(57)【要約】【課題】低明度かつ薄い厚さの遮熱材料を実現することを可能とする赤外線反射構造、塗料、粒子などを提供する。【解決手段】赤外線反射構造は、複数の粒子１０１と、複数の粒子１０１間に介在し、複数の粒子１０１の屈折率よりも高い屈折率を有する基質１０２と、を含む構造体を有する。複数の粒子１０１のそれぞれと基質１０２との間に、赤外線透過性の色材１０３が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の粒子と、
前記複数の粒子間に介在し、前記複数の粒子の屈折率よりも高い屈折率を有する基質と、を含む構造体を有し、
前記複数の粒子のそれぞれと前記基質との間に赤外線透過性の色材が配置されていることを特徴とする赤外線反射構造。
【請求項２】
前記複数の粒子は、表面を前記色材に覆われていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線反射構造。
【請求項３】
前記複数の粒子の体積占有率は、３７％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線反射構造。
【請求項４】
前記複数の粒子のそれぞれは、気体の領域であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の赤外線反射構造。
【請求項５】
前記複数の粒子のそれぞれは、有機高分子、又は無機高分子、又は多孔質材料、又は中空シリカの粒子であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の赤外線反射構造。
【請求項６】
前記基質は、有機高分子系の材料、又は無機材料を含むことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の赤外線反射構造。
【請求項７】
前記色材は、可視光線領域の消衰係数が近赤外線領域の消衰係数よりも高い波長が存在し、かつ近赤外線領域の平均的な消衰係数が０．１を下回っている材質を含むことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の赤外線反射構造。
【請求項８】
屈折率が１．３以上３．０以下のバインダーと、複数の粒子と、を含み、
前記複数の粒子のそれぞれは、赤外線透過性の色材層と、前記色材層の内側に配置されているコア部と、を有し、
前記コア部は、空気、又はオイル、又はポリマー、又はケイ素を主成分とする無機化合物を含むことを特徴とする塗料。
【請求項９】
前記複数の粒子は、前記塗料の体積の１０％以上５０％以下含まれていることを特徴とする請求項８に記載の塗料。
【請求項１０】
前記色材層と前記コア部との間に骨材層を有することを特徴とする請求項８または９に記載の塗料。
【請求項１１】
前記色材層は、赤外線透過性の材料からなる微粒子の集積体であることを特徴とする請求項８から１０の何れか一項に記載の塗料。
【請求項１２】
請求項８から１１の何れか一項に記載の塗料を基板に塗膜して、請求項１から６の何れか一項に記載の赤外線反射構造を有する塗膜を形成することを特徴とする赤外線反射構造の作製方法。
【請求項１３】
シリカを含む殻壁を有し、前記殻壁の表面が赤外線透過性の色材で被覆されていることを特徴とする中空粒子。
【請求項１４】
赤外線透過性の色材層と、前記色材層の内側に配置されているコア部と、を含み、前記色材層が、赤外線透過性の材料からなる微粒子の集積体であることを特徴とする粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線反射構造、塗料、粒子などに関する。特に、単一の構造で低明度かつ薄い厚さの赤外線反射を実現する構造、及びこうした構造を実現するための塗料、粒子などの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化等の環境変化により温度の上昇を抑える遮熱材料の利用が拡大している。例えば、建材用の遮熱材料は、ＪＩＳ規格が制定されるなど、環境技術としての認知が広まっている。しかしながら、建材以外の応用、例えば、環境性能が重視される自動車等への応用はこれまでほとんど実現されていない。これは、意匠性と遮熱性能の両立、及び限られた膜厚への対応が困難であることに起因する。一般的に低明度の発色はカーボンブラック等の材料を用いているため、高い遮熱性能を実現することが困難である。また、遮熱には主に二酸化チタンの散乱現象が利用されているため、高明度の発色となる。二酸化チタンを用いずに赤外線透過性の色材を用いて低明度を実現する方法もあるが、その場合は、高い遮熱性能の実現には数百μｍ程度の厚い膜が必要となる。そこで、数十μｍ程度の比較的薄い膜厚で白以外の発色が可能な遮熱材料が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、航空機の機体外表面に日射反射率が高い着色顔料のみの塗膜を施すことで、プライマー層を必要とせずに遮熱性を付与する方法が開示されている。しかし、この先行技術では、低明度な発色かつ薄い厚さで十分な遮熱性能を実現する具体的な手法は開示されておらず、低明度かつ薄い厚さの遮熱材料の実現は容易ではないと考えられる。
【０００４】
一方、特許文献２では、二酸化チタン粒子に２色以上の有機色素が付着した複合粒子の粉末を用いることで、低明度かつ薄い厚さの遮熱が可能な材料が開示されている。しかしながら、この遮熱材料が低明度かつ薄い厚さである本質的な原理は、二酸化チタン粒子のような高屈折率材料による赤外線散乱現象であるため、厚さを薄くするためには下地が必要であり、単一の膜で遮熱を実現することは容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２１４３０９号公報
【特許文献２】特許第５０７７５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、単一の構造で低明度かつ薄い厚さで赤外線反射を実現することを可能とする構造に係わる技術が求められている。本発明は、このような背景技術に鑑みてなされたものであり、赤外線反射構造、塗料、粒子などを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の一側面の赤外線反射構造は、複数の粒子と、前記複数の粒子間に介在し、前記複数の粒子の屈折率よりも高い屈折率を有する基質と、を含む構造体であり、前記複数の粒子のそれぞれと前記基質との間に赤外線透過性の色材が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面の赤外線反射構造によれば、赤外線反射構造について、低明度かつ薄い厚さの遮熱材料を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の赤外線反射構造の構成を説明する模式図。
【図２】粒子の屈折率と基質の屈折率の大小関係による反射率スペクトルの変化を説明する図。
【図３】実施例１の赤外線反射膜を説明する模式図。
【図４】比較例１〜４の赤外線反射膜を説明する模式図。
【図５】実施例１、比較例１〜４の反射率スペクトルの計算結果を示す図。
【図６】体積占有率と近赤外日射反射率の関係を示す図。
【図７】塗料の構成を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一側面による赤外線反射構造は、表面が赤外線透過性の色材で覆われている複数の粒子と、屈折率が複数の粒子よりも高い基質と、を含む構造体である。それは、例えば、屈折率が１．３以上３．０以下のバインダーと、赤外線透過性の色材層とその内側に配置されているコア部を有する複数の粒子と、を含む本発明の他の側面による塗料を基板に塗膜して作製することができる。前記コア部は、例えば、空気、又はオイル、又はポリマー、又はケイ素を主成分とする無機化合物を含む。粒子としては、シリカを含む殻壁を有し殻壁の表面が赤外線透過性の色材で被覆されている中空粒子、赤外線透過性の材料からなる微粒子の集積体である色材層とその内側に配置されているコア部とを含む粒子、などを用いることができる。
【００１１】
以下に、本発明の実施形態ないし実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。ただし、これらはあくまで例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００１２】
（材料構成）
図１は、本実施形態に係る赤外線反射構造の一実施形態の概略図である。図１中の粒子１０１は、屈折率が、基質１０２の屈折率より低い領域である。本実施形態では、粒子１０１は、色材１０３に覆われた粒子とする。以下の説明において、「粒子」は中空ないし気体であって「領域」と表現するのが適している場合もあるが、原則として粒子と表現する。なお、近赤外日射反射率を、ＪＩＳ規格で規定されている４０％以上とするためには、赤外線反射構造における粒子１０１の体積占有率を３７％以上とすることが好ましい。また、複数の粒子１０１のそれぞれは、基質１０２中に独立して存在していることが好ましい。
【００１３】
粒子１０１は、その直径が０．３μｍ以上５μｍ以下程度で、直径の変動係数、すなわちその直径の標準偏差を直径の算術平均で割った数値が１以下であり、かつ７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長域における平均的な消衰係数が０．０１以下の材料であれば問題はない。好適には、直径０．８μｍ以上２．０μｍ以下、変動係数が０．３以下、７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の波長域における平均的な消衰係数が０．００１以下の粒子が用いられる。また、粒子１０１の屈折率が基質１０２の屈折率より低ければ、その材質は特に限定されないが、好適には屈折率１．０以上１．６以下の材料が用いられる。より好適には、屈折率１．０以上１．１以下程度の気体が用いられる。具体的には単量体、二量体、三量体以上の有機高分子、ゾル−ゲル法で得られる無機高分子の粒子などを、粒子１０１として用いても良い。有機高分子（ポリマー）としては、ポリスチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル及びその誘導体、エポキシ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂からなる群などが挙げられる。また好適には、粒子の材料として、光学的に影響がないメソ孔やマイクロ孔を有する多孔質材料や中空シリカ、もしくは空気などの低屈折率材料が挙げられる。
【００１４】
基質１０２は、粒子１０１の屈折率より高い材質のものであれば特に限定されないが、好適には屈折率１．３以上３．０以下の材料が用いられる。より好適には、屈折率１．５以上２．２以下の材料が用いられる。具体的には、結着性の高い有機高分子系の材料やゾルーゲル法等で作製する無機材料を使用することが好ましい。有機高分子としては、ポリスチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル及びその誘導体、エポキシ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂からなる群などが挙げられる。
【００１５】
図１中の赤外線透過性の色材１０３は、次の様なものがある。即ち、可視光線領域（波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域）の消衰係数が近赤外線領域の消衰係数よりも高い波長が存在し、かつ近赤外線領域（波長が７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の領域）の平均的な消衰係数が０．１を下回っていれば材質は特に限定されない。具体的には、ポリドーパミン、アゾ系顔料、ペリレンブラックやペリレンレッド等のペリレン系色素、銅フタロシアニンブルーや銅フタロシアニングリーン等のフタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、酸化鉄レッド等が挙げられる。また、赤外線透過性の色材１０３は、粒子１０１と基質１０２の間に粒子を囲む形で存在していれば良く、赤外線透過性の色材１０３は粒子状であろうが膜状であろうがその形態は特に限定されない。好適には、粒子１０１と基質１０２の間（境界）に膜状に均一に配置する。なお、本明細書における境界とは、粒子１０１及び基質１０２に、ともに接している領域のことを指す。また、赤外線透過性の色材１０３は可視光線領域の光が干渉や散乱等の影響が小さい光学的に均一と見なせる状態であることが好ましい。この場合の光学的に均一な状態とは、赤外線透過性の色材１０３が膜状である場合は、膜中における色材１０３が存在しない領域のサイズが１００ｎｍ以下であるような状態である。また、赤外線透過性の色材１０３が粒子状の場合は、その粒径が１００ｎｍ以下かつ粒子間距離が１００ｎｍ以下であるような状態を指す。そのような場合、混合物の平均的な誘電率を求める経験式であるマクスウェル・ガーネットの式やブルッゲマンの式が実測と比較的良い一致を示すため、光学的に均一な状態といえる。
【００１６】
（作用）
上記構造の本実施形態の作用を説明する。図１に示す本実施形態の赤外線反射構造において、赤外線の反射は、粒子１０１による散乱、干渉現象に起因している。散乱は、一般的に粒子１０１と基質１０２の屈折率比が大きければその界面で生じる。一方、干渉は、粒子１０１の配列がアモルファス配列（短周期では粒子配列の規則性をもつ）もしくは規則配列であれば生じ、粒子１０１と基質１０２との屈折率差が大きいほどその強度も大きくなる。図２は赤外線反射構造のサイズを同一とした場合、粒子１０１の屈折率と基質１０２の屈折率の大小関係により反射率スペクトルの関係がどのように変化するかをシミュレーションにより示した図である。
【００１７】
本発明者は鋭意検討の結果、粒子１０１の屈折率が基質１０２の屈折率よりも低いことで、ミー散乱による反射率スペクトルのピークもしくは粒子１０１間の干渉による反射率スペクトルのピークが広くなり、その強度も大きくなることを見出した。従って、粒子１０１の屈折率を基質１０２の屈折率よりも低くすることで、より少ない粒子で赤外線を反射できるため、可視光の多重散乱を抑えることができる。これはすなわち、より低明度で赤外線を反射できることを意味する。また、粒子１０１の屈折率が基質１０２の屈折率よりも低いことにより、可視光での多重散乱は粒子１０１内部で生じる。従って、粒子と基質の境界に赤外線透過性の色材１０３を配することで、多重散乱される可視光は必ず赤外線透過性の色材に吸収される。これにより、効率的に色材１０３による可視光の吸収が実現できる。以上で説明した作用により、本実施形態の赤外線反射構造は、薄い厚さかつ低明度でありながら赤外線をより強く反射することができる。
【００１８】
（赤外線反射構造の製造方法）
次に、本実施形態に係る赤外線反射構造の製造方法について説明する。図１の赤外線反射構造の製造方法は、中空粒子分散液を膜化する方法やシリカ粒子を鋳型に用いる方法が主に用いられる。例えばシリカ粒子を鋳型として用いることで、本実施形態における好適な粒子である中空球を容易に得ることができる。シリカ粒子は、ストーバー法などを用いて粒径の変動係数を０．１以下に抑えて製造することが容易にできるため（つまり上記規則配列が容易に実現）、シリカ粒子を鋳型に用いることは赤外線反射の干渉効果を得るためには適した方法である。
【００１９】
赤外線反射構造を得る為には、シリカ粒子を鋳型に用いる方法によって生成した構造体に、赤外線透過性の色材１０３を複合する。すなわち、赤外線透過性の色材１０３が溶解した液に前記生成した構造体を浸漬して、その空孔に赤外線透過性の色材を吸着する方法を好適に用いることができる。或いは、ドーパミン塩酸塩を溶解した液に前記生成した構造体を浸漬し、前記液のｐＨを調整することでドーパミン塩酸塩をポリマー化して、前記生成した構造体の表面にポリドーパミンを析出させる方法を用いることができる。赤外線透過性の色材１０３の吸着量は、この色材１０３の液中の濃度を調整し、吸着平衡状態を制御することで変えられる。或いは、前記生成した構造体の表面を化学修飾し、赤外線透過性の色材１０３との親和性を制御することでも吸着量を変えられる。
【００２０】
また、１．０ミクロン程度の中空状の粒子を作製しておき、その表面に赤外線透過性の色材１０３を吸着した複合体を集積し、更に集積した複合体間の空隙を適当な媒体で充填することでも本実施形態の赤外線反射構造を得られる。
【００２１】
（赤外線反射塗料の製造方法）
次に、上記の如き赤外線反射構造を形成可能な塗料の製造方法について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る塗料８００の構成を説明する模式図である。塗料８００は、赤外線反射構造を形成可能な赤外線反射塗料である。塗料８００は、複数の粒子８０２と、基質１０２の主成分となるバインダー８０１と、を含む。また、硬化剤、レベリング材、及び添加剤等の塗膜形成副要素を必要に応じて加えてもよい。さらに、粒子８０２を分散させるために、水又は有機溶剤等を加えてもよい。好ましくは、複数の粒子８０２は、塗料の体積の１０％以上５０％以下含まれている。この体積割合は、粒子８０２の種類により変化するが、粒子８０２の体積占有率が３７％以上である赤外線反射構造を実現するのに適している。
【００２２】
バインダー８０１は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等を用いることができる。バインダー８０１は、本実施形態の塗料を用いて成膜された塗膜における基質１０２の主成分となるもので、屈折率が１．３以上３．０以下であることが好ましい。塗料に含まれる複数の粒子８０２のそれぞれは、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、赤外線透過性の色材１０３を含む色材層８０３と、色材層８０３の内側に配置されているコア部８０４と、を有する。コア部８０４は、粒子８０２の内部に配置されており、気体、又はオイル、又はポリマー、又はケイ素を主成分とする無機化合物である。コア部８０４が気体の場合は、図７（ｃ）に示すように、コア部８０４と色材層８０３との間に、中空を形成するための骨材層８０５を更に有する。コア部８０４がオイル又はポリマーの場合は、骨材層を有していなくてもよいが、コア部８０４と色材層８０３との間又は色材層８０３の外側に、骨材層を有していてもよい。骨材層としては、シリカを用いることが好ましい。
【００２３】
コア部８０４としての気体は、本実施形態の赤外線反射構造の粒子１０１となるもので、材料は特に限定されるものではないが、好適には屈折率が１．０以上１．６以下の気体、より好適には１．０以上１．１以下程度の気体が用いられる。本実施形態の塗料に含まれる粒子のコア部８０４が気体である場合、塗料を既知の方法で塗布して硬化させることにより、塗膜が形成される。形成された塗膜は、本実施形態の赤外線反射構造を有する。
【００２４】
他方、コア部８０４としてのオイルは、塗料を用いた成膜工程で除去される。そのため、オイルとしては、成膜工程において容易に除去できるようにその沸点が溶媒の沸点に近いものが好ましい。例えば、溶媒が水であればキシレン、１−オクテン、オクタン、ドデカン、テトラデカン等を用いることができる。
【００２５】
本実施形態の塗料に含まれる粒子８０２のコア部８０４がオイルである場合、成膜工程において、コア部８０４のオイルを除去することにより、粒子８０２の内部が気体になる。これにより、粒子１０１が形成され、形成された塗膜は、上述の赤外線反射構造を有することになる。
【００２６】
コア部８０４としてのポリマー、またはケイ素を主成分とする無機化合物には、基質１０２よりも屈折率が低い材料を用いる。又は、成膜工程で除去可能なポリマーをコア部８０４に用い、上述のオイルの場合と同様に、コア部８０４のポリマーを除去することにより、粒子８０２の内部気体にして、上述の赤外線反射構造を形成する。
【００２７】
粒子８０２の製造に用いられる中空粒子の製造方法としては、以下の方法がある。
方法（１）
乳化重合法にてポリスチレンを主成分とするポリスチレン粒子（以下ＰＳ粒子と略す場合がある）を作製した。丸底四ツ口のセパラブルフラスコに純水、スチレンモノマー、パラスチレンスルホン酸ナトリウムを加え、メカニカルスターラーを用いて窒素バブリングをしながら３０分撹拌した。オイルバスにて、試料を撹拌した状態のまま７０℃まで加熱した後、触媒の過硫酸カリウムを加え窒素雰囲気にて８時間スチレンの重合反応を行った。試料を冷却した後、遠心分離にて沈殿物を回収し、純水を用いて生成物の洗浄を行った。得られた試料は純水に分散し、ＰＳ粒子懸濁液を得た。ＰＳ粒子は、電子顕微鏡で粒子径と粒度分布を測定した結果、直径２０５ｎｍ、粒度分布の変動係数が３％であった。
【００２８】
作製したＰＳ粒子懸濁液にエタノールとアンモニアを加えて塩基性とした。得られた懸濁液を湯浴にて６０℃に加熱した後、テトラエチルオルソシリケートを滴下し、５時間攪拌した。生成物を遠心分離にて母液より分離後、エタノールで洗浄し、ポリスチレン−シリカ複合体を得た。得られた複合体を５５０℃で１０時間焼成して骨材層８０５としてシリカを主成分とする中空粒子を得た。
【００２９】
方法（２）
水溶媒に０．１規定の硝酸およびフェニルトリメトキシシランを加えた。得られた水溶液を攪拌しながら６０℃に加熱し、アンモニア水を添加した。更に水溶液を６０℃で１時間攪拌した後に、０．２ミクロンのフィルターで濾過を行った。得た沈殿物をエタノールで洗浄し、骨材層８０５としてシリカを主成分とする中空粒子を作製した。
【００３０】
ここからは、塗料８００に含まれる粒子８０２の製造方法について述べる。まず、コア部８０４が気体の粒子８０２である中空シリカ−ポリドーパミン粒子の製造について説明する。精製した中空粒子をトリスヒドロキシメチルアミノメタン（１０ｍＭ）の水溶液に添加して懸濁液を得た。得た懸濁液にドーパミン塩酸塩を１ｗｔ％添加して４時間攪拌した。反応液を遠心分離した後、得られた沈殿物を純水で洗浄して中空シリカ−ポリドーパミン粒子を得た。
【００３１】
次に、コア部８０４がオイルの粒子８０２であるオイル−ポリドーパミン粒子の製造について説明する。トリスヒドロキシメチルアミノメタン（１０ｍＭ）の水溶液を作製した。得られた液にドーパミン塩酸塩を２ｗｔ％添加し、３０分攪拌した。テトラデカンにテトラエチルオルソシリケートを２ｗｔ％添加した液を、前記溶液に対して２０体積％添加してホモジナイザーにて攪拌した。液中にて球状に分離したテトラデカンの粒子の表面にポリドーパミンの粒子が吸着し、着色したオイル−ポリドーパミン粒子が作製されている事を光学顕微鏡にて確認した。
【００３２】
上述の方法で製造した粒子８０２の分散と塗料化について説明する。ｐＨを７以上に保った水溶媒に、得たポリドーパミン被覆粒子を添加し、超音波洗浄機を用いて分散させ（１００Ｗ、４０ｋＨｚ）懸濁液を得た。懸濁液にアクリル製水性エマルション塗料を混合し、塗料を得た。
【００３３】
塗料８００を用いた成膜工程は次のように行われる。得られた塗料を基板上に滴下し、バーコーターにて基板に塗膜した。或いは、刷毛を用いて基板上に塗膜した。塗膜後１３０℃で１時間加熱して、塗膜中のアクリルモノマーを硬化した。更に、オイル−ポリドーパミン粒子を用いた塗膜は、１５０℃で２時間乾燥させて、塗膜中のオイルを除去した。
【００３４】
以下に具体的な実施例をあげて説明する。なお、本発明はこれら実施例の構成や形態に限定されるものではない。
【００３５】
（実施例）
赤外線反射構造の実施例について説明する前に、シミュレーションによる赤外線反射構造の作製方法、および明度評価方法、赤外反射性能の評価方法の説明をする。
【００３６】
（シミュレーションによる赤外線反射構造の作製方法）
本実施例ではイベントドリブン型分子動力学法の一種であるＬｕｂａｃｈｅｖｓｋｙ−Ｓｔｉｌｌｉｎｇｅｒ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＬＳＡ）を用いた。以下、ＬＳＡを簡単に説明する。
【００３７】
ＬＳＡでは、粒子の初期配置を乱数により決定し、各座標に存在する粒子の初期速度を、指定した速度分布に従って決定する。次に、粒子間距離の最も小さい粒子ペアを算出し、それらの衝突時間を算出する。算出された衝突時間の間、全粒子を等速直線運動させる。粒子の衝突が発生したら弾性衝突させ、速度交換を行う。速度交換した時点で、指定した体積占有率ではない、かつ体積占有率が粒子の運動前後で変化するのであれば、前記運動を再実施する。さらに、指定した衝突回数に達した場合は粒径を指定の割合で増加させる。これらの衝突を繰り返し、指定した体積占有率となる、もしくは体積占有率の変化が見られなくなれば配置を完了する。以上より、粒子が分散した構造を得ることができた。
【００３８】
（赤外線反射構造の明度の評価方法）
前記赤外線反射構造と、明度の関係をシミュレーションにて評価するため、前記赤外線反射構造に電磁場解析手法の一つであるＦｉｎｉｔｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｍｅｔｈｏｄ（ＦＤＴＤ）法を適用し、光の波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の反射率スペクトルを得た。得られた反射率スペクトルに、標準光源Ｄ６５の分光分布、等色関数を乗じ、積分することで三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを求めた。さらに得られたＸ、Ｙ、Ｚを均等色空間の一つであるＬ*ａ＊ｂ＊に変換し、明度Ｌ＊を求めた。一般的に明度Ｌ＊は４０以下が低明度である。
【００３９】
（赤外線反射構造の赤外反射性能の評価方法）
前記赤外線反射構造と、赤外線反射性能の関係をシミュレーションにて評価するため、前記シミュレーションと同様の手法により光の波長７８０ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲の反射率スペクトルを得た。得られた反射率スペクトルから近赤外域（７８０ｎｍ〜２５００ｎｍ）の波長範囲についてＪＩＳ  Ｋ５６０２に基づき日射反射率を求め、その値を近赤外日射反射率として、赤外反射性能の評価指標として用いた。
【００４０】
以下、具体的な実施例、比較例について説明する。本実施例、比較例における赤外線透過性の色材の量はすべて同等となるように調整している。
【００４１】
＜実施例１＞
図３は実施例１を説明する図である。ＬＳＡのパラメータとして体積占有率を６４％、粒子３０１の直径を１．２μｍとして厚さ２０μｍの粒子分散膜を得た。粒子３０１を中空球とし、屈折率１．０とした。基質３０２は一般的な樹脂の屈折率として１．５５を用いた。また、赤外線透過性の色材３０３は中空球の表面に２０ｎｍのポリドーパミンシェルを仮定し、ポリドーパミンの屈折率、消衰係数の波長依存を用いた。上記の方法により赤外線反射構造を得た。
【００４２】
＜比較例１＞
図４（ａ）は比較例１を説明する図である。ＬＳＡのパラメータとして体積占有率を６４％、粒子４０１の直径を１．２μｍとして厚さ２０μｍの粒子分散膜を得た。粒子４０１を一般的な樹脂球とし屈折率を１．５５とした。基質４０２は空気を仮定し屈折率として１．０を用いた。また、赤外線透過性の色材４０３は樹脂球の表面に２０ｎｍのポリドーパミンシェルを仮定し、ポリドーパミンの屈折率、消衰係数の波長依存を用いた。上記の方法により赤外線反射構造を得た。
【００４３】
＜比較例２＞
図４（ｂ）は比較例２を説明する図である。ＬＳＡのパラメータとして体積占有率を６４％、粒子５０１の直径を１．２μｍとして厚さ２０μｍの粒子分散膜を得た。粒子５０１を中空球とし、屈折率１．０とした。基質５０２は一般的な樹脂の屈折率として１．５５を用いた。また、赤外線透過性の色材５０３は中空球の内部に直径５５０ｎｍのポリドーパミン粒子が存在することを仮定し、ポリドーパミンの屈折率、消衰係数の波長依存を用いた。上記の方法により赤外線反射構造を得た。
【００４４】
＜比較例３＞
図４（ｃ）は比較例３を説明する図である。ＬＳＡのパラメータとして体積占有率を６４％、粒子６０１の直径を１．２μｍとして厚さ２０μｍの粒子分散膜を得た。粒子６０１を中空球とし、屈折率１．０とした。基質６０２は一般的な樹脂の屈折率として１．５５を用いた。また、赤外線透過性の色材６０３は基質中に直径５５０ｎｍのポリドーパミン粒子が存在することを仮定し、ポリドーパミンの屈折率、消衰係数の波長依存を用いた。上記の方法により赤外線反射構造を得た。
【００４５】
＜比較例４＞
図４（ｄ）は比較例４を説明する図である。ＬＳＡのパラメータとして体積占有率を６４％、粒子７０１の直径を１．２μｍとして厚さ２０μｍの粒子分散膜を得た。粒子７０１を中空球とし屈折率１．０とした。基質７０２は一般的な樹脂の屈折率として１．５５を用いた。また、赤外線透過性の色材７０３は得られた粒子分散体膜の表面に１．２５μｍの厚さのポリドーパミン層を仮定し、ポリドーパミンの屈折率、消衰係数の波長依存を用いた。上記の方法により赤外線反射構造を得た。
【００４６】
＜実施例１、および比較例１〜４で得られた赤外線反射構造の評価＞
図５に実施例１、および比較例１〜４で得られた赤外線反射構造の反射率スペクトルを示す。このスペクトルから前記評価方法に従って明度Ｌ＊および近赤外日射反射率を算出した。実施例１の明度Ｌ＊は３３、近赤外日射反射率は４７％、比較例１の明度Ｌ＊は４２、近赤外日射反射率は４１％であった。また、比較例２の明度Ｌ＊は４６、近赤外日射反射率は４５％、比較例３の明度Ｌ＊は４５、近赤外日射反射率は４６％、比較例４の明度Ｌ＊は３０、近赤外日射反射率は４２％であった。なお、図６に示すように実施例１と同様の屈折率構成、赤外線透過性の色材で粒子の体積占有率を３７％未満にしたところ近赤外日射反射率は４０％を上回ることはなかった。そのため、体積占有率は３７％以上とした方が良いことが分かった。
【００４７】
以上をまとめた結果を表１を示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
上記のことから、本実施例に係る赤外線反射構造は、薄い膜かつ単層であっても低明度かつ高い赤外線反射が可能であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
上記実施形態及び実施例の赤外線反射構造は２０μｍ程度の薄い膜かつ単層であっても低明度かつ高い赤外線反射が可能である。低明度の発色は黒色以外にも濃い色等が挙げられるため、これらの赤外線反射構造は様々な意匠性への要求に応えることができ、かつ高い赤外反射性能を実現することができる。また薄い膜厚は膜厚に制限のある塗装などにも対応できることを意味するため、塗装可能な製品の範囲を広げることができる。このような赤外線反射構造は、例えば電子機器や建材、自動車や鉄道車両、航空機、重機、船舶などの筐体や内装等に様々な意匠性を付与しながら高い赤外線反射性能を実現できる。
【符号の説明】
【００５１】
１０１：粒子
１０２：基質
１０３：赤外線透過性の色材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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