JP7227376B2 - 近赤外線遮蔽材 - Google Patents
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Description
複数のフレーク状粒子を含み、
前記複数のフレーク状粒子が、それぞれ、フレーク状基体と、前記フレーク状基体の主面に形成された単層膜とを備え、
波長800nm~1400nmにおける光線反射率が40%以上である、近赤外線遮蔽材、を提供する。
複数のフレーク状粒子を含み、
前記複数のフレーク状粒子が、それぞれ、フレーク状基体と、前記フレーク状基体の主面に形成された単層膜とを備え、
前記フレーク状基体がフレーク状ガラスであり、前記フレーク状ガラスの平均厚みが0.6μm以下であり、
前記単層膜が酸化チタンを含み、前記単層膜の平均厚みが80nm~165nmである、近赤外線遮蔽材、を提供する。
(フレーク状粒子)
本実施形態の近赤外線遮蔽材は、複数のフレーク状粒子を含んでいる。個々のフレーク状粒子は、フレーク状基体と、少なくともその主面に形成された単層膜とを備えている。図1にフレーク状粒子の模式的な断面を示す。フレーク状粒子10は、フレーク状基体1と、一対の主面1a、1b及び側面1sに形成された単層膜2とを備えている。フレーク状基体1の厚みtは、主面1a、1bの間隔でもある。フレーク状粒子10は、フレーク状基体1の形状を反映し、それ自体がフレーク状である。ただし、近赤外線遮蔽材は、フレーク状粒子のみから構成されている必要はない。
フレーク状基体は、鱗片状基体とも呼ばれる微小な板状の薄片である。図2にフレーク状基体1の典型的な一形態を示す。フレーク状基体は、例えば、フレーク状ガラス、フレーク状アルミナ、雲母、タルク又はセリサイトである。フレーク状基体は、好ましくはフレーク状ガラス、フレーク状アルミナ又は雲母である。雲母は天然雲母であっても合成雲母であってもよい。
単層膜は、単一の層から構成され、少なくともフレーク状基体の一対の主面を覆うように形成されている。単層膜は、複数の層を有さず、したがって膜内に層の境界を形成する界面を有さない。なお、膜と基体との境界面又は膜の表面に存在する島状の付着物は、その境界面又は表面に沿って広がってその面を覆わない限り、「層」ではない。近赤外域のように比較的広い波長域において光線を反射するためには、通常、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した多層膜が使用される。しかし、本発明者の検討により、単層膜の使用によって、近赤外域の光線を効果的に減衰させうることが明らかになった。単層膜による多層膜の置換は、成膜に要するコスト及び時間の大幅な削減を可能とする。
本実施形態の近赤外線遮蔽材を構成するフレーク状粒子は、フレーク状基体と単層膜との界面及び/又は単層膜の表面に、微粒子が分散したものであってもよい。付着した微粒子による光吸収及び散乱によって、近赤外線の遮蔽特性並びに反射光の色相及び鮮やかさの調整が可能となる。
本実施形態の近赤外線遮蔽材の波長800nm~1400nmにおける光線反射率は、40%以上、41%以上、42%以上、43%以上、45%以上、さらに47%以上、特に50%以上、場合によっては55%以上、さらには57%以上、とりわけ60%以上であり得る。上記波長域において皮膚のより深い部分にまで到達するのは波長が相対的に長い光線である。これを考慮すると、波長1000nm~1400nmにおける光線反射率は、47%以上、さらに50%以上、特に55%以上、場合によっては57%以上、とりわけ60%以上であることが好ましい。なお、近赤外域は波長2.5μm程度までの波長域を指すこともある。しかし本明細書では、太陽から放射されるエネルギーが波長1.4μm程度以下にほぼ集中していることを考慮し、波長域800~1400nmを近赤外域として取り扱う。
本実施形態の近赤外線遮蔽材は、近赤外線の遮蔽が求められている用途に幅広く適用できる。好ましい用途は、以下に例示する化粧料用及び塗料用であるが、これらに限定されず、本実施形態の近赤外線遮蔽材は、その他の用途に供される各種組成物に配合して使用することもできる。言い換えると、本実施形態の近赤外線遮蔽材は、これを含む近赤外線遮蔽用組成物として使用され得る。
本実施形態の近赤外線遮蔽材は、特に化粧料の材料としての使用に適している。化粧料は、特に限定されないが、例えばフェーシャル化粧料、メーキャップ化粧料、ヘア化粧料である。本実施形態の近赤外線遮蔽材の配合が特に好ましい化粧料は、ファンデーション、フェイスパウダー等のフェーシャル化粧料である。フェーシャル化粧料では近赤外線を遮蔽する材料へのニーズが特に高い。本実施形態の近赤外線遮蔽材は、美観に優れた反射色を提供することもできる。この観点からは、アイシャドー、ネイルエナメル、アイライナー、マスカラ、口紅、ファンシーパウダー等のメーキャップ化粧料への配合にも適している。化粧料の形態としては、特に限定されないが、粉末状、ケーキ状、ペンシル状、スティック状、軟膏状、液状、乳液状、クリーム状等が挙げられる。
本実施形態の近赤外線遮蔽材は、塗料の材料としての使用にも適している。塗料は、特に限定されないが、例えば車両用塗料、船舶用塗料、航空機用塗料、建築物用塗料、土木構造物用塗料、建築材用塗料、電気製品用塗料、樹脂成形品用塗料、紙加工用塗料、フィルム加工用塗料である。代表的な車両用塗料は自動車用塗料である。塗料は、コーティング剤等と呼ばれるものであってもよく、塗布の手段も特に限定されない。
本実施形態の近赤外線遮蔽材は、化粧料及び塗料以外の用途、例えば、樹脂部品、樹脂容器、樹脂フィルム等の樹脂成形品に配合して用いてもよい。本実施形態の近赤外線遮蔽材は、特に屋外で使用され、或いは光輝感がある反射光による装飾効果の付与が望ましい製品の塗装や部品として使用される組成物又は成形品への使用に適している。
本実施形態の近赤外線遮蔽材は、塗料が塗布された塗装体において近赤外線を有効に遮蔽し得る。言い換えると、本実施形態の近赤外線遮蔽材は、これを含む塗装体として使用され得る。塗装体において、近赤外線遮蔽材を含む塗膜は、塗料の用途として例示した各種の被塗布体上において、場合によっては美観に優れた反射色と共に、近赤外線遮蔽機能を提供し得る。塗膜は、単層膜であっても多層膜であってもよい。以下では、多層膜として形成されることが多い車両用塗膜を例示する。
車両用塗膜の構成の一例を図9に示す。図9に断面を示した塗膜は、基材31上に形成された多層膜である。塗膜は、基材31側から、電着塗膜32、中塗り塗膜33、ベース塗膜34、及びクリア塗膜35をこの順に備えている。基材31は、例えば、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板等の鋼板である。電着塗装32は、防錆性の付与、下地の遮蔽等のために形成される。電着塗装32は、カチオン電着塗装であってもよい。カチオン電着塗料は、例えば、カチオン性基体樹脂、硬化剤及び顔料を含有する。中塗り塗膜33は、跳ね石対策、下地遮蔽性の向上等のために形成される。中塗り塗膜33は、例えば、塗膜形成樹脂、顔料及び添加剤を含んでいる。塗膜形成樹脂は、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂等である。顔料は、光透過を抑制できる材料、例えば酸化チタン、酸化鉄が使用される。添加剤は、表面調整剤、紫外線吸収剤、粘性制御剤等が使用される。
図10A及び10Bに、本実施形態の近赤外線遮蔽材を含む塗膜を模式的に示す。近赤外線遮蔽材41及び51は、塗膜43及び53に分散され、塗膜43及び53に入射する近赤外線45及び55を遮蔽する。図10A及び10Bの対比により、近赤外線遮蔽材41及び51の配合量が同じであれば、相対的に薄い近赤外線遮蔽材41が相対的に厚い近赤外線遮蔽材51よりも近赤外線45及び55の遮蔽に有利であることが理解できる。アスペクト比が相対的に高い近赤外線遮蔽材41はアスペクト比が相対的に低い近赤外線遮蔽材51よりも近赤外線45及び55の遮蔽に有利である。ここでは塗膜について説明したが、化粧料、樹脂成形品等への配合についても同様である。
近赤外線を遮蔽するための膜としては、銀コート(金属薄膜層)、誘電体層の間に金属薄膜層を配置した多層膜、高屈折率層と低屈折率層との交互積層膜等も知られている。しかし、これらの膜は原料やその製造のコストが高い。金属薄膜層は、近年の自動車で重視されつつある車体の電波透過性を阻害する要因になることがある。本実施形態の近赤外線遮蔽材は、金属を含まない材料により構成して、或いは金属を含む場合であっても金属の含有率が質量基準で5%以下、1%以下、場合によっては0.1%未満となるように構成して、車体の電波透過性を維持することにも適している。電波透過性を確保しながら近赤外線を遮蔽する観点からは、本実施形態の近赤外線遮蔽材は、非金属基材の上に形成された塗膜、又は金属を質量基準で上記程度に排除した組成物への配合に適している。非金属基材を構成する材料としては、樹脂、ガラス等を例示できる。
平均厚み0.3μm、平均粒径15μmのフレーク状ガラスの表面に、厚み約110nmの酸化チタン膜を液相法により成膜した。液相法は、特開2003-12962号公報にされている方法に準拠した。SEMを用いた観察により、フレーク状ガラスの表面に酸化チタン膜が形成されていることが確認できた。こうして、複数のフレーク状粒子からなる近赤外線遮蔽材(試料1)を得た。試料1からは橙色系の干渉色が確認された。
酸化鉄分散液 WD-IOR50(大東化成工業株式会社製)を顔料濃度が1.0%になるように純水で希釈した。この1.0%分散液35gを、純水1000g及び試料1として作製したフレーク状粒子70gと共にビーカーに投入した。ビーカー内で攪拌羽根を用いて分散液を攪拌しながら塩酸を投入してpHを2.0~4.5に調整し、10分間攪拌を行った。その後ろ過により上澄み液からフレーク状粒子を分離し、180℃で12時間乾燥した。こうして近赤外線遮蔽材(試料2)を得た。試料2からは橙色系の干渉色が確認された。
平均厚み0.5μm、平均粒径25μmのフレーク状ガラスを準備した。この表面に、実施例1と同様にして、厚み約110nmの酸化チタン膜を成膜したフレーク状粒子A、厚み約160nmの酸化チタン膜を成膜したフレーク状粒子B、及び厚み175nmの酸化チタン膜を成膜したフレーク状粒子Cを得た。次いで、フレーク状粒子A、B、Cを、質量基準で51%、43%、6%の比率となるように混合した。こうして近赤外線遮蔽材(試料3)を得た。試料3からは彩度C*が10未満の銀色の干渉色が確認された。
平均厚み0.4μm、平均粒径18μmのフレーク状ガラスを用いたことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料4)を得た。試料4からは橙色系の干渉色が確認された。
平均厚み0.4μm、平均粒径10μmのフレーク状ガラスを用いたことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料5)を得た。試料5からは橙色系の干渉色が確認された。
平均厚み0.5μm、平均粒径25μmのフレーク状ガラスを用いたこと、及び厚み約130nmの酸化チタン膜を形成したことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料6)を得た。試料6からは赤色系の干渉色が確認された。
平均厚み0.5μm、平均粒径25μmのフレーク状ガラスを用いたこと、及び厚み約160nmの酸化チタン膜を形成したことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料7)を得た。試料7からは青色系の干渉色が確認された。
平均厚み0.5μm、平均粒径25μmのフレーク状ガラスを用いたこと、及び厚み約90nmの酸化チタン膜を形成したことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料8)を得た。試料8からは黄色系の干渉色が確認された。
平均厚み0.5μm、平均粒径25μmのフレーク状ガラスを用いたこと、及び厚み約70nmの酸化チタン膜を形成したことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料9)を得た。試料9からは銀色の干渉色が確認された。
平均厚み1.3μm、平均粒径18μmのフレーク状ガラスを用いたことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料10)を得た。試料10からは橙色系の干渉色が確認された。
平均厚み0.5μm、平均粒径25μmのフレーク状ガラスを用いたこと、及び厚み約110nmの酸化チタン膜を形成したことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料11)を得た。試料11からは橙色系の干渉色が確認された。
平均厚み0.5μm、平均粒径25μmのフレーク状ガラスを用いたこと、及び厚み約170nmの酸化チタン膜を形成したことを除いては実施例1と同様にして、近赤外線遮蔽材(試料12)を得た。試料12からは緑色系の干渉色が確認された。
試料1~10の粉体が透明アクリル樹脂に分散した塗布体を作製した。塗布体の作製にはフィルムアプリケータ(安田精機製作所製ドクターブレード)を用いた。フィルムアプリケータに投入する塗布用組成物には、粉体が全体の3質量%となるように透明アクリル樹脂塗料(日本ペイント製Nアクリル オートクリヤースーパー)に混合して調製した。塗布用組成物は、黒地の紙の上に塗布し、常温で乾燥させた。なお、塗膜は9mil(約228.6μm)となるように形成したが、乾燥後の塗膜の厚みは70~80μmの範囲となった。また、使用した透明アクリル樹脂塗料の近赤外域における反射率は実質的に0である。
塗布用組成物をPETフィルムに塗布したことを除いては、上記と同様にして、上記と同様の厚みの塗膜を形成した。形成した塗布体から約25mm角の小片を切り出し、この小片について分光光度計(島津製作所製分光光度計UV-2600)を用い、分光反射率を測定した。フィルム面への入射角度は8°とした。測定に際してはフィルムの裏側に黒色の紙を接触させた。
上記で作製した試料が透明アクリル樹脂に分散した塗布体を作製した。塗布体の作製にはフィルムアプリケータ(安田精機製作所製ドクターブレード)を用いた。フィルムアプリケータに投入する塗布用組成物は、粉体である各試料が全体の1.0質量%となるように透明アクリル樹脂塗料(日本ペイント製Nアクリル オートクリヤースーパー)に混合して調製した。塗布用組成物は、PETフィルム(東レ製ルミラー(登録商標)T60)の上に塗布し、常温で乾燥させた。乾燥後の塗膜の厚みは70~80μmの範囲となった。
質量基準で表3の組成となるようにW/O型の乳液を調合した。具体的には、表3の組成Aを秤量して加熱溶融した後、組成Bを加えて均一に分散し、さらに組成Cを加えて均一に分散させ、最後に組成Dを加えて攪拌し、室温まで冷却して乳液を得た。なお、近赤外線遮蔽材としては試料2を用いた。
「KF-6048」(信越シリコーン)
「ノムコートHK-G」(日清オイリオグループ)
「エルデュウPS-203」(味の素ヘルシーサプライ)
「スクワラン」(日光ケミカルズ)
「エステモールN-01」(日清オイリオグループ)
「KF-56A」(信越化学工業)
「トコフェロール100」(日清オイリオグループ)
「KSG-16」(信越化学工業)
「KF-96A 2cs」(信越シリコーン製)
「KF-995」(信越化学工業)
Claims (10)
- 複数のフレーク状粒子を含み、
前記複数のフレーク状粒子が、それぞれ、フレーク状基体と、前記フレーク状基体の主面に形成された単層膜とを備え、
前記フレーク状基体がフレーク状ガラスであり、前記フレーク状ガラスの平均厚みが0.6μm以下であり、
前記単層膜が酸化チタンを含み、前記単層膜の平均厚みが80nm~165nmである、近赤外線遮蔽材。 - 前記フレーク状ガラスのアスペクト比が40以上である、請求項1に記載の近赤外線遮蔽材。
- 前記単層膜の平均厚みが100nm~120nmである、請求項1又は2に記載の近赤外線遮蔽材。
- 前記複数のフレーク状粒子が、それぞれ、前記フレーク状基体と前記単層膜との界面及び/又は前記単層膜の表面に付着した微粒子をさらに備えた、請求項1~3のいずれか1項に記載の近赤外線遮蔽材。
- 前記微粒子が、銀及び/又は酸化鉄を含む、請求項4に記載の近赤外線遮蔽材。
- 化粧料用又は塗料用である、請求項1~5のいずれか1項に記載の近赤外線遮蔽材。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の近赤外線遮蔽材を含む近赤外線遮蔽用組成物。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の近赤外線遮蔽材を含む化粧料。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の近赤外線遮蔽材を含む塗料。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の近赤外線遮蔽材を含む塗装体。
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