WO2020203761A1 - 吸光遮熱膜、吸光遮熱部材、および物品、並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an absorption heat shield film, an absorption heat shield member, an article, and a method for producing the same.
- Non-Patent Document 1 an absorption material subjected to black electroless nickel plating is known (for example, Non-Patent Document 1).
- Patent Document 1 This is used as an absorbent material by blackening the surface by forming a fine uneven shape by oxidizing the nickel plating on the surface of the object. Further, a technique for producing a resin having a fine structure on the surface by injection molding using a mold having a fine uneven shape on the metal surface has also been shown (for example, Patent Document 1).
- Non-Patent Document 1 has a problem that it emits a large amount of radiation even in the far infrared region and does not exhibit excellent heat shielding properties. Further, the invention described in Patent Document 1 is injection molding of a resin using a mold, and cannot form a metal film having a highly versatile form, and is applied to various products as an absorption heat shield member. Is difficult and has problems in practicality.
- the present invention has been made in view of the above problems, and usually absorbs incompatible visible light and near infrared rays (that is, low reflectance), and emits far infrared rays small (that is, high reflectance). It is an object of the present invention to provide an absorption heat shield member having characteristics.
- the heat-absorbing heat-shielding film according to the present invention is characterized in that it includes a metal layer containing a fine uneven shape, and the height of the fine uneven shape is 100 nm or more and 1000 nm or less.
- the detection temperature can be lowered by about 3 ° C. or more.
- the heat-absorbing heat-shielding film according to the present invention is characterized in that it includes a metal layer containing a fine concavo-convex shape and the height of the fine concavo-convex shape is 100 nm or more and 1000 nm or less.
- Highly conductive metals such as aluminum and nickel emit little far infrared rays and have heat shielding properties, but do not show absorbency.
- the fine uneven shape due to the sub-wavelength structure smaller than the wavelength of visible light has an antireflection effect, and by continuously changing the space occupancy of the structural part, excellent wavelength band characteristics and It is known to exhibit incident angle characteristics. Therefore, when the metal surface is made finely uneven, the reflection on the metal surface is suppressed in a wide wavelength region of visible light, the reflectance in the entire visible light region is lowered, the surface looks black, and the absorbency is exhibited. Therefore, it is considered that the metal member having a fine uneven structure on the surface can have both light absorption and heat shielding properties.
- Non-Patent Document 1 Although the light absorbing material shown in Non-Patent Document 1 has a fine uneven shape obtained by oxidizing the nickel surface on the surface, it emits a large amount of radiation (low reflectance) even in the far infrared region and does not exhibit heat shielding properties. .. From this, the present inventors have stated that in addition to the heat-shielding property of the metal itself forming the absorption heat-shielding film, a specific shape of the fine uneven shape of the metal surface is important for exhibiting the heat-shielding property. We have found and completed the present invention.
- the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention includes a specific fine concavo-convex shape provided on the metal layer, it is possible to exhibit both absorbency and heat-shielding property.
- the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention preferably has a reflectance of 10% or less in the visible light region (550 nm) and a reflectance of 70% or more in the far-infrared light region (10 ⁇ m).
- FIG. 1A one embodiment of the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention is a heat-absorbing heat-shielding film provided with a metal layer 1 having a fine uneven shape 2 on the surface.
- a metal having high conductivity is preferable. Examples of the metal having high conductivity include silver, copper, gold, aluminum, magnesium, tungsten, cobalt, zinc, nickel and chromium, and nickel, zinc and chromium are preferable, and nickel is particularly preferable.
- the fine concavo-convex shape 2 provided on the surface of the metal layer 1 is also preferably made of the metal having high conductivity, and more preferably made of the same metal as the metal layer 1. Further, a transparent metal oxide may be attached to the surface of the fine uneven shape object 2.
- the fine concavo-convex shape 2 is a fine concavo-convex shape provided on one surface of the metal layer 1, and the height of the fine concavo-convex shape 2 is the apex and the recess of the convex portion formed on the surface of the metal layer. Refers to the height difference from the bottom point.
- the average height of the fine uneven shape object 2 is 100 nm or more and 1000 nm or less, preferably 100 nm or more and 500 nm or less.
- a transparent metal oxide may be attached to the surface of the fine uneven shape object 2.
- the average height of the fine concavo-convex shape 2 containing a transparent metal oxide is preferably 150 nm or more and 600 nm or less.
- the height of the fine concavo-convex shape object 2 or the height of the fine concavo-convex shape object 2 containing a transparent metal oxide is defined in "Definition and display of surface roughness" of JIS-B-061. It means the height difference between the summit and the valley bottom, and corresponds to the maximum roughness (Rmax).
- the absorption heat shield film of the present invention preferably has an average surface roughness Ra'of 1 nm or more and 50 nm or less, which is a surface extension of the center line average roughness Ra.
- the average surface roughness Ra'value (nm) is a three-dimensional extension of the center line average roughness Ra defined in JIS-B-0601 applied to the measurement surface, and is a "reference surface".
- Ra ' is the average surface roughness (nm)
- F (X, Y) is the height at the measurement point (X, Y) where the X coordinate is X and the Y coordinate is Y, XL to X R are the range of the X coordinate of the measurement surface, and Y B to Y T are the measurements.
- the range of the Y coordinate of the surface, Z 0, is the average height in the measurement surface.
- the specific surface area Sr of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention is 1.0 or more and 3.0 or less.
- the specific surface area Sr is calculated by the following formula (2).
- Sr S / S 0 formula (2)
- S 0 is the surface area when the measurement surface is ideally flat
- S is the surface area of the actual measurement surface.
- the surface area of the actual measurement surface is divided into microtriangles ⁇ ABC consisting of three data points (A, B, C) closest to each other, and then the area ⁇ S of each microtriangle is calculated by the following equation (3). It is obtained by using the vector product as described in the above, and the sum of the ⁇ S is the surface area S to be obtained.
- [ ⁇ S ( ⁇ ABC)] 2 [s (s-AB) (s-BC) (s-CA)] Equation (3)
- the height of the fine uneven shape object 2 can be determined by observing the cross section of the heat absorbing and heat insulating film of the present invention with a scanning electron microscope or the like. Further, the average surface roughness Ra'and the specific surface area of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention can be determined by observing the surface of the metal layer having fine uneven shapes using a scanning probe microscope or the like. ..
- the fine uneven shape 3 of a transparent metal oxide that is in close contact with the fine uneven shape 2 may be provided.
- Layer 4 may be further provided.
- close contact means that the metal oxide forming the fine concavo-convex shape 3 of the metal oxide fills the space surrounded by the fine concavo-convex shape 2 and reaches the metal layer 1.
- the average surface roughness of the metal oxide layer 4 which is the surface of the heat-absorbing heat-shielding film is an extension of the center line average roughness Ra. It is preferable that Ra'is 1 nm or more and 4 nm or less, and the specific surface surface surface Sr of the surface of the heat absorbing / insulating film is 1.0 or more and 1.1 or less.
- the material of the fine concavo-convex shape 3 of the metal oxide is not particularly limited, but it is preferable that the metal oxide contains alumina as a main component, and more preferably contains a plate-like crystal containing alumina as a main component.
- the plate-like crystals containing alumina as a main component are formed of plate-like crystals containing an oxide or hydroxide of aluminum or a hydrate thereof as a main component, and boehmite is a particularly preferable crystal.
- the plate-like crystal containing alumina as a main component may be a plate-like crystal composed of only alumina, or a plate-like crystal containing a trace amount of zirconium, silicon, titanium, zinc, etc. in the plate-like crystal of alumina. You may.
- the fine uneven shape 3 of the metal oxide By providing the fine uneven shape 3 of the metal oxide, the fine uneven shape 2 can be protected. Further, when the fine concavo-convex shape 3 of the metal oxide is a plate-like structure of a plate-like crystal containing alumina as a main component, the plate-like crystal containing alumina as a main component is in a direction perpendicular to the plane direction of the metal layer 1. It is preferable that the space occupancy rate is continuously changing.
- the material of the metal oxide layer 4 is not particularly limited, but preferably contains an amorphous gel of alumina.
- the metal oxide layer 4 increases the hardness of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention, while lowering the absorbency. Therefore, the thickness of the metal oxide layer 4 may be appropriately determined so as to satisfy the required hardness and absorbency.
- Metal elements such as chromium can be measured by energy dispersive X-ray analysis (EDX) or X-ray electron spectroscopy (XPS) when observing the surface or cross section with a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM). Can be detected.
- SEM scanning electron microscope
- TEM transmission electron microscope
- the base material 5 is provided on the surface of the metal layer 1 of the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention on the side opposite to the finely concave-convex shape 2. It is an absorption heat shield member.
- the shape of the base material 5 may be any shape as long as it can be formed according to the purpose of use, and examples thereof include, but are not limited to, a flat plate shape, a film shape, and a sheet shape. Examples of the material of the base material 5 include, but are not limited to, metal, glass, ceramics, wood, paper, resin and the like.
- thermoplastic resins such as polyester, triacetyl cellulose, cellulose acetate, polyethylene terephthalate, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, ABS resin, polyphenylene oxide, polyurethane, polyethylene, and polyvinyl chloride.
- Thermocurable resins such as unsaturated polyester resin, phenol resin, crosslinked polyurethane, crosslinked acrylic resin, and crosslinked saturated polyester resin can be mentioned.
- the absorption heat shield film and the base material 5 may be adhered by an adhesive layer 6.
- the adhesive layer 6 may be any layer as long as the heat-absorbing heat-shielding film and the base material 5 can be adhered to each other. Examples thereof include a layer made of a cured product of an adhesive resin (for example, epoxy resin) and double-sided tape. Be done.
- FIGS. 2A and 2B show an absorption heat shield member provided with the absorption heat shielding film shown in FIG. 1C
- the absorption heat shielding member shown in FIG. 1A or FIG. 1B is replaced with the absorption heat shielding film shown in FIG. 1C. It may be an absorption heat shield member provided with a film.
- the method for producing an absorption heat shield film of the present invention includes a first step of forming a fine concavo-convex shape of a metal oxide and a second step of forming a metal layer on the fine concavo-convex shape of a metal oxide.
- the heat-absorbing heat-shielding member of the present invention further includes a step of adhering a base material to a surface opposite to the surface in contact with the fine uneven shape of the metal oxide of the metal layer of the heat-absorbing heat-shielding film.
- First step Step of producing fine uneven shape of metal oxide
- a fine uneven shape of the metal oxide to be used as a mold is formed.
- the material of the finely uneven shape of the metal oxide is not particularly limited, but it is preferable to use alumina as the main component.
- the fine uneven shape can be formed by a known vapor phase method such as chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD), or a sol-gel liquid phase method. From these methods, it is possible to provide a fine concavo-convex shape of a metal oxide containing a plate-like crystal containing alumina as a main component. Above all, a method of treating a film containing aluminum with warm water to grow alumina plate-like crystals is preferable.
- the film containing aluminum examples include an alumina gel film formed by applying a sol-gel coating liquid containing an aluminum compound, and a film containing metallic aluminum formed by dry film formation such as vacuum deposition or sputtering. It is preferable to form the fine uneven shape of the metal oxide by using the alumina gel film because it is easy to adjust the reactivity and the height of the fine uneven shape of the metal oxide.
- an aluminum compound such as an aluminum alkoxide, an aluminum halide, or an aluminum salt can be used. From the viewpoint of film forming property, it is preferable to use aluminum alkoxide.
- Examples of the aluminum compound include aluminum alkoxides such as aluminum ethoxydo, aluminum isopropoxide, aluminum-n-butoxide, aluminum-sec-butoxide, and aluminum-tert-butoxide, and oligomers thereof and halogens of aluminum such as aluminum chloride.
- Examples thereof include aluminum acetylacetonate and aluminum hydroxide, which are aluminum salts such as compounds, aluminum nitrate, aluminum acetate, aluminum phosphate, and aluminum sulfate.
- the alumina gel film may contain other compounds.
- Other compounds include, for example, zirconium, silicon, titanium, zinc alkoxides, halides, salts and combinations thereof.
- the height of the fine uneven shape of the metal oxide to be formed can be increased as compared with the case where these are not contained.
- the alumina gel film is formed on the base substrate by applying a sol-gel coating solution containing an aluminum compound.
- the sol-gel coating solution is prepared by dissolving an aluminum compound in an organic solvent.
- the amount of the organic solvent relative to the aluminum compound is preferably about 20 times the molar ratio.
- alcohol carboxylic acid, aliphatic hydrocarbon, alicyclic hydrocarbon, aromatic hydrocarbon, ester, ketone, ether, or a mixed solvent thereof
- examples of alcohols include methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 1-propanol, 1-propanol, Examples thereof include 4-methyl-2-pentanol, 2-ethylbutanol, 3-methoxy-3-methylbutanol, ethylene glycol, diethylene glycol and glycerin.
- carboxylic acid examples include n-butyric acid, ⁇ -methylbutyric acid, iso-valeric acid, 2-ethylbutyric acid, 2,2-dimethylbutyric acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2,3-dimethylbutyric acid, and 3-methyl.
- Pentanoic acid 4-methylpentanoic acid, 2-ethylpentanoic acid, 3-ethylpentanoic acid, 2,2-dimethylpentanoic acid, 3,3-dimethylpentanoic acid, 2,3-dimethylpentanoic acid, 2-ethylhexanoic acid , 3-Ethylhexanoic acid and the like.
- Examples of the aliphatic hydrocarbon or the alicyclic hydrocarbon include n-hexane, n-octane, cyclohexane, cyclopentane, and cyclooctane.
- Examples of aromatic hydrocarbons include toluene, xylene, ethylbenzene and the like.
- Examples of the esters include ethyl formate, ethyl acetate, n-butyl acetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate and the like.
- ketones include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and the like.
- ethers include dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxane, diisopropyl ether and the like. Above all, it is preferable to use alcohol from the viewpoint of stability of the sol-gel coating liquid.
- aluminum alkoxide When aluminum alkoxide is used as the aluminum compound, it is highly reactive with water, so the aluminum alkoxide may be rapidly hydrolyzed by the addition of moisture or water in the air, causing cloudiness and precipitation of the sol-gel coating liquid. In order to prevent these, it is preferable to add a stabilizer to the sol-gel coating liquid to stabilize it.
- a stabilizer As the stabilizer, ⁇ -diketone compounds, ⁇ -ketoester compounds, alkanolamines and the like can be used.
- Examples of ⁇ -diketone compounds include acetylacetone, trifluoroacetylacetone, hexafluoroacetylacetone, benzoylacetone, 3-methyl-2,4-pentandione, 3-ethyl-2,4-pentandione and the like.
- Examples of ⁇ -ketoester compounds include methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, butyl acetoacetate, hexyl acetoacetate, allyl acetoacetate, benzyl acetoacetate, acetoacetic acid-iso-propyl, -2-methoxyethyl acetoacetate, and aceto.
- Examples thereof include acetic acid-sec-butyl, acetoacetic acid-tert-butyl, and acetoacetic acid-iso-butyl.
- alkanolamines include monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine and the like.
- the amount of the stabilizer with respect to the aluminum alkoxide is preferably about 1 time in molar ratio.
- a catalyst may be used to promote the hydrolysis reaction of aluminum alkoxide.
- the catalyst include nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, ammonia and the like.
- a water-soluble organic polymer compound can be added to the alumina gel film as needed.
- the water-soluble organopolymer compound is easily eluted from the alumina gel film by immersion in warm water, which increases the reaction surface area between the aluminum compound and hot water and enables the formation of fine uneven shapes at low temperature and in a short time.
- the type and molecular weight of the organic polymer to be added it is possible to control the height of the formed fine uneven shape.
- polyether glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol are preferable because they are easily eluted from the alumina gel film by immersion in warm water.
- the amount of polyether glycols based on the weight of the aluminum compound in the alumina gel film is preferably in the range of 0.1 to 10 times by weight.
- a method for producing a fine uneven shape of a metal oxide will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
- a sol-gel coating solution is prepared by dissolving or suspending an aluminum compound and, if necessary, other compounds, a stabilizer, and a water-soluble organic polymer compound in an organic solvent. This sol-gel coating liquid is applied onto the base base material 8 and dried to form an alumina gel film as a film 7 containing aluminum. Alternatively, a film containing metallic aluminum as the film 7 containing aluminum is formed on the base base material 8 by dry film formation such as vacuum deposition or sputtering.
- the material of the base base material 8 is not particularly limited, and various materials such as glass, plastic, and metal can be used.
- the atmosphere for coating is an inert gas atmosphere such as dry air or dry nitrogen.
- the relative humidity in a dry atmosphere is preferably 30% or less.
- known coating means such as a dipping method, a spin coating method, a spray method, a printing method, a flow coating method, and a combination thereof can be appropriately adopted.
- the film thickness can be controlled by changing the pulling speed in the dipping method, the substrate rotation speed in the spin coating method, and the like, and changing the concentration of the sol-gel coating liquid. It may be dried at room temperature for about 30 minutes.
- the preferable film thickness of the film 7 containing aluminum is 100 nm or more and 600 nm or less, preferably 100 nm or more and 300 nm or less, and more preferably 100 nm or more and 200 nm or less.
- the film 7 containing aluminum is immersed in warm water to form a fine concavo-convex shape of alumina.
- the surface layer of the alumina gel film undergoes a thawing action, etc., and some components elute, but due to the difference in the solubility of various hydroxides in warm water, alumina is the main component.
- the plate-like crystal to be deposited and grown on the surface layer of the alumina gel film forms the fine uneven shape 3 of the metal oxide.
- the fine uneven shape of the metal oxide 3 is the same as when the alumina gel film is used. Is formed. Therefore, when the material of the base base material 8 mainly contains aluminum or alumina, the film formation of the film 7 containing aluminum on the base base material 8 can be omitted.
- the temperature of the hot water is preferably 40 ° C. or higher and lower than 100 ° C.
- the immersion treatment time is preferably about 5 minutes to 24 hours.
- the plate-like crystals of alumina are crystallized by using the difference in the solubility of each component in warm water. Therefore, unlike the dipping treatment of the alumina gel film containing a single alumina component, the size of the plate-like crystal can be controlled over a wide range by changing the composition of the inorganic component. Further, the height of the fine concavo-convex shape 3 of alumina can be adjusted by adjusting the film thickness of the film 7 containing aluminum.
- the average height of the fine uneven shape 3 of the metal oxide is preferably 100 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 100 nm or more and 500 nm or less. As a result, it becomes possible to control the fine irregularities formed by the plate-like crystals over the above-mentioned wide range.
- Step 2 Metal layer forming step
- a metal layer is formed on the fine uneven shape of the metal oxide, and a fine uneven shape to which the fine uneven shape is transferred is formed on the metal layer.
- the step of forming the metal layer 1 on the fine concavo-convex shape 3 of the metal oxide will be described below with reference to FIG. 3C.
- a metal plating treatment is preferable, and an electroless plating treatment is further preferable.
- an aqueous solution in which a palladium compound such as palladium chloride, a gold compound such as gold chloride, a silver compound such as silver chloride, and a tin compound such as tin chloride is dissolved is applied to the fine uneven shape 3 of the metal oxide.
- activation is performed.
- the activation may be carried out by immersing the fine uneven shape 3 of the metal oxide together with the base base material 8 in an aqueous solution in which the palladium compound is dissolved. Then, the metal layer 1 is deposited on the fine uneven shape 3 of the metal oxide using an electroless plating solution.
- the metal ions in the electroless plating solution correspond to the metal layer of the absorption heat shield film of the present invention, and an electroless plating solution containing nickel ions, chromium ions, and zinc ions is preferable, and a nickel plating solution containing nickel ions is preferable. Is particularly preferable.
- the nickel plating solution may contain a phosphorus component and a boron component in addition to the nickel component. Examples of commercially available nickel plating solutions include Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.'s Top Nicolon series.
- the temperature of the plating solution in the electroless plating treatment is preferably 30 ° C. or higher and 98 ° C. or lower, and more preferably 50 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.
- the time for performing the electroless plating treatment can be adjusted according to the thickness of the metal layer to be formed, and is usually 30 seconds to 1 hour.
- the metal layer 1 is formed so as to fill the gap of the fine concavo-convex shape, and the metal layer 1 including the fine concavo-convex shape 2 to which the fine concavo-convex shape 3 of the metal oxide is transferred is formed.
- the thickness of the metal layer 1 including the fine concavo-convex shape 2 is 200 nm or more and 15,000 nm or less.
- the average height of the fine concavo-convex shape 2 corresponds to the average height of the fine concavo-convex shape 3 of the metal oxide, and is 100 nm or more and 1000 nm or less.
- the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention exhibits excellent heat-absorbing and heat-shielding properties.
- electroplating may be performed on the surface of the metal layer 1 opposite to the surface on which the fine concavo-convex shape 2 is provided. ..
- a known electroplating solution can be used for the electroplating treatment.
- an electroplating solution containing nickel ions, iron ions, copper ions and the like can be used as the metal ions.
- the electroplating treatment is performed using the same metal as the metal of the metal layer 1, the thickness of the metal layer can be increased by the electroplating treatment.
- the electroplating treatment is performed using a metal different from the metal of the metal layer 1, the metal layer provided by the electroplating treatment becomes the base material 5.
- the electroplating solution contains a conductive salt, a salt for adjusting counterions, and a carboxylic acid-based additive for improving the homogeneity of the plating film, if necessary. , Brightener and the like may be added.
- the thickness of the metal layer 1 can be made a desired thickness by adjusting the liquid temperature, the current density, and the plating time of the electroplating liquid.
- an aqueous solution containing an acid or the like may be used to activate the surface of the metal layer 1 opposite to the surface on which the fine concavo-convex shape 2 is provided.
- a step of removing foreign matters in the electroplating solution may be provided.
- the base material 5 is adhered to the surface opposite to the surface of the metal layer 1 obtained above on which the fine concavo-convex shape 2 is provided.
- the shape and material of the base material 5 those described above can be used.
- the metal to be the base material 5 may be further laminated on the surface opposite to the surface of the metal layer 1 on which the fine concavo-convex shape 2 is provided.
- the metal may be laminated by the above-mentioned electroplating treatment, or may be laminated by physical vapor deposition such as sputtering.
- the base material is a resin
- the base material is provided by depositing the resin to be the base material 5 on the surface opposite to the fine uneven shape 3 of the metal oxide of the metal layer 1 and then curing the base material 5. May be good.
- the base material 5 may be adhered to the metal layer 1 by the adhesive layer 6.
- the adhesive material used for the adhesive layer 6 is not particularly limited as long as it is a material that firmly adheres the base material 5 and the metal layer 1.
- FIGS. 3E to 3H the etching step will be described in detail by taking an absorption heat shield member including the base material 5 and the adhesive layer 6 as an example. However, the etching step is described in detail by using only the base material 5 without the adhesion layer 6. The same applies to the heat-absorbing heat-shielding film that does not include the heat member, the base material 5, and the adhesive layer 6. Note that FIG. 3E shows the absorption heat shield member shown in FIG. 3D turned upside down.
- the base base material 8 is removed as shown in FIG. 3F.
- the heat-absorbing heat-shielding member after removing the base base material 8 includes a film 7 containing aluminum on its surface.
- the film 7 containing aluminum is a film containing metallic aluminum
- visible light is reflected by the metallic aluminum, so that it is necessary to further remove the film containing metallic aluminum by etching as shown in FIG. 3G.
- the film 7 containing aluminum is an alumina gel film
- the alumina gel film is the metal oxide layer 4 of the heat absorbing / absorbing member. Therefore, the alumina gel film may be removed by etching so as to satisfy the required surface hardness and absorbency.
- etching method wet etching in which the film 7 containing aluminum is dissolved using an acid or alkaline solution is preferable.
- the acid include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and the like.
- the alkali include sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like. From the viewpoint of work efficiency, an etching method using an alkaline solution is more preferable.
- the etching concentration is preferably in the range of several% to several tens of percent, and the etching time is preferably in the range of several hours to several days.
- the fine uneven shape 3 of the metal oxide may also be removed by etching.
- a heat-absorbing heat-shielding member in which a metal layer 1 containing a fine concavo-convex shape 2 on the outermost surface is adhered to a base material 5 via an adhesive layer 6 realizes particularly excellent absorbency.
- Residual metal oxides such as alumina after etching can be detected by measuring EDX or XPS when observing the surface or cross section with SEM or TEM.
- the degree of etching treatment may be adjusted according to the balance between the absorption performance and the surface hardness of the desired absorption heat shield member or absorption heat shield film. Further, the etching step of this step may be performed before the third step of bonding the base material, and then the base material may be bonded.
- the light-absorbing heat-shielding member and the light-absorbing heat-shielding film of the present invention include the metal layer 1 including the fine concavo-convex shape, the reflectance in the visible light region is low because the visible light is absorbed, and far infrared rays are obtained. Since the radiation of light is small, the reflectance in the far infrared region is high, and excellent absorption and heat shielding characteristics can be realized.
- the absorption heat shield member By providing the absorption heat shield film of the present invention on the surface of various members or articles, the absorption heat shield member can be obtained.
- the absorption heat shield film of the present invention is preferably used for a heating element as a member or an article. Examples of the article provided with such a heating element include a battery, an engine, a motor, a vehicle, and the like.
- the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention can also be used for clothes and the like. Further, the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention may be used as a heat-shielding decorative film.
- the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention can be provided as a heat-shielding decorative film on the surface of vehicle interiors, mobile devices, home appliances, parasols, and tent supplies.
- Various adhesives can be used when the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention is provided on the surface of a member or an article. Therefore, the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention can be provided on the surface of the member and the article depending on the purpose of use, and the surface of the member and the article is not limited to a smooth one and has a two-dimensional or three-dimensional curved surface. It may be a thing.
- the absorption heat shield film of the present invention is used. By doing so, it becomes possible to clearly identify the member or the article.
- the infrared thermal image camera has a detection temperature error range of 2 ° C.
- the absorption heat shield film of the member or article has a detection temperature on the surface opposite to the surface of the member or article in contact with the member or article. It suffices if it is 3 ° C. or more lower than the detected temperature in the unmarked portion. At this time, if the member or article is a heating element, it can be identified more clearly.
- a lens reflectance measuring device (trade name: USPM-RU III, manufactured by Olympus Corporation) was used for the reflectance spectrum measurement in the visible light region of the examples.
- a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT / IR-6600, manufactured by JASCO Corporation) was used for the reflectance spectrum measurement in the infrared region of the examples.
- Example 1 Manufacturing of absorption and heat shielding members
- Aluminum-sec-butoxide (hereinafter, also referred to as “Al (O-sec-Bu) 3 ”) and ethyl acetoacetate (hereinafter, also referred to as “EtOAc Ac”) are also referred to as 2-propanol (hereinafter, also referred to as “IPA”). )
- IPA 2-propanol
- the mixture was stirred at room temperature for about 3 hours to prepare an alumina sol solution.
- a 0.01 M dilute hydrochloric acid aqueous solution was added to the alumina sol solution so that the amount of hydrochloric acid added was twice the molar ratio of Al (O-sec-Bu) 3, and the mixture was refluxed for about 6 hours to form a sol-gel coating.
- the solution was prepared.
- a sol-gel coating solution was applied onto a quartz glass substrate as a base substrate by a spin coating method to form a coating film. Then, the coating film was heat-treated at 100 ° C. for 1 hour to obtain a transparent alumina gel film. Next, the alumina gel film was immersed in warm water at 80 ° C. for 30 minutes and then dried at 100 ° C. for 10 minutes to form an alumina layer having a fine uneven shape.
- a palladium chloride aqueous solution was applied on an alumina layer having a fine uneven shape by a spin coating method, and then dried at 100 ° C. Then, it was immersed in a nickel-phosphorus plating solution (phosphorus content of about 10 wt%) set at 80 ° C. for 1 minute to form a fine uneven shape and a nickel layer as a metal layer.
- a nickel-phosphorus plating solution phosphorus content of about 10 wt% set at 80 ° C. for 1 minute to form a fine uneven shape and a nickel layer as a metal layer.
- An epoxy resin to be an adhesive layer was applied to the surface of the obtained metal layer opposite to the alumina layer having a fine uneven shape, cured, and a PET film as a base material was adhered via the adhesive layer. Then, the heat-absorbing heat-shielding member was peeled off from the quartz glass substrate together with the base material to manufacture the heat-absorbing heat-shielding member.
- the average height of the fine concavo-convex shape 2 of the obtained heat-absorbing heat shield member was 323 nm
- the average height of the fine concavo-convex shape 3 was 255 nm
- the film thickness of the film 7 containing aluminum was 68 nm.
- the average surface roughness Ra'of the surface of the absorption heat shield member was 1.0 nm, and the specific surface area was 1.0.
- the reflectance spectrum in the visible light region and the reflectance spectrum in the infrared region of the heat-absorbing heat shield member obtained in Example 1 were measured.
- the reflectance spectrum is measured using a lens reflectance measuring device (trade name: USPM-RU III, manufactured by Olympus Co., Ltd.), and the reflectance spectrum in the infrared region is measured by a Fourier transform infrared spectrophotometer (trade name: FT). / IR-6600, manufactured by JASCO Corporation).
- the result of the reflectance spectrum measurement in the visible light region is shown in FIG. 5, and the result of the reflectance spectrum measurement in the infrared region is shown in FIG.
- Table 1 shows the reflectances in the visible light and infrared regions obtained by measuring the reflectance spectra in the visible light region and the infrared region of the heat absorbing and insulating member. From FIG. 5, it can be said that the heat-absorbing heat-shielding member of the present invention has excellent absorbency because the reflectance in the visible light region is low. From FIG. 6, it can be said that the heat-absorbing heat-shielding member of the present invention has excellent heat-shielding properties because the reflectance increases toward the long wavelength side in the mid-infrared and far-infrared regions.
- the light-absorbing material of Comparative Example 1 is inferior to the heat-absorbing heat-shielding member of Example 1, it can be said that the reflectance in the visible light to near-infrared region is low and the light-absorbing material is excellent.
- the light-absorbing material of Comparative Example 1 is inferior in reflectance in the mid-infrared region and the far-infrared region to the heat-absorbing heat-shielding member of the present invention, and cannot be said to have heat-shielding properties.
- Example 2 Manufacturing of absorption heat shield film
- an alumina sol solution was prepared and used by a spin coating method to be applied onto a quartz glass substrate as a base substrate to form a coating film. Then, the coating film was heat-treated at 100 ° C. for 1 hour to obtain a transparent alumina gel film. Next, the alumina gel film was immersed in warm water at 80 ° C. for 30 minutes and then dried at 100 ° C. for 10 minutes to form an alumina layer having a fine uneven shape.
- a palladium chloride aqueous solution was applied by a spin coating method on an alumina layer having a fine uneven shape, and then dried at room temperature. Then, it was immersed in a nickel-phosphorus plating solution (phosphorus content of about 10 wt%) set at 80 ° C. for 20 minutes to form a fine uneven shape and a nickel layer as a metal layer.
- a nickel-phosphorus plating solution phosphorus content of about 10 wt% set at 80 ° C. for 20 minutes to form a fine uneven shape and a nickel layer as a metal layer.
- the absorption heat shield film was peeled off from the quartz glass substrate.
- the total film thickness of the obtained heat-absorbing heat-shielding film was about 10 ⁇ m.
- the average height of the fine concavo-convex shape of the heat-absorbing heat-shielding film was 303 nm, the average height of the fine concavo-convex shape was 233 nm, and the film thickness of the film containing aluminum was 70 nm. Further, the average surface roughness Ra'of the heat absorbing and insulating film was 1.0 nm, and the specific surface area was 1.0.
- absorption heat-shielding films were produced by changing the number of gel films laminated and the etching conditions.
- Example 3 An absorption heat shield film is produced by the same method as in Example 2, and the absorption heat shield film peeled from the quartz glass substrate is etched with a 3M sodium hydroxide aqueous solution for 50 hours at room temperature as an etching step to perform absorption shielding. A thermal film was manufactured. A small amount of transparent metal oxide was attached to the finely uneven shape after etching. The average height of the obtained light-absorbing heat-shielding film containing a transparent metal oxide is 251 nm, the average height of the fine-concave-convex shape is 213 nm, and the average surface roughness of the surface of the light-absorbing heat-shielding film is 213 nm.
- Ra' was 5.0 nm and the specific surface area was 1.1.
- the result of the reflectance spectrum measurement in the visible light region is shown in FIG. 5, and the result of the reflectance spectrum measurement in the infrared region is shown in FIG.
- the cross section was obtained by the FIB method, and the cross section was observed by SEM.
- the cross-sectional observation was performed using a scanning electron microscope (trade name: ULTRA55, manufactured by Carl Zeiss). From the observation image shown in FIG. 7, the fine uneven shape of nickel 2 was formed on the nickel layer which is the metal layer 1, and a small amount of alumina remained on the fine uneven shape 2.
- the proportion of Al element was relatively low from the surface toward the inside in the film thickness direction of the cross section, while the proportion of Ni element was high.
- Example 4 An absorption heat shield film was produced in the same manner as in Example 3 except that the etching step was performed by etching at room temperature for 47 hours using a 7.5 M aqueous sodium hydroxide solution.
- the average height of the fine uneven shape of the obtained heat-absorbing heat-shielding film was 235 nm
- the average surface roughness Ra'of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film was 18 nm
- the specific surface area was 1.4.
- Example 5 An absorption heat shield film was produced in the same manner as in Example 3 except that a nickel-phosphorus plating solution (phosphorus content of about 1 to 2 wt%) was used as the plating solution.
- the average height of the fine uneven shape of the obtained heat-absorbing heat-shielding film was 272 nm
- the average surface roughness Ra'of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film was 3.8 nm
- the specific surface area was 1.1.
- Example 6 The alumina sol solution shown in Example 2 was prepared and applied onto a quartz glass substrate as a base substrate by a spin coating method to form a coating film. Then, the coating film was heat-treated at 100 ° C. for 1 hour, and further, the coating film coating and the film drying process were repeated to obtain a transparent alumina gel film as a film containing aluminum having two layers. After that, an absorption heat shield film was produced in the same manner as in Example 2.
- the average height of the fine concavo-convex shape of the obtained heat-absorbing heat shield film is 306 nm
- the average height of the fine concavo-convex shape is 371 nm
- the average surface roughness Ra'of the surface of the absorption heat-shielding film is 1.1 nm.
- the surface area was 1.0.
- Example 7 After the metal film having the alumina layer was peeled off from the quartz glass substrate, the etching process was carried out in the same manner as in Example 6 except that the etching process was performed at room temperature for 50 hours using a 3M aqueous sodium hydroxide solution to produce an absorption heat shield film. did.
- the average height of the finely uneven shape of the obtained heat-absorbing heat-shielding film was 315 nm, the average surface roughness Ra'of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film was 10 nm, and the specific surface area was 1.2.
- Example 8 An absorption heat shield film was produced in the same manner as in Example 7 except that the etching step was performed with a 7.5 M aqueous sodium hydroxide solution at room temperature for 50 hours.
- the average height of the fine uneven shape of the obtained heat-absorbing heat-shielding film was 303 nm, the average surface roughness Ra'of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film was 27 nm, and the specific surface area was 1.7.
- Example 9 An absorption heat shield film was produced in the same manner as in Example 2 except that the number of laminated alumina gel films was three.
- the average height of the fine concavo-convex shape of the obtained heat-absorbing heat shield film is 374 nm
- the average height of the fine concavo-convex shape is 419 nm
- the average surface roughness Ra'of the surface of the absorption heat-shielding film is 1.2 nm.
- the surface area was 1.0.
- Example 10 After the metal film having the alumina layer was peeled off from the quartz glass substrate, the etching process was carried out in the same manner as in Example 9 except that the etching process was performed at room temperature for 50 hours using a 3M aqueous sodium hydroxide solution to produce an absorption heat shield film. did.
- the average height of the finely uneven shape of the obtained heat-absorbing heat-shielding film was 354 nm, the average surface roughness Ra'of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film was 16 nm, and the specific surface area was 1.3.
- Example 11 An absorption heat shield film was produced in the same manner as in Example 10 except that the etching step was performed by etching at room temperature for 45 hours using a 6M aqueous sodium hydroxide solution.
- the average height of the fine uneven shape of the obtained heat-absorbing heat-shielding film was 346 nm
- the average surface roughness Ra'of the surface of the heat-absorbing heat-shielding film was 35 nm
- the specific surface area was 2.1.
- Table 1 shows the visible light region and the infrared region obtained by the reflectance spectrum measurement of the visible light region and the infrared region of the light absorption heat shield film or the light absorption heat shield member manufactured in Examples 1 to 11 and Comparative Example 1. Shows reflectance.
- Example 12 An article (hereinafter, referred to as "an article having an absorption heat shield film”) in which the absorption heat shield film produced in Example 3 was attached to the surface of a plate-shaped stainless steel (SUS) was prepared.
- the same article as the article having the absorption heat shield film on the surface (hereinafter, referred to as “the article without the absorption heat shield film”) is placed on the heater except that the article has the absorption heat shield film and the article does not have the absorption heat shield film.
- the surface temperature of the article without the absorption heat shield film reaches 40 ° C.
- use an infrared thermography device model: H2640, manufactured by Nippon Avionics Co., Ltd.
- the surface temperature of the article not provided with was measured.
- the surface temperature measurement environment was room temperature, and the distance between the article and the measuring device was about 40 cm.
- the surface temperature of the article provided with the heat-absorbing heat-shielding film was about 28 ° C., which was about 12 ° C. lower than the surface temperature of the article without the heat-absorbing heat-shielding film.
- the surface temperature of the article without the heat-absorbing heat-shielding film was about 60 ° C.
- the surface temperature of the article with the heat-absorbing heat-shielding film was about 37 ° C., which was about 23 ° C. lower. From the above, it was found that the heat-absorbing heat-shielding film of the present invention has excellent heat-shielding properties. A clear temperature difference was observed when the detected temperature of the article was compared with the actual temperature, and it was found that the article could be identified by the infrared thermal image camera.
- Example 13 An article having an absorption / heat shield film formed by sticking the absorption / heat shield film produced in Example 5 on the surface of a plate-shaped stainless steel was prepared, and an article having an absorption / heat shield film and an absorption / isolation shield were prepared in the same manner as in Example 12.
- the surface temperature of the article without the thermal film was measured.
- the surface temperature of the article without the absorption heat shield film is about 40 ° C
- the surface temperature of the article with the absorption heat shield film is about 28 ° C, which is about about the surface temperature of the article without the absorption heat shield film.
- the value was 12 ° C. lower.
- the surface temperature of the article without the heat-absorbing heat-shielding film was about 60 ° C.
- the surface temperature of the article with the heat-absorbing heat-shielding film was about 33 ° C., which was about 27 ° C. lower.
- the component of the present invention has excellent absorbency and heat shielding properties.
- the present invention provides an absorption heat shield film and an absorption heat shielding member that absorb visible light and near infrared rays (low reflectance) and emit little far infrared rays (high reflectance), which are usually incompatible. Can be done.
- the heat-absorbing heat-shielding film and the heat-absorbing heat-shielding member of the present invention can be used as a stray light prevention and heat-shielding member inside an optical device and as an interior / exterior member of a space-related device such as an artificial satellite, such as an exterior film and a solar collector. Can also be used as.
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Abstract
通常は両立しない、可視光線および近赤外線を吸収し、かつ遠赤外線の放射が小さい吸光遮熱膜を提供する。 微細凹凸形状物を含む金属層を備え、前記微細凹凸形状物の高さの平均が100nm以上1000nm以下であることを特徴とする吸光遮熱膜。
Description
本発明は、吸光遮熱膜、吸光遮熱部材、および物品、並びにそれらの製造方法に関する。
近年、光学機器、宇宙機器や輸送製品の内外装部品において、温度の上昇を抑える遮熱材料の利用が拡大している。また、遮熱材料であって吸光性も備えた材料は、赤外線カメラの鏡筒内や絞り用フィルムに用いると迷光によるノイズを低減でき、かつ温度が上がりにくく寸法安定性も高いため、吸光性および遮熱性をともに備えた材料が求められている。従来、吸光材料としては、黒色無電解ニッケルメッキが施された吸光材料が知られている(例えば、非特許文献1)。これは、物体表面のニッケルメッキを酸化することにより微細凹凸形状を形成することで表面を黒色化し、吸光材料としている。また、金属表面が微細凹凸形状を有する金型を用いて、表面に微細構造を有した樹脂を射出成形により作製する技術も示されている(例えば、特許文献1)。
「黒色無電解ニッケルめっき」,表面技術,Vol.66,No.11,503-506,2015年
しかし、上記非特許文献1に示される黒色物は遠赤外線領域でも放射が大きく、優れた遮熱性は示さないという課題がある。また、特許文献1に記載の発明は金型を用いた樹脂の射出成形であり、汎用性の高い形態の金属膜を成形することはできず、吸光遮熱部材として様々な製品に適用するのは困難であり、実用性に課題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、通常は両立しない可視光線および近赤外線を吸収し(すなわち、反射率が低く)、かつ遠赤外線の放射は小さい(すなわち、反射率が高い)特性を有する吸光遮熱部材を提供することを目的とする。
本発明に係る吸光遮熱膜は、微細凹凸形状物を含む金属層を備え、前記微細凹凸形状物の高さが100nm以上1000nm以下であることを特徴とする。
本発明によれば、微細凹凸形状物を有した吸光遮熱膜を用いることで、通常は両立しない吸光遮熱特性を実現することができる。また、本発明の吸光遮熱膜を発熱部材の表面に設けることにより、検知温度を約3℃以上低くすることができる。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明に係る吸光遮熱膜は、微細凹凸形状物を含む金属層を備え前記微細凹凸形状物の高さが100nm以上1000nm以下であることを特徴とする。
本発明に係る吸光遮熱膜は、微細凹凸形状物を含む金属層を備え前記微細凹凸形状物の高さが100nm以上1000nm以下であることを特徴とする。
アルミやニッケルなどの導電性が高い金属は、遠赤外線の放射が小さく遮熱性を有するが、吸光性は示さない。一方、可視光線の波長よりも小さなサブ波長構造による微細凹凸形状は、反射防止効果をもつことが知られており、構造部の空間占有率を連続的に変えることで、優れた波長帯域特性や入射角度特性を示すことが知られている。そのため、金属表面を微細凹凸化すると可視光線の広い波長領域で金属表面における反射が抑えられ、可視光線領域全体での反射率は低下し、黒く見え、吸光性が発現される。従って、表面が微細凹凸構造を備える金属部材は、吸光および遮熱性を併せ持つことができると考えられる。しかし、非特許文献1に示される吸光材料は、ニッケル表面を酸化することにより得た微細凹凸形状を表面に備えるが、遠赤外線領域でも放射が大きく(反射率が低く)、遮熱性を示さない。このことから、本発明者らは、吸光遮熱膜を形成する金属その物の遮熱性に加えて、金属表面の微細凹凸形状の特定の形状が遮熱性を発現するために重要であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の吸光遮熱膜は、金属層上に設けられた特定の微細凹凸形状物を備えるため、吸光性および遮熱性を併せて発現させることができる。特に、本発明の吸光遮熱膜は、可視光領域(550nm)の反射率は10%以下であり、遠赤外光領域(10μm)の反射率は70%以上であることが好ましい。
<吸光遮熱膜>
本発明の吸光遮熱膜を、図1A~図1Cを用いて説明する。図1Aに示すように本発明の吸光遮熱膜の一実施形態は、表面に微細凹凸形状物2を含む金属層1を備える吸光遮熱膜である。金属層1の材料としては、導電性が高い金属が好ましい。導電性が高い金属としては、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、クロムなどが挙げられ、ニッケル、亜鉛、クロムが好ましく、ニッケルが特に好ましい。金属層1の表面に設けられた微細凹凸形状物2も上記導電性が高い金属からなることが好ましく、金属層1と同じ金属からなることがより好ましい。また、微細凹凸形状物2の表面に、透明な金属酸化物が付着していてもよい。
本発明の吸光遮熱膜を、図1A~図1Cを用いて説明する。図1Aに示すように本発明の吸光遮熱膜の一実施形態は、表面に微細凹凸形状物2を含む金属層1を備える吸光遮熱膜である。金属層1の材料としては、導電性が高い金属が好ましい。導電性が高い金属としては、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、クロムなどが挙げられ、ニッケル、亜鉛、クロムが好ましく、ニッケルが特に好ましい。金属層1の表面に設けられた微細凹凸形状物2も上記導電性が高い金属からなることが好ましく、金属層1と同じ金属からなることがより好ましい。また、微細凹凸形状物2の表面に、透明な金属酸化物が付着していてもよい。
微細凹凸形状物2とは、金属層1の一方の表面に設けられた微細な凹凸形状物であり、微細凹凸形状物2の高さとは金属層表面に形成された凸部の頂点と凹部の底点との高低差を指す。微細凹凸形状物2の高さの平均は、100nm以上1000nm以下であり、好ましくは100nm以上500nm以下である。また、微細凹凸形状物2の表面に、透明な金属酸化物が付着していてもよい。透明な金属酸化物を含む微細凹凸形状物2の高さの平均は、150nm以上600nm以下であることが好ましい。ここで、微細凹凸形状物2の高さ、または透明な金属酸化物を含む微細凹凸形状物2の高さとは、JIS-B-061の「表面粗さの定義と表示」に規定されている山頂と谷底との高低差を意味し、最大粗さ(Rmax)に相当するものである。また、本発明の吸光遮熱膜は、その表面において、中心線平均粗さRaを面拡張した平均面粗さRa’が1nm以上50nm以下であることが好ましい。ここで、平均面粗さRa’値(nm)は、JIS-B-0601で定義されている中心線平均粗さRaを、測定面に対し適用し三次元に拡張したもので、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」と表現し、次の式(1)で求められる。
式(1)中、Ra’は平均面粗さ(nm)、S0は測定面が理想的にフラットであるとした時の面積|XR-XL|×|YT-YB|、F(X,Y)はX座標がX、Y座標がYである測定点(X,Y)における高さ、XL~XRは測定面のX座標の範囲、YB~YTは測定面のY座標の範囲、Z0は測定面内の平均の高さである。
さらに、本発明の吸光遮熱膜は、その表面の比表面積Srが1.0以上3.0以下であることが好ましい。比表面積Srは、次の式(2)で求められる。
Sr=S/S0 式(2)
式(2)中、S0は測定面が理想的にフラットであるとした時の表面積、Sは実際の測定面の表面積である。
Sr=S/S0 式(2)
式(2)中、S0は測定面が理想的にフラットであるとした時の表面積、Sは実際の測定面の表面積である。
なお、実際の測定面の表面積は、表面を最も近接した3つのデータ点(A,B,C)より成る微小三角形ΔABCに分割し、次いで各微小三角形の面積ΔSを、次の式(3)の記載のようにベクトル積を用いて求め、このΔSの総和が求める表面積Sになる。
[ΔS(ΔABC)]2=[s(s-AB)(s-BC)(s-CA)]
式(3)
式(3)中、AB,BCおよびCAは各辺の長さであり、2s=AB+BC+CAとなる。
[ΔS(ΔABC)]2=[s(s-AB)(s-BC)(s-CA)]
式(3)
式(3)中、AB,BCおよびCAは各辺の長さであり、2s=AB+BC+CAとなる。
微細凹凸形状物2の高さは、本発明の吸光遮熱膜の断面を走査型電子顕微鏡などで観察することにより求めることができる。また、本発明の吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’および比表面積は、走査型プローブ顕微鏡などを用いて金属層の微細凹凸形状物を備える表面を観察することにより求めることができる。
本発明の吸光遮熱膜の別の実施形態では、図1Bに示すように、微細凹凸形状物2に密接する透明な金属酸化物の微細凹凸形状3を備えていてもよい。また、本発明の吸光遮熱膜の別の実施形態では、図1Cに示すように、金属酸化物の微細凹凸形状3の微細凹凸形状物2とは接していない面を覆う透明な金属酸化物層4をさらに備えていてもよい。ここで、密接するとは、金属酸化物の微細凹凸形状3を構成する金属酸化物が、微細凹凸形状物2に囲まれた空間を満たし、金属層1にまで達していることを意味する。なお、吸光遮熱膜が微細凹凸形状3、金属酸化物層4を備える場合、吸光遮熱膜の表面となる金属酸化物層4の表面において中心線平均粗さRaを面拡張した平均面粗さRa’が1nm以上4nm以下であり、吸光遮熱膜の表面の比表面積Srが1.0以上1.1以下であることが好ましい。
金属酸化物の微細凹凸形状3の材料は特に限定されないが、アルミナを主成分とすることが好ましく、アルミナを主成分とする板状結晶を含むことがより好ましい。アルミナを主成分とする板状結晶は、アルミニウムの酸化物または水酸化物またはそれらの水和物を主成分とする板状結晶により形成され、特に好ましい結晶としては、ベーマイトである。ここで、アルミナを主成分とする板状結晶は、アルミナのみからなる板状結晶であってもよく、アルミナの板状結晶に微量のジルコニウム、シリコン、チタニウム、亜鉛などを含む板状結晶であってもよい。
金属酸化物の微細凹凸形状3を備えることにより、微細凹凸形状物2を保護することができる。また、金属酸化物の微細凹凸形状3が、アルミナを主成分とする板状結晶の板状組織である場合、アルミナを主成分とする板状結晶が金属層1の面方向に対して垂直方向に配置され、その空間的占有率が連続的に変化していることが好ましい。
金属酸化物層4の材料は特に限定されないが、アルミナのアモルファスゲルを含むことが好ましい。金属酸化物層4は、本発明の吸光遮熱膜の表面の硬度を高める一方、吸光性を下げる。そのため、要求される硬度と吸光性を満たすように、金属酸化物層4の厚さを適宜決定するとよい。
微細凹凸形状物2、微細凹凸形状3、および金属酸化物層4中のアルミニウム元素、ケイ素元素等、並びに金属層1中の銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、クロム等の金属元素は、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)による表面や断面観察時のエネルギー分散型X線分析(EDX)またはX線電子分光(XPS)の測定などで検出することができる。微細凹凸形状物2、微細凹凸形状3、または金属酸化物層4が設けられている場合、金属層1の面方向に対して垂直方向において、表面(金属酸化物層4)から内部(金属層1)に向かって相対的にアルミニウム元素等の金属酸化物の割合が低くなり、金属層1および微細凹凸形状物2を構成する金属元素の割合が高くなり、最終的に金属元素のみが検出される。
<吸光遮熱部材>
図2Aに示すように、本発明の吸光遮熱部材の実施形態は、本発明の吸光遮熱膜の金属層1の微細凹凸形状物2とは反対側の面に基材5が設けられた吸光遮熱部材である。基材5の形状としては、使用目的に応じた形状にされ得るものであれば良く、平板形状、フィルム形状、シート形状などが挙げられるが、これらに限定されない。基材5の材料としては、金属、ガラス、セラミックス、木材、紙、樹脂などが挙げられるが、これらに限定されない。樹脂としては、例えば、ポリエステル、トリアセチルセルロース、酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ABS樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂のフィルムや成形品;不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、架橋型ポリウレタン、架橋型のアクリル樹脂、架橋型の飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。
図2Aに示すように、本発明の吸光遮熱部材の実施形態は、本発明の吸光遮熱膜の金属層1の微細凹凸形状物2とは反対側の面に基材5が設けられた吸光遮熱部材である。基材5の形状としては、使用目的に応じた形状にされ得るものであれば良く、平板形状、フィルム形状、シート形状などが挙げられるが、これらに限定されない。基材5の材料としては、金属、ガラス、セラミックス、木材、紙、樹脂などが挙げられるが、これらに限定されない。樹脂としては、例えば、ポリエステル、トリアセチルセルロース、酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ABS樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂のフィルムや成形品;不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、架橋型ポリウレタン、架橋型のアクリル樹脂、架橋型の飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。
図2Bに示すように、本発明の別の実施形態では、吸光遮熱膜と基材5は接着層6により接着されていてもよい。接着層6は、吸光遮熱膜と基材5を接着できればいかなる層であってもよいが、例えば、接着性の樹脂(例えば、エポキシ樹脂など)の硬化物からなる層、両面テープなどが挙げられる。
なお、図2Aおよび図2Bでは、図1Cに示す吸光遮熱膜を備える吸光遮熱部材を示しているが、図1Cに示す吸光遮熱膜に代えて図1Aまたは図1Bに示す吸光遮熱膜を備える吸光遮熱部材としてもよい。
<吸光遮熱膜および吸光遮熱部材の製造方法>
以下、図3A~図3Hを参照して本発明の吸光遮熱膜および吸光遮熱部材の製造方法について述べる。
本発明の吸光遮熱膜の製造方法は、金属酸化物の微細凹凸形状を形成する第1工程と、金属酸化物の微細凹凸形状上に金属層を形成する第2工程を含む。本発明の吸光遮熱部材は、吸光遮熱膜の金属層の金属酸化物の微細凹凸形状と接する面とは逆の面に基材を接着する工程をさらに含む。
以下、図3A~図3Hを参照して本発明の吸光遮熱膜および吸光遮熱部材の製造方法について述べる。
本発明の吸光遮熱膜の製造方法は、金属酸化物の微細凹凸形状を形成する第1工程と、金属酸化物の微細凹凸形状上に金属層を形成する第2工程を含む。本発明の吸光遮熱部材は、吸光遮熱膜の金属層の金属酸化物の微細凹凸形状と接する面とは逆の面に基材を接着する工程をさらに含む。
(第1工程:金属酸化物の微細凹凸形状の作製工程)
第1工程では、型となる金属酸化物の微細凹凸形状を形成する。
第1工程では、型となる金属酸化物の微細凹凸形状を形成する。
金属酸化物の微細凹凸形状の材料は特に限定されないが、アルミナを主成分とすることが好ましい。微細凹凸形状は、公知の化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)などの気相法、およびゾル-ゲルの液相法より形成させることが可能である。これらの手法より、アルミナを主成分とする板状結晶を含む金属酸化物の微細凹凸形状を設けることができる。中でも、アルミニウムを含む膜を温水で処理して、アルミナ板状結晶を成長させる方法が好ましい。
アルミニウムを含む膜としては、アルミニウム化合物を含むゾル-ゲルコーティング液を塗布して形成したアルミナゲル膜や、真空蒸着やスパッタ法などのドライ製膜により形成した金属アルミニウムを含む膜などが挙げられる。反応性や金属酸化物の微細凹凸形状の高さの調整が容易であるという点で、アルミナゲル膜を用いて金属酸化物の微細凹凸形状を形成することが好ましい。
アルミナゲル膜の原料としては、アルミニウムアルコキシド、アルミニウムのハロゲン化物、アルミニウムの塩などのアルミニウム化合物を用いることができる。製膜性の観点から、アルミニウムアルコキシドを用いることが好ましい。
アルミニウム化合物としては、例えば、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム-n-ブトキシド、アルミニウム-sec-ブトキシド、アルミニウム-tert-ブトキシドなどのアルミニウムアルコキシド、およびこれらのオリゴマー、塩化アルミニウムなどのアルミニウムのハロゲン化物、硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどアルミニウム塩の、アルミニウムアセチルアセトナート、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。
また、アルミナゲル膜は、その他の化合物を含んでいても良い。その他の化合物としては、例えばジルコニウム、シリコン、チタニウム、亜鉛のアルコキシド、ハロゲン化物、塩およびそれらの組み合わせが挙げられる。アルミナゲル膜がその他の化合物を含むことにより、これらを含まない場合と比べて、形成する金属酸化物の微細凹凸形状の高さを高くすることができる。
アルミナゲル膜は、下記に示すように、アルミニウム化合物を含むゾル-ゲルコーティング液を塗布して、ベース基材上に形成する。ゾル-ゲルコーティング液はアルミニウム化合物を有機溶媒に溶解させて調製する。アルミニウム化合物に対する有機溶媒の量は、モル比で20倍程度とすることが好ましい。
有機溶媒としては、アルコール、カルボン酸、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素、芳香族系炭化水素、エステル、ケトン、エーテル、あるいはこれらの混合溶媒を用いることができる。アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、1-プロポキシ-2-プロパノール、4-メチル-2-ペンタノール、2-エチルブタノール、3-メトキシ-3-メチルブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。カルボン酸としては、例えば、n-酪酸、α-メチル酪酸、iso-吉草酸、2-エチル酪酸、2,2-ジメチル酪酸、3,3-ジメチル酪酸、2,3-ジメチル酪酸、3-メチルペンタン酸、4-メチルペンタン酸、2-エチルペンタン酸、3-エチルペンタン酸、2,2-ジメチルペンタン酸、3,3-ジメチルペンタン酸、2,3-ジメチルペンタン酸、2-エチルヘキサン酸、3-エチルヘキサン酸などが挙げられる。脂肪族炭化水素または脂環族炭化水素としては、例えば、n-ヘキサン、n-オクタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、シクロオクタンなどが挙げられる。芳香族炭化水素としては、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどが挙げられる。エステル類としては、例えば、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが挙げられる。ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。エーテル類としては、例えば、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどが挙げられる。中でも、ゾル-ゲルコーティング液の安定性の点から、アルコールを使用することが好ましい。
アルミニウム化合物としてアルミニウムアルコキシドを用いる場合、水に対する反応性が高いため、空気中の水分や水の添加により急激にアルミニウムアルコキシドが加水分解され、ゾル-ゲルコーティング液の白濁および沈殿が生じることがある。これらを防止するために、ゾル-ゲルコーティング液に安定化剤を添加し、安定化を図ることが好ましい。安定化剤としては、β-ジケトン化合物類、β-ケトエステル化合物類、アルカノールアミン類などを用いることができる。β-ジケトン化合物類としては、例えば、アセチルアセトン、トリフルオロアセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、3-メチル-2,4-ペンタンジオン、3-エチル-2,4-ペンタンジオンなどが挙げられる。β-ケトエステル化合物類としては、例えば、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸ブチル、アセト酢酸ヘキシル、アセト酢酸アリル、アセト酢酸ベンジル、アセト酢酸-iso-プロピル、アセト酢酸-2-メトキシエチル、アセト酢酸-sec-ブチル、アセト酢酸-tert-ブチル、アセト酢酸-iso-ブチル、などが挙げられる。アルカノールアミン類としては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどが挙げられる。アルミニウムアルコキシドに対する安定化剤の量はモル比で1倍程度であることが好ましい。
アルミニウムアルコキシドの加水分解反応を促進するために触媒を用いてもよい。触媒としては、たとえば、硝酸、塩酸、硫酸、燐酸、酢酸、アンモニア等を例示することができる。
また、アルミナゲル膜には、必要に応じて水溶性有機高分子化合物を添加することができる。水溶性有機高分子化合物は、温水への浸漬によってアルミナゲル膜中から容易に溶出し、これによりアルミニウム化合物と温水との反応表面積が増大し、低温かつ短時間での微細凹凸形状の形成を可能にする。また、添加する有機高分子の種類や分子量を変化させることにより、形成される微細凹凸形状の高さなどを制御することが可能になる。有機高分子としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリエーテルグリコール類が温水への浸漬によって容易にアルミナゲル膜から溶出するので好ましい。アルミナゲル膜中のアルミニウム化合物の重量に対するポリエーテルグリコール類の量は重量比で0.1倍から10倍の範囲であることが好ましい。
金属酸化物の微細凹凸形状の製造方法を図3Aおよび図3Bを参照して述べる。アルミニウム化合物、および必要に応じてその他の化合物、安定化剤、水溶性有機高分子化合物を、有機溶媒に溶解または懸濁させゾル-ゲルコーティング液を調製する。このゾル-ゲルコーティング液をベース基材8上に塗布、乾燥し、アルミニウムを含む膜7としてのアルミナゲル膜を形成する。または、真空蒸着やスパッタ法などのドライ製膜によりアルミニウムを含む膜7としての金属アルミニウムを含む膜をベース基材8上に形成する。ベース基材8の材質は特に制限はなく、ガラス、プラスチック、金属など種々の材質を用いることができる。安定化剤を含まないゾル-ゲルコーティング液を用いてアルミナゲル膜を形成する際には、塗布を行う雰囲気を乾燥空気もしくは乾燥窒素等の不活性気体雰囲気とすることが好ましい。乾燥雰囲気の相対湿度は30%以下にすることが好ましい。アルミナゲル膜を形成する溶液塗布法としては、例えばディッピング法、スピンコート法、スプレー法、印刷法、フローコート法、およびこれらの併用等、既知の塗布手段を適宜採用することができる。膜厚は、ディッピング法における引き上げ速度やスピンコート法における基板回転速度などを変化させることと、ゾル-ゲルコーティング液の濃度を変えることにより制御することができる。乾燥は、室温で30分程度乾燥させればよい。また、必要に応じてさらに高い温度で乾燥あるいは熱処理させることも可能であり、熱処理温度が高いほど、後述の浸漬処理で、より安定した金属酸化物の微細凹凸形状3を形成させることができる。アルミニウムを含む膜7の好適な膜厚としては、100nm以上600nm以下、好ましくは100nm以上300nm以下、より好ましくは100nm以上200nm以下である。
次いで、アルミニウムを含む膜7を温水に浸漬処理することにより、アルミナの微細凹凸形状を形成する。アルミナゲル膜を温水に浸漬することにより、アルミナゲル膜の表層が解膠作用等を受け、一部の成分は溶出するものの、各種水酸化物の温水への溶解度の違いにより、アルミナを主成分とする板状結晶が該アルミナゲル膜の表層に析出、成長することで金属酸化物の微細凹凸形状3が形成される。また、アルミナゲル膜に代えて金属アルミニウムを含む膜を用いた場合、アルミニウムが温水と反応しアルミナへと酸化された後に、アルミナゲル膜を用いた場合と同様に金属酸化物の微細凹凸形状3が形成される。そのため、ベース基材8の材料がアルミニウムまたはアルミナを主に含む場合、ベース基材8上へのアルミニウムを含む膜7の製膜を省略することもできる。なお、温水の温度は40℃以上100℃未満とすることが好ましい。浸漬処理時間としては約5分間から24時間程度とすることが好ましい。アルミナ成分以外のその他の化合物を加えたアルミナゲル膜の浸漬処理では、各成分の温水に対する溶解度の差を用いてアルミナの板状結晶の結晶化を行っている。そのため、アルミナ単成分を含むアルミナゲル膜の浸漬処理とは異なり、無機成分の組成を変化させることにより板状結晶のサイズを広範な範囲にわたって制御することができる。また、アルミニウムを含む膜7の膜厚を調整することにより、アルミナの微細凹凸形状3の高さを調整することもできる。金属酸化物の微細凹凸形状3の高さの平均は、好ましくは100nm以上1000nm以下であり、より好ましくは100nm以上500nm以下である。その結果、板状結晶の形成する微細な凹凸を前記の広範な範囲にわたって制御することが可能となる。
(第2工程:金属層の形成工程)
第2工程では、金属酸化物の微細凹凸形状上に金属層を形成し、微細凹凸形状が転写された微細凹凸形状物を金属層上に形成する。図3Cを参照して、金属酸化物の微細凹凸形状3上に金属層1を形成する工程を以下に説明する。金属層1の形成方法としては、金属メッキ処理が好ましく、さらには無電解メッキ処理が好ましい。無電解メッキ処理では、塩化パラジウムの如きパラジウム化合物、塩化金の如き金化合物、塩化銀の如き銀化合物、塩化スズの如きスズ化合物などを溶解した水溶液を、金属酸化物の微細凹凸形状3に塗布することにより、活性化を行う。活性化は、金属酸化物の微細凹凸形状3をベース基材8ごとパラジウム化合物が溶解した水溶液に浸漬することで行ってもよい。その後、無電解メッキ液を用いて金属層1を金属酸化物の微細凹凸形状3上に堆積する。無電解メッキ液中の金属イオンは、本発明の吸光遮熱膜の金属層に対応しており、ニッケルイオン、クロムイオン、亜鉛イオンを含む無電解メッキ液が好ましく、ニッケルイオンを含むニッケルメッキ液が特に好ましい。ニッケルメッキ液は、ニッケル成分以外にリン成分やホウ素成分を含んでいても構わない。市販のニッケルメッキ液としては、奥野製薬工業のトップニコロンシリーズなどが挙げられる。無電解メッキ処理におけるメッキ液の温度は30℃以上98℃以下が好ましく、さらに好ましくは50℃以上90℃以下である。無電解メッキ処理を行う時間は形成する金属層の厚みに応じて調整を行うことができ、通常30秒から1時間である。このようにして、微細凹凸形状の隙間を埋めるように金属層1が形成され、金属酸化物の微細凹凸形状3が転写された微細凹凸形状物2を含む金属層1が形成される。
第2工程では、金属酸化物の微細凹凸形状上に金属層を形成し、微細凹凸形状が転写された微細凹凸形状物を金属層上に形成する。図3Cを参照して、金属酸化物の微細凹凸形状3上に金属層1を形成する工程を以下に説明する。金属層1の形成方法としては、金属メッキ処理が好ましく、さらには無電解メッキ処理が好ましい。無電解メッキ処理では、塩化パラジウムの如きパラジウム化合物、塩化金の如き金化合物、塩化銀の如き銀化合物、塩化スズの如きスズ化合物などを溶解した水溶液を、金属酸化物の微細凹凸形状3に塗布することにより、活性化を行う。活性化は、金属酸化物の微細凹凸形状3をベース基材8ごとパラジウム化合物が溶解した水溶液に浸漬することで行ってもよい。その後、無電解メッキ液を用いて金属層1を金属酸化物の微細凹凸形状3上に堆積する。無電解メッキ液中の金属イオンは、本発明の吸光遮熱膜の金属層に対応しており、ニッケルイオン、クロムイオン、亜鉛イオンを含む無電解メッキ液が好ましく、ニッケルイオンを含むニッケルメッキ液が特に好ましい。ニッケルメッキ液は、ニッケル成分以外にリン成分やホウ素成分を含んでいても構わない。市販のニッケルメッキ液としては、奥野製薬工業のトップニコロンシリーズなどが挙げられる。無電解メッキ処理におけるメッキ液の温度は30℃以上98℃以下が好ましく、さらに好ましくは50℃以上90℃以下である。無電解メッキ処理を行う時間は形成する金属層の厚みに応じて調整を行うことができ、通常30秒から1時間である。このようにして、微細凹凸形状の隙間を埋めるように金属層1が形成され、金属酸化物の微細凹凸形状3が転写された微細凹凸形状物2を含む金属層1が形成される。
微細凹凸形状物2を含む金属層1の厚さが、200nm以上15000nm以下であるように無電解メッキ処理を行うことが好ましい。また、微細凹凸形状物2の高さの平均は、金属酸化物の微細凹凸形状3の高さの平均に対応し、100nm以上1000nm以下となる。微細凹凸形状物2を含む金属層1の厚さが200nm以上であると、本発明の吸光遮熱膜は優れた吸光遮熱特性を示す。
前述した無電解メッキ処理を行った後に、金属層1の厚みを増すために、金属層1の微細凹凸形状物2が設けられた面とは逆の面に電気メッキ処理を行っても構わない。電気メッキ処理には公知の電気メッキ液を用いることができ、例えば金属イオンとして、ニッケルイオン、鉄イオン、銅イオンなどを含む電気メッキ液を用いることができる。金属層1の金属と同じ金属を用いて電気メッキ処理を行った場合、電気メッキ処理により金属層の厚みを増すことができる。なお、金属層1の金属と異なる金属を用いて電気メッキ処理を行った場合、電気メッキ処理により設けた金属層は基材5となる。電気メッキ液中には、金属イオンの原料となる無機塩の他、必要に応じて、導電性塩、対イオンを調整するための塩、メッキ膜の均質性を高めるためのカルボン酸系添加剤、光沢剤などを添加しても良い。また、電気メッキ工程において、電気メッキ液の液温、電流密度、メッキ時間を調整することにより、金属層1の厚さを所望の厚さとすることができる。必要に応じて、電気メッキ工程の前に、酸などを含む水溶液で金属層1の微細凹凸形状物2が設けられた面とは逆の面を活性化処理しても構わない。さらに、電気メッキ処理程により形成する膜の品質を高めるために、電気メッキ処理中に電気メッキ液を攪拌することに加え、電気メッキ液中の異物を取り除く工程を備えても良い。
(第3工程:基材の接着工程)
本発明の吸光遮熱部材の製造では、図3Dに示すように、上記で得られた金属層1の微細凹凸形状物2が設けられた面とは逆の表面に基材5を接着する。基材5の形状および材料としては、上記に記載したものを用いることができる。基材5の材料が金属である場合、金属層1の微細凹凸形状物2が設けられた面とは逆の表面に基材5となる金属をさらに積層してもよい。金属の積層方法としては、上記の電気メッキ処理により積層してもよく、スパッタリングなどの物理蒸着により積層してもよい。また、基材5の材料が樹脂である場合、金属層1の金属酸化物の微細凹凸形状3とは逆の表面に基材5となる樹脂を堆積後、硬化することで基材を設けてもよい。基材5は、接着層6により金属層1と接着されてもよい。接着層6に用いる接着材は特に限定されず、基材5と金属層1が強固に接着される材料であればよい。
本発明の吸光遮熱部材の製造では、図3Dに示すように、上記で得られた金属層1の微細凹凸形状物2が設けられた面とは逆の表面に基材5を接着する。基材5の形状および材料としては、上記に記載したものを用いることができる。基材5の材料が金属である場合、金属層1の微細凹凸形状物2が設けられた面とは逆の表面に基材5となる金属をさらに積層してもよい。金属の積層方法としては、上記の電気メッキ処理により積層してもよく、スパッタリングなどの物理蒸着により積層してもよい。また、基材5の材料が樹脂である場合、金属層1の金属酸化物の微細凹凸形状3とは逆の表面に基材5となる樹脂を堆積後、硬化することで基材を設けてもよい。基材5は、接着層6により金属層1と接着されてもよい。接着層6に用いる接着材は特に限定されず、基材5と金属層1が強固に接着される材料であればよい。
(第4工程:エッチング工程)
エッチング工程は、図3E~図3Hに示すように、基材5および接着層6を備える吸光遮熱部材を例に詳細を説明するが、接着層6を備えず基材5のみを備える吸光遮熱部材および基材5および接着層6を備えない吸光遮熱膜についても同様である。なお、図3Eは図3Dで示した吸光遮熱部材の上下を反転したものである。
エッチング工程は、図3E~図3Hに示すように、基材5および接着層6を備える吸光遮熱部材を例に詳細を説明するが、接着層6を備えず基材5のみを備える吸光遮熱部材および基材5および接着層6を備えない吸光遮熱膜についても同様である。なお、図3Eは図3Dで示した吸光遮熱部材の上下を反転したものである。
まず、本発明の吸光遮熱部材を得るために、図3Fに示すように、ベース基材8の除去を行う。ベース基材8の除去後の吸光遮熱部材は、その表面にアルミニウムを含む膜7を備える。アルミニウムを含む膜7が金属アルミニウムを含む膜である場合、金属アルミニウムにより可視光が反射されるため、図3Gに示すように、さらに金属アルミニウムを含む膜をエッチングで除去する必要がある。また、アルミニウムを含む膜7がアルミナゲル膜である場合、アルミナゲル膜は吸光遮熱部材の金属酸化物層4である。そのため、要求される表面の硬度と吸光性を満たすように、アルミナゲル膜をエッチングで除去しても良い。エッチング方法としては、酸やアルカリ溶液を用いてアルミニウムを含む膜7を溶解させるウェットエッチングが好ましい。酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸などが挙げられる。アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。作業効率の観点から、アルカリ溶液を用いるエッチング方法がより好ましい。エッチング濃度は、数%から数十%の範囲で、エッチング時間は数時間から数日の範囲で行うことが好ましい。また、図3Hに示すように、金属酸化物の微細凹凸形状3も、エッチングにより除去してもよい。最表面に微細凹凸形状物2を含む金属層1が接着層6を介して基材5に接着された吸光遮熱部材は、特に優れた吸光性を実現する。
エッチング後のアルミナ等の金属酸化物の残存は、SEMやTEMによる表面や断面観察時のEDX、またはXPSの測定などで検出することができる。
上記のように、エッチング処理の程度は所望の吸光遮熱部材または吸光遮熱膜の吸光性能および表面硬度のバランスに応じて調整すれば良い。また、第3工程である基材の接着工程を行う前に、本工程のエッチング工程を行い、その後基材を接着してもよい。
こうして得られた本発明の吸光遮熱部材および吸光遮熱膜は、微細凹凸形状物2を含む金属層1を備えるため、可視光線を吸収するため可視光線領域の反射率は低く、かつ遠赤外線の放射が小さいため遠赤外線領域の反射率は高くなり、優れた吸光遮熱特性を実現することができる。
本発明の吸光遮熱膜を、様々な部材または物品の表面に設けることで、吸光遮熱部材とすることができる。本発明の吸光遮熱膜は、部材または物品としての発熱体に用いられることが好ましい。このような発熱体を備える物品としては、バッテリー、エンジン、モーター、車両などが挙げられる。その他にも、本発明の吸光遮熱膜を、衣服などに用いることもできる。また、本発明の吸光遮熱膜を遮熱用加飾膜として用いてもよい。例えば、車両の内装、モバイル機器、家電製品、日傘、テント用品の表面に、本発明の吸光遮熱膜を遮熱用加飾膜として備え付けることもできる。本発明の吸光遮熱膜を部材または物品の表面に設ける際に、種々の接着剤を用いることができる。そのため、本発明の吸光遮熱膜は、使用目的に応じて部材および物品の表面に設けることができ、部材および物品の表面は平滑であるものに限られず、二次元または三次元の曲面を有するものであっても良い。
従来、赤外線熱画像カメラでは、画角内に様々な部材または物品が存在する場合、検知したい部材または物品を識別するのが困難であった。本発明の吸光遮熱膜を最表面に備えた部材または物品は、吸光遮熱膜を備えない部材または物品と比較して、検知温度に差を生じるため、本発明の吸光遮熱膜を使用することにより部材または物品を明確に識別することが可能となる。通常、赤外線熱画像カメラは検知温度の誤差範囲が2℃であるため、吸光遮熱膜の部材または物品と接する面とは逆の面における検知温度が、部材または物品の吸光遮熱膜が備えられていない部分における検知温度より3℃以上低ければよい。このとき、部材または物品が発熱体であると、より明確に識別が可能となる。
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例の可視光線領域の反射率スペクトル測定は、レンズ反射率測定機(商品名:USPM-RU III、オリンパス株式会社製)を用いた。
実施例の赤外線領域の反射率スペクトル測定は、フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光株式会社製、FT/IR-6600)を用いた。
ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例の可視光線領域の反射率スペクトル測定は、レンズ反射率測定機(商品名:USPM-RU III、オリンパス株式会社製)を用いた。
実施例の赤外線領域の反射率スペクトル測定は、フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光株式会社製、FT/IR-6600)を用いた。
(実施例1)
(吸光遮熱部材の製造)
アルミニウム-sec-ブトキシド(以下、「Al(O-sec-Bu)3」とも称する。)およびアセト酢酸エチル(以下、「EtOAcAc」とも称する。)を2-プロパノール(以下、「IPA」とも称する。)中に溶解させ、約3時間室温で攪拌することにより、アルミナゾル溶液を調製した。アルミナゾル溶液中の各成分のモル比は、Al(O-sec-Bu)3:EtOAcAc:IPA=1:1:20であった。アルミナゾル溶液中に、0.01M希塩酸水溶液を、塩酸の添加料がAl(O-sec-Bu)3に対しモル比で2倍となるように添加し、約6時間還流し、ゾル-ゲルコーティング液を調製した。ゾル-ゲルコーティング液をスピンコート法によりベース基材である石英ガラス基板上に塗布し、塗布膜を形成した。その後、塗布膜を100℃で1時間熱処理し、透明なアルミナゲル膜を得た。次に、アルミナゲル膜を80℃の温水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させ、微細凹凸形状を備えるアルミナ層を形成した。
(吸光遮熱部材の製造)
アルミニウム-sec-ブトキシド(以下、「Al(O-sec-Bu)3」とも称する。)およびアセト酢酸エチル(以下、「EtOAcAc」とも称する。)を2-プロパノール(以下、「IPA」とも称する。)中に溶解させ、約3時間室温で攪拌することにより、アルミナゾル溶液を調製した。アルミナゾル溶液中の各成分のモル比は、Al(O-sec-Bu)3:EtOAcAc:IPA=1:1:20であった。アルミナゾル溶液中に、0.01M希塩酸水溶液を、塩酸の添加料がAl(O-sec-Bu)3に対しモル比で2倍となるように添加し、約6時間還流し、ゾル-ゲルコーティング液を調製した。ゾル-ゲルコーティング液をスピンコート法によりベース基材である石英ガラス基板上に塗布し、塗布膜を形成した。その後、塗布膜を100℃で1時間熱処理し、透明なアルミナゲル膜を得た。次に、アルミナゲル膜を80℃の温水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させ、微細凹凸形状を備えるアルミナ層を形成した。
微細凹凸形状を備えるアルミナ層上に塩化パラジウム水溶液をスピンコート法で塗布した後、100℃で乾燥した。その後、80℃に設定したニッケル-リンメッキ液(リン含有量約10wt%)の中に1分間浸漬処理し、微細凹凸形状物および金属層としてのニッケル層を形成した。
得られた金属層の微細凹凸形状を備えるアルミナ層とは反対の面に接着層となるエポキシ系樹脂を塗布、硬化し、接着層を介して基材としてのPETフィルムを接着した。その後、石英ガラス基板から基材ごと吸光遮熱部材を剥離し、吸光遮熱部材を製造した。
(断面形状の観察)
上記の吸光遮熱部材の製造において、微細凹凸形状を備えるアルミナ層上にニッケル層を形成したものについて、ダイシングソーによる切り出しを行った後、フォーカスイオンビーム(FIB)法により断面方向の薄片化を行い、断面のSEMによる観察を行った。断面観察は、走査透過型電子顕微鏡(商品名:HD-2300、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて行った。図4に示す観察像から、ベース基材8上のアルミナゲル膜から形成された金属酸化物の微細凹凸形状3であるアルミナ板状結晶の内部を埋めるようにニッケルの微細凹凸形状物2が形成され、微細凹凸形状物2の上に金属層1であるニッケル層が存在している。
上記の吸光遮熱部材の製造において、微細凹凸形状を備えるアルミナ層上にニッケル層を形成したものについて、ダイシングソーによる切り出しを行った後、フォーカスイオンビーム(FIB)法により断面方向の薄片化を行い、断面のSEMによる観察を行った。断面観察は、走査透過型電子顕微鏡(商品名:HD-2300、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて行った。図4に示す観察像から、ベース基材8上のアルミナゲル膜から形成された金属酸化物の微細凹凸形状3であるアルミナ板状結晶の内部を埋めるようにニッケルの微細凹凸形状物2が形成され、微細凹凸形状物2の上に金属層1であるニッケル層が存在している。
得られた吸光遮熱部材の微細凹凸形状物2の高さの平均は323nm、微細凹凸形状3の高さの平均は255nm、アルミニウムを含む膜7の膜厚は68nmであった。吸光遮熱部材の表面の平均面粗さRa’は1.0nm、比表面積は1.0であった。
(吸光遮熱部材の評価)
実施例1で得られた吸光遮熱部材の可視光線領域の反射率スペクトルおよび赤外線領域の反射率スペクトル測定を行った。反射率スペクトル測定は、レンズ反射率測定機(商品名:USPM-RU III、オリンパス株式会社製)を用いて、赤外線領域の反射率スペクトル測定は、フーリエ変換赤外分光光度計(商品名:FT/IR-6600、日本分光株式会社製)を用い行った。可視光線領域の反射率スペクトル測定の結果を図5に、赤外線領域の反射率スペクトル測定の結果を図6に示す。また、表1に、吸光遮熱部材の可視光線領域および赤外線領域の反射率スペクトル測定で得られた可視光および赤外線領域の反射率を示す。図5より、本発明の吸光遮熱部材は、可視光線領域の反射率が低いことから、吸光性が優れていると言える。
図6より、本発明の吸光遮熱部材は、中赤外および遠赤外線領域において、長波長側に向かって反射率が高くなっていることから、遮熱性が優れていると言える。
実施例1で得られた吸光遮熱部材の可視光線領域の反射率スペクトルおよび赤外線領域の反射率スペクトル測定を行った。反射率スペクトル測定は、レンズ反射率測定機(商品名:USPM-RU III、オリンパス株式会社製)を用いて、赤外線領域の反射率スペクトル測定は、フーリエ変換赤外分光光度計(商品名:FT/IR-6600、日本分光株式会社製)を用い行った。可視光線領域の反射率スペクトル測定の結果を図5に、赤外線領域の反射率スペクトル測定の結果を図6に示す。また、表1に、吸光遮熱部材の可視光線領域および赤外線領域の反射率スペクトル測定で得られた可視光および赤外線領域の反射率を示す。図5より、本発明の吸光遮熱部材は、可視光線領域の反射率が低いことから、吸光性が優れていると言える。
図6より、本発明の吸光遮熱部材は、中赤外および遠赤外線領域において、長波長側に向かって反射率が高くなっていることから、遮熱性が優れていると言える。
(比較例1)
非特許文献1に記載の方法と同様の方法で製造した吸光材料について、実施例1の吸光遮熱部材と同じ条件で可視光線領域の反射率スペクトルおよび赤外線領域の反射率スペクトル測定を行った。結果を図5、図6、および表1に示す。
非特許文献1に記載の方法と同様の方法で製造した吸光材料について、実施例1の吸光遮熱部材と同じ条件で可視光線領域の反射率スペクトルおよび赤外線領域の反射率スペクトル測定を行った。結果を図5、図6、および表1に示す。
図5に示すように、比較例1の吸光材料は、実施例1の吸光遮熱部材よりは劣るものの、可視光線から近赤外線領域の反射率が低く、吸光性に優れていると言える。
一方、図6に示すように、比較例1の吸光材料は、中赤外線領域および遠赤外線領域の反射率が本発明の吸光遮熱部材に比べて劣り、遮熱性を有するとは言えない。
一方、図6に示すように、比較例1の吸光材料は、中赤外線領域および遠赤外線領域の反射率が本発明の吸光遮熱部材に比べて劣り、遮熱性を有するとは言えない。
(実施例2)
(吸光遮熱膜の製造)
実施例1と同様に、アルミナゾル溶液を調製し、これを用いてスピンコート法によりベース基材である石英ガラス基板上に塗布し、塗布膜を形成した。その後、塗布膜を100℃で1時間熱処理し、透明なアルミナゲル膜を得た。次に、アルミナゲル膜を80℃の温水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させ、微細凹凸形状を備えるアルミナ層を形成した。
(吸光遮熱膜の製造)
実施例1と同様に、アルミナゾル溶液を調製し、これを用いてスピンコート法によりベース基材である石英ガラス基板上に塗布し、塗布膜を形成した。その後、塗布膜を100℃で1時間熱処理し、透明なアルミナゲル膜を得た。次に、アルミナゲル膜を80℃の温水中に30分間浸漬したのち、100℃で10分間乾燥させ、微細凹凸形状を備えるアルミナ層を形成した。
微細凹凸形状を備えるアルミナ層上に塩化パラジウム水溶液をスピンコート法で塗布した後、室温で乾燥した。その後、80℃に設定したニッケル-リンメッキ液(リン含有量約10wt%)中に20分間浸漬処理し、微細凹凸形状物および金属層としてのニッケル層を形成した。
その後、石英ガラス基板から吸光遮熱膜を剥離した。得られた吸光遮熱膜全体の膜厚は、約10μmであった。また、吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は303nm、微細凹凸形状の高さの平均は233nm、アルミニウムを含む膜の膜厚は70nmであった。さらに、吸光遮熱膜の平均面粗さRa’は1.0nm、比表面積は1.0であった。
以下、実施例3から実施例11では、ゲル膜の積層数およびエッチング条件を変えて吸光遮熱膜を製造した。
(実施例3)
実施例2と同様の方法で吸光遮熱膜を製造し、石英ガラス基板から剥離した吸光遮熱膜に、エッチング工程として3Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で50時間エッチング処理し、吸光遮熱膜を製造した。エッチング後の微細凹凸形状物には、若干の透明な金属酸化物が付着していた。得られた吸光遮熱膜の透明な金属酸化物を含む微細凹凸形状物の高さの平均は251nm、微細凹凸形状物の高さの平均は213nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は5.0nm、比表面積は1.1であった。可視光線領域の反射率スペクトル測定の結果を図5に、赤外線領域の反射率スペクトル測定の結果を図6に示す。また、FIB法により断面出しを行い、断面のSEMによる観察を行った。断面観察は、走査型電子顕微鏡(商品名:ULTRA55、Carl Zeiss製)を用いて行った。図7に示す観察像から、金属層1であるニッケル層上にニッケルの微細凹凸形状物2が形成され、微細凹凸形状物2の上に微量のアルミナが残存していた。SEM-EDX分析およびXPSの測定で検出したアルミナ層は、断面の膜厚方向において、表面から内部に向かって相対的にAl元素の割合が低くなり、一方Ni元素の割合が高くなっていた。
実施例2と同様の方法で吸光遮熱膜を製造し、石英ガラス基板から剥離した吸光遮熱膜に、エッチング工程として3Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で50時間エッチング処理し、吸光遮熱膜を製造した。エッチング後の微細凹凸形状物には、若干の透明な金属酸化物が付着していた。得られた吸光遮熱膜の透明な金属酸化物を含む微細凹凸形状物の高さの平均は251nm、微細凹凸形状物の高さの平均は213nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は5.0nm、比表面積は1.1であった。可視光線領域の反射率スペクトル測定の結果を図5に、赤外線領域の反射率スペクトル測定の結果を図6に示す。また、FIB法により断面出しを行い、断面のSEMによる観察を行った。断面観察は、走査型電子顕微鏡(商品名:ULTRA55、Carl Zeiss製)を用いて行った。図7に示す観察像から、金属層1であるニッケル層上にニッケルの微細凹凸形状物2が形成され、微細凹凸形状物2の上に微量のアルミナが残存していた。SEM-EDX分析およびXPSの測定で検出したアルミナ層は、断面の膜厚方向において、表面から内部に向かって相対的にAl元素の割合が低くなり、一方Ni元素の割合が高くなっていた。
(実施例4)
エッチング工程において7.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で47時間エッチング処理したこと以外、実施例3と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は235nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は18nm、比表面積は1.4であった。
エッチング工程において7.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で47時間エッチング処理したこと以外、実施例3と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は235nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は18nm、比表面積は1.4であった。
(実施例5)
メッキ液としてニッケル-リンメッキ液(リン含有量約1~2wt%)を用いたこと以外、実施例3と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は272nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は3.8nm、比表面積は1.1であった。
メッキ液としてニッケル-リンメッキ液(リン含有量約1~2wt%)を用いたこと以外、実施例3と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は272nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は3.8nm、比表面積は1.1であった。
(実施例6)
実施例2に示したアルミナゾル溶液を調製し、スピンコート法によりベース基材である石英ガラス基板上に塗布し、塗布膜を形成した。その後、塗布膜を100℃で1時間熱処理し、さらに、膜の塗布および膜の乾燥プロセスを繰り返すことで積層数を2層としたアルミニウムを含む膜としての透明なアルミナゲル膜を得た。以降は、実施例2と同様に吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は306nm、微細凹凸形状の高さの平均は371nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は1.1nm、比表面積は1.0であった。
実施例2に示したアルミナゾル溶液を調製し、スピンコート法によりベース基材である石英ガラス基板上に塗布し、塗布膜を形成した。その後、塗布膜を100℃で1時間熱処理し、さらに、膜の塗布および膜の乾燥プロセスを繰り返すことで積層数を2層としたアルミニウムを含む膜としての透明なアルミナゲル膜を得た。以降は、実施例2と同様に吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は306nm、微細凹凸形状の高さの平均は371nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は1.1nm、比表面積は1.0であった。
(実施例7)
石英ガラス基板からアルミナ層を備える金属膜を剥離した後に、エッチング工程として3Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で50時間エッチング処理したこと以外、実施例6と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は315nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は10nm、比表面積は1.2であった。
石英ガラス基板からアルミナ層を備える金属膜を剥離した後に、エッチング工程として3Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で50時間エッチング処理したこと以外、実施例6と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は315nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は10nm、比表面積は1.2であった。
(実施例8)
エッチング工程において7.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で50時間エッチング処理したこと以外、実施例7と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は303nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は27nm、比表面積は1.7であった。
エッチング工程において7.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で50時間エッチング処理したこと以外、実施例7と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は303nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は27nm、比表面積は1.7であった。
(実施例9)
アルミナゲル膜の積層数を3層にしたこと以外、実施例2と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は374nm、微細凹凸形状の高さの平均は419nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は1.2nm、比表面積は1.0であった。
アルミナゲル膜の積層数を3層にしたこと以外、実施例2と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は374nm、微細凹凸形状の高さの平均は419nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は1.2nm、比表面積は1.0であった。
(実施例10)
石英ガラス基板からアルミナ層を備える金属膜を剥離した後に、エッチング工程において3Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で50時間エッチング処理したこと以外、実施例9と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は354nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は16nm、比表面積は1.3であった。
石英ガラス基板からアルミナ層を備える金属膜を剥離した後に、エッチング工程において3Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で50時間エッチング処理したこと以外、実施例9と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は354nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は16nm、比表面積は1.3であった。
(実施例11)
エッチング工程において6Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で45時間エッチング処理したこと以外、実施例10と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は346nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は35nm、比表面積は2.1であった。
エッチング工程において6Mの水酸化ナトリウム水溶液を用いて室温で45時間エッチング処理したこと以外、実施例10と同様に行い吸光遮熱膜を製造した。得られた吸光遮熱膜の微細凹凸形状物の高さの平均は346nm、吸光遮熱膜の表面の平均面粗さRa’は35nm、比表面積は2.1であった。
表1に、実施例1から実施例11および比較例1で製造した吸光遮熱膜または吸光遮熱部材の可視光線領域および赤外線領域の反射率スペクトル測定で得られた可視光線領域および赤外線領域の反射率を示す。
(実施例12)
実施例3で製造した吸光遮熱膜を板状のステンレス鋼(SUS)の表面に貼り付けた物品(以下、「吸光遮熱膜を備える物品」と称する。)を作製した。吸光遮熱膜を備える物品と吸光遮熱膜を備えないこと以外は吸光遮熱膜を表面に備える物品と同じ物品(以下、「吸光遮熱膜を備えない物品」と称する。)をヒーター上に置き、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度が40℃になった時点で、赤外線サーモグラフィ装置(機種:H2640、日本アビオニクス社製)で、吸光遮熱膜を備える物品と吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を測定した。表面温度の測定環境は、室温下、物品と測定装置の距離は約40cmであった。吸光遮熱膜を備える物品の表面温度は約28℃であり、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度に対し約12℃低い値であった。また、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を約60℃とした場合は、吸光遮熱膜を備える物品の表面温度は約37℃であり、約23℃低い値であった。以上のことから、本発明の吸光遮熱膜が遮熱性に優れることがわかった。物品の検知温度が実際の温度に比べ、明瞭な温度差が観察され、赤外線熱画像カメラによる物品の識別が可能であることがわかった。
実施例3で製造した吸光遮熱膜を板状のステンレス鋼(SUS)の表面に貼り付けた物品(以下、「吸光遮熱膜を備える物品」と称する。)を作製した。吸光遮熱膜を備える物品と吸光遮熱膜を備えないこと以外は吸光遮熱膜を表面に備える物品と同じ物品(以下、「吸光遮熱膜を備えない物品」と称する。)をヒーター上に置き、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度が40℃になった時点で、赤外線サーモグラフィ装置(機種:H2640、日本アビオニクス社製)で、吸光遮熱膜を備える物品と吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を測定した。表面温度の測定環境は、室温下、物品と測定装置の距離は約40cmであった。吸光遮熱膜を備える物品の表面温度は約28℃であり、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度に対し約12℃低い値であった。また、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を約60℃とした場合は、吸光遮熱膜を備える物品の表面温度は約37℃であり、約23℃低い値であった。以上のことから、本発明の吸光遮熱膜が遮熱性に優れることがわかった。物品の検知温度が実際の温度に比べ、明瞭な温度差が観察され、赤外線熱画像カメラによる物品の識別が可能であることがわかった。
(実施例13)
実施例5で製造した吸光遮熱膜を板状のステンレス鋼の表面に貼り付けた吸光遮熱膜を備える物品を作製し、実施例12と同様に、吸光遮熱膜を備える物品と吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を測定した。吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を約40℃とした場合、吸光遮熱膜を備える物品の表面温度は約28℃であり、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度に対し約12℃低い値であった。また、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を約60℃とした場合は、吸光遮熱膜を備える物品の表面温度は約33℃であり、約27℃低い値であった。
実施例5で製造した吸光遮熱膜を板状のステンレス鋼の表面に貼り付けた吸光遮熱膜を備える物品を作製し、実施例12と同様に、吸光遮熱膜を備える物品と吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を測定した。吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を約40℃とした場合、吸光遮熱膜を備える物品の表面温度は約28℃であり、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度に対し約12℃低い値であった。また、吸光遮熱膜を備えない物品の表面温度を約60℃とした場合は、吸光遮熱膜を備える物品の表面温度は約33℃であり、約27℃低い値であった。
以上のことから、本発明の部品は吸光性および遮熱性がともに優れていることがわかった。
本発明によって、通常は両立しない、可視光線および近赤外線を吸収し(反射率が低く)、かつ遠赤外線の放射が小さい(反射率が高い)吸光遮熱膜および吸光遮熱部材を提供することができる。本発明の吸光遮熱膜および吸光遮熱部材は、光学機器内部の迷光防止および遮熱部材として、人工衛星などの宇宙関連機器の内外装部材として利用可能であり、外装用フィルム、ソーラーコレクタなどとしても用いることができる。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
本願は、2019年3月29日提出の日本国特許出願特願2019-068487および2020年3月25日提出の日本国特許出願特願2020-054971を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。
1 金属層
2 微細凹凸形状物
3 金属酸化物の微細凹凸形状
4 金属酸化物層
5 基材
6 接着層
7 アルミニウムを含む膜
8 ベース基材
2 微細凹凸形状物
3 金属酸化物の微細凹凸形状
4 金属酸化物層
5 基材
6 接着層
7 アルミニウムを含む膜
8 ベース基材
Claims (18)
- 微細凹凸形状物を備える金属層を備え、
前記微細凹凸形状物の高さの平均が100nm以上1000nm以下であることを特徴とする吸光遮熱膜。 - 前記微細凹凸形状物に密接する金属酸化物の微細凹凸形状をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の吸光遮熱膜。
- 前記金属酸化物の微細凹凸形状は、アルミナを主成分とする板状結晶を含むことを特徴とする請求項2に記載の吸光遮熱膜。
- 表面の平均面粗さRa’が1nm以上50nm以下であり、かつ比表面積Srが1.0以上3.0以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の吸光遮熱膜。
- 前記金属層の材料は、ニッケル、クロム、亜鉛から選ばれるいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の吸光遮熱膜。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の吸光遮熱膜と、
基材と、
を備えることを特徴とする吸光遮熱部材。 - 前記吸光遮熱膜と前記基材が接着層により接着されていることを特徴とする請求項6に記載の吸光遮熱部材。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の吸光遮熱膜を最表面に備えたことを特徴とする物品。
- 金属酸化物の微細凹凸形状を形成する第1工程と、
前記金属酸化物の微細凹凸形状上に金属層を形成する第2工程と、
を含む吸光遮熱膜の製造方法。 - 前記第1工程が、アルミニウムを含む膜を温水に浸漬処理することを含む、請求項9に記載の吸光遮熱膜の製造方法。
- 前記金属酸化物の微細凹凸形状を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項9または10に記載の吸光遮熱膜の製造方法。
- 金属酸化物の微細凹凸形状を形成する第1工程と、
前記金属酸化物の微細凹凸形状上に金属層を形成する第2工程と、
前記金属層の前記金属酸化物の微細凹凸形状とは逆の面に基材を接着する第3工程と、を含む吸光遮熱部材の製造方法。 - 前記第3工程が、前記金属層と前記基材とを接着層を用いて接着する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載の吸光遮熱部材の製造方法。
- 前記金属酸化物の微細凹凸形状を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項12または13に記載の吸光遮熱部材の製造方法。
- 前記吸光遮熱膜の前記物品と接する面とは逆の面における検知温度が、前記物品の前記吸光遮熱膜が備えられていない部分における検知温度より3℃以上低くなることを特徴とする、請求項8に記載の物品。
- 前記物品が発熱体であることを特徴とする、請求項15に記載の物品。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の吸光遮熱膜の使用であって、
前記吸光遮熱膜を物品の最表面に備えることにより、前記吸光遮熱膜の前記物品と接する面とは逆の面の表面の検知温度が、前記物品の表面の検知温度より3℃以上低くなることを特徴とする、使用。 - 前記物品が発熱体であることを特徴とする、請求項17に記載の使用。
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| "Black Electroless Nickel Plating", JOURNAL OF THE SURFACE FINISHING SOCIETY OF JAPAN, vol. 66, no. 11, 2015, pages 503 - 506 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117626260A (zh) | 2024-03-01 |
| US20220011475A1 (en) | 2022-01-13 |
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