JPH11293228A - 赤外光反射組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、赤外光反射組成物として酸化スズを添
加した酸化インジュウムが多く用いられ、スパッター膜
あるいは 塗布膜の形でビル、高級車の窓ガラスに使わ
れてきたがコストが高い。一般家庭の窓ガラスなどに用
いられるにはコストの大幅な低減が課題であった。 【解決手段】 酸化亜鉛半導体を主成分とし、赤外光反
射の機能を付与するため添加不純物としてIII族酸化物
である 酸化アルミニュウム、酸化ほう素、酸化ガリウ
ム、酸化インジュウム、酸化イットリュウムのうち少な
くとも一つが選ぶことにより安価な赤外光反射組成物を
提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外光を反射遮蔽
する透明シート、透明塗料の原材料となる組成物に関す
るもので、主として建物、車両などの窓ガラスに利用さ
れる。

【０００２】

【従来の技術】地域環境保護問題が強く唱われるなか
で、省エネに対する関心は益々強くなっている。特に電
力問題に関連して夏期における冷房に消費される電力は
全消費電力の大きな割合を占めており、その節減が望ま
れている。その対策の一つに、太陽の熱線スペクトル
すなわち 赤外光の遮蔽がある。

【０００３】透明物体（窓ガラスなど）に入射した太陽
光のうち、赤外光を吸収 あるいは反射するガラスはす
でに開発されており、ビル、高級車の窓ガラスに用いら
れている。このような用途に使われる赤外光遮蔽ガラス
の多くは酸化インジュウム薄膜（酸化スズを添加）をス
パッタリングもしくは真空蒸着で形成されている。しか
し コストが高く、一般用としては普及していない。こ
のほかの例として、例えば 特開平７-２４９５７号公報
に見られるようにプラスチックシートの上にスパッタリ
ングもしくは塗布により酸化インジュウムと微少の酸化
スズからなる薄膜を形成した赤外線反射機能を有するフ
ィルムが開発されている。酸化インジュウム-酸化スズ
系の薄膜に替えて金属微粒子をフィルムに分散させて赤
外線反射シートを製作した例も報告されている。また、
別の例に、酸化インジュウム-酸化スズの微粒子をシロ
キサン系バインダーに分散させ塗料化し、公衆電話ボッ
クスの窓ガラスに塗布した。その結果、ボックス内の温
度上昇を抑制でき、特に盛夏時において効果があること
が示されている（雑誌「TRIGGER」,1996年12月、p.6
2）。

【０００４】以上、すでに開発されている赤外光反射シ
ートあるいは塗料の例を挙げたが、一般家庭用としては
市場に出てきていないのが現状である。その要因の一つ
は、コストの問題であると推測される。従来使われてき
た酸化インジュウムと酸化スズの原材料費は高く、特に
酸化インジュウムは埋蔵量が少ないためコストが高い。
酸化インジュウムと 本発明の赤外線反射組成物の主成
分である酸化亜鉛を コスト面で対比すると、一桁以上
酸化インジュウムの方が高い。また 酸化スズを添加し
た酸化インジュウム薄膜を樹脂シートにスパッタリング
法により作製した赤外反射シートにおいても、製造がロ
ール ツー ロール方式でおこなわれるため高額の設備投
資が必要であり、それが起因して製品コストを高くなら
しめていた。 すなわち 一般家庭用、例えば窓ガラス用
として普及を妨げているのはコストであり、大幅なコス
ト低減が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は 従来製品の
課題であるコストを低減化する目的でなされたものであ
り、例えば 一般家庭の窓ガラス、一般車の窓ガラスな
どに簡便な方法で赤外光反射シートを張り付ける、ある
いは赤外光反射塗料を塗布することにより 安価な赤外
光反射シートもしくは塗料を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、従来 赤外光反射用と
して用いられている酸化インジュウム-酸化スズ系の組
成物、あるいは金属微粒子、金属薄膜に替えて、安価な
酸化亜鉛を主成分とし、赤外光反射機能を付与するた
め、不純物としてIII族酸化物を 2-6重量％含有するこ
とを特徴とし、ＩＩＩ族酸化物として酸化アルミニュウ
ム、酸化ほう素、酸化ガリウム、酸化インジュウム、酸
化イットリュウムのうち少なくとも一つを添加すること
により得られる安価な赤外光反射組成物である。

【０００７】

【発明の実施の形態】酸化スズを添加した酸化インジュ
ウム酸化物半導体は透明導電性を示すことはよく知ら
れ、薄膜の形で液晶ディスプレーなどに広く用いられて
いる。この系の材料はプラズマ振動数より長い波長の光
を反射するという固有の性質を持つこともよく知られて
おり、赤外線反射シート、塗料の素材として用いられて
いることは既に記した。 この現象は次のように説明さ
れる。自由電子が存在する電導体では、電気的に中性を
保っている状態にある波長領域の光が入射すると電荷密
度の変化をもたらし、中性に戻ろうとする時 振動を生
じる。この振動をプラズマ振動といい、これより振動数
の高い（波長は短い）光は透過し、また振動数の低い
（波長の長い）光は反射する現象である。

【０００８】ところでII-VI族化合物半導体である酸化
亜鉛も 酸化スズを添加した酸化インジュウム酸化物半
導体（ITO）と同様バンドギャップが広く約3eVであり
可視光領域では高い透明性を示す。この酸化亜鉛にアル
ミニュウムなどを不純物として添加することにより導電
性をもたらすことは公知であり、ITO に替わる透明導電
材料として開発されている。しかし、これを赤外光反射
材料として適用した例はない。

【０００９】酸化亜鉛を主成分としIII族酸化物を不純
物添加した組成物を可視光領域においては透明で、赤外
光領域では反射性を示す塗料に適用するには、この組成
物を微粒子化しなければならない。一般に微粒子の粒径
を波長の半分以下にする必要があり、好ましくは 0.02-
0.03μm が良好な可視光透過率を与える。

【００１０】酸化亜鉛に対するIII族酸化物の添加量は2
-6重量％が好ましい。添加量が２重量％未満であると、
赤外光領域における反射遮蔽効果が薄まり好ましくな
い。また添加量が６重量％を越えると、青色に着色が著
しくなり、可視光領域での透過率の低下をもたらすので
好ましくない。

【００１１】微粒子化技術には大別して気相法、液相法
がある。金属化合物の場合、噴霧加水分解法、気相化学
析出法 あるいは 化合物沈殿法が使われる。本発明の酸
化亜鉛の場合、気相化学析出法の一つに属するガス中蒸
発法を採用した。詳細は実施例において示すが、不活性
ガス中で不純物を添加した酸化亜鉛を蒸発させ超微粒子
化する技術であり、超微粒子の製作に広く用いられてい
る。

【００１２】上記方法で製作した超微粒子を溶解したア
クリル樹脂、スチレン-ブタジエン系樹脂などに攪拌分
散した。これを塗料として、プラスチックシート（ＰＥ
Ｔ、ＰＥＳなど）、ガラス等の基体に塗布する。

【００１３】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に例示する
が、本発明はこれに限定されるものではない。

【００１４】［実施例１］純度99.999％の酸化亜鉛粉体
に、これに対し3重量％の純度99.99％酸化アルミニウム
粉体を攪拌混合した組成物を アルゴンガスを充填した
石英ガラス管内で加熱蒸発させた。加熱温度は800℃
で、また 石英ガラス管内の圧力は 0.1 Paとした。石英
ガラス管の壁面に付着した超微粒子を捕集し、アルミニ
ウム添加酸化亜鉛超微粒子を作製した。得られ超微粒子
の平均粒径は約 0.03μmであった。次にアクリル樹脂を
アセトンで溶解し液状バインダーを準備し、アルミニュ
ウム添加酸化亜鉛超微粒子 65重量部を アクリル樹脂 3
5重量部（アセトンの重量は除く）に混合の後、攪拌分
散させた。 これらの課程を経て赤外反射塗料は完成さ
れた。この塗料を厚さ 0.1mmのＰＥＴフィルム上にバー
コーターで塗布した。塗料の膜厚は 25μmとした。赤外
反射塗料が塗布されたＰＥＴフィルムを 50℃に設定さ
れた乾燥機に 1時間挿入し アセトンを揮発させた。上
記製作課程で得られたアルミニュウム添加酸化亜鉛超微
粒子から成る赤外反射フィルムの透過率を分光光度計に
より測定した。測定波長領域は 300-2000nmである。代
表的な波長における透過率の測定結果を表１に示す。

【００１５】［比較例１］実施例１において、酸化アル
ミニウム粉体を含有しないフィルムを製作し、同様な測
定をおこなった。その結果を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１から明らかなように、実施例１は ア
ルミニュウム添加なしのサンプルと比較して 可視光波
長領域では僅か透過率が低くなるが、赤外光波長領域で
の透過率は大幅に低下している。これはプラズマ振動に
よる赤外光の遮蔽効果を明確に示している。

【００１８】［実施例２］純度99.999％の酸化亜鉛粉体
に これに対して４重量％の純度99.9％酸化ガリウム粉
体を加え、攪拌混合した組成物を作製した。次に前記
実施例２に記載したと同様な方法を用いてガリウム添加
酸化亜鉛超微粒子を得た。加熱温度は 850℃で、焼成し
た。得られ超微粒子の平均粒径は約 0.03μmであった。
次にシリコーンポリエステル樹脂をエタノールで溶解し
液状バインダーを準備し、ガリウム添加酸化亜鉛超微
粒子 60 重量部を ウレタン樹脂 40重量部（エタノール
の重量は除く）に混合の後、攪拌分散させた。 これら
の課程を経てガリウム添加酸化亜鉛赤外反射塗料は完成
された。この塗料を厚さ 0.1mmのＰＥＴフィルム上にバ
ーコーターで塗布した。塗料の膜厚は 22μmとした。赤
外反射塗料が塗布されたＰＥＴフィルムを 50℃に設定
された乾燥機に 1時間挿入し エタノールを揮発させ
た。上記製作課程で得られたガリウム添加酸化亜鉛超微
粒子から成る赤外反射フィルムの透過率を実施例１と同
様に測定した。測定結果を表２に示す。

【００１９】［比較例２］実施例２において、酸化ガリ
ウム粉体を混合せずにサンプルを製作し、同様な測定を
おこなった。その結果を表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２から明らかなように、実施例２は ガ
リウム添加なしのサンプルと比較して可視光波長領域で
は僅か透過率が低くなるが、赤外光波長領域での透過率
は大幅に低下している。

【００２２】［実施例３〜５］添加不純物として酸化ほ
う素、酸化インジュウム、酸化イットリュウムについて
も表１に示した条件以外は実施例１と同様にしてサンプ
ルを作成し評価した。その作製条件および結果を表３に
示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】［比較例３］さらに 従来使われてきた酸
化スズを不純物として添加した酸化インジュウム酸化物
半導体（ITO）についても比較のため上記実施例と同様
に料作製、透過率測定をおこなった。その作製条件およ
び測定結果を表４に示す。

【００２５】

【表４】

【００２６】［実施例６〜８］添加不純物として表５に
示すようにIII族酸化物を２種以上選び、表５に示した
条件以外は実施例１と同様にしてフィルムを作成し評価
した。その結果を表５に示す。

【００２７】

【表５】

【００２８】この場合、１種の酸化物を選んだ場合と比
較すると僅かではあるが異なった分光透過率特性が得ら
れる。従って、赤外反射の波長特性の微細な調整に２種
以上の酸化物不純物を適切な比率で添加することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明の酸化亜鉛を主成分とする赤外線
反射組成物を原材料として作製したシート もしくは 塗
料化して作製した塗布膜は 可視光領域では透過率が高
く、すなわち 透明性が良好で、赤外光領域の光に対し
ては選択的に反射する性質を有することが明らかにな
り、従来使われてきた酸化スズを添加した酸化インジュ
ウム酸化物半導体に比べ同等もしくはそれ以上の赤外線
反射率を示した。特記すべきことは、本発明の亜鉛酸化
物を主成分とする赤外線反射組成物は酸化スズ-酸化イ
ンジュウム酸化物系組成物に比べコストが低いことであ
り、これにより既に製品化されている赤外線反射シー
ト、塗料より安価な製品を提供できるようになったこと
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化亜鉛を主成分とし、III族酸化物を
   ２-６重量％含有することを特徴とする赤外光反射組成
   物。
2. 【請求項２】 III族酸化物が、酸化アルミニュウム、
   酸化ほう素、酸化ガリウム、酸化インジュウム及び酸化
   イットリュウムからなる群より選ばれた１種以上のIII
   族酸化物である、請求項１記載の赤外光反射組成物。