(57)【要約】【課題】導電性が低く電波を透過でき、安価で且つ簡便に作製でき、近赤外線領域の光を効率よく反射・吸収する熱線遮蔽膜、及び窓などへの適用に好適な熱線遮蔽部材を提供する。【解決手段】Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｒ、Ｃａの６ホウ化物微粒子、酸化ルテニウム微粒子、及び酸化レニウム微粒子から選ばれた少なくとも１種を、５％以上の体積含有率で含む熱線遮蔽膜であり、波長７８０〜２６００ｎｍの領域における反射率が１２％以上で、且つ波長５５０ｎｍの反射率が７８０〜２６００ｎｍの領域における反射率の最高値よりも小さい。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｒ、Ｃａの６ホウ化物微粒子、酸化ルテニウム微粒子、及び酸化レニウム微粒子から選ばれた少なくとも１種を、５％以上の体積含有率で含むことを特徴とする熱線遮蔽膜。
【請求項２】
前記微粒子の平均分散粒子径が８００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱線遮蔽膜。
【請求項３】
前記微粒子相互の空隙にバインダーが存在することを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱線遮蔽膜。
【請求項４】
前記バインダーが、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎから選ばれた少なくとも１種を含む化合物、有機樹脂、又は粘着剤のいずれか１種類以上であることを特徴とする、請求項３に記載の熱線遮蔽膜。
【請求項５】
波長７８０〜２６００ｎｍの領域における反射率の最高値が１２％以上で、且つ波長５５０ｎｍの反射率が７８０〜２６００ｎｍの領域における反射率の最高値よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱線遮蔽膜。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の熱線遮蔽膜を備えることを特徴とする熱線遮蔽部材。
【請求項７】
前記熱線遮蔽膜が透明基材上か、若しくは２つの透明基材間に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の熱線遮蔽部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅や自動車の窓などに設置し、太陽光線の熱エネルギーを効率よく遮断する熱線遮蔽膜、及びこれを用いた熱線遮蔽部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギーの観点から、太陽光線の熱エネルギーを遮蔽して室内を断熱する材料が求められている。特に夏場の冷房負荷を軽減するため、太陽光線の熱エネルギーの流入を効率よく遮蔽する窓材が注目されている。
【０００３】
太陽光線の殆どは波長が２００〜２６００ｎｍの領域の光であり、４００ｎｍ以下の光は紫外線、４００〜７８０ｎｍの光は可視光線、７８０〜２０００ｎｍの光は近赤外線と大まかに区別されている。この太陽光線に対して、窓用の熱線遮蔽材は、可視光線を透過し、熱エネルギーとして作用する近赤外線領域の光を効率よく遮蔽する必要がある。
【０００４】
従来から、このような近赤外線を反射する熱線遮蔽材として、基材表面にＡｌ等の金属を蒸着した膜が知られている。しかし、これらの金属膜は可視光線領域の光も同時に反射するため、特に屋外の窓などに断熱用途で使用する場合はギラギラとまぶしく、意匠性の面で好まれなかった。
【０００５】
また、ＩＴＯ（錫添加酸化インジウム）やＡＴＯ（アンチモン添加酸化錫）を基材上に成膜した熱線遮蔽材も良く知られている。ＩＴＯやＡＴＯは可視光線領域に吸収を持たないため透明であり、且つ自由電子のプラズモン共鳴エネルギーが近赤外線領域にあるため、７８０〜２６００ｎｍの近赤外線を反射する。そのため、ＩＴＯ膜やＡＴＯ膜を設けた熱線遮蔽材は住宅などの窓に設置され、太陽光線中の近赤外線を反射して断熱することにより、夏場の冷房負荷の低減に寄与している。
【０００６】
しかし、ＩＴＯやＡＴＯは導電性が高いため、電波を反射するという問題があった。即ち、ＩＴＯ膜やＡＴＯ膜の熱線遮蔽材を設置した窓などから電波が室内に入り難く、携帯電話やパソコンの無線通信などの使用が制限されるため、住宅や自動車などの窓材としては好ましくない。また、ＩＴＯ膜やＡＴＯ膜はスパッタ法などの乾式法で形成することが一般的であるため、大掛かりな成膜装置を必要とし、製造コストが高いという問題もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近赤外線領域の光を吸収することにより、太陽光線の熱エネルギーを遮断する熱線遮蔽膜も知られている。例えば、ＬａやＣｅなどの６ホウ化物微粒子、酸化ルテニウム微粒子、酸化レニウム微粒子の分散膜は、可視光領域の光を透過し且つ近赤外線領域の光を吸収するため、窓などの視認性を必要とされる箇所の熱線遮蔽膜として提供されている（特開平９−１５６９６３号公報、特開２０００−９６０３４号公報など参照）。
【０００８】
しかしながら、太陽光線の熱エネルギーを遮熱する方法としては、近赤外線領域の光を吸収させる方法よりも、反射させる方法の方が一般的に遮熱効率が高くなる。また、近赤外線領域の光を吸収させる方法では膜自体が蓄熱しやすいが、反射させる方法では膜が熱を持たないという利点がある。
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、導電性が低く電波を透過でき、安価で且つ簡便に作製することができ、近赤外線領域の光を効率よく反射・吸収する熱線遮蔽膜、及び窓などの視認性が必要とされる箇所への適用に好適な熱線遮蔽部材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供する熱線遮蔽膜は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｒ、Ｃａの６ホウ化物微粒子、酸化ルテニウム微粒子、及び酸化レニウム微粒子から選ばれた少なくとも１種を、５％以上の体積含有率で含むことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の熱線遮蔽膜においては、微粒子の平均分散粒子径が８００ｎｍ以下であることが好ましい。また、熱線遮蔽膜の微粒子相互の空隙にバインダーが存在することが好ましい。前記バインダーとしては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎから選ばれた少なくとも１種を含む化合物、有機樹脂、又は粘着剤のいずれか１種類以上を用いることができる。
【００１２】
また、上記本発明の熱線遮蔽膜は、波長７８０〜２６００ｎｍの領域における反射率の最高値が１２％以上で、且つ波長５５０ｎｍの反射率が７８０〜２６００ｎｍの領域における反射率の最高値よりも小さいことが好ましい。
【００１３】
本発明は、また、上記した本発明の熱線遮蔽膜を備えることを特徴とする熱線遮蔽部材を提供する。この本発明の熱線遮蔽部材においては、熱線遮蔽膜が透明基材上か、若しくは２つの透明基材間に形成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上述したように、ＬａやＣｅなどの６ホウ化物微粒子、酸化ルテニウム微粒子、あるいは酸化レニウム微粒子を分散させた膜が、近赤外線領域の光を吸収する熱線遮蔽膜として既に知られている。これらの微粒子は粉体の状態では暗色系の色調を呈しているが、微粒子分散膜として形成した膜は４００〜７８０ｎｍの可視光線を透過し、７８０〜２６００ｎｍの近赤外線を吸収する特性が発現する。この近赤外線の吸収は、材料固有の電子構造に由来し、特に近赤外線の吸収特性は自由電子の影響であると考えられている。
【００１５】
６ホウ化物、酸化ルテニウム、及び酸化レニウムは、バルク又は連続膜の状態では、７８０ｎｍ以上の光を反射する。しかし、これらの微粒子の分散膜では、特に従来の熱線遮蔽膜においては、微粒子が極めて疎な状態で膜中に存在している状態であったため、分散膜の外に反射光は現れなかった。例えば、透明ガラス板上に形成したＬａＢ６微粒子を１体積％含む分散膜は、図２のような透過率と反射率を示し、波長７８０〜２６００ｎｍの近赤外線の反射率は数％に過ぎず、到底１０％にも達していなかった。
【００１６】
しかし、本発明者は、６ホウ化物、酸化ルテニウム、酸化レニウムの微粒子分散膜の反射特性について鋭意検討を重ねた結果、これらの微粒子の分散膜中における充填密度を増やして緻密に充填することによって、７８０ｎｍ以上の近赤外線に反射特性が現れることを見出した。特に、上記微粒子の体積含有率を５％以上とすることにより、可視光領域での透過率を低下させることなく、近赤外線領域に顕著な反射特性が表れる。
【００１７】
その理由は明らかではないが、これら一連の微粒子の比誘電率はほぼ同様に特徴的な波長分散を持つため、微粒子を緻密に膜中に充填することにより、微粒子分散膜が有する屈折率も波長に対し類似した変化をし、特徴的な反射特性が出現するものと考えられる。
【００１８】
即ち、本発明の熱線遮蔽膜は、６ホウ化物微粒子、酸化ルテニウム微粒子、又は酸化レニウム微粒子を分散させた膜であり、近赤外線領域に吸収を示すことに加えて、微粒子が５体積％以上に緻密に充填されることで近赤外線領域に反射特性を併せ持っている。このように吸収特性に加えて反射特性を出現させた本発明の熱線遮蔽膜は、反射特性が現れることで近赤外線透過量も減少し、断熱特性が著しく増加する。
【００１９】
具体的には、上記微粒子の体積含有率を５％以上とした分散膜では、波長７８０〜２６００ｎｍの近赤外線領域における反射率の最高値を１２％以上に高めることができる。同時にまた、可視光領域の波長５５０ｎｍの反射率は、波長７８０〜２６００ｎｍの近赤外線領域における反射率の最高値よりも小さい。更に、単層膜の干渉作用を応用することで、反射特性をより一層向上させることも可能である。
【００２０】
また、本発明の熱線遮蔽膜では、可視光領域の反射率はそれほど上昇しないため、ぎらつきが無く、意匠性にも優れている。可視光領域の反射率が小さいのは材料そのものの特性であると考えられる。
【００２１】
尚、熱線遮蔽膜中における微粒子の体積含有率については、５％を超えて増えるほど近赤外線領域の反射特性も向上する一方、体積含有率が増えると可視光領域の透過性が低下して膜の透明性が失われるようになったり、膜の強度が低下したりする。基材の表面に塗布される場合や２枚の基材間に形成される場合には、膜強度は大きな問題とならず、また膜厚を薄くすることで透過性を改善できることも可能である。しかし、熱線遮蔽膜を単独で用いる場合には、膜強度の低下は大きな問題であり、透過性改善のため膜厚を薄くすることも難しいため、微粒子の体積含有率は６０％以下とすることが望ましい。
【００２２】
本発明で用いる微粒子は、６ホウ化物微粒子、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）微粒子、酸化レニウム（ＲｅＯ３）微粒子の１種又は２種以上である。使用できる６ホウ化物としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも１種の元素の６ホウ化物を挙げることができる。
【００２３】
上記微粒子の粒子径は、熱線遮蔽膜の用途などに応じて最適な粒子径を適宜選択すればよい。可視光領域の透明性を保持したまま、同時に近赤外線を効率良く遮蔽するためには、膜中に分散した微粒子の平均分散粒子径が８００ｎｍ以下であることが好ましい。平均分散粒子径が８００ｎｍを超えると、光を完全に遮蔽してしまうため、可視光線領域の視認性を保持すると同時に効率良く近赤外線を遮蔽することが困難である。
【００２４】
特に、可視光領域の透明性を重視する場合には、粒子による散乱を考慮する必要がある。即ち、微粒子の粒子径が大きいと、幾何学散乱又はミー散乱によって４００〜７８０ｎｍの可視光領域の光を散乱し、曇りガラスのようになり、透明性を保持できないからである。粒子径が２００ｎｍ以下になると、上記散乱が低減してレイリー散乱領域になる。レイリー散乱領域では、散乱光は粒子径の６乗に反比例して低減するため、粒子径の減少に伴って透明性が向上する。更に、粒子径が１００ｎｍ以下になると、散乱光は非常に少なくなるため、透明性を重視する用途には極めて好ましい。
【００２５】
尚、微粒子の微細化方法は特に限定されないが、上記微粒子を水やアルコールなどの液体中でほぐす方法としては、超音波照射や媒体撹拌ミルなどを挙げることができる。
【００２６】
本発明の熱線遮蔽膜は、上記微粒子を基材表面に堆積させることによって形成することができる。例えば、上記微粒子を溶媒中に分散させた分散液を基材表面に塗布し、溶媒を蒸発させることにより簡単に作製することができる。尚、このように微粒子のみで構成される熱線遮蔽膜の場合、微粒子の体積含有率は、膜としての外形体積（空隙を含む）に対する微粒子の体積比率を表している。
【００２７】
また、上記の微粒子分散液にバインダー成分を添加して、基材表面に塗布した後、溶媒を蒸発させた後バインダーを硬化させることにより、微粒子相互の空隙にバインダーが存在する熱線遮蔽膜を得ることができる。この熱線遮蔽膜は、基材との結着性に優れ、且つ良好な表面強度を有している。尚、このときの微粒子分散液中のバインダー量は、得られる膜中における微粒子の体積含有率が５％以上となるように調整する必要がある。
【００２８】
バインダーとしては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎから選ばれた少なくとも１種を含む化合物、若しくは有機樹脂、粘着剤などを用いることができ、用途にあわせて選択すればよい。バインダーの硬化方法は、バインダーの種類に合わせて選択すればよく、例えば、紫外線硬化、熱硬化、常温硬化などを用いることができる。
【００２９】
Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎを含む化合物としては、それぞれのアルコキシド、その加水分解重合物、硝酸塩又は塩化物などが挙げられる。また、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎの酸化物超微粒子コロイドを使用することも可能である。有機樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などが好適に使用できる。また、粘着剤としては、例えば透明性の良いものとして、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、ビニル系粘着剤、シリコン系粘着剤などが挙げられる。
【００３０】
また、バインダーの屈折率と基材の屈折率の差が大きくなると、単層膜の光干渉効果を利用して、反射特性を更に向上させることも可能である。更には、屈折率の異なる膜を多層にコートすることにより、光の多層膜干渉効果を利用して、近赤外線領域の反射特性を更に向上させることもできる。
【００３１】
上記した本発明の熱線遮蔽膜を備える熱線遮蔽部材は、可視光線を透過し、熱エネルギーとして作用する近赤外線を効率よく遮蔽することができるため、住宅や自動車の窓などの視認性が必要とされる箇所への適用に好適である。また、電波を透過できるため、室内で携帯電話やパソコンの無線通信なども制限なく使用することができる。
【００３２】
かかる熱線遮蔽部材は、熱線遮蔽膜を透明基材上に形成するか、又は２枚の透明基材の間に挟持した構造とすることができる。特に、バインダーを含まない熱線遮蔽膜は、２枚の透明基材の間に挟持した構造とすることが好ましい。透明基材は、その用途に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス板、樹脂フィルム、樹脂ボードなどを用いることができる。
【００３３】
【実施例】
実施例１
　ＬａＢ６微粒子粉２０ｇとバインダーのシランカップリング剤を溶剤のトルエン７８ｇに撹拌混合し、分散処理して平均分散粒子径１００ｎｍの分散液を作製した。この分散液に、バインダーとしての紫外線硬化樹脂ＵＶ３７０１（東亞合成（株）製）とＺｒＯ２コロイド液を混合して塗布液とした。尚、この塗布液の混合組成は、成膜硬化したときの体積比でＬａＢ６／（シランカップリング剤＋紫外線硬化樹脂）／ＺｒＯ２＝１５／７０／１５となるように調整した。
【００３４】
この塗布液を３ｍｍ厚の透明ガラス基板上にバーコーターを用いて成膜し、７０℃で１分間乾燥して溶媒を蒸発させた後、高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射することにより膜を硬化させた。得られた膜について、分光特性を分光光度計Ｕ−４０００（日立製作所製）を用いて測定し、可視光透過率はＪＩＳ　Ｒ　３１０６に従って測定した。尚、平均分散粒子径は動的光散乱法を用いた測定装置（ＥＬＳ−８０００（大塚電子株式会社製））により測定し、その平均値を採用した。
【００３５】
その結果、このＬａＢ６微粒子の体積含有率１５％の膜は、可視光透過率が７６．５２％であり、波長７８０〜２６００ｎｍの近赤外線領域における反射率の最高値は２８％であった。また、この膜の波長５５０ｎｍにおける反射率は８％であった。この膜の透過率と反射率のプロファイルを図１に示した。
【００３６】
比較例１
　上記実施例１と同様にしてＬａＢ６微粒子を分散させた塗布液を作製したが、その塗布液の混合組成は成膜硬化したときの体積比でＬａＢ６／（シランカップリング剤＋紫外線硬化樹脂）／ＺｒＯ２＝１／９８／１となるように調整した。次に、この塗布液を用いて、実施例１と同様に、透明ガラス基板上に成膜して硬化させた。
【００３７】
得られたＬａＢ６微粒子の体積含有率１％の膜を実施例１と同様に評価したところ、可視光透過率は７６．２９％であり、波長７８０〜２６００ｎｍの近赤外線領域における反射率の最高値は僅かに８％であった。また、この膜の波長５５０ｎｍにおける反射率も８％であった。この膜の透過率と反射率のプロファイルを図２に示した。
【００３８】
上記実施例１（ＬａＢ６：１５体積％）と比較例１（ＬａＢ６：１体積％）の対比から、膜中のＬａＢ６の充填密度を上げることによって、可視光透過率を維持したまま、波長７８０ｎｍ〜２６００ｎｍの近紫外領域における反射特性が飛躍的に向上した熱線遮蔽膜となることが分かる。
【００３９】
実施例２
　ＣｅＢ６微粒子粉２０ｇとシランカップリング剤とトルエン７８ｇを撹拌混合し、分散処理して平均分散粒子径１００ｎｍの分散液を作製した。この分散液に紫外線硬化樹脂ＵＶ３７０１とＺｒＯ２コロイド液を混合して塗布液とした。この塗布液の混合組成は、成膜硬化したときの体積比でＣｅＢ６／（シランカップリング剤＋紫外線硬化樹脂）／ＺｒＯ２＝１２／７６／１２となるように調整した。
【００４０】
この塗布液を３ｍｍ厚の透明ガラス基板上にバーコーターを用いて成膜し、７０℃で１分間乾燥して溶媒を蒸発させた後、高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射することにより膜を硬化させた。得られた膜について、実施例１と同様に評価した。
【００４１】
このＣｅＢ６微粒子の体積含有率１２％の膜は、その可視光透過率が７５．４％であり、波長７８０ｎｍ〜２６００ｎｍの近赤外線領域における反射率の最高値は２３％であった。また、この膜の波長５５０ｎｍにおける反射率は８％であった。
【００４２】
実施例３
　ＲｕＯ２微粒子粉２０ｇとシランカップリング剤とトルエン７８ｇを撹拌混合し、分散処理して平均分散粒子径１００ｎｍの分散液を作製した。この分散液に紫外線硬化樹脂ＵＶ３７０１を混合して塗布液とした。この塗布液の混合組成は、成膜硬化したときの体積比でＲｕＯ２／（シランカップリング剤＋紫外線硬化樹脂）＝２０／８０となるように調整した。
【００４３】
この塗布液を３ｍｍ厚の透明ガラス基板上にバーコーターを用いて成膜し、７０℃で１分間乾燥して溶媒を蒸発させた後、高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射することにより膜を硬化させた。得られた膜について、実施例１と同様に評価した。
【００４４】
このＲｕＯ２微粒子の体積含有率２０％の膜は、その可視光透過率が３２．２％であり、波長７８０ｎｍ〜２６００ｎｍの近赤外線領域における反射率の最高値は２６％であった。また、この膜の波長５５０ｎｍにおける反射率は９％であった。
【００４５】
実施例４
　ＲｅＯ３微粒子粉２０ｇとシランカップリング剤とトルエン７８ｇを撹拌混合し、分散処理して平均分散粒子径１００ｎｍの分散液を作製した。この分散液に紫外線硬化樹脂ＵＶ３７０１を混合して塗布液とした。この塗布液の混合組成は、成膜硬化したときの体積比でＲｅＯ３／（シランカップリング剤＋紫外線硬化樹脂）＝１８／８２となるように調整した。
【００４６】
この塗布液を３ｍｍ厚の透明ガラス基板上にバーコーターを用いて成膜し、７０℃で１分間乾燥して溶媒を蒸発させた後、高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射することにより膜を硬化させた。得られた膜について、実施例１と同様に評価した。
【００４７】
このＲｅＯ３微粒子の体積含有率１８％の膜は、その可視光透過率が５２．６％であり、波長７８０ｎｍ〜２６００ｎｍの近赤外線領域における反射率の最高値は２５％であった。また、この膜の波長５５０ｎｍにおける反射率は８％であった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、６ホウ化物微粒子、酸化ルテニウム微粒子、又は酸化レニウム微粒子を分散させた膜について、その充填率を上げることで近赤外線領域に反射特性を出現させ、可視光領域の透過性に優れると同時に、近赤外線を吸収及び反射する熱線遮蔽膜を提供することができる。
【００４９】
この熱線遮蔽膜は、簡便な微粒子分散法で作製が可能であり、導電性が低く電波を透過でき、断熱効率も従来の熱線吸収タイプの膜よりも優れているため、住宅や自動車の窓などに適用することで断熱効果を発揮し、夏場の冷房負荷を低減するなど省エネルギー対策として極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一具体例におけるＬａＢ６微粒子を高密度充填した熱線遮蔽膜の透過率と反射率のプロファイルを示すグラフである。
【図２】従来のＬａＢ６微粒子を低密度充填した熱線遮蔽膜の透過率と反射率のプロファイルを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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