JPH07507152A - 全ポリマー紫外線反射フィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 迫り四組当 本発明は全ポリマー紫外線反射フィルムに関し、さらに詳しくは、太陽光線の紫 外線波長の実質的な部分を反射しながら、可視光線と近赤外線波長に対して実質 的に透過性である反射器（ｒｃｆｌｃｃｔｏｒ）に関する。

本発明は、従来用いられている反射器材料よりも低価格であり、耐候性であり、 太陽光線の紫外線エネルギーの有意な量を吸収しない全ポリマー紫外線反射フィ ルムを提供する。本発明のフィルムの好ましい用途は太陽光線解毒システム（ｓ ｏｌａｒ　ｄｅｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ）における反射物質と してであるが、コノフイルムハ、可視光線透過性（ｖｉｓｉｂｌｅ　ｌｉｇｈｔ 　ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）の他に紫外線反射力か要求される他の用途にも有 用である。

ここで用いる１反射性（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）”、“反射力（ｒｅｆｌｅｃｔ ｉｖｉｔｙ）”、“反射（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）−１及び“反射率（ｒｅｆｌ ｅｃｔａｎｃｅ）”なる用語は、充分な鏡面性の総反射率（すなわち、反射波エ ネルギー対入射波エネルギー比）を意味する。これらの用語の使用は半鏡面反射 又は拡散反射をも包括するように意図される。一般に、反射率測定は正反射角を 中心とした１５度の鉛直角を有するエマ−ジエントコ−は、ポリマー材料が屈折 率に関する以外の如何なる点に関しても異なる必要がないことを意味する。従っ て、隣接層が化学的に異なる場合に、このような物質が同じ屈折率を有するなら ば、本発明の目的のために、これらの物質は“異なる”ことにならない。

ここで用いる場合の反射率の特定の強度は、実質的な吸収が生じない波長におい て生ずる反射の強度である。例えば、本発明のフィルムは約３００〜４０００ｍ の範囲内の波長を有する紫外線を反射するように設計される。例えば可視範囲の ような他の波長の光線はフィルムを通過する（すなわち、フィルムによって透過 される）。反射強度が関係するのはこれらの紫外線波長においてである。

図１は本発明の二成分多層状紫外線反射フィルムの概略断面図であり、このフィ ルムはその両性面上に保護スキン層を含む：図２は太陽光線解ｍ反射器システム の透視略図であり。

図３は本発明に従って製造した多層状フィルムの予測反射率に対する波長のグラ フである。

本発明は、実質的な量の紫外線を吸収しない、３００〜４００ｎｍの波長範囲に わたる実質的な紫外線反射力と、可視及び近赤外線に対する実質的な透過性と、 幾つかの有用な製品を形成するための支持体への積層可能性とを含めた、幾つか の好ましい性質を有する、改良された多層状全ポリマー紫外線反射フィルムを提 供する。異なる屈折率を有する層からの多重反射の光学的理論は、効果か個々の 層厚さと物質の屈折率との両方に依存することを実証する。ラドフォード（Ｒａ ｄｆ。

ｒｄ）等の°虹色同時押出し多層状プラスチックフィルムの反射力（Ｒｅｆｌｅ ｃｔｉｖｉｔｙ　。

ｆ　Ｉｒ１ｄｅｓｃｅｎｔ　Ｃｏｅｘｔｒｕｄｅｄ　Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ 　Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｆｉｌｍｓ）”　、　Ｐ　ｏ　Ｉ　ｙ　香@ｅ　ｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　５ｃｉｅｎｃｅ　１３．３．２１６頁（１９ ７３）を参照のこと。垂直入射（ｎｏｒｍａｌ　１ｎｃｉｄｅｎｃｅ）に対する 二成分多層状フィルムの第−又は−次反射波長は下記式によって与えられる・λ １＝２　（ｎ＋ｄ＋＋ｎｚｄｚ） 式中、λ１はナノメーターでの一次反射の波長であり、３００〜４００ｎｍの範 囲にわたり、ｎｌと０２は２種ポリマーの屈折率であり、ｄｌとｄｌはナノメー ターでの２種ポリマーの層厚さである。

３成分以上のフィルムでは、上記式は次式に一般化される：λｘ＝２　Σｎ１ｄ ｉ 式中、λ３、ｎ及びｄは上記で定義した通りであり、ｍは１より大きい整数であ る。従って、例えば、ＡＢＣＢのポリマー反復単位を有する三成分フィルムでは 、式は次のようになる。

λ＋＝２　（ｎＡｄＡ＋ｎａｄｓ＋ｎｃｄｃ＋ｎ＠ｄＪｄＡ＝ｄ、＝ｄｃの場合 には、反復単位中の光学的厚さの合計は０．１５μｍ〜約０．２０μｍの範囲内 で変化する。３００〜４００ｎｍにわたるＡＢＣＢ反復単位中の各個別層の光学 的厚さの範囲は、好ましくは、０．０２５μｍ〜０．０３６μｍである。

理解することができるように、−次反射波長は２種ポリマーの光学的厚さの合計 に比例する（この場合、光学的厚さｎ、ｄ、は屈折率ど層厚さとの積である）。

−次反射の他に、それ以上の高次反射は一次反射の整数分の−において生ずる。

これらの高次反射の相対的強度はポリマー成分の光学的厚さの比に依存する。

約３００〜４００ｎｍの範囲内の広い帯域幅の波長を反射するフィルムを製造す るためには、フィルムの厚さを横切る層厚さ勾配を導入することができる。従っ て、本発明の１実施態様では、層厚さはフィルム厚さを横切って単調に増加する 。

単調とは、層厚さかフィルム厚さを横切って予め定められた率で増加することを 意味する。センシング（Ｓｅｎｒｅｎｋ）の米国特許第３．６８７．５８９号を 参照のこと。上記式から理解することかできるように、個々の層厚さくｄ）の変 化はフィルムの光学的厚さに直接影響を及ぼす。

上記３００〜４００ｎｍ範囲内で反射するために必要な、層の光学的厚さは全て フィルム上に垂直入射（すなわち、Ｏ”）する光線の反射率に関して述べたもの である。反射波長は太陽光線エネルギーの入射角度によって変化する。入射角度 がＯ”　（垂直入射）から４５°まで変化するときに、シフト（ｓｈｉｆｔ）は 約５５ｎｍである。

波長シフトと、全ての光線が紫外線反射フィルムに垂直入射で当たるとは限らな いという確率とに適応するために、フィルムの層の光学的厚さはこの幾らが長い 範囲３００ｎｍ〜４５５ｎｍに適応するように設計することができる。フィルム は垂直入射する可視光線の一部を反射するが、ある範囲の入射角の紫外線をさら に良好に反射することができる。この設計では層の最大光学的厚さは約１５％増 加するので、反復単位の光学的厚さの合計は０．１５μｍ−０，２２８μｍの範 囲内である。このような設計によって、フィルムに衝突する実質的に全ての紫外 線は、光線がフィルムに垂直以外の入射角で入射したとしても、確実に反射され ることになる。

図１は本発明による反復単位ＡＢを有する二成分紫外線反射フィルム１ｏを概略 的に説明する。フィルム１０は屈折率ｎ、を有する第１ポリマー１２と、＆ｊ（ 折率ｎ２を（■する第２ポリマー１４との交互層を含む。図１は、フィルムの層 の実質的に全てが０．１５μｍ〜０．２０μｍの範囲内で変化する、反復１１１ 位の光学的厚さの合計を有する、本発明の好ましい形式を示す。好ましくは、各 個別層は０．０７μｍ−０，１１μｍの範囲内の光学的厚さを有する。図１はま た、他の層を引っ掻き若しくは風化作用から保護するために又は他の層をサポー ト（ｓｕｐｐ。

ｒｔ）するために、反射体の両主要外面に配置されたポリマー（Ｃ）のスキン層 １８をも示す。

選択されたポリマーが波長３００〜４００ｎｍにおいて少なくとも０，０３の屈 折率差異（ｍｉｓｍａｔｃｂ）を有することが好ましい。典型的に、ポリマーを 含めた物質の屈折率は例えば５８９ｎｍナトリウム蒸気のような可視範囲の便利 な波長において測定される。ポリマーの屈折率が短い波長においては増大しうる ことは知られている。しかし、紫外線波長において屈折率を測定することは困難 である。

しかし、可視波長における発表屈折率に基づいて選択した、２種類のポリマーの 屈折率差異が少なくとも紫外線波長における大きさに留まることを我々は発見し た。従って、少なくとも０．０３の屈折率差異の選択は、紫外線波長において生 ずる実際の差異の内輪の推定値である。

３成分以上のシステムに関しては、好ましくは、最高屈折率を有するポリマー物 質は最低屈折率を有するポリマー物質と少なくとも約０．０３だけ異なる。他の 成分の屈折率は最高屈折率を有する成分と最低屈折率を有する成分との中間の屈 折率である。

本発明の実施に用いるポリマー物質は、それらが有さければならない性質の組合 せにおいて、特有である。これらのポリマー物質は実質的な量の紫外線を吸収せ ず、紫外線吸収体を添加せずに紫外線による崩壊（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）に 固有に耐える。これは、本発明の実施に用いるポリマー物質が３００〜４００ｎ ｍの範囲内で約５０％を越える平均透過率を維持することを意味する。太陽の紫 外線は太陽からの総エネルギーの３〜４％のみを占めるに過ぎないので、ポリマ ーがスペクトルの紫外部の有意な量を吸収することは、そのポリマーが本発明に 用いられる可能性を大きく減する。

一般に、個々のポリマーは可視光線に対して実質的に透過性でもなければならず 、好ましくは近赤外スペクトルの波長に対しても実質的に透過性である。上述し たように、ポリマーは紫外線による崩壊に耐性でなければならない。例えば、ポ リスチレン及びポリ塩化ビニルのような、多くの熱可塑性ポリマーは紫外線によ る崩壊に耐性ではなく、安定性を改良するためにはＵＶ吸収性化合物を混入しな ければならない。しかし、ＵＶ吸収性安定剤は紫外線を吸収しないことが必要条 件である本発明の状況（ｃｏｎｔｅｘｔ）では役立たない。

本発明に有用なポリマー物質は、例えばシロ　インダストリー（Ｃｙｒｏ　Ｉｎ ｄｕｓｔｒｉｅｓ）から入手可能なＣｙｒｏ　Ｈ２Ｓ−０１２（登録商標）のよ うなポリメチルメタクリレート（屈折率＝１．４９Ｌ例えばアトケム　ノースア メリカ社（＾ｔ。

ｃｈｅｗ　Ｎｏｒｔｂ　Ａｍｅｒｉｃａ、　Ｉｎｃ、　）から入手可能なＫｙｎ ａｒ　（登録商標）のようなポリフッ化ビニリデン（屈折率＝１．４２Ｌ例えば アライド　シグナル　コーポレーション（＾１ｌｉｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｃｏｒ ｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なＡｃ１ａｒ２２Ａ（登録商標）のようなポリ クロロトリフルオロエチレン（屈折率＝１．４１）、及び例えばミツイ　ケミカ ルス（ｌｌｉｔｓｕｊ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から入手可能なＴＰＸ　（登録商 標）のようなポリメチルペンテン−１（屈折率＝１．４６）を含む。好ましい多 層状紫外線反射フィルムは第１ポリマー物質としてのポリフッ化ビニリデンと第 ２ポリマー物質きしてのポリメチルメタクリレートとを含む。ポリフン化ビニリ デンとポリメチルメタクリレートの両方は紫外線中で優れた安定性と耐崩壊性と を有すると同時に、好ましい形式において紫外線の非吸収体であり、反射フィル ムは各外面のポリフッ化ビニリデンの比較的厚い保護スキン層と、内部のポリフ ッ化ビニリデンとポリメチルメタクリレートの光学活性交互層とを含む。

選択されたポリマーは同時押出しに適合する流動性を有することが好ましい。

すなわち、多層状フィルムの好ましい形成方法は同時押出し技術の使用であるの で、ポリマーの溶融粘度は層の不安定性又は不均一性を防止することに妥当に調 和しなければならない。用いるポリマーはまた、フィルムが剥離しないように充 分な層間接着力をも有するべきである。或いは、第１ポリマー層と第２ポリマー 層とを一緒に固定するための接着剤又は接着層として、第３ポリマーを用いるこ とができる。

本発明の多層状紫外線反射フィルムは、高価な物質と誘電的又は化学的蒸着技術 を用いる先行技術方法を凌駕する主要な利益を有する。本発明のフィルムは３０ ０−４００ｎｍ帯域にわたる紫外線を反射するように調整することができ：これ らは容易に同時押出しすることかでき、大きな表面積を有することができ：これ らを支持体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に積層して、例えばパラボラ反射器のような 、多様な有用な製品に成形することができる。

本発明による多層状フィルムは、米国特許第３．７７３．８８２号と第３，８８ ４．６０６号（これらの開示はここに参考文献として関係する）に述べられてい るような多層状同時押出し装置を用いることによって最も有利に製造される。

このような装置は、それぞれが実質的に均一な層厚さである多層状同時押出し熱 可塑性物質の製造方法を提供する。好ましくは、米国特許第３．７５９，６４７ 号（これの開示はここに参考文献として関係する）に述べられているような、一 連の積層手段（ｌａｙｅｒ　ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ　ｍｅａｎｓ）を用いるこ とができる。

同時押出し装置のフィードブロック（ｆｅｅｄｂｌｏｃｋ）は、例えば熱可塑化 押出機のような供給源から、多様な熱可塑性ポリマー物質流を受け取る。樹脂状 物質流はフィードブロック内の機械的処理区分に達する。この区分はオリジナル 流を最終フィルムに望ましい層数を有する多層状流に配列し直すことに役立つ。

最終フィルム中の層数をさらに増加させるために、この多層状流を次に任意に、 一連の積層手段に通すことができる。

多層状流は次に、層流（ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｄ　ｆｌｏｗ＞がその中に維持さ れるように構成され、配列された押出しグイ中に達する。このような押出し装置 は米国特許第３゜５５７．２６５号（これの開示はここに参考文献として関係す る）に述べられている。得られる生成物は押出成形されて、各層が隣接層の主要 面に全体的に平行である多層状フィルムを形成する。

押出しダイの形状は変化することができ、各層の厚さとサイズとを減するような 形状であることかできる。機械的配向区分から供給される層の厚さの正確な減歩 度と、ダイの形状と、押出し後のフィルムの機械的加工量とは全て、最終フィル ム中の個々の層の厚さに影響を与える要素である。

本発明の紫外線反射フィルムは幾つかの用途を見い出す。第１例として、これら は太陽光線解毒システムの反射器として用いることかできる。このようなシステ ム２０を図２に概略的に示す。図示するように、有機汚染物を含む地下水をポン プ２４によってライン２２に通して、一連の太陽光線反射器アレイ２６に供給す る。簡略のために、このようなアレイの２個のみを示すが、多量の汚染水を処理 するために多数のアレイを直列又は並列に配列可能であることが理解されるであ ろう。

反射器アレイ２６は透明な支持体に積層されたパラボラ状太陽紫外線反射フィル ム２８を含み、このフィルムは太陽エネルギーの紫外部を汚染液体が流れる透明 な管３０方向に反射する。既述したように、例えば二酸化チタンのような触媒を 流れる液体流に混合するか、又は管３０内の多孔質マトリックス上に取り付ける ことができる。好ましくはスペクトルの可視部と近赤外部の両方を含む、太陽エ ネルギーの残部（すなわち、４００〜２１００ｎｍの範囲内の波長）は反射フィ ルム２８を通過する。このことは、太陽エネルギーの全てか管に集中したならば 生ずるであろうような、液体流の不当な加熱を阻止する。或いは、反射器アレイ を通って透過される可視太陽エネルギーと赤外太陽エネルギーとを、太陽加熱を 必要とする他のプロセスのために別々に回収するか又は集中させることができる 。

しかし、場合によっては、特定の触媒作用（ｃａｔａｌｙｚｅｄ）分解反応を強 化するために該液体を若干加熱することが望ましい。このような場合には、太陽 可視エネルギー及び／又は太陽赤外エネルギーの一部又は全てを反射するように 、本発明の反射フィルムを設計することができる。これは、広帯域の可視部及び 近赤外部（４００〜２１００ｎｍ）全ポリマー反射フィルムに本発明の全ポリマ ー紫外線反射フィルムを積層することによって達成することかできる。

或いは、可視及び／又は赤外エネルギーの所望量を反射するために必要な範囲内 の光学的厚さを有する充分な層数を、紫外線反射層と共に、同時押出しすること ができる。上記出願に教示されているように、このような層は光学的に厚い（〉 ０．４５μｍ）か、又は光学的に厚いと光学的に非常に薄い（＜０．０９μｍ） との組合せであり、層の一部は光学的に薄い（＜０．０９μｍかつ＜０．４５μ ｍ）、この場合に光学的厚さは実際の層厚さと層を構成するポリマーの屈折率と の積として定義される。

触媒による処理と太陽紫外線エネルギーへの！！露との後に、処理済み液体は例 えば保持容器（ｈｏＭｉｎｇ　ｂａｓｉｎ）　３３に送られる。ここから、ポン プ３２とライン３４とを介して地下に戻されるか又は商業的若しくは工業的プラ ントに用いるために供給される。

本発明の紫外線反射フィルムの他の用途には、医学的イメージング、天体望遠鏡 及び顕微鏡検査の分野に用いられるＵＶミラーがある。化学反応も硬化機構とし て紫外線を用いる。本発明の反射フィルムは化学的反応物質上へこのような光線 （ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を反射又は集中させるためにもちいることができる。紫 外線は殺菌消毒のツールとしても用いられる。本発明のＵＶ反射フィルムは殺菌 消毒すべき製品上に紫外線を導くために用いることができる。本発明のフィルム の他のアウトドアー用途には、紫外線の崩壊効果から室内備え付は家具を保護す るための窓又は天窓へのフィルムの貼付がある。例えば、本発明の紫外線反射フ ィルムは、内部椅子張り材料（ｕｐｈｏｌｓｔｅｒｙ）又はダツシュボードを保 護するために、自動車窓ガラスに貼付するか又は含めることかできる。

人、食品、衣類又は家具を紫外線の有害な崩壊効果から保護するために、屋内照 明においても紫外線反射フィルムが必要とされる。本発明の反射フィルムは蛍光 光源の周囲の保護管に製造することができる。このフィルムは可視光線に対して 透過性であるので、可視光線の損失は生じない。むしろ、好ましくない紫外線の みが保留されることになる。紫外線は人の眼に対して有害であることが知られて いる。本発明のＵＶ反射フィルムはサングラス又は溶接工のゴーグルに用いるこ とができる。このフィルムは紫外線が人の皮膚に達するのを防止するために傘に 用いることかできる。さらに、このフィルムはＵＶ光線が衣類又は家具に達して 、退色又は崩壊を惹起するのを防止するために用いることができる。マイクロリ トグラフィー、工業的な微細機械加工及び紫外線レーザー反射は、本発明の紫外 線反射フィルムか使用可能である他の分野である。

本発明をさらに容易に理解するために、下記実施例を述へるが、この実施例は本 発明の説明を意図するものであり、範囲の限定を意図するものではない。

実施例↓ 本発明のフィルムの紫外線反射能力を実証するために、コンピュータ・シミュレ ーションを天施して、二成分ポリメチルメタクリレート／ポリフッ化ビニリデン 多層状フィルムの反射率特徴を予測した。このシミュレーションはキジャーオブ チックス（Ｋｉｄｇｃｒ　０ｐｔｉｃｓ）　（イングランド、サセックス）から 入手可能なＭａｃｌｅｏｄ　Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌｍ　０ｐｔｉｃｓ”なる題名のソ フトウェアプログラムを用いた。このフィルムのΔＢ反復単位の層の光学的厚さ の合計は０゜１５μｍ〜０．２０μｍの範囲内であると推定され、個々の層は０ ．０７μｍ〜０．１１μｍの範囲内の光学的厚さを有すると推定された。可視波 長において測定したときの２種ポリマーの実際の差異に基づいて、０．０７の屈 折率差異が推定された。

図３はそれぞれ１００．２００．４００．６５０及び１３００交互層を有するフ ィルムに関する予測反射率結果を示す。見てわがるように、多層状フィルムの層 数が増加するにつれて、フィルムの予測反射率は３００〜４００ｎｍの波長範囲 において１００％反射率に近づく。このことは、本発明の多層状フィルムの強力 な紫外線反射能力を実証する。

ＩＧ−１ コクＮＶエフココｊ３８ 「０ （つ し−

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．有意な量の紫外線を吸収しない、少なくとも第１種ポリマー物質と第２種ポ リマー物質とからの紫外線反射全ポリマーフィルムであって、前記フィルムに入 射する３００〜４００ｎｍ範囲内の波長の紫外線の少なくとも３０％が反射され るように充分な数の、前記第１ポリマー物質と第２ポリマー物質との交互層を含 み；前記第１ポリマー物質と第２ポリマー物質とが３００〜４００ｎｍの波長範 囲内において５０％を越える平均透過率を有し；前記フィルムの個々の層の実質 的に過半量が、前記ポリマー物質の反復単位の光学的厚さの合計が０．１５μｍ 〜０．２２８μｍになる範囲内の光学的厚さを有し；前記第１ポリマー物質と第 ２ポリマー物質とが３００〜４００ｎｍの波長範囲において相互から少なくとも 約０．０３だけ屈折率が異なる前記紫外線反射ポリマーフィルム。
2. ２．前記個々の層が０．０７μｍ〜０．１１μｍの範囲内の光学的厚さを有する 請求項１記載の紫外線反射ポリマーフィルム。
3. ３．前記第１ポリマー物質がポリフッ化ビニリデンであり、前記第２ポリマー物 質がポリメチルメタクリレートである請求項１記載の紫外線反射ポリマーフィル ム。
4. ４．前記第１ポリマー物質と第２ポリマー物質とがポリメチルメタクリレート、 ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン及びポリメチルペンテ ン−１から成る群から選択される請求項１記載の紫外線反射ポリマーフィルム。
5. ５．少なくとも２００層を含む請求項１記載の紫外線反射ポリマーフィルム。
6. ６．フィルムに入射する３００〜４００ｎｍ範囲内の波長の紫外線の少なくとも ８０％が反射される請求項１記載の紫外線反射ポリマーフィルム。
7. ７．反復単位ＡＢＣＢに交互層の第１種、第２種及び第３種ポリマー物質を含む 請求項１記載の紫外線反射ポリマーフィルム。
8. ８．反復単位ＡＢＣに交互層の第１種、第２種及び第３種ポリマー物質を含む請 求項１記載の紫外線反射ポリマーフィルム。
9. ９．透明な支持体物質と共に又は可視光線及び／又は赤外線反射体と共に積層さ れたか、又は同時押出しされた請求項１記載の紫外線反射ポリマーフィルム。
10. １０．フィルムの主要外面のいずれか又は両方に保護スキン層を含む請求項１基 載の紫外線反射ポリマーフィルム。