいずれであろうと、好ましくは紫外放射に対して耐性である。多くのフルオロポリマーは、UV放射に対して耐性である。
使用され得るフルオロポリマーの例としては、テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、及びフッ化ビニリデンのコポリマー(例えば、3M Companyから商品名3M DYNEON THVで入手可能);TFE、HFP、フッ化ビニリデン、及びペルフルオロプロピルビニルエーテル(PPVE)のコポリマー(例えば、3M Companyから商品名3M DYNEON THVPで入手可能);ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(例えば、3M Company製の3M DYNEON PVDF 6008);エチレンクロロトリフルオロエチレンポリマー(ECTFE)(例えば、Solvay(Brussels,Belgium)からHALAR 350LC ECTFEとして入手可能);エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE)(例えば、3M Companyから3M DYNEON ETFE 6235として入手可能);ペルフルオロアルコキシアルカンポリマー(PFA);フッ素化エチレンプロピレンコポリマー(FEP);ポリテトラフルオロエチレン(PTFE);TFE、HFP、及びエチレンのコポリマー(HTE)(例えば、3M Companyから3M DYNEON HTE1705として入手可能)が挙げられる。フルオロポリマーの組み合わせも、使用することができる。いくつかの実施形態では、フルオロポリマーはFEPを含む。いくつかの実施形態では、フルオロポリマーはPFAを含む。
UV反射性多層光学フィルム320の少なくとも1つの層に使用され得る非フッ素化ポリマーの例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンコポリマー、ポリエチレンメタクリレートコポリマー、エチレンビニルアセテートコポリマー、ポリメチルメタクリレート、メチルメタクリレートコポリマー(例えば、エチルアクリレートとメチルメタクリレートのコポリマー)、ポリウレタン、伸長鎖ポリエチレンポリマー(ECPE)、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つが挙げられる。一般に、非フッ素化ポリマーの組み合わせを使用することができる。
特に高屈折率光学層に使用するための、例示的な非フッ素化ポリマーとしては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)のホモポリマー、例えば、Ineos Acrylics,Inc.(Wilmington,Delaware)からCP71及びCP80として入手可能なもの、及びPMMAよりも低いガラス転移温度を有するポリエチルメタクリレート(PEMA)が挙げられ得る。更なる有用なポリマーとしては、メチルメタクリレートのコポリマー、例えば、Ineos Acrylics,Inc.からPERSPEX CP63として入手可能であるか、又はArkema(Philadelphia,Pennsylvania)からALTUGLAS 510として入手可能である、例えば、75重量%のメチルメタクリレート及び25重量%のエチルアクリレートから作製されるコポリマー、メチルメタクリレートモノマー単位とn-ブチルメタクリレートモノマー単位とのコポリマーなどが挙げられる。
PMMAとPVDFのブレンドを使用してもよい。
好適なトリブロックアクリルコポリマーが、例えば、Kuraray America Inc.(Houston,Texas)からKurarity LA4285として入手可能である。特に屈折率光学層に使用するための、光学層用の更なる好適なポリマーが、ポリ(エチレン-コ-オクテン)(例えば、Dow Elastomers(Midland,Michigan)からENGAGE 8200として入手可能)、ポリエチレンメタクリレート(例えば、Dow ElastomersからELVALOYとして入手可能)、ポリ(プロピレン-コ-エチレン)(例えば、Atofina Petrochemicals,Inc.(Houston,Texas)からZ9470として入手可能)などのポリオレフィンコポリマー;及びアタクチックポリプロピレンとイソタクチックポリプロピレンのコポリマー、のうちの少なくとも1つを含んでもよい。材料は、本明細書に記載される吸光特性又は透過特性、及び屈折率に基づいて選択されてもよい。一般に、2つの材料の間の屈折率が高いほど、フィルムを薄くすることができ、効率的な熱伝達にとって望ましくなり得る。
(反射偏光子及びミラーを含む)多層光学フィルムは、例えば、米国特許第5,882,774号(Jonzaら)、同第6,045,894号(Jonzaら)、同第6,368,699号(Gilbertら)、同第6,531,230号(Weberら)、同第6,667,095号(Wheatleyら)、同第6,783,349号(Neavinら)、同第7,271,951(B2)号(Weberら)、同第7,632,568号(Padiyathら)、同第7,652,736号(Padiyathら)、及び同第7,952,805号(McGurranら)、並びに国際公開第95/17303号(Ouderkirkら)及び同第99/39224号(Ouderkirkら)に記載されているように、異なる屈折率を有する交互ポリマー層を共押出しすることによって作製することができる。
好ましい一実施形態では、UV反射性多層光学フィルムは、フルオロポリマー(例えば、3M Companyから3M DYNEON THV221として入手可能)を含む150の低屈折率層と交互する、メチルメタクリレートコポリマー(CoPMMA)(例えば、Lucite International(Cordova,Tennessee)からPERSPEX CP63として入手可能)を含む150の高屈折率層によって作り出される、340~400ナノメートルの波長範囲を反射する。
反射性微多孔層
反射性微多孔層は、球状、偏球状、又は何らかの他の形状であり得る、相互接続された空隙及び/又は個別の空隙の網状組織を含んでもよい。反射性微多孔層の主要な機能は、太陽スペクトルの可視及び赤外放射の少なくとも一部分を反射することと、大気の窓(すなわち、8~14ミクロンの波長)の熱放射を放出することとを含む。
したがって、反射性微多孔層は、400~2500nmの波長範囲の波長を拡散反射する適切なサイズの空隙を有する。一般に、これは、空隙サイズがあるサイズ範囲(例えば、100~3000nm)であるべきであることを意味する。好ましくは、それらの寸法に対応する範囲の空隙サイズが存在することで、有効な広帯域反射が達成される。本明細書で使用するとき、用語「ポリマー」は、合成及び天然の有機ポリマー(例えば、セルロース及びその誘導体)を含む。
反射性微多孔層の反射能は一般に、ポリマーフィルム/空隙の境界面の数の関数である。これは、反射(典型的には拡散反射)がそれらの位置で生じるためである。したがって、反射性微多孔層の多孔率及び厚さが、重要な変数である。一般に、より高い多孔率及びより大きな厚さが、より高い反射能と相関する。しかし、フィルムの厚さは、コストを考慮して好ましくは最小化されるが、これは必須ではない。したがって、反射性微多孔層の厚さは、典型的には10ミクロン~500ミクロンの範囲、好ましくは10ミクロン~200ミクロンの範囲であるが、これは必須ではない。同様に、反射性微多孔層の多孔率は、典型的に10体積%~90体積%の範囲、好ましくは20体積%~85体積%の範囲であるが、これは必須ではない。
反射性微多孔層として使用するのに好適な微多孔性ポリマーフィルムは、当該技術分野において知られており、例えば、「Microporous PVDF Films」と題する米国特許第8,962,214号(Smithら)、「Microporous Material from Ethylen-Chlorotrifluoroethylene Copolymer and Method for Making Same」と題する同第10,240,013号(Mrozinskiら)、及び「Microporous Membranes from Polypropylene」と題する同第4,874,567号(Lopatinら)に記載されている。これらのフィルムは、少なくとも0.05ミクロンの平均細孔径を有してもよい。
特定の実施形態では、反射性微多孔層は、少なくとも1種の熱誘導相分離(Thermally Induced Phase Separation;TIPS)材料を含む。TIPS材料の細孔径は一般に、層の延伸度合いの選択が可能であることから、制御することができる。TIPS材料は作製が比較的廉価であり、それらの作製方法は当業者(skilled practitioner)に知られている。例えば、様々な材料及び方法が、米国特許第4,726,989号(Mrozinski)、同第5,238,623号(Mrozinski)、同第5,993,954号(Radovanovicら)号、及び同第6,632,850号(Hughesら)に詳細に記載されている。本開示の態様で使用するための反射性微多孔層としては、溶媒誘導相分離(Solvent Induced Phase Separated;SIPS)材料(例えば、米国特許第4,976,859号(Wechs))、並びに押出、押出/延伸、及び押出/延伸/抽出プロセスによって作製される他の反射性微多孔層も挙げられる。SIPSによって形成され得る好適な反射性微多孔層としては、限定はしないが、例えば、フッ化ポリビニリデン(PVDF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PS)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ナイロン(例えば、ポリアミド)、酢酸セルロース、硝酸セルロース、再生セルロース、及びポリイミドが挙げられる。延伸技術によって形成され得る好適な反射性微多孔層(例えば、米国特許第6,368,742号(Fisherら))としては、限定はしないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)及びポリプロピレンが挙げられる。
特定の実施形態では、反射性微多孔層は、熱可塑性ポリマー、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、1-オクテン、スチレン、ポリオレフィンコポリマー、ポリアミド、ポリ-1-ブテン、ポリ-4-メチル-1-ペンテン、ポリエーテルスルホン、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、酢酸セルロース、硝酸セルロース、再生セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、又はこれらの組み合わせを含む。
反射性微多孔層として使用するのに好適な材料としては、不織繊維層が挙げられる。
ポリマー不織層は、メルトブロープロセスを使用して作製することができる。メルトブロー不織繊維層は、非常に微細な繊維を含むことができる。メルトブローでは、1つ以上の熱可塑性ポリマー流が、密接に配置されたオリフィスを含むダイを通して押し出される。これらのポリマー流は、高速熱風の先細流によって細径化されて微細繊維を形成し、次いで、メルトブロー不織繊維層を提供する表面に収集される。選ばれた動作パラメータに応じて、収集された繊維は、半連続的に又は本質的に不連続になり得る。
ポリマー不織層は、溶融紡糸として知られるプロセスによって作製することもできる。溶融紡糸では、不織繊維は、フィラメントとして一連のオリフィスから押し出され、冷却及び固化して繊維を形成する。フィラメントを、移動する空気流が含まれ得る空気空間に通し、フィラメントを冷却し、細径化(つまり、引っ張り)ユニットを通過し、フィラメントを少なくとも部分的に延伸するのを支援する。溶融紡糸プロセスによって作製された繊維は「スパンボンド化」することができ、それにより、一組の溶融紡糸繊維を含むウェブが繊維ウェブとして収集され、任意選択的に、繊維を互いに融着させるための1つ以上の結合操作に供される。溶融紡糸繊維は概ね、メルトブロー繊維よりも直径が大きい。
メルトブロープロセス又は溶融紡糸プロセスで使用するのに好適なポリマーとしては、ポリプロピレン及びポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテン、ポリ乳酸、硫化ポリフェニレン、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエチレン-コ-酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、環状ポリオレフィン、並びにこれらのコポリマー及びブレンドが挙げられる。いくつかの実施形態では、ポリマー、コポリマー、又はこれらのブレンドは、不織繊維層中に存在する直接形成された繊維の全重量の少なくとも35%となる。
不織繊維は、半結晶性ポリエステルなどの熱可塑性半結晶性ポリマーから作製することができる。有用なポリエステルとしては、脂肪族ポリエステルが挙げられる。脂肪族ポリエステル繊維に基づく不織材料は、高温用途での劣化又は収縮に抗するのに特に有利であり得る。この特性は、メルトブロー繊維が多数のオリフィスから出ると直ぐに、制御された空中熱処理作業に供されることになるメルトブロープロセスを使用して、不織繊維層を作製することによって達成することができる。制御された空中熱処理作業は、制御された空中熱処理作業に供される繊維の部分中の分子の少なくとも一部分の応力緩和を達成するのに十分な時間にわたってメルトブロー繊維の部分の融解温度未満の温度で行われる。空中熱処理の詳細については、米国特許出願公開第2016/0298266号(Zilligら)に記載されている。
反射性微多孔層に使用され得る不織繊維層としては、内側が負圧である穿孔された収集ドラムに空気の壁が繊維を吹き付ける、エアレイドプロセス(air laid process)を使用して作製されたものが挙げられる。空気はドラムを通して引かれ、繊維はドラムの外側に収集され、ウェブとして除去される。
不織繊維で作製された微多孔膜の例示的な実施形態は、多糖類を含む高反射性の白色紙である。400~700nmの可視波長にわたって90%超の反射率を有する微多孔性多糖類白色紙が、International Paper(Memphis,Tennessee)から、商品名IP ACCENT OPAQUE DIGITAL(100lbs)、IP ACCENT OPAQUE DIGITAL(100lbs)、HAMMERMILL PREMIUM COLOR COPY(80lbs)、及びHAMMERMILL PREMIUM COLOR COPY(100lbs)で入手可能である。チタニア、BaSO及び他の白色顔料が、可視光(400~700nm)の反射を高めるために紙に添加されることが多い。
反射性微多孔層に使用され得る他の不織繊維層としては、ウェットレイドプロセス(wet laid process)を使用して作製されたものが挙げられる。ウェット堆積プロセス又は「ウェットレイド」プロセスは、(a)少なくとも1種の分散液(好ましくは水)中に1種類以上の繊維、任意選択的にポリマーバインダー、及び任意選択的に粒子充填剤を含む分散体を形成することと、(b)分散体から分散液を除去することと、を含む。
エアレイドプロセス及びウェットレイドプロセスで使用するのに好適な繊維としては、(動物性又は植物性の)天然物質並びに/又は熱可塑性ポリマー及び溶媒分散性ポリマーを含む合成ポリマーから作製されるものが挙げられる。有用なポリマーとしては、羊毛;絹;セルロース系ポリマー(例えば、セルロース及びセルロース誘導体);フッ素化ポリマー(例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ(フッ化ビニリデン-コ-ヘキサフルオロプロピレン)などのフッ化ビニリデンのコポリマー、及びポリ(エチレン-コ-クロロトリフルオロエチレン)などのクロロトリフルオロエチレンのコポリマー);塩素化ポリマー;ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ-1-ブテン、エチレン及び/又はプロピレンと1-ブテン、1-ヘキセン、1-オクテン、及び/又は1-デセンのコポリマー(例えば、ポリ(エチレン-コ-1-ブテン)、ポリ(エチレン-コ-1-ブテン-コ-1-ヘキセン));ポリイソプレン;ポリブタジエン;ポリアミド(例えば、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,12、ポリ(イミノアジポイルイミノヘキサメチレン)、ポリ(イミノアジポイルイミノデカメチレン)、又はポリカプロラクタム);ポリイミド(例えば、ポリ(ピロメリチミド));ポリエーテル;ポリエーテルスルホン(例えば、ポリ(ジフェニルエーテルスルホン)、又はポリ(ジフェニルスルホン-コ-ジフェニレンオキシドスルホン))、ポリスルホン、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニルのコポリマー(例えば、ポリ(エチレン-コ-酢酸ビニル)、アセテート基の少なくとも一部が加水分解されて、ポリ(エチレン-コ-ビニルアルコール)を含む様々なポリ(ビニルアルコール)を提供するコポリマー)、ポリホスファゼン、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリ(ビニルアルコール)、ポリアラミド(例えば、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)などのパラアミド及びDuPont Co.(Wilmington,Delaware)によって商品名KEVLARで販売されている繊維であって、そのパルプが、パルプを構成する繊維の長さに基づいて様々な等級で市販されている繊維、例えば、KEVLAR 1F306及びKEVLAR 1F694など、両方ともに少なくとも4mmの長さのアラミド繊維を含む)、ポリカーボネート、およびそれらの組合せが挙げられる。不織繊維層は、細孔径を調節するためにカレンダー加工されてもよい。
反射性微多孔層として反射性ミクロ空隙ポリマーフィルムを使用することにより、銀めっきミラーの反射率よりも高い反射率がもたらされ得る。いくつかの実施形態では、反射性ミクロ空隙ポリマーフィルムが、400~2500ナノメートル(nm)の範囲で最大量の太陽エネルギーを反射する。特に、ミクロ空隙ポリマーフィルムにブレンドされたフルオロポリマーを使用することにより、他の従来の多層光学フィルムよりも高い反射率がもたらされ得る。更に、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、ジルコニア、及びチタニアなどの無機粒子を、0.4~2.5ミクロンの太陽放射スペクトルにおける高い日射反射率及び8~13ミクロンの大気の窓における高い吸光度をもたらすために、ミクロ空隙ポリマーフィルムにブレンドしてもよい。いくつかの実施形態では、物品は、建物又は伝熱システムの少なくとも一部の外側に配置され得る冷却パネルの一部を形成してもよい。伝熱システムは、流体、液体、又は気体を冷却することができ、それらは次いで、建物又は乗物、電気自動車のバッテリなどから熱を除去するために使用することができる。外層は、特に屋外環境で、反射性微多孔層を保護するのに好適であり得る。外層を含むことにより、表面の汚れの低減及び表面の洗浄の容易さも促進され得る。
反射性ミクロ空隙ポリマーフィルムを形成するのに有用な例示的なポリマーとしては、3M Companyから入手可能なポリエチレンテレフタレート(PET)が挙げられる。Eastman Chemical Company(Kingsport,Tennessee)からSPECTAR 14471及びEASTAR GN071として入手可能な、PETGを含む変性PETコポリエステル、及び、例えば、Eastman Chemical CompanyからTIGLAZE ST及びEB0062として入手可能な、PCTGを含む変性PETコポリエステルも有用な高屈折率ポリマーである。PET及びPET変性コポリエステルの分子配向は、その面内屈折率を高める延伸によって高められ得る、多層光学フィルムにおける更に高い反射能をもたらす。一般に、延伸プロセス中に空隙を成核するために、延伸の前の押出中に、非相溶性ポリマー添加剤又は無機粒子添加剤を、少なくとも10重量%、少なくとも20重量%、少なくとも30重量%、少なくとも40重量%、又は更には少なくとも49重量%のレベルで、PETホストポリマーにブレンドする。PETに好適な非相溶性ポリマー添加剤としては、フルオロポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びPETに良好に接着しない他のポリマーが挙げられる。同様に、ポリプロピレンがホストポリマーである場合に、延伸プロセス中に空隙を成核するために、延伸の前の押出中に、PET又はフルオロポリマーなどの非相溶性ポリマー添加剤を、少なくとも10重量%、少なくとも20重量%、少なくとも30重量%、少なくとも40重量%、又は更には少なくとも49重量%のレベルで、ポリプロピレンのホストポリマーに添加することができる。ミクロ空隙ポリマーフィルム中の空隙を成核するための例示的な好適な無機粒子添加剤としては、チタニア、シリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、ジルコニア、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、並びにガラスビーズ及び中空ガラスバブルが挙げられるが、他の無機粒子及び無機粒子の組み合わせも使用されてもよい。架橋ポリマー微小球体も、無機粒子の代わりに使用することができる。無機粒子は、延伸プロセス中に空隙を成核するために、延伸の前の押出中に、少なくとも10重量%、少なくとも20重量%、少なくとも30重量%、少なくとも40重量%、又は更には少なくとも49重量%のレベルで、ホストポリマーに添加することができる。存在する場合に、無機粒子は、好ましくは5nm~1ミクロンの体積平均粒径を有するが、他の粒径も使用されてもよい。ガラスビーズ及び/又はガラスバブルを含む硬質粒子は、耐擦傷性をもたらすためにUVミラースキン層の表面層上又は防汚層上に存在することができる。いくつかの実施形態では、ガラスビーズ及び/又はガラスバブルは、半球体又は更には4分の1球体として表面から突出してもよい。
いくつかの実施形態では、ミクロ空隙ポリマーフィルムは、フルオロポリマー連続相を含む。例示的な好適なポリマーとしては、ECTFE、PVDF、及びテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、及びフッ化ビニリデンのコポリマー、例えば、3M Companyから商品名THVで入手可能なものが挙げられる。
硫酸バリウムを含む例示的なミクロ空隙PETフィルムは、Toray Plastics(America)Inc.(North Kingstown,Rhode Island)からLUMIRROR XJSA2として入手可能である。LUMIRROR XJSA2は、可視光(400~700nm)の反射能を高めるためのBaSO無機添加剤を含む。例示的な他の反射性ミクロ空隙ポリマーフィルムは、Mitsubishi Polymer Film,Inc.(Greer,South Carolina)からHOSTAPHAN V54B、HOSTAPHAN WDI3、及びHOSTAPHAN W270として入手可能である。
例示的なミクロ空隙ポリオレフィンフィルムについては、例えば、米国特許第6,261,994号(Bourdelaisら)に記載されている。
反射性微多孔層は、例えば、400~700ナノメートルの範囲(両端を含む)の波長の過半にわたって可視放射を拡散反射する。いくつかの実施形態では、反射性微多孔層は、少なくとも400nmから最大で700nmの波長範囲にわたって、少なくとも85%(いくつかの実施形態では、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、又は更には少なくとも99.5%)の平均反射率を有してもよい。
反射性微多孔層の反射能は、より広い波長範囲にわたって反射性であってもよい。したがって、いくつかの実施形態では、微多孔性ポリマー層の反射能は、少なくとも400nmから最大で2.5マイクロメートル、好ましくは少なくとも300nm~3.0マイクロメートルの波長範囲にわたって、少なくとも85%(いくつかの実施形態では、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、又は更には少なくとも99.5%)の平均反射率を有してもよいが、これは必須ではない。
任意選択的な防汚層
複合冷却フィルムは、UV反射性多層光学フィルムの外向きスキン層、(例えば、接着剤によって)UV反射性多層光学フィルムに固定された別個のフィルム、又は(例えば、太陽放射の吸収によって)複合冷却フィルムの機能を阻害し得る表面への汚れの蓄積をある程度防止するコーティングであり得る、任意選択的な防汚層を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、任意選択的な防汚層は、好ましくは、例えばフルオロポリマーなどの1種以上の撥性ポリマーを含む、ポリマーフィルムである。使用され得るフルオロポリマーを作製するためのコモノマーの例としては、TFE、HFP、THV、PPVEが挙げられる。防汚層として使用するための例示的なフルオロポリマーとしては、PVDF、ECTFE、ETFE、PFA、FEP、PTFE、HTE、及びこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、フルオロポリマーはFEPを含む。いくつかの実施形態では、フルオロポリマーはPFAを含む。
いくつかの実施形態では、防汚層は、UV反射性多層光学フィルムにコーティングとして適用される。適用される多数の防汚性組成物が、当該技術分野において知られており、例えば、米国特許出願公開第2015/0175479号(Brownら)、同第2005/0233070号(Pelleriteら)、米国特許第6,277,485号(Invieら)、及び国際公開第02/12404号(Liuら)に記載されているものが挙げられる。
いくつかの実施形態では、任意選択的な防汚層の外向き表面(すなわち、反射性微多孔層とは反対側)は、例えば、「ANTI-REFLECTIVE SURFACE STRUCTURES」と題する、2018年12月21日に出願された国際出願PCT/IB第2018/060527号に記載されているように、その表面の一部又は全体がミクロ構造化及び/又はナノ構造化されてもよい。
いくつかの実施形態では、ナノ構造は、防汚層の表面上のミクロ構造に重ねられてもよい。
防汚層は、ミクロ構造及び/又はナノ構造を含む主面(すなわち、防汚表面)を有する。ミクロ構造は、交互する一連のミクロピーク及びミクロスペースとして構成されてもよい。ミクロピーク間のミクロスペースのサイズ及び形状により、ミクロピークへの汚れ粒子の接着が軽減され得る。ナノ構造は、少なくともミクロスペース上に配置される少なくとも一連のナノピークとして構成されてもよい。ミクロピークは、環境効果に対してナノピークよりも耐久性があり得る。ミクロピークはミクロスペースのみで間隔をあけられ、ミクロスペースはナノピークよりも著しく高いため、ミクロピークは、ミクロスペースの表面上のナノピークを摩耗から保護する役割を果たし得る。
防汚層に関して、用語又は接頭語「ミクロ」は、1マイクロメートル~1ミリメートルの範囲の構造又は形状を画定する少なくとも1つの寸法を指す。例えば、ミクロ構造は、1マイクロメートル~1ミリメートルの範囲にある高さ又は幅を有してもよい。
本明細書で使用するとき、用語又は接頭語「ナノ」は、1マイクロメートル未満の構造又は形状を画定する少なくとも1つの寸法を指す。例えば、ナノ構造は、1マイクロメートル未満である高さ又は幅の少なくとも一方を有してもよい。
図4A、図4B、及び図4Cは、一連のミクロ構造418によって画定された防汚表面402を有する防汚層408として示される、防汚表面構造の断面400、401を示す。特に、図4Aは、xyz軸に関する断面401の斜視図を示す。図4Cは、軸線410に平行なxz平面における断面401を示す。図4Bは、断面401に直交し、軸線410に直交する、yz平面における断面400を示す。防汚表面402は、防汚層408が平坦な水平面に存在しているかのように、図4A~図4Cに示されている。しかし、防汚層408は、可撓性であってもよく、平坦ではない基材に適合してもよい。
いくつかの実施形態では、ミクロ構造418は、防汚層408に形成される。ミクロ構造418とミクロ構造の下の防汚層408の残りの部分は、同じ材料で形成されてもよい。防汚層408は、防汚表面402を少なくとも部分的に画定し得るミクロ構造418を画定できる任意の好適な材料から形成されてもよい。防汚層408は、光の様々な周波数に対して透明であってもよい。少なくとも一実施形態では、防汚層408は、光の様々な周波数に対して非透明であっても、不透明であってもよい。いくつかの実施形態では、防汚層408は、UV安定性材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、防汚層408は、フルオロポリマー又はポリオレフィンポリマーなどのポリマー材料を含んでもよい。
防汚表面402は、軸線410に沿って、例えば、軸線に平行に又は実質的に平行に延びてもよい。平面412は、例えば、軸線410が平面412内にあるように平行又は交差する、軸線410を含んでもよい。軸線410と平面412の両方は、防汚表面402に関連する様々な特徴を示すために本明細書で使用される仮想構造物であってもよい。例えば、平面412と防汚表面402との交差は、本明細書でより詳細に説明するようなミクロピーク420及びミクロスペース422を含む、図4Cに示されるような表面の断面プロファイルを表現する線414を画定し得る。線414は、少なくとも1つの直線区間又は湾曲区間を含んでもよい。
線414は、一連のミクロ構造418を少なくとも部分的に画定してもよい。ミクロ構造418は、防汚層408に配置された三次元(3D)構造であってもよく、線414は、その3D構造の2つの寸法(例えば、高さ及び幅)のみを表現してもよい。図4Bに見られるように、ミクロ構造418は、一方の側430から別の側432まで表面402に沿って延びる長さを有してもよい。
ミクロ構造418は、線414によって画定され得る又は線214に含まれ得る、軸線410に沿って又は軸線210の方向にある、交互する一連のミクロピーク420及びミクロスペース422を含んでもよい。軸線410の方向は、幅の寸法と一致してもよい。ミクロスペース422はそれぞれ、一対のミクロピーク420の間に配置されてもよい。換言すれば、複数のミクロピーク420は、少なくとも1つのミクロスペース422によって互いに隔てられてもよい。少なくとも1つの実施形態では、少なくとも1対のミクロピーク420は、それらの間にミクロスペース422を含まなくてもよい。交互するミクロピーク420及びミクロスペース422のパターンを「間引かれた歯状リブレット」(skipped tooth riblet;STR)と表現してもよい。各ミクロピーク420及び各ミクロスペース422は、少なくとも1つの直線区間又は湾曲区間を含んでもよい。
線414の勾配(例えば、垂直変化/水平変化)を、x座標(水平変化)としての軸線410の方向に対して、またy軸(垂直変化)としての平面412の方向に対して画定してもよい。
最大絶対勾配は、線414の少なくとも一部分について画定されてもよい。本明細書で使用するとき、用語「最大絶対勾配」は、線414の特定の部分にわたる勾配の絶対値から選択される最大値を指す。例えば、1つのミクロスペース422の最大絶対勾配は、ミクロスペースを画定する線414に沿った全ての点での勾配の絶対値を計算することから選択される最大値を指し得る。
各ミクロスペース422の最大絶対勾配を画定する線が、軸線410に対する角度を画定するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、最大絶対勾配に対応する角度は、最大で30(いくつかの実施形態では、最大で25、20、15、10、5、又は更には最大で1)度であってもよい。いくつかの実施形態では、ミクロピーク420の少なくとも一部(いくつかの実施形態では全て)の最大絶対勾配は、ミクロスペース422の少なくとも一部(いくつかの実施形態では全て)の最大絶対勾配よりも大きくてもよい。
いくつかの実施形態では、線414は、隣接する各ミクロピーク420と各ミクロスペース422との間に境界416を含んでもよい。境界416は、直線区間又は湾曲区間のうちの少なくとも一方を含んでもよい。境界416は、線414に沿った点であってもよい。いくつかの実施形態では、境界416は屈曲部を含んでもよい。屈曲部は、線414の2つの区間の交点を含んでもよい。屈曲部は、線414が局所的に方向を変える点(例えば、2つの異なる直線の間における勾配の変化)を含んでもよい。屈曲部は、線414が局所的に最も急に(例えば、隣接する湾曲区間よりも急に)方向を変える点も含んでもよい。いくつかの実施形態では、境界416は変曲点を含んでもよい。変曲点は、線の曲率方向が変わる点であってもよい。
図5は、2つの拡大オーバーレイに見ることができるナノ構造530、532を有する防汚層408の防汚表面402を示す。少なくとも1つのミクロピーク420が、少なくとも1つの第1のミクロ区間424又は少なくとも1つの第2のミクロ区間426を含んでもよい。ミクロ区間424、426は、ミクロピーク420の頂点448の両側に配置されてもよい。頂点448は、例えば、線414の最高点又は局所最大値であってもよい。各ミクロ区間424、426は、直線区間又は湾曲区間の少なくとも一方を含んでもよい。
第1及び第2のミクロ区間424、426を画定する線414は、第1の平均勾配及び第2の平均勾配をそれぞれ有してもよい。勾配は、x軸(水平変化)としての基準線450に対して画定されてもよく、この場合に直交方向がz軸(垂直変化)となる。
本明細書で使用するとき、用語「平均勾配」は、線の特定の部分にわたる平均勾配を指す。いくつかの実施形態では、第1のミクロ区間424の平均勾配は、第1のミクロ区間の端点の間における勾配を指してもよい。いくつかの実施形態では、第1のミクロ区間424の平均勾配は、第1のミクロ区間に沿った複数の点で測定された勾配から計算される平均値を指してもよい。
一般に、ミクロピークの第1の平均勾配は、正と定義されてもよく、ミクロピークの第2の平均勾配は、負と定義されてもよい。換言すれば、第1の平均勾配と第2の平均勾配は、逆の符号を有する。いくつかの実施形態では、ミクロピークの第1の平均勾配の絶対値は、ミクロピークの第2の平均勾配の絶対値と等しくてもよい。いくつかの実施形態では、絶対値は異なってもよい。いくつかの実施形態では、ミクロ区間424、426の各平均勾配の絶対値は、ミクロスペース422の平均勾配の絶対値よりも大きくてもよい。
ミクロピーク420の角度Aを、ミクロピークの第1の平均勾配と第2の平均勾配との間で画定してもよい。換言すれば、第1及び第2の平均勾配を計算して、それらの計算された線の間の角度を決定してもよい。例示のために、角度Aは、第1及び第2のミクロ区間424、426に関連して示される。しかし、いくつかの実施形態では、第1及び第2のミクロ区間が直線ではない場合に、角度Aは、2つのミクロ区間424、426の間の角度に必ずしも等しくなくてもよい。
角度Aは、十分な防汚特性を表面202にもたらす範囲であり得る。いくつかの実施形態では、角度Aは、最大で120(いくつかの実施形態では、最大で110、100、95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、又は更には最大で10)度であってもよい。いくつかの実施形態では、角度Aは、最大で85(いくつかの実施形態では、最大で75)度である。いくつかの実施形態では、角度Aは、下限で少なくとも30(いくつかの実施形態では、少なくとも25、40、45、又は更には少なくとも50)度である。いくつかの実施形態では、角度Aは、上限で最大で75(いくつかの実施形態では、最大で60、又は更には最大で55)度である。
ミクロピーク420は、ミクロ区間424、426の平均勾配に基づく角度Aを提供できる任意の好適な形状であってもよい。いくつかの実施形態では、ミクロピーク420は、概ね三角形の形状で形成される。いくつかの実施形態では、ミクロピーク420は、三角形の形状ではない。形状は、頂点448に交差するz軸を横切って対称であってもよい。いくつかの実施形態では、形状は非対称であってもよい。
各ミクロスペース422は、ミクロスペース幅242を画定してもよい。ミクロスペース幅442は、隣接するミクロピーク420の間であり得る、対応する境界416の間の距離として画定されてもよい。
ミクロスペース幅442の最小値を、マイクロメートルの観点で画定してもよい。いくつかの実施形態では、ミクロスペース幅442は、少なくとも10(いくつかの実施形態では、少なくとも20、25、30、40、50、60、70、75、80、90、100、150、200、又は更には少なくとも250)マイクロメートルであってもよい。いくつかの用途では、ミクロスペース幅442は、下限で少なくとも50(いくつかの実施形態では、少なくとも60)マイクロメートルである。いくつかの用途では、ミクロスペース幅442は、上限で最大で90(いくつかの実施形態では、最大で80)マイクロメートルである。いくつかの用途では、ミクロスペース幅442は、70マイクロメートルである。
本明細書で使用するとき、用語「ピーク距離」は、ピークの各頂点又は各最高点で測定される、連続するピークの間、又は最も近い対を成すピークの間の距離を指す。
ミクロスペース幅442も、ミクロピーク距離440に対して画定されてもよい。特に、ミクロスペース幅442の最小値を、ミクロピークの各頂点448で測定される、ミクロスペース422を取り囲む最も近い対をなすミクロピーク420の間の距離を指し得る、対応するミクロピーク距離440に対して画定してもよい。いくつかの実施形態では、ミクロスペース幅442は、ミクロピーク距離440の最大値の少なくとも10%(いくつかの実施形態では、少なくとも20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、又は更には少なくとも90%)であってもよい。いくつかの実施形態では、ミクロスペース幅442の最小値は、下限でミクロピーク距離440の最大値の少なくとも30%(いくつかの実施形態では、少なくとも40%)である。いくつかの実施形態では、ミクロスペース幅442の最小値は、上限でミクロピーク距離440の最大値の最大で60%(いくつかの実施形態では、最大で50%)である。いくつかの実施形態では、ミクロスペース幅442は、ミクロピーク距離440の45%である。
ミクロピーク距離440の最小値を、マイクロメートルの観点で画定してもよい。いくつかの実施形態では、ミクロピーク距離440は、少なくとも1(いくつかの実施形態では、少なくとも2、3、4、5、10、25、50、75、100、150、200、250、又は更には500)マイクロメートルであってもよい。いくつかの実施形態では、ミクロピーク距離440は、少なくとも100マイクロメートルである。
ミクロピーク距離440の最大値を、マイクロメートルの観点で画定してもよい。ミクロピーク距離440は、最大で1000(いくつかの実施形態では、最大で900、800、700、600、500、400、300、250、200、150、100、又は更には最大で50)マイクロメートルであってもよい。いくつかの実施形態では、ミクロピーク距離440は、上限で最大で200マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、ミクロピーク距離440は、下限で少なくとも100マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、ミクロピーク距離440は、150マイクロメートルである。
各ミクロピーク420は、ミクロピーク高さ446を画定してもよい。ミクロピーク高さ446は、ミクロピーク420の基準線550と頂点448との間の距離として画定されてもよい。ミクロピーク高さ446の最小値を、マイクロメートルの観点で画定してもよい。いくつかの実施形態では、ミクロピーク高さ446は、少なくとも10(いくつかの実施形態では、少なくとも20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、又は更には少なくとも250)マイクロメートルであってもよい。いくつかの実施形態では、ミクロピーク高さ446は、少なくとも60(いくつかの実施形態では、少なくとも70)マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、ミクロピーク高さ446は、80マイクロメートルである。
複数のナノ構造530、532を、少なくとも部分的に線414によって画定してもよい。複数のナノ構造530は、少なくとも1つのミクロスペース422に配置されてもよい。特に、ナノ構造530を画定する線514は、少なくとも1つのミクロスペース422に配置される少なくとも一連のナノピーク520を含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数のナノ構造532の少なくとも一連のナノピーク520が、少なくとも1つのミクロピーク420にも配置されてもよい。
少なくともサイズの違いにより、ミクロ構造418は、耐摩耗性の観点でナノ構造530、532よりも耐久性が高くなり得る。いくつかの実施形態では、複数のナノ構造532は、ミクロスペース422上にのみ配置される、又は少なくともミクロピーク420の頂点448に近接若しくは隣接して配置されない。
各ナノピーク520は、第1のナノ区間524及び第2のナノ区間526の少なくとも一方を含んでもよい。各ナノピーク520は、ナノ区間524、526の両方を含んでもよい。ナノ区間524、526は、ナノピーク520の頂点548の両側に配置されてもよい。
第1及び第2のナノ区間524、526は、ナノ区間を画定する線514を表現する、第1の平均勾配及び第2の平均勾配をそれぞれ画定してもよい。ナノ構造530、532に関して、線514の勾配は、x軸(水平変化)としての基準線550に対して画定されてもよく、この場合に直交方向がz軸(垂直変化)となる。
一般に、ナノピークの第1の平均勾配は、正と定義されてもよく、ナノピークの第2の平均勾配は、負と定義されてもよく、逆もまた同様である。換言すれば、第1の平均勾配と第2の平均勾配は、少なくとも逆の符号を有する。いくつかの実施形態では、ナノピークの第1の平均勾配の絶対値は、ナノピークの第2の平均勾配の絶対値に等しくてもよい(例えば、ナノ構造530)。いくつかの実施形態では、絶対値は異なってもよい(例えば、ナノ構造532)。
ナノピーク520の角度Bは、ナノピークの第1の平均勾配によって画定される線と第2の平均勾配によって画定される線との間で画定されてもよい。角度Aと同様に、示されるような角度Bは、例示のためのものであり、ナノ区間524、526の間で直接測定される任意の角度に必ずしも等しくなくてもよい。
角度Bは、十分な防汚特性を表面402にもたらす範囲であり得る。いくつかの実施形態では、角度Bは、最大で120(いくつかの実施形態では、最大で110、100、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、又は更には最大で10)度であってもよい。いくつかの実施形態では、角度Bは、上限で最大で85(いくつかの実施形態では、最大で80、又は更には最大で75)度である。いくつかの実施形態では、角度Bは、下限で少なくとも55(いくつかの実施形態では、少なくとも60、又は更には少なくとも65)度である。いくつかの実施形態では、角度Bは70度である。
角度Bは、各ナノピーク520について、同じであっても異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ミクロピーク420上のナノピーク520の角度Bは、ミクロスペース422上のナノピーク520の角度Bとは異なっていてもよい。
ナノピーク520は、ナノ区間524、526の平均勾配によって画定される線に基づいて角度Bを提供できる任意の好適な形状であってもよい。いくつかの実施形態では、ナノピーク520は、概ね三角形の形状で形成される。少なくとも1つの実施形態では、ナノピーク520は、三角形の形状ではない。形状は、頂点548を横切って対称であってもよい。例えば、ミクロスペース422上に配置されたナノ構造530のナノピーク520は、対称であってもよい。少なくとも1つの実施形態では、形状は非対称であってもよい。例えば、ミクロピーク420上に配置されたナノ構造532のナノピーク520は、他のナノ区間526よりも長い1つのナノ区間524を伴って非対称であってもよい。いくつかの実施形態では、ナノピーク520は、アンダーカットなしで形成されてもよい。
各ナノピーク520は、ナノピーク高さ546を画定してもよい。ナノピーク高さ546は、ナノピーク520の基準線550と頂点548との間の距離として画定されてもよい。ナノピーク高さ546の最小値を、ナノメートルの観点で画定してもよい。いくつかの実施形態では、ナノピーク高さ546は、少なくとも10(いくつかの実施形態では、少なくとも50、75、100、120、140、150、160、180、200、250、又は更には少なくとも500)ナノメートルであってもよい。
いくつかの実施形態では、ナノピーク高さ546は、特にミクロスペース422上のナノ構造530に関して、最大で250(いくつかの実施形態では、最大で200)ナノメートルである。いくつかの実施形態では、ナノピーク高さ546は、100~250(いくつかの実施形態では、160~200)ナノメートルの範囲である。いくつかの実施形態では、ナノピーク高さ546は、180ナノメートルである。
いくつかの実施形態では、ナノピーク高さ546は、特にミクロピーク420上のナノ構造532に関して、最大で160(いくつかの実施形態では、最大で140)ナノメートルである。いくつかの実施形態では、ナノピーク高さ546は、75~160(いくつかの実施形態では、100~140)ナノメートルの範囲である。いくつかの実施形態では、ナノピーク高さ546は、120ナノメートルである。
本明細書で使用するとき、用語「対応するミクロピーク」又は「対応する複数のミクロピーク」は、その上にナノピーク520が配置されているミクロピーク420を指し、又はナノピークが対応するミクロスペース422上に配置されている場合には、そのミクロスペースを取り囲む最も近いミクロピークの一方又は両方を指す。換言すれば、ミクロスペース422に対応するミクロピーク420は、一連のミクロピークにおいてミクロスペースに先行又は後続するミクロピークを指す。
ナノピーク高さ546も、対応するミクロピーク420のミクロピーク高さ446に対して画定されてもよい。いくつかの実施形態では、対応するミクロピーク高さ446は、ナノピーク高さ546の少なくとも10(いくつかの実施形態では、少なくとも50、100、150、200、300、400、500、600、700、800、900、又は更には少なくとも1000)倍であってもよい。いくつかの実施形態では、対応するミクロピーク高さ446は、下限でナノピーク高さ546の少なくとも300(いくつかの実施形態では、少なくとも400、500、又は更には少なくとも600)倍である。いくつかの実施形態では、対応するミクロピーク高さ446は、上限でナノピーク高さ546の最大で900(いくつかの実施形態では、最大で800、又は更には最大で700)倍である。
ナノピーク距離540が、ナノピーク520の間で画定されてもよい。ナノピーク距離540の最大値が画定されてもよい。いくつかの実施形態では、ナノピーク距離540は、最大で1000(いくつかの実施形態では、最大で750、700、600、500、400、300、250、200、150、又は更には最大で100)ナノメートルであってもよい。いくつかの実施形態では、ナノピーク距離540は、最大で400(いくつかの実施形態では、最大で300)ナノメートルである。
ナノピーク距離540の最小値を画定してもよい。いくつかの実施形態では、ナノピーク距離540は、少なくとも1(いくつかの実施形態では、少なくとも5、10、25、50、75、100、150、200、250、300、350、400、450、又は更には少なくとも500)ナノメートルであってもよい。いくつかの実施形態では、ナノピーク距離540は、少なくとも150(いくつかの実施形態では、少なくとも200)ナノメートルである。
いくつかの実施形態では、ナノピーク距離540は、150~400(いくつかの実施形態では、200~300)ナノメートルの範囲である。いくつかの実施形態では、ナノピーク距離540は、250ナノメートルである。
ナノピーク距離540は、対応するミクロピーク420の間のミクロピーク距離440に対して画定されてもよい。いくつかの実施形態では、対応するミクロピーク距離440は、ナノピーク距離540の少なくとも10(いくつかの実施形態では、少なくとも50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、又は更には少なくとも1000)倍である。いくつかの実施形態では、対応するミクロピーク距離440は、下限でナノピーク距離540の少なくとも200(いくつかの実施形態では、少なくとも300)倍である。いくつかの実施形態では、対応するミクロピーク距離440は、上限でナノピーク距離540の最大で500(いくつかの実施形態では、最大で400)倍である。
防汚表面を形成するいくつかの実施形態では、方法は、UV安定性材料を有するホットメルト材料を押し出すことを含んでもよい。押し出された材料は、高精細工具(micro-replication tool)で成形されてもよい。高精細工具は、防汚層208の表面に一連のミクロ構造を形成し得る一連のミクロ構造の鏡像を含んでもよい。一連のミクロ構造は、軸線に沿って交互する一連のミクロピーク及びミクロスペースを含んでもよい。少なくともミクロスペース上の層の表面に、複数のナノ構造が形成されてもよい。複数のナノピークは、軸線に沿って少なくとも一連のナノピークを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、複数のナノ構造は、表面を反応性イオンエッチングに露出することによって形成されてもよい。例えば、ナノピークを画定するためにマスキング要素を使用してもよい。
いくつかの実施形態では、複数のナノ構造は、押し出された材料を、イオンエッチングされたダイヤモンドを更に有する高精細工具で成形することによって形成されてもよい。この方法は、ダイヤモンド工具を用意することであって、工具の少なくとも一部分が複数の先端を含み、先端のピッチが1マイクロメートル未満であり得る、用意することと、ダイヤモンド工具で基材を切り込むことであって、ダイヤモンド工具をある方向に沿ってピッチ(p1)で出し入れ移動させ得る、切り込むことを含んでもよい。ダイヤモンド工具は、最大カッター幅(p2)
Figure 0007135221000001
を有してもよい。
ナノ構造は、防汚層408のミクロ構造化表面に組み込まれることを特徴としてもよい。ナノ構造の空気に露出した部分を除いて、ナノ構造の形状は、一般に、隣接するミクロ構造化された材料によって画定されてもよい。
ナノ構造を含むミクロ構造化表面層は、複数の先端を有するダイヤモンド工具を使用することによって形成することができる。ダイヤモンド旋削機械(Diamond Turning Machine;DTM)を使用して、米国特許出願公開第2013/0236697号(Walkerら)に記載されているようなナノ構造を含む防汚表面構造を作り出すための高精細工具を生成することができる。ナノ構造を更に含むミクロ構造化表面は、単一の半径を有し得る複数の先端を有するダイヤモンド工具を使用することによって形成することができ、複数の先端は、1マイクロメートル未満のピッチを有する。このような複数の先端を有するダイヤモンド工具は、「ナノ構造化ダイヤモンド工具」と呼ばれることもある。それゆえ、ミクロ構造がナノ構造を更に含むミクロ構造化表面は、ミクロ構造化工具のダイヤモンド工具作製中に同時に形成することができる。集束イオンビームミリング加工プロセスを、先端を形成するために使用することができ、ダイヤモンド工具の谷を形成するために使用してもよい。例えば、集束イオンビームミリング加工は、谷の底部を形成するように先端の内面が共通の軸線に沿って交わることを確実にするために、使用することができる。集束イオンビームミリング加工は、凹状又は凸状の円弧楕円形、放物線形、数学的に定義された表面パターン、又はランダム若しくは疑似ランダムパターンなどの特徴部を谷に形成するために使用することができる。多種多様な他の形状の谷も形成することができる。不連続又は不均一な表面構造を作り出すための例示的なダイヤモンド旋削機械及び方法は、例えば、2000年8月17日に発行された国際公開第00/48037号、米国特許第7,350,442号(Ehnesら)及び同第7,328,638号(Gardinerら)、及び米国特許公開第2009/0147361号(Gardinerら)に記載されているような高速工具サーボ(fast tool servo;FTS)を含むことができ、利用することができる。
いくつかの実施形態では、複数のナノ構造は、エンボス加工のためのナノ構造化された粒状めっきを更に有する高精細工具により、押し出された材料又は防汚層408を成形することによって形成されてもよい。電着又はより具体的には電気化学的堆積を使用して、高精細工具を形成するためにナノ構造を含む様々な表面構造を生成することもできる。工具は、2部構成の電気めっきプロセスであって、第1の電気めっき手順により、第1の主面を有する第1の金属層が形成され得、第2の電気めっき手順により、第1の金属層上に第2の金属層が形成され得る、工程を使用して作製されてもよい。第2の金属層は、第1の主面の平均粗さよりも小さな平均粗さを有する第2の主面を有してもよい。第2の主面は、工具の構造化表面として機能することができる。次いで、この表面の複製を光学フィルムの主面に作製して、光拡散特性をもたらすことができる。電気化学的堆積技術の一例は、国際公開第2018/130926号(Derksら)に記載されている。
図6は、防汚表面602を有する防汚層608の断面600を示す。防汚表面602は、例えば、防汚層408、608のミクロ構造418、618が同じ又は同様の寸法を有してもよく、また交互するミクロピーク620及びミクロスペース622からなる間引かれた歯リブレットのパターンを形成してもよい点で、防汚表面402と同様であり得る。防汚表面602は、例えば、ナノ構造720がナノサイズのマスキング要素722を含んでもよい点で、表面402とは異なる。
ナノ構造720は、マスキング要素722を使用して形成されてもよい。例えば、マスキング要素722は、ミクロ構造618を有する表面602のナノ構造720を形成するために、反応性イオンエッチング(reactive ion etching;RIE)などのサブトラクティブ製造プロセスで使用されてもよい。ナノ構造及びナノ構造化物品を作製する方法は、反応種を用いて表面を実質的に同時にエッチングしながら、混合ガスによるプラズマ化学蒸着によって基材の主面に防汚層408などの層を堆積させることを含んでもよい。方法は、基材を提供することと、プラズマ化されると基材上に層を堆積できる第1のガス種を、プラズマ形成されると基材をエッチングできる第2のガス種と混合し、それによって混合ガスを形成することと、を含んでもよい。方法は、混合ガスをプラズマ化することと、基材の表面をプラズマに露出することであって、表面がエッチングされ得、かつエッチングされた表面の少なくとも一部分に実質的に同時に層が堆積され得、それによってナノ構造を形成し得る、ことと、を含んでもよい。
基材は、(コ)ポリマー材料、無機材料、合金、固溶体、又はこれらの組み合わせとすることができる。堆積層は、有機ケイ素化合物、金属アルキル化合物、金属イソプロポキシド化合物、金属アセチルアセトネート化合物、金属ハロゲン化物化合物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む反応ガスを使用するプラズマ化学蒸着の反応生成物を含むことができる。高アスペクト比のナノ構造、及び任意選択的に少なくとも1つの寸法でランダム寸法を有する、更には3つの直交寸法でランダム寸法を有する、ナノ構造を調製することができる。
いくつかの実施形態では、層の防汚表面602上に配置された一連のミクロ構造618を有する層608を防汚化する方法が提供されてもよい。一連のミクロ構造618は、交互する一連のミクロピーク620及びミクロスペース622を含んでもよい。
一連のナノサイズのマスキング要素722が、少なくともミクロスペース622上に配置されてもよい。防汚層608の防汚表面602は、一連のナノピーク720を含む複数のナノ構造718を層の表面に形成するために、反応性イオンエッチングに露出されてもよい。各ナノピーク720は、マスキング要素722、及びマスキング要素722と層608との間の層材料のカラム760を含んでもよい。
マスキング要素722は、RIEの影響に対して防汚層608の材料よりも耐性のある任意の好適な材料で形成されてもよい。いくつかの実施形態では、マスキング要素722は無機材料を含む。無機材料の非限定的な例としては、シリカ及び二酸化ケイ素が挙げられる。いくつかの実施形態では、マスキング要素722は親水性である。親水性材料の非限定的な例としては、シリカ及び二酸化ケイ素が挙げられる。
本明細書で使用するとき、用語「最大直径」は、任意の形状を有する要素を通る直線に基づく最長寸法を指す。
マスキング要素722は、ナノサイズであってもよい。各マスキング要素722は、最大直径742を画定してもよい。いくつかの実施形態では、マスキング要素722の最大直径は、最大で1000(いくつかの実施形態では、最大で750、500、400、300、250、200、150、又は更には最大で100)ナノメートルであってもよい。
各マスキング要素722の最大直径742は、対応するミクロピーク620のミクロピーク高さ640に対して表現されてもよい。いくつかの実施形態では、対応するミクロピーク高さ640は、マスキング要素722の最大直径742の少なくとも10(いくつかの実施形態では、少なくとも25、50、100、200、250、300、400、500、750、又は更には少なくとも1000)倍である。
各ナノピーク720は、高さ722を画定してもよい。高さ722は、基準線750とマスキング要素722の頂点748との間で画定されてもよい。
図7A及び図7Bは、表面402、602などの防汚表面のいずれかについて、ミクロ構造のミクロピーク又はナノ構造のナノピークであり得る異なる形態のピーク802、822の断面プロファイルを表す線800及び820を示す。上述したように、構造は、厳密に三角形の形状である必要はない。
線800は、頂点812を含むピーク802の第1の部分804(頂部)が概ね三角形の形状を有してもよい一方、隣接する側部806が湾曲していてもよいことを示している。いくつかの実施形態では、図示されるように、ピーク802の側部806は、スペース808に移行するときに、より急な方向転換を有していなくてもよい。ピーク802の側部806とスペース808との間の境界810は、例えば図4A~図4C及び図5に関して、本明細書に記載される線800の閾値勾配によって画定されてもよい。
スペース808も、ピーク802の高さ814に対して高さの観点で画定されてもよい。ピーク802の高さ814は、境界810の一方と頂点812との間で画定されてもよい。スペース808の高さは、スペース808の底部816、すなわち最低点と、境界810の一方との間で画定されてもよい。いくつかの実施形態では、スペース808の高さは、ピーク802の高さ814の最大で40%(いくつかの実施形態では、最大で30%、25%、20%、15%、10%、5%、4%、3%、又は更には最大で2%)であってもよい。いくつかの実施形態では、スペース808の高さは、ピーク802の高さ814の最大で10%(いくつかの実施形態では、最大で5%、4%、3%、又は更には最大で2%)である。
線820は、頂点を含むピーク820の第1の部分824(頂部)が、隣接する側部826の間で急に方向転換しない、概ね丸みを帯びた形状を有してもよいことを示している。頂点832は、例えば、勾配が正から負に変わる、構造820の最高点として画定されてもよい。第1の部分824(頂部)は、頂点832で丸みを帯びていてもよいが、ピーク820は、第1の平均勾配と第2の平均勾配との間で、角度A(図5を参照)などの角度を画定してもよい。
ピーク820の側部826とスペース828との間の境界830は、例えば、より急な方向転換によって画定されてもよい。境界830も、本明細書で説明されるように、勾配又は相対高さによって画定されてもよい。
図8~図11に示されるように、防汚表面は、不連続、断続的、又は不均一であってもよい。例えば、防汚表面は、ミクロ角錐を取り囲むミクロスペースを有するミクロ角錐(図8及び図11を参照)を含むものとして説明されてもよい。
図8は、不均一なミクロ構造1210によって少なくとも部分的に画定された第1の防汚表面1001を示す。例えば、防汚表面1000を(図4Bと同様に)yz平面で見た場合に、少なくとも1つのミクロピーク1012は、視界の左側から右側に不均一な高さを有してもよく、このことは、視界の左側から右側に均一な高さを有するミクロピーク420を示す図4Bと対照をなし得る。特に、ミクロ構造1010によって画定されるミクロピーク1012は、高さ又は形状の少なくとも1つが不均一であってもよい。ミクロピーク1012は、表面402のミクロスペース422(図4A及び図4C)など、本明細書に記載される他の表面と同様に、ミクロスペース(この斜視図では示されていない)によって間隔をあけられる。
図9は、不連続なミクロ構造1020を有する第2の防汚表面1002を示す。例えば、防汚表面1002を(図4Bと同様に)yz平面で見た場合に、2つ以上のナノピーク1022は、ミクロ構造1020によって間隔をあけられて示されてもよく、このことは、視界の左側から右側に連続して延びるミクロピーク420を示す図4Bと対照をなし得る。特に、ミクロ構造1020のミクロピーク1022は、ミクロスペース1024によって取り囲まれていてもよい。ミクロピーク1022はそれぞれ、半ドーム様形状を有してもよい。例えば、半ドーム様形状は、半球状、半卵形状、半長球状、又は半偏球状であってもよい。各ミクロピークの周りに延びる各ミクロピーク1022の基部の縁部1026が、丸みを帯びた形状(例えば、円形、楕円形、又は丸みを帯びた矩形)であってもよい。ミクロピーク1022の形状は、図示の実施形態に示されるように均一であってもよく、又は不均一であり得る。
図10及び図11は、不連続なミクロ構造1030を有する第3の防汚表面1003の第1の部分1004(図10)及び第2の部分1005(図11)の斜視図である。両方とも斜視図である。図10の図は、45度の角度に近いミクロ構造1030の「前面」側のより多くを示す一方、図11の図は、頂角に近いミクロ構造の「背面」側の一部を示す。
ミクロスペース1034によって取り囲まれたミクロ構造1030のミクロピーク1032は、角錐様形状(例えば、ミクロ角錐)を有してもよい。例えば、角錐様形状は、四角錐又は三角錐であってもよい。角錐様形状の側面1036は、例示される実施形態に示されるように、形状若しくは面積が不均一であってもよく、又は形状若しくは面積を均一にすることができる。角錐様形状の縁部1038は、例示される実施形態に示されるように非直線状であってもよく、又は直線状であり得る。各ミクロピーク1032の全体積は、例示される実施形態に示されるように不均一であってもよく、又は均一であり得る。
多層フィルムは、フィルムの底面の物理的及び化学的特性とは異なる物理的及び化学的特性をフィルムの上面に有するのに有利であり得る。例えば、高度にフッ素化されたポリマーは、耐汚染性、化学的耐性、及び汚れ耐性にとって有益であるが、本質的に他のポリマー又は接着剤に良好に接着しない。テトラフルオロエチレン(TFE)の含有量が高い第1のフルオロポリマー層1501が、より高いフッ素含有量を有し、よって、本明細書に記載される物品のミクロ構造化された表面層として有益であり得る。第2のフルオロポリマー層1502は、TFEの含有量が低く、依然として第1のフルオロポリマー層1501に良好に接着し得る。第2のフルオロポリマー層がフッ化ビニリデン(VDF)も含む場合に、それは、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの、VDFを含む他のフルオロポリマーに良好に接着する。第2又は第3のフルオロポリマー層1503が十分なVDFを含む場合に、それは、アクリレートポリマー、更にはウレタンポリマーなどの非フッ素化ポリマー層1504に良好に接着する。高度にフッ素化された上面層及び殆どフッ素化されていない底面層を有する防汚表面構造化フィルムのための有用な多層フルオロポリマーフィルムが、国際公開第2017/172564(A2)号に記載されている。
帯電防止剤も、埃、汚れ、及び破片の望ましくない引き寄せを低減するために、防汚層に組み込まれてもよい。イオン帯電防止剤(例えば、3M Companyから商品名3M IONIC LIQUID ANTI-STAT FC-4400又は3M IONIC LIQUID ANTI-STAT FC-5000として入手可能)を、帯電防止をもたらすためにPVDFフルオロポリマー層に組み込んでもよい。PMMA及びメチルメタクリレートコポリマー(CoPMMA)光学ポリマー層用の帯電防止剤は、Lubrizol Engineered Polymers(Brecksville,Ohio)製のSTATRITEとして提供されてもよい。PMMA及びCoPMMA光学ポリマー層用の追加の帯電防止剤が、Sanyo Chemical Industries(Tokyo,Japan)製のPELESTATとして提供されてもよい。任意選択的に、帯電防止特性は、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、又はグラフェンの薄層などの透明な導電性コーティングによってもたらすことができ、これらのいずれも、本明細書に記載される防汚表面構造化フィルムの層の1つの上に配置又はコーティングされてもよい。
任意選択的なIR反射層
任意選択的なIR反射層の機能は、反射性微多孔フィルムによって生成され、複合冷却フィルムによって冷却されることが意図されている任意の基材に向けて伝達される、IR熱放射の量を(反射によって)低減することである。
任意選択的なIR反射層は、少なくとも800~1300nm、好ましくは700~2500nm、より好ましくは700~3000nmの波長範囲にわたって、少なくとも50パーセントの平均反射能を有する任意の材料で構成されてもよい。
例示的なIR反射層としては、例えば、赤外波長に調整されることを除いて上記のUV反射性多層フィルムに関する節に記載されるような、IR反射性多層フィルムが挙げられる。可視波長及び近赤外波長に関する多層光学フィルムについては、1/4波積層体の設計により、約0.7マイクロメートル以下の平均厚さを有する、多層積層体の各層312、314(図3を参照)がもたらされる。
(反射偏光子及びミラーを含む)多層光学フィルムは、例えば、米国特許第6,045,894号(Jonzaら)、同第6,368,699号(Gilbertら)、同第6,531,230号(Weberら)、同第6,667,095号(Wheatleyら)、同第6,783,349号(Neavinら)、同第7,271,951(B2)号(Weberら)、同第7,632,568号(Padiyathら)、及び同第7,952,805号(McGurranら)、並びに国際公開第95/17303号(Ouderkirkら)及び同第99/39224号(Ouderkirkら)に記載されているように、異なる屈折率を有する交互するポリマー層を共押出しすることによって作製することができる。
例示的なIR反射層としては、例えば、アルミニウム、金、又は銀などの金属の層、並びに、例えば、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、及び酸化インジウムスズなどの金属酸化物又は金属硫化物の層も挙げられる。
当該技術分野で知られている他のIR反射層も使用されてもよい。
任意選択的な接着剤層
任意選択的な接着剤層は、任意の接着剤(例えば、熱硬化性接着剤、ホットメルト接着剤、及び/又は感圧性接着剤)を含んでもよい。存在する場合、任意選択的な接着剤層は、好ましくは感圧性接着剤を含む。いくつかの実施形態では、接着剤は、紫外線損傷に対して耐性であり得る。紫外線損傷に対して典型的に耐性である例示的な接着剤としては、例えば、上述したように、UV安定/遮断添加剤を含有するシリコーン接着剤及びアクリル接着剤が挙げられる。
任意選択的な接着剤層は、熱伝達を助けるために熱伝導性粒子を含んでもよい。例示的な熱伝導性粒子としては、酸化アルミニウム粒子、アルミナナノ粒子、六方晶窒化ホウ素粒子及び凝集粒子(例えば、3M Companyから3M Boron Dinitrideとして入手可能)、グラフェン粒子、グラフェン酸化物粒子、金属粒子、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
任意選択的な剥離ライナーは、例えば、ポリオレフィンフィルム、フルオロポリマーフィルム、コーティングされたPETフィルム、又はシリコーン処理されたフィルム若しくは紙を含んでもよい。
UV安定化添加剤
UV安定化添加剤は、複合冷却フィルムの任意の構成要素(例えば、UV反射性多層光学フィルム、任意選択的な防汚層、任意選択的な接着剤層、反射性微多孔層、及び/又はIR反射層)に添加されてもよい。
UV吸収剤(UVA)及び/又はヒンダードアミン光安定剤(HALS)によるUV安定化は、PET、PMMA、及びCoPMMAの光酸化劣化の防止に介入する可能性がある。PET、PMMA、又はCoPMMAポリマー層に組み込むための例示的なUVAとしては、ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール、及びベンゾトリアジンが挙げられる。PET、PMMA、又はCoPMMA光学層に組み込むための市販のUVAとしては、BASF Corporation(Florham Park,New Jersey)からTinuvin 1577及びTinuvin 1600として入手可能なものが挙げられる。典型的に、UVAは、1~10重量%(重量%)の濃度でポリマーに組み込まれる。
PET、PMMA、又はCoPMMA光学層に組み込むための例示的なHALS化合物としては、BASF CorporationからChimmasorb 944及びTinuvin 123として入手可能なものが挙げられる。典型的に、HALS化合物は、0.1~1.0重量%でポリマーに組み込まれる。UVAとHALSの10:1の比率が好ましい場合がある。
UVA及びHALS化合物は、フルオロポリマー層に組み込むこともできる。米国特許第9,670,300号(Olsonら)及び米国特許出願公開第2017/0198129号(Olsonら)には、PVDFフルオロポリマーと相溶性の例示的なUVAオリゴマーが記載されている。
他のUV遮断添加剤が、フルオロポリマー層に含まれてもよい。例えば、小粒子非顔料性の酸化亜鉛及び酸化チタンを使用することができる。酸化亜鉛、炭酸カルシウム、及び硫酸バリウムのナノスケール粒子は、可視光及び近赤外光に対して透明である一方でUV光を反射又は散乱させる。UV放射を反射できる、10~100ナノメートルのサイズ範囲の酸化亜鉛及び硫酸バリウムの小粒子は、例えば、Kobo Products Inc.(South Plainfield,New Jersey)から入手可能である。
帯電防止剤も、埃、汚れ、及び破片の望ましくない引き寄せを低減するために、ポリマーフィルム/層のいずれかに組み込まれてもよい。3M Companyから入手可能なイオン帯電防止添加剤を、静電気消散をもたらすためにPVDFフルオロポリマー層に組み込んでもよい。PMMA及びCoPMMA用の例示的な帯電防止剤は、Lubrizol Engineered Polymers(Brecksville,Ohio)からSTAT-RITEとして、又はSanyo Chemical Industries(Tokyo,Japan)からPELESTATとして市販されている。
使用
本開示による複合冷却フィルムは、熱的に(例えば、誘導、対流、放射)連通している基材を冷却するために使用することができる。
太陽光領域での反射率は、物体によって吸収されていたであろう太陽光を反射することにより、日光を受ける日中の冷却を促進するのに特に有効であり得る。大気の窓の領域での吸収は、赤外光を放射又は放出することにより、夜間の冷却を促進するのに特に有効であり得る。エネルギーは、ある程度は日中にも放射又は放出されてもよい。いくつかの実施形態では、物品の外層は、0.3~2.5マイクロメートルから最小の太陽エネルギーを吸収し、8~14マイクロメートルから最大の太陽エネルギーを吸収する。
ここで図12を参照すると、物品1200は、複合冷却フィルム100が基材1210と熱的に連通するように、基材1210に固定された複合冷却フィルム100を備える。複合冷却フィルム1200は、概ね平坦な形状であってもよいが、平坦である必要はなく、基材1210に適合するように可撓性であってもよい。図12では、任意選択的な防汚層130(図1を参照)は、基材1210から最も遠くに配置されることが理解されるであろう。
複合冷却フィルム1200は、基材1210を冷却するために太陽光1204を反射してもよく、これは日中の環境で特に有効であり得る。複合冷却フィルム1200がない場合に、太陽光1204は、基材1210によって吸収され、熱に変換され得る。反射された太陽光1205は、大気1208中に向けられてもよい。
複合冷却フィルム1200は、電磁スペクトルの大気の窓の領域における光1206を大気1208中に放射して、基材1210を冷却してもよく、これは夜間の環境で特に有効であり得る。複合冷却フィルム1212は、熱を大気の窓を通して大気1208に逃れることができる光1206(例えば、赤外光)に変換することを可能にし得る。光1206の放射は、追加のエネルギーを必要としない複合冷却フィルム1200の特性であってもよく、複合冷却フィルム1200及び複合冷却フィルム1200に熱的に結合された基材1210を冷却し得る、受動放射として説明されてもよい。日中に、反射特性により、複合冷却フィルム1200は、吸収するよりも多くのエネルギーを放出することができる。日中に太陽光を反射するための反射特性と組み合わせた複合冷却フィルム1200の放射特性は、大気を通して空間中にエネルギーを放射するだけの物品よりも多くの冷却をもたらし得る。
例示的な基材としては、乗物(例えば、ルーフ、車体パネル、及び/又は窓)、建物(例えば、屋根、壁)、熱交換器、衣類、傘、帽子、船、及び鉄道車両が挙げられる。例示的な基材は、より大きな物品、装置、又はシステムの一部(例えば、建物の窓)であってもよい。
パラメータの中でも、冷却及び温度低下の大きさは、複合冷却フィルム1200の反射特性及び吸収特性に依存し得る。複合冷却フィルム1200の冷却効果は、基材に近接又は隣接する周囲空気の第1の温度、及び複合冷却フィルム1200に近接又は隣接する基材1210の部分の第2の温度を参照して説明され得る。いくつかの実施形態では、第1の温度は、第2の温度よりも少なくとも摂氏2.7(いくつかの実施形態では、少なくとも5.5、8.3、又は更には少なくとも11.1)度(例えば、少なくとも華氏5、10、15、又は更には少なくとも20度)だけ高い。
本開示の選択実施形態
第1の実施形態では、本開示は、複合冷却フィルムであって、
340ナノメートル以上、かつ400ナノメートル未満の波長範囲の過半にわたって紫外放射の少なくとも50パーセントを反射する紫外線反射性多層光学フィルムと、
紫外線反射性多層光学フィルムに固定された反射性微多孔層であって、反射性微多孔層が、非フッ素化有機ポリマーを含む連続相を有し、400~2500ナノメートル(両端を含む)の波長範囲の過半にわたって太陽放射を拡散反射する、反射性微多孔層と、を備え、
複合冷却フィルムが、8~13ミクロンの波長範囲にわたって少なくとも0.85の平均吸光度を有する、複合冷却フィルムを提供する。
第2の実施形態において、本開示は、紫外線反射性多層光学フィルムが外側防汚表面を含み、外側防汚表面が軸線に沿って延びており、軸線を含む平面が、層の断面を画定し、表面と交差して表面を2次元で表現する線を画定し、層が、
線によって少なくとも部分的に画定される一連のミクロ構造であって、線が、軸線に沿って交互する一連のミクロピーク及びミクロスペースを画定し、各ミクロスペースが、軸線から最大で30度の角度を画定する最大絶対勾配を有し、各ミクロピークが、第1の平均勾配を画定する第1のミクロ区間と、第2の平均勾配を画定する第2のミクロ区間とを有し、第1の平均勾配と第2の平均勾配との間に形成される角度が最大で120度である、一連のミクロ構造と、
線によって少なくとも部分的に画定される複数のナノ構造であって、線が、軸線に沿って少なくともミクロスペース上に配置される少なくとも一連のナノピークを画定する、複数のナノ構造と、を含み、
各ナノピークが高さを有し、対応する各ミクロピークが、ナノピークの高さの少なくとも10倍の高さを有する、第1~第3の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第3の実施形態において、本開示は、ミクロピークの第1の平均勾配が正であり、ミクロピークの第2の平均勾配が負である、第2の実施形態による複合冷却フィルムを提供する。
第4の実施形態において、本開示は、ミクロピークの第1の平均勾配の絶対値が、ミクロピークの第2の平均勾配の絶対値に等しい、第2又は第3の実施形態による複合冷却フィルムを提供する。
第5の実施形態において、本開示は、反射性微多孔層とは反対側で紫外線反射性多層光学フィルムに固定された防汚層を更に備え、防汚層が外側防汚表面を含み、外側防汚表面が軸線に沿って延びており、軸線を含む平面が、層の断面を画定し、防汚表面と交差して、防汚表面を2次元で表現する線を画定し、層が、
線によって少なくとも部分的に画定される一連のミクロ構造であって、線が、軸線に沿って交互する一連のミクロピーク及びミクロスペースを画定し、隣接する各ミクロピークと各ミクロスペースとの間の境界が、線の屈曲点又は変曲点の少なくとも一つを含む、一連のミクロ構造と、
線によって少なくとも部分的に画定される複数のナノ構造であって、線が、軸線に沿って少なくともミクロスペース上に配置される少なくとも一連のナノピークを画定する、複数のナノ構造と、を含み、
各ナノピークが高さを有し、対応する各ミクロピークが、ナノピークの高さの少なくとも10倍の高さを有する、第1~第3の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第6の実施形態において、本開示は、各ミクロスペースの幅が、対応するミクロピーク距離の少なくとも10%、又は少なくとも10マイクロメートルの少なくとも1つである、第2~第5の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第7の実施形態において、本開示は、ミクロピーク同士の間のミクロピーク距離が、1マイクロメートル~1000マイクロメートルの範囲である、第2~第6の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第8の実施形態において、本開示は、ミクロピークが、少なくとも10マイクロメートルの高さを有する、第2~第7の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第9の実施形態において、本開示は、各ナノピークが、第1の平均勾配を画定する第1のナノ区間と、第2の平均勾配を画定する第2のナノ区間とを含み、ナノピークの第1の平均勾配とナノピークの第2の平均勾配との間に形成される角度が最大で120度である、第2~第8の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第10の実施形態において、本開示は、ナノピークの第1の平均勾配の絶対値が、ナノピークの第2の平均勾配の絶対値とは異なる、第9の実施形態による複合冷却フィルムを提供する。
第11の実施形態において、本開示は、複数のナノ構造が、ミクロピーク上に更に配置される、第2~第10の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第12の実施形態において、本開示は、各ナノピークがナノピーク距離を画定し、対応するミクロピークが、ナノピーク距離の少なくとも10倍のミクロピーク距離を画定する、第2~第11の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第13の実施形態において、本開示は、ナノピーク同士の間の最大ナノピーク距離が、1ナノメートル~1マイクロメートルの範囲である、第2~第12の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第14の実施形態において、本開示は、ナノピークが、少なくとも1つのマスキング要素を含む、第2~第13の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第15の実施形態において、本開示は、マスキング要素が、最大で1マイクロメートルの直径を有する、第14の実施形態による複合冷却フィルムを提供する。
第16の実施形態において、本開示は、ミクロピークが、高さ又は形状の少なくとも1つにおいて不均一である、第2~第15の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第17の実施形態において、本開示は、紫外線反射性多層光学フィルムが、フルオロポリマー及び非フッ素化ポリマーの交互層を含む、第1~第16の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第18の実施形態では、本開示は、反射性微多孔層が、ポリエチレン、ポリプロピレン、多糖類、又はポリエチレンテレフタレートのうちの少なくとも1種を含む、第1~第17の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第19の実施形態において、本開示は、反射性微多孔層が、ポリエチレンテレフタレート又は変性ポリエチレンテレフタレートを含む、第1~第18の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第20の実施形態において、本開示は、反射性微多孔層がミクロ空隙ポリマーフィルムを含む、第1~第19の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第21の実施形態では、本開示は、ミクロ空隙ポリマーフィルムが、白色の無機粒子を更に含む、第20の実施形態による複合冷却フィルムを提供する。
第22の実施形態において、本開示は、紫外線反射性多層光学フィルムとは反対側で反射性微多孔層に固定された赤外線反射層を更に備え、赤外線反射層が、8~13ミクロンの波長範囲にわたって少なくとも50パーセントの平均反射率を有する、第1~第21の実施形態のいずれか1つによる複合冷却フィルムを提供する。
第23の実施形態では、本開示は、基材の外面に固定された、請求項1~22のいずれか一項に記載の複合冷却フィルムを備える物品であって、冷却フィルムと基材が熱的に連通しており、UV反射性多層光学フィルムが、反射性微多孔層よりも基材から遠くに配置されている、物品を提供する。
第24の実施形態では、本開示は、反射性微多孔層が、ポリエチレン、ポリプロピレン、多糖、又はポリエチレンテレフタレートのうちの少なくとも1種を含む、第23の実施形態による物品を提供する。
本開示の目的及び利点は以下の非限定的な実施例によって更に例証されるが、これらの実施例に引用される具体的な材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限しないものと解釈されるべきである。
特に記載のない限り、実施例及び本明細書のその他の箇所における全ての部、百分率、比などは、重量によるものである。
通気抵抗試験
タイマー(Gurley Precision InstrumentsからModel 4320として入手)を有する濃度計(Gurley Precision Instruments(Troy,NY)からModel 4110として入手)を使用して、通気抵抗を測定した。サンプルを試験機内に留めた。タイマー及びフォトアイをリセットし、シリンダを解放し、4.88インチ(12.4cm)の水の一定の力(1215N/m)で、1平方インチ(6.5cm)の円に空気を通過させた。50cmの空気が通過するまでの時間を記録した。
バブルポイント圧力試験
バブルポイント圧力は、多孔質膜における最大細孔を特性評価するために、一般に使用される技術である。直径47mmのディスクを切り出し、言及したようにサンプルを鉱油又はイソプロピルアルコールに浸漬して、サンプル内の細孔を十分に充填し、湿潤させた。次いで、湿潤サンプルをホルダ(47mm;Pall Corporation(Port Washington,New York)製のStainless Holder Part#2220)に配置した。サンプルの上部の圧力を、圧力制御装置を使用してゆっくりと上昇させ、ガス流量計によって下部のガス流を測定した。流れにベースライン流速からの大幅な増加があった時点の圧力を記録した。これを、バブルポイント圧力(1平方インチ当たりポンド(psi)、センチメートル水銀(cm Hg)又はパスカル(Pa))として報告した。この技術は、ASTM F316-03(2006)、「Standard Test Methods for Pore Size Characteristics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test」の修正であり、その開示は参照により本明細書に組み込まれ、バブルポイント圧力に達した時点を定量化する自動圧力制御装置及び流量計を含むものであった。
密度及び多孔率試験
サンプルの密度は、直径47mmの8つのディスクを切り出し、好適な分解能(典型的には、0.0001グラム)の化学天秤上でディスクを秤量し、7.3psi(50.3KPa)の死重量及び直径0.63インチ(1.6cm)の平金敷を有し、約3秒の滞留時間(dwell time)及び±0.0001インチの分解能を有する厚さ計(Testing Machines,Inc.(New Castle,DE)から、Model 49-70として入手)で全ディスクの合計厚さを測定することによって、その開示が参照により本明細書に組み込まれるASTM F-1315-17(2017)、「Standard Test Method for Density of a Sheet Gasket Material」と同様の方法を使用して計算した。次いで、サンプルの厚さ及び直径から計算した体積で質量を除算することによって、密度を計算した。ポリマーマトリックス複合体の成分の既知の密度及び重量分率を用いて、ポリマーマトリックス複合体の理論密度を、混合則によって計算した。理論密度及び測定密度を使用して、多孔率を以下のように計算した。
多孔率=[1-(測定密度/理論密度)]×100
UV反射性多層光学フィルム(UV-R MOF)の調製
UV-R MOFを、Plaskolite(Columbus,Ohio)からOPTIX CA-24として入手したメチルメタクリレートコポリマー(CoPMMA)を含む第1の光学層と、3M Company(St.Paul,Minnesota)から3M DYNEON THV 221として入手したフルオロポリマーを含む第2の光学層によって作製した。CoPMMA及びフルオロポリマーを多層溶融マニホールドを通して共押出して、275の交互する第1及び第2の光学層を有する多層溶融流を作り出した。DAK Americas LLC(ChadFord,Pennsylvania)からLASER+C 9921として入手したポリエチレンテレフタレート(PET)を含む非光学保護スキン層を、275光学層の積層体の上面及び下面に共押出した。この277層の多層共押出溶融流を、毎分22メートルで冷却ロール上にキャストし、厚さ約500マイクロメートルの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130℃まで10秒間加熱した後に、延伸比3.8で長さ方向に一軸延伸(すなわち配向)し、続いて60℃まで急冷した。次いで、一軸配向フィルムを135℃まで10秒間加熱した後に、延伸比3.8:1で横方向に一軸延伸して配向して、350nm~400nmの波長を反射する二軸配向UVミラーフィルムを作り出した。反射スペクトルを、PerkinElmer,Inc.(Waltham,Massachusetts)製のLAMBDA 900分光光度計で測定し、図13に示される反射スペクトルを有することを見出した。
実施例1
UV-R MOFを、Toray Plastics(America)Inc.(North Kingstown,Rhode Island)からLUMIRROR XJSA2として入手した、硫酸バリウム粒子を含有する厚さ188ミクロンのミクロ空隙PETフィルムに、3M CompanyからOCA 8172として入手した光学的に透明な接着剤を使用してラミネートした。PETトップスキン層を除去した後に、UV反射性多層光学フィルムミラーにラミネートしたミクロ空隙PETフィルムの反射スペクトルを分光光度計(Lambda 900)で測定し、図14に示される反射スペクトルを有することを見出した。
次いで、上述したフィルムラミネートを、J型熱電対が表面に埋め込まれ3M Company製の3M 425 HD 6127-41アルミニウム裏当テープで接着されたアルミニウムプレートに、ラミネートし、放射冷却プレートRCP1を作り出した。厚さ1インチ”のStyrofoam断熱材を、アルミニウム放射冷却プレートの下に置いて地面から熱絶縁した。表面にJ型熱電対が埋め込まれ、3M 425 HD 6127-41アルミニウム裏当テープで接着された別の裸のアルミニウムプレートを、対照用放射冷却プレートとして使用した。厚さ1インチ”のStyrofoam断熱材を、対照用アルミニウム放射冷却プレートの下にも置いて地面から熱絶縁した。周囲空気温度23.4℃及び相対湿度30パーセントで、2つの放射冷却プレートを正午に太陽の下に置いた。1時間の温度平衡化の後に、CRCPの温度は32.9℃と測定され、RCP1の温度は17.5℃、すなわち、周囲温度よりも5.9℃低く測定された。
実施例2
表面構造化フルオロポリマーフィルムを、Arkema,Inc.(King of Prussia,Pennsylvania)から入手したKYNAR 710 PVDFフルオロポリマーをナノ高精細キャスト工具に対して押し出して、図5に示される表面構造を作り出すことによって作製した。PVDFを毎時90.9kgの速度、204℃の温度、毎秒0.44メートルのライン速度で押し出した。
次いで、表面構造化フルオロポリマーフィルムを、実施例1に記載されたRCP1にラミネートして、防汚性表面構造を有する放射冷却プレートRCP2を作り出した。厚さ1インチ”のStyrofoam断熱材を、アルミニウム放射冷却プレートの下に置いて地面から熱絶縁した。周囲空気温度20.2℃及び相対湿度40パーセントで、実施例1に記載された同じ対照用放射冷却プレートCRCPと共にRCP2を正午に太陽の下に置いた。1時間の温度平衡化の後に、CRCPの温度は30.9℃と測定され、RCP2の温度は15.5℃、すなわち、周囲温度よりも5.3℃低く測定された。
実施例3
UV-R MOFを、International Paper Co.(Memphis,Tennessee)から入手した厚さ188ミクロンのACCENT OPAQUE DIGITAL 188093ミクロ空隙白色厚紙に、光学的に透明な接着剤OCA 8172を使用してラミネートした。PETトップスキン層を除去した後に、UV反射性MOFにラミネートしたミクロ空隙紙の反射スペクトルをLAMBDA 900分光光度計で測定し、図15に示される反射スペクトルを有することを見出した。
次いで、上述したフィルムラミネートを、J型熱電対が表面に埋め込まれ3M 425 HD 6127-41アルミニウム裏当テープで接着されたアルミニウムプレートにラミネートし、放射冷却プレートRCP3を作り出した。厚さ1インチ”のStyrofoam断熱材を、アルミニウム放射冷却プレートの下に置いて地面から熱絶縁した。表面にJ型熱電対が埋め込まれ、3M 425 HD 6127-41アルミニウム裏当テープで接着された別の裸のアルミニウムプレートを、対照用放射冷却プレートとして使用した。周囲空気温度23.4℃及び相対湿度30パーセントで、2つの放射冷却プレートを正午に太陽の下に置いた。1時間の温度平衡化の後に、対照用放射冷却プレートの温度は28.9℃と測定され、RCP3の温度は26.5℃、すなわち、周囲温度よりも2.4℃低く測定された。
実施例4
微多孔性ポリプロピレン膜を、Braskem America,Inc.(Philadelphia,Pennsylvania)製のF008Fポリプロピレンポリマーペレットと、Clariant Masterbatches(Minneapolis,Minnesota)製のF008F PPA06422495成核剤ペレット中の2.5パーセントのMILLAD 3988とブレンドすることによって作り出した。樹脂ペレットを、スクリュー速度225RPMの40mm共回転二軸押出機のホッパーに導入した。鉱油希釈剤を、押出機の第3の加熱ゾーンに注入した。ポリプロピレン/希釈剤/成核剤それぞれの重量比は、27.26/70.7/2.04であった。全体の押出速度は、毎時約22.7キログラム(kg/時間)であった。押出機の8つのゾーンを、ゾーン1~8の温度プロファイル、204℃、271℃、271℃、249℃、193℃、182℃、177℃、及び177℃をそれぞれ提供するように設定した。溶融組成物を均一に混合した後に、177℃に維持された二重クロム化コーティングハンガースロットフィルムダイを通して圧送し、ホイール温度60℃に維持されたパターン付きキャストホイール上に、フィルムダイとキャストホイールとの間に1.27cmの間隙を置いてキャストした。キャスト速度は3.66m/分であり、フィルムをインラインで連続的に洗浄して、3M Company(St.Paul,Minnesota)製の3M NOVEC 72DE Engineered Fluid混合溶媒を使用して鉱油を除去した後に、空気乾燥させた。
得られた微多孔性ポリプロピレン材料を、長さ方向配向機内で連続的に延伸比1.9:1まで延伸配向し、次いで、8つの温度ゾーンを備えたテンターオーブン内で横断方向に延伸比2.6:1まで延伸配向した。長さ方向の延伸を99℃で行った。テンターオーブンの8つのゾーンの温度は、ゾーン1で121℃、ゾーン2で121℃、ゾーン3で135℃、ゾーン4で135℃、ゾーン5で135℃、ゾーン6で149℃、ゾーン7で149℃、ゾーン8で149℃であった。得られた配向された微多孔性ポリプロピレン膜は、厚さが119.4ミクロン、密度が0.16g/cc、多孔率が82%、ガーレー透気抵抗度が6.2秒/50cc、イソプロピルアルコールを使用したバブルポイント圧が74.5fキロパスカルであった。
次いで、UV-R MOF及び微多孔性PVDF材料の4つの層を、光学的に透明な接着剤OCA 8171で、J型熱電対が表面に埋め込まれ3M 425 HD 6127-41アルミニウム裏当テープで接着されたアルミニウムプレートに積層ラミネートし、放射冷却プレートRCP4を作り出した。厚さ1インチ”のStyrofoam断熱材を、アルミニウム放射冷却プレートの下に置いて地面から熱絶縁した。表面にJ型熱電対が埋め込まれ、3M 425 HD 6127-41アルミニウム裏当テープで接着された別の裸のアルミニウムプレートを、対照用放射冷却プレートとして使用した。厚さ1インチ”のStyrofoam断熱材を、対照用アルミニウム放射冷却プレートの下に置いて地面から熱絶縁した。周囲空気温度17.8℃で、2つの放射冷却プレートを正午に太陽の下に置いた。1時間の温度平衡化の後に、対照用放射冷却プレートの温度は25.6℃と測定され、RCP4の温度は16.7℃、すなわち、周囲温度よりも1.1℃低く測定された。
実施例5
微多孔性ポリエチレンを、Total Petrochemicals USA,Inc.(Houston,Texas)製のFINATHENE 7208 HDPE High Density Polyethylene(HDPE)ポリマーペレットで作製した。ペレットを、スクリュー速度250RPMの40mm共回転二軸押出機のホッパーに供給した。Citgo Petroleum Corp.(Houston,Texas)製のDUOPRIME OIL 300鉱油希釈剤を押出機の第3の加熱ゾーンに注入した。HDPEポリマー/希釈剤それぞれの重量比は40/60であった。全体の押出速度は、毎時約20.4キログラム(kg/時間)であった。押出機の8つのゾーンを、ゾーン1~8の温度プロファイル、232℃、271℃、260℃、249℃、238℃、227℃、216℃、及び204℃をそれぞれ提供するように設定した。溶融組成物を均一に混合し、204℃に維持された二重クロム化コ-トハンガースロットフィルムダイを通して圧送し、ホイール温度43.3℃に維持されたパターン付きキャストホイール上にキャストした。37.7℃の水をフィルム及びキャストホイールの上に毎分1.9リットルの速度で均一に適用した。キャスト速度は、2.5m/分であった。得られたフィルムを連続的にインラインで洗浄して、The Chemours Co.(Wilmington,Delaware)製のVERTREL 423特殊流体を使用して鉱油を除去した後に、空気乾燥させた。
微多孔性HDPE材料を、長さ方向配向機内で連続的に延伸比3:1まで延伸配向し、次いで、8つの温度ゾーンを備えたテンターオーブン内で横断方向に延伸比1.9:1まで延伸した。長さ方向の延伸を93℃で行った。テンターオーブンの8つのゾーンの温度は、ゾーン1で113℃、ゾーン2で113℃、ゾーン3で113℃、ゾーン4で113℃、ゾーン5で121℃、ゾーン6で121℃、ゾーン7で121℃、ゾーン8で121℃であった。得られた配向された微多孔性ポリエチレンフィルムは、厚さが138.4ミクロン、密度が0.32g/cc、多孔率が66.4%、ガーレー透気抵抗度が29.1秒/50cc、イソプロピルアルコールを使用したバブルポイント圧が221.3キロパスカルであった。
次いで、UV-R MOF及び微多孔性ポリエチレン材料の3つの層を、光学的に透明な接着剤OCA 8171で、J型熱電対が表面に埋め込まれ3M 425 HD 6127-41アルミニウム裏当テープで接着されたアルミニウムプレートに積層ラミネートし、放射冷却プレートRCP5を作り出した。厚さ1インチ”のStyrofoam断熱材を、アルミニウム放射冷却プレートの下に置いて地面から熱絶縁した。表面にJ型熱電対が埋め込まれ、3M 425 HD 6127-41アルミニウム裏当テープで接着された別の裸のアルミニウムプレートを、対照用放射冷却プレートとして使用した。厚さ1インチ”のStyrofoam断熱材を、対照用アルミニウム放射冷却プレートの下にも置いて地面から熱絶縁した。周囲空気温度17.8℃で、2つの放射冷却プレートを正午に太陽の下に置いた。1時間の温度平衡化の後に、対照用放射冷却プレートの温度は25.6℃と測定され、放射冷却プレート5の温度は16.7℃、すなわち、周囲温度よりも1.1℃低く測定された。
本出願において引用された文献、特許、及び特許出願は全て、一貫した方法で参照によって組み込まれる。組み込まれた文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、本出願における情報が優先するものとする。前述の記載は、当業者が、特許請求の範囲に記載の開示を実践することを可能にするためのものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本開示の範囲は特許請求の範囲及びその全ての等価物によって定義される。

Claims (19)

  1. 複合冷却フィルムであって、
    340ナノメートル以上、且つ400ナノメートル未満の波長範囲の過半にわたって紫外線放射の少なくとも50パーセントを反射する紫外線反射性多層光学フィルムと、
    前記紫外線反射性多層光学フィルムに固定された反射性微多孔層であって、前記反射性微多孔層が、非フッ素化有機ポリマーを含む連続相を有し、400~2500ナノメートル(両端を含む)の波長範囲の過半にわたって太陽放射を拡散反射する、反射性微多孔層と、
    を備え、
    前記複合冷却フィルムは、8~13ミクロンの波長範囲にわたって少なくとも0.85の平均吸光度を有する、複合冷却フィルム
  2. 前記反射性微多孔層とは反対側で前記紫外線反射性多層光学フィルムに固定された防汚層を更に備え、前記防汚層が外側防汚表面を含み、前記外側防汚表面が軸線に沿って延びており、前記軸線を含む平面が、前記層の断面を画定し、前記防汚表面と交差して、前記防汚表面を2次元で表現する線を画定し、前記層が、
    前記線によって少なくとも部分的に画定される一連のミクロ構造であって、前記線が、前記軸線に沿って交互する一連のミクロピーク及びミクロスペースを画定し、隣接する各ミクロピークと各ミクロスペースとの間の境界が、前記線の屈曲点又は変曲点の少なくとも1つを含む、一連のミクロ構造と、
    前記線によって少なくとも部分的に画定される複数のナノ構造であって、前記線が、前記軸線に沿って少なくとも前記ミクロスペース上に配置される少なくとも一連のナノピークを画定する、複数のナノ構造と、を含み、
    各ナノピークが高さを有し、かつ対応する各ミクロピークが、前記ナノピークの前記高さの少なくとも10倍の高さを有する、請求項1に記載の複合冷却フィルム。
  3. 各ミクロスペースの幅が、対応するミクロピーク距離の少なくとも10%、又は少なくとも10マイクロメートルの少なくとも1つである、請求項2に記載の複合冷却フィルム。
  4. ミクロピーク間のミクロピーク距離が、1マイクロメートル~1000マイクロメートルの範囲である、請求項2又は3に記載の複合冷却フィルム。
  5. 前記ミクロピークが、少なくとも10マイクロメートルの高さを有する、請求項2~のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム
  6. 前記複数のナノ構造が、前記ミクロピーク上に更に配置される、請求項2~のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  7. 各ナノピークがナノピーク距離を画定し、前記対応するミクロピークが、前記ナノピーク距離の少なくとも10倍のミクロピーク距離を画定する、請求項2~のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  8. ナノピーク間の最大ナノピーク距離が、1ナノメートル~1マイクロメートルの範囲である、請求項2~のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  9. 前記ナノピークが、少なくとも1つのマスキング要素を含む、請求項2~のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  10. 前記マスキング要素が、最大で1マイクロメートルの直径を有する、請求項に記載の複合冷却フィルム。
  11. 前記ミクロピークが、高さ又は形状の少なくとも1つにおいて不均一である、請求項2~10のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  12. 前記紫外線反射性多層光学フィルムが、フルオロポリマー及び非フッ素化ポリマーの交互層を含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  13. 前記反射性微多孔層が、ポリエチレン、ポリプロピレン、多糖、又はポリエチレンテレフタレートのうちの少なくとも1種を含む、請求項1~12のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  14. 前記反射性微多孔層が、ポリエチレンテレフタレート又は変性ポリエチレンテレフタレートを含む、請求項1~13のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  15. 前記反射性微多孔層が、ミクロ空隙ポリマーフィルムを含む、請求項1~14のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  16. 前記ミクロ空隙ポリマーフィルムが、白色の無機粒子を更に含む、請求項15に記載の複合冷却フィルム。
  17. 前記紫外線反射性多層光学フィルムとは反対側で前記反射性微多孔層に固定された赤外線反射層を更に備え、前記赤外線反射層が、8~13ミクロンの前記波長範囲にわたって少なくとも50パーセントの平均反射率を有する、請求項1~16のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
  18. 基材の外面に固定された、請求項1~17のいずれか一項に記載の複合冷却フィルムを備え、前記冷却フィルムと前記基材が熱的に連通しており、前記UV反射性多層光学フィルムが、前記反射性微多孔層よりも前記基材から遠くに配置されている、物品。
  19. 前記反射性微多孔層が、ポリエチレン、ポリプロピレン、多糖、又はポリエチレンテレフタレートのうちの少なくとも1つを含む、請求項18に記載の物品。
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