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WO2025070677A1 - 赤外線吸収繊維および繊維製品 - Google Patents

赤外線吸収繊維および繊維製品 Download PDF

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Publication number
WO2025070677A1
WO2025070677A1 PCT/JP2024/034547 JP2024034547W WO2025070677A1 WO 2025070677 A1 WO2025070677 A1 WO 2025070677A1 JP 2024034547 W JP2024034547 W JP 2024034547W WO 2025070677 A1 WO2025070677 A1 WO 2025070677A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tungsten oxide
composite tungsten
oxide particles
fibers
fiber
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/034547
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
修平 中倉
佳輔 町田
Original Assignee
住友金属鉱山株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友金属鉱山株式会社 filed Critical 住友金属鉱山株式会社
Publication of WO2025070677A1 publication Critical patent/WO2025070677A1/ja

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Definitions

  • the present invention relates to infrared absorbing fibers and textile products.
  • the first method is to maintain heat retention by reducing the dissipation of heat generated by the human body.
  • Specific examples of the first method include controlling the weaving and knitting structure of cold-weather clothing, or making the fibers used hollow or porous, thereby physically increasing the amount of air space, thereby reducing the dissipation of heat generated by the human body to the outside and maintaining heat retention.
  • the second method is to utilize the chemical and physical properties of the fibers contained in cold weather clothing to allow the fibers themselves to store heat.
  • the third method is to store heat in a positive way, such as by chemically or physically processing the fibers contained in the cold-weather clothing, so that the heat generated by the human body is radiated back towards the human body, or by converting some of the sunlight received by the cold-weather clothing into heat.
  • Patent Document 1 discloses a technology that uses the latent heat of phase transition of paraffin-based hydrocarbons for heat storage.
  • a method has been proposed in which ceramic particles such as alumina, zirconia, or magnesia are kneaded into the fibers themselves to utilize the far-infrared radiation effect and light-to-heat conversion effect of these inorganic particles, or a method has been proposed in which dyes with high absorption in the near-infrared region are used. In other words, a method has been proposed in which external energy is actively taken in.
  • Patent Document 2 discloses a heat radiating fiber that is characterized by containing one or more types of inorganic fine particles having heat radiating properties and containing at least one type of metal or metal ion having a thermal conductivity of 0.3 kcal/ m2 ⁇ sec ⁇ °C or more.
  • Patent Document 3 discloses a near-infrared absorbing processing method for a cellulose-based fiber structure in which the spectral reflectance of the fabric is 65% or less in the range of 750 to 1500 nm as the degree of near-infrared absorption by combining a dye that has a higher absorption characteristic in the near-infrared region than black dye with another dye.
  • Direct dyes, reactive dyes, naphthol dyes, and vat dyes are disclosed as dyes that have a higher absorption characteristic in the near-infrared region than black dyes.
  • Patent Document 4 discloses a near-infrared absorbing fiber containing ultrafine particles having near-infrared absorbing properties inside the fiber,
  • the ultrafine particles having near-infrared absorbing properties are composite tungsten oxide ultrafine particles,
  • the composite tungsten oxide ultrafine particles have an XRD peak top intensity ratio of 0.13 or more when the XRD peak intensity value of the (220) plane of a silicon powder standard sample (640c, manufactured by NIST) is taken as 1.
  • Patent Document 5 discloses a knitted fabric in which an infrared absorbing agent selected from anthraquinone, indigo, benzoquinone, naphthoquinone, or phthalocyanine is attached to a core-sheath type synthetic fiber.
  • infrared absorbing fibers In regards to infrared absorbing fibers, from the viewpoint of preventing so-called voyeurism, it is necessary to suppress the content of infrared absorbing particles so as not to impair the texture of the fiber while preventing the transmission and reflection of infrared light. For this reason, there is a demand for infrared absorbing fibers that contain infrared absorbing particles with excellent infrared absorbing performance.
  • one aspect of the present invention aims to provide an infrared absorbing fiber containing composite tungsten oxide particles that have excellent infrared absorbing performance.
  • a fiber and and composite tungsten oxide particles disposed at one or more locations selected from the interior and surface of the fiber contain a composite tungsten oxide
  • the composite tungsten oxide is represented by a general formula MxWyOz (wherein M element is one or more elements selected from alkali metal elements, alkaline earth metal elements, rare earth elements, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru , Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, and I; W is tungsten; O is oxygen; 0.20 ⁇ x/y ⁇ 0.37, 2.2 ⁇ z/y ⁇ 3.3),
  • the crystal system is hexagonal,
  • the infrared absorbing fiber includes spots in which the Z contrast
  • an infrared absorbing fiber containing composite tungsten oxide particles with excellent infrared absorbing performance can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a composite material production apparatus that can be suitably used in the method for producing composite tungsten oxide particles of the present embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a reduction treatment device used in the reduction treatment step.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an infrared absorbing particle dispersion liquid.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an infrared absorbing fiber.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the crystal structure of composite tungsten bronze observed at [001] incidence.
  • FIG. 6 is an XRD pattern of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1.
  • FIG. 7A is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particle obtained in Example 1.
  • FIG. 7B is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1.
  • FIG. 8A is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in line L1 in FIG. 7B.
  • FIG. 8B is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in line L2 in FIG. 7B.
  • FIG. 8C is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in line L3 in FIG. 7B.
  • FIG. 8D is a line profile quantifying the Z-contrast of tungsten atoms in line L4 in FIG. 7B.
  • FIG. 8E is a line profile quantifying the Z-contrast of tungsten atoms in line L5 in FIG. 7B.
  • FIG. 8A is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in line L1 in FIG. 7B.
  • FIG. 8B is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in line
  • FIG. 8F is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in line L6 in FIG. 7B.
  • FIG. 9A is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particle obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 9B is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 10A is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particle obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 10B is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 10C is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 9A is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particle obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 9B is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particle obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 10D is a line profile quantifying the Z contrast of tungsten atoms in the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 11A is a transmitted light profile of the near infrared absorbing particle dispersion liquid according to Example 1.
  • FIG. 11B is a transmitted light profile of the near infrared absorbing particle dispersion liquid according to Comparative Example 1.
  • FIG. 12A is a STEM-HAADF image from [110] incidence for the composite tungsten oxide particle according to Example 1.
  • FIG. 12B is a STEM-HAADF image from [110] incidence for the composite tungsten oxide particle according to Example 1.
  • FIG. 13 is a diagram showing a schematic arrangement of W atoms and Cs atoms in FIG. 12B.
  • FIG. 14A is an XPS spectrum of W atoms of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1.
  • FIG. 14B is an XPS spectrum of W atoms of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 15A is a molar absorption coefficient curve of the composite tungsten oxide particles obtained in Example 1.
  • FIG. 15B is a molar absorption coefficient curve of the composite tungsten oxide particles obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 16A shows the reflectance of the knit fabric for evaluating the anti-secret photography obtained in Example 1.
  • FIG. 16B shows the reflectance of the knit fabric for evaluating the anti-secret photography obtained in Comparative Example 1.
  • the composite tungsten oxide particles contained in the infrared absorbing fiber of this embodiment will be described.
  • the composite tungsten oxide particles contain a composite tungsten oxide.
  • the composite tungsten oxide particles may be composed of a composite tungsten oxide, but this does not exclude the inclusion of inevitable impurities in the composite tungsten oxide particles.
  • the above composite tungsten oxide is represented by the general formula MxWyOz .
  • the M element in the above general formula is an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a rare earth element, Mg (magnesium), Zr (zirconium), Cr (chromium), Mn (manganese), Fe (iron), Ru (ruthenium), Co (cobalt), Rh (rhodium), Ir (iridium), Ni (nickel), Pd (palladium), Pt (platinum), Cu (copper), Ag (silver), Au (gold), Zn (zinc), Cd (cadmium), Al (aluminum), Ga (gallium), In (indium), Tl (thallium), It can be one or more elements selected from the group consisting of tungsten, silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), boron (B), fluorine (F), phosphorus (P), sulfur (S), selenium (Se), bromine (Br), tellurium (Te), titanium (
  • Alkaline metal elements include Li (lithium), Na (sodium), K (potassium), Rb (rubidium), Cs (cesium), and Fr (francium).
  • Alkaline earth metal elements include Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), and Ra (radium).
  • Rare earth elements include Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pm (promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), and Lu (lutetium).
  • this composite tungsten oxide is hexagonal.
  • the composite tungsten oxide particles contain, in a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particles from [001] incidence, spots in which the Z contrast of tungsten atoms has dropped to 95% or less of the average value in a ratio of 0.01% or more and 10% or less by number.
  • Composition The composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles is expressed by the general formula MxWyOz as described above. The M element, W, O, and x, y, and z in the formula have already been described, so description thereof will be omitted here.
  • the composite tungsten oxide can have one or more tungsten bronze type crystal structures selected from, for example, tetragonal, cubic, and hexagonal crystal structures.
  • the composite tungsten oxide contained in the composite tungsten oxide particles of this embodiment is a hexagonal crystal structure.
  • the particles When the composite tungsten oxide has a hexagonal crystal structure, the particles have improved transmission in the visible light range and improved absorption of light in the near-infrared range.
  • Composite tungsten oxide also functions as an infrared shielding material when it has a tetragonal or cubic tungsten bronze-type crystal structure.
  • the absorption position of light in the near-infrared region tends to change depending on the crystal structure of the composite tungsten oxide.
  • the absorption position of light in the near-infrared region tends to move to the longer wavelength side in the tetragonal crystal than in the cubic crystal, and further to the longer wavelength side in the hexagonal crystal than in the tetragonal crystal.
  • the absorption of light in the visible light region is the least in the hexagonal crystal, followed by the tetragonal crystal, and among these, the cubic crystal has the greatest absorption of light in the visible light region. Therefore, for applications in which more light in the visible light region is transmitted and more light in the infrared region is shielded, it is preferable to use a composite tungsten oxide having a hexagonal tungsten bronze-type crystal structure.
  • the composite tungsten oxide particles when the composite tungsten oxide has a hexagonal crystal structure, the composite tungsten oxide particles have particularly improved light transmittance in the visible light region and light absorption in the near infrared region. For this reason, the composite tungsten oxide particles preferably contain composite tungsten oxide with a hexagonal crystal structure. Furthermore, using one or more elements selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In as the M element makes it easier to form a hexagonal crystal. For this reason, the M element preferably contains one or more elements selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In, and it is more preferable that the M element contains one or more elements selected from Rb and Cs.
  • An octahedron formed from a W (tungsten) atom and six O (oxygen) atoms i.e. an octahedron with O atoms at the vertices and a W atom in the center, is assembled into six octahedrons to form a hexagonal void (tunnel) made up of O atoms.
  • An M element is then placed in the void to form one unit, and many of these units are assembled to form a hexagonal crystal structure.
  • the mass ratio of M element to W is 0.20 ⁇ x/y ⁇ 0.37, preferably 0.25 ⁇ x/y ⁇ 0.37, and more preferably 0.30 ⁇ x/y ⁇ 0.36.
  • the value of x/y is 0.33, and it is considered that M element is arranged in all of the hexagonal gaps. Note that the above x, y, and z mean x, y, and z in the general formula M x W y O z described above, and the same applies below.
  • the composite tungsten oxide has a composition in which M element is added to tungsten trioxide (WO 3 ). Since tungsten trioxide does not contain effective free electrons, the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten must be less than 3 to achieve the infrared absorption effect. However, in the composite tungsten oxide, free electrons are generated by adding M element, and the infrared absorption effect can be obtained. Therefore, the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten can be 3 or less. In addition, the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten may exceed 3. However, the crystal phase of WO 2 may cause absorption or scattering of light in the visible light region, which may reduce the absorption of light in the near infrared region. Therefore, from the viewpoint of suppressing the generation of WO 2 , it is preferable that the ratio of oxygen to 1 mole of tungsten is greater than 2.
  • the composite tungsten oxide particles of the present embodiment are used for applications that require maintaining transparency, the composite tungsten oxide particles preferably have an average particle size of 800 nm or less.This is because particles with an average particle size of 800 nm or less do not completely block light due to scattering, and can maintain high visibility in the visible light region and efficiently maintain transparency at the same time.In particular, when transparency in the visible light region is important, it is preferable to further consider the scattering of light in the visible light region by particles.
  • the average particle size When emphasis is placed on reducing scattering of light in the visible light range by such particles, it is more preferable for the average particle size to be 200 nm or less, and even more preferable for it to be 100 nm or less.
  • the composite tungsten oxide particles of this embodiment preferably have an average particle size of 800 nm or less, more preferably 200 nm or less, and even more preferably 100 nm or less.
  • the lower limit of the average particle size of the composite tungsten oxide particles of this embodiment is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, and even more preferably 10 nm or more.
  • the average particle size of the composite tungsten oxide particles is preferably 1 nm or more and 800 nm or less, more preferably 5 nm or more and 200 nm or less, even more preferably 10 nm or more and 200 nm or less, and even more preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the average particle size of the composite tungsten oxide particles is calculated by measuring the particle size of each composite tungsten oxide particle from a transmission electron microscope image. Specifically, three fields of view are selected at a magnification that includes 200 or more composite tungsten oxide particles in one field of view, the images of the composite tungsten oxide particles in each field of view are binarized, and the average particle size is calculated by image analysis. Note that there is no particular upper limit on the number of composite tungsten oxide particles in one field of view, but the magnification may be selected so that, for example, 500 or less composite tungsten oxide particles are included in one field of view. In addition, all composite tungsten oxide particles in the three fields of view may be evaluated, but for example, 500 to 800 particles or 600 to 700 particles in total may be selected in the three fields of view.
  • the circle equivalent diameter is calculated from the area of each composite tungsten oxide particle, and is taken as the particle diameter of the composite tungsten oxide particle. Then, the particle diameters of all the composite tungsten oxide particles evaluated are added together, and the average particle diameter is calculated by dividing the total particle diameter by the number of particles evaluated.In other words, the average particle diameter can be determined as the arithmetic mean value of the particle diameters of the composite tungsten oxide particles evaluated.
  • composite tungsten oxide particles can particularly improve visible light transmission and infrared shielding performance by having a moderate amount of minute oxygen vacancies that are difficult to grasp using XRD patterns, etc.
  • the composite tungsten oxide particles containing 10% or less of the dark areas in the Z contrast of tungsten atoms (hereinafter also referred to as "W atoms"), the W remaining around the W deficiency region can be oxidized, and the amount of oxygen deficiency can be contained to a degree that is not excessive. Also, by the composite tungsten oxide particles containing 0.01% or more of the dark areas in the Z contrast of W atoms, oxygen deficiencies can be introduced appropriately.
  • Dark areas in the Z contrast of W atoms in composite tungsten oxide particles indicate missing W atoms.
  • Dark areas in the Z contrast of W atoms refer to spots (points) where the Z contrast of W atoms has fallen to 95% or less of the reference value, based on the average Z contrast of W atoms included in the observation field of the STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particle.
  • the size of the observation field can be set to 20 nm square or more and 50 nm square or less.
  • Figure 5 shows the relationship between the crystal structure of the (001) plane of hexagonal Cs0.33WO3 and the W atom/W atomic row (hereinafter, also referred to as "W/W row").
  • Figures 7A and 7B show STEM-HAADF images of the Cs0.33WO3 particles obtained in Example 1.
  • Figures 8A to 8F show the Z-contrast of W atoms in the W atom/W atomic row at lines L1 to L6 shown in Figure 7B.
  • the Z contrast of W atoms can be seen from the image (STEM-HAADF) obtained by observing a sample with a scanning transmission electron microscope in a high angle dark field (STEM-HAADF) and detecting only the transmitted electrons with a large scattering angle among the electrons that have passed through the sample.
  • the magnitude of the scattering angle is proportional to the square of the atomic number (Z), so the higher the atomic number of the element, the brighter the contrast. Therefore, it is possible to obtain contrast due to differences in composition and elements.
  • composite tungsten bronze it is possible to distinguish between M elements such as Cs and W atoms due to the difference in contrast.
  • the difference in contrast intensity at a tungsten column (W column), which is a spot (point) where tungsten is arranged, in the STEM-HAADF image is utilized. If W atoms are vacant, the maximum value of Z contrast at the spot is reduced.
  • the vacant site of W atoms on the (001) surface of hexagonal Cs0.33WO3 is shown with a contrast lower than the average value of Z contrast at the spot where W atoms of the W atom/W atomic column are arranged.
  • the spot forms a vacant region of W atoms elongated in a columnar shape in the (001) direction. At the largest point, it spreads to 10 nm or more in the (001) direction. No vacancies of W atoms connected by 5 nm or more are confirmed on the (001) surface.
  • an octahedron 54 is formed with a W atom 51 and six O atoms 52 as a unit, that is, an octahedron 54 with O atoms at the vertices and a W atom 51 in the center is assembled into six hexagonal voids (tunnels) 55 made up of O atoms 52.
  • circles with the same hatching indicate the same atoms.
  • M elements 53 are arranged in hexagonal gaps 55 formed by O atoms 52 to form one unit. Furthermore, many of these units come together to form a hexagonal crystal structure.
  • the hexagonal gaps 55 are parallel to the (001) plane.
  • the (001) plane is also perpendicular to the c-axis.
  • the change in the crystal structure of the particles during the synthesis process will be described using Cs0.33WO3 particles as an example of the composite tungsten oxide particles of this embodiment.
  • the composite tungsten oxide particles of this embodiment are manufactured through a raw material preparation process, an aerosol formation process, a heat treatment process, and a reduction treatment process, as described below.
  • the raw material aerosolized in the aerosol formation process is rapidly heated to 500°C or higher in the heat treatment process, and a reaction that changes the raw material into a composite tungsten oxide by short-term heating is advanced. Then, after heating, the raw material is rapidly cooled to stop the reaction that changes the raw material into a composite tungsten oxide.
  • the composite tungsten oxide particles obtained through the heat treatment process contain hexagonal crystals ( Cs0.33WO3 ) and heterophases ( Cs4W11O35 , ( Cs2O ) 0.44WO6 , etc.). From the STEM-HAADF image observation of the composite tungsten oxide particles, it can be confirmed that they contain a large amount of W atom defects. The W atom deficiency sites become Cs-excess regions and contribute to the formation of a heterogeneous phase.
  • the composite tungsten oxide particles containing heterogeneous phases obtained through the heat treatment process undergo a reduction process in which oxygen is not supplied, resulting in a rearrangement of the M elements Cs, W, and O atoms.
  • This rearrangement of the atoms changes the particles into composite tungsten oxide particles in which dark areas are observed in the Z contrast of W atoms in STEM-HAADF images from [001] incidence.
  • the dark areas in the Z contrast of W atoms in STEM-HAADF images from [001] incidence of composite tungsten oxide particles that have undergone the reduction process are presumed to be traces of the above-mentioned heterogeneous phases and missing W atoms.
  • Comparative Example 1 when composite tungsten oxide particles are synthesized by heating the raw materials in a reducing atmosphere for a longer time than in Example 1 above without aerosolizing the raw materials, hexagonal single-phase composite tungsten oxide particles can be obtained by adjusting the atmosphere and heating conditions.
  • Figure 9B which shows the evaluation results of Comparative Example 1, composite tungsten oxide particles prepared without aerosolizing the raw materials show almost no dark areas in the Z contrast of W atoms even when observing the STEM-HAADF image from [001] incidence.
  • the composite tungsten oxide particles of this embodiment can also have a defect surface in a direction perpendicular to the c-axis in a STEM-HAADF image (prism surface) of the composite tungsten oxide particles from [110] incidence.
  • the above-mentioned defect surface is caused by a defect in W atoms. Furthermore, there may be a space in the c-axis direction where there are no atoms of M elements such as cesium and no W atoms.
  • Figures 12A and 12B are STEM-HAADF images from [110] incidence of the composite tungsten oxide particle of Example 1.
  • a defect surface 121 which is a defect in the basal plane caused by a defect of W atoms with a length of about 30 nm in the direction perpendicular to the c-axis, was confirmed.
  • a space 122 with a length of about 3 nm in the c-axis direction where no Cs atoms or W atoms exist was confirmed.
  • Figure 12B is an enlarged view of Figure 12A. It is believed that the defect plane 121, which is a defect in the basal plane, and the space 122 along the c-axis direction where no Cs or W is present remain as the interface of the crystallized region when the Cs and W atoms are rearranged within the crystal during the heat treatment process.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the arrangement of W atoms and Cs atoms in Figures 12A and 12B.
  • the composite tungsten oxide particles of this embodiment dark areas are observed in the Z contrast of W atoms in the STEM-HAADF image from [001] incidence, which is presumed to be a trace of W atom defects before the reduction treatment process. It can be confirmed that the composite tungsten oxide particles of this embodiment before the reduction treatment process in the synthesis process contain a large amount of W atom defects.
  • the W atom defects are Cs-rich regions, which contribute to the formation of a different phase other than hexagonal crystals.
  • a defect plane i.e., a defect in the basal plane (001)
  • a defect plane may occur in a direction perpendicular to the c-axis. It is believed that the presence of these defects promotes the rearrangement of W atoms to maintain the hexagonal crystal structure in the reduction treatment process.
  • defects of W atoms defects are generated on the prism surface, and the hexagonal crystal structure is maintained in the areas where no defects occur.
  • x, y, and z refer to x, y, and z in the general formula of the composite tungsten oxide particles described above.
  • the mass ratio of the M element to the W element is in the range of 0.20 ⁇ x/y ⁇ 0.37, preferably 0.25 ⁇ x/y ⁇ 0.37, and more preferably 0.30 ⁇ x/y ⁇ 0.36.
  • the mass ratio of the M element is in the range of 0.20 ⁇ x/y ⁇ 0.37, the rearrangement of the W atoms may cause defects on the prism surface, but the composite tungsten oxide particles can maintain the hexagonal structure and have excellent infrared absorption properties.
  • the amount of M element is small, such as when x/y is less than 0.20, it is difficult to form a hexagonal crystal structure, and even if a hexagonal crystal structure is formed, there are few free electrons supplied to the 5d orbital of the W atom, resulting in poor infrared absorption characteristics.
  • heterogeneous phases such as pyrochlore phases are generated in the process of rearrangement of W atoms due to the excess atoms of M element, and band-shaped defects of W atoms with a length of more than 10 nm are also generated on the basal plane of the composite tungsten oxide particle. It is considered that when a vacant region of W atoms with a length of 10 nm or more is formed, a vacant region begins to be formed periodically, and heterogeneous phases such as pyrochlore phase are stabilized.
  • the composition of the M element source and the W element source may be biased in the raw material preparation process described later.
  • the substance amount ratio (x/y) of the M element and the W element may be larger than 0.37 in some parts, and the basal surface of some particles of the obtained composite tungsten oxide particles may have a strip-shaped W atom defect with a length of more than 10 nm.However, if the number ratio of particles with such defects is less than 20%, the infrared absorption properties will not be inferior.
  • FIG. 14A is a 4f profile of W atoms by XPS for the cesium tungsten composite oxide particles according to Example 1.
  • FIG. 14B is a 4f profile of W atoms by XPS for the cesium tungsten composite oxide particles according to Comparative Example 1.
  • W 6+ has a 4f 7/2 peak in the binding energy range of 34 eV to 36 eV and a 4f 5/2 peak in the binding energy range of 36 eV to 38 eV.
  • W 5+ has a 4f 7/2 peak in the binding energy range of 32 eV to 34 eV and a 4f 5/2 peak in the binding energy range of 35 eV to 37 eV.
  • the peak interval between W4f 7/2 and W4f 5/2 is fixed to 2.18 eV
  • the peak area ratio is fixed to 0.75
  • a Gaussian distribution or Lorentz distribution is applied to fit the profile measured by the least square method, so that XPS peak separation can be performed.
  • the oxidation state of the W atoms in the composite tungsten oxide particles can be determined.
  • the background of the profile is removed, and the half-widths of W4f 7/2 and W4f 5/2 are made to match.
  • the proportion of W5 + to the total of W6 + and W5 + intensities was 24.9%, whereas it was 25.96% in the composite tungsten oxide particles according to Comparative Example 1. Due to the separation of the W6 + and W5 + intensities of XSP, the composite tungsten oxide particles of Example 1, the profile of which is shown in Fig. 14A, have a lower proportion of W5 + , i.e., a higher proportion of W6 + , than the composite tungsten oxide particles of Comparative Example 1, the profile of which is shown in Fig. 14B, which means that oxidation has progressed further.
  • Example 1 the reason why there is little W5 + and oxidation is advanced is presumably because the W atoms in the crystal are stabilized by bonding with oxygen due to the presence of W vacancies formed in the c-axis direction or the basal plane direction, as shown in Figures 7A and 7B or Figures 12A and 12B.
  • the composite tungsten oxide particles of this embodiment can be manufactured by aerosolizing the raw material and then carrying out heat treatment, etc.
  • the composite tungsten oxide particles manufactured by such a manufacturing method involving aerosolization of the raw material tend to be more oxidized than the composite tungsten oxide particles obtained by synthesis using a conventionally known solid phase method and pulverization, etc.
  • Peak separation and integrated intensity of localized surface plasmon absorption and polaron absorption of composite tungsten oxide particles affects the optical properties.
  • the molar absorption coefficient curve is examined from the absorption curve of the dispersion liquid of the composite tungsten oxide particles measured by a spectrophotometer.
  • the cause of the absorption in the absorption curve is the localized surface plasmon absorption and polaron absorption of the particles, and the absorption curve is the result of the combination of these absorptions.
  • the localized surface plasmon absorption shows anisotropy with respect to the c-axis.
  • the localized surface plasmon absorption is classified into localized surface plasmon resonance absorption perpendicular to the c-axis (LSPR ⁇ ) and localized surface plasmon resonance absorption parallel to the c-axis (LSPR//).
  • composite tungsten oxide particles have three absorption components: absorption due to localized surface plasmon resonance in a direction perpendicular to the c-axis (vertical direction) (LSPR ⁇ ), absorption due to localized surface plasmon resonance in a direction parallel to the c-axis (parallel direction) (LSPR//), and polaron absorption. Therefore, the molar absorption coefficient curve of composite tungsten oxide particles can be separated into three absorption curves.
  • the wavelength on the horizontal axis of the molar absorption coefficient curve is converted to energy (eV), and the molar absorption coefficient curve is fitted with a Gaussian distribution and a Lorentzian distribution based on Mie scattering theory. Then, the absorption curve is separated into an absorption curve due to localized surface plasmon resonance in a direction perpendicular to the c-axis (LSPR ⁇ ), an absorption curve due to localized surface plasmon resonance in a direction parallel to the c-axis (LSPR//), and an absorption curve due to polaron absorption.
  • LSPR ⁇ localized surface plasmon resonance in a direction perpendicular to the c-axis
  • LSPR// an absorption curve due to localized surface plasmon resonance in a direction parallel to the c-axis
  • the absorption curve due to localized surface plasmon resonance perpendicular to the c-axis (LSPR ⁇ ), the absorption curve due to localized surface plasmon resonance parallel to the c-axis (LSPR//), and the absorption curve due to polaron absorption are obtained, and the average value (peak energy (wavelength)) of the Gaussian distribution and Lorentzian distribution can be determined.
  • Each Gaussian distribution is expressed by formula (1).
  • A is the peak intensity
  • b is the average value
  • E is the energy
  • c is the standard deviation.
  • Equation (2) E is the energy, b is the average value, and d is a constant.
  • FIG. 15A shows the molar absorption coefficient curve of the composite tungsten oxide particles according to Example 1, which is an example of the composite tungsten oxide particles of this embodiment.
  • FIG. 15B shows the molar absorption coefficient curve of the composite tungsten oxide particles according to Comparative Example 1, which is an example of the composite tungsten oxide particles synthesized by a conventionally known solid phase method and obtained by pulverization.
  • Table 2 shows the peak positions, peak intensities, and integrated intensities of the absorption curves of the three absorption elements.
  • Table 3 shows the ratios of the integrated intensities of the absorption curves of the three absorption elements to the integrated intensity of the molar absorption coefficient curve.
  • FIGS. 15A and 15B are examples, and the molar absorption coefficient curves in each figure are illustrative and are not limited to these molar absorption coefficient curves, but the composite tungsten oxide particles of this embodiment show a similar tendency to the molar absorption coefficient curve shown in FIG. 15A.
  • the absorption peak in the localized surface plasmon resonance (LSPR ⁇ ) absorption curve in the direction perpendicular to the c-axis of the composite tungsten oxide particle of Example 1 shown in Figure 15A is 0.86 eV (wavelength 1435 nm), and the integrated intensity of the absorption curve is 96015.38 [L eV/(mol cm)].
  • the absorption peak in the absorption curve of the localized surface plasmon resonance (LSPR//) parallel to the c-axis is 1.20 eV (wavelength 1030 nm), and the integrated intensity of the absorption curve is 33042.00 [L eV/(mol cm)].
  • the absorption peak in the polaron absorption curve is 1.26 eV (wavelength 985 nm), and the integrated intensity of the absorption curve is 12265.60 [L eV/(mol cm)].
  • the percentage of the integrated intensity of the polaron absorption curve among the integrated intensities of the three absorption curves in the molar extinction coefficient curve shown in Figure 15A is 8.7%.
  • the composite tungsten oxide particles of Example 1 are synthesized by aerosolization followed by heat treatment, etc., and the integrated intensity of the polaron absorption is reduced compared to composite tungsten oxide particles synthesized by the conventionally known solid-phase method.
  • Figure 15B shows the molar absorption coefficient curve of the composite tungsten oxide particles according to Comparative Example 1, which were synthesized by a conventional solid-phase method and then crushed.
  • the absorption peak in the localized surface plasmon resonance (LSPR ⁇ ) absorption curve in the direction perpendicular to the c-axis is 0.80 eV (wavelength 1550 nm), and the integrated intensity of the absorption curve is 78843.30 [L eV/(mol cm)].
  • the absorption peak in the absorption curve of the localized surface plasmon resonance (LSPR//) parallel to the c-axis is 1.00 eV (wavelength 1240 nm), and the integrated intensity of the absorption curve is 20209.67 [L eV/(mol cm)].
  • the absorption peak in the polaron absorption curve is 1.40 eV (wavelength 885 nm), and the integrated intensity of the absorption curve is 31174.01 [L eV/(mol cm)].
  • the composite tungsten oxide particles of Example 1 have weaker polaron absorption than the composite tungsten oxide particles of Comparative Example 1. This is also shown by the fact that the peak value of the polaron absorption curve appearing at 1.26 eV (wavelength 985 nm) of the composite tungsten oxide particles of Example 1 is weaker than the peak value of the polaron absorption appearing at 1.40 eV (wavelength 885 nm) of the composite tungsten oxide synthesized by the solid-phase method.
  • the composite tungsten oxide particles of Example 1 have a high ratio of integrated intensity of the absorption curves of LSPR ⁇ and LSPR//, which are absorption due to localized surface plasmon resonance.
  • the ratio of integrated intensity of the absorption curve of LSPR// in the composite tungsten oxide particles of Example 1 is higher than the ratio of integrated intensity of the absorption curve of LSPR// in the composite tungsten oxide particles of Comparative Example 1, which were synthesized by the solid phase method and crushed.
  • the integrated intensity of each of the three types of absorption curves is the integrated intensity between 0.5 eV and 2.0 eV (wavelength between 620 nm and 2500 nm).
  • the integrated intensities of the three absorption elements localized surface plasmon resonance perpendicular to the c-axis (LSPR ⁇ ), localized surface plasmon resonance parallel to the c-axis (LSPR//), and polaron absorption in the above range, the contributions of the three absorption elements in the near-infrared region (wavelength between 780 nm and 2500 nm) can be determined.
  • absorption peaks appear in the order of localized surface plasmon resonance perpendicular to the c-axis, localized material plasmon absorption parallel to the c-axis, and polaron absorption.
  • absorption due to polarons appears in the high energy region (the short wavelength side of the near infrared region).
  • the absorption by polarons in the composite tungsten oxide particles is due to the W5 + of the W atoms in the crystals that constitute the particles.
  • the composite tungsten oxide particles of the present embodiment have a small amount of W5 + due to oxygen deficiency, and therefore, when peak separation is performed on the molar absorption coefficient curve, the proportion of polaron absorption is smaller than that of conventionally known composite tungsten oxide particles.
  • the integrated intensity or peak value of the absorption curve of the localized surface plasmon absorption in the direction parallel to the c-axis is higher than the integrated intensity or peak value of the polaron absorption, so that the infrared ray is rapidly absorbed near the wavelength of 1000 nm. That is, the composite tungsten oxide particle of this embodiment has a weak absorption of light near the wavelength of 800 nm caused by the polaron absorption, but has the effect of absorbing infrared rays near the wavelength of 1000 nm.
  • the composite tungsten oxide particle synthesized by the conventionally known solid phase method has a higher integrated intensity or peak value of the absorption curve of the polaron absorption than the integrated intensity or peak value of the absorption curve of the localized surface plasmon absorption in the direction parallel to the c-axis, as shown in FIG. 15B.
  • This difference appears in the color of the transmitted light, and the composite tungsten oxide particle of this embodiment can make the transmitted light have a neutral color tone when it is made into a dispersion or a dispersion.
  • the composite tungsten oxide particles of the present embodiment can exhibit excellent properties in terms of visible light transmission performance and near-infrared shielding performance.
  • the molar absorption coefficient of the powder composed of composite tungsten oxide particles in the dispersion liquid can be known from the molar absorption coefficient curve.
  • the molar absorption coefficient of the powder composed of composite tungsten oxide particles of this embodiment is preferably 2600 L/(mol cm) or more, and more preferably 2800 L/(mol cm) or more.
  • the molar absorption coefficient will be less than 2000 L/(mol cm). It is desirable for an infrared absorbing material to have a high molar absorption coefficient, and a high molar absorption coefficient allows even a small amount of infrared absorbing material to exhibit excellent infrared shielding effects.
  • the composite tungsten oxide particles of this embodiment are due to the crystal structure and electronic state of the composite tungsten oxide, and can be composite tungsten oxide particles with superior infrared absorption ability compared to the composite tungsten oxide particles exemplified in Comparative Example 1, which were obtained by synthesis using the conventionally known solid phase method and pulverization.
  • the composite tungsten oxide particles of this embodiment can be placed in one or more locations selected from the interior and surface of the fiber to impart infrared absorbing properties to the fiber.
  • the peak transmittance in the wavelength range of 500 nm to 600 nm can be set to 75% or more, and the bottom transmittance in the near-infrared region can be set to 5% or less.
  • the dispersion of the composite tungsten oxide particles of this embodiment has an excellent infrared shielding effect (infrared absorption effect).
  • the amount of composite tungsten oxide particles added to the infrared absorbing fibers and textile products of this embodiment that is required to exhibit the function of preventing voyeurism by imaging devices such as CCD cameras can be reduced compared to when conventional composite tungsten oxide particles are used.
  • the dispersion liquid of the composite tungsten oxide particles of this embodiment can transmit red light with a wavelength of about 800 nm, compared to the dispersion liquid of the composite tungsten oxide particles shown in Comparative Example 1. This can also contribute to improving the color tone of infrared absorbing fibers that use the composite tungsten oxide particles.
  • Method of producing composite tungsten oxide particles An outline of the method for producing the composite tungsten oxide particles of the present embodiment will be described.
  • the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can produce the composite tungsten oxide particles described above, so the points already explained will not be explained here. Note that this merely shows an example of the configuration of the method for producing composite tungsten oxide particles, and the method for producing composite tungsten oxide particles described above is not limited to the following example configuration.
  • the manufacturing method for composite tungsten oxide particles of this embodiment is preferably a method capable of directly synthesizing composite tungsten oxide particles having a particle diameter of 1 ⁇ m or less. If composite tungsten oxide particles having a particle diameter of 1 ⁇ m or less can be directly synthesized, it is possible to obtain fine particles that are less susceptible to damage caused by crushing or dispersion, for example composite tungsten oxide particles having a particle diameter of 800 nm or less.
  • the preferred method for directly synthesizing composite tungsten oxide particles with a particle size of 1 ⁇ m or less is a manufacturing method in which the particles are synthesized through a heat treatment process in which an aerosol of raw material containing an M element source and a tungsten element source is supplied to an electric furnace, flame, or plasma.
  • the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can include the following raw material preparation process, aerosol formation process, heat treatment process, and reduction treatment process.
  • a raw material containing an M element source and a tungsten element source can be prepared.
  • the raw materials prepared in the raw material preparation process can be turned into aerosols.
  • the aerosolized raw materials can be heat treated in the reaction field.
  • the particles obtained in the heat treatment step can be reduced in an atmosphere containing a reducing gas.
  • a source material including an M element source and a tungsten element source (hereinafter also referred to as a "W element source”) can be prepared.
  • the raw materials can be blended and prepared so that the ratio of the amount of substance of the M element to the amount of substance of the W element contained in the raw materials corresponds to the composition of the desired composite tungsten oxide particles.
  • the state of the raw materials prepared in the raw material preparation process is not particularly limited, and may be liquid or powder, and it is preferable that an aerosol can be formed by spraying, etc.
  • an aerosol refers to a mixture of tiny liquid or solid particles suspended in gas and the surrounding gas.
  • the raw material can be prepared, for example, by preparing a solution containing an M element source and a W element source.
  • a solution containing an M element source and a solution containing a W element source can be prepared in advance, and the two solutions can be mixed in the raw material preparation process to produce a raw material mixed solution.
  • the raw material can also be supplied in the form of droplets to the heat treatment process described below.
  • the solution containing the M element source and the solution containing the W element source can be mixed immediately before being supplied to a droplet formation section (droplet formation means) that forms the droplets, or in the droplet formation section, to carry out the raw material preparation process. Then, in the droplet formation section, the aerosol formation process described below can be carried out.
  • the substance amount ratio of the M element and the W element in the raw material can be adjusted to the desired range by adjusting the concentrations of both solutions and the delivery speed of both solutions to the droplet formation section.
  • the aerosol formation process and the raw material preparation process do not need to be clearly separated, and both processes can be carried out continuously.
  • the specific method of mixing is not particularly limited, and any method can be used.
  • the W element source is not particularly limited, and may be any raw material containing tungsten, such as tungsten alone or a tungsten compound.
  • a tungsten salt or the like may be used, and for example, hexacarbonyl tungsten may be preferably used. Hexacarbonyl tungsten may be expressed as W(CO) 6.
  • an organic solution containing the W element source may be preferably used because of ease of handling.
  • the M element source is not particularly limited, and may be any raw material containing the M element, such as the M element alone or a compound containing the M element.
  • a solution containing the M element source for example, a solution of a salt containing the M element may be used.
  • the type of salt of the M element that is the M element source is not particularly limited, and for example, one or more types selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, etc. of the M element may be used.
  • an ethanol solution containing an M element source can be preferably used because of its ease of handling.
  • one or more salts selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, etc. can be used as the salt of the M element source, but acetates are particularly suitable. This is because cesium acetate is particularly easy to dissolve in ethanol.
  • the ratio of M element to 1 mole of tungsten element in the resulting composite tungsten oxide i.e., the doping amount
  • the doping amount is determined by the ratio of the W element source and the M element source when forming the raw material mixture solution. Therefore, the doping amount can be controlled, for example, by the concentration of the solution containing the W element source or the concentration of the solution containing the M element source.
  • the concentration of the W element source contained in the solution containing the W element source i.e., the concentration of the salt of the W element, is not particularly limited.
  • the tungsten concentration of the solution containing the W element source is preferably 0.001 mol/L or more and 10 mol/L or less, more preferably 0.01 mol/L or more and 10 mol/L or less, and even more preferably 0.01 mol/L or more and 1 mol/L or less.
  • the tungsten concentration of the solution containing the W element source 0.001 mol/L or more, the production amount of the composite tungsten oxide particles per unit time can be sufficiently ensured, and for example, a sufficient amount can be recovered by a filter or the like, and productivity can be increased.
  • the tungsten concentration of the solution containing the W element source 10 mol/L or less the reprecipitation of the dissolved W element source is suppressed, the generated particles are suppressed from agglomerating, and for example, the inclusion of coarse composite tungsten oxide particles having a particle diameter larger than 1 ⁇ m can be suppressed.
  • additives such as agents for adjusting the pH and surfactants can be added to the solution containing the W element source.
  • the concentration of the M element source contained in the solution containing the M element source is not particularly limited, and can be selected according to the desired composition of the composite tungsten oxide particles to be produced, the concentration of the W element source contained in the solution containing the W element source, etc.
  • any other components can be added to the raw material mixture solution.
  • the raw material may be solid, for example, powder.
  • the raw material when it is powder, it can be prepared, for example, by mixing a powder of an M element compound with a powder of a tungsten compound.
  • a tungsten compound powder can be added to a solution containing an M element source, and stirred, and the solvent can be removed by drying or the like to obtain a precursor powder, which can then be used as the raw material.
  • the W element source is not particularly limited, and a tungsten salt or the like can be used.
  • a tungsten salt or the like can be used.
  • H 2 WO 4 or ammonium paratungstate can be preferably used.
  • H 2 WO 4 the elements other than tungsten are H (hydrogen) and O (oxygen), and the elements other than tungsten are discharged outside the system in the heat treatment process described later. Therefore, by using H 2 WO 4 as a W element source, composite tungsten oxide particles with reduced impurity contamination can be obtained, and therefore it can be preferably used.
  • the M element source for example, a powder of a salt containing the M element can be used.
  • the type of salt containing the M element is not particularly limited, but for example, one or more types selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, etc. of the M element can be used.
  • the M element is cesium
  • one or more selected from carbonates, acetates, nitrates, hydroxides, etc. can be used, with carbonates being particularly preferred.
  • Aerosol Formation Step it is preferable to supply the raw material prepared in the raw material preparation step in the form of an aerosol to the heat treatment step. Specifically, it is preferable to transport the aerosol by a carrier gas such as oxygen and to subject it to the heat treatment step.
  • the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can also include an aerosol formation process in which the raw material is converted into an aerosol containing droplets or particles of the raw material.
  • the means and method for forming the aerosol in the aerosol formation process are not particularly limited and can be selected depending on the state of the raw materials, etc.
  • an aerosol can be formed by spraying the raw liquid toward a carrier gas using various atomizers such as centrifugal atomizers or two-fluid nozzles. Droplets can also be formed by irradiating the liquid with ultrasonic waves.
  • the aerosol can be formed by a device that creates a dispersed state of the raw material powder and supplies the powder into an airflow.
  • the aerosol can be formed by an aerosol forming device that includes an agitating section such as a rotating brush or agitating blade, and a powder supplying section that includes a piston or screw feeder that sends the raw material to the agitating section.
  • the raw material powder supplied from the powder supplying section is dispersed into particles that make up the powder in the agitating section, and an aerosol can be generated from the raw material powder by sending each particle into a carrier gas.
  • the agitating section allows the rotation speed of the brush or agitating blade to be selected so that the raw material powder can be dispersed into particles, and it is preferable to rotate it at high speed.
  • the size of the droplets formed is not particularly limited, but the diameter of the droplets is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, and even more preferably 5 ⁇ m or less.
  • the diameter of the droplets 100 ⁇ m or less, it is possible to prevent the composite tungsten oxide particles obtained from becoming coarse, and it is possible to obtain composite tungsten oxide particles on the order of nanometers.
  • the lower limit of the size of the droplets formed in the aerosol formation process is not particularly limited. However, since it is difficult to form droplets that are too small and there is a risk of reduced productivity, it is preferable that the size be, for example, 1 ⁇ m or more.
  • the size of the particles is not particularly limited, but the diameter of the particles is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, and even more preferably 3 ⁇ m or less. By making the diameter of the particles 100 ⁇ m or less, it is possible to perform heat treatment more reliably to the inside of the particles. The diameter of the particles can be measured in the same way as the particle diameter of the composite tungsten oxide particles described above.
  • (1-3) Heat Treatment Step In the heat treatment step, the raw material is heat treated to process the raw material into composite tungsten oxide particles. The heat treatment may be performed at a temperature of 500°C or higher, and the configuration of the heat source is not particularly limited.
  • the heat treatment step can be performed by a method of guiding the raw material into a flame using a carrier gas, a method of guiding the raw material into a tubular electric furnace, a method of guiding the raw material into plasma, or the like.
  • the heat treatment temperature can be 500°C or higher.
  • composite tungsten oxide particles containing dark areas due to the Z contrast of W atoms can be obtained after the reduction treatment process. Therefore, conditions such as the heat treatment temperature can be selected so that appropriate W atom deficiencies and heterogeneous phases are generated in the composite tungsten oxide particles obtained after the heat treatment process, and composite tungsten oxide particles in which spots with reduced Z contrast of W atoms are confirmed after the reduction treatment process are generated. For this reason, it is preferable to select the supply rate of the raw materials in the heat treatment process, the heat treatment temperature, etc.
  • the desired ratio of dark areas in the Z contrast of W atoms is contained after the reduction treatment process. It is preferable to select conditions such as the heat treatment temperature so that heterogeneous phases can be reduced and removed after the reduction treatment process.
  • the heat treatment temperature should be 500°C or higher as long as it is possible to proceed with the reaction between the tungsten and the M element, but it is preferably 550°C or higher, and more preferably 1000°C or higher. There is no particular upper limit to the heat treatment temperature, but from the viewpoint of reducing energy consumption, it is preferably 4000°C or lower.
  • a flame can be used as described above, and the raw material can be heat treated using a flame.
  • the particle size of the resulting composite tungsten oxide particles can be selected.
  • the raw material droplets move through the flame by a carrier gas such as oxygen gas.
  • a carrier gas such as oxygen gas.
  • the organic solvent containing the raw material tungsten source and M element source is burned, and the solvent is decomposed by the combustion reaction.
  • the heat generated by the combustion reaction contributes to the decomposition reaction of tungsten and M element, and precipitates during the cooling process in the tail flame of the flame field.
  • the W element source can be tungsten hexacarbonyl
  • the M element source can be cesium acetate when the M element is cesium, and these salts decompose in the heat treatment process.
  • W is likely to precipitate as WO6
  • Cs is unlikely to form an oxide as a monomer, and some of it passes through the filter and is discharged to the outside of the system without being precipitated as nano-sized powder.
  • tungsten reacts with the M element during the decomposition process of the solute portion to form a composite tungsten oxide.
  • the conditions for forming the flame are not particularly limited, but the flame can be formed, for example, using a mixed gas containing oxygen and a hydrocarbon.
  • a flame with a stable temperature can be formed, and composite tungsten oxide particles can be produced with reduced variation in particle size, etc.
  • the volumetric ratio of the flow rates of propane and oxygen in the gas mixture is 5 to 8 oxygen per 1 propane, and the flow rate of propane is in the range of 0.5 to 2 L/min. This is because, when the flow rate of propane is 1, the combustion of propane, which is a flammable gas, can be sufficiently promoted by setting the flow rate of oxygen to 5 or more. However, to avoid an excessive supply of oxygen, it is preferable to supply 8 or less oxygen per 1 propane.
  • the heat treatment temperature of the flame reaction field also affects the particle size of the resulting composite tungsten oxide particles.
  • the composite tungsten oxide particles obtained by the heat treatment can be recovered, for example, by using a filter.
  • the inventors of the present invention have conducted research and found that the composite tungsten oxide particles can exhibit infrared absorbing properties by further carrying out a reduction treatment step in which a reduction treatment is performed on the composite tungsten oxide particles obtained through a heat treatment step.
  • the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can also have a reduction treatment step in which the particles obtained in the heat treatment step are reduced in an atmosphere containing a reducing gas.
  • the method for producing composite tungsten oxide particles of this embodiment can have a reduction treatment step in which the particles obtained in the heat treatment step are reduced in an atmosphere containing a reducing gas at a temperature in the range of more than 400°C and less than 700°C after the heat treatment step.
  • the conditions for the reduction treatment are not particularly limited, but it is preferable to select the conditions for the reduction treatment so that when the composite tungsten oxide particles after the reduction treatment are analyzed by X-ray diffraction pattern, the crystal structure does not change before and after the reduction treatment process, and metallic tungsten does not precipitate. It is also preferable to select the conditions for the reduction treatment so that the composite tungsten oxide particles after the reduction treatment process contain dark areas in the Z contrast of W atoms at a desired ratio.
  • the composite tungsten oxide particles obtained in the heat treatment process can be reduced by raising and lowering the temperature in a reducing atmosphere containing a reducing gas, i.e., by performing heat treatment.
  • the composite tungsten oxide particles may be stirred or left to stand, and the handling of the composite tungsten oxide particles during the reduction process may be selected as appropriate, but it is preferable to select handling conditions that prevent the precipitation of metallic tungsten.
  • the temperature of the reduction process is preferably higher than 400°C, more preferably 450°C or higher, and even more preferably 500°C or higher.
  • the upper limit of the temperature for the reduction treatment is not particularly limited, but is preferably less than 700°C, more preferably 650°C or less, and even more preferably less than 650°C.
  • the particle size obtained will become smaller if the raw material concentration is reduced in the aerosol formation process. Since smaller particles are easier to reduce, the temperature in the reduction process can be reduced. In the reduction process, the temperature can be raised from room temperature to the reduction temperature, and then lowered back to room temperature.
  • the reduction conditions can be determined based on the optical properties of the resulting composite tungsten oxide particles.
  • the reduction process of the composite tungsten oxide particles can be advanced, and the infrared absorption properties can be more reliably exhibited.
  • the temperature below 700°C the reduction of the composite tungsten oxide particles to metallic tungsten can be suppressed.
  • the reducing atmosphere is preferably an atmosphere of a mixed gas of an inert gas such as argon and a reducing gas such as H2 gas (hydrogen gas), and the reducing gas is preferably H2 gas.
  • the content of H2 gas in the reducing atmosphere can be appropriately selected, but the content of H2 gas is preferably in the range of 0.1% to 10% by volume, more preferably in the range of 2% to 10% by volume. If reduction is performed in an atmosphere containing only reducing gas, the reduction reaction may proceed excessively and metallic tungsten may be precipitated, so care must be taken.
  • the reduction process time is preferably 30 minutes or more, including the total time from heating to cooling.
  • the total time from heating to cooling here means the time from starting heating from room temperature, reaching the reduction process temperature, and then cooling to room temperature.
  • the composite tungsten oxide particles are preferably placed in the reducing atmosphere described above.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a composite material manufacturing apparatus 10 according to this embodiment.
  • the composite material manufacturing device 10 has a storage section 11 that contains the raw material solution, a two-fluid nozzle 12 that forms droplets of the raw material and also forms a flame, and a reaction tube 13 connected to a filter 14 that collects the composite tungsten oxide particles that are formed.
  • the raw material solution can be a solution containing an M element source and a W element source.
  • the raw material solution and carrier gas are supplied to the two-fluid nozzle 12 to form an aerosol (aerosol formation process).
  • oxygen and a hydrocarbon are supplied to the two-fluid nozzle 12, which together form a flame reaction field.
  • the aerosol formed can be supplied into the flame and subjected to heat treatment (heat treatment process).
  • Cooling water piping 131 is arranged around the reaction tube 13, and cooling water is circulated.
  • the composite tungsten oxide particles introduced into the reaction tube 13 are collected by a filter 14, such as a bag filter.
  • An ejector 15 may also be provided at the most downstream side to adjust the amount of carrier gas supplied.
  • the reduction treatment apparatus can carry out the reduction treatment steps described above.
  • the reduction treatment device is not particularly limited as long as it is configured to be able to carry out the reduction treatment process described above.
  • it may be equipped with a container for storing composite tungsten oxide particles, which are particles obtained by the composite material manufacturing device described above, a gas pipe for supplying a mixed gas that forms a reducing atmosphere into the container, and a heat source for heating the container.
  • a supply pipe for the mixed gas and an exhaust pipe can be provided as gas piping to form such an air flow.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing one example of the configuration of a reduction treatment device, showing a cross-sectional view taken along a plane passing through the central axis of the reaction tube 21 of the reduction treatment device 20.
  • the reduction treatment device 20 is a horizontal tubular furnace, and can be used by attaching a gas inlet pipe (not shown) to one port 21A of the reaction tube 21, and a gas exhaust pipe (not shown) to the other port 21B of the tubular furnace. Then, by supplying a mixed gas that creates a reducing atmosphere from the port 21A side, the inside of the reaction tube 21 can be made into a reducing atmosphere.
  • a heater 22 can be provided around the reaction tube 21, and the composite tungsten oxide particles can be placed in a ceramic container 23 such as a boat and placed at a position corresponding to the heater 22 inside the reaction tube 21 of the tubular furnace.
  • the inside of the reaction tube 21 is made into a reducing atmosphere and heated to a desired temperature by the heater 22, whereby the reduction treatment of the composite tungsten oxide particles 24 placed in the container 23 can be performed.
  • the infrared absorbing particle dispersion Next, a configuration example of the infrared absorbing particle dispersion liquid that can be used when producing the infrared absorbing fiber of this embodiment will be described.
  • the infrared absorbing particle dispersion of this embodiment can contain infrared absorbing particles and a liquid medium.
  • the infrared absorbing particles can be the composite tungsten oxide particles described above.
  • the liquid medium may be, for example, one or more selected from water, organic solvents, oils and fats, liquid resins, and liquid plasticizers. That is, as shown in FIG. 3, for example, the infrared absorbing particle dispersion 30 of this embodiment may contain infrared absorbing particles 31 and a liquid medium 32.
  • the infrared absorbing particle dispersion preferably has a configuration in which infrared absorbing particles are dispersed in a liquid medium.
  • FIG. 3 is a schematic diagram, and the infrared absorbing particle dispersion liquid of this embodiment is not limited to this form.
  • the infrared absorbing particles 31 are represented by circles and described as spherical particles, but the shape of the infrared absorbing particles 31, which are the composite tungsten oxide particles described above, is not limited to this form and can have any shape.
  • the infrared absorbing particles 31 can also have a coating on their surfaces, for example.
  • the infrared absorbing particle dispersion liquid 30 can also contain other additives as necessary.
  • the liquid medium can be one or more selected from water, organic solvents, oils and fats, liquid resins, and liquid plasticizers.
  • organic solvents can be selected, including alcohols, ketones, esters, hydrocarbons, and glycols.
  • specific examples of the solvent include alcohol solvents such as isopropyl alcohol, methanol, ethanol, 1-propanol, butanol, pentanol, benzyl alcohol, diacetone alcohol, and 1-methoxy-2-propanol; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and isophorone; ester solvents such as 3-methyl-methoxy-propionate and n-butyl acetate; glycol derivatives such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol isopropyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol methyl ether acetate, and propylene glycol ethyl ether
  • organic solvents with low polarity are preferred, and in particular, isopropyl alcohol, ethanol, 1-methoxy-2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, propylene glycol monomethyl ether acetate, n-butyl acetate, etc. are more preferred.
  • organic solvents can be used alone or in combination of two or more.
  • the fats and oils that can be used include, for example, drying oils such as linseed oil, sunflower oil, and tung oil; semi-drying oils such as sesame oil, cottonseed oil, rapeseed oil, soybean oil, and rice bran oil; non-drying oils such as olive oil, coconut oil, palm oil, and dehydrated castor oil; fatty acid monoesters obtained by directly esterifying fatty acids of vegetable oils with monoalcohols; ethers; and petroleum-based solvents such as Isopar (registered trademark) E, Exxor (registered trademark) Hexane, Heptane, E, D30, D40, D60, D80, D95, D110, and D130 (all manufactured by ExxonMobil).
  • drying oils such as linseed oil, sunflower oil, and tung oil
  • semi-drying oils such as sesame oil, cottonseed oil, rapeseed oil, soybean oil, and rice bran oil
  • non-drying oils such as
  • liquid resin one or more types selected from, for example, liquid acrylic resin, liquid epoxy resin, liquid polyester resin, liquid urethane resin, etc. can be used.
  • liquid plasticizer for example, a liquid plasticizer for plastics can be used.
  • the components contained in the infrared absorbing particle dispersion are not limited to the infrared absorbing particles and liquid medium described above.
  • the infrared absorbing particle dispersion can also contain any other components added thereto as necessary.
  • an acid or alkali may be added to the infrared absorbing particle dispersion liquid as necessary to adjust the pH of the dispersion liquid.
  • the dispersant such as the surfactant or coupling agent can be selected according to the application, but it is preferable that the dispersant has one or more functional groups selected from amino groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, and epoxy groups. These functional groups adsorb to the surface of the infrared absorbing particles to prevent aggregation, and have the effect of uniformly dispersing the infrared absorbing particles even in the infrared shielding film formed using the infrared absorbing particles. It is more preferable that the dispersant is a polymer dispersant having one or more functional groups selected from the above functional groups (groups of functional groups) in the molecule.
  • Suitable commercially available dispersants include Solsperse (registered trademark) 9000, 12000, 17000, 20000, 21000, 24000, 26000, 27000, 28000, 32000, 35100, 54000, and 250 (manufactured by Lubrizol Japan Co., Ltd.), EFKA (registered trademark) 4008, 4009, 4010, 4015, 4046, 4047, 4060, 4080, 7462, 4020, 4050 ...
  • the method of dispersing infrared absorbing particles in a liquid medium is not particularly limited as long as it is a method that can disperse infrared absorbing particles in a liquid medium.
  • the infrared absorbing particles can be dispersed so that their average particle size is 800 nm or less, and it is more preferable that they can be dispersed so that their average particle size is 1 nm or more and 800 nm or less.
  • Examples of a method for dispersing infrared absorbing particles in a liquid medium include dispersion methods using devices such as bead mills, ball mills, sand mills, paint shakers, and ultrasonic homogenizers.
  • a media agitation mill such as a bead mill, ball mill, sand mill, or paint shaker that uses a media (beads, balls, Ottawa sand).
  • the infrared absorbing particles are dispersed in the liquid medium, and at the same time, the particles are atomized due to collisions between the infrared absorbing particles and collisions between the media and the infrared absorbing particles, and the infrared absorbing particles are dispersed in a more atomized form.
  • the particles are subjected to a grinding and dispersion process.
  • the average particle size of the infrared absorbing particles is 1 nm or more and 800 nm or less. This is because a small average particle size can suppress light scattering, and can suppress the occurrence of unintended gloss in the visible light range and unintended color tones due to light scattering whose intensity is wavelength-dependent (Rayleigh scattering).
  • the infrared absorbing particles preferably have an average particle size of 800 nm or less, more preferably 200 nm or less, even more preferably 100 nm or less, and particularly preferably 30 nm or less.
  • the average particle size of the infrared absorbing particles is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, and even more preferably 10 nm or more.
  • the average particle size of the infrared absorbing particles is preferably 1 nm or more and 800 nm or less, more preferably 5 nm or more and 200 nm or less, even more preferably 10 nm or more and 200 nm or less, even more preferably 10 nm or more and 100 nm or less, and particularly preferably 10 nm or more and 30 nm or less.
  • the dispersion state of the infrared absorbing particles in the infrared absorbing fiber obtained by using the infrared absorbing particle dispersion of this embodiment will not aggregate to a level greater than the average particle size of the infrared absorbing particles in the dispersion, as long as the known addition method is used to the fiber.
  • the content of infrared absorbing particles in the infrared absorbing particle dispersion of this embodiment is not particularly limited, but is preferably, for example, 0.01% by mass or more and 80% by mass or less. This is because a content of infrared absorbing particles of 0.01% by mass or more can provide sufficient solar radiation transmittance, i.e., can adequately suppress solar radiation transmittance. Also, by making the content 80% by mass or less, the infrared absorbing particles can be uniformly dispersed in the dispersion medium.
  • the infrared absorbing particle dispersion of this embodiment since it contains the composite tungsten oxide particles described above, it can be made into an infrared absorbing particle dispersion that is excellent in visible light transmission performance and infrared shielding performance.
  • the infrared absorbing particle dispersion of this embodiment even if the peak of the transmittance in the wavelength region of 500 nm to 600 nm is 75% or more, the bottom of the transmittance in the infrared region can be 5% or less, and it has an excellent infrared shielding effect.
  • Fluthermore according to the infrared absorbing particle dispersion of this embodiment, it can achieve a transmittance of 50% or more at a wavelength of 700 nm and a transmittance of 30% or more at a wavelength of 800 nm.
  • the infrared absorbing fiber according to the present invention will now be described.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of the infrared absorbing fiber of this embodiment.
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a plane passing through a central axis CA of a fiber 41 of an infrared absorbing fiber 40.
  • the infrared absorbing fiber 40 of this embodiment can include a fiber 41 and a composite tungsten oxide particle 42.
  • the arrangement of the composite tungsten oxide particles 42 is not particularly limited, but the composite tungsten oxide particles 42 can be arranged, for example, at one or more locations selected from the surface 41A and the interior 41B of the fiber 41.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example in which the composite tungsten oxide particles 42 are arranged on both the surface 41A and the interior 41B of the fiber 41, but is not limited to such a form.
  • the composite tungsten oxide particles 42 may be arranged on only one of the surface 41A and the interior 41B of the fiber 41.
  • the composite tungsten oxide particles 42 are depicted as spherical particles, but the shape of the composite tungsten oxide particles 42 is not limited to such a form and can have any shape.
  • the fibers contained in the infrared absorbing fiber of this embodiment can be selected from various types depending on the application, and are not particularly limited.
  • the fibers can be one or more types selected from a fiber group consisting of synthetic fibers, semi-synthetic fibers, natural fibers, regenerated fibers, and inorganic fibers, and a mixed yarn obtained by blending, doubling, or mixing two or more types of fibers selected from the above fiber group.
  • fibers selected from the above fiber group can be used, and fibers selected from the above mixed yarn can be used.
  • the fibers in consideration of the ease with which infrared absorbing particles can be incorporated inside the fibers and the durability of heat retention, it is preferable for the fibers to contain synthetic fibers, and it is even more preferable for the fibers to be made of synthetic fibers.
  • the synthetic fiber is not particularly limited, but for example, one or more types selected from polyurethane fibers, polyamide fibers, acrylic fibers, polyester fibers, polyolefin fibers, polyvinyl alcohol fibers, polyvinylidene chloride fibers, polyvinyl chloride fibers, polyether ester fibers, and the like can be used.
  • polyamide fibers examples include nylon, nylon 6, nylon 66, nylon 11, nylon 610, nylon 612, aromatic nylon, aramid, etc.
  • acrylic fibers examples include polyacrylonitrile, acrylonitrile-vinyl chloride copolymer, and modacrylic.
  • polyester fibers include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, and polyethylene naphthalate.
  • polyolefin fibers examples include polyethylene, polypropylene, and polystyrene.
  • polyvinyl alcohol fiber is vinylon.
  • polyvinylidene chloride fibers is vinylidene.
  • polyvinyl chloride fiber An example of a polyvinyl chloride fiber is polyvinyl chloride.
  • polyetherester fibers examples include Lexe and Success.
  • semi-synthetic fiber for example, one or more types selected from cellulosic fibers, protein-based fibers, chlorinated rubber, hydrochloric rubber, and the like can be used.
  • cellulosic fibers examples include acetate, triacetate, and acetate oxide.
  • a protein-based fiber is Promix. (Natural Fibers)
  • Natural Fibers for example, one or more types selected from vegetable fibers, animal fibers, mineral fibers, etc. can be used.
  • plant fibers examples include cotton, kapok, flax, hemp, jute, Manila hemp, sisal, New Zealand hemp, ramie, palm, rush, and wheat straw.
  • Animal fibers include, for example, wool such as sheep's wool, goat hair, mohair, cashmere, alpaca, angora, camel, and vicuna, as well as silk, down, and feathers.
  • mineral fibers include asbestos.
  • regenerable fiber for example, one or more types selected from cellulose-based fibers, protein-based fibers, alginate fibers, rubber fibers, chitin fibers, mannan fibers, and the like can be used.
  • Cellulosic fibers include, for example, rayon, viscose rayon, cupro, polynosic, and cuprammonium rayon.
  • protein-based fibers examples include casein fiber, peanut protein fiber, corn protein fiber, soy protein fiber, and regenerated silk.
  • inorganic fibers for example, one or more types selected from metal fibers, carbon fibers, silicate fibers, and the like can be used.
  • metal fibers examples include metal fibers, gold thread, silver thread, heat-resistant alloy fibers, etc.
  • silicate fibers include glass fibers, slag fibers, and rock fibers.
  • the cross-sectional shape of the fiber is not particularly limited, and may be, for example, one or more types selected from the group consisting of circular, triangular, hollow, flat, Y-shaped, star-shaped, and sheath-core type.
  • the inclusion and arrangement of the composite tungsten oxide particles in the fiber is not particularly limited.
  • the composite tungsten oxide particles may be included in the core part of the fiber or in the sheath part.
  • the shape of the fiber is not particularly limited, and may be a filament (long fiber) or a staple (short fiber).
  • (1-2) Composite Tungsten Oxide Particles The composite tungsten oxide particles have already been described, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the amount of composite tungsten oxide particles contained in the infrared absorbing fiber of this embodiment is not particularly limited and can be selected according to the properties required of the infrared absorbing fiber.
  • the infrared absorbing ability per unit weight of composite tungsten oxide particles is very high, so compared to ITO or ATO, the effect is achieved with a usage amount of about one-quarter to one-tenth.
  • the infrared absorbing fiber of this embodiment can contain composite tungsten oxide particles in a ratio of 0.001% by mass or more and 80% by mass or less based on the solid content of the fiber. Furthermore, when taking into consideration the weight of the fiber after the composite tungsten oxide particles are added and the raw material cost, it is more preferable that the infrared absorbing fiber of this embodiment contains composite tungsten oxide particles in a ratio of, for example, 0.005% by mass or more and 50% by mass or less.
  • the infrared absorbing fiber contains composite tungsten oxide particles at a ratio of 0.001% by mass or more relative to the solid content of the fiber, so that even if the fabric containing the composite tungsten oxide particles is thin, sufficient infrared absorbing effect can be obtained.
  • the composite tungsten oxide particles are contained at a ratio of 80% by mass or less relative to the solid content of the fiber, so that the deterioration of spinnability due to clogging of the filter or thread breakage during spinning of the infrared absorbing fiber can be more reliably avoided.
  • the content of the composite tungsten oxide particles is 80% by mass or less, so that the physical properties of the fiber can be more reliably avoided from being impaired.
  • the infrared absorbing fiber of the present embodiment can be composed only of the above-mentioned fibers and composite tungsten oxide particles, but can also contain any optional components. For example, it can also contain far-infrared radiation substances and additives described below depending on the purpose.
  • the infrared absorbing fiber according to this embodiment may also contain antioxidants, flame retardants, deodorants, insect repellents, antibacterial agents, ultraviolet absorbing agents, and the like, depending on the purpose, within the range that does not impair the performance of the fiber.
  • the far-infrared emitting material is a material capable of emitting far-infrared rays, and is preferably in the form of particles, that is, far-infrared emitting material particles can be suitably used as the far-infrared emitting material.
  • the far-infrared emitting material can be placed on one or more locations selected from the surface and interior of the fiber.
  • Examples of far-infrared emitting materials include one or more selected from metal oxides such as ZrO2 , SiO2 , TiO2 , Al2O3 , MnO2 , MgO , Fe2O3 , and CuO; carbides such as ZrC, SiC, and TiC; and nitrides such as ZrN , Si3N4 , and AlN.
  • metal oxides such as ZrO2 , SiO2 , TiO2 , Al2O3 , MnO2 , MgO , Fe2O3 , and CuO
  • carbides such as ZrC, SiC, and TiC
  • nitrides such as ZrN , Si3N4 , and AlN.
  • An example of a composite tungsten oxide particle is a particle containing cesium tungsten oxide.
  • Cesium tungsten oxide has the property of absorbing solar energy with a wavelength of 300 nm or more and 3000 nm or less, and in particular selectively absorbs infrared light in the region around the wavelength range of 900 nm or more and 2500 nm or less, converting it to heat or re-radiating it.
  • the particles of far-infrared radiation material have the ability to receive the energy absorbed by the cesium tungsten oxide, which is an infrared absorbing material, convert this energy into heat energy of mid-to-far-infrared wavelength, and radiate it.
  • the cesium tungsten oxide which is an infrared absorbing material
  • ZrO2 particles convert this energy into heat energy of wavelength 2000nm or more and 20000nm or less, and radiate it.
  • the solar energy absorbed by the composite tungsten oxide particles is efficiently consumed inside and on the surface of the fiber, and more effective heat retention is achieved.
  • the amount of far-infrared emitting material contained in the infrared absorbing fiber is not particularly limited, and can be selected according to the performance required of the infrared absorbing fiber.
  • the infrared absorbing fiber of this embodiment preferably contains the far-infrared emitting substance in a ratio of, for example, 0.001% by mass to 80% by mass relative to the solid content of the fiber.
  • the method for producing infrared absorbing fibers of this embodiment can include an infrared absorbing fiber production step for preparing infrared absorbing fibers containing fibers and composite tungsten oxide particles.
  • composite tungsten oxide particles can be placed on one or more locations selected from the surface and interior of the fiber.
  • the method for disposing the composite tungsten oxide particles at one or more locations selected from the surface and the interior of the fiber is not particularly limited.
  • any of the following methods (a) to (d) can be used.
  • Method (a) An example in which polyester fibers are used as the fibers will be described.
  • the composite tungsten oxide particle dispersion is added to polyethylene terephthalate resin pellets, which is a thermoplastic resin, and the mixture is mixed uniformly in a blender, after which the solvent is removed.
  • the mixture from which the solvent has been removed is melt-kneaded in a twin-screw extruder to obtain a master batch containing the composite tungsten oxide particles.
  • the obtained master batch is melt-mixed near the melting temperature of the resin, and can be spun, for example, by various known methods to produce infrared absorbing fibers.
  • a masterbatch in which composite tungsten oxide particles are dispersed in a thermoplastic resin can be prepared by first melt-mixing a composite tungsten oxide particle dispersion, powder or pellets of a thermoplastic resin, and, if necessary, other additives, using a kneader while removing the solvent.
  • the kneading machine is not particularly limited, but may be one or more types selected from mixers such as a ribo blender, tumbler, Nauter mixer, Henschel mixer, super mixer, planetary mixer, Banbury mixer, kneader, roll, kneader ruder, single screw extruder, twin screw extruder, etc.
  • mixers such as a ribo blender, tumbler, Nauter mixer, Henschel mixer, super mixer, planetary mixer, Banbury mixer, kneader, roll, kneader ruder, single screw extruder, twin screw extruder, etc.
  • the method for preparing a mixture in which composite tungsten oxide particles are dispersed in a resin is not limited to the above forms.
  • the dispersion medium of the dispersion is first removed by a known method.
  • the powder obtained by removing the dispersion medium is then uniformly melt-mixed with thermoplastic resin powder or pellets, and other additives as necessary, to produce a mixture in which the composite tungsten oxide particles are dispersed in the thermoplastic resin.
  • a method of directly adding the composite tungsten oxide particles to the thermoplastic resin and melt-mixing the mixture can be used to produce a mixture in which the composite tungsten oxide particles are dispersed in the thermoplastic resin.
  • the mixture of composite tungsten oxide particles obtained by the above-mentioned method and thermoplastic resin is kneaded in a vented single-screw or twin-screw extruder and processed into pellets to obtain a master batch containing infrared absorbing particles.
  • a polymer diol containing composite tungsten oxide particles is reacted with an organic diisocyanate in a twin-screw extruder to synthesize an isocyanate-terminated prepolymer, which is then reacted with a chain extender to produce a polyurethane solution (raw polymer).
  • the polyurethane solution is spun according to various known methods to produce infrared absorbing particles.
  • Method (d) For example, a case where composite tungsten oxide particles are attached to the surface of natural fibers will be described.
  • a treatment liquid is prepared by mixing composite tungsten oxide particles, one or more binder resins selected from acrylic, epoxy, urethane, and polyester, and a solvent such as water.
  • the natural fibers are immersed in the prepared treatment liquid, or the natural fibers are impregnated with the prepared treatment liquid by padding, printing, spraying, or the like, and then dried.
  • the method (d) can be applied to any of the above-mentioned natural fibers, as well as synthetic fibers, semi-synthetic fibers, regenerated fibers, inorganic fibers, or blends, doubling yarns, and mixed fibers thereof.
  • the method for preparing the composite tungsten oxide particle dispersion that can be used when carrying out the above methods (a) to (d) is not particularly limited, and for example, it can be prepared by the method already described for the infrared absorbing particle dispersion.
  • the dispersion medium of the composite tungsten oxide particle dispersion is not particularly limited and can be selected according to the fibers to be mixed.
  • various common organic solvents such as alcohols, ethers, esters, ketones, and aromatic compounds, as well as water, can be suitably used.
  • the composite tungsten oxide particle dispersion can be mixed directly with the fibers or the polymers that are the raw materials for the fibers. If necessary, the pH can be adjusted by adding an acid or alkali to the composite tungsten oxide particle dispersion, and various surfactants, coupling agents, etc. can be added to further improve the dispersion stability of the composite tungsten oxide particles.
  • the infrared absorbing fiber according to this embodiment contains composite tungsten oxide particles as an infrared absorbing component.
  • the infrared absorbing fiber according to this embodiment efficiently absorbs near infrared rays from sunlight and the like and converts them into heat even if the content of the composite tungsten oxide particles is small, so that it is possible to provide a fiber with excellent heat retention even if the content of the composite tungsten oxide particles is small.
  • the content of the composite tungsten oxide particles can be reduced in the infrared absorbing fiber according to this embodiment, the design of the textile product is not impaired, and the basic physical properties of the fiber, such as strength and elongation, can be avoided.
  • the fiber according to this embodiment can be used for various applications such as textile products such as cold weather clothing, sports clothing, stockings, curtains, and other industrial textile products that require heat retention.
  • textile products such as cold weather clothing, sports clothing, stockings, curtains, and other industrial textile products that require heat retention.
  • the infrared shielding textile structure according to this embodiment is used in clothing, the amount of infrared rays contained in natural light that reach the human skin can be reduced, so that damage to the skin can be reduced.
  • the textile product of this embodiment is used as a curtain and placed on a window of a building or the like, the curtain will absorb the infrared rays contained in sunlight and have an infrared shielding function, thereby blocking the infrared rays from the sun that enter the window and preventing the room temperature from rising in the summer.
  • the infrared absorbing fiber of the present embodiment has excellent infrared absorbing performance even if the content of the composite tungsten oxide particles, which are infrared absorbing particles, is small, so that it is possible to prevent the transmission and reflection of infrared light, prevent so-called voyeurism, and prevent the texture of the fiber from being damaged. Therefore, the infrared absorbing fiber can be used for various purposes as a so-called voyeurism prevention infrared absorbing fiber.
  • the textile product of the present embodiment is produced by processing the infrared absorbing fiber described above, and may contain the infrared absorbing fiber described above.
  • the textile product of the present embodiment may also be composed of the infrared absorbing fiber described above.
  • (1) Function of preventing surreptitious photography by CCD cameras of the textile product of the present embodiment When the fabric using the infrared absorbing fiber of the present embodiment or the textile product such as clothing using the fabric has a content of composite tungsten oxide particles per unit area, for example, cesium tungsten composite oxide, of 0.08 g/ m2 or more, the textile product can prevent surreptitious photography by infrared rays (see-through by a CCD camera) as tested by the Japan Spinners' Association (VOKEN standard "BQE A 033").
  • the content per unit area of the composite tungsten oxide particles can be 0.08 g/m2 or more , as described above, preferably 0.15 g/ m2 or more, and more preferably 0.20 g/m2 or more .
  • the upper limit of the content per unit area of the composite tungsten oxide particles in the textile product of this embodiment is not particularly limited, but can be, for example, 4.5 g/ m2 or less.
  • the content per unit area of the composite tungsten oxide particles in the textile product of this embodiment can be 0.08 g/m or more and 4.5 g/m or less , preferably 0.15 g/m or more and 4.5 g/m or less, and more preferably 0.20 g/m or more and 4.5 g/m or less .
  • the average reflectance of the textile product in the infrared region can be 65% or less. If the average reflectance of the textile product of this embodiment is 65% or less, it is possible to prevent infrared voyeurism (see-through by a CCD camera) in clothing using the textile product of this embodiment as a woven or knitted fabric.
  • the average reflectance of the textile product of this embodiment is more preferably 60% or less, and even more preferably 55% or less.
  • the average reflectance of the textile product of this embodiment can be selected by the content per unit area of the composite tungsten oxide particles.For example, by making the content per unit area of the composite tungsten oxide particles of the textile product of this embodiment 0.15 g/ m2 or more, the average reflectance of the textile product can be 60% or less. In addition, by making the content per unit area of the composite tungsten oxide particles of the textile product of this embodiment 0.20 g/ m2 or more, the average reflectance of the textile product can be 55% or less.
  • the content of the composite tungsten oxide particles per unit area of the textile product of this embodiment can be 4.5 g/m 2 or less as described above, and may be 3.5 g/m 2 or less. If the content of the composite tungsten oxide particles per unit area is 3.5 g/m 2 or less, the average reflectance is 0.2% or less, and the effect of preventing voyeurism by infrared rays is fully exerted. However, if the composite tungsten oxide particles are excessively contained per unit area of the textile product, it may be difficult to develop the color depending on the color to be dyed on the textile product.
  • the average reflectance of textile products that do not contain composite tungsten oxide particles in the infrared range (wavelengths 800 nm to 1300 nm) is 77%, as can be seen in the reference example below, and this average reflectance makes it possible to take surreptitious photographs using infrared light (see-through with a CCD camera).
  • the above average reflectance is the average reflectance of a textile product measured with a spectrophotometer at 5 nm intervals in the wavelength range of 800 nm to 1300 nm.
  • composite tungsten oxide particles that absorb infrared rays are contained in one or more locations selected from the surface and interior of the fiber, and when light is irradiated onto the textile product, the composite tungsten oxide particles absorb the infrared rays, lowering the reflectance in the infrared region above 780 nm wavelength.
  • the reflectance of infrared rays is reduced.
  • the image will be unclear due to the reduced reflectance in the region above 780 nm wavelength.
  • the wavelength range of widely used CCD cameras is 400 nm to 1200 nm.
  • the textile product of this embodiment With the textile product of this embodiment, the reflectance of the irradiated light components in the infrared wavelength range exceeding 780 nm is reduced, making it possible to prevent voyeurism using infrared rays (see-through using a CCD camera).
  • a CCD camera has been used as an example of an imaging device used for voyeurism using infrared rays, but the textile product of this embodiment can prevent voyeurism using imaging devices capable of capturing infrared rays regardless of the type of camera.
  • the composite tungsten oxide particles contained in the textile product of this embodiment absorb only a small amount of light in the visible light range compared to the absorption of light in the infrared range above 780 nm wavelength.
  • the composite tungsten oxide particles contained in the textile product of this embodiment absorb only a small amount of light in the visible light range, it is possible to freely impart color to the textile product by dyeing, etc.
  • the atomic number (Z) contrast in the HAADF image is proportional to the square of the atomic number of the atom of the particle and the number of atoms. Since the more heavier atoms are stacked, the brighter the contrast, the brightest and second brightest contrasts are W, and the third brightest contrast is Cs, and it is considered that O cannot be confirmed.
  • the sample was placed on a Cu mesh with a supporting film using the dispersion method and observed.
  • a high angle scattering dark field image (STEM-HAADF) was obtained at an accelerating voltage of 200 kV.
  • This observation image was obtained by detecting only the transmitted electrons with a large scattering angle among the electrons that had passed through the sample, and as mentioned above, contrast due to differences in composition can be obtained. Note that since the magnitude of the scattering angle is proportional to the square of the atomic number (Z), the higher the atomic number of the element, the brighter the contrast. In the case of the composite tungsten oxide particles prepared in the examples and comparative examples, it is possible to distinguish Cs and W due to the difference in contrast.
  • W columns are spots (points) where tungsten is located, in the STEM-HAADF image to distinguish between areas with and without W defects. If W is defective, the maximum Z contrast value at that spot decreases.
  • the contrast of the observed STEM-HAADF images was evaluated and observed using Gatan's Digital Micrograph (Version 3.43.3213.0). The observed data was loaded into this software, and the contrast of the relevant areas was extracted using the line profile function.
  • the STEM-HAADF images particles with a size of 50 nm or more were selected from the dispersed composite tungsten oxide particles to suppress degradation by the electron beam.
  • the particle size used to select the particles to be observed was the diameter of the smallest inclusive circle that contained the particle.
  • the observation field size was set to 20 nm square or more and 50 nm square or less.
  • FIG. 5 shows the crystal structure of hexagonal Cs0.33WO3 , a Cs-W-O compound with a hexagonal crystal structure, in the [001] incidence direction, i.e., on the (001) plane.
  • W/W rows 501 in which only W atoms 51 are arranged, and W/Cs rows 502 in which W atoms 51 and Cs atoms, which are M elements 53, are arranged alternately are arranged.
  • the region S between the double arrows indicating the a-axis length and the b-axis length in the figure becomes a unit lattice.
  • W columns and Cs columns exist in the c-axis direction perpendicular to the paper surface, and there are three rows of W columns and one row of Cs columns per region S.
  • the percentage of the number of dark areas in the Z contrast of tungsten atoms in the STEM-HAADF image first, the number of W columns in the observation field was counted with reference to the crystal structure shown in FIG.
  • the maximum Z contrast value of each W column spot in the observation field was calculated using the above software, and the average value was calculated.
  • the number of dark areas that is, spots where the maximum contrast value of each W column spot in the observation field was 95% or less of the above average value, was counted.
  • the mass percentage of Cs was calculated as the average value of three measurements for each sample taken using a Polarized Zeeman atomic absorption spectroscopy (AAS, model: ZA3300, Hitachi High-tec Corporation).
  • the mass percentage of W was calculated as the average value of three analyses of each sample using inductively-coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES, model: ICPE-9800, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • ICP-OES inductively-coupled plasma optical emission spectroscopy
  • Example 1 (1) Production of composite tungsten oxide particles Composite tungsten oxide particles were produced and evaluated using the composite material production apparatus 10 shown in Fig. 1 and the reduction treatment apparatus shown in Fig. 2. Specific conditions are described below.
  • the composite material manufacturing device 10 has a storage section 11 that contains a solution containing a W element source and an M element source, which are the raw material solutions, a two-fluid nozzle 12 that forms droplets of the raw materials and also forms a flame, and a reaction tube 13 connected to a filter 14 that collects the composite tungsten oxide particles that are formed.
  • the supply rate of the raw material solution to the two-fluid nozzle 12 was 3 g/min.
  • the flow rate of oxygen, the carrier gas, was controlled by the ejector 15 and was set to 15 L/min.
  • the air flow rate in the ejector 15 was controlled to be within the range of 160 L/min to 180 L/min.
  • propane gas and oxygen gas were used, with the propane gas flow rate set to 1.2 L/min and the oxygen gas flow rate set to 6.0 L/min.
  • a mixed solution of a solution in which W(CO) 6 , which is a W element source, is dissolved in THF (tetrahydrofuran) (a solution containing a W element source) and a solution in which cesium acetate, which is an M element source, is dissolved in ethanol (a solution containing an M element source) was used and stored in the storage section 11.
  • the mixed solution, which is the raw material was prepared so that the ratio of the amount of substance of Cs (Cs) which is the M element contained therein to the amount of substance of tungsten (W) was Cs/W, which was 0.37.
  • the raw material solution and oxygen which is a carrier gas, were supplied from the storage section 11 to the two-fluid nozzle 12 to form an aerosol (aerosol formation process).
  • the heat treatment conditions were selected so that the composite tungsten oxide particles obtained after the heat treatment process would have appropriate W atom deficiencies and heterogeneous phases, and would produce composite tungsten oxide particles in which spots with reduced Z contrast of W atoms were observed after the reduction treatment process.
  • the heat treatment conditions were selected based on the results of tests carried out in advance. Note that in the heat treatment process, the raw material is heat treated at a temperature of 550°C or higher.
  • the composite tungsten oxide particles obtained in the heat treatment process were introduced into the reaction tube 13. Cooling water piping 131 was arranged around the reaction tube 13, and cooling water was circulating. The composite tungsten oxide particles introduced into the reaction tube 13 were collected by filter 14, which is a bag filter.
  • the XRD pattern of the composite tungsten oxide particles obtained after the heat treatment process was evaluated.
  • Figure 6 shows the XRD pattern of the composite tungsten oxide particles obtained.
  • the XRD pattern (A) shown as “As produced” is the XRD pattern of the composite tungsten oxide particles after the heat treatment process.
  • the crystal phase was identified as being composed of hexagonal Cs0.33WO3 (ICDD: 81-1245 ) or orthorhombic Cs4W11O35 (ICDD: 51-1891 ), and a small amount of cubic pyrochlore ( Cs2O ) 0.44W2O6 (ICDD: 47-0566) phase . Rietveld analysis was used to identify the small amount of crystal phase.
  • the XRD pattern of the obtained composite tungsten oxide particles is shown in Figure 6.
  • the XRD pattern (B) shown as "Heat treated” is the XRD pattern of the composite tungsten oxide particles after the reduction treatment process.
  • the obtained XRD pattern contained only the diffraction peak of Cs0.33WO3 , and it was confirmed that the crystal system was hexagonal.
  • Example 1 The composition analysis of the composite tungsten oxide particles after the reduction treatment process in Example 1 was performed as described above, and the Cs/W ratio, which is the ratio of the amounts of cesium and tungsten, was determined. As a result, it was confirmed that the Cs/W ratio decreased from the charged composition of 0.37 to 0.34. However, the value of 0.34 is 0.01 more than the theoretical composition ratio of 0.33, and since the above XRD pattern shows a single phase, it is believed that there is almost no Cs deficiency.
  • the weighed materials were placed in a paint shaker together with zirconia beads having a diameter of 0.05 mm, and a dispersion treatment was carried out for 100 minutes using the paint shaker to obtain a Cs0.33WO3 particle dispersion, which is an infrared absorbing particle dispersion according to Example 1.
  • the average particle size of the composite tungsten oxide particles in the dispersion obtained in Example 1 was 27.2 nm.
  • the average particle size of the composite tungsten oxide particles was calculated by observing them in three fields of view using a transmission electron microscope. Specifically, images of a total of 600 to 700 composite tungsten oxide particles were observed in three fields of view, and the area of each particle was calculated from the binarized data, and the circular equivalent diameter of each particle was calculated. The particle sizes of all the composite tungsten oxide particles evaluated, i.e., the arithmetic average of the circular equivalent diameters, was determined as the average particle size.
  • the Cs0.33WO3 particle dispersion liquid according to Example 1 was separated, and the solvent was removed to obtain Cs0.33WO3 particles , which are composite tungsten oxide particles according to Example 1.
  • STEM-HAADF images of Cs0.33WO3 particles which are composite tungsten oxide particles according to Example 1, are shown in Figures 7A and 7B.
  • Figure 7A shows a STEM-HAADF image of the entire particle.
  • Figure 7B shows an image obtained by enlarging and observing a square region 71 in the particle shown in Figure 7A.
  • the size of the observation field was adjusted to be about 20 nm square.
  • the number of tungsten columns in this field of view is calculated to be 2249 columns in the field of view from the size of the unit lattice and the size of the field of view, since there are three tungsten columns in the unit lattice. In other words, W defects exist in 0.67% of the columns in terms of the number of columns.
  • the dark areas with low contrast were defined as spots where the maximum Z contrast of the tungsten column spots fell below 95% of the average value.
  • Figures 8A to 8F show line profiles including W defects in STEM-HAADF images of the composite tungsten oxide particles in Example 1.
  • Figures 8A to 8F correspond to the line profiles of lines L1 to L6 in Figure 7B, respectively.
  • the maximum Z contrast values of each tungsten column spot within the field of view were averaged to determine the Z contrast intensity of W atoms in the bulk region without W defects. Using the average value of the maximum Z contrast values of each tungsten column spot within the field of view as the standard, the locations where the maximum contrast value of the tungsten column spot was 95% or less of the average value were determined as W defects.
  • Figure 12A is a STEM-HAADF image of the composite tungsten oxide particle of Example 1, with the incident light coming from [110], i.e., an image of the prism surface.
  • a defect surface 121 due to a defect of W atoms occurs in a direction perpendicular to the c-axis.
  • the defect is a defect in the basal plane (001) plane.
  • Figure 12B is an enlarged view of the defect surface in Figure 12A. It was confirmed that there is a space 122 adjacent to the defect, which is about 3 nm long in the c-axis direction and in which no Cs atoms or W atoms are present.
  • defect surfaces 121 which are defects in the basal plane, and the space 122 along the c-axis direction in which no Cs or W is present remain as the interface of the crystallized region when the Cs and W atoms are rearranged within the crystal during the heat treatment process.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the arrangement of W atoms and Cs atoms in Figures 12A and 12B.
  • the transmitted light profile was measured under the conditions described above.
  • the results of the transmitted light profile are shown in Figure 11A, and the transmittance for each wavelength is shown in Table 1.
  • the infrared absorbing particle dispersion was adjusted so that the visible light transmittance was 80%.
  • the molar absorptivity curve was obtained from the absorption curve obtained when measuring the transmitted light profile of the infrared absorbing particle dispersion liquid of Example 1.
  • the molar absorptivity curve was then separated into absorption curves of three absorption elements: an absorption curve of localized surface plasmon resonance (LSPR ⁇ ) perpendicular to the c-axis, an absorption curve of localized surface plasmon resonance (LSPR//) parallel to the c-axis, and an absorption curve of polaron absorption.
  • LSPR ⁇ localized surface plasmon resonance
  • LSPR// localized surface plasmon resonance
  • Table 2 shows the peak positions, peak intensities, and integrated intensities of the absorption curves of the three absorption elements. Furthermore, Table 3 shows the ratios of the integrated intensities of the absorption curves of the three absorption elements to the integrated intensity of the molar extinction coefficient curve.
  • the obtained dispersion powder (powder A) was added to polyethylene terephthalate resin pellets, which is a thermoplastic resin, and mixed uniformly in a blender. The mixture was then melt-kneaded and extruded in a twin-screw extruder, and the extruded strands were cut into pellets.
  • master batch (master batch a1) containing 40% by mass of Cs0.33WO3 particles , which is a heat ray absorbing component, was obtained.
  • Master batch a1 was melt spun and then drawn to produce polyester multifilament yarn a1.
  • the resulting polyester multifilament yarn a1 was cut to produce polyester staple a1.
  • a solar spectrum approximation lamp (solar simulator XL-03E50 modified by Ceric Co., Ltd.) was irradiated from a distance of 30 cm from the knitted product fabric, and the temperature of the backside of the fabric was measured at regular intervals (0 seconds, 30 seconds, 60 seconds, 180 seconds, 360 seconds, 600 seconds) using a radiation thermometer (HT-11 by Minolta Co., Ltd.).
  • Example 5 Anti-camera photography evaluation
  • Example 1 Using spun yarn a1 and spun yarn a2, precursor knit fabrics according to Example 1 were produced so that the amount of composite tungsten oxide particles used per unit area was the value shown in Table 6.
  • Example 1 six types of precursor knit fabrics were produced, with the content of composite tungsten oxide particles per unit area ranging from concentration B to concentration G, as shown in Table 6.
  • the precursor knit fabric was dyed brown with a cationic dye to produce the knit fabric for evaluating the anti-voyeurism effect of Example 1.
  • a cationic dye to produce the knit fabric for evaluating the anti-voyeurism effect of Example 1.
  • the reason for dyeing the knit fabric for evaluating the anti-voyeurism effect of Example 1 is to avoid the situation where an undyed white knit product would be see-through even with visible light.
  • a knitted fabric for evaluating anti-peeping photography according to a reference example was produced in the same manner as the knitted fabric for evaluating anti-peeping photography in this example, using only spun yarn a2 that does not contain composite tungsten oxide particles.
  • (Average reflectance of knitted product according to Example 1) Then, using a spectrophotometer manufactured by Hitachi, Ltd., the reflectance of the knit fabric according to Example 1 was measured at 5 nm intervals in the wavelength range of 800 nm to 1300 nm, and the average reflectance was calculated. The measurement results of the reflectance in the wavelength range of 300 nm to 2500 nm are shown in Fig.
  • Example 16A evaluation results of the average reflectance of the fabric are shown in Table 6.
  • Test Method First step A test piece for knitted fabric is placed over a transmission test plate (eye chart) and placed on a test stand. (Second step) Using an infrared projector, light is projected onto the surface of the test piece at an intensity of about 7 mW/cm 2 .
  • the dried material was placed in an electric furnace and heated while supplying 5% H2 gas by volume with N2 gas as a carrier, and was fired at a temperature of 800°C for 1 hour. After that, the supply gas was switched to only N2 gas, and the temperature was lowered to room temperature to obtain a composite tungsten oxide coarse powder according to Comparative Example 1.
  • the weighed materials were placed in a paint shaker together with zirconia beads having a diameter of 0.1 mm, and a dispersion process was performed for 2 hours using the paint shaker to obtain an infrared absorbing particle dispersion according to Comparative Example 1.
  • the average particle size (measured by a transmission electron microscope) of the composite tungsten oxide particles in the obtained dispersion according to Comparative Example 1 was measured to be 25.1 nm.
  • the average particle size was measured and calculated using the same procedure and conditions as in Example 1.
  • the dispersion according to Comparative Example 1 was separated, and the solvent was removed to obtain Cs0.33WO3 particles , which are composite tungsten oxide particles according to Comparative Example 1.
  • FIG. 9A and 9B show STEM-HAADF images of Cs0.33WO3 particles , which are composite tungsten oxide particles according to Comparative Example 1.
  • FIG. 9A shows a STEM-HAADF image of the entire particle.
  • FIG. 9B shows an enlarged image of a square region 91 in the particle shown in FIG. 9A.
  • Powders synthesized via the solid-phase method have a fracture surface due to a long-term dispersion treatment. Since contrast is affected by the particle thickness, a region 91 in the center of the particle, which is thought to be less affected, was enlarged and extracted.
  • Figures 10B to 10D show the results of extracting line profiles for lines L11 to L13, which are the W/W columns, in the STEM-HAADF image shown in Figure 10A. No points were found where the Z contrast of W atoms was 95% or less of the average contrast at any point. In other words, it was confirmed that no W deficiency had occurred.
  • a molar absorptivity curve was obtained from the absorption curve obtained when measuring the transmitted light profile of the infrared absorbing particle dispersion liquid of Comparative Example 1.
  • the molar absorptivity curve was then separated into absorption curves of three absorption components: an absorption curve of localized surface plasmon resonance (LSPR ⁇ ) perpendicular to the c-axis, an absorption curve of localized surface plasmon resonance (LSPR//) parallel to the c-axis, and an absorption curve of polaron absorption.
  • LSPR ⁇ localized surface plasmon resonance
  • LSPR// localized surface plasmon resonance
  • Table 2 shows the peak positions, peak intensities, and integrated intensities of the absorption curves of the three absorption elements. Furthermore, Table 3 shows the ratios of the integrated intensities of the absorption curves of the three absorption elements to the integrated intensity of the molar extinction coefficient curve.
  • the infrared absorbing particle dispersion liquid according to Comparative Example 1 was diluted so that the visible light transmittance was 80%, and the chromaticity values of the L * , a * , b * color system were calculated from the measurement data of the spectrophotometer. The results are shown in Table 4.
  • (3) Production of infrared absorbing fiber The toluene was removed from the infrared absorbing particle dispersion liquid according to Comparative Example 1 using a spray dryer to obtain Cs0.33WO3 dispersion powder (Powder B).
  • the master batch b1 was melt spun and then drawn to produce polyester multifilament yarn b1.
  • the obtained polyester multifilament yarn b1 was cut to produce polyester staple b1.
  • the polyester staple b1 was used to produce spun yarn b1.
  • (4) Production of a warm knitted textile product A knitted textile product b1 according to Comparative Example 1 was obtained using spun yarn b1 and spun yarn a2 not containing composite tungsten oxide particles produced in Example 1.
  • the knitted textile product b1 was produced by adjusting the blending ratio of the spun yarn b1 and the spun yarn a2 so that the solar reflectance was 8%. (Evaluation of temperature rise effect) Next, the temperature increasing effect on the reverse surface of the fabric of the produced knit product b1 was measured under the same conditions as in Example 1.
  • the precursor knit fabric was dyed brown with a cationic dye to produce the knit fabric for evaluating the anti-voyeurism effect according to Comparative Example 1.
  • the obtained knit fabric for evaluating the anti-voyeurism feature of Comparative Example 1 was evaluated under the same conditions as in Example 1.
  • the measurement results of the reflectance are shown in Figure 16B, and the evaluation results of the average reflectance of the fabric are shown in Table 6.
  • Table 1 shows that the transmittance at a wavelength of 700 nm of the infrared absorbing particle dispersion of Example 1 is higher than that of the infrared absorbing particle dispersion composed of conventional composite tungsten oxide particles of Comparative Example 1, and that light on the longer wavelength side of the visible light range (wavelengths of 380 nm or more and 780 nm or less) is also transmitted.
  • This shows that the composite tungsten oxide particles of Example 1 also transmit red light with a wavelength of around 800 nm, thereby contributing to improving the color tone of conventional composite tungsten oxide particles.
  • Example 1 From Table 4, the infrared absorbing particle dispersion according to Example 1 had a b * of -0.61502, whereas the near infrared absorbing particle dispersion according to Comparative Example 1 had a b * of -0.71411. The more negative the b * value, the more bluish the dispersion is. Example 1 shows that it has less bluishness than conventional composite tungsten oxide particles, which also contributes to improving color tone.
  • the reflectance is below 65% at a wavelength of 1050 nm even at concentration B where the content per unit area of the composite tungsten oxide particles is 0.09 g/ m2 .
  • the reflectance exceeds 65% at a wavelength of 1050 nm at concentration B where the content per unit area of the composite tungsten oxide particles is 0.09 g/ m2 .

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Abstract

発明が解決しようとする課題は、赤外線吸収性能に優れた複合タングステン酸化物粒子を含む赤外線吸収繊維を提供することである。 本発明の赤外線吸収繊維は、繊維と、 前記繊維の内部および表面から選択された1以上の場所に配置された複合タングステン酸化物粒子と、を含み、 前記複合タングステン酸化物粒子は複合タングステン酸化物を含み、 前記複合タングステン酸化物は、一般式MxWyOz(0.20≦x/y≦0.37、2.2≦z/y≦3.3)で表わされ、 結晶系が六方晶であり、 前記複合タングステン酸化物粒子についての、[001]入射からのSTEM-HAADF像において、タングステン原子のZコントラストが平均値の95%以下に低下したスポットを個数割合で0.01%以上10%以下含む。

Description

赤外線吸収繊維および繊維製品
 本発明は、赤外線吸収繊維および繊維製品に関する。
 保温機能や発熱機能を備えた機能性の防寒衣料が提案されている。防寒効果を高める方法には、大別して3通りの方法がある。
 第一の方法は、人体から発生する熱の放散性を減少させて保温性を維持する方法である。
 第一の方法の具体的な手段として例えば防寒衣料において織り編みの構造を制御したり、用いられる繊維を中空や多孔質にしたりするなどして空気層を物理的に多くすることで人体から発生する熱の外部への放散性を減少させて保温性を維持する方法が挙げられる。
 第二の方法は、防寒衣料に含まれる繊維の化学的、物理的な特性を生かして繊維自体が蓄熱する方法である。
 第三の方法は、防寒衣料に含まれる繊維ヘ化学的・物理的な加工を施して、人体から発生する熱を再び人体へ向けて輻射したり、防寒衣料が受けた太陽光の一部を熱に変換したりするなどの積極的な方法により熱を蓄熱する方法である。
 第二の方法の一つとして、特許文献1にパラフィン系炭化水素の相転移潜熱を蓄熱に利用する技術が開示されている。
 第三の方法の一つとして、アルミナ系、ジルコニア系、マグネシア系等のセラミック粒子を繊維そのものに混練して、これらの無機微粒子が持つ遠赤外線放射効果や光を熱に変える効果を利用する方法や近赤外領域の吸収の高い染料を使用する方法が提案されている。すなわち積極的に外部のエネルギーを取り入れる方法が提案されている。
 例えば、特許文献2には、熱伝導率が0.3kcal/m・sec・℃以上の金属および金属イオンの少なくとも1種を含有させた熱線放射特性を有する無機微粒子の1種または2種以上を含有することを特徴とする熱線放射性繊維が開示されている。
 特許文献3には、近赤外線領域の吸収が黒色染料よりも大きい特性を持つ染料と他の染料を組み合わせて染色することにより、近赤外線吸収程度として、750から1500nmの範囲内で生地の分光反射率が、65%以下であるセルロース系繊維構造物の近赤外線吸収加工方法が開示されている。近赤外線領域の吸収が黒色染料よりも大きい染料としては、直接染料、反応染料、ナフトール染料、バット染料が開示されている。
 特許文献4において、本出願人は、繊維の内部に近赤外線吸収特性を有する超微粒子を含有する近赤外線吸収繊維であって、
 前記近赤外線吸収特性を有する超微粒子は、複合タングステン酸化物超微粒子であり、
 前記複合タングステン酸化物超微粒子は、シリコン粉末標準試料(NIST製、640c)の(220)面のXRDピーク強度の値を1としたとき、XRDピークトップ強度の比の値が0.13以上である複合タングステン酸化物超微粒子である、ことを特徴とする近赤外線吸収繊維や当該繊維を用いた繊維製品の技術を提案している。
 ところで、自然光を光源としてCCDカメラ等で人体を撮影すると、自然光に含まれる赤外線により衣類を透過した状態で人体が撮影されることから、近年、上記現象を利用した犯罪行為、いわゆる盗撮が社会問題となっている。この問題を解決するため、赤外線を吸収または反射する赤外線遮蔽繊維を製造し、この赤外線遮蔽繊維を加工して成る衣類(赤外線遮蔽繊維構造物)が開発されている。
 例えば、特許文献5には、アントラキノン系、インジゴ系、ベンゾキノン系、ナフトキノン系もしくはフタルシアニン系から選ばれた赤外線吸収剤を芯鞘型合成繊維に付着させてなる編地が開示されている。
日本国特開2018―135605号公報 日本国特開平11-279830号公報 日本国特開平9-291463号公報 国際公開第2018/235839号 日本国特開2008-223171号公報
 ところで、赤外線吸収繊維については、いわゆる盗撮を防止する観点から赤外光による透過や反射を防止しつつも、繊維の風合い等を損ねないように、赤外線吸収粒子の含有量を抑制することが求められる。このため、赤外線吸収性能に優れた赤外線吸収粒子を含有する赤外線吸収繊維が求められている。
 そこで、本発明の一側面では、赤外線吸収性能に優れた複合タングステン酸化物粒子を含む赤外線吸収繊維を提供することを目的とする。
 本発明の一側面では、繊維と、
 前記繊維の内部および表面から選択された1以上の場所に配置された複合タングステン酸化物粒子と、を含み、
 前記複合タングステン酸化物粒子は複合タングステン酸化物を含み、
 前記複合タングステン酸化物は、一般式M(但し、M元素は、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.20≦x/y≦0.37、2.2≦z/y≦3.3)で表わされ、
 結晶系が六方晶であり、
 前記複合タングステン酸化物粒子についての、[001]入射からのSTEM-HAADF像において、タングステン原子のZコントラストが平均値の95%以下に低下したスポットを個数割合で0.01%以上10%以下含む、赤外線吸収繊維を提供する。
 本発明の一側面では、赤外線吸収性能に優れた複合タングステン酸化物粒子を含む赤外線吸収繊維を提供できる。
図1は、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる複合材料製造装置の模式図である。 図2は、還元処理工程で用いた還元処理装置の説明図である。 図3は、赤外線吸収粒子分散液の模式図である。 図4は、赤外線吸収繊維の模式図である。 図5は、[001]入射で観察した複合タングステンブロンズの結晶構造の模式図である。 図6は、実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンである。 図7Aは、実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像である。 図7Bは、実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像である。 図8Aは、図7BにおけるラインL1におけるタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図8Bは、図7BにおけるラインL2におけるタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図8Cは、図7BにおけるラインL3におけるタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図8Dは、図7BにおけるラインL4におけるタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図8Eは、図7BにおけるラインL5におけるタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図8Fは、図7BにおけるラインL6におけるタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図9Aは、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像である。 図9Bは、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像である。 図10Aは、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像である。 図10Bは、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図10Cは、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図10Dは、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のタングステン原子のZコントラストを定量化したラインプロファイルである。 図11Aは、実施例1に係る近赤外線吸収粒子分散液の透過光プロファイルである。 図11Bは、比較例1に係る近赤外線吸収粒子分散液の透過光プロファイルである。 図12Aは、実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子についての、[110]入射からのSTEM-HAADF像である。 図12Bは、実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子についての、[110]入射からのSTEM-HAADF像である。 図13は、図12BのW原子とCs原子の配置を模式的に示した図である。 図14Aは、実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のW原子のXPSスペクトルである。 図14Bは、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のW原子のXPSスペクトルである。 図15Aは、実施例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のモル吸光係数曲線である。 図15Bは、比較例1で得られた複合タングステン酸化物粒子のモル吸光係数曲線である。 図16Aは、実施例1で得られた盗撮防止評価用ニット生地の反射率である。 図16Bは、比較例1で得られた盗撮防止評価用ニット生地の反射率である。
 本開示の一実施形態(以下「本実施形態」と記す)に係る赤外線吸収繊維、繊維製品の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
 赤外線吸収繊維について説明する前に、本実施形態の赤外線吸収繊維が含有する複合タングステン酸化物粒子について説明する。
[複合タングステン酸化物粒子]
 複合タングステン酸化物粒子は、複合タングステン酸化物を含む。なお、複合タングステン酸化物粒子は、複合タングステン酸化物から構成されていても良いが、この場合でも不可避不純物を含有することを排除するものではない。
 上記複合タングステン酸化物は、一般式Mで表わされる。
 但し、上記一般式中のM元素は、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、Mg(マグネシウム)、Zr(ジルコニウム)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Fe(鉄)、Ru(ルテニウム)、Co(コバルト)、Rh(ロジウム)、Ir(イリジウム)、Ni(ニッケル)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)、Zn(亜鉛)、Cd(カドミウム)、Al(アルミニウム)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)、Tl(タリウム)、Si(シリコン)、Ge(ゲルマニウム)、Sn(スズ)、Pb(鉛)、Sb(アンチモン)、B(ホウ素)、F(フッ素)、P(リン)、S(硫黄)、Se(セレン)、Br(臭素)、Te(テルル)、Ti(チタン)、Nb(ニオブ)、V(バナジウム)、Mo(モリブデン)、Ta(タンタル)、Re(レニウム)、Be(ベリリウム)、Hf(ハフニウム)、Os(オスミウム)、Bi(ビスマス)、I(ヨウ素)のうちから選択される1種類以上の元素とすることができる。また、Wはタングステン、Oは酸素を表し、x、y、zはそれぞれ、0.20≦x/y≦0.37、2.2≦z/y≦3.3を満たすことが好ましい。
 なお、アルカリ金属元素としては、Li(リチウム)、Na(ナトリウム)、K(カリウム)、Rb(ルビジウム)、Cs(セシウム)、Fr(フランシウム)が挙げられる。アルカリ土類金属元素としては、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、Ra(ラジウム)が挙げられる。希土類元素としては、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、Lu(ルテチウム)が挙げられる。
 また、該複合タングステン酸化物の結晶系は、六方晶となる。
 そして、複合タングステン酸化物粒子は、複合タングステン酸化物粒子についての[001]入射からのSTEM-HAADF像において、タングステン原子のZコントラストが平均値の95%以下に低下したスポットを個数割合で0.01%以上10%以下含む。
(1)組成について
 複合タングステン酸化物粒子に含まれる複合タングステン酸化物は、上述のように一般式Mで表記される。式中のM元素、W、O、およびx、y、zについては既述のため、ここでは説明を省略する。
 複合タングステン酸化物は、例えば正方晶、立方晶、および六方晶から選択された1種類以上のタングステンブロンズ型の結晶構造をとることができる。そして、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子が含有する複合タングステン酸化物は、六方晶である。
 複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合、当該粒子の可視光線領域の透過が向上し、近赤外線領域の光の吸収が向上する。
 複合タングステン酸化物が正方晶、立方晶のタングステンブロンズ型の結晶構造をとるときも赤外線遮蔽材料として機能する。ただし、当該複合タングステン酸化物がとる結晶構造によって、近赤外線領域の光の吸収位置が変化する傾向がある。この近赤外線領域の光の吸収位置は、立方晶よりも正方晶のときが長波長側に移動し、さらに六方晶のときは正方晶のときよりも長波長側に移動する傾向がある。また、当該吸収位置の変動に付随して、可視光線領域の光の吸収は六方晶が最も少なく、次に正方晶が少なく、立方晶はこれらの中では可視光線領域の光の吸収が最も大きい。よって、より可視光線領域の光を透過して、より赤外線領域の光を遮蔽する用途には、六方晶のタングステンブロンズ型の結晶構造を有する複合タングステン酸化物を用いることが好ましい。
 上述のように、複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合、複合タングステン酸化物粒子の可視光線領域の光の透過率、および近赤外線領域の光の吸収が特に向上する。このため、複合タングステン酸化物粒子は、六方晶の結晶構造の複合タングステン酸化物を含むことが好ましい。そして、M元素にCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択された1種類以上を用いると六方晶を形成し易くなる。このため、M元素はCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択された1種類以上を含むことが好ましく、M元素はRb、Csから選択された1種類以上の元素を含むことがより好ましい。
 ここで、複合タングステン酸化物が六方晶の結晶構造を有する場合のM元素の配置を説明する。
 W(タングステン)原子と、6つのO(酸素)原子と、を単位として形成される八面体、すなわち頂点にO原子を配し、中央部にW原子を配した八面体が、6個集合することでO原子より構成される六角形の空隙(トンネル)が形成される。そして、当該空隙中に、M元素が配置されて1つの単位を構成し、この1つの単位が多数集合して六方晶の結晶構造を構成する。
 六方晶の結晶構造を有する複合タングステン酸化物が均一な結晶構造を有するとき、Wに対するM元素の物質量比は、0.20≦x/y≦0.37であり、0.25≦x/y≦0.37が好ましく、0.30≦x/y≦0.36がより好ましい。理論上、z/y=3の時、x/yの値が0.33となることで、M元素が六角形の空隙の全てに配置されると考えられる。なお、上記x、y、zは、既述の一般式Mにおけるx、y、zを意味しており、以下同様である。
 複合タングステン酸化物は、三酸化タングステン(WO)にM元素を添加した組成を有している。三酸化タングステンでは有効な自由電子を含まないため、1モルのタングステンに対する酸素の割合を3未満にしないと赤外線吸収効果を発揮することはできない。しかしながら、複合タングステン酸化物では、M元素を添加することで自由電子を生じ、赤外線吸収効果を得ることができる。このため、1モルのタングステンに対する酸素の割合は3以下とすることができる。また、1モルのタングステンに対する酸素の割合は3を超えても良い。ただし、WOの結晶相は可視光線領域の光について吸収や散乱を生じさせ、近赤外線領域の光の吸収を低下させる恐れがある。このため、WOの生成を抑制する観点から、1モルのタングステンに対する酸素の割合は2より大きくすることが好ましい。
 従って、1モルのタングステンに対する酸素の割合であるz/yは、上述のように2.2≦z/y≦3.3を満たすことが好ましい。
(2)平均粒径について
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子を例えば透明性を保持することが要求される用途に使用する場合、該複合タングステン酸化物粒子は、800nm以下の平均粒径を有していることが好ましい。これは、平均粒径が800nm以下の粒子は、散乱により光を完全に遮蔽することがなく、可視光線領域の視認性を高く保持し、同時に効率良く透明性を保持することができるからである。特に可視光線領域の透明性を重視する場合は、さらに粒子による可視光線領域の光の散乱を考慮することが好ましい。
 係る粒子による可視光線領域の光の散乱の低減を重視するとき、平均粒径は200nm以下であることがより好ましく、100nm以下であることがさらに好ましい。
 これは、平均粒径が小さければ、光が散乱することを抑制することができ、可視光領域での意図しない光沢や、強度に波長依存性のある光散乱(レイリー散乱)による意図しない色調の発生を抑制することができるためである。
 また、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子を繊維に練り込む工程で粗大な粒子が存在すると、紡糸の際に糸が切断されてしまう恐れがある。係る観点からも、複合タングステン酸化物粒子の粒径を低減することが好ましい。
 従って、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、平均粒径が800nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましく、100nm以下であることがさらに好ましい。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の平均粒径の下限値は特に限定されないが、例えば1nm以上とすることが好ましく、5nm以上とすることがより好ましく、10nm以上とすることがより好ましい。
 以上の理由から、複合タングステン酸化物粒子の平均粒径は、1nm以上800nm以下とすることが好ましく、5nm以上200nm以下とすることがより好ましく、10nm以上200nm以下とすることがより好ましく、10nm以上100nm以下とすることがさらに好ましい。
 複合タングステン酸化物粒子の平均粒径は、透過型電子顕微鏡像から各複合タングステン酸化物粒子の粒径を測定し、算出する。具体的には、1視野に200個以上の複合タングステン酸化物粒子を含む倍率で3視野を選択し、各視野内で複合タングステン酸化物粒子の像を二値化し、画像解析で平均粒径を算出する。なお、1視野内の複合タングステン酸化物粒子の個数の上限は特に限定されないが、例えば1視野内に500個以下の複合タングステン酸化物粒子を含むように倍率を選択してもよい。また、3視野内の全ての複合タングステン酸化物粒子を評価の対象としてもよいが、例えば3視野の合計で500個以上800個以下の粒子を選択してもよく、600個以上700個以下の粒子を選択してもよい。
 具体的には、各複合タングステン酸化物粒子の面積から円換算径を算出し、複合タングステン酸化物粒子の粒径とする。そして、評価を行った全ての複合タングステン酸化物粒子の粒径を足し合わせ、評価を行った粒子の数で割ることで平均粒径を算出できる。すなわち、評価を行った複合タングステン酸化物粒子の粒径の加算平均値を平均粒径とすることができる。
(3)複合タングステン酸化物粒子のタングステン原子の原子番号(Z)コントラスト
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、[001]入射からのSTEM-HAADF像(STEM-High-Angle Annular Dark Field)において、タングステン原子の原子番号(Z)コントラスト(以下、「Zコントラスト」とも記載する)における暗部を個数割合で0.01%以上10%以下含むことが好ましく、0.1%以上10%以下含むことがより好ましく、0.2%以上10%以下含むことさらに好ましい。なお、複合タングステン酸化物粒子の[001]入射からのSTEM-HAADF像は、複合タングステン酸化物の基底面を観察している像である。
 本発明の発明者の検討によれば、複合タングステン酸化物粒子は、XRDパターン等では把握することが困難な、微量の酸素欠損を適度に有することで、可視光透過性能と赤外線遮蔽性能とを特に高めることができる。
 そして、複合タングステン酸化物粒子が、タングステン原子(以下、「W原子」のようにも記載する)のZコントラストにおける暗部を10%以下含むことで、W欠損領域の周囲に残留したWを酸化させ、酸素欠損量を過度にならない程度に含有できる。また、複合タングステン酸化物粒子が、W原子のZコントラストにおける暗部を0.01%以上含むことで、酸素欠損を適度に導入できるためである。
 複合タングステン酸化物粒子のW原子のZコントラストにおける暗部は、W原子の欠損を示す。W原子のZコントラストによる暗部とは、複合タングステン酸化物粒子についてのSTEM-HAADF像の観察視野に含まれるW原子のZコントラストの平均値を基準値として、W原子のZコントラストが基準値の95%以下に低下したスポット(点)を意味する。
 STEM-HAADF像の観察に当たっては、分散した複合タングステン酸化物粒子のうち、[001]入射で観察できる粒子であり、数十nm以上のサイズの粒子を選択できる。そして、W原子スポットのコントラストを抽出するには、その観察視野のサイズが20nm角以上50nm角以下となるようにして観察できる。
 図5に六方晶Cs0.33WOの(001)面の結晶構造とW原子/W原子列(以下、「W/W列」のようにも記載する)の関係を示す。図7A、図7Bに実施例1で得られたCs0.33WO粒子のSTEM-HAADF像を示す。また、図8A~図8Fに、図7Bに示したラインL1~ラインL6でのW原子/W原子列のW原子のZコントラストを示す。
 W原子のZコントラストの暗部が確認された箇所のスポットは、図7Bの点P1、点P2のようにコントラストが弱くなっていて、それらのスポットはW原子の欠損を意味する。なお、図7Bにおいて、P1等の符号を付した矢印の先端部が上記暗部の点を意味している。
 W原子のZコントラストは、試料を走査型透過電子顕微鏡で高角度散乱暗視野(STEM-HAADF)観察した際、試料を透過した電子のうち、散乱角の大きな透過電子のみを検出して得られた像(STEM-HAADF)から知ることができる。ここで、散乱角の大きさは原子番号(Z)の2乗に比例するため、原子番号が大きな元素ほど明るいコントラストとなる。そのため、組成や元素の違いによるコントラストを得ることができる。なお、複合タングステンブロンズの場合、Cs等のM元素と、W原子と、をコントラストの違いにより識別することが可能である。
 本実施形態では、W原子の欠損箇所と非欠損箇所を判別するためにSTEM-HAADF像における、タングステンが配置されたスポット(点)であるタングステンカラム(Wカラム)でのコントラスト強度の違いを利用している。W原子が欠損していれば、該スポットにおいて、Zコントラストの最大値が減少する。六方晶Cs0.33WOの(001)面でのW原子の欠損サイトは、W原子/W原子列のW原子が配置されたスポットにおけるZコントラストの平均値よりも低いコントラストで示される。該スポットは、(001)方向に柱状に伸長したW原子の欠損領域を形成している。最も大きい箇所では(001)方向に10nm以上に広がっている。(001)面では5nm以上で連通するW原子の欠損は確認されない。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子が合成される過程から、複合タングステン酸化物粒子についての、[001]入射からのSTEM-HAADF像で、W原子のZコントラストが確認されることを説明する。
 六方晶の複合タングステン酸化物の(001)面について、結晶構造から説明する。図5に示すように、W原子51と、6つのO原子52とを単位として形成される八面体54、すなわち頂点にO原子を配し、中央部にW原子51を配した八面体54が、6個集合することでO原子52より構成される六角形の空隙(トンネル)55が形成される。なお、図5において同じハッチングの丸は、同じ原子であることを意味する。
 そして、O原子52より構成される六角形の空隙55中に、M元素53が配置されて1つの単位を構成する。さらに、この1つの単位が多数集合して六方晶の結晶構造を構成する。六角形の空隙55は(001)面に平行である。また、(001)面はc軸に垂直である。(001)面を観察することでM元素53とW原子51の違いを結晶学的に区別することができる。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子としてCs0.33WO粒子を例に合成される過程の粒子の結晶構造の変化を説明する。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、後述するように、原料調製工程、エアロゾル形成工程、熱処理工程、還元処理工程を経て製造される。エアロゾル形成工程でエアロゾル化した原料を、熱処理工程で500℃以上に急激に加熱して、短時間の加熱で原料を複合タングステン酸化物に変化させる反応を進行させる。そして、加熱後に急激に冷却し、原料が複合タングステン酸化物に変化する反応を停止させる。熱処理工程を経て得られる複合タングステン酸化物粒子は、六方晶(Cs0.33WO)と異相(Cs1135、(CsO)0.44WOなど)を含んでいる。複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像観察からは、多量のW原子の欠損を含んでいることを確認できる。このW原子の欠損箇所はCs過剰領域となっており異相の形成に寄与する。
 熱処理工程を経て得られた、異相を含む複合タングステン酸化物粒子は、酸素を供給しない還元処理工程で、M元素であるCs原子、W原子、O原子の再配列がされる。原子が再配列されることにより、[001]入射からのSTEM-HAADF像観察においてW原子のZコントラストに暗部が観察される複合タングステン酸化物粒子に変化する。そして、還元処理工程を経た複合タングステン酸化物粒子の[001]入射からのSTEM-HAADF像におけるW原子のZコントラストにおける暗部は、上述の異相やW原子の欠損の痕跡と推定される。
 一方、後述する比較例1で示すように、原料をエアロゾル化することなく、還元雰囲気下で上記実施例1に比べて長い時間加熱して複合タングステン酸化物粒子を合成する場合、雰囲気や加熱条件を調整すると六方晶の単相の複合タングステン酸化物粒子が得られる。原料をエアロゾル化することなく調製した複合タングステン酸化物粒子は、比較例1の評価結果である図9Bに示されるように、[001]入射からのSTEM-HAADF像を観察してもW原子のZコントラストにおける暗部を確認することはほぼない。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、該複合タングステン酸化物粒子についての、[110]入射からのSTEM-HAADF像(プリズム面)において、c軸に垂直な方向に欠損面を有することもできる。
 上記欠損面は、W原子の欠損により生じる。さらには、c軸方向にセシウム等のM元素の原子とW原子とが存在しない空間が存在することがある。
 図12A、図12Bは、実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子についての、[110]入射からのSTEM-HAADF像である。図12Aでは、c軸に垂直方向に長さ約30nmのW原子の欠損に起因する基底面の欠損である欠損面121が存在することが確認された。また、c軸方向に長さ約3nmのCs原子とW原子が存在しない空間122が存在することが確認された。
 図12Bは図12Aを拡大した図である。基底面の欠損である欠損面121およびc軸方向に沿ったCs、Wの存在しない空間122は、熱処理工程においてCs、W原子が結晶内を再配列した際に、結晶化した領域の界面として残留したと考えられる。
 さらに、c軸に垂直方向に長さ約30nmのW原子の欠損に起因する欠損面121を挟んで、1/4周期で結晶構造がずれた歪んだ構造あることが確認された。図13は、図12A、図12BのW原子とCs原子の配置を模式的に示した図である。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子では、上述の通り、還元処理工程の前のW原子の欠損の痕跡と推定される[001]入射からのSTEM-HAADF像におけるW原子のZコントラストにおける暗部が観察される。合成される過程の還元処理工程の前における本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、多量のW原子の欠損を含んでいることを確認できる。このW原子の欠損箇所はCs過剰領域となっており、六方晶以外の異相の形成に寄与する。そして、還元処理工程でW原子の再配列が生じ、六方晶構造を取る際に、c軸に垂直な方向に欠損面、すなわち基底面(001)の欠損が生じることがある。これらの欠損が存在することで、還元処理工程での六方晶構造を維持するW原子の再配列が進むものと考えられる。六方晶を維持しようとするW原子の再配列の過程で、プリズム面にW原子の欠損(欠損面)を生じさせて、欠損が生じていない箇所における六方晶構造を維持するものと考えられる。
 上述の通り、六方晶の複合タングステン酸化物において、理論上、z/y=3の時、x/yの値が0.33となることで、M元素が最も多く配置されると考えられる。なお、上記説明や、以下の説明におけるx、y、zは既述の複合タングステン酸化物粒子の一般式中のx、y、zを意味する。W元素に対するM元素の物質量比は、0.20≦x/y≦0.37の範囲であり、0.25≦x/y≦0.37が好ましく、0.30≦x/y≦0.36がより好ましい。M元素の物質量比が0.20≦x/y≦0.37の範囲であれば、W原子の再配列で、プリズム面に欠損を生じさせることはあっても、六方晶構造を維持しつつ、赤外線吸収特性に優れた複合タングステン酸化物粒子とすることができる。x/yが例えば0.20未満の場合のように、M元素が少ないと六方晶構造を形成しにくく、六方晶構造を形成したとしても、W原子の5d軌道に供給される自由電子が少なく、赤外線吸収特性が劣ることとなる。
 一方、W元素に対するM元素の物質量比(x/y)が0.37より大きい場合は、M元素が過剰となり、プリズム面のほか、基底面にもW原子の欠損が多く発生し、また、六方晶以外にもパイロクロア相などの異相が生じ、赤外線吸収特性が劣ることになる。基底面でのこの欠損は、(001)方向の長さが10nm以上の面状または帯状の欠損である。
 本発明の発明者の検討によれば、W元素に対するM元素の物質量比(x/y)が0.37より大きい複合タングステン酸化物粒子の[001]入射からのSTEM-HAADF像(基底面の像)では、帯状の欠損として観察される。この帯状の欠損は、c軸に平行なW原子の面状の欠損である。この現象は、M元素の原子の数がW原子の数に対して過剰なため生じる現象である。過剰なM元素の原子に起因してW原子の再配列の過程で六方晶の他、パイロクロア相などの異相が発生するほか、複合タングステン酸化物粒子の基底面にも、長さ10nmを超える帯状のW原子の欠損が発生する。長さ10nm以上のW原子の欠損領域が形成されると欠損領域が周期的に形成されはじめ、パイロクロア相等の異相が安定化すると考えられる。
 なお、工業的に本実施形態の複合タングステン酸化物粒子を合成する場合、後述する原料調製工程でM元素源とW元素源の配合に偏りが生じることがある。この場合、一部でM元素とW元素の物質量比(x/y)が0.37より大きくなり、得られた複合タングステン酸化物粒子の一部の粒子の基底面に長さ10nmを超える帯状のW原子欠損が生じている場合がある。しかし、このような欠損が生じた粒子の占める個数割合が20%未満なら、赤外線吸収特性が劣ることはない。
(4)複合タングステン酸化物粒子のXPSによる評価について
 赤外線を吸収する複合タングステン酸化物粒子のW原子は酸素空孔に起因するW5+と、W6+の電子状態をとる。そして、XPSスペクトルのW原子の4f軌道の強度をW6+とW5+に起因する強度に分離することで、酸化状態について評価できる。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の一例である実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子は、XPSスペクトルを分離することで、比較例1に挙げた固相法で合成した複合タングステン酸化物粒子よりも酸化状態が進んでいることを確認できる。
 図14Aは、実施例1に係るセシウムタングステン複合酸化物粒子のXPSによるW原子の4fプロファイルである。また、図14Bは、比較例1に係るセシウムタングステン複合酸化物粒子のXPSによるW原子の4fプロファイルである。
 六方晶のセシウムタングステン複合酸化物では、W6+は、束縛エネルギー34eV~36eVの範囲に4f7/2のピークと、束縛エネルギー36eV~38eVの範囲に4f5/2のピークと、を有する。W5+は、束縛エネルギー32eV~34eVの範囲に4f7/2のピークと、束縛エネルギー35eV~37eVの範囲に4f5/2のピークと、を有する。
 この知見を基に、W4f7/2とW4f5/2のピーク間隔を2.18eVに、ピーク面積比を0.75に固定し、ガウス分布やローレンツ分布を当てはめて最小二乗法で測定されたプロファイルにフィッティングすることで、XPSのピーク分離を実施できる。XPSのW6+とW5+との強度の合計に対するW5+の占める強度の割合を知ることで、複合タングステン酸化物粒子のW原子の酸化状態が分かる。なお、ピーク分離に際しては、プロファイルのバックグラウンドを除去し、W4f7/2とW4f5/2の半値幅を一致させた。
 実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子は、W6+とW5+強度の合計に対するW5+の占める割合が24.9%であるの対し、比較例1に係る複合タングステン酸化物粒子は、25.96%であった。XSPのW6+とW5+強度の分離により、図14Aにプロファイルを示した実施例1の複合タングステン酸化物粒子は、図14Bに示した比較例1の複合タングステン酸化物粒子よりもW5+の割合が少なく、すなわちW6+の割合が多いので、より酸化が進んでいることを意味する。
 実施例1において、W5+が少なく、酸化が進んでいる理由は、図7A、図7Bもしくは図12A、図12Bに示したようにc軸方向もしくは基底面方向に形成したW欠損の存在により結晶中のW原子は酸素と結合して安定化したためと推察される。
 上記例は一例ではあるが、既述のように、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、原料をエアロゾル化した後、熱処理等を行って製造することができる。係る原料のエアロゾル化を伴った製造方法により製造した複合タングステン酸化物粒子は、従来から知られている固相法で合成し、粉砕等して得られた複合タングステン酸化物粒子よりも酸化が進んでいる傾向を有する。
(5)複合タングステン酸化物粒子の局在表面プラズモン吸収、ポーラロン吸収のピーク分離および積算強度
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子では、酸化状態が、光学特性に影響している。複合タングステン酸化物粒子の分散液の分光光度計による吸光曲線からモル吸光係数曲線を検討する。吸光曲線での吸光の原因は、粒子の局在表面プラズモン吸収とポーラロン吸収であり、これらの吸収が合わさった結果、吸光曲線となる。
 複合タングステン酸化物の場合、局在表面プラズモン吸収は、c軸に対する異方性を示す。具体的には、複合タングステン酸化物粒子の場合、局在表面プラズモン吸収は、c軸に垂直な方位の局在表面プラズモン共鳴の吸収(LSPR⊥)と、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン共鳴の吸収(LSPR//)とがある。
 すなわち、複合タングステン酸化物粒子では、c軸に垂直な方位(垂直方向)の局在表面プラズモン共鳴による吸収(LSPR⊥)と、c軸に平行な方位(平行方向)の局在表面プラズモン共鳴のよる吸収(LSPR//)と、ポーラロン吸収との3つの吸収要素がある。このため、複合タングステン酸化物粒子のモル吸光係数曲線は、3つの吸収曲線に分離できる。
 具体的には、モル吸光係数曲線の横軸の波長をエネルギー(eV)に換算し、モル吸光係数曲線をミー散乱理論に基づいてガウス分布とローレンツ分布をフィッティングさせる。そして、c軸に垂直な方位の局在表面プラズモン共鳴による吸収(LSPR⊥)の吸収曲線と、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン共鳴のよる吸収(LSPR//)の吸収曲線と、ポーラロン吸収の吸収曲線と、に分離を行う。
 モル吸光係数曲線の分離作業で、c軸に垂直な方位の局在表面プラズモン共鳴による吸収(LSPR⊥)の吸収曲線、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン共鳴のよる吸収(LSPR//)の吸収曲線、ポーラロン吸収の吸収曲線を求めることで、ガウス分布やローレンツ分布の平均値(ピークとなるエネルギー(波長))が判明する。それぞれのガウス分布は、式(1)で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

 式(1)中、Aがピーク強度、bが平均値、Eがエネルギー、cが標準偏差を示す。
 ローレンツ分布は、以下の式(2)で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002

 式(2)中、Eがエネルギー、bが平均値、dは定数である。
 これらの関数を用いて0.5eV以上2.0eV以下(波長620nm以上2500nm以下)の吸収曲線を分離した結果を図15A、図15Bに示す。なお、近赤外線領域(波長780nm以上2500nm以下の領域)は0.5eV以上1.59eV以下である。
 図15Aに本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の一例である実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子のモル吸光係数曲線を示す。また、図15Bに従来から知られる固相法で合成し、粉砕して得られた複合タングステン酸化物粒子の一例である比較例1に係る複合タングステン酸化物粒子のモル吸光係数曲線を示す。表2に3つの吸収要素の吸収曲線のピーク位置、ピーク強度、曲線の積算強度を示す。さらに、モル吸光係数曲線の積算強度に対する3つの吸収要素の吸収曲線の積算強度の割合を表3に示す。
 図15A、図15Bは一例であり、各図のモル吸光係数曲線は例示であり、これらのモル吸光係数曲線に限定されないが、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、図15Aに示したモル吸光係数曲線と同様の傾向を示す。
 図15Aに示される実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子におけるc軸に垂直な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR⊥)の吸収曲線における吸収ピークは0.86eV(波長1435nm)であり、該吸収曲線の積算強度は96015.38[L・eV/(mol・cm)]である。
 図15Aに示したモル吸光係数曲線において、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR//)の吸収曲線における吸収ピークは1.20eV(波長1030nm)であり、該吸収曲線の積算強度は33042.00[L・eV/(mol・cm)]である。
 図15Aに示したモル吸光係数曲線において、ポーラロン吸収の吸収曲線における吸収ピークは1.26eV(波長985nm)であり、該吸収曲線の積算強度は12265.60[L・eV/(mol・cm)]である。
 図15Aに示したモル吸光係数曲線における3つの吸収曲線の積算強度の中で、ポーラロン吸収の吸収曲線の積算強度の割合は8.7%である。実施例1の複合タングステン酸化物粒子は、エアロゾル化した後、熱処理等を行って合成されており、従来から知られる固相法で合成される複合タングステン酸化物粒子と比較して、ポーラロン吸収の積算強度が減少している。
 一方、図15Bに従来から知られる固相法で合成し粉砕して得られた比較例1に係る複合タングステン酸化物粒子のモル吸光係数曲線を示す。図15Bに示したモル吸光係数曲線において、c軸に垂直な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR⊥)の吸収曲線における吸収ピークは0.80eV(波長1550nm)であり、該吸収曲線の積算強度は78843.30[L・eV/(mol・cm)]である。
 図15Bに示したモル吸光係数曲線において、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR//)の吸収曲線における吸収ピークは1.00eV(波長1240nm)であり、該吸収曲線の積算強度は20209.67[L・eV/(mol・cm)]である。
 図15Bに示したモル吸光係数曲線において、ポーラロン吸収の吸収曲線における吸収ピークは1.40eV(波長885nm)である、該吸収曲線の積算強度は31174.01[L・eV/(mol・cm)]である。
 図15Bに示したモル吸光係数曲線における3つの吸収曲線の積算強度の中で、ポーラロン吸収の吸収曲線の積算強度の割合は23.9%である。
 以上のポーラロン吸収の吸収曲線の積算強度の割合の比較から明らかなように、実施例1の複合タングステン酸化物粒子は、比較例1の複合タングステン酸化物粒子よりもポーラロン吸収が弱くなっている。このことは、実施例1の複合タングステン酸化物粒子の1.26eV(波長985nm)に出現するポーラロン吸収の吸収曲線のピーク値が、固相法で合成した複合タングステン酸化物の1.40eV(波長885nm)に出現するポーラロン吸収のピーク値よりも弱くなっていることからも示されている。
 さらに、実施例1の複合タングステン酸化物粒子は局在表面プラズモン共鳴による吸収である、LSPR⊥とLSPR//の吸収曲線の積算強度の割合がそれぞれ多くなっている。特に実施例1の複合タングステン酸化物粒子において、LSPR//の吸収曲線の積算強度の割合は、固相法で合成、粉砕して得られた比較例1の複合タングステン酸化物粒子におけるLSPR//の吸収曲線の積算強度の割合よりも多い。これらの吸収状態の違いが光学特性として表れる。
 ここで、3種類の各吸収曲線の積算強度は、0.5eV以上2.0eV以下(波長620nm以上2500nm以下)での積算強度である。上記範囲のc軸に垂直な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR⊥)とc軸に平行な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR//)とポーラロン吸収の3つの吸収要素の積算強度を対比することで、近赤外線領域(波長780nm以上2500nm以下)での3つの吸収要素の貢献を知ることができる。
 また、低エネルギー側からc軸に垂直方向の局在表面プラズモン共鳴、c軸に平行方向の局材プラズモン吸収、ポーラロン吸収の順にピークを持つ吸収が出現する。すなわちポーラロンに起因する吸収は、エネルギーの高い領域(近赤外線領域のうち短波長側)に出現する。
 複合タングステン酸化物粒子におけるポーラロンによる吸収は、粒子を構成する結晶中のW原子のW5+によるものであることが知られている。上述のXPSの結果の通り、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、酸素欠損に起因するW5+が少ないため、モル吸光係数曲線のピーク分離を行うと、ポーラロン吸収の占める割合が、従来から知られる複合タングステン酸化物粒子よりも少ない。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン吸収の吸収曲線の積算強度もしくはピーク値が、ポーラロン吸収の積算強度もしくはピーク値より高いことにより波長1000nm付近での赤外線の急激な吸収が発現する。すなわち、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、ポーラロン吸収に起因する波長800nm付近の光の吸収が弱いが、波長1000nm付近の赤外線を吸収する効果がある。これに対して、従来から知られる固相法で合成された複合タングステン酸化物粒子は、図15Bに示すようにc軸に平行な方位の局在表面プラズモン吸収の吸収曲線の積算強度もしくはピーク値よりも、ポーラロン吸収の吸収曲線の積算強度もしくはピーク値が高い。この違いが、透過光の色合いに現れ、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子によれば、分散液や、分散体とした場合に透過光をニュートラルな色調にできる。また、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、可視光透過性能と近赤外線遮蔽性能とに優れた特性を発揮できる。
 さらに、モル吸光係数曲線から、分散液での複合タングステン酸化物粒子で構成される粉末のモル吸光係数を知ることができる。本実施形態の複合タングステン酸化物粒子で構成される粉末のモル吸光係数は2600L/(mol・cm)以上が望ましく、2800L/(mol・cm)以上がさらに望ましい。
 従来から知られる複合タングステン酸化物粒子でも製造条件を調整することで、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン吸収の吸収曲線のピーク値よりもポーラロン吸収の吸収曲線のピーク値を低くすることができる。
 しかし、従来から知られる複合タングステン酸化物粒子でc軸に平行な方位の局在表面プラズモン吸収の吸収曲線のピーク値よりもポーラロン吸収の吸収曲線のピーク値を低くすると、モル吸光係数が2000L/(mol・cm)未満となる。赤外線吸収材料では、モル吸光係数が高いことが望ましく、モル吸光係数が高いことで、少量の赤外線吸収材料でも優れた赤外線遮蔽効果を発揮することができる。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、複合タングステン酸化物の結晶構造や電子状態に起因し、従来から知られる固相法で合成し粉砕して得られた比較例1に例示される複合タングステン酸化物粒子よりも赤外線吸収能に優れた複合タングステン酸化物粒子とすることができる。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子は、繊維の内部および表面から選択された1以上の場所に配置することで繊維に赤外線吸収の機能を付与できる。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子を溶媒に分散した分散液について、光の透過プロファイルを分光光度計により測定すると、波長500nm以上600nm以下の領域の透過率のピークを75%以上にしても、近赤外線領域の透過率のボトムを5%以下にできる。すなわち、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の分散液は、優れた赤外線遮蔽効果(赤外線吸収効果)を備える。このため、本実施形態の赤外線吸収繊維および繊維製品について、CCDカメラ等の撮像装置による盗撮防止機能を発揮するために必要となる複合タングステン酸化物粒子の添加量は、従来から知られる複合タングステン酸化物粒子を用いた場合よりも、抑制できる。
 さらに、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の分散液は、比較例1に示す複合タングステン酸化物粒子の分散液などと比較して波長800nm付近の赤い光も透過できる。このため、複合タングステン酸化物粒子を用いた赤外線吸収繊維の色調改善にも貢献できる。
[複合タングステン酸化物粒子の製造方法]
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法の概要を説明する。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法によれば、既述の複合タングステン酸化物粒子を製造できるため、既に説明した事項については説明を省略する。なお、ここでは複合タングステン酸化物粒子の製造方法の構成例を示しているに過ぎず、既述の複合タングステン酸化物粒子の製造方法が、以下の構成例に限定されるものではない。
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、直接的に粒子径が1μm以下の複合タングステン酸化物粒子を合成できる方法が望ましい。直接的に粒子径が1μm以下の複合タングステン酸化物粒子を合成できれば、粉砕や分散のダメージの影響が少ない微粒子、例えば粒子径800nm以下の複合タングステン酸化物粒子を得ることができる。
 直接的に粒子径1μm以下の複合タングステン酸化物粒子を合成する方法は、M元素源とタングステン元素源を含む原料のエアロゾルを電気炉や、火炎、プラズマに供給する熱処理工程を経て粒子を合成する製造方法が望ましい。
 そこで、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、以下の原料調製工程、エアロゾル形成工程、熱処理工程、還元処理工程を有することができる。
 原料調製工程では、M元素源と、タングステン元素源とを含有する原料を調製できる。
 エアロゾル形成工程では、原料調製工程で調製した原料をエアロゾル化できる。
 熱処理工程では、エアロゾル化した原料を反応場で熱処理できる。
 還元処理工程では、熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で還元処理できる。
(1)各工程について
 以下、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法の各工程について説明する。
(1-1)原料調製工程
 原料調製工程では、M元素源と、タングステン元素源(以下、「W元素源」とも記載する)と、を含む原料を調製できる。
 原料調製工程では、原料に含まれるM元素の物質量と、W元素の物質量との比が、目的とする複合タングステン酸化物粒子の組成に対応したものとなるように、原料を配合、調製できる。
 原料調製工程で調製する原料の状態は特に限定されず、液体でも粉末でも良く、噴霧等によりエアロゾルを形成できることが好ましい。なお、エアロゾルとは、気体中に浮遊する微小な液体または固体の粒子と周囲の気体の混合体を意味する。
 原料が液体の場合は、例えばM元素源とW元素源とを含む溶液を調製することで、原料を調製できる。
 また、予めM元素源を含む溶液と、W元素源を含む溶液とをそれぞれ用意しておき、原料調製工程で両溶液を混合し、原料である原料混合溶液とすることもできる。
 後述する熱処理工程へは、例えば原料を液滴の状態にして供給することもできる。この場合、該液滴を形成する液滴形成部(液滴形成手段)に供給する直前、もしくは液滴形成部内でM元素源を含む溶液と、W元素源を含む溶液とを混合し、原料調製工程を実施できる。そして、液滴形成部では、後述するエアロゾル形成工程を実施できる。
 例えば、M元素源を含む溶液とW元素源を含む溶液とを予め混合すると、ゲル化する等の問題がある場合には、上述のように両溶液を予め用意し、エアロゾル形成工程の直前で混合することが好ましい。エアロゾル形成工程の直前に原料調製工程を実施する場合、両溶液の濃度と両溶液の液滴形成部への送液速度を調整することで、原料中のM元素と、W元素の物質量比を所望の範囲に調整できる。
 上述のように、エアロゾル形成工程の直前に原料調製工程を実施する場合、エアロゾル形成工程と、原料調製工程とが明確に区別されている必要は無く、両工程は連続的に実施できる。
 上述のように原料調製工程において、M元素源を含む溶液と、W元素源を含む溶液とを混合する場合、混合する具体的な方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。
 W元素源としては特に限定されず、タングステンを含有する原料であればよく、タングステン単体や、タングステン化合物等が挙げられる。W元素源としては、タングステンの塩等を用いることができ、例えばヘキサカルボニルタングステンを好ましく用いることができる。ヘキサカルボニルタングステンは、例えばW(CO)と表すことができる。また、W元素源を含む溶液としては、取扱いの容易さ等から、W元素源を含む有機溶液を好適に用いることができる。
 M元素源についても特に限定されず、M元素を含有する原料であればよく、M元素単体や、M元素含有化合物等が挙げられる。M元素源を含む溶液としては、例えばM元素を含む塩の溶液を用いることができる。M元素源であるM元素の塩の種類は特に限定されないが、例えばM元素の炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができる。
 M元素源を含む溶液としては、取扱いの容易さ等から、M元素源を含むエタノール溶液を好適に用いることができる。
 例えば、M元素がセシウムの場合においても、M元素源の塩としては、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができるが、酢酸塩を特に好適に用いることができる。これは、酢酸セシウムのエタノールへの溶解が特に容易であるからである。
 なお、得られる複合タングステン酸化物中の1モルのタングステン元素に対する、M元素の割合、すなわちドープ量は、原料混合溶液を形成する際のW元素源と、M元素源との割合により決まる。このため、ドープ量は、例えばW元素源を含む溶液の濃度や、M元素源を含む溶液の濃度等により制御できる。
 W元素源を含む溶液に含まれるW元素源の濃度、すなわちW元素の塩等の濃度は特に限定されない。例えば、W元素源を含む溶液のタングステン濃度が0.001mol/L以上10mol/L以下であることが好ましく、タングステン濃度が0.01mol/L以上10mol/L以下であることがより好ましく、タングステン濃度が0.01mol/L以上1mol/L以下であることがさらに好ましい。これは、W元素源を含む溶液のタングステン濃度を0.001mol/L以上とすることで、単位時間当たりの複合タングステン酸化物粒子の生産量を十分に確保でき、例えばフィルター等で十分な量を回収することができ、生産性を高めることができるからである。また、W元素源を含む溶液のタングステン濃度を10mol/L以下とすることで、溶解したW元素源の再析出を抑制し、生成した粒子が凝集することを抑制し、例えば粒子径が1μmよりも大きい粗大な複合タングステン酸化物粒子が混入することを抑制できるからである。さらに、W元素源を含む溶液には、pH調整のための薬剤や、界面活性剤などの添加剤を添加することもできる。
 また、M元素源を含む溶液に含まれるM元素源の濃度についても特に限定されるものではなく、製造する複合タングステン酸化物粒子における所望の組成や、W元素源を含む溶液に含まれるW元素源の濃度等に応じて選択することができる。
 原料混合溶液には、W元素源を含む溶液や、M元素源を含む溶液以外にも任意の成分を添加できる。
 ここまで、原料が液体の場合を例に説明したが、原料は固体であっても良く、例えば粉末とすることもできる。原料が粉末の場合は、例えばM元素化合物の粉末とタングステン化合物の粉末を混合することで調製できる。また、例えば、M元素源を含む溶液にタングステン化合物粉末を加え撹拌し、乾燥などにより溶媒を除去した前駆体粉末を原料とすることもできる。
 原料が固体の場合、W元素源としては特に限定されず、タングステンの塩等を用いることができ、例えばHWOや、パラタングステン酸アンモニウムを好ましく用いることができる。
 HWOは、タングステン以外の元素が、H(水素)、O(酸素)であり、タングステン以外の元素は後述する熱処理工程において系外に排出される。このため、W元素源としてHWOを用いることで、不純物の混入を抑制した複合タングステン酸化物粒子を得ることができるため好ましく用いることができる。
 M元素源としては、例えばM元素を含む塩の粉末を用いることができる。M元素を含む塩の種類は特に限定されないが、例えばM元素の炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができる。
 例えば、M元素がセシウムの場合についても、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等から選択された1種類以上を用いることができるが、炭酸塩を特に好適に用いることができる。
(1-2)エアロゾル形成工程
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法では、原料調製工程で調製した原料をエアロゾルの状態として、熱処理工程に供給することが好ましい。具体的にはエアロゾルを酸素等のキャリアガスにより搬送し、熱処理工程に供することが好ましい。
 そこで、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、原料について、原料の液滴または粒子を含むエアロゾルとするエアロゾル形成工程を有することもできる。
 エアロゾル形成工程においてエアロゾルを形成する手段、方法は特に限定されず、原料の状態等に応じて選択できる。
 原料が液体の場合は、遠心アトマイザ等の各種アトマイザや二流体ノズルを用いてキャリアガスに向けて、原料である液体を噴霧することでエアロゾルを形成できる。また、液体に対して超音波照射を行うことで液滴を形成することもできる。
 原料が粉末の場合は、原料である粉末の分散状態を形成し、該粉末を気流中に供給する装置によりエアロゾルを形成できる。例えば回転するブラシや撹拌翼等の撹拌部と、撹拌部に原料を送りだすピストンやスクリューフィーダ等を含む粉末供給部とを含むエアロゾル形成装置によりエアロゾルを形成できる。粉末供給部から供給された原料の粉末は、撹拌部で粉末を構成する粒子に分散され、各粒子をキャリアガスに送り出すことで原料である粉末からエアロゾルを生成できる。撹拌部は、原料である粉末を粒子に分散できるように、ブラシや、撹拌翼の回転速度を選択でき、高速で回転させることが好ましい。
 エアロゾル形成工程で気体中に分散した液滴を形成する場合、形成する液滴のサイズは特に限定されないが、液滴の直径は100μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましい。液滴の直径を100μm以下とすることで、得られる複合タングステン酸化物粒子が粗粒化することを防ぎ、ナノメートルオーダーの複合タングステン酸化物粒子を得ることが可能になる。なお、エアロゾル形成工程で形成する液滴のサイズの下限値は特に限定されない。ただし、過度に小さい液滴を形成することは困難であり、生産性が低下する恐れがあることから、例えば1μm以上であることが好ましい。
 エアロゾル形成工程で気体中に分散した固体の粒子を形成する場合、粒子のサイズは特に限定されないが、粒子の直径は100μm以下であることが好ましく、10μm以下がより好ましく、3μm以下がさらに好ましい。粒子の直径を100μm以下とすることで、粒子の内部までより確実に熱処理を行うことが可能となる。粒子の直径は、既述の複合タングステン酸化物粒子の粒径と同様に測定できる。
(1-3)熱処理工程
 熱処理工程では、原料を熱処理して、原料から複合タングステン酸化物粒子に加工できる。熱処理は、原料を500℃以上の温度で熱処理できれば良く、熱源の構成は特に限定されない。このため、熱処理工程は、キャリアガスを用いて原料を、火炎中に導く方法や、管状の電気炉内に導く方法、プラズマに導く方法等により実施できる。火炎を用いる場合も、電気炉を用いる場合も、プラズマを用いる場合も熱処理温度は500℃以上とすることができる。500℃以上で熱処理を行うことで、原料に含まれる化合物が分解し、タングステンとM元素とが反応して複合タングステン酸化物が形成される。
 熱処理工程後に得られる複合タングステン酸化物粒子が適切なW原子の欠損や異相を含むことで、還元処理工程後に、W原子のZコントラストによる暗部を含む複合タングステン酸化物粒子を得ることができる。そこで、熱処理工程後に得られる複合タングステン酸化物粒子に、適切なW原子の欠損や異相が生じ、かつ還元処理工程後に、W原子のZコントラストが低下したスポットが確認される複合タングステン酸化物粒子が生じるように、熱処理温度等の条件を選択できる。このため、還元処理工程後に、所望の割合でW原子のZコントラストにおける暗部を含むように、予備試験等を行い、熱処理工程における原料の供給速度や、熱処理温度等を選択することが好ましい。なお、熱処理温度などの条件は、還元処理工程後に異相を低減、除去できるように選択することが好ましい。
 熱処理温度は、上記タングステンとM元素との反応を進行できればいいため、500℃以上であればよいが、550℃以上であることが好ましく、1000℃以上であることがより好ましい。熱処理温度の上限値は特に限定されないが、エネルギー消費量を抑制する観点からは、4000℃以下であることが好ましい。
 熱処理工程では、上述のように火炎を用いることができ、原料を、火炎を用いて熱処理できる。熱処理工程で火炎を用い、火炎の反応場の温度を調整することで、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径を選択できる。
 液体の原料をキャリアガスに噴霧して液滴とし、火炎中に該原料を導入して複合タングステン酸化物粒子を合成する場合、原料の液滴は、酸素ガスなどのキャリアガスにより火炎中を移動する。そして、原料の液滴は、火炎内部に搬送されると、原料のタングステン源とM元素源を含む有機溶媒が燃焼し、溶媒は燃焼反応により分解される。燃焼反応による生成熱がタングステンおよびM元素の分解反応に寄与し、火炎場の尾炎部にて冷却される過程において析出する。
 例えば、既述の様にW元素源としてはヘキサカルボニルタングステン等が、M元素源としてはM元素がセシウムの場合であれば酢酸セシウム等が挙げられ、これらの塩が熱処理工程において分解する。このとき、WはWOとして析出しやすい一方で、Csはモノマーとして酸化物を形成しにくく、一部、ナノサイズの粉末として析出できないままフィルターを通過して系外に排出される。
 そして、上記の場合、溶質部分の分解過程で、タングステンとM元素とが反応して、複合タングステン酸化物が形成される。
 熱処理工程で火炎を用いる場合、火炎の形成条件等は特に限定されないが、火炎は例えば酸素と炭化水素とを含む混合気体を用いて形成できる。酸素と炭化水素とを含む混合気体により火炎を形成することで、安定した温度の火炎を形成し、粒径等のばらつきを抑制した複合タングステン酸化物粒子を生成できる。
 火炎のサイズや、火炎の温度を調整する方法は特に限定されないが、例えば火炎に供給する混合気体中の酸素と、炭化水素等の可燃性気体との流量比を、可燃性気体の燃焼が可能な流量比としつつ、両気体の流量を調整することで行うことが好ましい。これは可燃性気体が、燃焼するために必要な酸素量を確保しつつ火力を調整することができるからである。
 例えば火炎を、酸素とプロパンとを含む混合気体を用いて形成している場合、混合気体中のプロパンと酸素の流量の体積比は、プロパン1に対し酸素を5以上8以下とし、プロパンの流量を0.5L/min以上2L/min以上の範囲とすることが好ましい。これはプロパンの流量を1とした場合に、酸素の流量を5以上とすることで、可燃性気体であるプロパンの燃焼を十分に促進できるからである。ただし、酸素の供給が過剰とならないように、プロパン1に対して、酸素を8以下供給することが好ましい。
 火炎の反応場等の熱処理温度は、得られる複合タングステン酸化物粒子の粒子径にも影響する。
 これは、生成した複合タングステン酸化物粒子の昇華に、火炎等の反応場における熱エネルギーが使われ、昇華により粒子が弾けて微細な粒子径の粒子が得られるためと推認される。
 熱処理させて得られた複合タングステン酸化物粒子は、例えばフィルターを用いて回収できる。
(1-4)還元処理工程
 熱処理工程を経て得られた粒子、具体的には複合タングステン酸化物粒子は、赤外線吸収特性を発現しない場合がある。そこで、本発明の発明者らが検討を行ったところ、熱処理工程を経て得られた複合タングステン酸化物粒子について還元処理を行う還元処理工程をさらに実施することで、複合タングステン酸化物粒子は、赤外線吸収特性を発現できることを見出した。
 このため、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、熱処理工程で得られた粒子を、還元性ガスを含む雰囲気下で還元処理する還元処理工程を有することもできる。具体的には例えば、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法は、熱処理工程の後に還元性ガスを含む雰囲気下で、400℃より高く700℃未満の範囲の温度で還元処理する還元処理工程を有することができる。
 還元処理の条件は特に限定されないが、還元処理後の複合タングステン酸化物粒子をX線回折パターンにより解析した場合に、還元処理工程の前後で結晶構造が変化せず、かつ金属のタングステン等が析出しないように還元処理の条件を選択することが好ましい。また、還元処理工程後の複合タングステン酸化物粒子が、所望の割合でW原子のZコントラストにおける暗部を含むように、還元処理の条件についても併せて選択することが好ましい。
 還元処理工程では、熱処理工程で得られた複合タングステン酸化物粒子を、還元性ガスを含む還元雰囲気下で昇温と降温を行うことで、すなわち熱処理を行うことで還元処理できる。
 還元処理工程の間、複合タングステン酸化物粒子は撹拌しても静置してもよく、還元処理工程での複合タングステン酸化物粒子の取り扱いは適宜選択できるが、金属のタングステンが析出しないように取扱い条件を選択することが好ましい。
 還元処理の温度(還元処理温度)は、400℃より高いことが好ましく、450℃以上とすることがより好ましく、500℃以上であることがさらに好ましい。
 還元処理の温度の上限値についても特に限定されないが、例えば700℃未満であることが好ましく、650℃以下であることがより好ましく、650℃未満であることがさらに好ましい。
 なお、原料が液体の場合、エアロゾル形成工程において、原料濃度を低下させると得られる粒子サイズは小径化する。小径化した粒子はより還元しやすくなるため、還元処理工程における温度を低下させることができる。還元処理工程では、室温から、還元処理の温度まで昇温後、再び室温まで降温することができる。
 還元条件は、得られる複合タングステン酸化物粒子の光学特性から、定めることができる。
 還元処理の温度を400℃より高くすることで複合タングステン酸化物粒子について還元処理を進め、赤外線吸収特性をより確実に発揮できる。また、700℃未満とすることで、複合タングステン酸化物粒子が金属タングステンに還元されることを抑制できる。
 還元雰囲気は、アルゴンなどの不活性ガスと、Hガス(水素ガス)等の還元性ガスとの混合ガスによる雰囲気とすることが好ましく、還元性ガスはHガスが望ましい。
 還元性ガスとしてHガスを用いる場合、還元雰囲気中のHガスの含有量は、適宜選択できるが、Hガスの含有量は、体積割合で0.1%以上10%以下の範囲が好ましく、2%以上10%以下の範囲がより好ましい。還元性ガスのみの雰囲気で還元すると、還元反応が過剰に進み金属のタングステンが析出することがあるので注意が必要である。
 還元処理工程の時間は、昇温から、降温までの全時間で30分以上とすることが望ましい。還元処理工程の時間の上限は特に限定されず、例えば過度に還元が進行しないように予備試験等を行い、選択することが好ましい。なお、ここでいう昇温から降温までの全時間とは、室温から昇温を開始し、還元処理温度に達した後、室温に冷却するまでの時間を意味する。なお、係る時間、複合タングステン酸化物粒子は、既述の還元雰囲気下に置かれていることが好ましい。
 このように還元処理工程を実施することで、熱処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について、目的としない異相を、目的とする複合タングステン酸化物相に変換させることができる。
(2)複合タングステン酸化物粒子の製造方法で好適に用いることができる装置について
(2-1)複合材料製造装置
 本実施形態の複合タングステン酸化物粒子の製造方法に好適に用いることができる複合材料製造装置の構成の一例について以下に説明する。
 図1は、本実施形態の複合材料製造装置10を模式的に表した図である。
 複合材料製造装置10は、原料となる溶液を入れた格納部11と、原料の液滴を形成し、併せて火炎を形成する二流体ノズル12と、形成した複合タングステン酸化物粒子を回収するフィルター14に接続された反応管13とを有する。原料となる溶液としては既に説明したが、M元素源とW元素源とを含む溶液が挙げられる。
 二流体ノズル12に原料の溶液とキャリアガスを供給してエアロゾルを形成できる(エアロゾル形成工程)。二流体ノズル12には例えば酸素と炭化水素とを供給し、あわせて火炎の反応場を形成しており、形成したエアロゾルは火炎内に供給し、熱処理を行うことができる(熱処理工程)。反応管13の周囲には冷却水の配管131が配置され、冷却水が循環している。反応管13に導入された複合タングステン酸化物粒子は、バグフィルターなどのフィルター14で回収される。
 また、キャリアガスの供給量の調整に最下流側にエジェクタ15を設けても良い。
 ここでは、原料の液滴を形成し、火炎を用いて熱処理を行い、複合タングステン酸化物粒子を形成する複合材料装置の構成例を示したが、係る形態に限定されず、原料は粉末等であっても良く、熱処理に用いる熱源は電気炉等であっても良い。
(2-2)還元処理装置
 還元処理装置では、既述の還元処理工程を実施することができる。
 還元処理装置は、既述の還元処理工程を実施できるように構成されていればよく、特に限定されない。例えば、既述の複合材料製造装置で得られた粒子である複合タングステン酸化物粒子を格納する容器と、該容器内に還元雰囲気とする混合ガスを供給するガス配管と、該容器を加熱する熱源を備えればよい。
 なお、容器内に還元雰囲気とする混合ガスを導入、排気し、被処理物である複合タングステン酸化物粒子を該混合ガスの気流下に置くこともできる。この場合には、係る気流を形成できるように、ガス配管として混合ガスの供給配管、および排気配管を設けておくことができる。
 また、容器内の複合タングステン酸化物粒子を撹拌する撹拌羽なども併用してもよい。
 図2は還元処理装置の一構成例を模式的に示した図であり、還元処理装置20の反応管21の中心軸を通る面での断面図を示している。
 還元処理装置20は、横型の管状炉であり、反応管21の一方の口21Aに図示しないガス導入管を、該管状炉の他方の口21Bに図示しないガス排気管を取り付けて用いることができる。そして、一方の口21A側から還元雰囲気とする混合ガスを供給することで、反応管21内を還元雰囲気とすることができる。
 反応管21の周囲にはヒーター22を設けておくことができ、複合タングステン酸化物粒子は、ボート等のセラミック製の容器23に入れ、管状炉の反応管21内のヒーター22に対応した位置に配置できる。
 係る還元処理装置20を用い、反応管21内を還元雰囲気とし、ヒーター22により所望の温度に加熱することで、容器23に入れられた複合タングステン酸化物粒子24の還元処理を行うことができる。
[赤外線吸収粒子分散液]
 次に、本実施形態の赤外線吸収繊維を製造する際に用いることができる赤外線吸収粒子分散液の一構成例について説明する。
 本実施形態の赤外線吸収粒子分散液は、赤外線吸収粒子と、液状媒体とを含むことができる。そして、赤外線吸収粒子として、既述の複合タングステン酸化物粒子を用いることができる。
 液状媒体としては、例えば水、有機溶媒、油脂、液状樹脂、液状可塑剤から選択された1種類以上を用いることができる。すなわち、例えば図3に示した様に、本実施形態の赤外線吸収粒子分散液30は、赤外線吸収粒子31と、液状媒体32とを含むことができる。赤外線吸収粒子分散液は、液状媒体に、赤外線吸収粒子が分散された構成を有することが好ましい。
 なお、図3は模式的に示した図であり、本実施形態の赤外線吸収粒子分散液は、係る形態に限定されるものではない。例えば図3において赤外線吸収粒子31を円で表し、球状の粒子として記載しているが、既述の複合タングステン酸化物粒子である赤外線吸収粒子31の形状は係る形態に限定されるものではなく、任意の形状を有することができる。赤外線吸収粒子31は例えば表面に被覆等を有することもできる。赤外線吸収粒子分散液30は、赤外線吸収粒子31、液状媒体32以外に、必要に応じてその他添加剤を含むこともできる。
 液状媒体としては、既述の様に、水、有機溶媒、油脂、液状樹脂、液状可塑剤から選択された1種類以上を用いることができる。
 有機溶媒としては、アルコール系、ケトン系、エステル系、炭化水素系、グリコール系など、種々のものを選択することが可能である。具体的には、イソプ口ピルアルコール、メタノール、エタノール、1-プ口パノール、ブタノール、ペンタノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール、1-メトキシ-2-プ口パノールなどのアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルブ口ピルケトン、メチルイソブチルケトン、シク口ヘキサノン、イソホ口ンなどのケトン系溶媒;3-メチルーメトキシ-プ口ピオネ一卜、酢酸n-ブチルなどのエステル系溶媒;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールイソプ口ピルエーテル、プ口ピレングリコールモノエチルエーテル、プ口ピレングリコールメチルエーテルアセテー卜、プ口ピレングリコールエチルエーテルアセテ一卜などのグリコール誘導体;ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセ卜アミド、N-メチル-2-ピ口リドンなどのアミド類;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;エチレンク口ライド、ク口ルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類等から選択された1種類以上を挙げることができる。もっとも、これらの中でも極性の低い有機溶媒が好ましく、特に、イソプ口ピルアルコール、エタノール、1-メトキシ-2-プ口パノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、プ口ピレングリコールモノメチルエーテルアセテー卜、酢酸n-ブチルなどがより好ましい。これらの有機溶媒は、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
 油脂としては例えば、アマニ油、ヒマワリ油、桐油等の乾性油、ゴマ油、綿実油、菜種油、大豆油、米糠油等の半乾性油、オリーブ油、ヤシ油、パーム油、脱水ヒマシ油等の不乾性油、植物油の脂肪酸とモノアルコールを直接エステル反応させた脂肪酸モノエステル、エーテル類、アイソパー(登録商標) E、エクソール(登録商標) Hexane、Heptane、E、D30、D40、D60、D80、D95、D110、D130(以上、エクソンモービル製)等の石油系溶剤から選択された1種類以上を用いることができる。
 液状樹脂としては、例えば液状アクリル樹脂、液状エポキシ樹脂、液状ポリエステル樹脂、液状ウレタン樹脂等から選択された1種類以上を用いることができる。
 液状可塑剤としては、例えばプラスチック用の液状可塑剤等を用いることができる。
 赤外線吸収粒子分散液が含有する成分は、上述の赤外線吸収粒子、および液状媒体のみに限定されない。赤外線吸収粒子分散液は、必要に応じてさらに任意の成分を添加、含有することもできる。
 例えば、赤外線吸収粒子分散液に必要に応じて酸やアルカリを添加して、当該分散液のpHを調整してもよい。
 また、上述した赤外線吸収粒子分散液中において、赤外線吸収粒子の分散安定性を一層向上させ、再凝集による分散粒径の粗大化を回避するために、各種の界面活性剤、カップリング剤等を分散剤として赤外線吸収粒子分散液に添加することもできる。
 当該界面活性剤、カップリング剤等の分散剤は用途に合わせて選択可能であるが、該分散剤は、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、およびエポキシ基から選択された1種類以上を官能基として有するものであることが好ましい。これらの官能基は、赤外線吸収粒子の表面に吸着して凝集を防ぎ、赤外線吸収粒子を用いて成膜した赤外線遮蔽膜中においても赤外線吸収粒子を均一に分散させる効果をもつ。分散剤は、上記官能基(官能基群)から選択された1種類以上を分子中にもつ高分子系分散剤がさらに望ましい。
 好適に用いることができる市販の分散剤としては、ソルスパース(登録商標)9000、12000、17000、20000、21000、24000、26000、27000、28000、32000、35100、54000、250(日本ルーブリゾール株式会社製)、EFKA(登録商標) 4008、4009、4010、4015、4046、4047、4060、4080、7462、4020、4050、4055、4400、4401、4402、4403、4300、4320、4330、4340、6220、6225、6700、6780、6782、8503(エフカアディティブズ社製)、アジスパー(登録商標) PA111、PB821、PB822、PN411、フェイメックスL-12(味の素ファインテクノ株式会社製)、DisperBYK (登録商標) 101、102、106、108、111、116、130、140、142、145、161、162、163、164、166、167、168、170、171、174、180、182、192、193、2000、2001、2020、2025、2050、2070、2155、2164、220S、300、306、320、322、325、330、340、350、377、378、380N、410、425、430(ピックケミ一・ジャパン株式会社製)、ディスパ口ン(登録商標) 1751N、1831、1850、1860、1934、DA-400N、DA-703-50、DA-725、DA-705、DA-7301、DN-900、NS-5210、NVI-8514L(楠本化成株式会社製)、アルフォン(登録商標) UC-3000 、UF-5022、UG-4010、UG-4035、UG-4070(東亞合成株式会社製)等から選択された1種類以上が、挙げられる。
 赤外線吸収粒子の液状媒体への分散処理方法は、赤外線吸収粒子を液状媒体中へ分散できる方法であれば、特に限定されない。この際、赤外線吸収粒子の平均粒径が800nm以下となるように分散できることが好ましく、1nm以上800nm以下となるように分散できることがより好ましい。
 赤外線吸収粒子の液状媒体への分散処理方法としては、例えば、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー、超音波ホモジナイザーなどの装置を用いた分散処理方法が挙げられる。その中でも、媒体メディア(ビーズ、ボール、オタワサンド)を用いるビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー等の媒体撹拌ミルで粉砕、分散させることが所望とする平均粒径とするために要する時間を短縮する観点から好ましい。媒体撹拌ミルを用いた粉砕-分散処理によって、赤外線吸収粒子の液状媒体中への分散と同時に、赤外線吸収粒子同士の衝突や媒体メディアの赤外線吸収粒子への衝突等による微粒子化も進行し、赤外線吸収粒子をより微粒子化して分散させることができる。すなわち、粉砕-分散処理される。
 赤外線吸収粒子の平均粒径は、上述のように1nm以上800nm以下であることが好ましい。これは、平均粒径が小さければ、光が散乱することを抑制することができ、可視光領域での意図しない光沢や、強度に波長依存性のある光散乱(レイリー散乱)による意図しない色調の発生を抑制することができるためである。
 また、本実施形態の複合タングステン酸化物粒子を繊維に練り込む工程で粗大な粒子が存在すると、紡糸の際に糸が切断されてしまう恐れがある。係る観点からも、複合タングステン酸化物粒子の粒径を低減することが好ましい。
 従って、赤外線吸収粒子は、平均粒径が800nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましく、100nm以下であることがさらに好ましく、30nm以下であることが特に好ましい。赤外線吸収粒子の平均粒径の下限値は特に限定されないが、例えば1nm以上とすることが好ましく、5nm以上とすることがより好ましく、10nm以上とすることがより好ましい。
 以上の理由から、赤外線吸収粒子の平均粒径は、1nm以上800nm以下とすることが好ましく、5nm以上200nm以下とすることがより好ましく、10nm以上200nm以下とすることがより好ましく、10nm以上100nm以下とすることがさらに好ましく、10nm以上30nm以下とすることが特に好ましい。
 本実施形態の赤外線吸収粒子分散液を用いて得られる、赤外線吸収繊維における赤外線吸収粒子の分散状態は、繊維への公知の添加方法を行う限り該分散液の赤外線吸収粒子の平均粒径よりも凝集することはない。
 本実施形態の赤外線吸収粒子分散液中の赤外線吸収粒子の含有量は特に限定されないが、例えば0.01質量%以上80質量%以下であることが好ましい。これは赤外線吸収粒子の含有量を0.01質量%以上とすることで十分な日射透過率を発揮できる、すなわち日射透過率を十分に抑制できるからである。また、80質量%以下とすることで、赤外線吸収粒子を分散媒内に均一に分散させることができるからである。
 本実施形態の赤外線吸収粒子分散液によれば、既述の複合タングステン酸化物粒子を含有するため、可視光透過性能と赤外線遮蔽性能とに優れた赤外線吸収粒子分散液とすることができる。また、本実施形態の赤外線吸収粒子分散液によれば、波長500nm以上600nm以下の領域の透過率のピークを75%以上としても、赤外線領域の透過率のボトムを5%以下にできる、優れた赤外線遮蔽効果を備える。さらに、本実施形態の赤外線吸収粒子分散液によれば、波長700nmで透過率50%以上、波長800nmで透過率30%以上を実現できる。
[赤外線吸収繊維]
 本発明に係る赤外線吸収繊維について説明する。
 図4に、本実施形態の赤外線吸収繊維の模式図を示す。図4は、赤外線吸収繊維40が有する繊維41の中心軸CAを通る面での断面図を模式的に示している。図4に示すように、本実施形態の赤外線吸収繊維40は、繊維41と、複合タングステン酸化物粒子42と、を含むことができる。
 複合タングステン酸化物粒子42の配置は特に限定されないが、複合タングステン酸化物粒子42は、例えば繊維41の表面41Aおよび内部41Bから選択された1以上の場所に配置できる。なお、図4は模式的に示した図であり、繊維41の表面41Aおよび内部41Bの両方に複合タングステン酸化物粒子42を配置した例を示しているが、係る形態に限定されない。複合タングステン酸化物粒子42は、繊維41の表面41Aおよび内部41Bのいずれか一方にのみ配置されていても良い。また、図4において複合タングステン酸化物粒子42を球状の粒子として記載しているが、複合タングステン酸化物粒子42の形状は係る形態に限定されるものではなく、任意の形状を有することができる。
 以下、本実施形態の赤外線吸収繊維が含有する部材について説明する。
(1)赤外線吸収繊維が含有する部材について
(1-1)繊維
(1-1-1)繊維の種類について
 本実施形態の赤外線吸収繊維が含有する繊維は、用途に応じて各種選択可能であり特に限定されない。繊維としては例えば、合成繊維、半合成繊維、天然繊維、再生繊維、無機繊維から構成される繊維群、および上記繊維群から選択された2種類以上の繊維の混紡、合糸、混繊による混合糸から選択された1種類以上を用いることができる。すなわち、上記繊維群から選択された繊維を用いることもでき、上記混合糸から選択された繊維を用いることもできる。
 中でも、赤外線吸収粒子を容易に繊維の内部等に含有させることや、保温持続性を考慮すると、繊維は合成繊維を含むことが好ましく、合成繊維から構成されていることがより好ましい。
 以下、各繊維について説明する。
(合成繊維)
 合成繊維としては、特に限定されないが、例えば、ポリウレタン繊維、ポリアミド系繊維、アクリル系繊維、ポリエステル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリエーテルエステル系繊維等から選択された1種類以上を用いることができる。
 ポリアミド系繊維としては、例えばナイロン、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン610、ナイロン612、芳香族ナイロン、アラミド等が挙げられる。
 アクリル系繊維としては、例えばポリアクリロニトリル、アクリロニトリル-塩化ビニル共重合体、モダクリル等が挙げられる。
 ポリエステル系繊維としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。
 ポリオレフィン系繊維としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等が挙げられる。
 ポリビニルアルコール系繊維としては、例えばビニロン等が挙げられる。
 ポリ塩化ビニリデン系繊維としては、例えばビニリデン等が挙げられる。
 ポリ塩化ビニル系繊維としては、例えばポリ塩化ビニル等が挙げられる。
 ポリエーテルエステル系繊維としては、例えばレクセ、サクセス等が挙げられる。
(半合成繊維)
 半合成繊維としては、例えばセルロース系繊維、タンパク質系繊維、塩化ゴム、塩酸ゴム等から選択された1種類以上を用いることができる。
 セルロース系繊維としては、例えばアセテート、トリアセテート、酸化アセテート等が挙げられる。
 タンパク質系繊維としては、例えばプロミックス等が挙げられる。
(天然繊維)
 天然繊維としては、例えば植物繊維、動物繊維、鉱物繊維等から選択された1種類以上を用いることができる。
 植物繊維としては、例えば綿、カポック、亜麻、大麻、黄麻、マニラ麻、サイザル麻、ニュージーランド麻、羅布麻、やし、いぐさ、麦わら等が挙げられる。
 動物繊維としては、例えば羊毛、やぎ毛、モヘヤ、カシミヤ、アルパカ、アンゴラ、キャメル、ビキューナ等のウール、シルク、ダウン、フェザー等が挙げられる。
 鉱物繊維としては、例えば石綿、アスベスト等が挙げられる。
(再生繊維)
 再生繊維としては、例えばセルロース系繊維、タンパク質系繊維、アルギン繊維、ゴム繊維、キチン繊維、マンナン繊維等から選択された1種類以上を用いることができる。
 セルロース系繊維としては、例えばレーヨン、ビスコースレーヨン、キュプラ、ポリノジック、銅アンモニアレーヨン等が挙げられる。
 タンパク質系繊維としては、例えばカゼイン繊維、落花生タンパク繊維、とうもろこしタンパク繊維、大豆タンパク繊維、再生絹糸等が挙げられる。
(無機繊維)
 無機繊維としては、例えば、金属繊維、炭素繊維、けい酸塩繊維等から選択された1種類以上を用いることができる。
 金属繊維としては、例えば金属繊維、金糸、銀糸、耐熱合金繊維等が挙げられる。
 けい酸塩繊維としては、例えばガラス繊維、鉱さい繊維、岩石繊維等が挙げられる。
(1-1-2)繊維の形状
 繊維の断面形状は、特に限定されないが、例えば、円形、三角形、中空状、偏平状、Y型、星型、芯鞘型等から選択された1種類以上が挙げられる。
 繊維への複合タングステン酸化物粒子の含有、配置形態は特に限定されない。例えば繊維の断面形状が芯鞘型の場合、複合タングステン酸化物粒子を繊維の芯部に含有しても、鞘部に含有してもかまわない。また、繊維の形状は特に限定されず、フィラメント(長繊維)であっても、ステープル(短繊維)であってもかまわない。
(1-2)複合タングステン酸化物粒子
 複合タングステン酸化物粒子については既に説明したため、説明を省略する。
 本実施形態の赤外線吸収繊維における、複合タングステン酸化物粒子の含有量は特に限定されず、赤外線吸収繊維に要求される特性等に応じて選択することができる。複合タングステン酸化物粒子の単位重量あたりの赤外線吸収能力は非常に高いので、ITOやATOと比較して、4分の1~10分の1程度の使用量でその効果を発揮する。
 本実施形態の赤外線吸収繊維は、複合タングステン酸化物粒子を、繊維の固形分に対して0.001質量%以上80質量%以下の割合で含有することができる。さらに、複合タングステン酸化物粒子添加後の繊維の重量や原料コストを考慮した場合は、本実施形態の赤外線吸収繊維は、例えば複合タングステン酸化物粒子を0.005質量%以上50質量%以下の割合で含有することがより好ましい。
 赤外線吸収繊維が、複合タングステン酸化物粒子を、繊維の固形分に対して0.001質量%以上の割合で含有することで、該複合タングステン酸化物粒子を含む生地が薄い場合でも、十分な赤外線吸収効果を得ることができる。また、複合タングステン酸化物粒子を、繊維の固形分に対して80質量%以下の割合で含有することで、赤外線吸収繊維を紡糸する際にフィルターへの目塞がりや糸切れ等による可紡性の低下をより確実に回避できる。また、複合タングステン酸化物粒子の上記含有量を80質量%以下とすることで、繊維の物性を損なうことをより確実に回避できる。
(1-3)添加剤、遠赤外線放射物質
 本実施形態の赤外線吸収繊維は、上記繊維と複合タングステン酸化物粒子とのみから構成することもできるが、さらに任意の成分を含有することもでき、例えば目的に応じて以下に説明する遠赤外線放射物質や、添加剤を含有することもできる。
(添加剤)
 本実施形態に係る赤外線吸収繊維は、当該繊維の性能を損なわない範囲内で、目的に応じて、酸化防止剤、難燃剤、消臭剤、防虫剤、抗菌剤、紫外線吸収剤等を含有することもできる。
(遠赤外線放射物質)
 遠赤外線放射物質は遠赤外線を放射する能力を有する材料であり、粒子状であることが好ましい。すなわち遠赤外線放射物質としては、遠赤外線放射物質粒子を好適に用いることができる。
 遠赤外線放射物質は、繊維の表面、および内部から選択された1以上の場所に配置できる。
 遠赤外線放射物質としては、例えばZrO、SiO、TiO、Al、MnO、MgO、Fe、CuO等の金属酸化物、ZrC、SiC、TiC等の炭化物、ZrN、Si、AlN等の窒化物等から選択された1種類以上が挙げられる。
 複合タングステン酸化物粒子として、例えばセシウムタングステン酸化物を含む粒子が挙げられる。セシウムタングステン酸化物は、波長300nm以上3000nm以下の太陽光エネルギーを吸収する性質をもっており、特に波長900nm以上2500nm以下の領域付近の赤外線領域を選択的に吸収して、熱に変換、もしくは再輻射する。
 一方、遠赤外線放射物質の粒子は、赤外線吸収材料であるセシウムタングステン酸化物が吸収したエネルギーを受け取り、当該エネルギーを中・遠赤外線波長の熱エネルギーに転換、放射する能力を有している。例えば、ZrO粒子は、このエネルギーを波長2000nm以上20000nm以下の熱エネルギーに転換、放射する。従って、当該遠赤外線を放射する能力を有する遠赤外線放射物質と、複合タングステン酸化物粒子とが、繊維の内部や表面で共存することにより、複合タングステン酸化物粒子に吸収された太陽光エネルギーが繊維内部・表面で効率良く消費され、より効果的な保温がなされる。
 赤外線吸収繊維における遠赤外線放射物質の含有量は特に限定されず、赤外線吸収繊維に要求される性能等に応じて選択できる。
 本実施形態の赤外線吸収繊維は、遠赤外線放射物質を、例えば繊維の固形分に対して0.001質量%以上80質量%以下の割合で含有することが好ましい。
 これは、遠赤外線放射物質の上記含有割合を0.001質量%以上とすることで、赤外線吸収繊維を含む生地が薄くても十分な熱エネルギー放射効果を得ることができるからである。また、遠赤外線放射物質の上記含有割合を80質量%以下とすることで、赤外線吸収繊維について、紡糸する際にフィルターへの目塞がりや糸切れ等により可紡性の低下をより確実に回避できるからである。
(2)赤外線吸収繊維の製造方法
 本実施形態の赤外線吸収繊維の製造方法について説明する。本実施形態の赤外線吸収繊維の製造方法によれば、既述の赤外線吸収繊維を製造できるため、既に説明した事項については説明を省略する。
 本実施形態の赤外線吸収繊維の製造方法は、繊維と複合タングステン酸化物粒子とを含有する赤外線吸収繊維を調製する赤外線吸収繊維製造工程を有することができる。
 複合タングステン酸化物粒子、繊維については既に説明したため、ここでは説明を省略する。
 赤外線吸収繊維製造工程では、具体的には例えば、繊維の表面、および内部から選択された1以上の場所に複合タングステン酸化物粒子を配置できる。
 繊維の表面および内部から選択された1以上の場所へ、複合タングステン酸化物粒子を配置する方法は特に限定されない。例えば、以下の(a)~(d)のいずれかの方法を用いることができる。
(a)合成繊維の原料ポリマーへ、複合タングステン酸化物粒子を直接混合して紡糸する方法。
(b)あらかじめ原料ポリマーの一部へ複合タングステン酸化物粒子を高濃度に含有せしめたマスターバッチを製造し、マスターバッチを紡糸時に所定の濃度に希釈調整してから紡糸する方法。
(c)複合タングステン酸化物粒子を、原料モノマーまたはオリゴマー溶液中に分散させた分散溶液を予め調製する。そして、該分散溶液を用いて目的とする原料ポリマーを合成すると同時に、複合タングステン酸化物粒子を原料ポリマー中に分散せしめた後、紡糸する方法。
(d)あらかじめ紡糸して得られた繊維の表面へ、複合タングステン酸化物粒子を、結合剤などを用いて付着させる方法。
 ここで、上記(a)~(d)の方法について、具体的に例を挙げてさらに説明する。
(a)の方法:
 繊維としてポリエステル繊維を用いる場合を例に説明する。
 まず熱可塑性樹脂であるポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットに複合タングステン酸化物粒子分散液を添加し、ブレンダーで均一に混合した後、溶媒を除去する。当該溶媒を除去した混合物を二軸押出機で溶融混練することで、複合タングステン酸化物粒子を含有するマスターバッチを得る。得られたマスターバッチを樹脂の溶融温度付近で溶融混合し、例えば公知の各種方法により紡糸することで赤外線吸収繊維を製造できる。
 なお、上記マスターバッチの製造方法は特に限定されない。例えば、まず複合タングステン酸化物粒子分散液と、熱可塑性樹脂の粉粒体またはペレットと、必要に応じて他の添加剤とを、混練機を使用して溶剤を除去しながら溶融混合することで、熱可塑性樹脂に複合タングステン酸化物粒子を分散したマスターバッチを調製できる。
 混練機としては特に限定されないが、例えばリボブレンダー、タンブラー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、プラネタリーミキサー等の混合機、およびバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、ニーダールーダー、一軸押出機、二軸押出機等から選択された1種類以上を用いることができる。
 樹脂中に複合タングステン酸化物粒子を分散した混合物の調製方法は上記形態に限定されない。
 例えば、複合タングステン酸化物粒子分散液を調製後、まず当該分散液の分散媒を公知の方法で除去する。そして、分散媒を除去することで得られた粉末と、熱可塑性樹脂の粉粒体またはペレットと、必要に応じて他の添加剤と、を均一に溶融混合し、熱可塑性樹脂に複合タングステン酸化物粒子を分散した混合物を製造することもできる。この他、熱可塑性樹脂に複合タングステン酸化物粒子を分散した混合物の製造には、複合タングステン酸化物粒子を、直接、熱可塑性樹脂へ添加し、溶融混合する方法を用いることもできる。
 上述した方法により得られた複合タングステン酸化物粒子と、熱可塑性樹脂との混合物を、ベント式一軸もしくは二軸の押出機で混練し、ペレット状に加工することにより、赤外線吸収粒子を含むマスターバッチを得ることができる。
 このマスターバッチと、複合タングステン酸化物粒子無添加のポリエチレンテレフタレートよりなるマスターバッチの目的量とを、樹脂の溶融温度付近で溶融混合し公知の方法にしたがって紡糸する。
(b)の方法:
(a)と同様の方法などを活用して、複合タングステン酸化物粒子を含有するマスターバッチを作製する。そして、該マスターバッチと、複合タングステン酸化物粒子無添加のポリエチレンテレフタレートよりなるマスターバッチとを、所望の混合比となるように、樹脂の溶融温度付近で溶融混合し公知の方法に従って紡糸することで、赤外線吸収繊維を製造できる。
(c)の方法:
 例えば、繊維としてウレタン繊維を用いる場合を例に説明する。
 複合タングステン酸化物粒子を含有した高分子ジオールと有機ジイソシアネートとを、二軸押出機内で反応させてイソシアネート基末端プレポリマーを合成した後、ここへ鎖伸長剤を反応させてポリウレタン溶液(原料ポリマー)を製造する。当該ポリウレタン溶液を各種公知の方法に従って紡糸することで赤外線吸収粒子を製造できる。
(d)の方法:
 例えば、天然繊維の表面に複合タングステン酸化物粒子を付着させる場合を例に説明する。
 まず複合タングステン酸化物粒子と、アクリル、エポキシ、ウレタン、ポリエステルから選択された1種類以上のバインダー樹脂と、水などの溶媒と、を混合した処理液を調製する。
 次に、調製された処理液に天然繊維を浸漬させるか、調製された処理液をパディング、印刷またはスプレー等により当該天然繊維へ含浸させ、乾燥する。これにより、当該天然繊維に複合タングステン酸化物粒子を付着させることができる。そして(d)の方法は、上述した天然繊維の他、合成繊維、半合成繊維、再生繊維、無機繊維、または、これらの混紡、合糸、混繊等のいずれにも適用することができる。
 なお、上述の(a)~(d)の方法を実施する際に用いることができる、複合タングステン酸化物粒子分散液の調製方法は特に限定されず、例えば、赤外線吸収粒子分散液で既述の方法により調製できる。
 また、複合タングステン酸化物粒子分散液の分散媒は特に限定されるものではなく、混合する繊維に合わせて選択可能であり、例えば、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、芳香族化合物などの一般的な各種有機溶媒や、水等を好適に用いることができる。
 複合タングステン酸化物粒子を繊維やその原料となるポリマー等に付着、混合させる際には、複合タングステン酸化物粒子の分散液を、繊維やその原料となるポリマーに直接混合することもできる。また必要に応じて、複合タングステン酸化物粒子分散液に酸やアルカリを添加してpHを調整しても良いし、複合タングステン酸化物粒子の分散安定性を一層向上させるために、各種の界面活性剤、カップリング剤などを添加しても良い。
 以上に説明したように、本実施形態に係る赤外線吸収繊維は、赤外線吸収成分として複合タングステン酸化物粒子を繊維に含有する。本実施形態に係る赤外線吸収繊維は、複合タングステン酸化物粒子の含有量が少量であっても太陽光などからの近赤外線を効率良く吸収し、熱に変換するので、複合タングステン酸化物粒子の含有量が少なくても保温性に優れた繊維を提供することを可能とした。また、本実施形態に係る赤外線吸収繊維は、複合タングステン酸化物粒子の含有量を少なくできるため、繊維製品の意匠性を損なうことがなく、強度や伸度などの繊維の基本的な物性を損なうことも回避できる。この結果、本実施形態に係る繊維は、保温性を必要とする防寒用衣料、スポーツ用衣料、ストッキング、カーテン等の繊維製品やその他産業用繊維製品等の種々の用途に使用することができる。さらに、本実施形態に係る赤外線遮蔽繊維構造物を衣類に用いた場合、自然光に含まれる赤外線の人体の肌に届く量を低減できるため、肌へのダメージを低減することができる。本実施形態の繊維製品をカーテンとして使用し、建築物などの窓に配すれば、カーテンが太陽光に含まれる赤外線を吸収し、赤外線遮蔽機能を持つカーテンとなるので、窓に入射する日射の赤外線を遮蔽することとなり、夏季の室温の上昇も抑制できる。
 さらに、本実施形態の赤外線吸収繊維によれば、赤外線吸収粒子である複合タングステン酸化物粒子の含有量が少なくても赤外線吸収性能に優れるため、赤外光による透過や反射を防止し、いわゆる盗撮を防止しつつも、繊維の風合いを損ねることを防止できる。従って、いわゆる盗撮防止用の赤外線吸収繊維として、各種用途に用いることができる。
[繊維製品]
 本実施形態の繊維製品は、既述の赤外線吸収繊維を加工してなり、既述の赤外線吸収繊維を含むことができる。なお、本実施形態の繊維製品は既述の赤外線吸収繊維から構成することもできる。
(1)CCDカメラに対する本実施形態の繊維製品の盗撮防止機能
 本実施形態の赤外線吸収繊維を用いた生地や該生地を用いた衣料である繊維製品は、単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子、例えばセシウムタングステン複合酸化物の含有量が0.08g/m以上であれば、日本紡績協会試験(ボーケン規格「BQE A 033」)の赤外線による盗撮(CCDカメラによる透視)防止を行うことができる。
 本実施形態の赤外線吸収繊維を用いた繊維製品(赤外線遮蔽繊維構造物)は、CCDカメラによる盗撮防止機能を備える観点から、複合タングステン酸化物粒子の単位面積当たりの含有量は、上述のように0.08g/m2以上にでき、好ましくは0.15g/m2以上であり、更に好ましくは0.20g/m2以上である。本実施形態の繊維製品の複合タングステン酸化物粒子の単位面積当たりの含有量の上限値は特に限定されないが、例えば4.5g/m2以下にできる。
 従って、本実施形態の繊維製品の複合タングステン酸化物粒子の単位面積当たりの含有量は、0.08g/m2以上4.5g/m2以下にでき、好ましくは0.15g/m2以上4.5g/m2以下であり、更に好ましくは0.20g/m2以上4.5g/m2以下である。
 本実施形態の繊維製品の単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の含有量が0.08g/m2以上であれば、赤外線領域(波長800nm~1300nm)における繊維製品の平均反射率を65%以下にすることができる。本実施形態の繊維製品の平均反射率が65%以下ならば、本実施形態の繊維製品を織物や編物にして用いた衣類において、赤外線による盗撮(CCDカメラによる透視)を防止することができる。本実施形態の繊維製品の平均反射率は60%以下がより好ましく、55%以下がさらに好ましい。
 本実施形態の繊維製品の平均反射率は、複合タングステン酸化物粒子の単位面積当たりの含有量により選択できる。例えば、本実施形態の繊維製品の単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の含有量を0.15g/m2以上にすることで、繊維製品の平均反射率を60%以下にできる。また、本実施形態の繊維製品の単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の含有量を0.20g/m2以上にすることで、繊維製品の平均反射率を55%以下にできる。
 本実施形態の繊維製品の単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の含有量が4.5g/m2を超えると、平均反射率は0.07%よりも低くなるが、より低い平均反射率にしても赤外線による盗撮防止の効果はそれ以上向上しない。このため、本実施形態の繊維製品の単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子における含有量は、上記のように、4.5g/m2以下にすることができ、3.5g/m2以下であってもよい。単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の含有量が3.5g/m2で以下あれば、平均反射率は0.2%以下となり、赤外線による盗撮防止の効果が十分発揮される。但し、繊維製品の単位面積当たりに複合タングステン酸化物粒子を過剰に含む場合、繊維製品を染色する色彩によってはその発色を困難にすることがある。
 なお、複合タングステン酸化物粒子を含まない繊維製品の赤外線領域(波長800nm~1300nm)における平均反射率は、下記参考例で確認されるように77%であり、この平均反射率では、赤外線による盗撮(CCDカメラによる透視)が可能になってしまう。
 また、上記平均反射率とは、波長800nm以上1300nm以下の領域において、5nm間隔で、分光光度計で測定される繊維製品における反射率の平均値である。
 赤外線による盗撮(CCDカメラによる透視)を防止する解決策に関し、繊維製品の反射率に注目していることについて説明する。
 眼で物を見た場合、その物を認識できるのは、その物に照射された光が反射し、眼でその物の像を形成できるからであり、カメラで撮影される像も同様である。
 そして、繊維製品では、赤外線を吸収する複合タングステン酸化物粒子が繊維の表面および内部から選択された1以上の場所に含まれており、繊維製品に光が照射されると上記複合タングステン酸化物粒子が赤外線を吸収するため、赤外線領域の波長780nmを超える領域における反射率が低くなる。すなわち、本実施形態の繊維製品に照射された光成分の内、赤外線の反射率は下がっている。この結果、本実施形態の繊維製品をCCDカメラで撮影しようとしても、波長780nmを超える領域の反射率が下がっているため不鮮明な画像になる。
 なお、広く使われているCCDカメラの波長領域は400nm~1200nmであることが知られている。本実施形態の繊維製品では、照射された光成分の内、赤外線領域の波長780nmを超える領域の反射率が下がるので、赤外線による盗撮(CCDカメラによる透視)を防止することが可能となる。ここまで、赤外線による盗撮に用いる撮像装置として、CCDカメラを例に説明したが、本実施形態の繊維製品は赤外線を撮像できる撮像装置による盗撮はカメラの種類によらず防止できる。
 一方、本実施形態の繊維製品が含有する複合タングステン酸化物粒子の可視光線領域における光の吸収は、赤外線領域の波長780nmを超える領域における光の吸収に較べて僅かである。すなわち、本実施形態の繊維製品が含有する複合タングステン酸化物粒子の可視光線領域における光の吸収は少ないため、染色等により、繊維製品に自由に色彩を付与することができる。
 以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(1)評価方法
(1-1)粉末X線回折パターン
 複合タングステン酸化物粒子について、粉末X線回折装置(BRUKER D2 PHASER)を用い、粉末X線回折パターン(XRDパターン)の測定を行った。なお、線源としてはCuKα線を用い、管電圧45kV、管電流40mAとして粉末X線回折パターンの測定を行った。
(1-2)STEM像、HAADF像観察
 得られた複合タングステン酸化物粒子について、透過型電子顕微鏡を用いて観察を行った。日本電子製STEM(型式:JEM-ARM200F)を用いてhigh-angle angular dark-field images(HAADF)像も観察した。HAADF像での原子番号(Z)コントラストは粒子が有する原子の原子番号の2乗と原子の個数に比例する。重い原子が複数個積層するほど明るいコントラストを示すため、最も明るいコントラスト、および2番目に明るいコントラストがW、3番目に明るいコントラストがCsであり、Oは確認できないと考えられる。
 試料は分散法にて支持膜付Cuメッシュに戴置して観察した。
 観察の際、200kVの加速電圧で高角度散乱暗視野像(STEM-HAADF)を取得した。本観察像では、試料を透過した電子のうち、散乱角の大きな透過電子のみを検出して得られた像であり、上述のように組成の違いによるコントラストを得ることができる。なお、散乱角の大きさは原子番号(Z)の2乗に比例するため、原子番号が大きな元素ほど明るいコントラストとなる。実施例、比較例で調製した複合タングステン酸化物粒子の場合、CsおよびWをコントラストの違いにより識別することが可能である。
 評価に当たっては、Wの欠損箇所と非欠損箇所を判別するためにSTEM-HAADF像において、タングステンが配置されたスポット(点)であるタングステンカラム(Wカラム)におけるコントラスト強度の違いを利用することにした。Wが欠損していれば、該スポットにおいて、Zコントラストの最大値が減少する。
 観察されたSTEM-HAADF像のコントラストの評価、観察は、Gatan社製のDigital Micrograph(Version 3.43.3213.0)を用いて行った。観察データを本ソフトウェアで読み込み、該当箇所のコントラストをラインプロファイル機能により抽出した。
 STEM-HAADF像は、分散した複合タングステン酸化物粒子のうち、電子線による劣化を抑制するためにサイズが50nm以上の粒子を選択した。なお、観察する粒子を選択するために用いる粒子のサイズは、粒子を内部に含む最小包含円の直径とした。そして、W原子のZコントラストを明確に区別するために観察視野のサイズが20nm角以上50nm角以下となるようにして観察できる。
 図5に六方晶構造のCs-W-O化合物である六方晶Cs0.33WOの[001]入射方向での、すなわち(001)面での結晶構造を示す。W原子51のみが並ぶW/W列501と、W原子51とM元素53であるCs原子とが交互に並ぶW/Cs列502がそれぞれ配列している。なお、図中のa軸長、b軸長を示した両矢印で挟まれた領域Sが単位格子になる。紙面と垂直なc軸方向に向かってWカラムおよびCsカラムが存在しており、領域SあたりにWカラムは3列、Csカラムは1列存在する。
 STEM-HAADF像におけるタングステン原子のZコントラストにおける暗部の個数割合の算出に当たっては、まず図5に示した結晶構造を参考に、観察視野内におけるWカラムの数をカウントした。
 次いで、観察視野内の各WカラムのスポットのZコントラストの最大値を、上記ソフトウェアを用いて算出し、その平均値を求めた。また、観察視野内の各Wカラムのスポットのコントラストの最大値が、上記平均値の95%以下となっているスポットである暗部の数をカウントした。
 そして、観察視野内におけるWカラムの数に占める、観察視野内の暗部の数の割合を求めた。
(1-3)透過光プロファイル
 赤外線吸収粒子分散液の光学特性は、分光光度計(日立製作所株式会社製 U-4100)を用いて、波長200nm以上2600nm以下の範囲において5nmの間隔で透過光プロファイルを測定した。
(1-4)組成分析
 複合タングステン酸化物粒子が含有する各成分の割合は、以下の方法により評価した。
 Csの質量割合は偏向ゼーマン原子吸光光度計Polarized Zeeman atomic absorption spectroscopy(AAS、型式:ZA3300、株式会社日立ハイテック製)により1試料毎に3回測定した平均値とした。
 Wの質量割合はinductively-coupled plasma optical emission spectroscopy(ICP-OES、型式:ICPE-9800、株式会社島津製作所製)により1試料毎に3回分析した平均値とした。
 Oの質量割合は、酸素・窒素・水素分析装置(ON-836, LECO Japan Corp.,)により酸素検出用の赤外線検出器(infrared absorption spectroscopy(IRS))を用い、1試料毎に3回分析した平均値とした。
[実施例1]
(1)複合タングステン酸化物粒子の製造
 図1に示した複合材料製造装置10および図2に示した還元処理装置を用いて、複合タングステン酸化物粒子の製造を行い、評価を行った。以下、具体的な条件について説明する。
 複合材料製造装置10は、原料となる溶液であるW元素源とM元素源を含む溶液を入れた格納部11と、原料の液滴を形成し、併せて火炎を形成する二流体ノズル12と、形成した複合タングステン酸化物粒子を回収するフィルター14に接続された反応管13とを有する。
 二流体ノズル12への原料溶液の供給量は3g/minとした。また、キャリアガスである酸素の流量は、エジェクタ15により制御し、15L/minとした。エジェクタ15における空気流量が160L/min~180L/minの範囲内となるように制御した。
 二流体ノズル12による火炎の形成には、プロパンガスと、酸素ガスとを用い、プロパンガス流量を1.2L/min、酸素ガス流量を6.0L/minとした。
 原料としては、W元素源であるW(CO)をTHF(テトラヒドロフラン)に溶解した溶液(W元素源を含む溶液)と、M元素源である酢酸セシウムをエタノールに溶解した溶液(M元素源を含む溶液)との混合溶液を用い、格納部11に収容した。原料である混合溶液は、含まれるM元素であるCsの物質量(Cs)と、タングステン元素の物質量(W)との比であるCs/Wが0.37となるように調製した。
 格納部11から、二流体ノズル12に上記原料溶液とキャリアガスである酸素を供給してエアロゾルを形成した(エアロゾル形成工程)。
 二流体ノズル12には上述のように、プロパンガスと、酸素ガスとを供給し、火炎の反応場を形成しており、形成したエアロゾルは火炎内に供給し、熱処理を行った(熱処理工程)。
 熱処理工程では、熱処理工程後に得られる複合タングステン酸化物粒子に、適切なW原子の欠損や異相が生じ、かつ還元処理工程後に、W原子のZコントラストが低下したスポットが確認される複合タングステン酸化物粒子が生じるように、熱処理の条件を選択した。具体的には予め実施した試験結果に基づいて、熱処理条件を選択している。なお、熱処理工程は、原料を550℃以上の温度で熱処理している。
 熱処理工程で得られた複合タングステン酸化物粒子を、反応管13内に導入した。反応管13の周囲には冷却水の配管131が配置され、冷却水が循環している。反応管13に導入された複合タングステン酸化物粒子は、バグフィルターであるフィルター14で回収した。
 熱処理工程後に得られた複合タングステン酸化物粒子について、XRDパターンの評価を行った。
 図6に、得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンを示す。図6中、「As produced」として示したXRDパターン(A)が熱処理工程後の複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンである。六方晶Cs0.33WO(ICDD:81-1245)もしくは斜方晶Cs1135(ICDD:51-1891)から構成される結晶相と、少量の立方晶パイロクロア(CsO)0.44(ICDD:47-0566)相と同定された。少量の結晶相の同定にはリードベルト解析を用いた。
 さらに、図2に示した還元処理装置20を用いて還元処理を行った。
 図2に示すように、3体積%H/97体積%Arの気流下、反応管21の周囲にはヒーター22を設けておき、室温から500℃まで昇温し、容器23を置いた部分が還元処理温度に到達後、2時間保持し、その後室温まで冷却することで還元処理を行った(還元処理工程)。これにより、実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子である還元粒子を得た。
 図6に、得られた複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンを示す。図6中、「Heat treated」として示したXRDパターン(B)が還元処理工程後の複合タングステン酸化物粒子のXRDパターンである。得られたXRDパターンは、Cs0.33WOの回折ピークのみを含み、結晶系が六方晶であることを確認した。
 実施例1に係る還元処理工程後の複合タングステン酸化物粒子の既述の組成分析を行い、セシウムとタングステンとの物質量の比であるCs/W比を求めた。その結果、Cs/W比は仕込み組成の0.37から、0.34まで減少することを確認できた。しかし、0.34という値は理論組成比0.33よりも0.01多く、上記XRDパターン上は単相であるため、Cs欠損もほぼ存在しないと考えられる。
 また、複合タングステン酸化物粒子の組成分析を行ったところ、酸素と、タングステンとの物質量の比であるO/W比は2.841であることを確認できた。なお、以下の説明では、複合タングステン酸化物粒子について、XRDパターンでの評価にあわせてCs0.33WOと記載する。
(2)赤外線吸収粒子分散液の製造
 実施例1に係る還元処理工程後の複合タングステン酸化物粒子10質量%とアクリル系高分子分散剤(アミン価48mgKOH/g、分解温度250℃のアクリル系分散剤)10質量%と、トルエン80質量%とを秤量した。秤量した上記材料を、直径が0.05mmジルコニアビーズと共にペイントシェーカーに入れ、ペイントシェーカーを用いて100分間の分散処理を行い、実施例1に係る赤外線吸収粒子分散液であるCs0.33WO粒子分散液を得た。
 得られた実施例1に係る分散液内における複合タングステン酸化物粒子の平均粒径(透過型電子顕微鏡による測長)を測定すると、27.2nmであった。
 なお、複合タングステン酸化物粒子の平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて、3視野で観察し、算出した。具体的には、3視野で、合計600個以上700個以下の複合タングステン酸化物粒子の像を観察し、二値化したデータから、各粒子の面積を算出し、各粒子について円換算径を算出した。そして、評価を行った全ての複合タングステン酸化物粒子の粒径、すなわち円換算径の加算平均値を、平均粒径とした。
 実施例1に係るCs0.33WO粒子分散液を分取し、溶媒を除去して実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子であるCs0.33WO粒子を得た。
 実施例1に係る複合タングステン酸化物粒子であるCs0.33WO粒子のSTEM-HAADF像を図7A、図7Bに示す。図7Aに、粒子全体のSTEM-HAADF像を示している。また、図7Bに、図7Aに示した粒子中の四角形の領域71を拡大して観察した像を示す。図7Bに示すように、観察視野のサイズは、約20nm角となるように調整した。本粒子内にW原子のZコントラストの低い領域である暗部が15か所ほど確認された。本視野におけるタングステンカラムの数は、単位格子中に3カラムのタングステンカラムが存在することから、単位格子のサイズと視野の大きさとから、視野中に2249個のカラムが存在すると算出される。つまり、個数の割合としては0.67%のカラムにおいてW欠損が存在することになる。
 コントラストの低い箇所である暗部は、タングステンカラムのスポットのZコントラストの最大値が、平均値の95%以下に低下したスポットとした。
 図8A~図8Fに、実施例1における複合タングステン酸化物粒子のSTEM-HAADF像においるW欠損を含むラインプロファイルを示す。図8A~図8Fは、それぞれ、図7B中のラインL1~ラインL6でのラインプロファイルに当たる。
 同一ライン内においても粒子の厚みや電子線に対する傾き等の要因により、Zコントラストが異なる可能性があるが、視野内の各タングステンカラムのスポットのZコントラストの最大値を平均化することでW欠損のないバルク領域におけるW原子のZコントラスト強度とした。視野内の各タングステンカラムのスポットのZコントラストの最大値の平均値を基準として、平均値に対して、タングステンカラムのスポットのコントラストの最大値が95%以下になっている箇所をW欠損箇所とした。
 図8Aに示したラインL1では点P1においてそのZコントラストの最大値は平均値に対して89.1%に、点P2では88.4%まで低下しており、これらの点はW欠損箇所になる。
 図8Bに示したラインL2では、点P3~点P6のそれぞれにおいて、平均値に対して、Zコントラストの最大値は、89.3%、92.8%、93.2%、91.35%まで低下していた。
 図8Cに示したラインL3では点P7、点P8において、平均値に対して、Zコントラストの最大値は、86.95%、85.6%までそれぞれ低下した。
 図8Dに示したラインL4では点P9、点P10において、平均値に対して、Zコントラストの最大値は、89.2%、89.4%までそれぞれ低下した。
 図8Eに示したラインL5では点P11において、平均値に対して、Zコントラストの最大値は、88.6%まで低下した。
 図8Fに示したラインL6では点P12~点P15において、平均値に対して、Zコントラストの最大値は、94.0%、93.2%、93.4%、90.6%までそれぞれ低下した。
 図12Aは、実施例1に係る複合タングステン酸化粒子について、[110]から入射からのSTEM-HAADF像、すなわちプリズム面の像である。図12Aにはc軸に垂直な方向にW原子の欠損による欠損面121が生じている。該欠損は、基底面(001)面の欠損である。図12Bは、図12Aの該欠損面の拡大図である。該欠損に隣接しc軸方向に長さ約3nmのCs原子とW原子が存在しない空間122が存在することが確認された。これらの基底面の欠損である欠損面121およびc軸方向に沿ったCs、Wの存在しない空間122は、熱処理工程においてCs、W原子が結晶内を再配列した際に、結晶化した領域の界面として残留したためと考えられる。
 さらに、c軸に垂直方向に長さ約30nmのW原子の欠損に起因する欠損面121を挟んで、1/4周期で結晶構造がずれた歪んだ構造あることが確認された。図13は、図12A、図12BのW原子とCs原子の配置を模式的に示した図である。
 実施例1に係る赤外線吸収粒子分散液の光学特性として、透過光プロファイルを既述の条件で測定した。透過光プロファイルの結果を図11Aに、各波長の透過率を表1に示す。
 なお、光学特性を測定するに際し赤外線吸収粒子分散液は、可視光透過率が80%になるように調整した。
 実施例1に係る赤外線吸収粒子分散液の透過光プロファイルの測定の際に得られる吸光曲線からモル吸光係数曲線を求めた。そして、モル吸光係数曲線について、c軸に垂直な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR⊥)の吸収曲線と、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR//)の吸収曲線と、ポーラロン吸収の吸収曲線との3つの吸収要素の吸収曲線に分離を行った。結果を図15Aに示す。図15A中の「exp.」は実測値で、「calc」は3つの吸収要素の吸収曲線の合算値である。
 表2に係る3つの吸収要素の吸収曲線のピーク位置、ピーク強度、吸収曲線の積算強度を示す。さらに、モル吸光係数曲線の積算強度に対する3つの吸収要素の吸収曲線の積算強度の割合を表3に示す。
 さらに、分光光度計の測定データから色度であるL、a、b表色系の値を算出した。結果を表4に示す。
(3)赤外線吸収繊維の製造
 実施例1に係る赤外線吸収粒子分散液について、スプレードライヤーを用いてトルエンを除去し、Cs0.33WO分散粉である(A粉)を得た。
 得られた分散粉(A粉)を、熱可塑性樹脂であるポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットに添加し、ブレンダーで均一に混合した後、当該混合物を二軸押出機で溶融混練して押し出し、当該押出されたストランドをペレット状にカットした。以上の操作により、熱線吸収成分であるCs0.33WO粒子を40質量%含有するマスターバッチ(マスターバッチa1)を得た。
 マスターバッチa1を溶融紡糸し、続いて延伸を行ない、ポリエステルマルチフィラメント糸a1を製造した。得られたポリエステルマルチフィラメント糸a1を切断してポリエステルステープルa1を作製した。
 また、Cs0.33WO粒子を含まないマスターバッチを溶融紡糸し、続いて延伸を行ない、ポリエステルマルチフィラメント糸a2を製造した。得られたポリエステルマルチフィラメント糸a2を切断してポリエステルステープルa2を作製した。ポリエステルステープルa1で紡績糸a1を、ポリエステルステープルa2で紡績糸a2を製造した。
(4)繊維製品である保温性ニットの製造
 紡績糸a1と紡績糸a2を用いて近赤外線吸収性を有する実施例1に係る繊維製品であるニット製品a1を得た。ニット製品a1は日射反射率が8%になるように紡績糸a1と紡績糸a2の配合割合を調整して製造した。
(温度上昇効果の評価)
 次に、作製したニット製品a1の生地裏面の温度上昇効果を、以下のようにして測定した。
 20℃、60%RH環境下において、太陽光線近似スペクトルランプ(セリック(株)製ソーラーシミュレータXL-03E50改)を、当該ニット製品の生地から30cmの距離より照射し、一定時間毎(0秒、30秒、60秒、180秒、360秒、600秒)の、当該生地裏面の温度を放射温度計(ミノルタ(株)製HT-11)にて測定した。
 評価結果を表5に示す。
(盗撮防止評価)
 紡績糸a1と紡績糸a2を用いて、単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の使用量が表6に示した値となるように実施例1に係る前駆ニット生地を作製した。なお、実施例1では、表6に示すように単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の含有量が濃度B~濃度Gの6種類の前駆ニット生地を作製した。
 その後、カチオン系染料で前駆ニット生地を茶色に染色して実施例1に係る盗撮防止評価用ニット生地を作製した。なお、染色して実施例1に係る盗撮防止評価用ニット生地を得たのは、染色されていない白色のニット製品では、可視光でも透けて見える事態を回避するためである。
 また、参考例として複合タングステン酸化物粒子を含まない紡績糸a2のみで、本実施例の盗撮防止評価用ニット生地と同様に参考例に係る盗撮防止評価用ニット生地を作製した。
(実施例1に係るニット製品の平均反射率)
 そして、日立製作所製の分光光度計を用い、実施例1に係るニット生地の波長800nm以上1300nm以下における5nm間隔の反射率を測定し、平均反射率を求めた。波長300nm以上2500nm以下の範囲における反射率の測定結果を図16Aに、生地の平均反射率の評価結果を表6にそれぞれ示す。
(実施例1、参考例に係るニット生地の評価)
 次いで、日本紡績検査協会のボーケン規格「BQE A 033」に準じた下記試験方法により、実施例1、参考例に係るニット生地の「赤外線による盗撮(CCDカメラによる透視)防止」に関する評価を行った。
「試験方法」
(第1工程)ニット生地に係る試験片を透過判定板(視力検査表)に被せ、試験台に設置する。
(第2工程)赤外線投光機を用いて、試験片表面に約7mW/cm2の強度で投光する。
(第3工程)上記試験片をデジタルカメラで通常撮影する。
(第4工程)上記試験片を赤外線カメラで透過撮影する。
(第5工程)透過撮影した画像を確認し、赤外線透過の有無を判定する。
「判定結果」
 実施例1に係るニット生地は、赤外線による透過が認められなかった。これに対して、参考例に係るニット生地は赤外線による透過が認められた。
[比較例1]
(1)複合タングステン酸化物粒子の製造
 水0.330kgにCsCO0.216kgを溶解し、得られた溶液をHWO1.000kgに添加して十分攪拌した後、乾燥して乾燥物を得た。Nガスをキャリアーとした体積割合で5%Hガスを供給しながら当該乾燥物を電気炉に入れ加熱し、800℃の温度で1時間焼成し、その後、供給ガスをNガスのみに切り替えて、室温まで降温して比較例1に係る複合タングステン酸化物粗粉末を得た。
(2)赤外線吸収粒子分散液の製造
 得られた複合タングステン酸化物粗粉末10質量%とアクリル系高分子分散剤(アミン価48mgKOH/g、分解温度250℃のアクリル系分散剤)10質量%とトルエン80質量%とを秤量した。秤量した上記材料を、直径が0.1mmのジルコニアビーズと共にペイントシェーカーに入れ、ペイントシェーカーを用いて2時間分散処理を行い、比較例1に係る赤外線吸収粒子分散液を得た。得られた比較例1に係る分散液内における複合タングステン酸化物粒子の平均粒径(透過型電子顕微鏡による測長)を測定すると、25.1nmであった。なお、平均粒径は実施例1と同じ手順、条件で測定、算出した。また、比較例1に係る分散液を分取し、溶媒を除去して比較例1に係る複合タングステン酸化物粒子であるCs0.33WO粒子を得た。
 図9A、図9Bに、比較例1に係る複合タングステン酸化物粒子であるCs0.33WO粒子のSTEM-HAADF像を示す。図9Aに、粒子全体のSTEM-HAADF像を示している。また、図9Bに、図9Aに示した粒子中の四角形の領域91を拡大して観察した像を示す。固相法を経由して合成される粉末は、長時間の分散処理により破断面を有する。そして、コントラストは粒子厚みの影響を受けるため、その影響が少ないと考えられる粒子中心部の領域91を拡大、抽出した。
 図9B中、矢印92、矢印93で示した箇所にCsカラムの低コントラスト領域が確認された。本Csカラムの欠損は長時間の粉砕処理に伴い、Csが脱離した影響と考えられる。
 図10B~図10Dに、図10Aに示したSTEM-HAADF像における、W/W列であるラインL11~ラインL13でのラインプロファイルを抽出した結果を示す。いずれの箇所においても、W原子のZコントラストが、平均コントラストの95%以下となるような点は確認されなかった。つまり、W欠損は生じていないことを確認できた。
 比較例1に係る赤外線吸収粒子分散液の光学特性として、透過光プロファイルを既述の条件で測定した。透過光プロファイルの結果を図11Bに、各波長の透過率を表1に示す。
 また、比較例1に係る赤外線吸収粒子分散液の透過光プロファイルの測定の際に得られる吸光曲線からモル吸光係数曲線を求めた。そして、モル吸光係数曲線について、c軸に垂直な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR⊥)の吸収曲線と、c軸に平行な方位の局在表面プラズモン共鳴(LSPR//)の吸収曲線と、ポーラロン吸収の吸収曲線との3つの吸収要素の吸収曲線に分離を行った。結果を図15Bに示す。
 表2に係る3つの吸収要素の吸収曲線のピーク位置、ピーク強度、吸収曲線の積算強度を示す。さらに、モル吸光係数曲線の積算強度に対する3つの吸収要素の吸収曲線の積算強度の割合を表3に示す。
 さらに、比較例1に係る赤外線吸収粒子分散液の可視光透過率を80%になるように希釈し、分光光度計の測定データから、色度であるL、a、b表色系の値を算出した。結果を表4に示す。
(3)赤外線吸収繊維の製造
 比較例1に係る赤外線吸収粒子分散液について、スプレードライヤーを用いてトルエンを除去し、Cs0.33WO分散粉である(B粉)を得た。
 得られた分散粉(B粉)を、熱可塑性樹脂であるポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットに添加し、ブレンダーで均一に混合した後、当該混合物を二軸押出機で溶融混練して押し出し、当該押出されたストランドをペレット状にカットした。以上の操作により、熱線吸収成分であるCs0.33WO粒子を40質量%含有するマスターバッチ(マスターバッチb1)を得た。
 マスターバッチb1を溶融紡糸し、続いて延伸を行ない、ポリエステルマルチフィラメント糸b1を製造した。得られたポリエステルマルチフィラメント糸b1を切断してポリエステルステープルb1を作製した。ポリエステルステープルb1で紡績糸b1を製造した。
(4)繊維製品である保温性ニットの製造
 紡績糸b1と、実施例1で製造した複合タングステン酸化物粒子を含まない紡績糸a2を用いて比較例1に係る繊維製品であるニット製品b1を得た。ニット製品b1は日射反射率が8%になるように紡績糸b1と紡績糸a2の配合割合を調整して製造した。
(温度上昇効果の評価)
 次に、作製したニット製品b1の生地裏面の温度上昇効果を、実施例1と同じ条件で測定した。
 評価結果を表5に示す。表5によれば、実施例1と比較例1に係るニット製品の生地裏面の温度上昇には差がなかった。
[盗撮防止評価]
(盗撮防止評価)
 紡績糸b1と紡績糸a2を用いて、単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の使用量が表6に示した値となるように比較例1に係る前駆ニット生地を作製した。なお、比較例1では、表6に示すように単位面積当たりの複合タングステン酸化物粒子の含有量が濃度B~濃度Gの6種類の前駆ニット生地を作製した。
 その後、カチオン系染料で前駆ニット生地を茶色に染色して比較例1に係る盗撮防止評価用ニット生地を作製した。
 得られた比較例1に係る盗撮防止評価用ニット生地について実施例1と同じ条件で評価した。反射率の測定結果を図16Bに、生地の平均反射率の評価結果を表6にそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
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Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008

 図11Aに示した実施例1の赤外線吸収粒子分散液では、波長500nm~600nmの領域の透過率のピークを75%以上にしても、近赤外線領域の透過率のボトムを5%以下にできることを確認できた。
 これに対して、図11Bに示した比較例1の赤外線吸収粒子分散液では、波長500nm~600nmの領域の透過率のピークを75%以上にした場合、近赤外線領域の透過率のボトムを5%以下にできず、近赤外線遮蔽効果に劣ることを確認できた。
 さらに、表1より、実施例1の赤外線吸収粒子分散液の波長700nmでの透過率は、比較例1の従来の複合タングステン酸化物粒子により構成される赤外線吸収粒子分散液の透過率よりも高く、可視光線領域(波長380nm以上780nm以下)のうち長波長側の光も透過していることを示している。このことは、実施例1の複合タングステン酸化物粒子は、波長800nm付近の赤い光も透過するので、従来の複合タングステン酸化物粒子の色調改善にも貢献していることを示している。
 表4より、実施例1に係る赤外線吸収粒子分散液は、bが-0.61502であるのに対し、比較例1に係る近赤外線吸収粒子分散液は、bが-0.71411であった。bは負の値になるほど、分散液が青味を帯びていることを示す。実施例1は、従来の複合タングステン酸化物粒子よりも青味が少なく色調改善にも貢献していることを示している。
 表6に示される結果によれば、実施例1に係る盗撮防止評価用ニット生地では、複合タングステン酸化物粒子の単位面積当たりの含有量が0.09g/mでも日本紡績検査協会試験での透過は認められないことを確認できた。これに対して、比較例1に係る盗撮防止評価用ニット生地では、複合タングステン酸化物粒子の単位面積当たりの含有量を0.13g/m以上にしないと、透過が認められない効果は発現しないことが確認できた。
 さらに、図16A、図16Bを対比すると以下の点が確認できる。図16Aに示した実施例1に係る盗撮防止評価用ニット生地の反射率曲線では、複合タングステン酸化物粒子の単位面積当たりの含有量が0.09g/mである濃度Bでも、波長1050nmで反射率が65%を下回る。これに対して、図16Bに示した比較例1に係る盗撮防止評価用ニット生地の反射率曲線では、複合タングステン酸化物粒子の単位面積当たりの含有量が0.09g/m2である濃度Bでは波長1050nmにおいて反射率が65%を超える。
 これらの結果より、本実施形態の赤外線吸収線繊維に含まれる複合タングステン酸化物粒子は、従来から知られる複合タングステン酸化物粒子よりも、赤外線の吸収特性が優れていることが分かる。
 本出願は、2023年9月29日に日本国特許庁に出願された特願2023-170834号に基づく優先権を主張するものであり、特願2023-170834号の全内容を本国際出願に援用する。
10      複合材料製造装置
11      格納部
12      二流体ノズル
13      反応管
131     配管
14      フィルター
15      エジェクタ
20      還元処理装置
21      反応管
21A     一方の口
21B     他方の口
22      ヒーター
23      容器
24      複合タングステン酸化物粒子
30      赤外線吸収粒子分散液
31      赤外線吸収粒子
32      液状媒体
40      赤外線吸収繊維
41      繊維
42      複合タングステン酸化物粒子
41A     表面
41B     内部
CA      中心軸
501     W/W列
502     W/Cs列
51      W原子
52      O原子
53      M元素
54      八面体
55      空隙
71      領域
L1~L6   ライン
P1~P15  点
91      領域
92、93   矢印
L11~L13 ライン
121     欠損面
122     空間

Claims (11)

  1.  繊維と、
     前記繊維の内部および表面から選択された1以上の場所に配置された複合タングステン酸化物粒子と、を含み、
     前記複合タングステン酸化物粒子は複合タングステン酸化物を含み、
     前記複合タングステン酸化物は、一般式M(但し、M元素は、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、Iのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.20≦x/y≦0.37、2.2≦z/y≦3.3)で表わされ、
     結晶系が六方晶であり、
     前記複合タングステン酸化物粒子についての、[001]入射からのSTEM-HAADF像において、タングステン原子のZコントラストが平均値の95%以下に低下したスポットを個数割合で0.01%以上10%以下含む、赤外線吸収繊維。
  2.  前記複合タングステン酸化物の前記M元素が、Rb、Csから選択された1種類以上の元素を含む、請求項1に記載の赤外線吸収繊維。
  3.  前記複合タングステン酸化物粒子の平均粒径が10nm以上200nm以下である、請求項1または請求項2に記載の赤外線吸収繊維。
  4.  前記複合タングステン酸化物粒子についての、[110]入射からのSTEM-HAADF像において、c軸に垂直な方向に欠損面を有する、請求項1または請求項2に記載の赤外線吸収繊維。
  5.  前記繊維が合成繊維、半合成繊維、天然繊維、再生繊維、無機繊維から構成される繊維群、および前記繊維群から選択された2種類以上の繊維の混紡、合糸、混繊による混合糸から選択された1種類以上である、請求項1または請求項2に記載の赤外線吸収繊維。
  6.  前記合成繊維が、ポリウレタン繊維、ポリアミド系繊維、アクリル系繊維、ポリエステル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリエーテルエステル系繊維から選択された1種類以上である、請求項5に記載の赤外線吸収繊維。
  7.  前記半合成繊維が、セルロース系繊維、タンパク質系繊維、塩化ゴム、塩酸ゴムから選択された1種類以上である、請求項5に記載の赤外線吸収繊維。
  8.  前記天然繊維が、植物繊維、動物繊維、鉱物繊維から選択された1種類以上である、請求項5に記載の赤外線吸収繊維。
  9.  前記再生繊維が、セルロース系繊維、タンパク質系繊維、アルギン繊維、ゴム繊維、キチン繊維、マンナン繊維から選択された1種類以上である、請求項5に記載の赤外線吸収繊維。
  10.  前記無機繊維が、金属繊維、炭素繊維、けい酸塩繊維から選択された1種類以上である、請求項5に記載の赤外線吸収繊維。
  11.  請求項1または請求項2に記載の赤外線吸収繊維を含有する繊維製品。
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