JPWO2016017658A1 - 窓用断熱フィルム、窓用断熱ガラスおよび窓 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、特許文献1に記載の断熱フィルムに限らず、従来までの遠赤外線の反射を使用した断熱フィルムは一般に導電性が高く(抵抗率または表面抵抗が小さく)、電波透過性が低いことが当業者の間では良く知られていたのが実情であった。
それに対し、繊維状導電粒子を用いると繊維状導電粒子含有層の抵抗率が1000Ω/□以上にしたところでも熱貫流率が低い状態を維持でき、電波透過性がある膜を得られることを新たに見出した。よって繊維状導電粒子を用いると、抵抗率の常用対数(log10(抵抗率))と熱貫流率の正比例の関係が成立しなくなることを見出した。すなわち、抵抗率が1000Ω/□以上の範囲では、従来知られていた断熱性と電波透過性のトレードオフの関係を断ち切ることができ、断熱性と電波透過性を両立できることを見出すに至った。
このようにして、本発明者らは、断熱性に優れる繊維状導電粒子含有層を、支持体の窓側の面とは反対側の面上に配置し、前述の繊維状導電粒子含有層の抵抗率を1000Ω/□以上にすることで、断熱性を維持しつつ電波透過性を改善できるという予想外の効果を奏することを新たに発見した。
以上の知見をもとに、本発明者らは、断熱性に優れる繊維状導電粒子含有層を、支持体の窓側の面とは反対側の面上に配置し、前述の繊維状導電粒子含有層の抵抗率を1000Ω/□以上にすることにより、断熱性および電波透過性が優れる窓用断熱フィルムを提供できることを見出した。
[1] 窓の内側に配置される窓用断熱フィルムであって、
前述の窓用断熱フィルムが少なくとも支持体と、前述の支持体の上に配置された繊維状導電粒子含有層とを含み、
前述の繊維状導電粒子含有層が繊維状導電粒子を含有し、
前述の繊維状導電粒子含有層が、前述の支持体の前述の窓側の面とは反対側の面上に配置され、
前述の繊維状導電粒子含有層の抵抗率が1000Ω/□以上である窓用断熱フィルム。
[2] [1]に記載の窓用断熱フィルムは、前述の繊維状導電粒子含有層の繊維状導電粒子の単位面積当たりの含有量が0.020〜0.200g/m2であることが好ましい。
[3] [1]または[2]に記載の窓用断熱フィルムは、前述の繊維状導電粒子含有層に含まれる繊維状導電粒子の平均長軸長が5〜50μmであることが好ましい。
[4] [1]〜[3]のいずれか一つに記載の窓用断熱フィルムは、前述の窓用断熱フィルムの前述の繊維状導電粒子含有層が屋内側の最外層または最外層の次の層にあることが好ましい。
[5] [1]〜[4]のいずれか一つに記載の窓用断熱フィルムは、前述の窓用断熱フィルムを厚み3mmの青板ガラスに貼り合わせた場合の可視光透過率が80%以上になることが好ましい。
[6] [1]〜[5]のいずれか一つに記載の窓用断熱フィルムと、ガラスとを積層した窓用断熱ガラス。
[7] 窓用透明支持体と、前述の窓用透明支持体に貼り合わせた[1]〜[5]のいずれか一つに記載の窓用断熱フィルムを含む窓。
本発明の窓用断熱フィルムは、窓の内側に配置される窓用断熱フィルムであって、前述の窓用断熱フィルムが少なくとも支持体と、前述の支持体の上に配置された繊維状導電粒子含有層とを含み、前述の繊維状導電粒子含有層が繊維状導電粒子を含有し、前述の繊維状導電粒子含有層が、前述の支持体の前述の窓側の面とは反対側の面上に配置され、前述の繊維状導電粒子含有層の抵抗率が1000Ω/□以上である。
このような構成により、断熱性および電波透過性が優れる窓用断熱フィルムを提供できる。
繊維状導電粒子含有層の抵抗率を1000Ω/□以上の範囲とすると、抵抗率の常用対数(log10(抵抗率))と熱貫流率の正比例の関係が成立しなくなり、例えば抵抗率が500Ω/□のときの熱貫流率よりも、熱貫流率が小さい繊維状導電粒子含有層が得られる。この現象について正確には分かっていないが、繊維状導電粒子含有層の内部で繊維状導電粒子どうしが接触していない場合は、繊維状導電粒子含有層の全体としては抵抗率が高いために電波透過性を高くでき、かつ、繊維状導電粒子の1本1本は導電性が高いため遠赤外線を反射できるために断熱性も高くできたと考えられる。
繊維状導電粒子含有層が支持体の窓側の面とは反対側の面上に配置される(好ましくは、できるだけ屋内側の最外層に繊維状導電粒子含有層を入れる)と、遠赤外線を反射できる。窓用断熱フィルムがないときは屋内の遠赤外線がガラスに吸収されて、ガラス中を熱伝導することにより、屋内の熱が屋外に出てしまうが、窓用断熱フィルムがあると遠赤外線を屋内に反射するため屋内の熱が屋外に出にくくなる。
本発明の窓用断熱フィルムは、繊維状導電粒子含有層の抵抗率が高いため、電波透過性に優れる。
以下、本発明の窓用断熱フィルムの好ましい態様を説明する。
(繊維状導電粒子含有層の抵抗率)
本発明の窓用断熱フィルムは、前述の繊維状導電粒子含有層の抵抗率が1000Ω/□以上である。繊維状導電粒子含有層の抵抗率は、1500Ω/□以上であることが好ましく、2000Ω/□以上であることがより好ましく、3000Ω/□以上であることが特に好ましい。
前述の繊維状導電粒子含有層の抵抗率を上記範囲に制御する方法としては特に制限はない。例えば、繊維状導電粒子含有層の製膜時において、繊維状導電粒子の量を、全固形分量に比較して少なくして製膜する方法、すなわち結果的には繊維状導電粒子含有層に対する繊維状導電粒子の量を少なくする方法を挙げることができる。この方法により、いかなる理論に拘泥するものでもないが、繊維状導電粒子含有層の内部で繊維状導電粒子どうしが接触する割合を制御でき、繊維状導電粒子含有層の抵抗率を制御できると考えられる。
その他、前述の繊維状導電粒子含有層の抵抗率を上記範囲に制御する方法として以下の方法などが挙げられる。
繊維状導電粒子に強力に吸着する材料を添加する方法がある。この方法により繊維状導電粒子同士が接触する割合を制御でき、繊維状導電粒子含有層の抵抗率を制御できると考えられる。繊維状導電粒子に強力に吸着する材料としては、ゼラチン、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシプルピルセルロース、ポリアルキレンアミン、ポリアクリル酸の部分アルキルエステル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン構造を含む共重合体、アミノ基やチオール基を有するポリアクリル酸、等の親水性基を有するポリマーを挙げることができる。繊維状導電粒子に強力に吸着する材料は、銀に吸着しやすい材料であることが好ましい。ポリビニルピロリドンなどの繊維状導電粒子に強力に吸着する材料の単位面積当たりの含有量は、好ましくは銀に対する質量比で0.0001〜10の範囲であり、より好ましくは0.005〜5の範囲であり、特に好ましくは0.01〜2の範囲である。
本発明の窓用断熱フィルムは、断熱性および電波透過性が優れるため、熱貫流率が低く、かつ、電波減衰率が小さい。さらに本発明の窓用断熱フィルムは、透明性が優れることが好ましい。熱貫流率、電波減衰率および透明性の好ましい範囲は、後述の実施例中に評価基準として記載の好ましい範囲と同様である。
本発明の窓用断熱フィルムの構成について、説明する。
図1に本発明の窓用断熱フィルムを含む、本発明の窓用断熱ガラスの一例の断面を示す概略図を示した。本発明の窓用断熱ガラス111は、本発明の窓用断熱フィルム103と、ガラス61を含む。本発明の窓用断熱フィルム103は、ガラス61が窓の一部(窓ガラス)である場合に、窓の内側(屋内側、日中における太陽光入射側とは反対側、図1中のIN側)に配置される。
本発明の窓用断熱フィルム103は、少なくとも支持体10と、支持体10の上に配置された繊維状導電粒子含有層20とを含む。
繊維状導電粒子含有層20は、支持体10の窓(ガラス61)側の面とは反対側の面上に配置される。本発明では、繊維状導電粒子含有層20は、屋内側の最外層または最外層の次の層にあることが断熱性を高める観点から好ましく、屋内側の最外層にあることがより好ましい。
支持体と、支持体上に設けられた繊維状導電粒子含有層20とが、接着層を介して貼り合わせられた積層体を断熱部材102と言うことがある。接着層は単層でも2層以上の積層体でもよく、図1では接着層は第1の接着層31および第2の接着層32の積層体である。また、支持体10上に、接着層(図1では第1の接着層31および第2の接着層32の積層体)を設けた積層体を、接着層付きの支持体101と言うことがある。
本発明の窓用断熱フィルム103は粘着層51を支持体10の窓(ガラス61)側の面に有することが好ましく、ガラス61と粘着層51を貼り合わせられることが好ましい。
以下、本発明の窓用断熱フィルムを構成する各層の好ましい態様を説明する。
上記支持体としては、繊維状導電粒子含有層を担うことができるものである限り、目的に応じて種々のものを使用することができる。一般的には、板状またはシート状のものが使用される。
支持体は、透明であっても、不透明であってもよい。支持体を構成する素材としては、例えば、白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラス;ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミド等の合成樹脂;アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属;セラミック、半導体基板に使用されるシリコンウエハーなどを挙げることができる。これらの支持体の繊維状導電粒子含有層が形成される表面は、所望により、アルカリ性水溶液による清浄化処理、シランカップリング剤などの薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング、スパッタリング、気相反応法、真空蒸着などにより前処理がされていてもよい。
支持体の厚さは、用途に応じて所望の範囲のものが使用される。一般的には、1μm〜500μmの範囲から選択され、3μm〜400μmがより好ましく、5μm〜300μmが更に好ましい。
支持体は可視光透過率が70%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることが更に好ましい。なお、支持体の可視光透過率は、ISO(ISOはInternational Organization for Standardization) 13468−1(1996)に準拠して測定される。
繊維状導電粒子含有層は、繊維状導電粒子を含有する。
繊維状導電粒子含有層の代表例の顕微鏡写真を図5に示した。繊維状導電粒子含有層は、図5に示すような構造であることが好ましい。例えば、遠赤外線を反射させるには空隙サイズが小さいことが好ましく、例えば繊維状導電粒子含有層の断面写真において、80%以上の空隙の空隙サイズが25(μm)2以下の空隙面積であることがより好ましい。
繊維状導電粒子は繊維状であり、繊維状は、ワイヤ状や線状と同義である。
繊維状導電粒子は導電性を有する。
繊維状導電粒子としては、金属ナノワイヤ、棒状金属粒子、カーボンナノチューブを挙げることができる。繊維状導電粒子としては、金属ナノワイヤが好ましい。以下、金属ナノワイヤを繊維状導電粒子の代表例として説明することがあるが、金属ナノワイヤに関する説明は繊維状導電粒子の一般的な説明として用いることができる。
製造時の扱い易さから、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の平均短軸長(平均直径)は、100nm以下であることが好ましく、60nm以下であることがより好ましく、50nm以下であることが更に好ましく、特に25nm以下であることがヘイズに関して一段と優れるものが得られるので好ましい。平均短軸長を1nm以上とすることにより、耐酸化性が良好で、対候性に優れる繊維状導電粒子含有層が容易に得られる。平均短軸長は5nm以上であることがより好ましく、10nm以上であることが更に好ましく、15nm以上であることが特に好ましい。
金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の平均短軸長は、ヘイズ、耐酸化性、及び耐候性の観点から、1nm〜100nmであることが好ましく、5nm〜60nmであることがより好ましく、10nm〜60nmであることが更に好ましく、15nm〜50nmであることが特に好ましい。
金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長は、例えば、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope;TEM)と光学顕微鏡を用い、TEM像や光学顕微鏡像を観察することにより求めることができる。具体的には、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長は、透過型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、商品名:JEM−2000FX)を用い、ランダムに選択した300個の金属ナノワイヤについて、各々短軸長と長軸長を測定し、その平均値から金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の平均短軸長と平均長軸長を求めることができる。本明細書ではこの方法で求めた値を採用している。なお、金属ナノワイヤの短軸方向断面が円形でない場合の短軸長は、短軸方向の測定で最も長い箇所の長さを短軸長とする。また。金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子が曲がっている場合、それを弧とする円を考慮し、その半径、及び曲率から算出される値を長軸長とする。
短軸長(直径)が150nm以下であり、長さが5μm以上500μm以下である金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の割合が、50質量%以上であることで、波長5〜50μmの遠赤外線を反射しやすい金属ナノワイヤの比率が増えて好ましい。繊維状導電粒子以外の導電性粒子が繊維状導電粒子含有層に実質的に含まれない構成では、プラズモン吸収が強い場合にも透明度の低下を避け得る。
変動係数が40%以下であると、波長5〜50μmの遠赤外線を反射しやすい金属ナノワイヤの比率が増えて、透明性と断熱性の観点で好ましい。
金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の短軸長(直径)の変動係数は、例えば透過型電子顕微鏡(TEM)像からランダムに選択した300個のナノワイヤの短軸長(直径)を計測し、その標準偏差と算術平均値を算出し、標準偏差を算術平均値で除することにより、求めることができる。
アスペクト比が10以上であると、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子同士が接触したネットワークが容易に形成され、高い断熱性を有する繊維状導電粒子含有層が容易に得られる。また、アスペクト比が100,000以下であると、例えば支持体上に繊維状導電粒子含有層を塗布により設ける際の塗布液において、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子同士が絡まって凝集物を形成することが抑制され、安定な塗布液が得られるので、繊維状導電粒子含有層の製造が容易となる。
繊維状導電粒子含有層に含まれる全金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の質量に対するアスペクト比が10以上の金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の含有量は特に制限されない。例えば、70質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが最も好ましい。
金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の断面形状は、支持体上に金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子水分散液を塗布し、断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することにより検知することができる。
金属としては、長周期律表(IUPAC1991)の第4周期、第5周期、及び第6周期からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属が好ましく、第2〜14族から選ばれる少なくとも1種の金属がより好ましく、第2族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族、第13族、及び第14族から選ばれる少なくとも1種の金属が更に好ましく、これらの金属を主成分として含むことが特に好ましい。
このとき、繊維状導電粒子含有層に対する繊維状導電粒子の量を少なくすることが、繊維状導電粒子含有層の抵抗率を制御する観点から好ましい。繊維状導電粒子の量を上述の範囲とする場合、繊維状導電粒子含有層の単位面積当たりの質量(製膜時の塗布液の全固形分の塗布量)は、好ましくは0.110〜1.000g/m2の範囲であり、より好ましくは0.150〜0.600g/m2の範囲であり、0.200〜0.500g/m2であることが特に好ましい。
金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子は、特に制限はなく、いかなる方法で作製されたものであってもよい。以下のように、ハロゲン化合物と分散剤を溶解した溶媒中で金属イオンを還元することによって製造することが好ましい。また、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子を形成した後は、常法により脱塩処理を行うことが、分散性、繊維状導電粒子含有層の経時安定性の観点から好ましい。
金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の製造方法としては、特開2009−215594号公報、特開2009−242880号公報、特開2009−299162号公報、特開2010−84173号公報、特開2010−86714号公報などに記載の方法を用いることができる。
アルコール系溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコールなどが挙げられる。
エーテル系溶剤としては、例えば、ジオキサン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。
ケトン系溶剤としては、例えば、アセトンなどが挙げられる。
加熱する場合、その加熱温度は、250℃以下が好ましく、20℃以上200℃以下がより好ましく、30℃以上180℃以下が更に好ましく、40℃以上170℃以下が特に好ましい。上記温度を20℃以上とすることで、形成される金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の長さが分散安定性を確保しうる好ましい範囲となり、且つ、250℃以下とすることで、金属ナノワイヤの断面外周が鋭角を有しない、なめらかな形状となるため、金属粒子の表面プラズモン吸収による着色が抑えられ、透明性の観点から好適である。
なお、必要に応じて、粒子形成過程で温度を変更してもよく、途中での温度変更は核形成の制御や再核発生の抑制、選択成長の促進による単分散性向上の効果があることがある。
還元剤としては、特に制限はなく、通常使用されるものの中から適宜選択することができ、例えば、水素化ホウ素金属塩、水素化アルミニウム塩、アルカノールアミン、脂肪族アミン、ヘテロ環式アミン、芳香族アミン、アラルキルアミン、アルコール、有機酸類、還元糖類、糖アルコール類、亜硫酸ナトリウム、ヒドラジン化合物、デキストリン、ハイドロキノン、ヒドロキシルアミン、エチレングリコール、グルタチオンなどが挙げられる。これらの中でも、還元糖類、その誘導体としての糖アルコール類、エチレングリコールが特に好ましい。
還元剤によっては、機能として分散剤や溶媒としても機能する化合物があり、同様に好ましく用いることができる。
分散剤とハロゲン化合物の添加のタイミングは、還元剤の添加前でも添加後でもよく、金属イオンあるいはハロゲン化金属微粒子の添加前でも添加後でもよいが、単分散性のよりよい繊維状導電粒子を得るためには、核形成と成長を制御できるためか、ハロゲン化合物の添加を2段階以上に分けることが好ましい。
分散剤としては、例えばアミノ基含有化合物、チオール基含有化合物、スルフィド基含有化合物、アミノ酸又はその誘導体、ペプチド化合物、多糖類、多糖類由来の天然高分子、合成高分子、又はこれらに由来するゲル等の高分子化合物類、などが挙げられる。これらのうち分散剤として用いられる各種高分子化合物類は、後述するポリマーに包含される化合物である。
分散剤として用いるポリマーはゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography;GPC)により測定した重量平均分子量(weight average molecular weight;Mw)が、3000以上300000以下であることが好ましく、5000以上100000以下であることがより好ましい。
分散剤として使用可能な化合物の構造については、例えば「顔料の事典」(伊藤征司郎編、株式会社朝倉書院発行、2000年)の記載を参照できる。
使用する分散剤の種類によって得られる金属ナノワイヤの形状を変化させることができる。
ハロゲン化合物は、分散添加剤として機能するものがありうるが、同様に好ましく用いることができる。
ハロゲン化合物の代替としてハロゲン化銀微粒子を使用してもよいし、ハロゲン化合物とハロゲン化銀微粒子を共に使用してもよい。
分散剤の機能を有するハロゲン化合物としては、例えば、アミノ基と臭化物イオンを含むヘキサデシル−トリメチルアンモニウムブロミド、アミノ基と塩化物イオンを含むヘキサデシル−トリメチルアンモニウムクロライド、アミノ基と臭化物イオン又は塩化物イオンを含むドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ステアリルトリメチルアンモニウムブロミド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロリド、デシルトリメチルアンモニウムブロミド、デシルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルジステアリルアンモニウムブロミド、ジメチルジステアリルアンモニウムクロリド、ジラウリルジメチルアンモニウムブロミド、ジラウリルジメチルアンモニウムクロリド、ジメチルジパルミチルアンモニウムブロミド、ジメチルジパルミチルアンモニウムクロリド、などが挙げられる。
金属ナノワイヤの製造方法においては、金属ナノワイヤ形成後に脱塩処理を行うことが好ましい。金属ナノワイヤ形成後の脱塩処理は、限外ろ過、透析、ゲルろ過、デカンテーション、遠心分離などの手法により行うことができる。
金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の水性分散物の25℃における粘度は、0.5mPa・s〜100mPa・sが好ましく、1mPa・s〜50mPa・sがより好ましい。
電気伝導度及び粘度は、水性分散物における金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の濃度を0.45質量%として測定される。水性分散物における金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の濃度が上記濃度より高い場合には、水性分散物を蒸留水にて希釈して測定する。
本発明は、下記条件(i)または(ii)の少なくとも一つを満たす繊維状導電粒子含有層とすることで、断熱性と透明性とを高く維持しうるとともに、ゾルゲル硬化物に起因して、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子が安定に固定化されるとともに、高い強度と耐久性とを実現し得ることが好ましい。例えば、繊維状導電粒子含有層の膜厚を0.005μm〜0.5μmという薄層としても、実用上問題のない耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性及び耐屈曲性を有する繊維状導電粒子含有層を得ることができる。このため、本発明の一実施形態である窓用断熱フィルムは種々の用途に好適に使用される。薄層を必要とする態様では、膜厚は、0.005μm〜0.5μmとしてもよく、0.007μm〜0.3μmがさらに好ましく、0.008μm〜0.2μmがより好まく、0.01μm〜0.1μmが最も好ましい。このように繊維状導電粒子含有層をより薄層とすることで、繊維状導電粒子含有層の透明性がさらに向上し得る。
繊維状導電粒子含有層は、マトリックスを含んでもよい。ここで「マトリックス」は、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子を含んで層を形成する物質の総称である。マトリックスを含むことにより、繊維状導電粒子含有層における金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の分散が安定に維持される上、支持体表面に繊維状導電粒子含有層を、接着層を介することなく形成した場合においても支持体と繊維状導電粒子含有層との強固な接着が確保される傾向がある。
繊維状導電粒子含有層は、マトリックスとしての機能も有するゾルゲル硬化物を含むことが好ましく、Si、Ti、ZrおよびAlからなる群より選ばれる元素(b)のアルコキシド化合物を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物を含むことがより好ましい。
繊維状導電粒子含有層は、金属元素(a)を含み且つ平均短軸長が150nm以下である金属ナノワイヤ、並びに、Si、Ti、ZrおよびAlからなる群より選ばれる元素(b)のアルコキシド化合物を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物を少なくとも含むことがより好ましい。
(i)繊維状導電粒子含有層に含まれる元素(b)の物質量と、繊維状導電粒子含有層に含まれる金属元素(a)の物質量との比〔(元素(b)のモル数)/(金属元素(a)のモル数)〕が0.10/1〜22/1の範囲にある。
(ii)繊維状導電粒子含有層においてゾルゲル硬化物の形成に使用されるアルコキシド化合物の質量と、繊維状導電粒子含有層に含まれる金属ナノワイヤの質量の比〔(アルコキシド化合物の含有量)/(金属ナノワイヤの含有量)〕が0.25/1〜30/1の範囲にある。
上記質量比は、より好ましくは0.5/1〜25/1の範囲、更に好ましくは1/1〜20/1、最も好ましくは2/1〜15/1の範囲である。質量比を好ましい範囲とすることで、得られた繊維状導電粒子含有層は、高い断熱性と高い透明性(可視光透過率及びヘイズ)と、を有すると共に、耐摩耗性、耐熱性および耐湿熱性に優れ、かつ耐屈曲性に優れることになり、好適な物性を有する窓用断熱フィルムを安定的に得ることができる。
モル比が上記範囲にあると、繊維状導電粒子含有層は、断熱性と透明性とが両立し、且つ、物性の観点からは、耐摩耗性、耐熱性、耐湿熱性に優れ、且つ、耐屈曲性にも優れたものとなり得る。
繊維状導電粒子含有層の形成時に用いられた特定アルコキシド化合物は、加水分解及び重縮合により消尽され、繊維状導電粒子含有層中にはアルコキシド化合物は実質的に存在しないが、得られた繊維状導電粒子含有層には、特定アルコキシド化合物由来のSi等である元素(b)が含まれる。含有するSi等の元素(b)と金属ナノワイヤ由来の金属元素(a)との物質量比を上記範囲に調整することで、優れた特性を有する繊維状導電粒子含有層が形成される。
即ち、繊維状導電粒子含有層をX線光電子分析(Electron Spectroscopy FOR Chemical Analysis(ESCA)に付することで、物質量比、すなわち、(元素(b)成分モル数)/(金属元素(a)成分モル数)の値を算出しうる。しかし、ESCAによる分析方法では元素によって測定感度が異なるために、得られた値は必ずしも直ちに元素成分のモル比を示すものではない。このため、予め元素成分のモル比が既知の繊維状導電粒子含有層を用いて検量線を作成し、その検量線から実際の繊維状導電粒子含有層の物質量比を計算することが可能となる。本明細書における、各元素のモル比は、上記方法に算出した値を用いている。
即ち、繊維状導電粒子含有層が金属ナノワイヤを含み、かつ特定アルコキシド化合物を加水分解及び重縮合して得られるゾルゲル硬化物であるマトリックスを含んでいることにより、マトリックスとして一般的な有機高分子樹脂(例えば、アクリル樹脂、ビニル重合樹脂など)を含む繊維状導電粒子含有層の場合に比べて、繊維状導電粒子含有層に含まれるマトリックスの割合が少ない範囲であっても、空隙が少なく、且つ、架橋密度の高い緻密な繊維状導電粒子含有層が形成されるため、耐摩耗性、耐熱性及び耐湿熱性に優れる窓用断熱フィルムが得られる。そして、特定アルコキシド化合物由来の元素(b)/金属ナノワイヤ由来の金属元素(a)の含有モル比が0.10/1〜22/1の範囲とされること、及び、0.10/1〜22/1の範囲とされていることと関連して、特定アルコキシド化合物/金属ナノワイヤの質量比が0.25/1〜30/1の範囲とされていることのいずれかを満たすことで、上記の作用がバランスよく高まり、断熱性と透明性が維持されつつ、耐摩耗性、耐熱性及び耐湿熱性に優れると同時に、耐屈曲性にも優れるという効果がもたらされるものと推定している。
繊維状導電粒子含有層に含まれる前述のゾルゲル硬化物はマトリックスとしての機能も有するが、繊維状導電粒子含有層はさらにゾルゲル硬化物以外のマトリックス(以下、「その他マトリックス」という。)を含んでもよい。その他マトリックスを含む繊維状導電粒子含有層は、後述の液状組成物中に、その他マトリックスを形成し得る材料を含有させておき、これを支持体上に(例えば、塗布により)付与して形成すればよい。
その他マトリックスは、有機高分子ポリマーのような非感光性のものであっても、フォトレジスト組成物のような感光性のものであっても良い。
繊維状導電粒子含有層がその他マトリックスを含む場合、その含有量は、繊維状導電粒子含有層に含まれる特定アルコキシド化合物に由来するゾルゲル硬化物の含有量に対して、0.10質量%〜20質量%、好ましくは0.15質量%〜10質量%、更に好ましくは0.20質量%〜5質量%の範囲から選ばれることが断熱性、透明性、膜強度、耐摩耗性および耐屈曲性の優れる繊維状導電粒子含有層が得られるので有利である。
その他マトリックスは、前述のとおり、非感光性のものであっても、感光性のものであっても良い。非感光性マトリックスが好ましい。
好適な非感光性マトリックスには、有機高分子ポリマーが含まれる。有機高分子ポリマーの具体例には、ポリメタクリル酸、ポリメタクリレート(例えば、ポリ(メタクリル酸メチル))、ポリアクリレート、およびポリアクリロニトリルなどのポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate;PET)、ポリエステルナフタレート、およびポリカーボネート)、フェノールまたはクレゾール−ホルムアルデヒド(Novolacs(登録商標))、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリビニルキシレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルフィド、ポリスルホン、ポリフェニレン、およびポリフェニルエーテルなどの高芳香性を有する高分子、ポリウレタン、エポキシ、ポリオレフィン(例えば、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、および環状オレフィン)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、セルロース、シリコーンおよびその他のシリコン含有高分子(例えば、ポリシルセスキオキサンおよびポリシラン)、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセテート、ポリノルボルネン、合成ゴム(例えば、ethylene propylene rubber(EPR、)、styrene−butadiene rubber(SBR)、ethylene propylene diene monomer rubber(EPDM)、およびフッ化炭素系重合体(例えば、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、またはポリヘキサフルオロプロピレン)、フルオロ−オレフィンの共重合体、および炭化水素オレフィン(例えば、旭硝子株式会社製「LUMIFLON」(登録商標))、および非晶質フルオロカーボン重合体または共重合体(例えば、旭硝子株式会社製の「CYTOP」(登録商標)またはデュポン社製の「Teflon」(登録商標)AF)が挙げられるがそれだけに限定されない。
架橋剤は、フリーラジカル又は酸及び熱により化学結合を形成し、導電層を硬化させる化合物で、例えばメチロール基、アルコキシメチル基、アシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの基で置換されたメラミン系化合物、グアナミン系化合物、グリコールウリル系化合物、ウレア系化合物、フェノール系化合物もしくはフェノールのエーテル化合物、エポキシ系化合物、オキセタン系化合物、チオエポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、又はアジド系化合物、メタクリロイル基又はアクリロイル基などを含むエチレン性不飽和基を有する化合物、などが挙げられる。これらの中でも、膜物性、耐熱性、溶剤耐性の点でエポキシ系化合物、オキセタン系化合物、エチレン性不飽和基を有する化合物が特に好ましい。
また、オキセタン樹脂は、1種単独で又はエポキシ樹脂と混合して使用することができる。特にエポキシ樹脂との併用で用いた場合には反応性が高く、膜物性を向上させる観点から好ましい。
繊維状導電粒子含有層中における架橋剤の含有量は、前述の金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の固形分の総質量を100質量部としたとき、1質量部〜250質量部が好ましく、3質量部〜200質量部がより好ましい。
分散剤は、光重合性組成物中における前述の金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子が凝集することを防止しつつ分散させるために用いられる。分散剤としては、金属ナノワイヤを分散させることができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、顔料分散剤として市販されている分散剤を利用でき、特に金属ナノワイヤに吸着する性質を持つ高分子分散剤が好ましい。このような高分子分散剤としては、例えばポリビニルピロリドン、BYKシリーズ(登録商標、ビックケミー社製)、ソルスパースシリーズ(登録商標、日本ルーブリゾール社製など)、アジスパーシリーズ(登録商標、味の素株式会社製)などが挙げられる。
繊維状導電粒子含有層中における分散剤の含有量は、特開2013−225461号公報の[0086]〜[0095]に記載のバインダーを用いる場合、のバインダー100質量部に対し、0.1質量部〜50質量部が好ましく、0.5質量部〜40質量部がより好ましく、1質量部〜30質量部が特に好ましい。
バインダーに対する分散剤の含有量を0.1質量部以上とすることで、分散液中での金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の凝集が効果的に抑制され、50質量部以下とすることで、塗布工程において安定な液膜が形成され、塗布ムラの発生が抑制されるため好ましい。
溶媒は、前述の金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子並びに特定アルコキシド化合物と、光重合性組成物とを含む組成物を支持体の表面、または接着層付き支持体の接着層の表面に膜状に形成するための塗布液とするために使用される成分であり、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、乳酸エチル、3−メトキシブタノール、水、1−メトキシ−2−プロパノール、イソプロピルアセテート、乳酸メチル、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、などが挙げられる。この溶媒は、前述の金属ナノワイヤの分散液の溶媒の少なくとも一部が兼ねていてもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
このような溶媒を含む塗布液の固形分濃度は、0.1質量%〜20質量%の範囲であることが好ましい。
繊維状導電粒子含有層は金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の金属腐食防止剤を含有することが好ましい。このような金属腐食防止剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばチオール類、アゾール類などが好適である。
金属腐食防止剤を含有させることで、防錆効果を発揮させることができ、繊維状導電粒子含有層の経時による断熱性及び透明性の低下を抑制することができる。金属腐食防止剤は繊維状導電粒子含有層形成用組成物中に、適した溶媒で溶解した状態、又は粉末で添加するか、後述する導電層用塗布液による導電膜を作製後に、これを金属腐食防止剤浴に浸すことで付与することができる。
金属腐食防止剤を添加する場合、繊維状導電粒子含有層中におけるその含有量は、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の含有量に対して0.5質量%〜10質量%であることが好ましい。
繊維状導電粒子含有層には、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子に加え、他の導電性材料、例えば、導電性微粒子などを本発明の効果を損なわない限りにおいて併用しうる。効果の観点からは、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子(好ましくは、アスペクト比が10以上の金属ナノワイヤ)の含有率は、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子を含む導電性材料の総量に対して体積基準で、50%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、75%以上が特に好ましい。金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の含有率を50%とすることにより、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子同士の密なネットワークが形成され、高い導電性を有する繊維状導電粒子含有層を容易に得ることができる。
また、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子以外の形状の導電性粒子は、繊維状導電粒子含有層における導電性に大きく寄与しない上に可視光領域に吸収を持つ場合がある。特に導電性粒子が金属であって、球形などのプラズモン吸収が強い形状ではないことが、繊維状導電粒子含有層の透明度が悪化しないようにする観点から好ましい。
金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子の平均短軸長及び平均長軸長の測定方法は既述の通りである。
繊維状導電粒子含有層の製造方法としては、前述の繊維状導電粒子含有層の抵抗率が1000Ω/□以上となるように製造できれば、特に制限はない。繊維状導電粒子含有層の製膜時において、繊維状導電粒子の量を、全固形分量に比較して少なくして製膜する方法が好ましい。その他の好ましい実施態様において、繊維状導電粒子含有層を支持体上に形成する方法としては、前述の平均短軸長が150nm以下の金属ナノワイヤと前述の特定アルコキシド化合物とを、その質量比(すなわち、(特定アルコキシド化合物の含有量)/(金属ナノワイヤの含有量))が0.25/1〜30/1の範囲となるように、或いは特定アルコキシド化合物に由来する元素(b)と金属ナノワイヤに由来する金属元素(a)との含有モル比が0.10/1〜22/1の範囲となるように、含む液状組成物(以下、「ゾルゲル塗布液」ともいう。)を、支持体上に塗布して液膜を形成すること、及び、この液膜中で特定アルコキシド化合物の加水分解と重縮合の反応(以下、この加水分解と重縮合の反応を「ゾルゲル反応」ともいう。)を起こさせることにより繊維状導電粒子含有層を形成すること、を少なくとも含む方法により製造することができる。この方法は、更に必要に応じて、液状組成物中に溶媒として含まれ得る水を加熱により蒸発させること(乾燥)を含んでもよく含まなくてもよい。
ある実施態様では、ゾルゲル塗布液は、金属ナノワイヤの水分散液を調製し、これと特定アルコキシド化合物とを混合して調製されてもよい。ある実施態様では、特定アルコキシド化合物を含む水溶液を調製し、この水溶液を加熱して特定アルコキシド化合物の少なくとも一部を加水分解および重縮合させてゾル状態とし、このゾル状態にある水溶液と金属ナノワイヤの水分散液とを混合してゾルゲル塗布液を調製してもよい。
ゾルゲル反応を促進させるために、酸性触媒または塩基性触媒を併用することが反応効率を高められるので、実用上好ましい。
上記の液状組成物は、必要に応じて、水及び/または有機溶剤を含有してもよい。有機溶剤を含有することにより支持体上に、より均一な液膜を形成することができる。
このような有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系溶剤、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−プロパノール、1−ブタノール、tert−ブタノール等のアルコール系溶剤、クロロホルム、塩化メチレン等の塩素系溶剤、ベンゼン、トルエン等の芳香族系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピルなどのエステル系溶剤、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤、などが挙げられる。
液状組成物が有機溶剤を含む場合、液状組成物の総質量に対して50質量%以下の範囲が好ましく、更に30質量%以下の範囲がより好ましい。
前述の繊維状導電粒子含有層を支持体上に形成する方法には特に制限はなく、一般的な塗布方法で行うことができ、目的に応じて適宜選択することができる。例えばロールコート法、バーコート法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、キャスティング法、ダイコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、ドクターコート法、などが挙げられる。
窓用断熱フィルムは、支持体と繊維状導電粒子含有層との間に少なくとも一層の中間層を有することが好ましい。支持体と繊維状導電粒子含有層との間に中間層を設けることにより、支持体と繊維状導電粒子含有層との密着性、繊維状導電粒子含有層の可視光透過率、繊維状導電粒子含有層のヘイズ、及び繊維状導電粒子含有層の膜強度のうちの少なくとも一つの向上を図り得る。
中間層としては、支持体と繊維状導電粒子含有層との接着力を向上させるための接着層、繊維状導電粒子含有層に含まれる成分との相互作用により機能性を向上させる機能性層などが挙げられ、目的に応じて適宜設けられる。
図1においては、支持体上に中間層(第1の接着層31と第2の接着層)を有してなる接着層付きの支持体101上に繊維状導電粒子含有層20が設けられている。支持体10と繊維状導電粒子含有層20との間に、支持体10との親和性に優れた第1の接着層31と、繊維状導電粒子含有層20との親和性に優れた第2の接着層32とを含む中間層を備える。
図1以外の構成の中間層を有していてもよく、例えば、支持体10と繊維状導電粒子含有層20との間に、第1の実施形態と同様の第1の接着層31及び第2の接着層32に加え、繊維状導電粒子含有層20に隣接して機能性層を備えて構成される中間層を有することも好ましい(不図示)。
例えば、中間層として接着層を備える場合、接着層には、接着剤に使用されるポリマー、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、Siのアルコキシド化合物を加水分解および重縮合させて得られるゾルゲル膜などから選ばれる素材が含まれる。
繊維状導電粒子含有層と接する中間層(即ち、中間層が単層の場合には、この中間層が、そして中間層が複数のサブ中間層を含む場合には、そのうちの繊維状導電粒子含有層と接するサブ中間層)が、この繊維状導電粒子含有層20に含まれる金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子と静電的に相互作用することのできる官能基(以下「相互作用可能な官能基」という)を有する化合物を含む機能性層であることが、可視光透過率、ヘイズ、及び膜強度に優れた繊維状導電粒子含有層が得られることから好ましい。このような中間層を有する場合においては、繊維状導電粒子含有層20が金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子と有機高分子とを含むものであっても、膜強度に優れた繊維状導電粒子含有層が得られる。
上記のような官能基を有する化合物としては、例えばウレイドプロピルトリエトキシシラン、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミドなどのようなアミド基を有する化合物、例えばN−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)−1,4−ブタンジアミン四塩酸塩、スペルミン、ジエチレントリアミン、メタ−キシレンジアミン、メタフェニレンジアミンなどのようなアミノ基を有する化合物、例えば3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2−メルカプトベンゾチアゾール、トルエン−3,4−ジチオールなどのようなメルカプト基を有する化合物、例えばポリ(パラ−スチレンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸)などのようなスルホン酸またはその塩の基を有する化合物、例えばポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアスパラギン酸、テレフタル酸、ケイ皮酸、フマル酸、コハク酸などのようなカルボン酸基を有する化合物、例えばホスマーPE、ホスマーCL、ホスマーM、ホスマーMH(商品名、ユニケミカル株式会社製)、およびそれらの重合体、ポリホスマーM−101、ポリホスマーPE−201、ポリホスマーMH−301(商品名、DAP株式会社製)などのようなリン酸基を有する化合物、例えばフェニルホスホン酸、デシルホスホン酸、メチレンジホスホン酸、ビニルホスホン酸、アリルホスホン酸などのようなホスホン酸基を有する化合物が挙げられる。
これらの官能基を選択することで、繊維状導電粒子含有層形成用の塗布液を塗布後、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子と中間層に含まれる官能基とが相互作用を生じて、乾燥する際に金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子が凝集するのを抑制し、金属ナノワイヤなどの繊維状導電粒子が均一に分散された繊維状導電粒子含有層を形成することができる。
窓用断熱フィルムは、図2に示すとおり、繊維状導電粒子含有層(図2中の符号20)の上に保護層(図2中の符号21)を有していてもよい。保護層としては特に制限は無いが、優れた耐摩耗性を有することが好ましい。保護層の膜厚としては、特に制限はないが、5μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましく、1μm以下が特に好ましい。
保護層の組成としては特に制限はないが、COP(シクロオレフィンポリマー)、COC(シクロオレフィンコポリマー)、ゾルゲル硬化物、シリカスパッタなどが好ましく、ゾルゲル硬化物がより好ましい。保護層に用いるゾルゲル硬化物を形成するための材料としては、繊維状導電粒子含有層に含まれるゾルゲル硬化物を形成する材料を挙げることができる。
本発明の窓用断熱フィルムは、粘着層を有することが好ましい。粘着層は、紫外線吸収剤を含むことができる。
粘着層の形成に利用可能な材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂、スチレン/アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの材料からなる粘着層は、塗布により形成することができる。
紫外線吸収剤としては特開2012−215811号公報の[0041]〜[0046]に記載のものを好ましく用いることができ、この公報の記載は本明細書に組み込まれる。
さらに、粘着層には帯電防止剤、滑剤、ブロッキング防止剤などを添加してもよい。
粘着層の厚みとしては、0.1μm〜10μmが好ましい。
本発明の窓用断熱ガラスは、本発明の窓用断熱フィルムと、ガラスとを積層した窓用断熱ガラスである。
本発明の窓は、窓用透明支持体と、窓用透明支持体に貼り合わせた本発明の窓用断熱フィルムを含む窓である。
窓用透明支持体は、厚み0.5mm以上の窓用透明支持体であることが好ましく、厚み1mm以上の窓用透明支持体であることがより好ましく、窓用透明支持体の厚みに起因する熱伝導を抑制して温暖性を高める観点からは厚み2mm以上の窓用透明支持体であることが特に好ましい。
窓用透明支持体は一般的には、板状またはシート状のものが使用される。
窓用透明支持体としては、白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラス;ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエステル、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミド等の合成樹脂;アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属;セラミック、半導体基板に使用されるシリコンウエハーなどを挙げることができる。これらの中でも、窓用透明支持体が、ガラスまたは樹脂板であることが好ましく、ガラスであることがより好ましい。
ガラスや窓ガラスを構成する成分としては特に制限は無く、ガラスや窓ガラスとして、例えば、白板ガラス、青板ガラス、シリカコート青板ガラス等の透明ガラスを用いることができる。
なお、本発明に用いられるガラスは、表面が平滑であることが好ましく、フロートガラスであることが好ましい。
本発明の窓用断熱ガラスの可視光透過率を求める際に、本発明の窓用断熱フィルムを3mmの青板ガラスに貼り合わせて測定することが好ましい。3mmの青板ガラスについてはJIS A 5759に記載されているガラスを使用することが好ましい。
本発明の窓用断熱フィルムは、窓の内側、すなわち窓ガラスの屋内側に貼り付ける。
本発明の窓用断熱ガラスまたは本発明の窓は、本発明の窓用断熱フィルムの繊維状導電粒子含有層が、支持体の窓(ガラスまたは窓用透明支持体など)側の面とは反対側の面上に配置される。本発明では、繊維状導電粒子含有層は、その層の厚みにも依るが繊維状導電粒子含有層と屋内側の最外面の距離が1μm以内にあることが断熱性を高める観点から好ましく、0.5μm以内であることが更に好ましい。
また、屋内側の最外層または最外層の次の層にあることが断熱性を高める観点から好ましく、屋内側の最外層にあることがより好ましい。
前述の繊維状導電粒子含有層と屋内側の最外面の距離の評価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、適当な断面切片を作製し、この切片における繊維状導電粒子含有層及び屋内側の最外面を観察して評価する方法であってもよい。具体的には、窓用断熱フィルムを、ミクロトーム、集束イオンビーム(Focused Ion Beam;FIB)を用いて熱線遮蔽材の断面サンプル又は断面切片サンプルを作製し、これを、各種顕微鏡(例えば、電界放射型走査電子顕微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscope;FE−SEM)等)を用いて観察して得た画像から評価する方法などが挙げられる。
本発明の窓用断熱フィルム、窓用断熱ガラスおよび窓は、使用される態様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、乗物用、建築材料や建築物用、農業用などが挙げられる。これらの中でも、省エネルギー効果の点で、建築材料、建築物、乗物に用いられることが好ましい。
前述の建築材料は、本発明の窓用断熱フィルムまたは本発明の窓用断熱ガラスを含む建築材料である。
前述の建築物は、本発明の窓用断熱フィルム、本発明の窓用断熱ガラス、本発明の建築材料または本発明の窓を含む建築物である。建築物としては、家、ビル、倉庫などを挙げることができる。
前述の乗物は、本発明の窓用断熱フィルム、本発明の窓用断熱ガラスまたは本発明の窓を含む乗物である。乗物としては、自動車、鉄道車両、船舶などを挙げることができる。
<金属ナノワイヤの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長の測定方法>
透過型電子顕微鏡(TEM;日本電子株式会社製、商品名:JEM−2000FX)を用いて拡大観察される金属ナノワイヤから、ランダムに選択した300個の金属ナノワイヤの短軸長(直径)と長軸長を測定し、その平均値から金属ナノワイヤの平均短軸長(平均直径)及び平均長軸長を求めた。
上記透過型電子顕微鏡(TEM)像からランダムに選択した300個のナノワイヤの短軸長(直径)を測定し、その300個についての標準偏差と平均値を計算することにより、求めた。標準偏差の値を平均値で割ることにより変動係数を求めた。
予め、下記の添加液A、GおよびHを調製した。
(添加液A)
硝酸銀粉末5.1gを純水500mLに溶解した。その後、1mol/Lのアンモニア水を透明になるまで添加した。そして、全量が100mLになるように純水を添加した。
(添加液G)
グルコース粉末1gを280mLの純水で溶解して、添加液Gを調製した。
(添加液H)
HTAB(ヘキサデシル−トリメチルアンモニウムブロミド)粉末4gを220mLの純水で溶解して、添加液Hを調製した。
純水410mLを三口フラスコ内に入れ、20℃にて攪拌しながら、添加液H 82.5mL、及び添加液G 206mLをロートにて添加した(一段目)。この液に、添加液A 206mLを流量2.0mL/分、攪拌回転数800rpm(round per minute)で添加した(二段目)。その10分間後、添加液Hを82.5mL添加した(三段目)。その後、3℃/分で内温73℃まで昇温した。その後、攪拌回転数を200rpmに落とし、4時間加熱した。得られた水分散液を冷却した。
限外濾過モジュールSIP1013(商品名、旭化成株式会社製、分画分子量:6,000)、マグネットポンプ、及びステンレスカップをシリコーン製チューブで接続し、限外濾過装置とした。
上述の冷却後の水分散液を限外濾過装置のステンレスカップに入れ、ポンプを稼動させて限外濾過を行った。限外濾過モジュールからの濾液が50mLになった時点で、ステンレスカップに950mLの蒸留水を加え、洗浄を行った。前述の洗浄を電気伝導度(東亜ディーケーケー(株)製CM−25Rで測定)が50μS/cm以下になるまで繰り返した後、濃縮を行い、0.84%銀ナノワイヤ水分散液(1)を得た。得られた銀ナノワイヤ水分散液(1)を、調製例1の銀ナノワイヤ水分散液とした。得られた調製例1の銀ナノワイヤ水分散液に含まれる銀ナノワイヤについて、前述のようにして平均短軸長、平均長軸長、及び銀ナノワイヤの短軸長の変動係数を測定した。その結果、平均短軸長17.1nm、平均長軸長25.1μm、変動係数が17.9%の銀ナノワイヤを得たことがわかった。以後、「銀ナノワイヤ水分散液(1)」と表記する場合は、上記方法で得られた銀ナノワイヤ水分散液を示す。
<接着層付き支持体(PET基板;図1中の符号101)の作製>
下記の配合で接着用溶液1を調製した。
(接着用溶液1)
・タケラック(登録商標)WS−4000 5.0質量部
(コーティング用ポリウレタン、固形分濃度30%、三井化学(株)製)
・界面活性剤 0.3質量部
(商品名:ナロアクティーHN−100、三洋化成工業(株)製)
・界面活性剤 0.3質量部
(サンデット(登録商標)BL、固形分濃度43%、三洋化成工業(株)製)
・水 94.4質量部
(接着用溶液2)
・テトラエトキシシラン 5.0質量部
(商品名:KBE−04、信越化学工業(株)製)
・3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 3.2質量部
(商品名:KBM−403、信越化学工業(株)製)
・2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン
1.8質量部
(商品名:KBM−303、信越化学工業(株)製)
・酢酸水溶液(酢酸濃度=0.05%、pH(power of Hydr
ogen)=5.2)=5.2) 10.0質量部
・硬化剤 0.8質量部
(ホウ酸、和光純薬工業(株)製)
・コロイダルシリカ 60.0質量部
(スノーテックス(登録商標)O、平均粒子径10nm〜20nm、固形分濃度20%、pH=2.6、日産化学工業(株)製)
・界面活性剤 0.2質量部
(商品名:ナロアクティーHN−100、三洋化成工業(株)製)
・界面活性剤 0.2質量部
(サンデット(登録商標)BL、固形分濃度43%、三洋化成工業(株)製)
<繊維状導電粒子含有層の塗布による形成>
下記組成のアルコキシド化合物の溶液を60℃で1時間撹拌して均一になったことを確認した。調製した溶液をゾルゲル溶液とした。
(アルコキシド化合物の溶液)
・テトラエトキシシラン 5.0質量部
(商品名:KBE−04、信越化学工業(株)製)
・1%酢酸水溶液 10.0質量部
・蒸留水 4.0質量部
上記の接着層付き支持体(PET基板;図1中の符号101)の第2の接着層(図1中の符号32)の表面にコロナ放電処理を施し、その表面にバーコート法で銀量が0.040g/m2、全固形分塗布量が0.280g/m2となるように上記ゾルゲル塗布液を塗布した。そののち、175℃で1分間乾燥してゾルゲル反応を起こさせて、繊維状導電粒子含有層(図1中の符号20)を形成した。このようにして、パターン化されていない断熱部材1(図1中の符号102)を得た。繊維状導電粒子含有層におけるテトラエトキシシラン(アルコキシド化合物)/銀ナノワイヤの質量比は2/1となった。
断熱部材(図1中の符号102)の繊維状導電粒子含有層(図1中の符号20)上にカーボンおよびPtの保護層(図1中の符号21)を形成した。
その後、日立社製収束イオンビーム装置(商品名:FB−2100)内で約10μm幅、約100nm厚の切片を作製し、繊維状導電粒子含有層の断面を日立製走査透過型電子顕微鏡(商品名:HD−2300、印加電圧:200kV)で観察し、5箇所の繊維状導電粒子含有層の膜厚を測定し、その算術平均値として平均膜厚を算出した。平均膜厚は金属ナノワイヤの存在しないマトリックス成分のみの厚みを測定して算出した。5箇所の繊維状導電粒子含有層と屋内側の最外面の距離を測定し、その算術平均値として層間距離を求めた。得られた結果を下記表1に記載した。
また、繊維状導電粒子含有層の断面を日立製走査透過型電子顕微鏡(商品名:HD−2300、印加電圧:200kV)で観察した、繊維状導電粒子の配列の様子を示す電子顕微鏡写真を図5に示した。
接着層付き支持体(PET基板;図1中の符号101)の繊維状導電粒子含有層が配置された面の裏面(繊維状導電粒子含有層20が形成されている側とは反対側の表面)上に粘着材を以下の方法で貼り合わせ、粘着層(図1中の符号51)を形成した。粘着材としてパナック(株)製パナクリーンPD−S1(粘着層25μm)を使用して、粘着材の軽剥離セパレータ(シリコーンコートPET)を剥がしてから、接着層付き支持体の表面に貼り合わせた。
得られた積層体を、実施例1の窓用断熱フィルムとした。
実施例1の窓用断熱フィルムについて、後述の方法で電波減衰率を測定し、電波透過性の評価を行った。
上記の方法で形成した粘着層から粘着材PD−S1の他方の重剥離セパレータ(シリコーンコートPET)を剥がし、フィルム施工液であるリアルパーフェクト(リンテック(株)製)の0.5質量%希釈液を使用してソーダ石灰珪酸塩である板ガラス(板ガラス厚み:3mmの青板ガラス;図1中の符号61)と貼り合わせて、図1に示した構成の窓用断熱ガラス(図1中の符号111)を作製した。得られた窓用断熱ガラスを実施例1の窓用断熱ガラスとした。
実施例1の窓用断熱ガラスについて、後述の方法で電波透過性(電波減衰率)以外の評価、すなわち抵抗率、可視光透過率および断熱性(熱貫流率)の評価を行った。なお、板ガラスはイソプロピルアルコールで汚れを拭き取って自然乾燥したものを使用し、貼り合わせ時、25℃、相対湿度65%の環境下で、ゴムローラーを用いて0.5kg/cm2の面圧で圧着した。
実施例1において、繊維状導電粒子含有層の銀量が0.020g/m2、全固形分塗布量が0.140g/m2となるように上記ゾルゲル塗布液を塗布したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の窓用断熱フィルムおよび窓用断熱ガラスを作製した。
実施例1において、繊維状導電粒子含有層の銀量が0.080g/m2、全固形分塗布量が0.560g/m2となるように上記ゾルゲル塗布液を塗布したこと以外は実施例1と同様にして、実施例3の窓用断熱フィルムおよび窓用断熱ガラスを作製した。
実施例1において、繊維状導電粒子含有層の銀量が0.040g/m2、全固形分塗布量が0.160g/m2となるように上記ゾルゲル溶液と銀ナノワイヤ水分散液(1)の混合割合を変化させた実施例4用のゾルゲル塗布液を調整して、実施例1で用いたゾルゲル塗布液の代わりに実施例4用のゾルゲル塗布液を塗布したこと以外は実施例1と同様にして、実施例4の窓用断熱フィルムおよび窓用断熱ガラスを作製した。
実施例1において、繊維状導電粒子含有層の銀量が0.040g/m2、ポリビニルピロリドン量が0.005g/m2、全固形分塗布量が0.120g/m2となるように上記ゾルゲル塗布液を塗布したこと以外は実施例1と同様にして、実施例5の窓用断熱フィルムおよび窓用断熱ガラスを作製した。
実施例1において、繊維状導電粒子含有層20の上に調製例2で調製した接着用溶液2を塗布し、厚さ0.5μmの保護層をさらに設けたこと以外は実施例1と同様にして、実施例6の窓用断熱フィルムおよび窓用断熱ガラスを作製した。
実施例1において、繊維状導電粒子含有層の銀量が0.040g/m2、全固形分塗布量が0.100g/m2となるように上記ゾルゲル溶液と銀ナノワイヤ水分散液(1)の混合割合を変化させた比較例1用のゾルゲル塗布液を調整して、実施例1で用いたゾルゲル塗布液の代わりに比較例1用のゾルゲル塗布液を塗布したこと以外は実施例1と同様にして、比較例1の窓用断熱フィルムおよび窓用断熱ガラスを作製した。
支持体として用いる厚さ75μmのPETフィルム(図3中の符号10)に、厚さ30nmの酸化チタン層(図3中の符号71)、厚さ17nmの銀層(図3中の符号72)及び28nmの酸化チタン層(図3中の符号73)を順次積層し、選択光透過性を有する積層体を得た。各層は真空スパッタ法を用いて作製した。
得られた選択光透過性を有する積層体のPETフィルム面に対して、実施例1と同様の方法で粘着層(図3中の符号51)を介して、ガラス(図3中の符号61)に貼り合わせて比較例2の窓用断熱フィルムおよび窓用断熱ガラスを作製した。この比較例2の窓用断熱ガラスの層構成は図3に示す。
実施例1において、接着層付き支持体(PET基板;図1中の符号101)の繊維状導電粒子含有層が配置された面の裏面(支持体;図1中の符号10)に粘着層およびガラスを設ける代わりに、接着層付き支持体(PET基板;図4中の符号101)の繊維状導電粒子含有層(図4中の符号20)の上に粘着層(図4中の符号51)を設け、それをガラス(図4中の符号61)に貼り合わせたこと以外は実施例1と同様にして、比較例3の窓用断熱フィルムおよび窓用断熱ガラスを作製した。この比較例3の窓用断熱ガラスの層構成は図4に示す。
特開2012−252172号公報の実施例1と同様に作製した熱線遮蔽フィルムを、比較例4の窓用断熱フィルムとした。
実施例1において、実施例1の窓用断熱フィルムの代わりに比較例4の窓用断熱フィルムを用いた以外は実施例1と同様にして、比較例4の窓用断熱ガラスを作製した。
(1)可視光透過率
各実施例、比較例において作製した窓用断熱ガラス試料の透過スペクトルは紫外可視近赤外分光機(日本分光社製、V−670、積分球ユニットISN−723使用)を用いて測定し、JIS R 3106、JIS A 5759に従って可視光透過率を算出した。
本発明の窓用断熱フィルムは、窓用断熱フィルムを厚み3mmの青板ガラスに貼り合わせた場合(各実施例、比較例の窓用断熱ガラス試料)の可視光透過率が70%以上になることが実用上求められ、本発明の窓用断熱フィルムを厚み3mmの青板ガラスに貼り合わせた場合の可視光透過率が80%以上になることが好ましく、85%以上になることがより好ましい。
各実施例、比較例において作製した窓用断熱ガラス試料について反射スペクトルを、赤外分光機IFS66v/S(ブルカー・オプティクス社製)を用いて5μm〜25μmの波長範囲で測定した。JIS A 5759に従って熱貫流率を算出した。尚、波長25μm〜50μmの反射率はJIS A 5759に従って25μmの反射率から外挿した。
《評価基準》
AAA 4.5W/m2・K未満
AA 4.5W/m2・K以上5.0W/m2・K未満
A 5.0W/m2・K以上5.5W/m2・K未満
B 5.5W/m2・K以上
社団法人 関西電子工業振興センター(KEC)によるKEC測定法に従って、各実施例および比較例の窓用断熱フィルムについて0.1MHzと2GHzにおける電波減衰率[dB]を下記の式に従って測定し、下記の基準に従って電波透過性を評価した。
電波減衰率[dB] = 20×Log10(Ei/Et)
(上記式中、Eiは入射電界強度[V/m]、Etは伝導電界強度[V/m]を表す。)
《評価基準》
AA:いずれの周波数においても電波減衰率が1dB未満
A:いずれか一方の周波数において電波減衰率が1dB以上10dB未満
B:いずれか一方の周波数において電波減衰率が10dB以上
なお、電波減衰率が小さいほど電波透過性が高いといえる。
非接触抵抗計(EC−80:ナプソン社製)を用いて繊維状導電粒子含有層の抵抗率を測定した。
なお、抵抗率「OV」は、オーバーレンジを意味し、装置上測定できないほど高抵抗(3000Ω/□以上)であることを意味する。
一方、導電性が高い比較例1の窓用断熱フィルムを用いた窓用断熱ガラス試料は電波透過性が悪いことがわかった。
また繊維状導電粒子含有層の代わりにスパッタにより設けた金属多層膜を断熱材料として用いた比較例2の窓用断熱フィルムを用いた窓用断熱ガラス試料は電波透過性が悪いことがわかった。また、比較例2の窓用断熱フィルムを用いた窓用断熱ガラス試料は、スパッタによって金属多層膜を設ける方式で製造しているため、製造コストが高く、大面積化が困難であった。
また繊維状導電粒子含有層が支持体のガラス(窓)側の面とは反対側の面上にある比較例3の窓用断熱フィルムを用いた窓用断熱ガラスの場合、すなわち繊維状導電粒子含有層が支持体とガラス(窓)の中間にある場合は断熱性が悪いことがわかった。
特開2012−252172号公報の実施例1と同様に作製した、導電性が高い比較例4の窓用断熱フィルムを用いた窓用断熱ガラス試料は、電波透過性が悪いことがわかった。
また、実施例1の窓用断熱フィルムを自動車の窓に貼ったところ、冬場の平均で15%エアコンの消費量を抑えられた。
また、本発明の窓用断熱フィルムは、既存の窓(例えば建築物や乗物の窓)に対して、窓の内側に貼ること(内貼り)によっても、断熱性および電波透過性が優れる窓を提供できる。
20 繊維状導電粒子含有層
21 保護層
31 第1の接着層
32 第2の接着層
51 粘着層
61 ガラス
71 酸化チタン層
72 銀層
73 酸化チタン層
101 接着層付きの支持体
102 断熱部材
103 窓用断熱フィルム
111 窓用断熱ガラス
IN 屋内側
OUT 屋外側
Claims (7)
- 窓の内側に配置される窓用断熱フィルムであって、
前記窓用断熱フィルムが少なくとも支持体と、前記支持体の上に配置された繊維状導電粒子含有層とを含み、
前記繊維状導電粒子含有層が繊維状導電粒子を含有し、
前記繊維状導電粒子含有層が、前記支持体の前記窓側の面とは反対側の面上に配置され、
前記繊維状導電粒子含有層の抵抗率が1000Ω/□以上である窓用断熱フィルム。 - 前記繊維状導電粒子含有層の繊維状導電粒子の単位面積当たりの含有量が0.020〜0.200g/m2である請求項1に記載の窓用断熱フィルム。
- 前記繊維状導電粒子含有層に含まれる繊維状導電粒子の平均長軸長が5〜50μmである請求項1または2に記載の窓用断熱フィルム。
- 前記窓用断熱フィルムの前記繊維状導電粒子含有層が屋内側の最外層または最外層の次の層にある請求項1〜3のいずれか一項に記載の窓用断熱フィルム。
- 前記窓用断熱フィルムを厚み3mmの青板ガラスに貼り合わせた場合の可視光透過率が80%以上になる請求項1〜4のいずれか一項に記載の窓用断熱フィルム。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の窓用断熱フィルムと、ガラスとを積層した窓用断熱ガラス。
- 窓用透明支持体と、前記窓用透明支持体に貼り合わせた請求項1〜5のいずれか一項に記載の窓用断熱フィルムを含む窓。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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