KR20230162640A - 방사 냉각 장치 - Google Patents

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KR20230162640A
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wavelength
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KR1020237035467A
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마사히로 스에미쓰
마사유키 스기모토
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오사까 가스 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 저렴화를 도모하면서 유연성을 갖게 할 수 있고, 게다가 내후성을 향상시킬 수 있는 방사 냉각 장치를 제공한다. 방사면(H)으로부터 적외광 IR을 방사하는 적외 방사층(A)과, 상기 적외 방사층(A)에서의 방사면(H)의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층(B)을 구비하는 형태로 구성되며, 적외 방사층(A)이, 흡수한 태양광 에너지보다 큰 열복사 에너지를 파장 8㎛부터 파장 14㎛의 대역에서 방출하는 두께로 조정된 수지 재료층(J)이고, 수지 재료층(J)을 형성하는 수지 재료가 가소제가 혼입된 염화비닐 수지이며, 가소제가 프탈산 에스테르류, 지방족 이염기산 에스테르류, 인산 에스테르류 중 어느 하나이다.

Description

방사 냉각 장치
본 발명은, 방사면으로부터 적외광을 방사하는 적외 방사층과, 해당 적외 방사층에서의 상기 방사면의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층을 구비하는 형태로 구성되고,
상기 적외 방사층이, 흡수한 태양광 에너지보다 큰 열복사 에너지를 파장 8㎛부터 파장 14㎛의 대역에서 방출하는 두께로 조정된 수지 재료층인 방사 냉각 장치에 관한 것이다.
방사 냉각이란, 물질이 주위에 적외선 등의 전자파를 방사함으로써 그 온도가 내려가는 현상을 말한다. 이 현상을 이용하면, 예를 들면 전기 등의 에너지를 소비하지 않고 냉각 대상을 냉각시키는 방사 냉각 장치를 구성할 수 있다.
그리고, 광반사층이 태양광을 충분히 반사하는 것에 의해, 낮의 일사 환경 하에 있어서도 냉각 대상을 냉각시킬 수 있다.
즉, 광반사층이, 적외 방사층을 투과한 광(자외광, 가시광, 적외광)을 반사하여 방사면으로부터 방사시켜, 적외 방사층을 투과한 광(자외광, 가시광, 적외광)이 냉각 대상에 대하여 투사되어, 냉각 대상이 가온되는 것을 회피하는 것에 의해, 낮의 일사 환경 하에 있어서도 냉각 대상을 냉각시킬 수 있다.
그리고, 광반사층은, 적외 방사층을 투과한 광에 더하여, 적외 방사층으로부터 광반사층의 존재측에 방사되는 광을 적외 방사층을 향하여 반사하는 작용도 나타내는 것으로 되지만, 이하의 설명에 있어서는, 광반사층을 형성하는 목적이 적외 방사층을 투과한 광(자외광, 가시광, 적외광)을 반사하는 것에 있다고 하여 설명한다.
이와 같은 방사 냉각 장치의 종래예로서, 수지 재료층을 형성하는 수지 재료로서, 디메틸실록산 수지, 불화비닐리덴 수지, 아크릴산 수지, 메틸메타크릴레이트 수지를 사용한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특표 제2018-526599호 공보
방사 냉각 장치에 있어서는, 방사 냉각 장치의 저렴화를 위해, 수지 재료층의 저렴화를 도모하는 것이 기대된다.
또한, 방사 냉각 장치에 유연성을 구비하게 하기 위하여, 수지 재료층의 연질화를 도모하는 것이 기대된다. 즉, 광반사층을, 예를 들면 은의 박막으로서 구성하여, 유연성을 구비시키는 것에 병행하여, 적외 방사층을 구성하는 수지 재료층이 연질성을 구비하면, 방사 냉각 장치가 유연성을 구비하는 것으로 된다. 그리고, 유연성을 구비시킴에 있어서, 동시에 내후성을 향상시키는 것이 기대된다.
이와 같이 방사 냉각 장치가 유연성 및 내후성을 구비하면, 이미 설치된 옥외 설비에서의 외벽 등에 나중에 장착하여, 방사 냉각 성능을 부여할 수 있는 것으로 되는 등, 편리성이 향상된다.
본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 저렴화를 도모하면서 유연성을 갖게 할 수 있고, 또한 내후성을 향상시킬 수 있는 방사 냉각 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치는, 방사면으로부터 적외광을 방사하는 적외 방사층과, 해당 적외 방사층에서의 상기 방사면의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층을 구비하는 형태로 구성되며,
상기 적외 방사층이, 흡수한 태양광 에너지보다 큰 열복사 에너지를 파장 8㎛부터 파장 14㎛의 대역에서 방출하는 두께로 조정된 수지 재료층인 것으로서, 그 특징적 구성은,
상기 수지 재료층을 형성하는 수지 재료가, 가소제가 혼입된 염화비닐계 수지이고,
상기 가소제가, 프탈산 에스테르류, 지방족 이염기산 에스테르류 및 인산 에스테르류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물로 이루어지는 점에 있다.
본 발명에서 사용되는 염화비닐계 수지란, 염화비닐 혹은 염화비닐리덴의 단독 중합체 및 염화비닐 혹은 염화비닐리덴의 공중합체이며, 그 제조 방법은 종래 공지의 중합 방법으로 행해진다.
즉, 염화비닐계 수지는, 대기의 창 영역에 있어서 충분한 열복사를 얻어지는 것이다.
즉, 염화비닐계 수지는, 그 열복사 특성이 대기의 창 영역에 있어서 큰 열복사가 얻어지는 불소 수지나 실리콘 고무와 동등하며, 이들 수지보다 상당히 저가이므로, 직사광선 하에서 주위 온도보다 온도가 저하되는 방사 냉각 장치를 저가로 구성하는 데에 유효하다.
염화비닐계 수지에는 가소제가 혼입되어 있으므로, 수지 재료층이 연질성을 구비하게 되는 결과, 방사 냉각 장치가 유연성을 구비하는 것이 된다.
덧붙이면, 염화비닐계 수지는 가소제를 넣는 것에 의해 연질로 됨으로써, 다른 물체가 접촉해도 다른 물체에 맞추어 유연하게 형상을 변화시킴으로써 손상되는 것을 회피하므로, 장기에 걸쳐 미려한 상태로 유지할 수 있다. 덧붙이면, 박막형의 불소 수지는 경질성이므로, 다른 물체의 접촉에 의해 유연하게 형상을 변화시킬 수 없으므로, 상처가 나기 쉬워, 미려한 상태를 유지하기 어려운 것이다.
또한, 염화비닐계 수지에 가소제를 넣는 것에 의해, 상처가 나도 80℃ 이상으로 가열함으로써 변형하고 표면 상흔을 없게 하여 평활화할 수 있고, 결국은 상흔을 자기수복할 수 있다. 불소 수지나 실리콘 고무에 이 특성은 없다. 연질 염화비닐계 수지의 이러한 특성에 의해 미려한 상태를 장기간 유지할 수 있다. 이러한 점은 장기에 걸친 방사 냉각 성능의 유지에 연결된다.
이와 같이, 가소제를 넣는 것에 의해, 방사 냉각 소재의 내구성이 향상된다.
또한, 염화비닐계 수지는 난연성이면서 또한 생분해되기 어려운 것이므로, 옥외에서 장기간 사용하는 방사 냉각 장치의 수지 재료층을 형성하는 수지 재료로서 바람직하다.
게다가, 염화비닐계 수지에 혼입하는 가소제가 프탈산 에스테르류, 지방족 이염기산 에스테르류 및 인산 에스테르류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물이므로, 가소제가 태양광에 포함되어 있는 자외선(파장 295㎚부터 400㎚의 자외광)을 흡수하기 어려운 것으로 되므로, 가소제가 혼입된 염화비닐계 수지의 내후성을 향상시킬 수 있다.
즉, 염화비닐계 수지에 혼입하는 가소제가 자외선을 흡수하면, 가소제의 가수분해가 진행되는 결과, 염화비닐계 수지가 탈염산 등을 생기에 하여 착색(갈색)되고, 또한 기계 강도의 저하를 발생시킬 우려가 있지만, 가소제가 태양광에 포함되어 있는 자외선을 흡수하기 어려운 것으로 되므로, 가소제가 혼입된 염화비닐계 수지의 내후성을 향상시킬 수 있는 것이다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 특징적 구성에 의하면, 저렴화를 도모하면서 유연성을 갖게 할 수 있고, 게다가 내후성을 향상시킬 수 있는 방사 냉각 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 가소제가, 상기 염화비닐 수지의 100 중량부에 대하여, 1 중량부 이상 200 중량부 이하의 범위에서 혼입되어 있는 점에 있다.
즉, 염화비닐 수지에 혼입하는 가소제가, 염화비닐계 수지의 100 중량부에 대하여, 1 중량부 이상 200 중량부 이하의 범위에서 혼입되어 있으므로, 염화비닐 수지에 적당한 유연성을 구비시킬 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 가소제로서의 지방족 이염기산 에스테르가, 아디프산 에스테르류, 아디프산 에스테르 공중합체류, 아젤라산 에스테르류, 아젤라산 에스테르 공중합체류, 세바스산 에스테르류, 세바스산 에스테르 공중합체류, 숙신산 에스테르류 및 숙신산 에스테르 공중합체류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물로 이루어지는 점에 있다.
즉, 염화비닐계 수지에 혼입하는 가소제의 지방족 이염기산 에스테르를 전술한 화합물로 하는 것에 의해, 적절하게 가소제가 태양광에 포함되어 있는 자외선을 흡수하기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 가소제로서의 지방족 이염기산 에스테르가, 지방족 이염기산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것인 점에 있다.
즉, 가소제의 지방족 이염기산 에스테르를, 지방족 이염기산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것으로 하는 것에 의해, 적절하게 가소제가 태양광에 포함되어 있는 자외선을 흡수하기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 가소제로서의 프탈산 에스테르가, 프탈산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것인 점에 있다.
즉, 가소제의 프탈산 에스테르를, 프탈산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것으로 하는 것에 의해, 적절하게 가소제가 태양광에 포함되어 있는 자외선을 흡수하기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 가소제로서의 인산 에스테르가 인산 트리에스테르, 또는, 방향족 인산 에스테르인 점에 있다.
즉, 가소제의 인산 에스테르로서, 인산 트리에스테르, 또는, 방향족 인산 에스테르를 사용하는 것에 의해, 적절하게 가소제가 태양광에 포함되어 있는 자외선을 흡수하기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 수지 재료층의 막 두께가,
파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 광흡수율의 파장 평균이 13% 이하이고, 파장 0.5㎛부터 파장 0.8㎛의 광흡수율의 파장 평균이 4% 이하이며, 파장 0.8㎛부터 파장 1.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 1% 이내이고, 1.5㎛부터 2.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 40% 이하로 되는 광흡수 특성을 구비하고, 또한 8㎛부터 14㎛의 복사율의 파장 평균이 40% 이상으로 되는 열복사 특성을 구비하는 상태의 두께로 조정되어 있는 점에 있다.
그리고, 파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 광흡수율의 파장 평균이란, 0.4㎛부터 0.5㎛의 범위의 파장마다의 광흡수율의 평균값을 의미하는 것이며, 파장 0.5㎛부터 파장 0.8㎛의 광흡수율의 파장 평균, 파장 0.8㎛부터 파장 1.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균, 및 1.5㎛부터 2.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균도 마찬가지다. 또한, 복사율을 포함하는 다른 마찬가지의 기재도 마찬가지의 평균값을 의미하는 것이며, 이하, 본 명세서에 있어서는 동일하다.
즉, 수지 재료층은, 두께에 따라 광흡수율이나 복사율(광방사율)이 변화된다. 그러므로, 태양광을 될 수 있는 한 흡수하지 않고, 소위 대기의 창 영역의 파장 대역(광의 파장 8㎛부터 14㎛의 영역)에 있어서 큰 열복사를 발하도록 수지 재료층의 두께를 조정할 필요가 있다.
구체적으로는, 수지 재료층에서의 태양광의 광흡수율(광흡수 특성)의 관점에 있어서, 파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 광흡수율의 파장 평균이 13% 이하이고, 파장 0.5㎛부터 파장 0.8㎛의 광흡수율의 파장 평균이 4% 이하이며, 파장 0.8㎛부터 파장 1.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 1% 이내이고, 파장 1.5㎛부터 2.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 40% 이하로 할 필요가 있다. 그리고, 2.5㎛부터 4㎛까지의 광흡수율에 대해서는, 파장 평균이 100% 이하이면 된다.
이와 같은 광흡수율이 분포하는 경우, 태양광의 광흡수율은 10% 이하로 되고, 에너지로 말하면 100W 이하가 된다.
즉, 태양광의 광흡수율은 수지 재료층의 막 두께를 두껍게 하면 증가한다. 수지 재료층을 후막으로 하면, 대기의 창의 복사율은 대략 1이 되고, 그 때 우주에 방출하는 열복사는 125W/㎡부터 160W/㎡로 된다.
광반사층에서의 태양광 흡수는 50W/㎡ 이하인 것이 바람직하다.
따라서, 수지 재료층과 광반사층에서의 태양광 흡수의 합이 150W/㎡ 이하이고, 대기의 상태가 양호하면 냉각이 진행된다. 수지 재료층은, 이상과 같이 태양광 스펙트럼의 피크값 부근의 흡수율이 작은 것을 사용하는 것이 좋다.
또한, 수지 재료층의 적외광을 방사하는 복사율(열복사 특성)의 관점에서는, 파장 8㎛부터 14㎛의 복사율의 파장 평균이 40% 이상으로 될 필요가 있다.
즉, 광반사층에서 흡수되는 50W/㎡ 정도의 태양광의 열복사를 수지 재료층으로부터 우주에 방출시키기 위해서는, 그 이상의 열복사를 수지 재료층이 낼 필요가 있다.
예를 들면, 외기 온도가 30℃일 때, 파장 8㎛부터 14㎛의 대기의 창의 열복사의 최대는 200W/㎡이다(복사율 1로서 계산). 이 값이 얻어지는 것은 고산 등, 공기가 적고 잘 건조된 환경이 쾌청할 때다. 저지 등에서는 대기의 두께가 고산보다 두꺼워지므로, 대기의 창의 파장 대역은 좁아지고, 투과율은 저하된다. 덧붙이면, 이러한 것을 「대기의 창이 좁아진다」고 한다.
또한, 실제로 방사 냉각 장치를 사용하는 환경은 다습하기도 하고, 그 경우도 대기의 창은 좁아진다. 저지에서 이용할 때의 대기의 창 영역에서 발생하는 열복사는, 상태가 양호할 때 30℃에 있어서 160W/㎡로 어림잡아진다(복사율 1로서 계산).
또한, 일본에서는 자주 있는 일이지만, 하늘에 안개가 낀 날이나, 스모그가 존재하는 경우, 대기의 창은 더욱 좁아지고, 우주로의 방사는 125W/㎡ 정도가 된다.
이러한 사정을 감안하여, 파장 8㎛부터 14㎛의 복사율의 파장 평균은 40% 이상(대기의 창 밴드에서의 열복사 강도가 50W/㎡ 이상)이 아니면 중위도대의 저지에서 사용할 수 없다.
따라서, 수지 재료층의 두께를, 전술한 광학적 규정의 범위로 되도록 조정하는 것에 의해, 태양광의 광흡수에 의한 입열(入熱)보다 대기의 창에서의 출열(出熱) 쪽이 커지고, 낮의 일사 환경 하에서도 옥외에서 방사 냉각할 수 있게 된다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 태양광의 광흡수에 의한 입열보다 대기의 창에서의 출열 쪽이 커져, 일사 환경 하에서도 옥외에서 방사 냉각할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 수지 재료층의 두께가 10㎛ 이상 100㎛ 이하인 점에 있다.
즉, 수지 재료층을 형성하는 수지 재료가 염화비닐계 수지인 경우에 있어서, 수지 재료층의 두께를 10㎛ 이상 100㎛ 이하로 하는 것에 의해, 일사 환경 하에서도 옥외에서 적절하게 방사 냉각할 수 있다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 태양광의 광흡수에 의한 입열보다 대기의 창에서의 출열 쪽이 커져, 일사 환경 하에서도 옥외에서 적절하게 방사 냉각할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 광반사층은, 파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 반사율이 90% 이상, 파장 0.5㎛보다 장파의 반사율이 96% 이상인 점에 있다.
즉, 태양광 스펙트럼은 파장 0.295㎛부터 4㎛에 걸쳐서 존재하고, 그리고, 파장이 0.4㎛로부터 커짐에 따라 강도가 커지고, 특히 파장 0.5㎛부터 파장 2.5㎛에 걸친 강도가 크다.
광반사층이, 파장 0.4㎛부터 0.5㎛에 걸쳐서 90% 이상의 반사율을 나타내고, 파장 0.5㎛보다 장파의 반사율이 96% 이상인 반사 특성을 구비하면, 광반사층이 태양광 에너지를 5% 정도 이하밖에 흡수하지 않게 된다.
그 결과, 여름철의 남중 시에, 광반사층이 흡수하는 태양광 에너지를 50W/㎡ 정도 이하로 할 수 있고, 수지 재료층에 의한 방사 냉각을 양호하게 행할 수 있다.
그리고, 본 명세서에서는, 태양광에 대하여, 단서가 없는 경우, 스펙트럼은 AM 1.5G의 규격으로 한다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 광반사층에 의한 태양광 에너지의 흡수를 억제하고, 수지 재료층에 의한 방사 냉각을 양호하게 행할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 광반사층이 은 또는 은 합금으로 구성되고, 그 두께가 50㎚ 이상인 점에 있다.
즉, 광반사층에 전술한 반사 특성, 즉 파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 반사율이 90% 이상, 파장 0.5㎛보다 장파의 반사율이 96% 이상인 반사율 특성을 갖게 하기 위해서는, 광반사층에서의 방사면측의 반사 재료로서는, 은 또는 은 합금일 필요가 있다.
그리고, 은 또는 은 합금만으로 전술의 반사 특성을 갖게 한 상태에서 태양광을 반사하는 경우, 두께가 50㎚ 이상 필요하다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 광반사층에 의한 태양광 에너지의 흡수를 정확하게 억제하여, 수지 재료층에 의한 방사 냉각을 양호하게 행할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 광반사층이, 상기 수지 재료층의 존재측에 위치하는 은 또는 은 합금과 상기 수지 재료층으로부터 떨어진 측에 위치하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적층 구조인 점에 있다.
즉, 광반사층에 전술의 반사율 특성을 갖게 하기 위해서는, 은 또는 은 합금과 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 적층시킨 구조로 해도 된다. 그리고, 이 경우도 방사면측의 반사 재료는 은 또는 은 합금일 필요가 있다. 이 경우, 은의 두께는 10㎚ 이상 필요하며, 알루미늄의 두께는 30㎚ 이상 필요하다.
그리고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은, 은 또는 은 합금보다 저가이므로, 적절한 반사율 특성을 갖게 하면서도, 광반사층의 저렴화를 도모할 수 있다.
즉, 고가인 은 또는 은 합금을 얇게 하여, 광반사층의 저렴화를 도모하도록 하면서도, 광반사층을, 은 또는 은 합금과 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적층 구조로 하는 것에 의해, 적절한 반사율 특성을 갖게 하면서도, 광반사층의 저렴화를 도모할 수 있다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 적절한 반사율 특성을 갖게 하면서도, 광반사층의 저렴화를 도모할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 적외 방사층과 상기 광반사층 사이에 보호층을 구비하는 형태로 구성되고,
상기 보호층이, 두께가 300㎚ 이상 40㎛ 이하의 폴리올레핀계 수지, 또는, 두께가 17㎛ 이상 40㎛ 이하의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지인 점에 있다.
즉, 적외 방사층으로서의 수지 재료층의 방사면으로부터 입사하는 태양광은, 수지 재료층 및 보호층을 투과한 후, 수지 재료층의 방사면의 존재측과는 반대측에 있는 광반사층에서 반사되고, 방사면으로부터 시스템 밖으로 방출된다.
또한, 보호층이, 폴리올레핀계 수지에 의해 두께가 300㎚ 이상 40㎛ 이하인 형태로, 또는, 에틸렌테레프탈레이트 수지로서 두께가 17㎛ 이상 40㎛ 이하인 형태로 형성되어 있으므로, 낮의 일사 환경에 있어서도, 광반사층의 은 또는 은 합금이 변색하는 것을 억제할 수 있으므로, 광반사층에서 태양광을 적절하게 반사시키도록 하면서, 낮의 일사 환경에 있어서도, 냉각 기능을 정확하게 발휘하게 할 수 있다.
즉, 보호층이 존재하지 않는 경우에는, 수지 재료층에서 발생한 라디칼이 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것이나, 수지 재료층을 투과하는 수분이 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것에 의해, 광반사층의 은 또는 은 합금이 단기간에 변색하여, 광반사 기능을 적절하게 발휘하지 않는 상태가 될 우려가 있지만, 보호층의 존재에 의해, 광반사층의 은 또는 은 합금이 단기간에 변색하는 것을 억제할 수 있다.
보호층에서 광반사층의 은 또는 은 합금의 변색을 억제하는 것에 대하여 설명을 추가한다.
보호층이, 폴리올레핀계 수지에 의해 두께가 300㎚ 이상 40㎛ 이하인 형태로 형성되는 경우에는, 폴리올레핀계 수지는, 파장 0.3㎛부터 0.4㎛의 자외선의 파장 영역의 전역에 있어서 자외선의 광흡수율이 10% 이하인 합성 수지이므로, 보호층이 자외선의 흡수에 의해 열화되기 어려운 것으로 된다.
그리고, 보호층을 형성하는 폴리올레핀계 수지의 두께가 300㎚ 이상이므로, 수지 재료층에서 발생한 라디칼이 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것을 차단하고, 또한 수지 재료층을 투과하는 수분이 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것을 차단하는 등의 차단 기능을 양호하게 발휘하는 것에 의해, 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금의 변색을 억제할 수 있게 된다.
즉, 폴리올레핀계 수지로 형성되는 보호층은, 자외선의 흡수에 의해, 반사층으로부터 멀어지는 표면측에 라디칼을 형성하면서 열화되게 되지만, 두께가 300㎚ 이상이므로, 형성한 라디칼이 광반사층에 도달하는 일은 없고, 또한, 라디칼을 형성하면서 열화된다고 해도, 자외선의 흡수가 낮은 것에 의해 열화의 진행 상태는 느린 것이므로, 전술한 차단 기능을 장기에 걸쳐 발휘하게 된다.
보호층이, 에틸렌테레프탈레이트 수지에 의해 두께가 17㎛ 이상 40㎛ 이하의 형태로 형성되는 경우에는, 에틸렌테레프탈레이트 수지는, 폴리올레핀계 수지보다, 파장 0.3㎛부터 0.4㎛의 자외선의 파장 영역에 있어서 자외선의 광흡수율이 높은 수지 재료이지만, 두께가 17㎛ 이상므로, 수지 재료층에서 발생한 라디칼이 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것을 차단하고, 또한, 수지 재료층을 투과하는 수분이 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것을 차단하는 등의 차단 기능을 장기에 걸쳐 양호하게 발휘하는 것에 의해, 보호층을 형성하는 은 또는 은 합금의 변색을 억제할 수 있게 된다.
즉, 에틸렌테레프탈레이트 수지로 형성되는 보호층은, 자외선의 흡수에 의해, 반사층으로부터 멀어지는 표면측에 라디칼을 형성하면서 열화되게 되지만, 두께가 17㎛ 이상이므로, 형성한 라디칼이 반사층에 도달하는 일은 없고, 또한, 라디칼을 형성하면서 열화된다고 해도, 두께가 17㎛ 이상이므로, 전술한 차단 기능을 장기에 걸쳐 발휘하게 된다.
그리고, 폴리올레핀계 수지 및 에틸렌테레프탈레이트 수지로 보호층을 형성하는 경우에 있어서, 그 두께의 상한을 정하는 이유는, 보호층이 방사 냉각에 기여하지 않는 단열성을 보이는 것을 극력 회피하기 위해서다. 즉, 보호층은, 두께가 두꺼워질수록 방사 냉각에 기여하지 않는 단열성을 보이게 되므로, 반사층을 보호하는 기능을 발휘시키면서도, 방사 냉각에 기여하지 않는 단열성을 보이는 것을 극력 회피하기 위하여, 두께의 상한이 정해지게 된다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 광반사층의 은 또는 은 합금이 단기간에 변색하는 것을 억제하면서 양호하게 냉각할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 수지 재료층과 상기 보호층과 상기 광반사층이 적층된 상태에 있어서 필름형인 점에 있다.
즉, 수지 재료층과 보호층과 광반사층이 적층된 상태에 있어서 필름형이다. 즉, 수지 재료층과 보호층과 광반사층이 적층된 상태로 형성되는 방사 냉각 장치가 방사 냉각 필름으로서 제작되고 있다.
그리고, 수지 재료층 및 보호층이 유연성을 구비하고 있으므로, 광반사층을 박막형으로 하여, 광반사층에 유연성을 구비시키는 것에 의해, 방사 냉각 장치(방사 냉각 필름)가 유연성을 구비하게 된다.
따라서, 필름형이면서 또한 유연성을 구비하는 방사 냉각 장치(방사 냉각 필름)를, 이미 설치된 옥외 설비에서의 외벽 등에 나중에 장착하여, 방사 냉각 성능을 부여하도록 하는 것을 양호하게 실시할 수 있다.
덧붙이면, 방사 냉각 장치(방사 냉각 필름)를 필름형으로 제작하는 데에는, 각종 형태가 고려된다. 예를 들면, 필름형으로 제작된 광반사층에 보호층 및 수지 재료층을 도포하여 만드는 것이 고려된다. 혹은, 필름형으로 제작된 광반사층에 보호층 및 수지 재료층을 첩부하여 만드는 것이 고려된다. 혹은, 필름형으로 제작된 수지 재료층 위에, 도포 혹은 접착에 의해 보호층을 형성하고, 보호층 위로, 증착·스퍼터링·이온 플레이팅·은거울 반응 등에 의해 광반사층을 제작하는 것이 고려된다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 이미 설치된 설비에 나중에 장착하여 방사 냉각 성능을 부여하는 것을 양호하게 행할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 수지 재료층과 상기 보호층이, 접착제 또는 점착제의 접합층에 의해 접합되고 있는 점에 있다.
즉, 수지 재료층과 보호층을, 접착제 또는 점착제의 접합층에 의해 접합하는 것이므로, 예를 들면, 광반사층과 보호층을 적층 상태로 형성하고, 별도 제작한 수지 재료층과 보호층을 접합층에 의해 접합하는 순서로, 수지 재료층과 보호층과 광반사층이 적층된 상태로 양호하게 형성할 수 있다.
덧붙이면, 수지 재료층과 보호층 사이에 접합층이 위치하는 경우에는, 접합층으로부터도 라디칼이 발생하게 되지만, 보호층을 형성하는 폴리올레핀계 수지의 두께가 300㎚ 이상이고, 보호층을 형성하는 에틸렌테레프탈레이트 수지의 두께가 17㎛ 이상이면, 접합층에서 발생한 라디칼이 광반사층에 도달하는 것을 장기에 걸쳐 억제할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 수지 재료층에 무기 재료의 필러가 혼입되어 있는 점에 있다.
즉, 수지 재료층에 무기 재료의 필러를 혼입시키는 것에 의해, 수지 재료층에 광산란 구성을 구비시킬 수 있다.
그리고, 광산란 구성을 구비시키는 것에 의해, 방사면을 봤을 때, 방사면의 눈부심을 억제할 수 있는 것으로 된다.
필러를 형성하는 무기 재료로서는, 이산화규소(SiO2), 산화티탄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 덧붙이면, 수지 재료층에 필러를 혼입하면, 수지 재료층의 표리 양면이 요철형으로 된다.
그리고, 수지 재료층과 보호층 사이에 접합층이 위치하므로, 수지 재료층의 이면이 요철형으로 되어 있어도, 수지 재료층과 보호층을 접합층에 의해 적절하게 접합할 수 있다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 방사면의 눈부심을 억제할 수 있다.
본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성은, 상기 수지 재료층의 표리 양면이 요철형으로 형성되어 있는 점에 있다.
즉, 수지 재료층의 표리 양면을 요철형으로 형성하는 것에 의해, 수지 재료층에 광산란 구성을 구비시킬 수 있다.
그리고, 광산란 구성을 구비시키는 것에 의해, 방사면을 봤을 때, 방사면의 눈부심을 억제할 수 있는 것으로 된다.
덧붙이면, 수지 재료층의 표리 양면을 요철형으로 하기 위해서는, 엠보스 가공이나 표면에 상처를 내는 가공 등을 행하는 것에 의해 행할 수 있다.
그리고, 수지 재료층과 보호층 사이에 접합층이 위치하므로, 수지 재료층의 이면이 요철형으로 되어 있어도, 수지 재료층과 보호층을 접합층에 의해 적절하게 접합할 수 있다.
요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징적 구성에 의하면, 방사면의 눈부심을 억제할 수 있다.
[도 1] 방사 냉각 장치의 기본 구성을 설명하는 도면이다.
[도 2] 수지 재료의 광흡수율과 파장의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 3] 염화비닐 수지의 복사율 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
[도 4] 은을 베이스로 한 광반사층의 광반사율 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
[도 5] 방사 냉각 장치의 구체적 구성을 나타내는 도면이다.
[도 6] 방사 냉각 장치의 구체적 구성을 나타내는 도면이다.
[도 7] 방사 냉각 장치의 구체적 구성을 나타내는 도면이다.
[도 8] 방사 냉각 장치의 구체적 구성을 나타내는 도면이다.
[도 9] 폴리에틸렌의 광투과율과 파장의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 10] 시험용 구성을 설명하는 도면이다.
[도 11] 보호층이 폴리에틸렌인 경우의 시험 결과를 나타내는 도면이다.
[도 12] 보호층이 자외선 흡수 아크릴인 경우의 시험 결과를 나타내는 도면이다.
[도 13] 폴리에틸렌의 복사율 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
[도 14] 염화비닐 수지에 가소제를 혼입한 시험 결과를 나타내는 도면이다.
[도 15] 가소제의 파장과 흡광도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 16] 가소제의 파장과 흡광도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 17] 가소제의 파장과 흡광도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 18] 가소제의 파장과 흡광도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 19] 방사 냉각 장치의 다른 구성을 설명하는 도면이다.
[도 20] 수지 재료층에 필러를 혼입한 구성을 설명하는 도면이다.
[도 21] 수지 재료층의 표리를 요철형으로 한 구성을 설명하는 도면이다.
[도 22] 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
[방사 냉각 장치의 기본 구성]
도 1에 나타낸 바와 같이, 방사 냉각 장치(CP)는, 방사면(H)으로부터 적외광 IR을 방사하는 적외 방사층(A)과, 해당 적외 방사층(A)에서의 방사면(H)의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층(B)과, 적외 방사층(A)과 광반사층(B) 사이의 보호층(D)을 적층 상태로 구비하고, 또한, 필름형으로 형성되어 있다.
즉, 방사 냉각 장치(CP)가 방사 냉각 필름으로서 구성되어 있다.
광반사층(B)은 적외 방사층(A) 및 보호층(D)을 투과한 태양광 등의 광 L을 반사하는 것이다. 그리고, 그 반사 특성이, 파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 반사율이 90% 이상, 파장 0.5㎛보다 장파의 반사율이 96% 이상이다.
태양광 스펙트럼은, 파장 0.295㎛(295㎚)부터 4㎛(4000㎚)에 걸쳐서 존재하고, 파장 0.4㎛(400㎚)로부터 커짐에 따라 강도가 커지고, 특히 파장 0.5㎛(500㎚)부터 파장 1.8㎛(1800㎚)에 걸친 강도가 크다.
그리고, 본 실시형태에 있어서, 광 L이란, 자외광(자외선), 가시광, 적외광을 포함하는 것이며, 이들을 전자파로서의 광의 파장으로 설명하면, 그 파장이 10㎚부터 20000㎚(0.01㎛부터 20㎛의 전자파)의 전자파를 포함한다. 본 명세서에서는, 자외광(자외선)의 파장 영역이 295㎚(0.295㎛) 이상, 400㎚(0.4㎛) 이하의 범위로 한다.
광반사층(B)이 파장 0.4㎛부터 0.5㎛에 걸쳐서 90% 이상의 반사 특성을 나타내고, 파장 0.5㎛보다 장파의 반사율이 96% 이상인 반사 특성을 나타내는 것에 의해, 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)가 광반사층(B)에서 흡수하는 태양광 에너지를 5% 이하로 억제할 수 있고, 즉 여름철의 남중 시에 흡수하는 태양광 에너지를 50W 정도로 할 수 있다.
광반사층(B)은 은 혹은 은 합금으로 구성되거나, 또는, 보호층(D)에 인접하여 위치하는 은 또는 은 합금과 보호층(D)으로부터 떨어진 측에 위치하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적층 구조(환언하면, 수지 재료층(J)의 존재측에 위치하는 은 또는 은 합금과 수지 재료층(J)으로부터 떨어진 측에 위치하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적층 구조)라고 하여 구성되어, 유연성을 구비하는 것으로서, 그 상세한 내용은 후술한다.
적외 방사층(A)은, 흡수한 태양광 에너지보다 큰 열복사 에너지를 파장 8㎛부터 파장 14㎛의 대역에서 방출하는 두께로 조정된 수지 재료층(J)으로서 구성되는 것이다.
수지 재료층(J)의 상세한 내용은 후술하지만, 본 실시형태에서는, 수지 재료층(J)을 형성하는 수지 재료가, 가소제가 혼입된 염화비닐 수지이다. 그리고, 수지 재료층(J)을 형성하는 수지 재료로서는, 가소제가 혼입된 염화비닐리덴 수지라도 된다.
따라서, 방사 냉각 장치(CP)는, 방사 냉각 장치(CP)에 입사한 광 L 중 일부의 광을, 적외 방사층(A)의 방사면(H)에서 반사하고, 방사 냉각 장치(CP)에 입사한 광 L 중에서 수지 재료층(J) 및 보호층(D)을 투과한 광(태양광 등)을 광반사층(B)에서 반사하여, 방사면(H)으로부터 외부로 방출하도록 구성되어 있다.
그리고, 광반사층(B)에서의 수지 재료층(J)의 존재측과는 반대측에 위치하는 냉각 대상물(E)로부터의 방사 냉각 장치(CP)로의 입열(예를 들면, 냉각 대상물(E)로의 열전도에 의한 입열)을, 수지 재료층(J)에 의해 적외광 IR로 변환하여 방사하는 것에 의해, 냉각 대상물(E)을 냉각하도록 구성되어 있다.
즉, 방사 냉각 장치(CP)는, 해당 방사 냉각 장치(CP)에 조사되는 광 L을 반사하고, 또한 해당 방사 냉각 장치(CP)로의 전열(傳熱)(예를 들면, 대기로부터의 전열이나 냉각 대상물(E)로부터의 전열)을 적외광 IR로서 외부에 방사하도록 구성되어 있다.
또한, 수지 재료층(J), 보호층(D) 및 광반사층(B)이 유연성을 구비함으로써, 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)가 유연성을 구비하도록 구성되어 있다.
덧붙여, 방사 냉각 장치(CP)는, 적외광 IR을 수지 재료층(J)의 광반사층(B)과 접하는 면과는 반대측의 방사면(H)으로부터 방사하는 방사 냉각 방법을 실시하기 위해 사용되는 것에 의해, 구체적으로는, 방사면(H)을 하늘을 향하게 하고, 해당 하늘을 향하게 한 방사면(H)으로부터 적외광 IR을 방사하는 방사 냉각 방법을 실시하게 된다.
[수지 재료층의 개요]
수지 재료층(J)을 형성하는 수지 재료(염화비닐 수지)는, 두께에 따라 광흡수율이나 복사율(광방사율)이 변화된다. 그러므로, 태양광을 될 수 있는 한 흡수하지 않고, 소위 대기의 창의 파장 대역(파장 8㎛부터 파장 14㎛의 대역)에 있어서 큰 열복사를 발하도록 수지 재료층(J)의 두께를 조정할 필요가 있다.
구체적으로는, 태양광의 광흡수율의 관점에서, 수지 재료층(J)의 두께를, 파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 광흡수율의 파장 평균이 13% 이하이고, 파장 0.5㎛부터 파장 0.8㎛의 광흡수율의 파장 평균이 4% 이하이며, 파장 0.8㎛부터 파장 1.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 1% 이내이고, 파장 1.5㎛부터 2.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 40% 이하이며, 파장 2.5㎛부터 4㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 100% 이하인 상태의 두께로 조정할 필요가 있다.
이와 같은 흡수율 분포의 경우, 태양광의 광흡수율은 10% 이하로 되고, 에너지로 말하면 100W 이하가 된다.
후술하는 바와 같이, 수지 재료의 광흡수율은 수지 재료의 막 두께를 두껍게 하면 증가한다. 수지 재료를 후막으로 하면, 대기의 창의 복사율은 대략 1이 되고, 그 때 우주에 방출하는 열복사는 125W/㎡부터 160W/㎡로 된다. 보호층(D) 및 광반사층(B)에서의 태양광 흡수는 50W/㎡ 이하이다. 수지 재료층(J), 보호층(D) 및 광반사층(B)에서의 태양광 흡수의 합이 150W/㎡ 이하이고, 대기의 상태가 양호하면 냉각이 진행된다. 수지 재료층(J)을 형성하는 수지 재료는, 이상과 같이 태양광 스펙트럼의 피크값 부근의 광흡수율이 작은 것을 사용하는 것이 좋다.
또한, 수지 재료층(J)의 두께는, 적외 방사(열복사)의 관점에서는, 파장 8㎛부터 14㎛의 복사율의 파장 평균이 40% 이상으로 되는 상태의 두께로 조정할 필요가 있다.
보호층(D) 및 광반사층(B)에서 흡수되는 50W/㎡ 정도의 태양광의 열 에너지를, 수지 재료층(J)의 열복사에 의해 수지 재료층(J)으로부터 우주로 방출시키기 위해서는, 그 이상의 열복사를 수지 재료층(J)이 낼 필요가 있다.
예를 들면, 외기 온도가 30℃일 때, 8㎛부터 14㎛의 대기의 창의 열복사의 최대는 200W/㎡이다(복사율 1로서 계산). 이 값이 얻어지는 것은 고산 등, 공기가 적고 잘 건조된 환경이 쾌청할 때다. 저지 등에서는 대기의 두께가 고산보다 두꺼워지므로, 대기의 창의 파장 대역은 좁아지고, 투과율은 저하된다. 덧붙이면, 이러한 것을 「대기의 창이 좁아진다」고 한다.
또한, 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)를 실제로 사용하는 환경은 다습하기도 하고, 그 경우에도 대기의 창은 좁아진다. 저지에서 이용할 때의 대기의 창 영역에서 발생하는 열복사는, 상태가 양호할 때 30℃에 있어서 160W/㎡로 어림잡아진다(복사율 1로서 계산). 또한, 일본에서는 자주 있는 일이지만 하늘에 안개가 낄 때나, 스모그가 존재하는 경우, 대기의 창은 더욱 좁아지고, 우주로의 방사는 125W/㎡ 정도가 된다.
이러한 사정을 감안하여, 파장 8㎛부터 14㎛의 복사율의 파장 평균은 40% 이상(대기의 창대에서의 열복사 강도가 50W/㎡)이 아니면 중위도대의 저지에서 사용할 수 없다.
따라서, 상기 사항을 감안한 광학적 규정의 범위로 되도록 수지 재료층(J)의 두께를 조정하면, 태양광의 광흡수에 의한 입열보다 대기의 창에서의 출열 쪽이 커지고, 일사 환경 하에서도 옥외에서 방사 냉각에 의해 외기보다 저온으로 할 수 있게 된다.
본 실시형태에 있어서는, 염화비닐계 수지로 형성되는 수지 재료층(J)의 두께가 10㎛ 이상 100㎛ 이하이다.
[수지 재료의 상세]
키르히호프의 법칙에 의해, 복사율(ε)과 광흡수율(A)은 동등하다. 광흡수율은 흡수 계수(α)로부터 하기의 식(1)(이하, 광흡수율 관계식이라고 하는 경우가 있음)에 의해 구할 수 있다.
A=1-exp(-αt) …(1) 그리고, t는 막 두께이다.
즉, 수지 재료층(J)의 막 두께를 조정하면, 흡수 계수가 큰 파장 대역에서 큰 열복사가 얻어진다. 옥외에서 방사 냉각시키는 경우, 대기의 창의 파장 대역인 파장 8㎛부터 14㎛에 있어서 흡수 계수가 큰 재료를 사용하면 된다.
또한, 태양광의 흡수를 억제하기 위해 파장 0.3㎛부터 4㎛, 특히 0.4㎛부터 2.5㎛의 범위에서 흡수 계수를 가지지 않거나, 혹은 작은 재료를 사용하면 된다. 흡수 계수와 흡수율의 관계식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 광흡수율(복사율)은 수지 재료의 막 두께에 의해 변화된다.
일사 환경 하에서의 방사 냉각에 의해 주위의 대기보다 온도를 내리기 위해서는, 대기의 창의 파장 대역에 있어서 큰 흡수 계수를 가지고, 태양광의 파장 대역에서는 흡수 계수를 거의 가지지 않는 재료를 선택하면, 막 두께의 조정에 의해 태양광은 거의 흡수하지 않지만, 대기의 창의 열복사를 많이 내는, 결국은 태양광의 입력보다 방사 냉각에 의한 출력 쪽이 큰 상태를 만들어 낼 수 있다.
태양광 스펙트럼은 파장 0.295㎛보다 장파밖에 존재하지 않는다. 그리고, 자외선의 정의는 파장 0.4㎛보다 단파장측의 범위, 가시광선의 정의는 파장 0.4㎛부터 0.8㎛의 범위, 근적외선의 정의는 파장 0.8㎛부터 3㎛의 범위, 중적외선의 정의는 3㎛부터 8㎛의 범위, 원적외선의 정의는 파장 8㎛보다 장파의 범위로 한다.
탄소-염소 결합(C-Cl)에 관하여, 알켄의 탄소와 염소의 결합에너지는 3.28eV이고, 그 파장은 0.378㎛이므로, 태양광 중 자외선을 많이 흡수하지만, 가시역에 대해서는 흡수를 거의 가지지 않는다.
두께 100㎛의 염화비닐 수지의 자외로부터 가시역의 흡수율 스펙트럼을 도 2에 나타내지만, 파장 0.38㎛보다 단파장측에서 광흡수가 커진다.
도 3에, 탄소-염소 결합을 가지는 수지인 염화비닐 수지(PVC)의 대기의 창에서의 복사율을 나타낸다.
탄소-염소 결합에 관해서는, C-Cl 신축 진동에 의한 흡수 계수가 파장 12㎛를 중심으로 반치폭 1㎛ 이상의 광대역에 나타난다.
또한, 염화비닐 수지의 경우, 염소의 전자흡인의 영향으로, 주쇄에 포함되는 알켄의 C-H의 변각(變角) 진동에 유래하는 흡수 계수가 파장 10㎛당에 나타난다.
이 영향으로, 두께 10㎛의 복사율의 파장 평균은, 파장 8㎛부터 14㎛에 있어서 43%이고, 파장 평균 40% 이상이라는 규정 내에 들어간다. 도시한 바와 같이, 막 두께가 두꺼워지면 대기의 창 영역에서의 복사율은 증대한다.
수지 재료층(J)의 대기의 창의 열복사는 수지 재료의 표면 근방에서 발생한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 염화비닐 수지의 경우에는 100㎛보다 두껍게 되어도 대기의 창 영역에서의 열복사의 증대는 거의 없어진다. 즉, 염화비닐 수지의 경우, 대기의 창에서의 열복사는 표면으로부터 깊이 약 100㎛ 이내의 부분에서 발생하고 있고, 보다 깊은 부분의 복사는 밖으로 나오지 않는다.
이상과 같이, 수지 재료 표면으로부터 발생하는 대기의 창 영역의 열복사는, 표면으로부터의 깊이가 대략 100㎛ 이내의 부분에서 발생하고 있고, 그 이상으로 수지의 두께가 증가해 가면, 열복사에 기여하지 않는 수지 재료에 의해, 방사 냉각 장치(CP)의 방사 냉각한 냉열이 단열된다.
이상적으로 태양광을 완전히 흡수하지 않는 수지 재료층(J)을 광반사층(B) 위에 제작하는 것을 고려한다. 이 경우, 태양광은 방사 냉각 장치(CP)의 광반사층(B)에서만 흡수된다.
수지 재료의 열전도율은 한결같이 0.2W/m/K 정도이며, 이 열전도성을 고려하여 계산하면, 수지 재료층(J)의 두께가 20㎜를 넘으면, 냉각면(광반사층(B)에서의 수지 재료층(J)의 존재측과는 반대측의 면)의 온도가 상승한다.
태양광을 전혀 흡수하지 않는 이상적인 수지 재료가 존재했다고 해도, 수지 재료의 열전도율은 한결같이 0.2W/m/K 정도이므로, 20㎜를 넘으면 광반사층(B)이 일사를 받아서 가열되어 버리고, 광반사층측에 설치된 냉각 대상물(E)은 가열된다. 즉, 방사 냉각 장치(CP)의 수지 재료의 두께는 20㎜ 이하로 할 필요가 있다.
[수지 재료층의 두께에 대하여]
방사 냉각 장치(CP)의 실용의 관점에서는, 수지 재료층(J)의 두께는 얇은 쪽이 바람직하다. 수지 재료의 열전도율은, 금속이나 유리 등보다 일반적으로 낮다. 냉각 대상물(E)을 효과적으로 냉각하기에는, 수지 재료층(J)의 막 두께는 필요 최저한인 것이 바람직하다. 수지 재료층(J)의 막 두께를 두껍게 할수록 대기의 창의 열복사는 커지고, 어떤 막 두께를 넘으면 대기의 창에서의 열복사 에너지는 포화된다.
포화하는 막 두께는 수지 재료에도 좌우되지만, 탄소-염소 결합을 포함하는 수지의 경우, 두께가 100㎛라도 포화되고 있고, 두께 50㎛라도 대기의 창 영역에 있어서 충분한 열복사가 얻어진다. 수지 재료의 두께가 얇은 쪽이, 열관류율(熱貫流率)이 높아지고 피냉각물의 온도를 보다 효과적으로 내릴 수 있으므로, 탄소-염소 결합을 포함하는 수지의 경우, 50㎛ 이하의 두께로 하면 단열성이 작아져 냉각 대상물(E)를 효과적으로 냉각할 수 있다. 탄소-염소 결합의 경우에는, 100㎛ 이하의 두께라면, 냉각 대상물(E)를 효과적으로 냉각할 수 있다.
얇게 하는 효용은 단열성을 낮추어 냉열을 전하기 쉽게 하는 것 이외에도 있다. 그것은, 탄소-염소 결합을 포함하는 수지가 보이는, 근적외 영역에서의 CH, CH2, CH3 유래의 근적외 영역의 광흡수의 억제이다. 얇게 하면, 이들에 의한 태양광 흡수를 작게 할 수 있으므로, 방사 냉각 장치(CP)의 냉각 능력이 높아지게 된다.
이상의 관점에서, 탄소-염소 결합을 포함하는 수지인 염화비닐계 수지의 경우, 50㎛ 이하의 두께로 하면 보다 효과적으로 일조 하에 있어서 방사 냉각 효과를 낼 수 있다.
[광반사층의 상세]
광반사층(B)에 전술한 반사율 특성을 갖게 하기 위해서는, 방사면(H)의 존재측(수지 재료층(J)의 존재측)의 반사 재료는 은 또는 은 합금일 필요가 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 은을 베이스로 하여 광반사층(B)을 구성하면, 광반사층(B)에 요구되는 반사율이 얻어진다.
은 또는 은 합금만으로 태양광을 상기의 반사율 특성을 갖게 한 상태에서 반사하는 경우, 두께가 50㎚ 이상 필요하다.
다만, 광반사층(B)에 유연성을 구비시키기 위해서는, 두께를 100㎛ 이하로 할 필요가 있다. 이 이상 두꺼우면 구부리기 어려워진다.
덧붙이면, 「은 합금」으로서는, 은에 구리, 팔라듐, 금, 아연, 주석, 마그네슘, 니켈, 티탄 중 어느 하나를, 예를 들면 0.4 질량%에서 4.5 질량% 정도 첨가한 합금을 사용할 수 있다. 구체예로서는, 은에 구리와 팔라듐을 첨가하여 작성한 은 합금인 「APC-TR(후루야 긴조쿠 제조)」을 사용할 수 있다.
광반사층(B)에 전술한 반사율 특성을 갖게 하기 위해서는, 보호층(D)에 인접하여 위치하는 은 또는 은 합금과 보호층(D)으로부터 떨어진 측에 위치하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 적층시킨 구조로 해도 된다. 그리고, 이 경우에도, 방사면(H)의 존재측(수지 재료층(J)의 존재측)의 반사 재료는 은 또는 은 합금일 필요가 있다.
은(은 합금)과 알루미늄(알루미늄 합금)의 2층으로 구성하는 경우, 은의 두께는 10㎚ 이상 필요하며, 알루미늄의 두께는 30㎚ 이상 필요하다.
다만, 광반사층(B)에 유연성을 구비시키기 위해서는, 은의 두께와 알루미늄의 두께의 합계를 100㎛ 이하로 할 필요가 있다. 이 이상 두꺼우면 구부리기 어려워진다.
덧붙이면, 「알루미늄 합금」으로서는, 알루미늄에 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 기계 구조용 탄소강, 이트륨, 랜턴, 가돌리늄, 터븀을 첨가한 합금을 사용할 수 있다.
은 및 은 합금은 비나 습도에 약하여 이들로부터 보호를 할 필요가 있고, 또한, 그 변색을 억제할 필요가 있다. 이를 위해, 도 5 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 은이나 은 합금에 인접시키는 형태로, 은을 보호하는 보호층(D)이 필요하다.
보호층(D)의 상세한 내용은 후술한다.
[가소제의 상세]
수지 재료층(J)을 형성하는 염화비닐 수지에 혼입하는 가소제는, 프탈산 에스테르류, 지방족 이염기산 에스테르류 및 인산 에스테르류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물이다.
그리고, 가소제가, 염화비닐 수지의 100 중량부에 대하여, 1 중량부 이상 200 중량부 이하의 범위로 혼입되어 있다.
가공의 관점에서 가소제의 중량부는 100 중량부 이하가 바람직하다.
가소제로서의 지방족 이염기산 에스테르가 아디프산 에스테르류, 아디프산 에스테르 공중합체류, 아젤라산 에스테르류, 아젤라산 에스테르 공중합체류, 세바스산 에스테르류, 세바스산 에스테르 공중합체류, 숙신산 에스테르류 및 숙신산 에스테르 공중합체류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물로 구성되면 된다.
가소제로서의 지방족 이염기산 에스테르가 지방족 이염기산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것이면 된다.
가소제의 프탈산 에스테르가 프탈산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것이면 된다.
가소제로서의 인산 에스테르가 인산 트리에스테르, 또는, 방향족 인산 에스테르이면 된다.
<프탈산 에스테르류의 상세>
프탈산 에스테르류를 열거하면, 다음과 같다.
프탈산 디메틸(DMP), 프탈산 디에틸(DEP), 프탈산 디부틸(DPP), 프탈산 디-2-에틸헥실(DOP), 프탈산 디이소노닐(DINP), 프탈산 디이소데실(DIDP), 프탈산 디운데실(DUP), 프탈산 디트리데실(DTDP), 테레프탈산 비스(2-에틸헥실)(DOTP), 이소프탈산 비스(2-에틸헥실)(DOIP) 등.
<지방족 이염기산 에스테르류의 상세>
지방족 이염기산 에스테르류를 열거하면, 다음과 같다.
아디프산 디부틸(DBA), 아디프산 디이소부틸(DIBA), 아디프산 디-2-에틸헥실(DOA), 아디프산 디이소노닐(DINA), 아디프산 디이소데실(DIDA), 아젤라산 비스-2-에틸헥실(DOZ), 세바스산 디부틸(DBS), 세바스산 디-2-에틸헥실(DOS), 세바스산 디이소노닐(DINS), 숙신산 디에틸(DESU) 등.
또한, 아디프산 등의 2염기산과 디올(2관능 알코올, 혹은 글리콜)의 공중합(폴리에스테르화)에 의해 합성된 분자량 400∼4000의 지방족 폴리에스테르.
<인산 트리에스테르>
인산 트리에스테르를 열거하면, 다음과 같다.
트리메틸포스페이트(TMP), 트리에틸포스페이트(TEP), 트리부틸포스페이트(TBP), 트리스(2에틸헥실)포스페이트(TOP).
<방향족 인산 에스테르>
방향족 인산 에스테르를 열거하면, 다음과 같다.
트리페닐포스페이트(TPP), 트리크레실포스페이트(TCP), 트리크실레닐포스페이트(TXP), 크레실디페닐포스페이트(CDP), 2-에틸헥실디페닐포스페이트.
<적정한 가소제의 평가에 대하여>
염화비닐 수지용의 가소제에는, 프탈산 에스테르류, 지방족 이염기산 에스테르류, 인산 트리에스테르류, 방향족 인산 에스테르류, 트리멜리트산 에스테르류, 에폭시화 지방산 에스테르류가 있다. 이들 가소제류로부터 하기 화합물을 선정하고, 염화비닐 100 중량부에 대하여 각종 가소제를 43 중량부 혼합하여, 크세논 내후성 시험(weather test)에 의해 평가했다.
그리고, 염화비닐 수지에는, 트리아진계의 자외선 흡수제와 힌더드 아민계의 광안정제를 염화비닐 100 중량부당 각각 0.5중량부씩 혼련했다.
프탈산 에스테르의 대표로서, 프탈산 디-2-에틸헥실(DOP), 프탈산 디이소데실(DIDP).
지방족 이염기산 에스테르의 대표로서, 아디프산 디-2-에틸헥실(DOA), 아디프산 부탄디올 공중합체(평균 분자량 1000 정도), 아디프산 디이소노닐(DINA).
인산 트리에스테르의 대표로서, 트리부틸포스페이트(TBP).
방향족 인산 에스테르의 대표로서, 트리크레실포스페이트(TCP).
트리멜리트산 에스테르의 대표로서, 트리멜리트산 트리-2-에틸헥실(TOTM).
에폭시화 지방산 에스테르의 대표로서, 에폭시화 대두유.
내구 시험은 크세논 내후성 시험을 1920시간(실제 폭로 4년에 상당) 실시한 결과를 가지고 내구성의 우열 판단을 행했다. 그리고, 자외선 환산으로 487시간이 1년에 상당한다.
크세논 내후성 시험의 조건은 다음과 같다.
자외선 강도 180W/㎡(파장 295-400㎚).
<살수없음 조건> BPT 89℃, 습도 50%, 1시간 42분.
<살수있음 조건> 조내(槽內) 온도 38℃, 습도 90%, 18분.
1920시간의 시험 결과를 도 14에 나타낸다. 덧붙이면, 본 실시형태에서는 염화비닐 수지로 실험하고 있지만, 염화비닐리덴 수지라도 마찬가지다.
상기 실험의 결과, 트리멜리트산 에스테르(TOTM), 및 에폭시화 지방산 에스테르(에폭시화 대두유)를 가소제로서 사용하면 내구성이 현저하게 낮아지는 것이 밝혀졌다. 그리고, 에폭시화 지방산은 1120시간에서 갈색 변색하여 시험 계속할 수 없게 되었으므로, 동 도면에 기재하고 있지 않다.
이에 대하여, 프탈산 에스테르계, 지방족 이염기산 에스테르계, 인산 트리에스테르계, 방향족 인산 에스테르계를 사용하면, 4년 정도 내구하는 것을 알 수 있었다. 즉, 염화비닐 수지에 혼입하는 가소제로서, 프탈산 에스테르계, 지방족 이염기산 에스테르계, 인산 트리에스테르계, 방향족 인산 에스테르계를 사용하면, 4년 정도 경과해도, 방사 냉각 장치(CP)의 반사율은 저하되지 않지만, 염화비닐계 수지에 혼입하는 가소제로서, 트리멜리트산 에스테르계, 에폭시화 지방산 에스테르를 사용하면, 방사 냉각 장치(CP)의 반사율이 4년 정도 경과하기 전부터, 크게 저하되는 것을 알 수 있었다.
이상의 시험 결과로부터, 염화비닐계 수지의 가소제로서는, 프탈산 에스테르류, 지방족 이염기산 에스테르류, 인산 트리에스테르류, 방향족 인산 에스테르류의 내구가 우수하고, 트리멜리트산 에스테르, 에폭시화 지방산 에스테르는 내구성이 없는 것을 알 수 있다.
그리고, 이 이유에 대해서는, 후술하는 바와 같이 고찰한다.
[기타의 첨가제에 대하여]
수지 재료층(J)을 형성하는 염화비닐 수지에 난연제, 안정제, 안정화 조제, 충전제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 광안정제가 들어 있어도 된다.
<난연제>
난연제로서는, 수산화알루미늄, 삼산화안티몬, 수산화마그네슘, 붕산아연 등의 무기계 화합물, 크레실디페닐포스페이트, 트리스클로로에틸포스페이트, 트리스클로로프로필포스페이트, 트리스디클로로프로필포스페이트 등의 인계 화합물, 염소화 파라핀 등의 할로겐계 화합물 등이 예시된다. 또한, 염화비닐 수지 100 중량부에 대한 난연제의 배합량은 0.1∼20 중량부 정도이다.
<안정제>
안정제로서는, 스테아르산리튬, 스테아르산마그네슘, 라우르산마그네슘, 리시놀레산칼슘, 스테아르산칼슘, 라우르산바륨, 리시놀레산바륨, 스테아르산바륨, 옥틸산아연, 라우르산아연, 리시놀레산아연, 스테아르산아연 등의 금속 비누 화합물, 디메틸주석비스-2-에틸헥실티오글리콜레이트, 디부틸주석말레에이트, 디부틸주석비스부틸말레에이트, 디부틸주석디라우레이트 등의 유기 주석계 화합물, 안티몬메르캅타이드 화합물 등이 예시된다. 또한, 염화비닐 수지 100 중량부에 대한 안정제의 배합량은 0.1∼20 중량부 정도이다.
<안정화 조제>
안정화 조제로서는, 트리페닐포스파이트, 모노옥틸디페닐포스파이트, 트리데실포스파이트 등의 포스파이트계 화합물, 아세틸아세톤, 벤조일아세톤 등의 베타 디케톤 화합물, 글리세린, 소르비톨, 펜타에리트리톨, 폴리에틸렌글리콜 등의 폴리올 화합물, 과염소산바륨염, 과염소산나트륨염 등의 과염소산염 화합물, 하이드로탈사이트 화합물, 제올라이트 등이 예시된다. 또한, 염화비닐 수지 100 중량부에 대한 안정화 조제의 배합량은 0.1∼20 중량부 정도이다.
<충전제>
충전제로서는, 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 클레이, 탈크, 규조토, 페라이트 등의 금속 산화물, 유리, 탄소, 금속 등의 섬유 및 분말, 유리구체(glass spheres), 그래파이트, 수산화알루미늄, 황산바륨, 산화마그네슘, 탄산마그네슘, 규산마그네슘, 규산칼슘 등이 예시된다. 또한, 염화비닐 수지 100 중량부에 대한 충전제의 배합량은 1∼20 중량부 정도이다.
<산화 방지제>
산화 방지제로서는, 2,6-디-tert-부틸페놀, 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-tert-부틸-4-하이드록시페놀)프로피오네이트]메탄, 2-하이드록시-4-메톡시벤조페논 등의페놀계 화합물, 알킬디설파이드, 티오디프로피온산 에스테르, 벤조티아졸 등의 유황계 화합물, 트리스노닐페닐포스파이트, 디페닐이소데실포스파이트, 트리페닐포스파이트, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트 등의 인산계 화합물, 디알킬디티오인산아연, 디아릴디티오인산아연 등의 유기 금속계 화합물 등이 예시된다. 또한, 염화비닐 수지 100 중량부에 대한 산화 방지제의 배합량은 0.2∼20 중량부 정도이다.
<자외선 흡수제>
자외선 흡수제로서는, 페닐살리실레이트, p-tert-부틸페닐살리실레이트 등의 살리실레이트계 화합물, 2-하이드록시-4-n-옥톡시벤조페논, 2-하이드록시-4-n-메톡시벤조페논 등의 벤조페논계 화합물, 5-메틸-1H-벤조트리아졸, 1-디옥틸아미노메틸벤조트리아졸 등의 벤조트리아졸계 화합물 외에, 시아노아크릴레이트계 화합물, 트리아진계 화합물 등이 예시된다. 또한, 염화비닐 수지 100 중량부에 대한 자외선 흡수제의 배합량은 0.1∼10 중량부 정도이다.
<광안정제>
광안정제로서는, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트 및 메틸-1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜세바케이트(혼합물), 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)[[3,5-비스(1,1- 디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]메틸]부틸말로네이트, 데칸이산 비스(2,2,6,6-테트라메틸-1(옥틸옥시)-4-피페리딜)에스테르 및 1,1-디메틸에틸하이드로퍼옥사이드와 옥탄의 반응 생성물, 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀과 고급 지방산의 에스테르 혼합물, 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-1,2,3,4-부탄테트라카르복실레이트, 테트라키스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)-1,2,3,4-부탄테트라카르복실레이트, 숙신산디메틸과 4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리딘 에탄올의 중축합물, 폴리[{(6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸])아미노-1,3,5-트리아진-2,4-디일){(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노}헥사메틸렌{(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노}}, 디부틸아민·1,3,5-트리아진·N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜-1,6-헥사메틸렌디아민과 N-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)부틸아민의 중축합물, N,N',N'',N'''-테트라키스-(4,6-비스-(부틸-(N-메틸-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-4-일)아미노)-트리아진-2-일)-4,7-디아자데칸-1,10-디아민 등의 힌더드 아민계가 예시된다. 또한, 염화비닐계 수지 100 중량부에 대한 광안정제의 배합량은 0.1∼10 중량부 정도이다.
[방사 냉각 장치의 구체적 구성]
본 발명의 방사 냉각 장치(CP)는, 도 5 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 필름 구조로 할 수 있다. 수지 재료층(J) 및 보호층(D)을 형성하는 수지 재료는 유연하므로, 광반사층(B)을 박막으로 하면, 광반사층(B)에도 유연성을 구비시킬 수 있고, 그 결과, 방사 냉각 장치(CP)를, 유연성을 구비하는 필름(방사 냉각 필름)으로 할 수 있다.
필름형의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)는 풀칠하여, 차의 외주, 창고나 건물의 외벽, 헬멧의 외주에 랩핑하는 것에 의해, 방사 냉각을 발휘시키는 등, 이미 설치된 물체에 나중에 장착하여, 용이하게 방사 냉각 능력을 발휘시킬 수 있다.
필름형의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)를 장착하는 대상으로서는, 각종 텐트류의 외면, 전기기기 등을 수납하는 박스의 외면, 물품 반송용(搬送用) 컨테이너의 외면, 우유를 저류(貯留)하는 우유 탱크의 외면, 우유 탱크로리의 우유 저류부의 외면 등, 냉각이 필요한 여러가지의 것을 대상으로 할 수 있다.
방사 냉각 장치(CP)를 필름형으로 제작하는 데에는, 각종 형태가 고려된다. 예를 들면, 필름형으로 제작된 광반사층(B)에 보호층(D) 및 수지 재료층(J)을 도포하여 만드는 것이 고려된다. 혹은, 필름형으로 제작된 광반사층(B)에 보호층(D) 및 수지 재료층(J)을 첩부하여 만드는 것이 고려된다. 혹은, 필름형으로 제작된 수지 재료층(J) 위에, 보호층(D)을 도포 혹은 첩부하여 작성하고, 보호층(D) 위에, 증착·스퍼터링·이온 플레이팅·은거울 반응 등에 의해 광반사층(B)을 제작하는 것이 고려된다.
구체적으로 설명하면, 도 5의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)는, 광반사층(B)을 은 또는 은 합금의 1층으로서 형성하는 경우나, 은(은 합금)과 알루미늄(알루미늄 합금)의 2층으로 구성하는 경우에 있어서, 해당 광반사층(B)의 상측에 보호층(D)을 형성하고, 보호층(D)의 상부에 수지 재료층(J)을 형성한 것이다. 그리고, 광반사층(B)의 하측에도, 하측 보호층(Ds)을 형성한다.
도 5의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)의 작성 방법으로서는, 필름형의 수지 재료층(J) 위에, 보호층(D), 광반사층(B), 하측 보호층(Ds)을 순차 도포하여, 일체적으로 성형하는 방법을 채용할 수 있다.
도 6의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)은, 광반사층(B)을, 알루미늄(알루미늄 합금)로서 기능하는 알루미늄박으로 형성된 알루미늄층(B1)과, 은 또는 은 합금으로 이루어지는 은층(B2)으로 구성하고, 해당 광반사층(B)의 상측에 보호층(D)을 형성하고, 보호층(D)의 상부에 수지 재료층(J)을 형성한 것이다.
도 6의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)의 작성 방법으로서는, 알루미늄 박으로 구성되는 알루미늄층(B1) 위에, 은층(B2), 보호층(D), 수지 재료층(J)을 순차 도포하여, 일체적으로 성형하는 방법을 채용할 수 있다.
그리고, 다른 작성 방법으로서, 수지 재료층(J)을 필름형으로 형성하여, 해당 필름형의 수지 재료층(J) 위에, 보호층(D), 은층(B2)을 순차 도포하고, 알루미늄층(B1)을 은층(B2)에 첩부하는 방법을 채용할 수 있다.
도 7의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)은, 광반사층(B)을, 은 또는 은 합금의 1층으로서 형성하는 경우나, 은(은 합금)과 알루미늄(알루미늄 합금)의 2층으로 구성하는 경우에 있어서, 해당 광반사층(B)의 상측에 보호층(D)을 형성하고, 보호층(D)의 상부에 수지 재료층(J)을 형성하고, 광반사층(B)의 하측에, PET 등의 필름층(F)을 형성한 것이다.
도 7의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)의 작성 방법으로서는, PET(에틸렌테레프탈레이트 수지) 등에 의해 필름형으로 형성된 필름층(F)(기재(基材)에 상당) 위에, 광반사층(B), 보호층(D)을 순차 도포하여, 일체적으로 성형하고, 보호층(D)에 대하여, 별도 형성한 필름형의 수지 재료층(J)을 접착제층(N)(접합층의 일례)으로 접합(접착)하는 방법을 채용할 수 있다.
접착제층(N)에 사용하는 접착제(점착제)는, 예를 들면 우레탄계 접착제(점착제), 아크릴계 접착제(점착제), EVA(에틸렌아세트산비닐)계 접착제(점착제) 등이 있고, 태양광에 대하여 높은 투명성을 가지는 것이 바람직하다.
도 8의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)는 광반사층(B)을, 알루미늄(알루미늄 합금)으로서 기능하는 알루미늄층(B1)과, 은 또는 은 합금(대체 은)으로 이루어지는 은층(B2)으로 구성하고, 알루미늄층(B1)을, PET(에틸렌테레프탈레이트 수지) 등에 의해 필름형으로 형성된 필름층(F)(기재에 상당)의 상부에 형성하고, 은층(B2)의 상측에 보호층(D)을 형성하고, 보호층(D)의 상측에 수지 재료층(J)을 형성한 것이다.
도 8의 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)의 작성 방법으로서는, 필름층(F) 위에, 알루미늄층(B1)을 도포하여, 필름층(F)과 알루미늄층(B1)을 일체적으로 성형하고, 별도로 필름형의 수지 재료층(J) 위에 보호층(D), 은층(B2)을 도포하여, 수지 재료층(J), 보호층(D), 은층(B2)을 일체 형성하고, 알루미늄층(B1)과 은층(B2)을 접착제층(N)에 의해 접착하는 방법을 채용할 수 있다.
접착제층(N)에 사용하는 접착제(점착제)는, 예를 들면 우레탄계 접착제(점착제), 아크릴계 접착제(점착제), EVA(에틸렌아세트산비닐)계 접착제(점착제) 등이 있고, 태양광에 대하여 높은 투명성을 가지는 것이 바람직하다.
[보호층의 상세]
보호층(D)은, 두께가 300㎚ 이상 40㎛ 이하인 폴리올레핀계 수지, 또는, 두께가 17㎛ 이상 40㎛ 이하인 폴리에틸렌테레프탈레이트다.
폴리올레핀계 수지로서는, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 있다.
도 2에, 폴리에틸렌, 염화비닐리덴 수지, 에틸렌테레프탈레이트 수지, 염화비닐 수지의 자외선의 흡수율을 나타낸다.
또한, 도 9에, 보호층(D)을 형성하는 합성 수지로서 바람직한 폴리에틸렌의 광투과율을 나타낸다.
방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)는 야간뿐만 아니라, 일사 환경 하에서도 방사 냉각 작용을 발휘하는 것이므로, 광반사층(B)이 광반사 기능을 발휘하는 상태를 유지하기 위해서는, 보호층(D)에 의해 광반사층(B)을 보호하는 것에 의해, 일사 환경 하에서 광반사층(B)의 은이 변색되지 않도록 할 필요가 있다.
보호층(D)이, 폴리올레핀계 수지에 의해 두께가 300㎚ 이상 40㎛ 이하인 형태로 형성되는 경우에는, 폴리올레핀계 수지는, 파장 0.3㎛부터 0.4㎛의 자외선의 파장 영역의 전역에 있어서 자외선의 광흡수율이 10% 이하인 합성 수지이므로, 보호층(D)이 자외선의 흡수에 의해 열화되기 어려운 것으로 된다.
그리고, 보호층(D)을 형성하는 폴리올레핀계 수지의 두께가 300㎚ 이상이므로, 수지 재료층(J)에서 발생한 라디칼이 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것을 차단하고, 또한 수지 재료층(J)을 투과하는 수분이 광반사층(B)을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것을 차단하는 등의 차단 기능을 양호하게 발휘하는 것에 의해, 광반사층(B)을 형성하는 은 또는 은 합금의 변색을 억제할 수 있게 된다.
덧붙이면, 폴리올레핀계 수지로 형성되는 보호층(D)은 자외선의 흡수에 의해, 광반사층(B)으로부터 멀어지는 표면측에 라디칼을 형성하면서 열화되게 되지만, 두께가 300㎚ 이상이므로, 형성한 라디칼이 광반사층에 도달하는 일은 없고, 또한, 라디칼을 형성하면서 열화된다고 해도, 자외선의 흡수가 낮은 것에 의해 열화의 진행 상태는 느린 것이므로, 전술한 차단 기능을 장기에 걸쳐 발휘하게 된다.
보호층(D)이, 에틸렌테레프탈레이트 수지에 의해 두께가 17㎛ 이상 40㎛ 이하인 형태로 형성되는 경우에는, 에틸렌테레프탈레이트 수지는 폴리올레핀계 수지보다도, 파장 0.3㎛부터 0.4㎛의 자외선의 파장 영역에 있어서 자외선의 광흡수율이 높은 합성 수지이지만, 두께가 17㎛ 이상이므로, 수지 재료층(J)에서 발생한 라디칼이 광반사층(B)을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것을 차단하고, 또한, 수지 재료층(J)을 투과하는 수분이 광반사층을 형성하는 은 또는 은 합금에 도달하는 것을 차단하는 등의 차단 기능을 장기에 걸쳐 양호하게 발휘하는 것에 의해, 광반사층(B)을 형성하는 은 또는 은 합금의 변색을 억제할 수 있게 된다.
즉, 에틸렌테레프탈레이트 수지로 형성되는 보호층은 자외선의 흡수에 의해, 광반사층(B)으로부터 멀어지는 표면측에 라디칼을 형성하면서 열화되게 되지만, 두께가 17㎛ 이상이므로, 형성한 라디칼이 반사층에 도달하는 일은 없고, 또한, 라디칼을 형성하면서 열화된다고 해도, 두께가 17㎛ 이상이므로, 전술한 차단 기능을 장기에 걸쳐 발휘하게 된다.
설명을 추가하면, 에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)의 열화는 자외선에 의해 에틸렌글리콜과 테레프탈산의 에스테르 결합이 개열(開裂)하고 라디칼이 형성되는 것에 기인한다. 이 열화는, 에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)에서의 자외선이 조사되는 면의 표면으로부터 순서대로 진행한다.
예를 들면, 오사카에서의 강도의 자외선이 에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)에 조사되면, 1일당, 조사되는 면으로부터 순서대로 약 9㎚의 에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)의 에스테르 결합이 개열하여 간다. 에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)는 충분히 중첩되어 있으므로, 개열한 표면의 에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)가 광반사층(B)의 은(은 합금)을 공격하는 일은 없지만, 에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)의 개열 단(端)이 광반사층(B)의 은(은 합금)까지 도달하면, 은(은 합금)이 변색된다.
따라서, 옥외에서 사용할 때, 보호층(D)을 1년 이상 내구시키기 위해서는, 9㎚/일과 365일을 적산하여, 약 3㎛의 두께가 필요하게 된다. 보호층(D)의 에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)를 3년 이상 내구시키기 위해서는, 두께가 10㎛ 이상 필요하다. 5년 이상 내구시키기 위해서는, 두께가 17㎛ 이상 필요하다.
그리고, 폴리올레핀계 수지 및 에틸렌테레프탈레이트 수지로 보호층(D)을 형성하는 경우에 있어서, 그 두께의 상한을 정하는 이유는, 보호층(D)이 방사 냉각에 기여하지 않는 단열성을 나타내는 것을 회피하기 위해서다. 즉, 보호층(D)은, 두께가 두꺼워질수록 방사 냉각에 기여하지 않는 단열성을 나타내게 되므로, 광반사층(B)을 보호하는 기능을 발휘시키면서도, 방사 냉각에 기여하지 않는 단열성을 나타내는 것을 회피하기 위하여, 두께의 상한이 정해지게 된다.
그런데, 도 7에 나타낸 바와 같이, 수지 재료층(J)과 보호층(D) 사이에 접착제층(N)이 위치하는 경우에는, 접착제층(N)으로부터도 라디칼이 발생하게 되지만, 보호층(D)을 형성하는 폴리올레핀계 수지의 두께가 300㎚ 이상이고, 보호층(D)을 형성하는 에틸렌테레프탈레이트 수지의 두께가 17㎛ 이상이면, 접착제층(N)에서 발생한 라디칼이 광반사층(B)에 도달하는 것을 장기에 걸쳐 억제할 수 있다.
덧붙이면, 전술한 바와 같이, 보호층(D)이 두꺼워지면, 광반사층(B)의 은(은 합금)의 착색을 방지하는 데에 있어서의 결점은 생기지 않지만, 방사 냉각하는 데에 있어서의 문제가 발생한다. 즉, 두껍게 하면 방사 냉각 재료의 단열성을 높이게 된다.
예를 들면, 보호층(D)을 형성하는 합성 수지로서 우수한 주성분이 폴리에틸렌의 수지는 도 13에 나타낸 바와 같이, 대기의 창에서의 복사율이 작으므로, 두껍게 형성해도 방사 냉각에 기여하지 않는다. 그뿐 아니라, 두껍게 하면 방사 냉각 재료의 단열성을 올리게 된다. 다음으로, 두꺼워지면 주쇄의 진동에 유래하는 근적외 영역의 흡수가 증가하고, 태양광 흡수가 늘어나는 효과가 증가한다.
이들 요인에 의해, 보호층(D)이 두꺼운 것은 방사 냉각에 있어서 불리하다. 이와 같은 관점에서, 폴리올레핀계 수지로 형성되는 보호층(D)의 두께는 5㎛ 이하인 것이 바람직하고, 또한 1㎛ 이하인 것이 한층 더 바람직하다.
[보호층의 고찰]
보호층(D)에 의한 은의 착색이 되는 방법의 차이를 검토하기 위하여, 도 10에 나타낸 바와 같은, 적외 방사층(A)로서의 수지 재료층(J)을 구비하지 않는 보호층(D)을 노출시킨 샘플을 제작하고, 모의 태양광이 조사된 후의 은의 착색을 조사했다.
즉, 보호층(D)으로서, 자외선을 흡수하는 일반적인 아크릴계 수지(예를 들면, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제가 혼입하는 메타크릴산메틸 수지)와 폴리에틸렌의 2종류를 바 코터에 의해, 광반사층(B)으로서 은을 구비하는 필름층(F)(기재에 상히) 위에 도포한 샘플을 형성하고, 보호층(D)으로서의 기능을 검토했다. 도포한 보호층(D)의 두께는 각각 10㎛와 1㎛이다.
그리고, 필름층(F)(기재에 상당)은 PET(에틸렌테레프탈레이트 수지) 등에 의해 필름형으로 형성된 것이다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 보호층(D)이 자외선을 잘 흡수하는 아크릴계 수지인 경우, 보호층(D)이 자외선으로 분해되어 라디칼을 형성하고, 즉시 은이 황화하여, 방사 냉각 장치(CP)로서 기능하지 않게 된다(태양광을 흡수하고, 일반의 재료와 같이로 일사가 닿으면 온도 상승함).
그리고, 도면 중의 600h의 선은, JIS 규격 5600-7-7의 조건에서 크세논 내후성 시험(자외광 에너지는 60W/㎡)을 600h(시간) 행한 후의 반사율 스펙트럼이다. 또한, 0h의 선은 크세논 내후성 시험을 행하기 전의 반사율 스펙트럼이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 보호층(D)이 자외선의 광흡수율이 낮은 폴리에틸렌인 경우에는, 근적외 영역으로부터 가시역에서의 반사율의 저하가 보여지지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 주성분이 폴리에틸렌인 수지(폴리올레핀계 수지)는, 지상에 전해지는 태양광이 가지는 자외선을 거의 흡수하기 때문에, 태양광이 닿아도 라디칼을 형성하기 어려우므로, 일사가 닿아도, 광반사층(B)으로서의 은의 착색이 발생하지 않는다.
그리고, 도면 중의 600h의 선은, JIS 규격 5600-7-7의 조건에서 크세논 내후성 시험(자외광 에너지는 60W/㎡)을 600h(시간) 행한 후의 반사율 스펙트럼이다. 또한, 0h의 선은 크세논 내후성 시험을 행하기 전의 반사율 스펙트럼이다.
그리고, 이 파장 대역의 반사율 스펙트럼이 물결치는 이유는, 폴리에틸렌층의 패브리-페로 공진이다. 크세논 내후성 시험의 열 등에 의해 폴리에틸렌층의 두께가 변화한 것에 의한 원인으로, 이 공진 위치가 0h인 선과 600h인 선에서 다소 변화되고 있는 것을 알 수 있지만, 은의 황화에 유래하는 자외-가시역에서의 큰 반사율의 저하는 관측되지 않는다.
그리고, 불소 수지계도 자외선 흡수의 관점에서는 보호층(D)을 형성하는 재료에 적용할 수 있지만, 실제로 보호층(D)으로서 형성하면, 형성 단계에서 착색되고, 열화되므로, 보호층(D)을 형성하는 재료로서는 사용할 수 없다.
또한, 실리콘도 자외선 흡수의 관점에서는 보호층(D)을 형성하는 재료에 적용할 수 있지만, 은(은 합금)과의 밀착성이 지극히 불량하여, 보호층(D)을 형성하는 재료로서는 사용할 수 없다.
[가소제의 고찰]
이하, 염화비닐계 수지에 혼입하는 가소제에 대하여 고찰한다.
(염화비닐계 수지의 열화에 대하여)
염화비닐계 수지(필름)의 태양광에 의한 열화는, 가소제의 자외선에 의한 열화가 크게 관여하고 있다.
통상 옥외에서 장기 사용되는 염화비닐계 수지(가소제가 혼입되어 있음)는 착색이나 첨가제에 의해 태양광에 포함되는 자외선으로부터 보호되고 있다. 예를 들면, 검정 등의 색으로 착색되고, 자외선의 영향을 받기 어려운 상태로 되어 있는경우가 많다. 한편, 방사 냉각 장치(CP)의 경우, 방사 냉각 성능을 얻기 위해 태양광의 흡수를 최소한으로 억제할 필요가 있다. 그러므로 가소제를 보호하기 위한 첨가물이나 염료·안료를 충분히 넣을 수 없다.
방사 냉각 장치(CP)는 예를 들면 도 7에 예시하는 것 같이, 염화비닐 수지로 형성되는 수지 재료층(J) 아래에 접착제층(N)(접합층), 보호층(D)이 있고, 그 아래로 은을 구비한 광반사층(B)이 있다. 이 광반사층(B)의 영향으로 수지 재료층(J)은 태양광의 영향을 더욱 받기 쉬워진다. 즉, 방사 냉각 장치(CP)에 한번 입사한 태양광은 광반사층(B)에서 반사되는 것에 의해, 수지 재료층(J)을 2번 투과한다. 즉, 태양광의 열화에 대한 영향이 통상의 약 2배가 된다.
또한, 은을 구비한 광반사층(B) 위에 형성된 수지 재료층(J)과, 은과 비교하면 반사율이 낮은 알루미늄이나 철, 세라믹스 상에 형성된 수지 재료층(J)을 비교하면, 은을 구비한 광반사층(B) 위에 형성된 수지 재료층(J)을 구비하는 방사 냉각 장치(CP)는 태양광의 영향을 보다 많이 받게 된다.
이러한 점은, 은을 구비한 광반사층(B) 위에 수지 재료층(J)을 구비하는 방사 냉각 장치(CP)의 염화비닐 수지는, 일반 용도의 염화비닐보다 태양광에 포함되는 자외선에 민감한 것을 시사하고 있다.
에스테르계 가소제의 자외선에 의한 열화는 주로 자외선 에너지를 가소제가 흡수함으로써 생긴다.
자외선 흡수는, 주로 가소제의 에스테르 결합의 결합에너지를 초과하는 전자 천이가 발생함으로써 생긴다. 자외선에 의한 활성 에너지의 부여와 물 분자에 의해, 염화비닐계 수지에 혼입된 가소제의 가수분해가 진행된다.
가소제의 결합이 끊기면, 끊어진 결합이 주위의 염화비닐계 수지를 공격하고, 탈염산 등이 발생하여 착색된다. 또한, 이에 의해 기계 강도도 저하된다.
염화비닐계 수지가 착색되면, 태양광을 방사 냉각 장치(CP)가 흡수하므로 일중에는 냉각할 수 없게 된다.
따라서, 도 14의 실험 결과에서 나타낸 바와 같이, 다른 용도에서는 직사광선에 노출되는 옥외 용도로 사용되는 가소제(트리멜리트산 에스테르, 에폭시화 지방산 에스테르)를, 방사 냉각 장치(CP)에서는 사용할 수 없고, 방사 냉각 장치(CP)의 가소제로서, 프탈산 에스테르류, 지방족 이염기산 에스테르류, 인산 트리에스테르류, 방향족 인산 에스테르류를 사용할 수 있다.
(자외선 흡수제의 수지 재료층의 보호성에 대하여)
실험에 이용한 방사 냉각 장치(CP)의 수지 재료층(J)을 형성하는 염화비닐 수지에는, 자외선 흡수제를 혼합하고 있고, 방사 냉각 장치(CP)의 제작 당초의 반사율이, 파장 295㎚ 이상 350㎚ 이하인 범위에서 10% 이하로 되도록 조정하고 있다(도 14 참조).
이 자외선 흡수제는, 수지 재료층(J) 아래에 있는 접착제층(N)(접합층), 보호층(D), 은을 구비한 광반사층(B)을 보호하는 위해 존재하고 있고, 수지 재료층(J)을 자외선으로부터 보호하는 효과는 한정적이다.
자외선 흡수제의 흡수율(A)은, 하기의 식(2)로 나타낼 수 있다.
A=1-exp(-αt) …(2) 그리고,α는 흡수 계수, t는 막 두께이다.
이 식으로부터, 광은 수지 재료층(J)(염화비닐층)을 이동함에 따라 서서히 수지 재료층(J)에 흡수되는 것을 알 수 있다. 즉, 특히, 수지 재료층(J)(염화비닐층)의 태양광 입사측은, 자외선 흡수제에 의한 자외선 보호 효과는 기대할 수 없다.
즉, 실험의 결과, 가소제를 트리멜리트산으로 한 경우에는, 방사 냉각 장치(CP)는, 태양광 조사면(방사면(H))으로부터 패이도록 하여 열화가 진행되는 것을 알 수 있었다.
(바람직한 가소제와 부적한 가소제에 관하여)
염화비닐계 수지에 혼입하는 바람직한 가소제는, 전술한 바와 같이 프탈산 에스테르, 지방족 이염기산 에스테르, 인산 트리에스테르, 방향족 인산 에스테르다.
지방족 이염기산 에스테르는, 지방족 이염기산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것이 바람직하고, 프탈산 에스테르는, 프탈산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것인 것이 바람직하다.
또한, 프탈산 에스테르, 지방족 이염기산 에스테르, 인산 트리에스테르의 각각에 대해서는, 에스테르의 탄화수소기가 알킬기인 것이 바람직하다.
부절적한 가소제는 전술한 바와 같이, 트리멜리트산 에스테르, 에폭시화 지방산 에스테르다.
또한, 프탈산 에스테르, 지방족 이염기산 에스테르, 인산 트리에스테르의 탄화수소기가, 불포화 탄화수소기인 가소제도 부절적하다. 즉, 프탈산 에스테르, 지방족 이염기산 에스테르, 인산 트리에스테르의 탄화수소기가 포화 탄화수소기인 것이 바람직하다.
즉, 탄화수소기가 불포화 탄화수소기이면, 그 불포화 결합이 착색의 원인으로 되어 태양광을 잘 흡수하고, 방사 냉각 특성을 낮춘다. 더불어, 그 불포화 결합이 태양광을 흡수하여 개열하고, 주변의 올리고머 및 염화비닐과의 반응을 진행시키고, 이에 의해, 방사 냉각 장치(CP)의 수지 재료층(J)이 취화, 착색된다.
요컨대, 가소제의 적절·부적절의 차이는, 가소제가 자외선을 흡수하기 쉬운지의 여부에 기인한다.
(프탈산 에스테르에 대하여)
우선은, 방향족 카르본산 에스테르인 프탈산 에스테르에 대하여, 트리멜리트산 에스테르와 비교한다. 프탈산 에스테르의 예로서는, DOP(프탈산 디-2-에틸헥실)이 있고, 트리멜리트산 에스테르의 예로서는, TOTM(트리멜리트산 트리-2-에틸헥실)이 있다.
자외선이 조사되는 옥외에서의 분해는 에스테르 결합의 가수분해에 의해 발생한다. 자외선이 그 반응의 활성화 에너지가 된다. 트리멜리트산 에스테르의 에스테르 결합의 결합에너지는 프탈산과 비교하여 약하다. 이 차이는 자외선 흡수의 차이에 나타난다.
하기의 식(3)은, 흡수 파장(λA)과 결합에너지(E)의 관계를 나타낸다.
λA=1240/E …(3)
이 식은, 결합에너지(E)가 작아지면, 결합의 전자이동을 활성화하는 자외선 흡수 파장이 장파로 이동하는 것을 나타내고 있다. 도 15에 그 일례를 나타낸다.
도 15 중에서, DEHP, DINCH가 프탈산 에스테르, TOTM이 트리멜리트산 에스테르다. 그리고, DEHP는 DOP와 동일하다.
지상의 태양광은 295㎚보다 장파에 존재하지만, TOTM은 295㎚보다 장파의 자외선을 잘 흡수한다. 이 흡수는 에스테르 결합에 유래하고 있고, 자외선이 주위의 물과 반응하는 가수분해의 활성화 에너지로 된다.
덧붙이면, 트리멜리트산 에스테르는 직사광선에 노출되는 연질 염화비닐제 전선 등에도 사용되는 가소제이지만, 동일한 옥외 용도라도 방사 냉각 장치(CP)의 수지 재료층(J)을 형성하는 염화비닐에 사용할 수는 없다. 일반적인 옥외 용도에 있어서, 염화비닐층은 검정 등의 색으로 충분히 착색되고, 자외선의 영향을 받기 어려운 상태로 되어 있는 경우가 많아, 자외선에 의한 열화는 생기기 어렵다.
한편, 방사 냉각 장치(CP)의 경우, 방사 냉각 성능을 얻기 위해 태양광의 흡수를 최소한으로 억제할 필요가 있고, 가소제를 보호하기 위한 첨가물이나 염료·안료를 충분히는 넣을 수 없다. 따라서, 다른 용도에서는 직사광선에 노출되는 옥외 용도로 사용되는 가소제가 본 용도로는 사용할 수 없는 것으로 된다.
트리멜리트산 에스테르류로서는, 트리멜리트산 트리-2-에틸헥실(TOTM), 트리멜리트산트리이소노닐(TINTM), 트리멜리트산트리이소데실(TIDTM) 등이 있지만, 모두 부적절하다.
도 16에, 다른 프탈산 에스테르로서, DOP(프탈산 디-2-에틸헥실), DBP(프탈산 디부틸)의 흡광도를 나타내지만, 295㎚보다 장파에 거의 흡수를 가지지 않는 것을 알 수 있다.
탄화수소기가 알킬기인 경우, 에스테르 결합의 강도는 카르본산의 종류에 크고 의존하고 있고, 카르본산의 종류가 동일하면 자외선 흡수는 동일한 경향을 나타낸다. 탄화수소기가 알킬기인 경우, 400㎚ 이하의 자외 영역의 가장 장파장측의 광흡수는 에스테르 결합의 결합에너지에 기인하고 있다.
탄화수소기가 알킬기의 프탈산 에스테르는, 지상의 태양광 스펙트럼에 존재하는 295㎚보다 장파의 자외 영역에 흡수를 가지고 있지 않고, 태양광의 자외 에너지로 가수분해가 진행되지 않는다.
한편, 탄화수소기가 알킬기인 트리멜리트산 에스테르는 태양광의 자외 에너지를 에스테르 결합이 흡수하고, 그 에너지로 가수분해가 진행된다. 가수분해에 의해 생성된 산 및 알코올은 자외선을 흡수하여 주변의 올리고머 및 염화비닐과의 반응을 진행시키고, 이에 의해, 방사 냉각 장치(CP)의 수지 재료층(J)이 취화, 착색된다.
즉, 가소제로서 사용되는 방향족 카르본산 에스테르에는, 프탈산 에스테르와 트리멜리트산 에스테르가 존재하지만, 프탈산 에스테르는 방사 냉각 소재로서 사용할 수 있지만 트리멜리트산 에스테르는 사용할 수 없다.
(지방족 이염기산 에스테르에 대하여)
탄화수소기가 알킬기인 경우, 에스테르 결합의 강도는 카르본산의 종류에 크고 의존하고 있고, 카르본산의 종류가 동일하면 자외선 흡수는 동일한 경향을 나타내는 것은 프탈산과 트리멜리트산의 부분에서 설명했다.
지방족 이염기산 에스테르의 지방족 이염기산이 아디프산, 아젤라산, 세바스산, 숙신산과 같이 포화 디카르본산이고, 게다가 에스테르가 이들 산과 포화 글루코오스의 에스테르 결합인 경우를 고려한다. 그리고, 포화 디카르본산과 포화 글루코오스의 공중합체도 포함한다.
이 경우, 자외 영역에 있어서 광학적으로 특징이 있는 관능기는 에스테르 결합만으로 되고, 이론상, 자외 영역(200㎚ 이상으로 400㎚ 이하)의 흡수 스펙트럼은 어느 쪽의 지방족 이염기산 에스테르도 동일해진다.
지방족 이염기산 에스테르의 대표예로서의, DOA(아디프산 디-2-에틸헥실)에 대하여 검토한다. 도 17에, 자외 영역에서의 DOA의 흡광도를 나타내지만, 295㎚보다 장파에 거의 흡수를 가지지 않은 전술한 DOP(프탈산 디-2-에틸헥실)보다도, 태양광 흡수율이 더 낮은 것을 알 수 있다.
도 14에 있어서, 프탈산 에스테르도 지방족 이염기산 에스테르도 크세논 내후성 시험으로 2000시간을 내구하고 있지만, 광학적으로는, DOA쪽이 내구성은 높다.
(인산 에스테르에 대하여)
인산 에스테르의 가소제에는, 인산 트리에스테르과, 방향족 인산 트리에스테르가 존재한다. 인산 에스테르의 결합에너지는 크고, 295㎚보다 장파의 자외선으로 가수분해되지 않는다. 따라서, 방사 냉각 장치(CP)의 가소제로서 우수하다. 그리고, 인산 에스테르로 하면, 난연성으로 된다.
인산 트리에스테르로서는, 전술한 바와 같이, 트리메틸포스페이트(TMP), 트리에틸포스페이트(TEP), 트리부틸포스페이트(TBP), 트리스(2에틸헥실)포스페이트(TOP)가 있다.
도 18에, 트리부틸포스페이트(TBP)의 흡광도를 나타내지만, 295㎚보다 장파의 자외선을 거의 흡수하지 않는 것을 알 수 있다.
방향족 인산 에스테르로서는, 전술한 바와 같이, 트리페닐포스페이트(TPP), 트리크레실포스페이트(TCP), 트리크실레닐포스페이트(TXP), 크레실디페닐포스페이트(CDP), 2-에틸헥실디페닐포스페이트가 있다.
도시는 생략하지만, 방향족 인산 에스테르는 295㎚보다 장파의 자외선을 거의 흡수하지 않는다.
(에폭시화 지방산 에스테르에 대하여)
에폭시화 지방산 에스테르는, 전술한 TOTM(트리멜리트산 에스테르)와 마찬가지로, 295㎚보다 장파의 자외선을 잘 흡수한다.
즉, 에폭시화 지방산 에스테르의 에폭시기는, 295㎚보다 장파의 자외선을 흡수하고 분해한다. 미생물에 의해서도 분해한다. 그러므로, 옥외 사용하는 관점에서 사용할 수 없다.
그리고, 에폭시화 지방산 에스테르류로서는, 에폭시화 대두유, 에폭시화 아마인유 등의 에폭시화 에스테르류가 있지만, 모두 방사 냉각 장치(CP)의 염화비닐계 수지에 혼입하는 가소제로서는 사용할 수 없다.
[방사 냉각 장치의 다른 구성]
도 19에 나타낸 바와 같이, 필름층(F)(기재에 상당)의 상부에 앵커층(G)을 구비하고, 상기 앵커층(G)의 상부에, 광반사층(B), 보호층(D), 적외 방사층(A)(가소제가 혼입된 염화비닐 수지의 수지 재료층(J))을 구비하는 형태로 구성해도 된다.
그리고, 필름층(F)(기재에 상당)은 예를 들면 PET(에틸렌테레프탈레이트 수지) 등에 의해 필름형으로 형성된 것이다.
앵커층은 필름층(F)과 광반사층(B)의 밀착을 강화하기 위해 도입되고 있다. 즉, 필름층(F)에 직접 은(Ag)을 제막하려고 하면, 간단히 박리가 생기게 된다. 앵커층(G)은 아크릴이나 폴리올레핀, 우레탄이 주성분이며, 이소시아네이트기를 가지는 화합물이나 멜라민 수지가 혼합되어 있는 것이 바람직하다. 태양광에 직접 닿지 않은 부분의 코팅이며, 자외선을 흡수하는 소재로서도 문제없다.
그리고, 필름층(F)과 광반사층(B)의 밀착을 강화하는 방법에는, 앵커층(G)을 넣는 것 이외의 방법도 있다. 예를 들면, 필름층(F)의 제막면에 플라즈마 조사하여 표면을 거칠게 하면 밀착성은 높아진다.
[적외 방사층의 다른 구성]
도 20에 나타낸 바와 같이, 적외 방사층(A)을 구성하는 수지 재료층(J)(가소제가 혼입된 염화비닐 수지)에, 무기 재료의 필러(V)를 혼입시켜, 광산란 구성을 구비하도록 해도 된다. 또한, 도 21에 나타낸 바와 같이, 적외 방사층(A)을 구성하는 수지 재료층(J)의 표리 양면을 요철형으로 형성하여, 광산란 구성을 구비시키도록 해도 된다.
이와 같이 구성하면, 방사면(H)을 봤을 때, 방사면(H)의 눈부심을 억제할 수 있는 것으로 된다.
즉, 상기한 수지 재료층(J)은 표리 양면이 평탄하고, 필러(V)가 혼입하지 않는 구성이지만, 이와 같은 구성의 경우에는, 방사면(H)이 경면형으로 되므로, 방사면(H)을 봤을 때, 눈부심을 느끼는 것으로 되지만, 광산란 구성을 구비시키면 이 눈부심을 억제할 수 있다.
또한, 수지 재료층(J)에 필러(V)를 혼입시킨 경우에 있어서, 보호층(D) 및 광반사층(B)이 존재하면, 필러(V)를 혼입시킨 수지 재료층(J)만의 경우나 광반사층(B)만의 경우보다, 광반사율이 향상된다.
필러(V)를 형성하는 무기 재료로서는, 이산화규소(SiO2), 산화티탄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 그리고, 수지 재료층(J)에 필러(V)를 혼입하면, 수지 재료층(J)의 표리 양면이 요철형으로 된다.
또한, 수지 재료층(J)의 표리 양면을 요철형으로 하는 데에는, 엠보스 가공이나 표면에 상처를 내는 가공 등을 행하는 것에 의해 행할 수 있다.
수지 재료층(J)의 이면이 요철형으로 되는 경우에는, 도 7에서 설명한 구성과 마찬가지로, 수지 재료층(J)과 보호층(D) 사이에 접착제층(N)(접합층)이 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 수지 재료층(J)의 이면이 요철형이라도, 수지 재료층(J)과 보호층(D) 사이에 접착제층(N)(접합층)이 위치하므로, 수지 재료층(J)과 보호층(D)을 적절하게 접합할 수 있다.
그리고, 수지 재료층(J)의 이면이 요철형으로 되는 경우에 있어서, 예를 들면, 플라즈마 접합에 의해, 수지 재료층(J)과 보호층(D)을 직접적으로 접합하도록 해도 된다. 그리고, 플라즈마 접합이란, 수지 재료층(J)의 접합면과 보호층(D)의 접합면에 플라즈마의 방사에 의해 라디칼을 형성하고, 그 라디칼에 의해 접합하는 형태이다.
덧붙이면, 보호층(D)에 필러(V)를 혼입하면, 보호층(D)의 광반사층(B)에 접하는 이면이 요철형으로 되고, 광반사층(B)의 표면을 요철형으로 변형시키는 원인이 되므로, 보호층(D)에 필러(V)를 혼입하는 것은 피할 필요가 있다. 즉, 광반사층(B)의 표면이 요철형으로 변형하면, 광반사를 적절하게 행할 수 없는 것으로 되고, 그 결과, 방사 냉각을 적절하게 행할 수 없는 것으로 된다.
이 점에 관한 실험 결과를 도 22에 기초하여 설명한다.
도 22에서의 「광확산층에 Ag층을 직접 형성」이란, 필러(V)를 혼입시키거나 또는 광반사층(B)인 Ag층측에 엠보스 가공의 요철이 있는 적외 방사층(A)(수지 재료층(J))의 표면에, 은(Ag)을 증착 등에 의해 성막하여 광반사층(B)을 형성하는 것을 의미하는 것이다.
또한, 「경면 Ag 위에 광확산층」이란, 광반사층(B)인 Ag층의 상면이 거울면형으로 형성되고, 해당 Ag층의 상부, 보호층(D), 및 필러(V)를 혼입시키거나 또는 엠보스 가공의 요철이 있는 적외 방사층(A)(수지 재료층(J))이 적층되어 있는 것을 의미하는 것이다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 「광확산층에 Ag층을 직접 형성」의 경우에는, 광반사층(B)의 표면이 요철형으로 되므로, 광반사율이 크게 저하되지만, 「경면 Ag위에 광확산층」의 경우에는, 광반사층(B)의 표면이 경면형으로 유지되고, 적절한 광반사율이 얻어진다.
[다른 실시형태]
이하, 다른 실시형태를 열기한다.
(1) 상기 실시형태에서는, 냉각 대상물(E)로서, 방사 냉각 장치(CP)(방사 냉각 필름)의 이면에 밀착되는 물체를 예시하였으나, 냉각 대상물(E)로서는, 냉각 대상 공간 등, 각종 냉각 대상을 적용할 수 있다.
(2) 상기 실시형태에서는, 수지 재료층(J)의 방사면(H)을 그대로 노출시키는 형태를 예시하였으나, 방사면(H)을 덮는 하드 코트(hard coat)를 형성하는 형태로 실시해도 된다.
하드 코트로서는, UV 경화 아크릴계, 열경화 아크릴계, UV 경화 실리콘계, 열경화 실리콘계, 유기-무기 하이브리드계, 염화비닐이 존재하고, 어느 것을 사용해도 된다. 첨가재로서 유기계 대전 방지제를 사용해도 된다.
UV 경화 아크릴계 중에서도 우레탄 아크릴레이트는 특히 바람직하다.
하드 코트의 성막 방법으로서는, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 나이프 코팅법, 롤 코팅법, 블레이드 코팅법, 다이 코팅법 등을 이용할 수 있다.
하드 코트(도막(塗膜))의 두께는 1∼50㎛이고, 특히 2∼20㎛가 바람직하다.
그리고, 상기 실시형태(다른 실시형태를 포함함, 이하 동일)에서 개시되는 구성은, 모순이 생기지 않는 한, 다른 실시형태에서 개시되는 구성과 조합하여 적용하는 것이 가능하며, 또한, 본 명세서에 있어서 개시된 실시형태는 예시로서, 본 발명의 실시형태는 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 적절히 개변하는 것이 가능하다.
A: 적외 방사층
B: 광반사층
D: 보호층
H: 방사면
J: 수지 재료층
N: 접합층

Claims (16)

  1. 방사면으로부터 적외광을 방사하는 적외 방사층과, 상기 적외 방사층에서의 상기 방사면의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층을 구비하는 형태로 구성되고,
    상기 적외 방사층이, 흡수한 태양광 에너지보다 큰 열복사 에너지를 파장 8㎛부터 파장 14㎛의 대역에서 방출하는 두께로 조정된 수지 재료층인 방사 냉각 장치로서,
    상기 수지 재료층을 형성하는 수지 재료가, 가소제가 혼입된 염화비닐계 수지이고,
    상기 가소제가, 프탈산 에스테르류, 지방족 이염기산 에스테르류 및 인산 에스테르류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물로 이루어지는,
    방사 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가소제가, 상기 염화비닐계 수지의 100 중량부에 대하여, 1 중량부 이상 200 중량부 이하의 범위에서 혼입되어 있는, 방사 냉각 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가소제로서의 지방족 이염기산 에스테르가, 아디프산 에스테르류, 아디프산 에스테르 공중합체류, 아젤라산 에스테르류, 아젤라산 에스테르 공중합체류, 세바스산 에스테르류, 세바스산 에스테르 공중합체류, 숙신산 에스테르류 및 숙신산 에스테르 공중합체류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물로 이루어지는, 방사 냉각 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가소제로서의 지방족 이염기산 에스테르가, 지방족 이염기산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것인, 방사 냉각 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가소제로서의 프탈산 에스테르가, 프탈산과 포화 지방족 알코올 2분자가 에스테르 결합한 것인, 방사 냉각 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가소제로서의 인산 에스테르가, 인산 트리에스테르, 또는 방향족 인산 에스테르인, 방사 냉각 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 재료층의 막 두께가,
    파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 광흡수율의 파장 평균이 13% 이하이고, 파장 0.5㎛부터 파장 0.8㎛의 광흡수율의 파장 평균이 4% 이하이며, 파장 0.8㎛부터 파장 1.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 1% 이내이고, 1.5㎛부터 2.5㎛까지의 광흡수율의 파장 평균이 40% 이하로 되는 광흡수 특성을 구비하고, 또한, 8㎛부터 14㎛의 복사율의 파장 평균이 40% 이상으로 되는 열복사 특성을 구비하는 상태의 두께로 조정되어 있는, 방사 냉각 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 재료층의 두께가, 10㎛ 이상 100㎛ 이하인, 방사 냉각 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광반사층은, 파장 0.4㎛부터 0.5㎛의 반사율이 90% 이상, 파장 0.5㎛보다 장파의 반사율이 96% 이상인, 방사 냉각 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광반사층이, 은 또는 은 합금으로 구성되고, 그 두께가 50㎚ 이상인, 방사 냉각 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광반사층이, 상기 수지 재료층의 존재측에 위치하는 은 또는 은 합금과 상기 수지 재료층으로부터 떨어진 측에 위치하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적층 구조인, 방사 냉각 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 적외 방사층과 상기 광반사층 사이에 보호층을 구비하는 형태로 구성되고,
    상기 보호층이, 두께가 300㎚ 이상 40㎛ 이하의 폴리올레핀계 수지, 또는 두께가 17㎛ 이상 40㎛ 이하의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지인, 방사 냉각 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수지 재료층과 상기 보호층과 상기 광반사층이 적층된 상태에 있어서 필름형인, 방사 냉각 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 수지 재료층과 상기 보호층이, 접착제 또는 점착제의 접합층에 의해 접합되어 있는, 방사 냉각 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수지 재료층에, 무기 재료의 필러가 혼입되어 있는, 방사 냉각 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 수지 재료층의 표리 양면이 요철형으로 형성되어 있는, 방사 냉각 장치.
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