(57)【要約】高表面エネルギー、低屈折率、およびUV透過性を持つ素材で、複数層の同質または異質の素材が熱により融合され、様々な機能的光学要件を形成する素材が提供される。いくつかの実施形態において、UV透過性のバイオポリマーを含みTio2などのナノ光触媒鉱物を融合し、様々な用途に用いられる光触媒バイオポリマー構造が提供される。多くの実施形態はナノ光触媒鉱物を、バイオポリマー構造に融合したものをベースとし、ここでバイオポリマー構造はUV透過性（UVT）であってUV光がバイオポリマー構造を通過して光触媒融合層のを活性化することを可能とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過性（UVT）バイオポリマー光触媒構造であって、
UVTバイオポリマー層；
前記UVTバイオポリマー層に接するナノ光触媒層；および
UV光源からのUVスペクトルにおける光が該UV透過性バイオポリマー層に到達するよう配置された前記UV光源；
を含み、
前記UVスペクトルは前記UVTバイオポリマー構造を通過し、該ナノ光触媒層を活性化しうる、
ことを特徴とするUVTバイオポリマー。
【請求項２】
前記UV光源は蛍光灯である、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項３】
前記UV光源はUV発光ダイオードである、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項４】
前記UV光源は直射日光である、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項５】
前記UVTバイオポリマー層は、変性アクリルを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項６】
前記UVTバイオポリマー層は、ポリ乳酸を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項７】
前記UVTバイオポリマー層は、フッ素重合体を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項８】
前記UVTバイオポリマー層、または前記ナノ光触媒層のいずれか一つに充填剤を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項９】
前記充填剤は溶融水晶である、
ことを特徴とする請求項８に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項１０】
前記充填剤はサファイヤである、
ことを特徴とする請求項８に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項１１】
前記充填剤はナノシリカである、
ことを特徴とする請求項８に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項１２】
前記UVTバイオポリマー層、または前記ナノ光触媒層のいずれか一つにガラスを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項１３】
前記UVTバイオポリマー層、または前記ナノ光触媒層のいずれか一つに充填剤を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【請求項１４】
前記ナノ光触媒層の活性化により、環境中のバクテリア、ウィルス、VOC、または悪臭を削減する、
ことを特徴とする請求項１に記載のUVTバイオポリマー光触媒構造。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［発明の優先権］
本出願は、2010年7月14日に出願され、その全体が参照によって本明細書に組み込まれた米国仮特許出願No.61/364,306からの優先権を主張している。
【０００２】
［技術分野］
化学において光触媒とは、触媒存在下における光化学反応の促進である。触媒された光分解において、光は吸収基板に吸収される。光生成触媒反応において、光触媒活性（PCA）は、二次反応をおこすフリーラジカル（ヒドロキシルラジカル：・OH）を生成する、電子正孔ペアを形成する触媒の能力に依存する。これは、二酸化チタンによる水分解が発見されて以来理解可能となったものである。この作用の商業的応用は促進酸化法（Advanced Oxidation Process、AOP）と呼ばれる。AOPを実現するにはいつくか方法があり、必須ではないが、TiO2、またはUV光の利用をも伴ってよい。一般的に、ヒドロキシルラジカルの生成および利用が決定的要因である。
【０００３】
光触媒反応の原理は、光をエネルギーとして利用した、自然の清浄および浄化作用の促進である。1960年代に、日本のDr. Fujishimaが、金属チタンに光を照射すると、水分子を酸素と水素ガスに分解できることを発見した。ナノ単位で二酸化チタンを再構築することにより、多くの新しい物理的および化学的特性が発見された。新たに発見されたこれら効果の一つは、自然により創造された酸化剤のうちもっとも強力なものの一つである、ヒドロキシルラジカルの形成を促進する光触媒酸化である。UV光のエネルギーを用い、光触媒である二酸化チタンは油汚れや自動車の排気や産業排気ガス中の炭化水素、様々な建材や家具に含まれる揮発性有機化合物、菌やかびなどの有機的成長物など、多数の有機物を分解することができる。光触媒酸化効果に加え、二酸化チタンコーティングはまた、親水性（水に対する高い親和性）も示し、二酸化チタンコーティングは大気中の水分を引き寄せ目に見えない水の膜を形成する。この薄膜により基板は帯電防止性を持ち、コーティングされた表面は水ですすいで簡単に洗浄することができる。長年にわたり、二酸化チタンは塗料、化粧品、日焼け止めなど多くの商品に利用されてきた。我々の生活において一般的にみられる、安全して安定した物質である。光触媒反応を活用し、多くの用途が開発されてきた。
【０００４】
光触媒である二酸化チタン（TiO2）が日光や照明光源（蛍光ランプ）から紫外線（UV）放射を吸収すると、電子と正孔のペアを生成する。二酸化チタンの価電子帯の電子は光の照射を受けると励起状態となる。この励起状態の電子の余分なエネルギーが、電子を二酸化チタンの伝導帯へと促し、負電荷の電子（e-）と正孔（h+）のペアが形成される。この状態は、半導体の「光励起状態」と呼ばれる。価電子帯と伝導帯のエネルギーの差は「バンドギャップ」として知られている。光励起に必要な光の波長は、1240（プランク定数、h）/3.2ev（バンドギャップエネルギー）=388nm
【０００５】
二酸化チタンの正孔は水分子を分解し、水素ガスとヒドロキシルラジカルを形成させる。負電荷の電子は酸素分子と感応し、スーパーオキシドアニオンを形成させる。光が利用可能であるとこのサイクルが継続する。
【０００６】
光触媒酸化は、UV光線とTiO2コーティングのフィルターを組み合わせた際に実現される。TiO2は二酸化チタンを指す。この作用は、ヒロドキシルラジカルとスーパーオキシドイオンを生成する。これらは反応性の高い電子である。
【０００７】
これらの反応性の高い電子は、バクテリアやVOCなど大気中の別の要素と積極的に結合する。VOCはVolatile Organic Compounds（揮発性有機化合物）の頭文字をとったもので、建材や、家庭において一般的にみられる家庭用洗剤などから放出されるホルムアルデヒド、アンモニアやその他多数の一般的汚染物質など、有害な汚染物質を含む。効果的に酸化させると、汚染物質は有害な二酸化炭素と水分子に分解され、大気質が大きく改善する。
【０００８】
バイオポリマー
石油化学製品とそれらの環境に有害な利用に関する環境的懸念が高まるなか、石油化学系プラスチックの代替として、環境に優しい新しいポリマーが開発されている。Cargill社のNatureworksにより製造された製品など、PLA（ポリ乳酸）などの素材は天然で迅速に再生可能なトウモロコシ資源に由来する。これまで注目され商業化の大部分を占めてきたのは使い捨て包装材やその他使い捨て製品へのPLAの利用である。使い捨て可能なプラスチック、と認識されているPLAだが、この環境に優しいバイオ技術の用途をさらに拡大しうる、多くの新しい能力や機能を備えている。
【０００９】
ポリ乳酸は石油化学系の素材ではなく、デンプンまたはセルロース素材のデキストロースへの変換、さらに乳酸への転換に由来するものである。この乳酸を重合したものが、様々なポリマー製品となる。この転換過程は実証され、現在商業化されている。PLAは石油化学ベースではないため、石油化学製品と異なる独特の機能的・処理上の能力があり、基本的な使い捨て包装材としてのニーズの他に、独特の光学的・機能的特性を提供する。
【００１０】
アクリル、ポリスチレン、PE、PPおよびほぼ全ての石油化学系プラスチックなど、プラスチックは典型的にUVを遮断する。現在、UV透過の用途では溶融水晶鉱物が使われているが、成形または形状の形成が難しくまた高価である。また、水晶鉱物は、軟化させて表面にナノ鉱物を結合させることが容易にできない。現在、UV透過性のある素材はほとんどなく、そのほとんどは高価である、または危険物として分類されている。従来、水晶やサファイアのような素材は産業の一部で用いられ、高いUV安定性を提供してきた。これらの素材はコストや製造上の制約、その他の制約がある。フッ素重合体などその他の工学ポリマーがUV透過の用途で用いられてきたが、コストおよび健康上の配慮が妨げとなっている。フッ素重合体の放出および汚染に基づき企業を訴えた訴訟が勝訴判決をうけている。
【００１１】
PLAは、トウモロコシの2−ヒドロキシ・ラクテート（乳酸）またはラクチドに由来するサーモプラスチックポリエステルを意味する。サブユニットの化学式は、-[O-CH(CH3)-CO]-であり、このモノマーのアルファ炭素は、光学活性の（L体）である。ポリ乳酸ベースのポリマーは、通常はD-ポリ乳酸、L-ポリ乳酸、D,L-ポリ乳酸、メソポリ乳酸、およびD-ポリ乳酸、L-ポリ乳酸 、D,Lポリ乳酸、メソポリ乳酸の任意の組み合わせで構成されるグループから選択される。一つの実施形態において、ポリ乳酸ベースの材料は主にPLLA(ポリL乳酸)を含む。一つの実施形態において、ポリマーを加工できる分子量の範囲は約15,000と約300,000の間であるが、平均的な分子量は約140,000である。一つの実施形態において、PLAはL9000.T.M（Biomer、ドイツ）、（ポリ乳酸）である。
【００１２】
PLAの比重は汎用プラスチックに比べ比較的高く、ポリカーボネートなどの工業用プラスチックの比重に近い。ポリカーボネートに比重では似ているが、PLAの屈折率は大幅に低い。また、独特の分子構造と原料のため、非常に高いUV吸収率を持つポリカーボネートおよび他の汎用プラスチックに対し、PLAは実質的にUV波長スペクトルを透過させる。このため、PLAでは汎用プラスチックにみられるような、可視光またはUVによる劣化または黄変が起こらない。UV透過性と低い屈折率は、数多くの用途に応用しうる。
【００１３】
UV抵抗性とUV透過性
PLAはUV劣化に対し、非常に良好なUV抵抗性を持つことが発見されている。UVウェザロメーターで行われた様々な試験により、PLAは外部光に晒されても黄変しないことが示された。また、紫外・可視分光光度計に基づく試験により、PLAはUV A、UV BおよびほとんどのUV C範囲を透過させることが示された。つまり、この素材はUV波を全て透過させることが可能ということが示された。
【００１４】
ポリカーボネートなどその他の素材は、可視光スペクトルにおいては透明度が高いが、UVの吸収性が高い。UV吸収性はポリマーのUV劣化と重要な関係にあるため、ほとんどのポリマーはUV吸収性を注意深く測定される。ポリマーの耐候性は差が大きく、例えばポリメタクリル酸メチル（PMMA）やポリテトラフルオロエチレン（PTFE）はUV照射に対し透明なので光分解を受けない。PTFEやPMMAのような素材は、「UV透過」素材とみなされている。
【００１５】
入手したデータによれば、各素材が紫外・可視波長を吸収し始める具体的な波長は以下に示す通り。
PET                          420nm
ポリカーボネート             330nm
PLA                          240nm
【００１６】
UV（紫外線）放射は可視光スペクトルよりも短い波長である。各UVエネルギーの範囲による分類は以下の通り。
UV A                          長波（不可視光線）        315から400nm
UV B                          UB中波                    280から315nm
UV C                          短波（殺菌性）            100から280
【００１７】
上の表を参照すると、PLAが比較的短いUV波長から吸収を始めることが理解できる。さらに、吸収量はポリカーボネート素材よりも大幅に吸収量が少ない素材である高品質PETよりも少ない。
【００１８】
PLAはまた、表面エネルギーが高いという点でも独特である。PLAの屈折率の範囲はフッ素重合体に似ているが、表面エネルギーは大幅に高い。
【００１９】
PLAの様々な光学的、電気的またはその他の機能的能力の測定、および、様々な添加物、化学物質またはナノ材料の添加によるPLAの様々な混成方法という分野での研究はほとんどみられない。
【００２０】
ポリ乳酸の比重は通常1.25の範囲周辺で、透明な形で生成することができる。汎用プラスチックや、ポリカーボネートなどその他の機能的適用の比重は通常1.2から1.22となっている。
【００２１】
石油化学物質の光学的性質は、メガネレンズ、テレビディスプレイスクリーン、保護コーティングおよびその他多数の光学的用途を含む、多くの用途のため知られており用いられている。
【００２２】
光学用途に用いられる石油化学ポリマーの光学的性質に関し重要なのは、屈折率、UV吸収性／透過性およびUV抵抗性などの光学的性質である。
【００２３】
屈折率
屈折率とは、媒質中の光速に対する真空中の光速の割合である（この数は、スネルの法則を用いた屈折率に導かれる屈折角を指すものではない）。言い換えれば、大気から水のように、光がある媒質から別の媒質を通過する際、結果として光線がある角度で屈折する。この物理的作用が起こるのは、ある媒質から別の媒質に移動する際、光の速度が変化するためである。屈折率とはまた、単一の物質を通過する際に光が屈折する量もあらわす。これにおいては、光が媒質に入射する角度が計算され、それを光が媒質を出る角度と比較される。
【００２４】
別の観点では、それぞれの物質は独自の屈折率で評価される。これは、物質を通過する光の速度は真空中の光の速度に対する割合として比較されるからである。真空中を移動する光の速度は物理定数であり、エネルギーまたは情報が移動できる最も速い速度である。しかし、真空以外のあらゆる任意の物質、または媒質を通過する光の速度はそれよりも遅い。これは実際には、光が物質に入る時点と出る時点との遅れである、つまり、一部は吸収され、他は通過する。プラスチックの各屈折率は以下に示す通り。
比重                                屈折率
ポリカーボネート  1.2〜1.22           1.58
ポリ乳酸  1.24〜1.25                  1.46  注：混成による範囲（1.4
から1.55）
【００２５】
PLAと従来の石油化学ポリマーの屈折率の差は、他にも電気的誘電強度など、潜在的機能的特徴をもたらす。
【００２６】
誘電率（波長に依存することが多い）は、非磁性媒質（相対浸透率が１のもの）における（複）屈折率の単純な２乗である。屈折率は光学においてフレネル方程式およびスネルの法則において用いられ、一方、誘電率はマクスウェル方程式および電子工学において用いられる。
【００２７】
このように、基礎物理学に基づけば、PLAの誘電率は従来の石油化学系プラスチックよりも低く、電子部品やシステムへの様々な用途がある、ということになる。
【００２８】
フッ素重合体は、光学的透明度を持つ可能性だけでなく、全般的にPMMAやPCなどの競合素材よりも屈折率が大幅に低いこいとから、幅広い革新的な光学用途向けに研究されてきた。フッ素重合体の大部分の屈折率は1.30から1.45の領域にある一方、PMMAやPCなどのより従来型の透明ポリマーでは1.5から1.6（またはそれより高い）範囲にある。このため、フッ素重合体は導波管、光学フィルター、ファイバー格子および幅広い光学機器など、光学技術製品に適している。特殊超透明フッ素重合体もこれらの用途および急速に発展している、半導体素子の製造に必要なCMOSリソグラフィー技術のため開発されている。フッ素重合物の光学的透明度およびその他の機能特性は、新たな市場と機会を切り開きつつある。
【００２９】
様々な屈折率を持つ異種素材の利用は、反射防止コーティング、LCDフラットパネルスクリーンアセンブリー、汎用光学レンズおよびその他の類似用途のための幅広い用途に用いられている。従来のより高い屈折率を、PLAのより低い、または異なる屈折率と組み合わせることにより、独自の用途を持つことができ、また、新しい光学ベースのシステムを設計する手段を提供しうる。
【００３０】
視感透過率
各種素材の視感透過率は以下の通り。
光学ガラス        99.9
PMMA              92
PC                89
SAN               88
PS                88
AVS               79
PVC               76
【発明の概要】
【００３１】
高表面エネルギー、低屈折率、およびUV透過性を持つ素材で、複数層の同質または異質の素材が熱により融合され、様々な機能的光学要件を形成する素材が提供される。UV透過性のバイオポリマー構造を含むさまざまな組成物やシステムが提供される。いくつかの実施形態において、UV透過性のバイオポリマーを含みTio2などのナノ光触媒鉱物を融合し、様々な用途に用いられる光触媒バイオポリマー構造が提供される。多くの実施形態はナノ光触媒鉱物を、バイオポリマー構造に融合したものをベースとし、ここでバイオポリマー構造はUV透過性（UVT）であってUV光がバイオポリマー構造を通過して光触媒融合層のを活性化することを可能とする。UV透過性のバイオラミネートであって、様々な結合剤と共にバイオラミネート素材内に光触媒を含む、または光触媒のコーティングを含むバイオラミネートも本発明の範囲に含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
高表面エネルギー、低屈折率、およびUV透過性を持つ素材で、複数層の同質または異質の素材が熱により融合され、様々な機能的光学要件を形成する素材が提供される。UV透過性のバイオポリマー構造を含む様々な組成物やシステムが提供される。いくつかの実施形態において、UV透過性のバイオポリマーを含みTio2などのナノ光触媒鉱物を融合し、様々な用途に用いられる光触媒バイオポリマー構造が提供される。多くの実施形態はナノ光触媒鉱物を、バイオポリマー構造に融合したものをベースとし、ここでバイオポリマー構造はUV透過性（UVT）であってUV光がバイオポリマー構造を通過して光触媒融合層のを活性化することを可能とする。UV透過性のバイオラミネートであって、様々な結合剤と共にバイオラミネート素材内に光触媒を含む、または光触媒のコーティングを含むバイオラミネートも本発明の範囲に含まれる。
【００３３】
本発明はしたがって、100％「天然」であり迅速に再生可能なバイオポリマーおよび天然ナノ鉱物を含む、様々な製品に組み込むことができ、また、さらに、バクテリア、ウィルス、VOC、臭気の削減または除去のための「活性素子」を幅広い市場に対して提供する、構造を提供する。
【００３４】
いくつかの実施形態において、粒子融合シート、押出成形シート、または成形構造の形態で、バイオポリマー構造の一つの表面にナノ光触媒鉱物が融合されたUV透過性バイオポリマーが提供される。この構造の別の側には蛍光灯、小型蛍光灯またはUV  LEDなどのUV光源を含んでよく、バイオポリマー構造をUV光が通過し、ナノ光触媒融合層を活性化してもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態において、UV透過率とUV透過保持率の高いUV透過性安定化バイオポリマー組成物が提供される。この組成物は様々な環境条件下において、非常に効果的にUV透過を保持する。本明細書にて用いられるように、UV放射とはUV-A、UV-BおよびUV-Cスペクトルで通常400nm以下の波長の放射、または380nm未満の波長のUV放射の一部を含む光源、と定義される。
【００３６】
別の実施形態において、独立型粒子融合シート、押出成形シート、および成形形状を含む様々な形態のUV透過性バイオポリマー構造が提供される。
【００３７】
さらに別の実施形態において、本発明は蛍光灯、小型蛍光灯およびUV  LED源によるUV源を組み込む。本発明はさらに、蛍光灯散光器およびカバーなどの構造を含む。
【００３８】
またさらに別の実施形態において、本発明はナノ光触媒層とUV透過性素子、構造、照明カバーおよび散光器、パネル、シート、またはフィルムとの組み合わせをさらに含む。
【００３９】
本発明はさらに、これらの構造を、VOC削減、空気交換、バクテリア削減、浄水およびその他の用途のための様々な機器、製品、用途に組み込むことを含む。本発明は、様々な市場においてバクテリア、ウィルス、VOCおよび臭気の削減／除去のための幅広い用途、製品および機器に用いることができる。
【００４０】
本明細書の内容は、様々な分野に広く応用することができる。その内容はUV光源用のフィルムを形成するために用いられてもよく、そのような反射フィルムはテレビまたはその他のスクリーン用反射防止多層フィルム、およびスクリーン用連続／分散相偏光子であってもよい。本明細書に開示される実施形態は、様々な厚さのPLAフィルムの利用を含み、水処理フィルム、パイプ、導管および装置（UV）、殺菌フィルム、太陽電池フィルム、医学検査容器、ならびにUVフォトリソグラフィーにおける用途がある。
【００４１】
バイオポリマー
バイオポリマーベースのバイオラミネートは、環境に優しく石油化学物質を含まず、UV透過性やUV劣化に対する高い抵抗性を含む、独特の機能的特徴を持つ。また、バイオポリマーバイオラミネートの極性が高いという性質は、様々なレベルのフィルターあるいは光触媒粒子またはナノ粒子またはその混合物などの機能材料を組み込む高い能力をもたらす。UV透過性およびUV劣化への抵抗性は、ナノ二酸化チタンおよびその他の類似した形態のナノ光触媒材料などの光触媒材料に独特の性質をもたらす。
【００４２】
PLAはポリカーボネートに比べ、比重は高いが屈折率は低い。
比重                                  屈折率
ポリカーボネート  1.2〜1.22                1.58
ポリ乳酸  1.24〜1.25                       1.46  注：混成による範囲（1.4
から1.55）
【００４３】
ポリ乳酸は、様々なバイオ添加物および様々な石油化学添加物により修飾し、様々な機能的および光学的性質を「調整」することができる。その例は、これらに限定されるものではないが、アクリル、ポリカーボネート、シリコン、フッ素ベースの化学構造、標準的な石油化学プラスチック、UV機能添加物、ナノ材料およびその他のそのような修飾物質を含む。これらの実施形態はPLAの利用に基づくが、少量のこれら他の添加物または修飾物質を様々な光学的、電気的または機能的性質の調整に用いることができる。
【００４４】
PLAは、そのUV透過性により、UV光またはUVスペクトルを含む外部日光への露出により大きく劣化しない。プラスチックの光分解は、0.295から0.400nmの波長の放射である日射中のUV成分により起こる。これは、一部のプラスチックでは吸収されポリマーの結合を切断し、光酸化につながる。PLAはUV波長のより広い範囲に対し透過性を持つため、PLAは、このような形態の、黄変または光分解につながる分子結合切断を受けない。
【００４５】
PLAは屈折率が低く、比重が高く、UV透過性を持ち、UV劣化の程度が低い点で独特である。また、加工または添加物の混合によりPLAの修飾が可能である点も、このような形態の機能的PLAが光学、電子および機能的用途のための幅広い用途を持ちうることを、示そう。
【００４６】
カルナバろうなど、様々な形態のろうはPLAと混合可能であり、屈折率が適合する。カルナバろうの屈折率は1.45である。大豆油ろうまたは「水素化油」ベースのろうなど、その他の素材も、より低いか対等の屈折率を持つ。
【００４７】
PLAの組成またはPLA混合物の組成により、PLAはフッ素重合体と似た範囲の屈折率を持ち、UV透過率は同等またはより優れている。ポリ乳酸は通常1.25程度の比重を持ち、透明な形態で製造できる。光学およびその他の機能的用途のための汎用プラスチック、例えばポリカーボネートなどは通常1.2から1.22の比重を持つが、UVに対し不透明である。
【００４８】
現在のPLAの屈折率1.4は、フッ素重合体のうち高い範囲にある。「生物学的修飾」および添加物により、PLAの屈折率は同様の範囲で操作しうる。
【００４９】
バイオポリマーは、主にUVスペクトルにおけるUV波長において二酸化チタンの光触媒最適作用範囲である第一波長388nmで「UV透過性を持つ」という独特の特性がある。また、バイオラミネート一次バイオポリマーの極性も、天然水晶またはその他鉱物など、同じくUV透過性を持つその他の機能的鉱物を含みうる。
【００５０】
バイオポリマー構造は、同じくUV透過性を持ち、光触媒反応をもたらすUV透過効率を下げないフィルターまたは添加物を含んでもよい。ナノ水晶、溶融水晶、フッ素重合体、またはフッ素重合体および特殊アクリルの粒子などのフィルターは、UV透過性のバイオポリマーと類似したUV透過性を持つ限り、バイオポリマーと混合することができる。
【００５１】
本明細書においてはポリ乳酸（PLA）について特別に記述するが、例えば酢酸セルロースなど、類似したUV透過性を持つその他のバイオポリマーを代替的に用いてもよい。
【００５２】
低屈折率、またはUV透過性を持つ材料は、典型的には高価で難しいポリマーフィルムである。ARにもちいられるフッ素化ポリマーなど、多くの場合これらのポリマーおよび一般的な添加物であるシリコンがフィルムの表面エネルギーを低くし、異種材料への接着を困難とする。
【００５３】
PLAの独特の屈折率は、上記の技術の屈折率に密接に適合している。上記技術は接着に関し制約がある。PLAは平均40ダイン程度という独特の表面エネルギーを持っており、容易に修飾しうる。この表面エネルギーのレベルは印刷や接着に最適である一方、低屈折率とUV透過性も提供できる。
【００５４】
PLA概要
ポリ乳酸の比重は汎用プラスチックに比べ比較的高く、ポリカーボネートなどのエンジニアード・プラスチックに近い比重を持つ。様々な機能的・光学的製品にもちいられるポリカーボネートに比重では近いものの、PLAの屈折率は大幅に低い。また、その独特の分子構造と素材のため、ポリカーボネートや他の汎用プラスチックが高いUV吸収率を持つのに対し、PLAは実質的にUV波長スペクトルを透過させる。このため、PLAでは、汎用プラスチックにおいて起こるような可視光またはUVによる劣化または黄変が起こらない
【００５５】
PLAは表面エネルギーが高く、光学素材および製品のための反射防止、フォトクロミック、およびその他のコーティング法など様々な光学コーティングによりこの素材をコーティングできる能力を促進させる点でも独特である。PLAの表面エネルギーは通常40ダインで、表面エネルギーを変化させるコロナ処理およびその他の方法でさらに変えることができる。
【００５６】
分光光度計試験によれば、ポリ乳酸はUV透過性を持ち、可視光およびUVスペクトルにおいてさらなる光学的特性をもたらす。UV透過性鉱物、ナノ鉱物およびその他のUV透過性ポリマーを融合させる能力は、UV透過性へのニーズを満たす新しい素材、素子、製品を製造する能力をもたらし、環境に優しいソリューションを提供する。この、UV透過性バイオポリマーまたはバイオ複合素材の発明品は、水晶では形成の難しい複雑な形状に鋳造、二次成形、成形することができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、PLAの屈折率が変更されている。このような変更は、ロウの使用により行ってもよく、ここでロウの屈折率は1.45以下である。あるいは、このような変更はアクリレートの使用により行ってもよく、ここでポリマー混合物のUV透過性および屈折率の変更が可能になる。PLAの屈折率により適合するよう、メチルアクリレートまたはブチルアクリレートなど、低Tgのアクリレートを用いてもよい。
【００５８】
二酸化チタン
TiO2、二酸化チタン、またはチタニアは、天然に存在するチタンの酸化物であり、安定した化学構造、生体適合性、物理的・光学的・電気的特性において知られている。二酸化チタンは、よく知られる天然鉱物ルチル、アナターゼ、ブルッカイトとして自然に存在する。酸化亜鉛および二酸化チタン、特にアナターゼの形態のものはUV光下における光触媒である。これは、例えばManess他によるレポートにおいて論じられている（Maness et al, Applied and Environmental Microbioloby, 65, （1999） 4094-8）。最近、二酸化チタンは、窒素イオンと混合すると、可視光下においても光触媒となることが発見された。二酸化チタンは光を照射されると光触媒となる。光は酸化物材料により吸収され、水の存在下において、水を酸化させヒドロキシルラジカルを精製する化学反応を引き起こす。この反応によりまた、酸素ラジカルを生成、または有機物を直接酸化させることもできる。さらに、フリーラジカルが活発に免疫反応を調節し、マクロファージを活性化し、治癒過程を促進する。
【００５９】
TiO2は、日光に晒されるとほぼあらゆる有機化合物を分解することができ、水・空気処理および気体の触媒生成に用いることができる、強力な光触媒である。有機物の光触媒分解の一般的図式は、超バンドギャップフォトン（suprabandgap photon）の励起に始まり、酸化還元反応が続き、ここで光触媒表面に形成されたOHラジカルが主要な役割を果たす。
【００６０】
光触媒
光触媒は、活性化または日光への露出により酸化および還元部位の双方を確立する。これらの部位は基質上での藻の成長を防止または抑制できる、あるいは基質上での藻の成長を抑制できる反応種を生成することができる。他の実施形態では、これらの部位は、基質上での生物相の成長を抑制する反応種を生成する。これらの部位自身、またはこれらの部位によって生成された反応種はまた、汚れ、すす、花粉のような他の表面汚染物を光酸化させることができる。光触媒成分はまた、有機汚染物と反応し、揮発させるまたは水で容易に洗い流せるように、変質させる反応種を生成することができる。従来当業者により認められてきた光触媒粒子は、本発明への使用に好適である。好適な光触媒は、これらに限定されるものではないが、TiO2、ZnO、WO3、SnO2、CaTiO3、Fe2O3、MoO3、Nb2O5、TixZr(1-x)O2、SiC、SrTiO3、CdS、GaP、InP、GaAs、BaTiO3、KNbO3、Ta2O5、Bi2O3、NiO、Cu2O、SiO2、MoS2、InPb、RuO2、CeO2、Ti(OH)4、これらの組み合わせ、または光触媒コーティングによりコーティングされた不活性粒子を含む。他の実施形態において、光触媒粒子は、例えば、炭素、窒素、硫黄、フッソなどでドープされている。他の実施形態において、ドーパントはPt、Ag、またはCuなどの金属元素であってもよい。いくつかの実施形態において、ドーピング物質は光触媒粒子のバンドギャップを変更する。いくつかの実施形態において、遷移金属酸化物光触媒はナノ結晶アナターゼTiO2である。
【００６１】
ナノメートル光触媒はTiO2粒子から生成することができ、その大きさは20nm未満である。それらが日光中のやランプハウスの照明内のUVを吸収すると、それらの電子がUVにより活性化して飛び出し、強力な酸化能力を持つ電子正孔を形成する（孔は電子が飛び出している時に形成される）。電子は強力な脱酸作用を持ち、空気中のH2OおよびO2と反応した後、酸化アニオンフリーラジカルおよび酸水素フリーラジカルを生成する。これらは強力な酸化能力を持ち、有機物、汚染物、煙、バクテリアを無害なCO2およびH2Oへと分解することができる。また同時に、電子は脱酸素反応を起こし空気中の酸素を除去する。
【００６２】
光触媒は、かび防止に高い有効性を持つ。光触媒を活用した布パッケージ食品では、明らかにかびの発生を抑制することができる。これにより１０日間鮮度を保つことができる。実験によれば、1,000平方メートルへの散布は、シラカンバ70本の空気清浄作用と同等である。
【００６３】
光触媒ナノTiO2の超消毒力は、バクテリア、ウィルス、菌類を死滅させ、また、悪臭を除去することが実証されている。これは様々な機関、学術団体、食品研究所、大学などによる一連の実験により検証され、好適な結果をみせている。光触媒ナノTiO2は緑膿菌、インフルエンザウィルス、MRSA、結核菌などを死滅させることができる。光触媒ナノTiO2はまた、VOCおよびホルムアルデヒドなど、有毒および発がん性ガスを除去できることが実証されている。
【００６４】
二酸化チタン光触媒の限界波長は388nmである。これに満たない波長では単に、TiO2分子の価電子は十分な光子を吸収し、遊離するためのエネルギーを持つ必要がある。
【００６５】
本発明はまた、ドープされた様々な光媒体鉱物を含む。これは、UVからさらに低い可視光スペクトルも含むよう光波長の範囲を拡大することにより、本発明における素子やシステムの効率をさらに向上しうる。しかしながら、好適な実施形態は、UVで動作する光触媒鉱物である。
【００６６】
UV透過性複合材料
本明細書において、UV透過性（UVT）バイオポリマー複合材料を提供する。本発明におけるUVTバイオポリマー素材は、UVTバイオポリマーのUV透過機能を著しく制約しない限り、様々なフィルター、繊維、鉱物、添加物、およびポリマー混合物と混合してもよい。これらの素材は、特定の用途要求に対する最終生成物または素子の機械的または物理的性能を変えることができる。
【００６７】
水晶、ATHおよびその他のUVT鉱物などのフィルターをバイオポリマーと混合し、UVTの特性に対する影響を最小限にしながら、硬度を増したり、耐熱性を改善することができる。
【００６８】
繊維強化材もまた、ガラス繊維、鉱物繊維、ある種の天然繊維およびその他の一般的な形態の繊維強化材と混合し、最終形状、シート、またはパネルの機械的特性を改善してもよい。
【００６９】
類似したUVT特性を持つフッ素重合体などその他の石油化学系ポリマー添加物、および特殊アクリルを添加してもよい。
【００７０】
用途
PLAフィルムは、テレビスクリーンなどのスクリーン用反射防止フィルムとして用いてもよく、既存の石油化学系スクリーンと空気とのインターフェースを提供する。ある実施形態においてはアセンブリーが提供され、ここでは低屈折率のPLAがフィルムに押出成形され、テレビスクリーン用多層アセンブリー内で用いられる。ある用途は、通常ポリマー素材である少なくとも二つの素材間の屈折率の差に基づき、片方の偏光状態を選択的に反射し、直交偏光状態の光を透過させるLCDテレビ用連続／分散相偏光子に関する。ある実施形態においては、PLA薄膜と光学グレードプラスチックまたはガラスのアセンブリーが提供され、ここではPLAの屈折率のほうが低く、ARコーティングを提供する。
【００７１】
米国特許5,882,774号において述べられる設計考察により、所望の屈折率関係をもたらすために選択された条件下で処理すれば、幅広い素材を多層ポリマー反射ミラーフィルムに用いることが可能であることが、当業者によって容易に理解される。所望の屈折率関係は、フィルム形成中または形成後に引き伸ばすこと（例：有機ポリマーの場合）、押出（例：液晶素材の場合）、またはコーティングを含む、様々な方法によって実現することができる。また、二つの素材は類似したレオロジー特性（例：溶融粘度）を持ち、同時押出できることが望ましい。
【００７２】
反射防止コーティング
反射防止（AR）コーティングは、レンズおよび他の光学素子の表面に施され反射を抑える光学コーティングである。これにより光の損失が減るため、システムの効率が改善する。望遠鏡などの複雑なシステムでは、反射の抑制は、迷光の除去により像のコントラストも改善する。これは惑星天文学では特に重要である。その他の用途においては、例えば眼鏡レンズのコーティングにより装着者の目を他人からより見えやすくする、または隠れて双眼鏡または望遠鏡を使用する際のギラつきを抑制するコーティングなど、反射そのものの除去が主な利点である。
【００７３】
多くのコーティングは、異なる屈折率を交互に重ねた層の透明薄膜からなる。層の厚さは、界面で反射された光線に相殺的干渉を、対応する透過光線に建設的干渉をもたらすよう選ばれる。これにより構造の性能が波長および入射角によって変化し、色彩効果が斜角においてよく現れる。このようなコーティングを設計または発注する際には、波長範囲を指定する必要があるが、比較的広い範囲の波長で良好な性能が得られることが多く、通常IR、可視光、UVという選択肢が与えられる。
【００７４】
最も単純な干渉ARコーティングは、その屈折率が基質の屈折率の平方根である４分の１波長単層の透明素材からなり、ここで、理論上は、中心波長では反射率がゼロとなり、中心波長の周りの広範囲の波長では反射率が低下する。
【００７５】
最も一般的な種類の光学ガラスはクラウンガラスで、屈折率は約1.52である。最適な単層コーティングは、屈折率が約1.23に等しい素材で構成されるものと考えられる。残念ながらそのような屈折率で光学コーティング向けの物理特性を有する素材は存在しない。最も「好適」に近い素材はフッ化マグネシウムMgF2（屈折率は1.38）およびフッ素重合体（最低1.30の屈折率を持つものもあるが適用が難しい）。クラウンガラス、ベアガラス上のMgF2の反射率はそれぞれ約1％、4％である。MgF2コーティングの性能は、1.9に近い反射率を持つものなど、より高い率を持つガラスにおいてより良好である。MgF2コーティングは安価であることから一般的に用いられ、可視帯の中央の波長向けに設計される場合、全ての帯域に対し妥当な反射防止効果を提供する。
【００７６】
反射防止ポリマーフィルム（「ARフィルム」）またはARコーティングは、ディスプレイ業界においてより重要となってきている。コンピューター、テレビ、電化製品、携帯電話、航空宇宙、自動車業界で用いられる品々に適用する低屈折率フィルムおよびその他のARコーティングの新しい用途が開発されている最中である。
【００７７】
ARフィルムは一般的に、反射される光の量を最小化すべく、高屈折率および低屈折率のポリマー層を交互に重ねて構成される。物品の基質上で用いられるARフィルムに求められる特性は反射光の割合が低いこと（例えば1.5％以下）と、伸張および摩擦への耐性との組み合わせである。これらの特性は、AR構成においてポリマー層間のデルタRIを最大化しつつポリマー層間の強い接着を保つことで実現される。
【００７８】
ARフィルムに用いられる低屈折率ポリマー層は通常、フッ素を含むポリマー（「フッ化重合体」または「フッ素化ポリマー」）で、屈折率が約1.3から1.4のものに由来する。フッ化重合体は従来の炭化水素ベースの素材に比べ、化学的不活性（酸塩基耐性において）、汚れ、汚染に対する耐性（表面エネルギーが低いため）、低い吸湿性、気候および日光条件に対する耐性において独特の利点を有する。
【００７９】
フッ素化ポリマーコーティング層の屈折率は層に含まれるフッ素量の割合による。フッ素含有量が増えるにつれ、コーティング層の屈折率は低下する。
【００８０】
しかし、フッ素含有量を増やすと、コーティング層の表面エネルギーも低下させ、フッ化重合体層が組み合わされている他のポリマーまたは基質の層への界面吸着を弱めることになる。
【００８１】
低屈折率層における使用のため研究されたその他の素材として、シリコンを含むポリマー素材がある。シリコンを含むポリマー素材は一般的に屈折率が低い。さらに、シリコンを含むポリマーコーティング層は一般的に、フッ素重合体ベースの層よりも表面エネルギーが高く、シリコンを含むポリマー層は高屈折率層または基質など、他の層により容易に接着できる。この接着性の高さは多層反射防止コーティングにおいて傷への耐性を改善する。しかし、シリコンを含むポリマー素材はフッ素を含む素材に比べると屈折率が高いさらに、シリコンを含むポリマー素材は粘度が低く、超薄コーティング（約100ナノメートル未満）では不利になる。
【００８２】
したがって、フッ素含有量が大きく、つまり屈折率が低い一方で、組み合わせる層または基質への界面接着性を改善した反射防止フィルム向けの低屈折率層を形成することが非常に望ましい。
【００８３】
そこで、ここに開示するPLAを用いた反射防止コーティングを用いることができる。
【００８４】
光学ミラーフィルム
本発明と共に用いられる多層光学ミラーフィルムは入射光に対し比較的低い吸収率を示し、軸外および普通光線に対する高い反射率を示している。多層光学フィルム独特の性質および利点は、従来のバックライトシステムに比べ、吸収損失が低い高効率バックライトシステムを設計する条件を提供する。本発明による多層光学ミラーフィルムの例は米国特許6,924,014号に記載されており、その内容が参照によって本明細書に組み込まれる（例１および例２を参照）。多層光学ミラーフィルムの例は、少なくとも二つの素材の層を交互に重ねた多層スタックを含む。少なくとも一方の素材は、応力誘起の複屈折性を持ち、その素材の屈折率が伸張過程において影響を受ける。層と層の間のそれぞれの境界における屈折率の差により、光線の一部が反射される。多層スタックを一軸配向または二軸配向の範囲で伸張せることにより、配向の異なる平面偏光入射光に対し広範囲の反射率を持つフィルムが形成される。したがってこの多層スタックは、ミラーとして有用である。このように構成された多層光学フィルムのブルースター角（いかなる層界面から入射する光についても反射率がゼロとなる角）は非常に大きい、または存在しない。その結果、広範囲の帯域、s偏光およびp偏光双方に対し高い反射率を持つ、ポリマー多層スタックを実現でき、広範囲の角度において反射させることができる。
【００８５】
UVT  PCOコートパネルまたはフィルム
UVTバイオポリマーは、シートまたはフィルムの形態に押出成形し、その後、反射防止、フォトクロミック、反射およびその他の一般的に用いられる光学コーティングなど、様々な光学コーティング方法を用いてコーティングすることができる。光触媒物質は、これらのコーティング層に混合するか、または光学コーティングの表面に別途適用することができる。ある実施形態においては、UV透過性PLAフィルムが、UV殺菌装置に用いられるフィルムまたはチューブの形態に押出成形されたアセンブリーが提供される。
【００８６】
散光器
市販の蛍光天井照明器具は、電球が壊れた際の保護と、室内におけるより均一な散光のため、現在アクリル樹脂もしくはポリスチレンのカバー、または散光パネルを用いている。アクリルおよびポリスチレンはどちらもUVスペクトルを不透過、または遮断する。本発明は、シートまたはUVTエンボス構造を散光器を直接代替するものとして組み入れる。ナノ光触媒コーティングまたはナノ鉱物の融合層が構造の片面に融合される。固定蛍光灯、UV LEDまたはその他のUV光源の形態のUV源は交互の側にあり、UVスペクトルがUVT構造を効率的に通過し、ナノ光触媒を活性化する。出来上がった照明パネルは、新築または改築向けの標準的な市販天井照明器具内に設置し、施設のバクテリア、ウィルス、VOCおよび悪臭の除去効果を提供する。
【００８７】
UVT  PCO散光器は、粒子を下方用天井照明カバーの大きさに押出成形、鋳造、または溶融したパネルからなる。このパネルはPCO層によってコーティングされ、再加熱してナノ粒子を表面に融合させることができる。UVTパネルはまた、外観およびブランド認知のため透明着色粒子を含んでもよい。このパネルはまた、パネルのUV透過性を著しく弱めない限り、再生ガラス、繊維および鉱物など装飾用含有物を含んでもよい。UVT  PCO散光器は様々なエンボスまたは成形構造を持ち、より良好に散光を改善する。
【００８８】
VOC交換器
UV光源がUVTパネルを通過しナノ光触媒を活性化する、ナノ光触媒層でコーティングされたUVTパネルは、様々な空気交換器において設計できる。フラットまたは成形UVTバイオポリマーパネルは、空気容器内に設置されるパネルとして押出成形、鋳造または二次成形される。空気はファンによって容器内で吹出または吸入される。UV源は容器の側面または外に設置され、UV光が容器を通過できるようになっている。複数のUVTバイオポリマーナノコーティングパネルが並べられ、容器内での線形層流が制限されないようになっている。容器の側面または外からのUV光は第一のUVT  PCOパネルまで通過し、UV光は通過を続け次のパネルに到達する。これにより、複数のパネルを重ね表面面積を増やし、容器内でのVOC・バクテリア・悪臭削減効率を拡大することが可能となる。この機器はまたフィルター機構を含んでもよい。
【００８９】
この機構または機器は室内の空気を再循環させる独立型VOC交換器として構成できる。また、排気管内に設置して外部環境への排出前にVOCを除去するよう設計することもできる。
【００９０】
UVT  PCO窓フィルム
UVTバイオポリマーの薄膜を標準的なフィルム押出方法にて押出成形する。フィルムのUV透過性を著しく弱めない限り、その他のUVT素材、フィルター、添加物、染料、着色料、可塑剤および加工助剤を添加してもよい。押出成形の後、フィルムはPCO素材の層でコーティングされ、任意で再加熱しPCOの粒子をUVTバイオポリマーフィルムに融合させてもよい。このフィルムを様々な反射防止または光学コーティングで二次コーティングしてもよい。このフィルムはまた、接着剤がUVTバイオポリマーフィルムのUV透過性を著しく弱めない限り、窓フィルムの用途向けの窓接着剤層を含んでもよい。
【００９１】
UVT PCO浄水器および水素製造
UVTバイオポリマーのチューブ形状構造は、押出成形または二次成形により形成できる。PCOコーティングをチューブの内側に融合し、UV源がチューブの外側に設置される。チューブ内を流れる水はナノ光触媒および、これも殺菌剤として作用できる余剰UV光スペクトルにより処理される。この構造を改造し、再生可能燃料として水素を製造する用途をもたせることもできる。このような機器は直射日光と、UVT／PCOバイオポリマー層下におかれた別個のUV光源の双方を利用することになり、この中に水を貯めて水素に転換することができる。
【００９２】
UVT  PCO成形素子
UVT  PCO成形素子は射出成形されたUVTバイオポリマーからなり、UVまたはフルスペクトルを含むUV源を成形素子の中央または中心に挿入することができる。成形素子の外側表面にはナノ光触媒の層が施され融合される。この素子は衣服、靴、繊維製品、浄水、医療機器においてVOC、悪臭、バクテリアおよびウィルス削減のための様々な用途に用いることができる。
【００９３】
UV架橋用途
「UV透過性」のポテンシャルは、UV硬化技術を適用しうるその他のコーティング用途にも応用しうる。一つの例としては、溶融され光開始剤と混合されたPLAを押出成形しUV硬化処理を受け架橋されたものが挙げられる。
【００９４】
蛍光照明
下方照明器具に一般的に用いられる蛍光灯の余剰UVスペクトルは、UV透過構造または素子を通し光触媒表面を活性化するのに十分なUV源を提供する。蛍光ランプまたは蛍光灯は、電気を用いて水銀蒸気を励起するガス放電灯である。励起された水銀原子は短波紫外線光を生成し、これが蛍光体に蛍光を発生させ、可視光を生成する。蛍光灯は、白熱灯よりも効率的に電力を有用な光に転換する。商業用または工業用建造物ではたいてい、より大型の蛍光灯が使われてきたが、今日では、よく使われる白熱灯と同じ大きさの小型の蛍光ランプが利用可能となっており、家庭において省エネルギーのための代替品として用いられている。蛍光体の蛍光過程、ひいては汎用蛍光灯から発せられるUV光の割合の効率は100％ではない。
【００９５】
蛍光照明は市販の天井照明器具として長い管の形態、また、白熱灯の直接代替品として小型の蛍光灯の形態をとる。様々な種類、ブランド、リンによって剰余UV発光量は変化しうる。
【００９６】
UVおよびLED光源
UV  LEDを含むその他のUV源を本発明において用いることができる。UV LEDまたは紫外線発光ダイオードは現在、印刷業界、空気ろ過およびその他の工業領域で用いられている。これらは最低限の入力電力条件下で良好なUV源を提供する。本発明における用途はフルスペクトル光または可視光を必要としなくてもよく、したがって、388nmまたはその周辺の狭域UV光帯域スペクトルを生成するUV LEDが、溶融されたナノ物質層の光触媒作用を活性化するのに十分なUVを提供しうる。
【００９７】
LEDドライバーは独立照明部品、シート、またはレンズアレイの形態をとりうる。LEDは標準的な市販LED、OLD、UV LEDおよびその混合物であってもよい。
【００９８】
その他組み込みうる光源は、フルスペクトル光を提供しうる誘導プラズマ、量子ドット、その他の光源技術を含んでもより。
【００９９】
器具
商用照明では、電球が壊れた際のために、蛍光灯がカバーで覆われている必要がある。このようなカバーはまた、光「拡散」作用を有し、室内全体で光をより均一に分散させる。
【０１００】
現在、電球からの光を分散させるためプラスチックの散光器が用いられている。一般的に、これらのプラスチックはアクリルまたはポリエステルからなる。この種の石油化学系プラスチックはほぼ全てのUVスペクトルを遮断する。ポリ乳酸のようなバイオポリマーは石油化学ベースではなく、UV周波数が素材を通過できる独特の分子構造を持っている。
【０１０１】
光学において、散光器は何らかの形で光を拡散または散開または散乱させ、柔らかい光をもたらすあらゆる素子である。散光は、白色の表面から光を拡散的に反射させることで容易に得られるが、より小型の光学散光器は半透明物体を用いうる。商用照明は一般的、医療、機関、および多くの商用建造物において天井用下方照明を通して行われる。天井用下方照明は金属容器、バラストおよび蛍光灯照明からなる。この照明は石油化学系プラスチックの散光器で覆われる。
【０１０２】
UVTバイオポリマー構造
押出成形フィルムまたはシート構造―UVT（UV透過性）バイオポリマー構造は、シートまたはフィルム素材として押出成形し、押出成形過程にてエンボス加工できる。UVTバイオポリマーは、通常0.002”から0.5”、さらに一般的に0.010”から0.125”の所望の厚さのシートダイを用いて溶融押出される。押出成形されたシートは、同じくUV透過性を持つが、さらなる機械的または物理的特性を提供する、あるいはさらなる加工補助を提供する、様々なUVTフィルター、繊維、添加物を含んでもよい。その後シートはコーティングされる。
【０１０３】
粒子融合―UVT粒子融合構造は、純ポリ乳酸またはその他のUV透過性バイオポリマーのペレットからなり、ペレットは鋳型内で層として形成され、その融点とガラス転移温度の間の温度まで加熱される。これにより、ペレットは個別の球体として形成され融合されつつ、明確な境界状態を保つことができる。これにより、独特の散光能力がもたらされる。個々の粒子はまた、透明塗料、着色染料によりコーティングし、様々な色付きまたは透明の粒子と混合し、粒子融合UVT構造に独自の外観設計を与えることができる。
【０１０４】
射出または連続成形―ポリ乳酸またはその他のUVTバイオポリマーは一般的に、標準的な射出成形加工による射出成形により複雑な立体形状に成形できる。UVTバイオポリマー成形構造は様々な製品へと設計でき、ここでUV源は構造内に、ナノ光触媒の層は構造の外にあり、UV透過を可能とし素子の光触媒作用を活性化する。
【０１０５】
回転成形―ポリ乳酸またはその他のUVTバイオポリマーは、粉末または微粒子として加工し、標準的な回転成形により中空形状に成形できる。十分な熱条件下で金属の金型を回転させ、粉末を溶かし金型壁面をコーティングする。冷却した後、中空構造はナノ光触媒物質によりコーティングできる。
【０１０６】
これらのUVTバイオポリマー構造はすべてUV透過性を持ち、また、ナノ光触媒鉱物をその表面に融合するためのコア構造を提供しまた固定および／または不動光源から素材を通じたUV透過を可能とする、その他のUVT素材、フィルター、ポリマー、繊維を含んでもよい。
【０１０７】
製造方法
PLA加工
フッ素重合体粉末とPLAフィルムの混合―フッ素重合体微粒子の混合は、フィルムの粘弾性押出成形加工と組み合わせ、PLA押出成形の懸濁液充填剤として作用することができる。一般的に、加工はPLAを流動させるのに十分な、しかしフッ素重合体は流動しない温度において行われてもよい。フィルムに後処理を施し、最終フィルム製品の非結晶度および透明度を高めてもよい。出来上がったフィルムは、材料混合の度合いに基づきより低い屈折率を「持ちうる」。その他の「高融点」ポリマーを微粒子またはナノ粒子に加工し、同様に加工してもよい。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、様々な天然ロウまたは油を混合し、屈折率およびUVフィルターまたは透過作用を調整してもよい。
ナノ粉砕および噴射
TiO2をナノサイズの粒子へと粉砕し、水エマルションに懸濁させ、UVT構造の表面に噴射してもよい。
【０１０９】
UVTバイオポリマー構造に対するナノ鉱物の融合
押出成形シート、粒子融合シート、または鋳造形態のUVT構造を、UVTバイオポリマーの融点未満、しかしバイオポリマーのガラス移転温度より高い特定の温度に予熱する。ナノ鉱物の水エマルションを表面に噴射し、余分な水分を飛ばすため再加熱してもよい。UVT構造の高極性表面と加熱の組み合わせにより、ナノ粒子が活性表面にしっかりと融合する。ナノコーティングされた最終品はUVTバイオポリマーの融点未満で加熱され、表面へのナノ粒子の融合を補助する。
【０１１０】
散光器は、押出成形法またはプリズムパターンを押出バイオポリマーシートにエンボス加工することにより製造できる。代替的方法として、UV透過性バイオポリマーのペレットをシート型または連続ベルトに配置し、オーブンに入れる。ペレットは融点未満だがTg点より上の温度まで加熱され、ペレットが軟化し球状に成形される。この形状が互いに融合した固体物質となるが、それぞれの球状ペレット同士の個々の境界は保たれる。比較的高温の状態のまま、ナノ鉱物をUV透過溶融パネルの表面に噴射またはコーティングしてもよい。
【０１１１】
PCOコーティングをUVTバイオポリマーに適用する第二の方法として、UV透過性液体キャリアをナノ鉱物に添加し、UVT構造に直接適用する。この形態のコーティングはアルカリ金属ケイ酸塩を用いてもよい。本発明によるコーティング組成物は一般的に、平均クラスターサイズ約300nm未満の光触媒およびアルカリ金属ケイ酸塩結合剤の分散系を含む。この分散系は、光触媒、分散剤および溶剤を混合することにより生成できる。好適には、光触媒は遷移金属酸化物である。特に好適には、光触媒は結晶性アナターゼTiO2、結晶性ルチルTiO2、結晶性ZnO、およびそれらの混合物を含む。コーティング組成物における光触媒の固体重量の割合は約0.1％から約90％におよぶ。好適な重量の割合は約30％から約80％の範囲である。好適な分散剤の例は、無機酸、無機塩基、有機酸、有機塩基、無水または水和酸塩、およびそれらの混合物を含む。好適な溶剤は、使用する分散剤を溶解する任意の溶媒である。好適なアルカリ金属ケイ酸塩結合剤の例には、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、および、これらの混合物を含む。コーティング組成物を基質物質に適用した後、オーブンまたはその他の好適な装置により高温に加熱することで、透明度が改善され、所望の光活性を有する光触媒コーティングが生成される。
【０１１２】
実験
実験１―グリーンフィルタリング：硬化大豆ロウによる粘弾性加工を用いて修飾したPLAフィルムを厚さ0.005インチのフィルムに押出成形した。このフィルムに、ソルベントベースのインクジェットプリントシステムを用いて裏刷り印刷を施した。平滑MDF基質および高加工鉱物・木複合材料の基質を用意し、水ベースの、過熱によって活性化されるウレタン接着剤を噴射した。薄型フィルムは真空成形システムにより低温で形成され、組成物基質の表面に融合された。
【０１１３】
第二の比較基質グループを用意し、標準的PETおよびPVCフィルムを適用した。
【０１１４】
基質に融合させた修飾PLAのサンプルは、室内光を用いて色評価をした。そしてサンプルを屋外に持ち出し直射日光に当てると大きな色変化がみられ、印刷された像が強い淡緑色へと変化した。これは何らかの光学またはUVフィルター効果を示すものと考えられる。現時点ではまた、インクとPLAフィルムの界面における独特の界面または化学的状態に起因する作用と考えている。PETサンプルにも外部光を当てたが、色変化はみられなかった。
【０１１５】
実験２―UV抵抗性およびUV分光光度： PLAの一次製品（Cargill）を用いThe Design ShopでPLAのUV抵抗性を検証した。意外なことに、PLAのUV抵抗性はポリカーボネートを含む最良の石油化学系ポリマーを上回っている。また、入手したPETとPLAの分光光度計による比較によれば、UV AおよびB範囲双方においてUVスペクトルの吸収率がPETは高いものの、PLAは非常に低いか吸収しないことが示されている。
【０１１６】
実験３―結晶・非結晶状態の変化：PLAの表面処理のための粘弾性加工に限られたものではないが、粘弾性加工はPLAフィルム内の高い結晶性を保つ。粘弾性加工はより低い温度での加工または調節温度プロファイルを核形成剤として作用しうる硬化大豆ロウを含む様々な添加物と組み合わせる。出来上がったフィルムは半透明だが、発明者による素材の装飾印刷パターンを強調する独自の光学効果を有する。さらに、サーモフォイルなどの後処理により、140Fから180Fにおいて確実に透明度が変化し、バイオラミネートフィルムの透明度が大幅に高まることを確認した。これはサーモフォイルの加工パラメーター範囲を調整することにより調整できる。
【０１１７】
実験４―ポリ乳酸ペレット（Natureworks）を鋳型に入れ、圧力下で融点まで加熱し薄型シートを形成した。第二のシートは標準的な押出加工にて形成した。これらの素材サンプルに対し分光光度計試験を行った。その結果、目標の388ナノメートル範囲において、素材はUV AおよびB周波数のUV周波数において、高いUV透過率（90％超）を示した。
【０１１８】
実験５―ポリ乳酸ペレットを深さ２ペレット分のシート型に入れた。型をオーブンに入れ340Fで8分間加熱した。ペレットはまず、軟化点に達したが融点未満で「球状」になった。ペレットは互いに融合し、冷却されると結合性の高い固形シートとなった。個々のペレットは全て球体形状にあった。このパネルを照明器具内に配置し、標準的なアクリル散光板（結晶パターン）と比較した。PLA球状パネルからの光は全角度において高度に分散されていたが、標準的なアクリルパネルでは中央に強い集中がみられ、視点との間の角度が小さくなるにつれ急速に光度が下がった。
【０１１９】
実験６―酢酸セルロースおよびポリ乳酸をそれぞれシートに押出成形し、388nmでUV透過率を測定しアクリルと比較した。このUVスペクトルにおけるアクリルのUV透過率は10％未満だった一方、PLAおよび酢酸セルロースは、90％を超える高い透過率を示した。
【０１２０】
実験７―ナノ水晶を重量10％の割合でPLAと混合し、シートサンプルとして押出成形した。サンプルに対し分光光度計試験を行った。この素材は純PLA比較サンプルと同じUV透過性を示し、UV Aスペクトルにおいて極小の損失があった。
【０１２１】
実験８―ナノ水晶鉱物でポリ乳酸シートの表面をコーティングした。この素材をそのTgより高く、融点より低い温度まで加熱した。この部分を冷却した。ブラシを用いて表面上の水晶の除去を試みた。表面から除去された水晶はほとんどないか全くなかった。
【０１２２】
実験９―ナノTiO2光媒体鉱物でPLA押出成形シートの上面をコーティングした。UV光源をPLAシートの反対側裏面に設置した。容器に煙を吹き込み、PLAシートの上に配置した。UV透過性のPLAを通したUV光による光触媒効果で、数分で煙が削減および除去された。
【国際調査報告】
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