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
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。
「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。
A=-log10T (1)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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/m2)で、1平方インチ(6.5cm2)の円に空気を通過させた。50cm3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。
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-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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (19)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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2~4のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
- 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2~5のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
- 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2~6のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
- 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2~7のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
- 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2~8のいずれか一項に記載の複合冷却フィルム。
- 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9に記載の複合冷却フィルム。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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