JP7707718B2 - Near infrared absorbing fiber, fiber product, and method for producing near infrared absorbing fiber - Google Patents
Near infrared absorbing fiber, fiber product, and method for producing near infrared absorbing fiberInfo
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Description
本発明は、近赤外線吸収繊維、繊維製品、近赤外線吸収繊維の製造方法に関する。 The present invention relates to near-infrared absorbing fibers, textile products, and methods for producing near-infrared absorbing fibers.
保温効果を高めた防寒衣料や、インテリア、レジャー用品が様々に考案され、実用化されてきた。当該保温効果を高める方法には、大別して2通りの方法ある。 Various cold weather clothing, interior decorations, and leisure items with enhanced thermal insulation have been devised and put to practical use. There are two main methods for increasing the thermal insulation effect.
第一の方法は、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当該防寒衣料における空気層を物理的に多くし、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。 The first method is to physically increase the amount of air in the cold weather clothing, for example by controlling the weaving and knitting structure or by making the fibers used hollow or porous, thereby reducing the dissipation of heat generated by the human body and maintaining heat retention.
第二の方法は、例えば防寒衣料において、衣料全体、または防寒衣料を構成する繊維ヘ化学的・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するなどの積極的な方法により熱を蓄熱し、保温性を向上させる方法である。 The second method is to improve the thermal insulation of cold-weather clothing by actively storing heat, for example by subjecting the entire garment or the fibers that make up the garment to chemical or physical processing, so that the heat generated by the human body is radiated back to the human body, or by converting some of the sunlight received by the garment into heat.
上述した第一の方法として、衣料中の空気層を多くする、生地を厚くする、目を細かくする、あるいは色を濃くするといった方法が採られてきた。例えば、セーターなどの冬期に用いられる衣料が第一の方法を用いた衣料に当たる。また、例えば、冬期のスポーツ向け衣料によく用いられてきた衣料には、表地と裏地の間に中綿が入れられ、当該中綿の空気層の厚みで保温性を維持している。しかし、中綿が入れられると、衣料が重くかさばるために、動き易さを要求されるスポーツ向けでは不具合を生じていた。これら不具合を解消するために、近年では、上述した第二の方法である内部で発生する熱や、外部からの熱を積極的に有効利用する方法がとられ始めている。 The first method mentioned above has been to increase the number of air layers in the clothing, make the fabric thicker, make the mesh finer, or make the color darker. For example, clothing worn in winter, such as sweaters, is an example of clothing that uses the first method. Also, for example, clothing that has been commonly used for winter sports has padding between the outer and inner layers, and the thickness of the air layer in the padding maintains heat retention. However, the padding makes the clothing heavy and bulky, which is inconvenient for sports that require ease of movement. To solve these problems, the second method mentioned above, which actively and effectively utilizes heat generated inside or from outside, has begun to be used in recent years.
第二の方法を実施する方法の一つとして、アルミニウムやチタンなどの金属を衣料の裏地などに蒸着し、体内から出る放射熱を当該金属蒸着面で反射することで、積極的に熱の発散を防ぐ方法などが知られている。しかし、これらの方法では衣料に金属を蒸着加工するのにかなりのコストがかかるばかりか、蒸着むらの発生等により歩留まりが悪くなり、結果的に製品自体の価格アップにつながっていた。 One method of implementing the second method is to deposit a metal such as aluminum or titanium onto the lining of clothing, and reflect the radiant heat from inside the body onto the metal-deposited surface, thereby actively preventing the dissipation of heat. However, these methods not only require considerable costs to deposit metal onto clothing, but also result in poor yields due to uneven deposition, which ultimately leads to an increase in the price of the product itself.
また、当該第二の方法を実施する他の方法として、アルミナ系、ジルコニア系、マグネシア系などのセラミック粒子を繊維そのものに混練して、これらのセラミック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、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。 As another method of implementing the second method, a method has been proposed in which ceramic particles such as alumina, zirconia, or magnesia are kneaded into the fibers themselves, and the far-infrared radiation effect and light-to-heat conversion effect of these ceramic particles are utilized, i.e., a method of actively taking in external energy.
例えば、特許文献1には、熱伝導率が0.3Kcal/m2・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記載されている。熱線放射特性を有する無機微粒子として、シリカまたは硫酸バリウムが挙げられている。 For example, Patent Document 1 describes a heat radiating fiber that contains one or more types of inorganic fine particles having heat radiating properties, which contain at least one of metals and metal ions having a thermal conductivity of 0.3 Kcal/ m2 ·sec·° C. or more. Examples of inorganic fine particles having heat radiating properties include silica and barium sulfate.
特許文献2には、融点が110℃以上の熱可塑性重合体Aと、融点が15~50℃、降温結晶化温度が40℃以下、結晶化熱が10mJ/mg以上である熱可塑性重合体Bとからなる複合繊維であって、繊維重量に対して0.1~20重量%の遠赤外線放射能力を有するセラミック微粒子を含有し、かつ、重合体Aが繊維表面を覆っていることを特徴とする保温性複合繊維が記載されている。 Patent Document 2 describes a heat-retaining composite fiber that is made of a thermoplastic polymer A having a melting point of 110°C or higher and a thermoplastic polymer B having a melting point of 15 to 50°C, a cooling crystallization temperature of 40°C or lower, and a crystallization heat of 10 mJ/mg or higher, contains ceramic microparticles having far-infrared radiation capability in an amount of 0.1 to 20% by weight based on the fiber weight, and the fiber surface is covered with polymer A.
特許文献3には、繊維製品に、少なくとも1種類以上の所定の一般式で表されるアミノ化合物からなる赤外線吸収剤を含むバインダー樹脂を分散、固着させてなる赤外線吸収加工繊維製品が記載されている。 Patent document 3 describes an infrared absorbing processed textile product in which a binder resin containing an infrared absorbing agent made of at least one amino compound represented by a specific general formula is dispersed and fixed in the textile product.
特許文献4には、直接染料、反応染料、ナフトール染料、バット染料の中から選定される、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記載されている。 Patent Document 4 describes a near-infrared absorbing processing method for a cellulose-based fiber structure in which a dye selected from direct dyes, reactive dyes, naphthol dyes, and vat dyes, which has greater absorption in the near-infrared region than black dyes, is combined with other dyes to achieve a near-infrared absorbing level of 65% or less in the spectral reflectance of the fabric in the range of 750 to 1500 nm.
特許文献5~7において、本出願の出願人は、可視光の透過率が高くかつ吸収率が低いにも拘わらず、近赤外領域の光の透過率が低くかつ吸収率が高い材料としてタングステン酸化物微粒子および/または複合タングステン酸化物微粒子を選択し、これらの微粒子を近赤外線吸収成分として含有させた繊維、およびその繊維が加工されてなる繊維製品を提案している。上記繊維や繊維製品は、淡色にも拘わらず、太陽光の近赤外線を吸収して熱に変換し、保湿性のあるものであり、他の顔料の添加により様々な色へ彩ることも可能な意匠性の高いものであった。 In Patent Documents 5 to 7, the applicant of the present application has selected tungsten oxide microparticles and/or composite tungsten oxide microparticles as materials that have high transmittance and low absorbance for visible light but low transmittance and high absorbance for light in the near-infrared region, and has proposed fibers containing these microparticles as near-infrared absorbing components, as well as textile products made from such fibers. Despite their light color, the above-mentioned fibers and textile products absorb the near-infrared rays of sunlight and convert them into heat, have moisture retention, and are highly designable, capable of being colored in a variety of colors by adding other pigments.
中でも、特許文献5~特許文献7に開示されたタングステン酸化物微粒子または複合タングステン酸化物微粒子は、可視光の透過率が高くかつ吸収率が低いにも関わらず、近赤外領域の光の透過率が低くかつ吸収率が高い材料である。このため、複合タングステン酸化物微粒子等を含有する繊維は防寒衣料等の用途において特に有望な繊維である。 In particular, the tungsten oxide microparticles or composite tungsten oxide microparticles disclosed in Patent Documents 5 to 7 are materials that have high transmittance and low absorptance for visible light, but low transmittance and high absorptance for light in the near-infrared region. For this reason, fibers containing composite tungsten oxide microparticles and the like are particularly promising fibers for applications such as cold weather clothing.
しかしながら、上記複合タングステン酸化物微粒子等は、可視光のうち長波長の光、すなわち赤色の光を優先的に吸収するため、青色の着色を伴い、青色の度合いは該微粒子の添加量が増加すると強くなる。これにより、複合タングステン酸化物微粒子等を近赤外線吸収成分として含有させた繊維、およびその繊維を加工して得られる繊維製品は、青の着色を伴い、青の補色である黄系や青以外の淡色へ、他の顔料の添加により彩るのは困難な場合があった。そのため、近赤外線吸収特性に優れた複合タングステン酸化物を含み、かつ補色や淡色に彩ることが可能なよりニュートラルな色調とすることができる繊維が求められていた。 However, the composite tungsten oxide microparticles, etc., preferentially absorb long-wavelength visible light, i.e., red light, and are therefore colored blue, with the blue color increasing as the amount of the microparticles added increases. As a result, fibers containing composite tungsten oxide microparticles, etc., as a near-infrared absorbing component, and textile products obtained by processing such fibers, are colored blue, and it may be difficult to color them in light colors other than blue or yellow, which are complementary colors of blue, by adding other pigments. For this reason, there has been a demand for fibers that contain composite tungsten oxide with excellent near-infrared absorbing properties and that can be colored in a more neutral color tone that can be colored in complementary colors or light colors.
そこで、本発明の一側面では、複合タングステン酸化物を含有する近赤外線吸収粒子を含み、よりニュートラルな色調とすることが可能な近赤外線吸収繊維を提供することを目的とする。 Therefore, one aspect of the present invention aims to provide a near-infrared absorbing fiber that contains near-infrared absorbing particles containing composite tungsten oxide and can have a more neutral color tone.
本発明の一側面では、繊維と、
近赤外線吸収粒子と、を含み、
前記近赤外線吸収粒子は、一般式CsxW1-yO3-z(0.2≦x≦0.4、0<y≦0.4、0<z≦0.46)で表わされ、斜方晶または六方晶の結晶構造を備えたセシウムタングステン酸化物を含有し、
前記セシウムタングステン酸化物が、斜方晶の(010)面、六方晶のプリズム面である{100}面、六方晶の底面である(001)面から選択された1以上の面に線状または面状の欠陥を有する近赤外線吸収繊維を提供する。
In one aspect of the invention, a fiber and
Near infrared absorbing particles,
The near infrared absorbing particles contain cesium tungsten oxide represented by a general formula Cs x W 1-y O 3-z (0.2≦x≦0.4, 0<y≦0.4, 0<z≦0.46) and having an orthorhombic or hexagonal crystal structure ;
The cesium tungsten oxide has linear or planar defects in one or more faces selected from the (010) face of an orthorhombic crystal, the {100} face which is a prism face of a hexagonal crystal, and the (001) face which is a basal face of a hexagonal crystal .
本発明の一側面では、複合タングステン酸化物を含有する近赤外線吸収粒子を含み、よりニュートラルな色調とすることが可能な近赤外線吸収繊維を提供することができる。 In one aspect of the present invention, it is possible to provide near-infrared absorbing fibers that contain near-infrared absorbing particles containing composite tungsten oxide and can have a more neutral color tone.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
[近赤外線吸収繊維]
本実施形態の近赤外線吸収繊維について、[1]近赤外線吸収粒子および近赤外線吸収粒子の製造方法、[2]近赤外線吸収粒子分散液、[3]近赤外線吸収繊維、[4]近赤外線吸収繊維の製造方法の順に説明する。
[1]近赤外線吸収粒子および近赤外線吸収粒子の製造方法
(近赤外線吸収粒子)
従来から、近赤外線吸収粒子として用いられているセシウム添加六方晶タングステンブロンズ粒子の透過色は、その誘電関数虚部(ε2)(実験で得られたε2は非特許文献1に掲載されている)、およびバンド構造(非特許文献2)により規定される。
Hereinafter, the form for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment, and various modifications and substitutions can be made to the following embodiment without departing from the scope of the present invention.
[Near infrared absorbing fiber]
The near infrared absorbing fiber of the present embodiment will be described in the following order: [1] near infrared absorbing particles and a method for producing the near infrared absorbing particles, [2] near infrared absorbing particle dispersion, [3] near infrared absorbing fiber, and [4] method for producing the near infrared absorbing fiber.
[1] Near infrared absorbing particles and method for producing near infrared absorbing particles (near infrared absorbing particles)
The transmitted color of cesium-doped hexagonal tungsten bronze particles, which have traditionally been used as near-infrared absorbing particles, is determined by the imaginary part of its dielectric function (ε 2 ) (the experimentally obtained ε 2 is given in Non-Patent Document 1) and its band structure (Non-Patent Document 2).
可視光線のエネルギー領域(1.6eV~3.3eV)において、セシウム添加六方晶タングステンブロンズ(以下Cs-HTBと短縮する)はバンドギャップが十分に大きくなっている。加えてタングステンのd-d軌道間電子遷移などがFermi黄金律により禁制となるため電子遷移の確率が小さくなり、ε2が小さい値を取る。ε2は電子による光子の吸収を表わすため、ε2が可視波長で小さければ可視光透過性が生ずる。しかしながら可視光線領域で波長が最も短い青波長の近傍では、バンド間遷移による吸収が存在し、また波長が最も長い赤波長の近傍では、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)吸収とポーラロニックな電子遷移吸収が存在する(非特許文献3)。このため、それぞれ光透過性の制約を受ける。 In the visible light energy region (1.6 eV to 3.3 eV), cesium-doped hexagonal tungsten bronze (hereinafter abbreviated as Cs-HTB) has a sufficiently large band gap. In addition, since the d-d orbital electronic transition of tungsten is forbidden by the Fermi golden rule, the probability of electronic transition is small, and ε 2 takes a small value. Since ε 2 represents the absorption of photons by electrons, visible light transmittance occurs if ε 2 is small at visible wavelengths. However, in the vicinity of the blue wavelength, which has the shortest wavelength in the visible light region, absorption due to band-to-band transition exists, and in the vicinity of the red wavelength, which has the longest wavelength, localized surface plasmon resonance (LSPR) absorption and polaronic electronic transition absorption exist (Non-Patent Document 3). For this reason, the light transmittance is restricted in each case.
上述の様にCs-HTBではバンドギャップが十分大きいためにバンド間遷移が青波長の光のエネルギー以上となり、青の透過性が高くなる。逆に赤波長の側では、Cs-HTBは伝導電子が多いためLSPR吸収とポーラロニック吸収が強くなり、同時に吸収波長が赤波長の側に近寄るため、透過性が低くなる。従ってCs-HTB粒子分散膜等の透過色は青く見えるのである。 As mentioned above, the band gap of Cs-HTB is large enough that the interband transition exceeds the energy of blue wavelength light, resulting in high blue transmittance. Conversely, on the red wavelength side, Cs-HTB has many conduction electrons, so LSPR absorption and polaronic absorption are strong, and at the same time, the absorption wavelength approaches the red wavelength side, resulting in low transmittance. Therefore, the transmitted color of a Cs-HTB particle dispersion film, etc. appears blue.
すなわちCs-HTBの青系の透過色を中性化するためには、青側の吸収を強め、赤側の透過を強めればよいが、そのためにはバンド間遷移の吸収位置を低エネルギーにシフトさせ、またLSPR吸収とポーラロニック吸収を弱めて低エネルギー側へシフトさせることが好ましい。 In other words, to neutralize the blue transmission color of Cs-HTB, it is necessary to strengthen the absorption on the blue side and the transmission on the red side, but to do this, it is preferable to shift the absorption position of the interband transition to lower energy and also to weaken the LSPR absorption and polaronic absorption and shift them to the lower energy side.
LSPR吸収やポーラロニック吸収を弱めるには、材料に含有される自由電子と束縛電子の量を減少させることが有効である。 To weaken LSPR absorption and polaronic absorption, it is effective to reduce the amount of free and bound electrons contained in the material.
上述の青側の吸収の増加は、バンドギャップを低エネルギーにもつような異なるエネルギーバンド構造の材料をベースとすることにより実現される。また、赤側の透過は、自由電子や束縛電子の発生源であるセシウムイオン(Cs+)や酸素の空孔(VO)の量を加減してコントロールできる。 The increase in blue absorption is achieved by using materials with different energy band structures with lower band gaps, while the red transmission can be controlled by increasing or decreasing the amount of cesium ions (Cs + ) and oxygen vacancies (V O ), which are sources of free and bound electrons.
本発明の発明者らは、以上の考察に基づき、セシウム(Cs)、およびタングステン(W)を含む酸化物であるセシウムタングステン酸化物を種々検討の結果、CsおよびWを含むセシウムタングステン酸化物前駆体nCs2O・mWO3(n,mは整数、3.6≦m/n≦9.0)の結晶粉末を還元することで得られたセシウムタングステン酸化物を含有する近赤外線吸収粒子とした場合に、分散させた透過膜等の近赤外線吸収粒子分散体や、近赤外線吸収粒子分散液の色調も青みが減少して中性化することを見出した。また、係る近赤外線吸収粒子を含有する近赤外線吸収繊維についても、よりニュートラルな色調を有することが可能になることを見出した。 Based on the above considerations, the inventors of the present invention have conducted various studies on cesium tungsten oxide, which is an oxide containing cesium (Cs) and tungsten (W), and have found that when near-infrared absorbing particles containing cesium tungsten oxide obtained by reducing crystal powder of cesium tungsten oxide precursor nCs 2 O.mWO 3 (n, m are integers, 3.6≦m/n≦9.0) containing Cs and W are used, the color tone of the near-infrared absorbing particle dispersion such as a transmission membrane in which the particles are dispersed and the near-infrared absorbing particle dispersion liquid are also reduced in blue and neutralized.In addition, it has been found that the near-infrared absorbing fiber containing such near-infrared absorbing particles can also have a more neutral color tone.
上記近赤外線吸収粒子は、バンドギャップが六方晶Cs-HTBよりも狭く青の透過性が低い化合物から出発して、これを還元することによってVOを徐々に増加させ、LSPR吸収とポーラロニック吸収を許容される範囲内で徐々に大きくして赤の透過率を適正化することで色調が中性化したものと考えられる。 The near infrared absorbing particles are considered to have been produced by starting from a compound having a narrower band gap than hexagonal Cs-HTB and low blue transmittance, reducing the compound to gradually increase V2O , gradually increasing the LSPR absorption and polaronic absorption within an allowable range, and optimizing the red transmittance, thereby neutralizing the color tone.
Csを含む上記セシウムタングステン酸化物前駆体nCs2O・mWO3では陽性元素であるCsとWの電荷はOによって中和されており、非導電体である。Cs2W7O22、Cs6W20O63、Cs2W6O19、Cs4W11O35、Cs6W11O36、Cs2W3O10などWO3-Cs2Oラインに並ぶ化合物では、価数がバランスしているため、フェルミエネルギーEFは価電子帯と伝導帯の間に存在し、非導電体となっている。Cs/W比(モル比)が0.2以上では、イオン半径の大きなCsを取り込むために、W-O八面体が作る基本骨格は、大きな六方空隙を有する六方対称の構造か、または大きな六方空隙を持つ六方晶や立方晶(パイロクロア構造)の原子配列にW欠損(タングステン欠損)を含む面欠陥が入って対称性が斜方晶や単斜晶に下がった結晶構造となっている。 In the above cesium tungsten oxide precursor nCs2O.mWO3 containing Cs, the charges of the positive elements Cs and W are neutralized by O, making it a non - conductor. In compounds along the WO3-Cs2O line , such as Cs2W7O22 , Cs6W20O63 , Cs2W6O19 , Cs4W11O35 , Cs6W11O36 , and Cs2W3O10 , the valences are balanced, so the Fermi energy E F exists between the valence band and the conduction band, making it a non-conductor. When the Cs/W ratio (molar ratio) is 0.2 or more, in order to incorporate Cs, which has a large ionic radius, the basic skeleton formed by the W-O octahedron has a hexagonally symmetric structure with large hexagonal gaps, or a crystal structure in which planar defects including W vacancies (tungsten vacancies) have been introduced into the atomic arrangement of a hexagonal or cubic crystal (pyrochlore structure) with large hexagonal gaps, reducing the symmetry to an orthorhombic or monoclinic crystal.
例えば2Cs2O・11WO3では、Solodovnikov1998(非特許文献4)のモデルにおいて、六方晶タングステンブロンズと同様なW-O八面体の六方配列の中に、六方晶(110)面(=斜方晶(010)面)に斜方晶単位胞のb/8ピッチでWとOが欠損した面が挿入されて全体としては斜方晶になっている。これらのセシウムタングステン酸化物前駆体nCs2O・mWO3(n,mは整数、3.6≦m/n≦9.0)ではバンドギャップがCs-HTBよりも狭く、従って青の透過性は低い。しかし、これを加熱還元すると、全体が徐々にタングステンブロンズの六方晶構造へと変化し、その過程でバンド構造が変化し、バンドギャップが広がって青の吸収が弱くなっていくために、青の透過が強くなっていくことが分かった。加えてこの時、還元の進行と共に、伝導帯に電子が徐々に注入されて導電体になると共に、バンドギャップはBurstein-Moss効果により徐々に広がるので、青の透過は更に強くなる。 For example, in the case of 2Cs 2 O.11WO 3 , in the model of Solodovnikov 1998 (Non-Patent Document 4), in a hexagonal arrangement of W-O octahedra similar to hexagonal tungsten bronze, a plane in which W and O are missing is inserted at a pitch of b/8 of the orthorhombic unit cell on the hexagonal (110) plane (=orthorhombic (010) plane), resulting in an orthorhombic crystal as a whole. These cesium tungsten oxide precursors nCs 2 O.mWO 3 (n, m are integers, 3.6≦m/n≦9.0) have a narrower band gap than Cs-HTB, and therefore have low blue transmittance. However, when this is heated and reduced, the whole gradually changes to the hexagonal crystal structure of tungsten bronze, and in the process, the band structure changes, the band gap widens, and the blue absorption weakens, resulting in stronger blue transmittance. In addition, at this time, as the reduction proceeds, electrons are gradually injected into the conduction band, causing the material to become a conductor, and the band gap gradually widens due to the Burstein-Moss effect, so that the blue transmission becomes even stronger.
加熱還元によって斜方晶が六方晶になる時、斜方晶中のW欠損を含む面欠陥は徐々に消滅して、W-O八面体の六方晶骨格が形成される。W欠損を含む面欠陥は(010)ORTH面上に存在するが、この面は六方晶プリズム面{100}HEX、すなわち[(100)HEX,(010)HEX,(110)HEX]に引き継がれるので、加熱還元と共に徐々に{100}HEX面に欠陥を含む六方晶となる。この時の六方晶は{100}HEX面に欠陥を含むために完全な六方対称からはずれており、擬六方晶とも言える状態である。このように加熱還元と共に結晶構造は、斜方晶から擬六方晶、さらには六方晶へと変化をする。この時斜方晶に含まれていたW欠損を含む(010)ORTH面の面欠陥は、{100}HEX面の面欠陥に継承されて徐々に減少し、最終的に消滅すると考えられる。 When the orthorhombic crystals become hexagonal crystals by heating and reduction, the planar defects including W vacancies in the orthorhombic crystals gradually disappear, and a hexagonal crystal framework of W-O octahedra is formed. Planar defects including W vacancies exist on the (010) ORTH plane, but this plane is taken over by the hexagonal prism plane {100} HEX , that is, [(100) HEX , (010) HEX , (110) HEX ], so that with heating and reduction, the crystal gradually becomes a hexagonal crystal with defects on the {100} HEX plane. At this time, the hexagonal crystal deviates from perfect hexagonal symmetry because it contains defects on the {100} HEX plane, and can be said to be in a pseudo-hexagonal state. In this way, with heating and reduction, the crystal structure changes from an orthorhombic crystal to a pseudo-hexagonal crystal and then to a hexagonal crystal. At this time, it is believed that the planar defects of the (010) ORTH plane, including W vacancies contained in the orthorhombic crystal, are inherited by planar defects of the {100} HEX plane, gradually decrease, and finally disappear.
加熱還元時の結晶構造変化に伴って、電子構造も変化する。W欠損の消滅は材料に多量の電子注入をもたらす。斜方晶ではCsの外殻電子はOの中和に費やされて全体として電荷中性となっているが、W欠損が減少して擬六方晶になると、W原子1個当たり6個の外殻電子がOの中和に費やされることにより、Csの外殻電子は伝導帯下部のW-5d軌道に入って自由電子となる。この自由電子はLSPR吸収により近赤外線の吸収をもたらす。一方加熱還元は、同時にVOを生成する作用がある。VOの生成はランダムなサイトで進行する。VOが生ずるとその両隣のW原子は電荷過剰となり、W5+に束縛された局在電子が発生する(非特許文献2)。この局在電子は伝導帯上部の空位に遷移してポーラロニック吸収をもたらすが、一部は自由電子軌道に励起されてLSPR吸収をもたらす(非特許文献3)。これらの自由電子と束縛電子による吸収は、いずれもピーク波長が近赤外であるために、吸収の裾野が赤の波長にかかり、従って赤の透過性を低くする。自由電子と束縛電子の量が多いほど、すなわち還元の度合いが増すほど、LSPR吸収とポーラロニック吸収波長は高波長へシフトし、吸収量も大きくなるので、赤の透過性は減少する。 The electronic structure also changes with the change in the crystal structure during heating and reduction. The disappearance of W vacancies results in the injection of a large amount of electrons into the material. In the orthorhombic crystal, the outer shell electrons of Cs are used to neutralize O, resulting in overall charge neutrality, but when the W vacancies are reduced to form a pseudo-hexagonal crystal, six outer shell electrons per W atom are used to neutralize O, and the outer shell electrons of Cs enter the W-5d orbital at the bottom of the conduction band and become free electrons. These free electrons absorb near-infrared light through LSPR absorption. On the other hand, heating and reduction simultaneously has the effect of generating V 2 O. The generation of V 2 O proceeds at random sites. When V 2 O is generated, the W atoms on both sides of it become overcharged, and localized electrons bound to W 5+ are generated (Non-Patent Document 2). These localized electrons transition to vacancies above the conduction band, resulting in polaronic absorption, but some are excited to free electron orbitals, resulting in LSPR absorption (Non-Patent Document 3). The absorption by these free electrons and bound electrons both has a peak wavelength in the near infrared region, so the absorption base falls on the red wavelength, and therefore the red transmittance is reduced. As the amount of free electrons and bound electrons increases, i.e., the degree of reduction increases, the LSPR absorption and polaronic absorption wavelengths shift to higher wavelengths and the amount of absorption increases, so the red transmittance decreases.
従って、セシウムタングステン酸化物前駆体nCs2O・mWO3(n,mは整数、3.6≦m/n≦9.0)の結晶粉末を還元し、その際の還元の度合いを調整することで、青系の透過色を中性化できる。 Therefore, by reducing crystal powder of cesium tungsten oxide precursor nCs 2 O.mWO 3 (n and m are integers, 3.6≦m/n≦9.0) and adjusting the degree of reduction, it is possible to neutralize the bluish transmitted color.
以上に説明した本実施形態の近赤外線吸収粒子は、CsおよびWを含むセシウムタングステン酸化物前駆体nCs2O・mWO3の結晶粉末を、650℃以上950℃以下の還元雰囲気中で加熱することにより作製できる。上記セシウムタングステン酸化物の式中のn,mは整数であり、3.6≦m/n≦9.0を満たすことが好ましい。 The near infrared absorbing particles of the present embodiment described above can be produced by heating a crystal powder of a cesium tungsten oxide precursor nCs2O.mWO3 containing Cs and W in a reducing atmosphere at 650° C. to 950° C. In the formula of the cesium tungsten oxide, n and m are integers, and preferably satisfy 3.6≦m/n≦9.0.
すなわち、近赤外線吸収粒子として、セシウムおよびタングステンを含むセシウムタングステン酸化物前駆体nCs2O・mWO3(n,mは整数、3.6≦m/n≦9.0)の結晶粉末を、還元性気体の雰囲気中、650℃以上950℃以下で加熱、還元して得られた粒子を用いることができる。 That is, as the near-infrared absorbing particles, particles obtained by heating and reducing a crystal powder of a cesium tungsten oxide precursor nCs2O.mWO3 (n and m are integers, 3.6≦m/n≦9.0) containing cesium and tungsten in an atmosphere of a reducing gas at 650°C or higher and 950°C or lower can be used.
加熱、還元によって全部または一部が六方晶タングステンブロンズとなるためには、上記m/nの値は上述のように3.6≦m/n≦9.0の範囲にある必要がある。もし3.6未満の場合は加熱、還元後に立方晶パイロクロア相となり、着色が強く近赤外線吸収も起こらない。また9.0より大きい場合には、加熱、還元後に六方晶タングステンブロンズと三酸化タングステンに相分離して、近赤外線吸収効果が著しく減少する。上記セシウムタングステン酸化物前駆体は、m/n=5.5である、Cs4W11O35であることがより好ましい。すなわち、近赤外線吸収粒子として、主相としてCs4W11O35相を含むセシウムタングステン酸化物前駆体を、還元性気体の雰囲気中、650℃以上950℃以下で加熱、還元して得られた粒子を用いることがより好ましい。Cs4W11O35の高温還元により得られた近赤外線吸収粒子とすることで、該近赤外線吸収粒子を分散させた際に、青みの抑制された透過色をもちつつ大きな近赤外線吸収効果が得られる。なお、ここでいう主相とは、質量比で最も多く含まれている相であることを意味する。 In order for all or part of the tungsten oxide to become hexagonal tungsten bronze by heating and reduction, the value of m/n must be in the range of 3.6≦m/n≦9.0 as described above. If it is less than 3.6, the tungsten oxide will become a cubic pyrochlore phase after heating and reduction, and will be strongly colored and will not absorb near-infrared rays. If it is more than 9.0, the tungsten oxide will separate into hexagonal tungsten bronze and tungsten trioxide after heating and reduction, and the near-infrared absorbing effect will be significantly reduced. The tungsten oxide precursor is more preferably Cs 4 W 11 O 35 , which has m/n=5.5. That is, it is more preferable to use particles obtained by heating and reducing a tungsten oxide precursor containing a Cs 4 W 11 O 35 phase as the main phase in a reducing gas atmosphere at 650° C. or more and 950° C. or less as the near-infrared absorbing particles. By obtaining near-infrared absorbing particles by high-temperature reduction of Cs 4 W 11 O 35 , when the near-infrared absorbing particles are dispersed, a large near-infrared absorbing effect can be obtained while having a transmitted color with a suppressed bluish tint. Note that the main phase referred to here means the phase that is contained in the largest amount by mass ratio.
上述のようにセシウムタングステン酸化物を還元する際の加熱温度は650℃以上950℃以下が好ましい。650℃以上とすることで斜方晶から六方晶への構造変化を十分に進行させ、近赤外線吸収効果を高められる。また、950℃以下とすることで、結晶構造変化のスピードを適切に保ち、容易に適切な結晶状態と電子状態に制御することができる。なお、上記加熱温度を950℃よりも高くし、還元が行き過ぎるとWメタルやWO2などの低級酸化物が生成される場合があり、係る観点からも好ましくない。 As described above, the heating temperature when reducing cesium tungsten oxide is preferably 650°C or higher and 950°C or lower. By setting the temperature at 650°C or higher, the structural change from orthorhombic to hexagonal can be sufficiently promoted, and the near-infrared absorption effect can be enhanced. In addition, by setting the temperature at 950°C or lower, the speed of the crystal structure change can be appropriately maintained, and it is possible to easily control the crystal state and electronic state to an appropriate state. Note that if the heating temperature is higher than 950°C and reduction proceeds too far, lower oxides such as W metal and WO2 may be generated, which is not preferable from this viewpoint.
そして、本実施形態の近赤外線吸収粒子は、一般式CsxW1-yO3-z(0.2≦x≦0.4、0<y≦0.4、0<z≦0.46)で表わされ、斜方晶または六方晶の結晶構造を備えたセシウムタングステン酸化物を含有できる。なお、近赤外線吸収粒子は、斜方晶の結晶構造を備えたセシウムタングステン酸化物、および六方晶の結晶構造を備えたセシウムタングステン酸化物を同時に含有することもできる。 The near infrared absorbing particles of this embodiment can contain cesium tungsten oxide represented by the general formula Cs x W 1-y O 3-z (0.2≦x≦0.4, 0<y≦0.4, 0<z≦0.46) and having an orthorhombic or hexagonal crystal structure. The near infrared absorbing particles can also simultaneously contain cesium tungsten oxide having an orthorhombic crystal structure and cesium tungsten oxide having a hexagonal crystal structure.
近赤外線吸収粒子が含有するセシウムタングステン酸化物が、上記一般式を充足することで、W欠損や、酸素の空孔Voの程度が適切な範囲にあり、分散させて近赤外線吸収粒子分散体や、近赤外線吸収繊維等とした場合に、日射透過率を抑制しつつも、透過色がよりニュートラルな色調とすることができる。 When the cesium tungsten oxide contained in the near-infrared absorbing particles satisfies the above general formula, the degree of W vacancy and oxygen vacancy Vo are within an appropriate range, and when the cesium tungsten oxide is dispersed to form a near-infrared absorbing particle dispersion, a near-infrared absorbing fiber, or the like, the transmitted color can be made to have a more neutral tone while suppressing the solar transmittance.
なお、近赤外線吸収粒子は、上記複合タングステン酸化物からなることもできる。ただし、この場合でも製造工程等で混入する不可避不純物を含有することを排除するものではない。 The near-infrared absorbing particles may also be made of the above composite tungsten oxide. However, even in this case, this does not exclude the inclusion of unavoidable impurities that may be mixed in during the manufacturing process, etc.
従来知られている近赤外線吸収用タングステンブロンズは六方晶構造を有している。一方、本実施形態の近赤外線吸収粒子が有する複合タングステン酸化物は、斜方晶または六方晶の結晶構造を有することができる。なお、ここでの六方晶には、擬六方晶も含まれる。 Conventionally known near-infrared absorbing tungsten bronzes have a hexagonal crystal structure. On the other hand, the composite tungsten oxide of the near-infrared absorbing particles of this embodiment can have an orthorhombic or hexagonal crystal structure. Here, hexagonal crystals also include pseudo-hexagonal crystals.
近赤外線吸収粒子が含有する複合タングステン酸化物であるセシウムタングステン酸化物は、斜方晶の(010)面、六方晶のプリズム面である{100}面、六方晶の底面である(001)面から選択された1以上の面に、線状または面状の欠陥を有することが好ましい。上記欠陥は、面相互のずれに基づく積層不正や、面内でのCs原子やW原子の配列や原子位置の乱れを含むものであり、そのために往々にして電子線回折スポットにストリークを伴うことがある。上記六方晶のプリズム面である{100}面は、(100)面、(010)面、および(110)面を意味する。複合タングステン酸化物の係る欠陥、すなわち格子欠陥は、少なくともW欠損、具体的にはWの一部欠損を伴っており、このW欠損が結晶中の電子の欠落を招き、既述のようにこれが本質的な原因の一つとなって青色調の中性化に作用する。 The cesium tungsten oxide, which is a composite tungsten oxide contained in the near-infrared absorbing particles, preferably has linear or planar defects on one or more faces selected from the (010) face of an orthorhombic crystal, the {100} face which is a prism face of a hexagonal crystal, and the (001) face which is the base face of a hexagonal crystal. The above defects include stacking faults due to the misalignment of the faces, and the arrangement and atomic positions of Cs atoms and W atoms within the faces, and therefore often streaks are present in the electron diffraction spots. The {100} face which is a prism face of the hexagonal crystal means the (100) face, the (010) face, and the (110) face. The defects, i.e., lattice defects, of the composite tungsten oxide are accompanied by at least W defects, specifically partial W defects, and these W defects cause electron deficiencies in the crystal, which, as described above, is one of the essential causes that act to neutralize the blue tone.
セシウムタングステン酸化物は欠陥を有し、係る欠陥は、上述のようにタングステン欠損を含むことができる。 Cesium tungsten oxide has defects, which can include tungsten vacancies as described above.
また、セシウムタングステン酸化物の基本構造である斜方晶または六方晶の結晶を構成するW-O八面体、すなわちWO6八面体の、Oの一部がさらに欠損を有することもできる。係る欠損はランダムな欠損とすることができる。この八面体酸素の空孔VOは上述のようにランダムに導入することができ、既知の六方晶タングステンブロンズCs0.32WO3―yにおいてはy=0.46またはO全格子点の最大15%に及ぶことが知られている(非特許文献5)。本実施形態の近赤外線吸収粒子が含有するセシウムタングステン酸化物を示す一般式CsxW1―yO3―zにおいて最大z=0.46の量のVOを含むことができる。すなわちzは0.46以下とすることができる。 In addition, a part of the O in the W-O octahedron, i.e., the WO 6 octahedron, constituting the orthorhombic or hexagonal crystal, which is the basic structure of cesium tungsten oxide, may further have a defect. Such a defect may be a random defect. This octahedral oxygen vacancy V 0 may be introduced randomly as described above, and it is known that in the known hexagonal tungsten bronze Cs 0.32 WO 3-y , the vacancy reaches y=0.46 or a maximum of 15% of all O lattice points (Non-Patent Document 5). In the general formula Cs x W 1-y O 3-z representing the cesium tungsten oxide contained in the near infrared absorbing particle of this embodiment, V 0 may be contained in an amount of up to z=0.46. That is, z may be 0.46 or less.
セシウムタングステン酸化物の格子定数は、結晶格子中の欠陥量、もしくは組成、および結晶性に対応している。a軸の値はこれらの変数に対してバラつきが観察されるが、c軸の値は格子欠陥量もしくは光学特性と比較的良く対応する。その結果、本実施形態の近赤外線吸収粒子が含有するセシウムタングステン酸化物は、六方晶換算のc軸長が7.560Å以上7.750Å以下であることが好ましい。セシウムタングステン酸化物の六方晶換算のc軸長を上記範囲とすることで、近赤外線吸収効果を十分高め、また可視光透過性を特に高められる。なお、セシウムタングステン酸化物が六方晶の場合には換算は不要であり、該六方晶でのc軸長が、上記六方晶換算のc軸長となる。 The lattice constant of cesium tungsten oxide corresponds to the amount of defects in the crystal lattice, or the composition, and the crystallinity. Variations are observed in the a-axis value with respect to these variables, but the c-axis value corresponds relatively well to the amount of lattice defects or the optical properties. As a result, the cesium tungsten oxide contained in the near-infrared absorbing particles of this embodiment preferably has a c-axis length in hexagonal crystal equivalent of 7.560 Å or more and 7.750 Å or less. By setting the c-axis length in hexagonal crystal equivalent of cesium tungsten oxide within the above range, the near-infrared absorbing effect is sufficiently improved, and the visible light transmittance is particularly improved. Note that when cesium tungsten oxide is a hexagonal crystal, no conversion is necessary, and the c-axis length in the hexagonal crystal becomes the c-axis length in hexagonal crystal equivalent.
本実施形態の近赤外線吸収粒子が含有するセシウムタングステン酸化物は、X線粉末回折法で試料の回折パターンを測定すると、斜方晶と六方晶の混合相と同定されることが多い。例えばCs4W11O35の原料を還元していくと、斜方晶Cs4W11O35と六方晶Cs0.32WO3の混相と同定される。この場合はRietveld解析などで各相の格子定数を求め、これらを六方晶換算の値に変換することができる。斜方晶は、既に説明の通り、格子欠陥面をもつ六方晶であるので、斜方晶の格子定数は、適切な格子対応モデルにより六方晶の格子定数へ変換できる。斜方晶と六方晶との間の格子の変化の対応をSolodovnikov1998のモデル(非特許文献4)と仮定すれば、このモデルに対する幾何学的関係から、4aorth 2+borth 2=64ahex 2= 64bhex 2、corth=chexの関係が抽出されるので、これらの式を用いて、すべて六方晶換算の格子定数を求めることができる。なお、上記式中のaorth、borth、corthは斜方晶のa軸、b軸、c軸の長さを意味する。また、ahex、bhex、chexは六方晶のa軸、b軸、c軸の長さを意味する。 When the diffraction pattern of the sample is measured by X-ray powder diffraction method, the cesium tungsten oxide contained in the near infrared absorbing particles of this embodiment is often identified as a mixed phase of orthorhombic and hexagonal. For example, when the raw material Cs 4 W 11 O 35 is reduced, it is identified as a mixed phase of orthorhombic Cs 4 W 11 O 35 and hexagonal Cs 0.32 WO 3. In this case, the lattice constants of each phase can be obtained by Rietveld analysis or the like, and these can be converted into values converted into hexagonal crystals. As already explained, the orthorhombic crystal is a hexagonal crystal with a lattice defect plane, so the lattice constant of the orthorhombic crystal can be converted into the lattice constant of the hexagonal crystal by an appropriate lattice correspondence model. If the correspondence of the lattice change between the orthorhombic and hexagonal crystals is assumed to be the Solodovnikov 1998 model (Non-Patent Document 4), the geometric relationship for this model extracts the relationship of 4a orth 2 +b orth 2 =64a hex 2 =64b hex 2 and c orth =c hex , and these formulas can be used to obtain the lattice constants converted to hexagonal crystals. Note that a orth , b orth , and c orth in the above formulas mean the lengths of the a-axis, b-axis, and c-axis of the orthorhombic crystal. Also, a hex , b hex , and c hex mean the lengths of the a-axis, b-axis, and c-axis of the hexagonal crystal.
本実施形態の近赤外線吸収粒子が含有するセシウムタングステン酸化物は、Csの一部を添加元素により置換されていても良い。この場合、添加元素がNa、Tl、In、Li、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Gaから選択された1種類以上であることが好ましい。 The cesium tungsten oxide contained in the near infrared absorbing particles of this embodiment may have a portion of Cs replaced with an additive element. In this case, it is preferable that the additive element is one or more selected from Na, Tl, In, Li, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, and Ga.
上記添加元素は電子供与性があり、CsサイトにあってW-O八面体骨格の伝導帯への電子供与を補助する。 The above added elements have electron donating properties and assist in donating electrons to the conduction band of the W-O octahedral framework at the Cs site.
本実施形態の近赤外線吸収粒子の平均粒径は特に限定されないが、0.1nm以上200nm以下であることが好ましい。これは、近赤外線吸収粒子の平均粒径を200nm以下とすることで、局在表面プラズモン共鳴がより顕著に発現されるため、近赤外線吸収特性を特に高めることができる、すなわち日射透過率を特に抑制できるからである。また、近赤外線吸収粒子の平均粒径を0.1nm以上とすることで、工業的に容易に製造することができるからである。また粒子径は、近赤外線吸収粒子を分散させた分散透過膜である近赤外線吸収粒子分散体等の色と密接に関係しており、ミー散乱が支配的な粒径範囲では、粒径が小さいほど可視光線領域の短波長の散乱が減少する。従って粒径を大きくすれば青い色調を特に抑制する作用があるが、100nmを超えると光散乱に伴う膜のヘイズが無視できない大きさとなり、200nmを超えると膜のヘイズの上昇に加えて、表面プラズモンの発生が抑制されてLSPR吸収が過度に小さくなる場合がある。 The average particle size of the near-infrared absorbing particles of this embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.1 nm or more and 200 nm or less. This is because by making the average particle size of the near-infrared absorbing particles 200 nm or less, the localized surface plasmon resonance is more prominently expressed, and the near-infrared absorbing characteristics can be particularly enhanced, that is, the solar radiation transmittance can be particularly suppressed. In addition, by making the average particle size of the near-infrared absorbing particles 0.1 nm or more, it can be easily manufactured industrially. In addition, the particle size is closely related to the color of the near-infrared absorbing particle dispersion, which is a dispersion transmission film in which the near-infrared absorbing particles are dispersed, and in the particle size range in which Mie scattering is dominant, the smaller the particle size, the less scattering of short wavelengths in the visible light region. Therefore, if the particle size is increased, it has the effect of particularly suppressing the blue tone, but if it exceeds 100 nm, the haze of the film due to light scattering becomes large enough to be not negligible, and if it exceeds 200 nm, in addition to the increase in the haze of the film, the generation of surface plasmons is suppressed, and the LSPR absorption may be excessively small.
ここで、近赤外線吸収粒子の平均粒径は、透過型電子顕微鏡像から測定された複数の近赤外線吸収粒子の粒径の平均値や、分散液の動的光散乱法に基づく粒径測定装置で測定される分散粒径から知ることができる。 Here, the average particle size of the near-infrared absorbing particles can be determined from the average particle size of multiple near-infrared absorbing particles measured from a transmission electron microscope image, or from the dispersed particle size measured by a particle size measuring device based on the dynamic light scattering method of the dispersion liquid.
なお、特に可視光線領域の透明性を重視する用途に適用する場合、例えば近赤外線吸収繊維の色調に対する影響を特に抑制することが求められる場合等には、さらに近赤外線吸収粒子による散乱低減を考慮することが好ましい。当該散乱低減を重視する場合には、近赤外線吸収粒子の平均粒径は30nm以下であることが特に好ましい。 When applied to applications in which transparency in the visible light region is particularly important, for example when it is required to particularly suppress the effect on the color tone of the near-infrared absorbing fiber, it is preferable to further consider the reduction in scattering by the near-infrared absorbing particles. When the reduction in scattering is important, it is particularly preferable that the average particle size of the near-infrared absorbing particles is 30 nm or less.
また、近赤外線吸収粒子は、表面保護や、耐久性向上、酸化防止、耐水性向上などの目的で、表面処理を施しておくこともできる。表面処理の具体的な内容は特に限定されないが、例えば、本実施形態の近赤外線吸収粒子は、近赤外線吸収粒子の表面を、Si、Ti、Zr、Al、Znから選択された1種類以上の原子を含む化合物で被覆することができる。この際Si、Ti、Zr、Al、Znから選択された1種類以上の原子(元素)を含む化合物としては、酸化物、窒化物、炭化物等から選択された1種類以上が挙げられる。 In addition, the near-infrared absorbing particles may be surface-treated for the purpose of surface protection, improving durability, preventing oxidation, improving water resistance, and the like. The specific content of the surface treatment is not particularly limited, but for example, the surface of the near-infrared absorbing particles of this embodiment may be coated with a compound containing one or more types of atoms selected from Si, Ti, Zr, Al, and Zn. In this case, examples of the compound containing one or more types of atoms (elements) selected from Si, Ti, Zr, Al, and Zn include one or more types selected from oxides, nitrides, carbides, and the like.
ここで、セシウムタングステン酸化物、セシウムタングステン酸化物前駆体のバンド構造について説明する。 Here, we explain the band structures of cesium tungsten oxide and cesium tungsten oxide precursors.
上述の説明のとおり、nCs2O・mWO3(n,mは整数、3.6≦m/n≦9.0)を高温で還元すると、より中性に近い透過色の日射遮蔽材料が得られることが示された。高温還元時には、W欠損の消滅を含む六方晶化とVOの生成により伝導帯に電子が注入され、近赤外線吸収発現の源になると考えられるが、このような電子構造変化を第一原理計算によって裏付ける。 As explained above, it was shown that a solar radiation shading material with a more neutral transmitted color can be obtained by reducing nCs2O.mWO3 (n and m are integers, 3.6≦m/n≦9.0) at high temperatures. During high-temperature reduction, electrons are injected into the conduction band due to hexagonal crystallization including the disappearance of W vacancies and the generation of VO , which is thought to be the source of near-infrared absorption. This change in electronic structure is supported by first-principles calculations.
図1(a)にCs4W11O35の結晶構造を示す。また、図1(b)にCs0.33WO3であるCs4W12O36の結晶構造を示す。図1(a)、図1(b)においては、セシウム11と、酸素12とが示されている。なお、同じ種類の原子には同じハッチングをつけている。タングステンは酸素12で形成された八面体中に配置されているため、図1(a)、図1(b)では示されていない。図1(b)はCs0.33WO3を、図1(a)のCs4W11O35と対比可能なように斜方晶で軸を取り直した構造である。 FIG. 1(a) shows the crystal structure of Cs 4 W 11 O 35. FIG. 1(b) shows the crystal structure of Cs 4 W 12 O 36 , which is Cs 0.33 WO 3. In FIG. 1(a) and FIG. 1(b), cesium 11 and oxygen 12 are shown. The same type of atoms are hatched with the same pattern. Tungsten is arranged in an octahedron formed by oxygen 12, so it is not shown in FIG. 1(a) and FIG. 1(b). FIG. 1(b) shows a structure in which the axis of Cs 0.33 WO 3 is reoriented in an orthorhombic system so that it can be compared with Cs 4 W 11 O 35 in FIG. 1(a).
図1(a)のCs4W11O35の構造は図1(b)のCs4W12O36の結晶構造において、WとOが規則的に欠損した構造となっている。 The structure of Cs 4 W 11 O 35 in FIG. 1(a) is a structure in which W and O are regularly missing in the crystal structure of Cs 4 W 12 O 36 in FIG. 1(b).
上記図1(a)、図1(b)の結晶構造のセシウムタングステン酸化物のバンド構造を、それぞれ図2(a)、図2(b)に示す。また、図1(b)のCs4W12O36を基準して、Wが1個欠損したCs4W11O36のバンド構造、およびb軸方向に1.5倍のセルにして、Wが1個欠損したCs6W17O54の各バンド構造をそれぞれ図2(c)、図2(d)に示す。 The band structures of the cesium tungsten oxides having the crystal structures shown in Figures 1(a) and 1(b) are shown in Figures 2(a) and 2(b), respectively. The band structures of Cs4W11O36 , which is missing one W atom based on Cs4W12O36 in Figure 1(b), and Cs6W17O54 , which is missing one W atom and has a cell size 1.5 times larger in the b -axis direction, are shown in Figures 2(c) and 2(d) , respectively.
図2(a)、図2(b)に示したCs4W11O35のバンド構造、およびCs4W12O36のバンド構造は類似しているが、フェルミエネルギー(EF)の位置が前者はバンドギャップ内にあり、後者は伝導帯下部にある。従ってCs4W11O35は絶縁体であり、Cs4W12O36は導電体である。Cs4W11O35ではCs4W12O36を基準に見るとWとOが単位胞に各1個不足している。WとOが満ち足りたCs4W12O36では六方晶WO3のネットワークが構成され、Cs電子がそのW-5d軌道に注入されて導電体になると解釈されている(非特許文献6)。 The band structures of Cs 4 W 11 O 35 and Cs 4 W 12 O 36 shown in Figures 2(a) and 2(b) are similar, but the Fermi energy (E F ) is located in the band gap for the former and at the bottom of the conduction band for the latter. Therefore, Cs 4 W 11 O 35 is an insulator, and Cs 4 W 12 O 36 is a conductor. In Cs 4 W 11 O 35 , one W and one O are missing in the unit cell compared to Cs 4 W 12 O 36. It is interpreted that in Cs 4 W 12 O 36 , which is full of W and O, a hexagonal WO 3 network is formed, and Cs electrons are injected into the W-5d orbital to make it a conductor (Non-Patent Document 6).
図2(c)のCs4W11O36は、図2(b)のCs4W12O36からWを1個減じた構造である。 Cs 4 W 11 O 36 in FIG. 2C has a structure in which one W is removed from Cs 4 W 12 O 36 in FIG. 2B.
図2(d)のCs6W17O54、すなわち3Cs2O・17WO3は、図2(b)Cs4W12O36、すなわちCs6W18O54からみて電荷中性を保持しながらWを1個減じた構造である。 Cs 6 W 17 O 54 in FIG. 2(d), ie, 3Cs 2 O.17WO 3 , has a structure in which one W is removed from Cs 4 W 12 O 36 in FIG. 2(b), ie, Cs 6 W 18 O 54 , while maintaining charge neutrality.
W欠損の量が図2(a)、図2(d)、図2(b)の順に減少するが、EFが順に伝導帯底部側に上昇しており、W電子がW-5d軌道に注入されて伝導電子が増加し、近赤外線吸収が大きくなることを裏付けている
Cs4W12O36からOが欠損した場合はすでに詳しい計算例が報告されており、伝導帯底部に局在軌道が導入されると共に自由電子と局在電子が顕著に増加することが分かっている(非特許文献2)。
The amount of W vacancy decreases in the order of Figure 2(a), Figure 2(d), and Figure 2(b), but E F increases sequentially toward the bottom of the conduction band, which supports the idea that W electrons are injected into the W-5d orbital, increasing the number of conduction electrons and increasing the near-infrared absorption. A detailed calculation example has already been reported for the case where O is missing from Cs4W12O36 , and it is known that the number of free electrons and localized electrons increases significantly as localized orbitals are introduced at the bottom of the conduction band (Non-Patent Document 2).
実験的に得られる擬六方晶(斜方晶と六方晶の相転移途中にある中間構造)では、以上の要素が混在した電子状態と考えられる。すなわち還元に伴って、W欠損の消滅を含む六方晶化とVOの生成により、伝導帯に少しずつ電子が注入され、フェルミエネルギーEFがバンドギャップから伝導帯下部へ上がる。 In the experimentally obtained pseudo-hexagonal crystal (an intermediate structure in the middle of the phase transition between orthorhombic and hexagonal crystals), the electronic state is considered to be a mixture of the above elements. That is, with reduction, electrons are gradually injected into the conduction band due to the hexagonal crystallization including the disappearance of W vacancies and the generation of VO , and the Fermi energy E F rises from the band gap to the bottom of the conduction band.
これらのバンド構造を元にして、Drude項を含む誘電関数を計算した結果を図3に示す。図3(b)に示した誘電関数ε1のε1=0の位置に着目すると、遮蔽されたプラズマ周波数(ΩSP)は、Cs4W11O35、Cs6W17O54、Cs4W12O36、Cs4W12O35の順に増加することが分かる。この順に近赤外線吸収は大きくなると予想されるが、この傾向は観察結果と一致する。 Based on these band structures, the dielectric function including the Drude term was calculated, and the results are shown in Figure 3. Focusing on the position of ε 1 = 0 in the dielectric function ε 1 shown in Figure 3(b), it can be seen that the shielded plasma frequency (Ω SP ) increases in the order of Cs 4 W 11 O 35 , Cs 6 W 17 O 54 , Cs 4 W 12 O 36 , and Cs 4 W 12 O 35. It is expected that the near-infrared absorption increases in this order, and this tendency coincides with the observed results.
図3(a)に示した誘電関数ε2プロットから、セシウムタングステン酸化物では可視領域のε2は一般に小さいことが分かる。点線31で示した青領域の3.3eVでは、バンド間遷移に規定されて、バンドギャップが狭いCs4W11O35やCs6W17O54の吸収が大きくなる。一方、点線32で示した赤領域の1.6eVでは、表面プラズモン吸収の裾野に影響されて、Cs4W12O35の吸収が大きいことが分かる。赤領域の透過光はΩSPが減少する順に減少すると予想される。従来用いられていたセシウムタングステン酸化物と比較し、本実施形態の近赤外線吸収繊維に好適に用いることができる近赤外線吸収粒子が含有するセシウムタングステン酸化物において青みが減少した理由は、WとOの欠損があるnCs2O・mWO3(3.6≦m/n≦9.0)を原料として用いたことによりW欠損を含むCs0.33W1-yO3―z相が形成され、高エネルギー側の吸収が増加したためと考えられる。nCs2O・mWO3(3.6≦m/n≦9.0)の高温還元を調節することによりバンドギャップと伝導帯注入電子量が調節され、青みかかった色調を調節することができる。またその時の近赤外線吸収効果は比較的高い状態で維持されることが確認された。
(近赤外線吸収粒子の製造方法)
本実施形態の近赤外線吸収粒子の製造方法は特に限定されず、既述の特性を充足する近赤外線吸収粒子を製造できる方法であれば特に限定されず用いることができる。ここでは、近赤外線吸収粒子の製造方法の一構成例について説明する。
From the dielectric function ε2 plot shown in Figure 3(a), it can be seen that ε2 in the visible region is generally small for cesium tungsten oxide. At 3.3 eV in the blue region shown by dotted line 31, the absorption of Cs4W11O35 and Cs6W17O54 , which have narrow band gaps, is large due to the band- to -band transition. On the other hand, at 1.6 eV in the red region shown by dotted line 32, it can be seen that the absorption of Cs4W12O35 is large due to the influence of the base of the surface plasmon absorption. It is expected that the transmitted light in the red region decreases in the order of decreasing ΩSP . The reason why the blueness of the cesium tungsten oxide contained in the near-infrared absorbing particles that can be suitably used for the near-infrared absorbing fiber of the present embodiment is reduced compared to the conventionally used cesium tungsten oxide is believed to be because the use of nCs 2 O.mWO 3 (3.6≦m/n≦9.0) with vacancies of W and O as a raw material results in the formation of a Cs 0.33 W 1-y O 3-z phase containing W vacancies, and the absorption on the high energy side is increased. By adjusting the high-temperature reduction of nCs 2 O.mWO 3 (3.6≦m/n≦9.0), the band gap and the amount of electrons injected into the conduction band are adjusted, and the bluish color tone can be adjusted. It was also confirmed that the near-infrared absorbing effect at that time is maintained at a relatively high level.
(Method for producing near infrared absorbing particles)
The method for producing the near infrared ray absorbing particles of the present embodiment is not particularly limited, and any method can be used as long as it can produce near infrared ray absorbing particles that satisfy the above-mentioned characteristics. Here, one configuration example of the method for producing the near infrared ray absorbing particles will be described.
本実施形態の近赤外線吸収粒子の製造方法は、例えば以下の工程を有することができる。 The method for producing near-infrared absorbing particles of this embodiment can include, for example, the following steps:
セシウムを含むタングステン酸塩であるセシウムタングステン酸化物前駆体を合成するセシウムタングステン酸化物前駆体合成工程。
セシウムタングステン酸化物前駆体を、還元性気体の雰囲気中、650℃以上950℃以下で加熱、還元する加熱還元工程。
A cesium tungsten oxide precursor synthesis step of synthesizing a cesium tungsten oxide precursor, which is a tungstate salt containing cesium.
A heating and reducing step of heating and reducing the cesium tungsten oxide precursor in a reducing gas atmosphere at 650° C. or more and 950° C. or less.
以下、各工程について説明する。
(1)セシウムタングステン酸化物前駆体合成工程
セシウムタングステン酸化物前駆体合成工程では、セシウムを含むタングステン酸塩、すなわちセシウムタングステン酸塩であるセシウムタングステン酸化物前駆体を合成できる。セシウムタングステン酸化物前駆体が既に合成されている場合には、本実施形態の近赤外線吸収粒子の製造方法は、加熱還元工程から開始することもできる。
Each step will be described below.
(1) Cesium tungsten oxide precursor synthesis step In the cesium tungsten oxide precursor synthesis step, a tungstate containing cesium, i.e., a cesium tungstate precursor which is a cesium tungstate, can be synthesized. When the cesium tungsten oxide precursor has already been synthesized, the method for producing near infrared ray absorbing particles of the present embodiment can also start with a heating reduction step.
なお、セシウムタングステン酸塩であるセシウムタングステン酸化物前駆体は、nCs2O・mWO3(n,mは整数、3.6≦m/n≦9.0)の結晶粉末であることが好ましい。セシウムタングステン酸塩であるセシウムタングステン酸化物前駆体としては、安
定なセシウムタングステン酸塩であることがより好ましい。安定なセシウムタングステン酸塩としては、Cs4W11O35、Cs2W6O19、Cs6W20O63、Cs2W7O22、Cs6W11O36等から選択された1種類以上が挙げられる。セシウムタングステン酸化物前駆体は特に、主相としてCs4W11O35相を含むセシウムタングステン酸化物前駆体であることがさらに好ましい。
In addition, the cesium tungsten oxide precursor, which is cesium tungstate, is preferably a crystal powder of nCs2O.mWO3 (n, m are integers, 3.6≦m/n≦9.0 ) . As the cesium tungstate oxide precursor, which is cesium tungstate , it is more preferable to use a stable cesium tungstate. As the stable cesium tungstate, one or more types selected from Cs4W11O35 , Cs2W6O19 , Cs6W20O63 , Cs2W7O22 , Cs6W11O36 , etc. are listed. In particular, it is more preferable that the cesium tungsten oxide precursor is a cesium tungsten oxide precursor containing a Cs4W11O35 phase as the main phase.
これらのセシウムタングステン酸塩は例えば、セシウムやタングステンを含む原料粉末混合物を、大気中700℃以上1000℃以下で焼成することによって調製できる。なお、セシウムタングステン酸塩の製造方法は、上記形態に限定されず、例えばゾルゲル法や錯体重合法等のその他の方法を用いることもできる。 These cesium tungstates can be prepared, for example, by firing a raw material powder mixture containing cesium and tungsten in air at 700°C to 1000°C. The method for producing cesium tungstate is not limited to the above, and other methods such as the sol-gel method and complex polymerization method can also be used.
また出発原料として用いるセシウムタングステン酸塩として、気相合成などによって得られた非平衡タングステン酸塩を用いても良い。熱プラズマ法による粉体や電子ビーム溶解による粉体などがこれに含まれる。
(2)加熱還元工程
上記した出発物質としてのセシウムタングステン酸化物前駆体、具体的には例えば、斜方晶、単斜晶、擬六方晶から選択された1種以上の結晶構造を有するセシウムタングステン酸塩を、加熱還元工程に供することができる。
Furthermore, as the cesium tungstate used as the starting material, a non-equilibrium tungstate obtained by gas phase synthesis or the like may be used. This includes powder obtained by a thermal plasma method and powder obtained by electron beam melting.
(2) Heat Reduction Step The above-mentioned cesium tungsten oxide precursor as the starting material, specifically, for example, cesium tungstate having one or more crystal structures selected from orthorhombic, monoclinic, and pseudohexagonal, can be subjected to a heat reduction step.
加熱還元工程では、上述のセシウムタングステン酸化物前駆体を、還元性気体の雰囲気中650℃以上950℃以下で加熱、還元することができる。加熱還元工程を実施することで、所望の組成のセシウムタングステン酸化物を含有する近赤外線吸収粒子が得られる。 In the heating and reducing step, the above-mentioned cesium tungsten oxide precursor can be heated and reduced at 650°C or higher and 950°C or lower in an atmosphere of a reducing gas. By carrying out the heating and reducing step, near-infrared absorbing particles containing cesium tungsten oxide of the desired composition can be obtained.
加熱還元処理を行う場合、還元性気体の気流下で行うことが好ましい。還元性気体としては、水素等の還元性ガスと、窒素、アルゴン等から選択された1種類以上の不活性ガスとを含む混合気体を用いることができる。また水蒸気雰囲気や真空雰囲気での加熱その他のマイルドな加熱、還元条件を併用しても良い。 When performing the heating reduction treatment, it is preferable to perform it under a flow of reducing gas. As the reducing gas, a mixed gas containing a reducing gas such as hydrogen and one or more inert gases selected from nitrogen, argon, etc. can be used. It is also possible to use heating in a water vapor atmosphere or vacuum atmosphere or other mild heating and reduction conditions in combination.
なお、本実施形態の近赤外線吸収粒子の製造方法は特に上記形態に限定されるものではない。近赤外線吸収粒子の製造方法としては、欠陥微細構造を含む所定の構造とすることが可能な種々の方法を用いることができる。近赤外線吸収粒子の製造方法は、固相法、液相法、気相法で得たタングステン酸塩を還元処理する方法や、溶融ハロゲン化アルカリ中でWO3を還元する方法等が挙げられる。 The method for producing near infrared ray absorbing particles of the present embodiment is not particularly limited to the above-mentioned form. As the method for producing near infrared ray absorbing particles, various methods that can form a predetermined structure including a defective microstructure can be used. As the method for producing near infrared ray absorbing particles, a method of reducing a tungstate obtained by a solid phase method, a liquid phase method, or a gas phase method, a method of reducing WO3 in a molten alkali halide, etc. can be mentioned.
近赤外線吸収粒子の製造方法は、さらに任意の工程を有することもできる。
(3)粉砕工程
既述のように、近赤外線吸収粒子は微細化され、粒子となっていることが好ましい。このため、近赤外線吸収粒子の製造方法においては、加熱還元工程により得られた粉末を粉砕する粉砕工程を有することができる。
The method for producing near infrared ray absorbing particles may further include any optional steps.
As described above, the near infrared absorbing particles are preferably finely divided into particles. Therefore, the method for producing near infrared absorbing particles may include a grinding step of grinding the powder obtained by the heating and reducing step.
粉砕し、微細化する具体的な手段は特に限定されず、機械的に粉砕することができる各種手段を用いることができる。機械的な粉砕方法としては、ジェットミルなどを用いる乾式の粉砕方法を用いることができる。また、後述する近赤外線吸収粒子分散液を得る過程で、溶媒中で機械的に粉砕してもよい。この場合は、粉砕工程において、液状媒体中に近赤外線吸収粒子を分散させることになるため、粉砕、分散工程と言い換えることもできる。
(4)被覆工程
既述のように、近赤外線吸収粒子は、その表面をSi、Ti、Zr、Al、Znから選択された1種類以上の原子を含む化合物で被覆されていても良い。そこで、近赤外線吸収粒子の製造方法は、例えば近赤外線吸収粒子を、Si、Ti、Zr、Al、Znから選択された1種類以上の原子を含む化合物で被覆する被覆工程をさらに有することもできる。
The specific means for pulverizing and pulverizing is not particularly limited, and various means capable of mechanical pulverization can be used. As a mechanical pulverization method, a dry pulverization method using a jet mill or the like can be used. In addition, mechanical pulverization may be performed in a solvent in the process of obtaining a near-infrared absorbing particle dispersion liquid described later. In this case, since the near-infrared absorbing particles are dispersed in a liquid medium in the pulverization process, it can also be called a pulverization and dispersion process.
(4) Coating step As described above, the surface of the near infrared absorbing particle may be coated with a compound containing one or more atoms selected from Si, Ti, Zr, Al, and Zn. Therefore, the method for producing the near infrared absorbing particle may further include, for example, a coating step of coating the near infrared absorbing particle with a compound containing one or more atoms selected from Si, Ti, Zr, Al, and Zn.
被覆工程において、近赤外線吸収粒子を被覆する具体的な条件は特に限定されない。例えば、修飾する近赤外線吸収粒子に対して、上記原子群(金属群)から選択された1種類以上の原子を含むアルコキシド等を添加し、近赤外線吸収粒子の表面に被膜を形成できる。
[2]近赤外線吸収粒子分散液
次に、本実施形態の近赤外線吸収粒子分散液の一構成例について説明する。
In the coating step, specific conditions for coating the near infrared ray absorbing particles are not particularly limited. For example, an alkoxide or the like containing one or more atoms selected from the above atomic group (metal group) can be added to the near infrared ray absorbing particles to be modified, thereby forming a coating on the surface of the near infrared ray absorbing particles.
[2] Near infrared absorbing particle dispersion liquid Next, a configuration example of the near infrared absorbing particle dispersion liquid of this embodiment will be described.
本実施形態の近赤外線吸収粒子分散液は、例えば後述する近赤外線吸収繊維を製造する際に用いることもできる。 The near-infrared absorbing particle dispersion of this embodiment can also be used, for example, when producing near-infrared absorbing fibers, which will be described later.
本実施形態の近赤外線吸収粒子分散液は、既述の近赤外線吸収粒子と、水、有機溶媒、油脂、液状樹脂、液状可塑剤から選択された1種類以上である液状媒体と、を含むことができる。近赤外線吸収粒子分散液は、液状媒体に、近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。 The near-infrared absorbing particle dispersion of this embodiment can contain the near-infrared absorbing particles described above and a liquid medium that is one or more selected from water, organic solvents, oils and fats, liquid resins, and liquid plasticizers. The near-infrared absorbing particle dispersion preferably has a configuration in which near-infrared absorbing particles are dispersed in a liquid medium.
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。 As mentioned above, the liquid medium can be one or more selected from water, organic solvents, oils and fats, liquid resins, and liquid plasticizers.
有機溶媒としては、アルコール系、ケトン系、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、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、1-プロパノール、イソプロパノール、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-プロパノールなどのアルコール系溶媒;ジメチルケトン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブロピルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン系溶媒;3-メチルーメトキシ-プロピオネ一卜、酢酸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ロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテ一卜、プロ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;フォルムアミド、Nーメチ
ルフォルムアミド、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-ピロ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;エチレンクロライド、クロ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。
As the organic solvent, various types can be selected, such as alcohols, ketones, hydrocarbons, and glycols. Specific examples of the solvent include alcohol solvents such as isopropyl alcohol, methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, butanol, pentanol, benzyl alcohol, diacetone alcohol, and 1-methoxy-2-propanol; ketone solvents such as dimethyl ketone, acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and isophorone; ester solvents such as 3-methyl-methoxy-propionate and butyl acetate; glycol derivatives such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol isopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol methyl ether acetate, and propylene glycol ethyl ether acetate; amides such as formamide, N-methylformamide, dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; and halogenated hydrocarbons such as ethylene chloride and chlorobenzene.
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、イソプロピルアルコール、エタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、ジメチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、プロ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。 However, among these, organic solvents with low polarity are preferred, and in particular, isopropyl alcohol, ethanol, 1-methoxy-2-propanol, dimethyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, propylene glycol monomethyl ether acetate, n-butyl acetate, etc. are more preferred. These organic solvents can be used alone or in combination of two or more.
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。 As the fats and oils, for example, one or more selected from 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) can be used.
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。 The liquid resin may be one or more selected from the group consisting of liquid acrylic resin, liquid epoxy resin, liquid polyester resin, liquid urethane resin, etc.
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。 As a liquid plasticizer, for example, a liquid plasticizer for plastics can be used.
近赤外線吸収粒子分散液が含有する成分は、上述の近赤外線吸収粒子、および液状媒体のみに限定されない。近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。 The components contained in the near-infrared absorbing particle dispersion are not limited to the near-infrared absorbing particles and liquid medium described above. The near-infrared absorbing particle dispersion can also contain any other components added thereto as necessary.
例えば、近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。 For example, an acid or alkali may be added to the near-infrared absorbing particle dispersion liquid as necessary to adjust the pH of the dispersion liquid.
また、上述した近赤外線吸収粒子分散液中において、近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近赤外線吸収粒子分散液に添加することもできる。 In addition, in order to further improve the dispersion stability of the near-infrared absorbing particles in the near-infrared absorbing particle dispersion liquid described above and to prevent the dispersion particle size from becoming coarse due to re-aggregation, various surfactants, coupling agents, etc. can also be added to the near-infrared absorbing particle dispersion liquid as dispersants.
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定可能であるが、該分散剤は、アミンを含有する基、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、近赤外線吸収粒子の表面に吸着して凝集を防ぎ、例えば近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近赤外線吸収粒子を均一に分散させる効果をもつ。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。 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 an amine-containing group, a hydroxyl group, a carboxyl group, and an epoxy group. These functional groups adsorb to the surface of the near-infrared absorbing particles to prevent aggregation, and have the effect of uniformly dispersing the near-infrared absorbing particles even in an infrared shielding film formed using the near-infrared absorbing particles. A polymer dispersant having one or more functional groups (groups of functional groups) in the molecule is more preferable.
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)、ディスパロン(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。
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.), and EFKA (registered trademark) 4008, 4009, 4010, 4015, and 4046.
, 4047, 4060, 4080, 7462, 4020, 4050, 4055, 4400, 4401, 4402, 4403, 4300, 4320, 4330, 4340, 6220, 6225, 6700, 6780, 6782, 8503 (manufactured by F-Ka Additives), Ajisper (registered trademark) PA111, PB821, PB822, PN411, Famex L-12 (manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd.), DisperBYK (registered trademark) 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 (manufactured by Pick Chemi Japan Co., Ltd.), Disparlon (registered trademark) 1751N, 1831, 1850, 1860, 1934, DA-400N, DA-703-50, DA-725, DA-705, DA-7301, DN-900, NS-5210, NVI-8514L (manufactured by Kusumoto Chemicals Co., Ltd.), Arfon (registered trademark) UC-3000, UF-5022, UG-4010, UG-4035, UG-4070 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.), and the like can be mentioned as one or more types selected therefrom.
近赤外線吸収粒子の液状媒体への分散処理方法は、近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、近赤外線吸収粒子の平均粒径が200nm以下、となるように分散できることが好ましく、0.1nm以上200nm以下となるように分散できることがより好ましい。 The method of dispersing the near-infrared absorbing particles in the liquid medium is not particularly limited as long as it is a method that can disperse the near-infrared absorbing particles in the liquid medium. In this case, it is preferable that the near-infrared absorbing particles can be dispersed so that the average particle size is 200 nm or less, and it is more preferable that the near-infrared absorbing particles can be dispersed so that the average particle size is 0.1 nm or more and 200 nm or less.
近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、ポール、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、近赤外線吸収粒子の液状媒体中への分散と同時に、近赤外線吸収粒子同士の衝突や媒体メディアの近赤外線吸収粒子への衝突などによる微粒子化も進行し、近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。 Methods for dispersing near-infrared absorbing particles in a liquid medium include, for example, dispersion methods using devices such as a bead mill, a ball mill, a sand mill, a paint shaker, and an ultrasonic homogenizer. Among these, from the viewpoint of shortening the time required to obtain the desired average particle size, it is preferable to perform crushing and dispersion using a media agitation mill such as a bead mill, a ball mill, a sand mill, or a paint shaker that uses a medium media (beads, poles, Ottawa sand). By performing crushing-dispersion processing using a media agitation mill, the near-infrared absorbing particles are dispersed in a liquid medium, and at the same time, the near-infrared absorbing particles are also atomized due to collisions between the near-infrared absorbing particles and collisions of the medium media with the near-infrared absorbing particles, and the near-infrared absorbing particles can be dispersed in a more atomized form. In other words, the near-infrared absorbing particles are subjected to crushing-dispersion processing.
近赤外線吸収粒子の平均粒径は、上述のように0.1nm以上200nm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、幾何学散乱もしくはミー散乱による、波長400nm以上780nm以下の可視光線領域の光の散乱が低減されるからである。係る光の散乱が低減される結果、例えば本実施形態の近赤外線吸収粒子分散液を用いて得られる、近赤外線吸収粒子が樹脂等に分散した近赤外線吸収粒子分散体が曇りガラスのようになり、鮮明な透明性が得られなくなるのを回避できる。すなわち、平均粒径が200nm以下になると、光散乱は上記幾何学散乱もしくはミー散乱のモードが弱くなり、レイリー散乱モードになる。レイリー散乱領域では、散乱光は分散粒径の6乗に比例するため、分散粒径の減少に伴い散乱が低減し透明性が向上するからである。そして、平均粒径が100nm以下になると、散乱光は非常に少なくなり好ましい。 As described above, the average particle size of the near-infrared absorbing particles is preferably 0.1 nm or more and 200 nm or less. This is because a small average particle size reduces scattering of light in the visible light region with wavelengths of 400 nm or more and 780 nm or less due to geometric scattering or Mie scattering. As a result of reducing such light scattering, for example, a near-infrared absorbing particle dispersion obtained by using the near-infrared absorbing particle dispersion liquid of this embodiment in which near-infrared absorbing particles are dispersed in a resin or the like becomes like cloudy glass, and it is possible to avoid the loss of clear transparency. That is, when the average particle size is 200 nm or less, the light scattering becomes weaker in the geometric scattering or Mie scattering mode and becomes a Rayleigh scattering mode. In the Rayleigh scattering region, the scattered light is proportional to the sixth power of the dispersed particle size, so that the scattering is reduced and the transparency is improved as the dispersed particle size decreases. And, when the average particle size is 100 nm or less, the scattered light becomes very small, which is preferable.
ところで、本実施形態の近赤外線吸収粒子分散液を用いて得られる、近赤外線吸収粒子が樹脂等の固体媒体中に分散した近赤外線吸収粒子分散体内の近赤外線吸収粒子の分散状態は、固体媒体への分散液の公知の添加方法を行う限り該分散液の近赤外線吸収粒子の平均粒径よりも凝集することはない。 By the way, the dispersion state of the near-infrared absorbing particles in the near-infrared absorbing particle dispersion obtained by using the near-infrared absorbing particle dispersion of this embodiment, in which the near-infrared absorbing particles are dispersed in a solid medium such as a resin, will not aggregate to a level greater than the average particle size of the near-infrared absorbing particles in the dispersion, as long as a known method for adding the dispersion to the solid medium is used.
また、近赤外線吸収粒子の平均粒径が0.1nm以上200nm以下であれば、製造される近赤外線吸収粒子分散体やその成形体(板、シートなど)が、単調に透過率の減少した灰色系のものになってしまうことを回避できる。 In addition, if the average particle size of the near-infrared absorbing particles is 0.1 nm or more and 200 nm or less, it is possible to prevent the near-infrared absorbing particle dispersion and its molded body (plate, sheet, etc.) from being grayish in color with a monotonically decreasing transmittance.
本実施形態の近赤外線吸収粒子分散液中の近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。これは近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吸収率を発揮できるからである。また、80質量%以下とすることで、近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。
[3]近赤外線吸収繊維
本実施形態に係る近赤外線吸収繊維について説明する。
The content of the near-infrared absorbing particles in the near-infrared absorbing particle dispersion of the present 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 sufficient solar radiation absorptivity can be exhibited by making the content of the near-infrared absorbing particles 0.01% by mass or more. Also, by making the content 80% by mass or less, the near-infrared absorbing particles can be uniformly dispersed in the dispersion medium.
[3] Near-infrared absorbing fiber The near-infrared absorbing fiber according to this embodiment will be described.
本実施形態の近赤外線吸収繊維は、繊維と、近赤外線吸収粒子とを含むことができる。なお、近赤外線吸収粒子としては既述の近赤外線吸収粒子を用いることができる。このため、近赤外線吸収粒子は例えば一般式CsxW1-yO3-z(0.2≦x≦0.4、0<y≦0.4、0<z≦0.46)表わされ、斜方晶または六方晶の結晶構造を備えたセシウムタングステン酸化物を含有できる。 The near-infrared absorbing fiber of the present embodiment can include fibers and near-infrared absorbing particles. The near-infrared absorbing particles can be the above-mentioned near-infrared absorbing particles. For this reason, the near-infrared absorbing particles can include cesium tungsten oxide represented by the general formula Cs x W 1-y O 3-z (0.2≦x≦0.4, 0<y≦0.4, 0<z≦0.46) and having an orthorhombic or hexagonal crystal structure.
本実施形態の近赤外線吸収繊維は、上述のように、繊維と、近赤外線吸収粒子とを含有していれば良く、近赤外線吸収粒子の配置は特に限定されないが、近赤外線吸収粒子は、繊維の表面および内部から選択された1以上の部分に配置されていることが好ましい。 As described above, the near-infrared absorbing fiber of this embodiment only needs to contain fibers and near-infrared absorbing particles, and the arrangement of the near-infrared absorbing particles is not particularly limited, but it is preferable that the near-infrared absorbing particles are arranged in one or more parts selected from the surface and the interior of the fiber.
本実施形態の近赤外線吸収繊維は、既述の合成方法で得られた近赤外線吸収粒子を適宜な媒体中に分散させて、当該分散物を例えば繊維の表面および内部から選択された1以上部の部分に含有させることで調製できる。 The near-infrared absorbing fiber of this embodiment can be prepared by dispersing the near-infrared absorbing particles obtained by the synthesis method described above in an appropriate medium and incorporating the dispersion into one or more parts selected from, for example, the surface and the interior of the fiber.
以下、本実施形態の近赤外線吸収繊維が含有する部材について説明する。
(1)繊維
(1-1)繊維の種類について
Hereinafter, the members contained in the near infrared absorbing fiber of this embodiment will be described.
(1) Fibers (1-1) Types of Fibers
本実施形態の近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種類以上を好適に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。 The fibers contained in the near-infrared absorbing fiber of this embodiment can be selected from various types depending on the application, and are not particularly limited. For example, 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. In other words, fibers selected from the above fiber group can be used, and fibers selected from the above mixed yarn can also be used.
中でも、近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。
(1-1-1)合成繊維
合成繊維は、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種類以上を好適に用いることができる。
Among these, in consideration of the ease of incorporating the near infrared absorbing particles inside the fibers and the durability of heat retention, the fibers preferably contain synthetic fibers, and more preferably are made of synthetic fibers.
(1-1-1) Synthetic Fibers The synthetic fibers are 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 suitably used.
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。 Examples of polyamide fibers include nylon, nylon 6, nylon 66, nylon 11, nylon 610, nylon 612, aromatic nylon, aramid, etc.
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。 Examples of acrylic fibers include polyacrylonitrile, acrylonitrile-vinyl chloride copolymer, and modacrylic.
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。 Examples of polyester fibers include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, and polyethylene naphthalate.
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。 Examples of polyolefin fibers include polyethylene, polypropylene, polystyrene, etc.
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。 An example of a polyvinyl alcohol fiber is vinylon.
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。 Examples of polyvinylidene chloride fibers include vinylidene.
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。 Examples of polyvinyl chloride fibers include polyvinyl chloride.
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。
(1-1-2)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。
Examples of polyetherester fibers include Lexe and Success.
(1-1-2) Semi-synthetic fiber As the semi-synthetic fiber, for example, one or more types selected from cellulosic fibers, protein-based fibers, chlorinated rubber, hydrochloric rubber, etc. can be used.
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。 Examples of cellulosic fibers include acetate, triacetate, and acetate oxide.
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。
(1-1-3)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。
An example of a protein-based fiber is Promix.
(1-1-3) Natural Fibers As the natural fibers, for example, one or more types selected from vegetable fibers, animal fibers, mineral fibers, etc. can be used.
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。 Examples of plant fibers include cotton, kapok, flax, hemp, jute, Manila hemp, sisal, New Zealand hemp, ramie, palm, rush, and wheat straw.
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。 Examples of animal fibers include wool, silk, down, feathers, etc., such as sheep's wool, goat hair, mohair, cashmere, alpaca, angora, camel, and vicuna.
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。
(1-1-4)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。
Examples of mineral fibers include asbestos.
(1-1-4) Regenerated Fibers As the regenerated fibers, 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.
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。 Examples of cellulosic fibers include rayon, viscose rayon, cupro, polynosic, and cuprammonium rayon.
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。
(1-1-5)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。
Examples of protein-based fibers include casein fiber, peanut protein fiber, corn protein fiber, soy protein fiber, and regenerated silk.
(1-1-5) Inorganic Fibers As the inorganic fibers, for example, one or more types selected from metal fibers, carbon fibers, silicate fibers, etc. can be used.
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。 Examples of metal fibers include metal fibers, gold threads, silver threads, heat-resistant alloy fibers, etc.
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。
(1-2)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。
Examples of silicate fibers include glass fibers, slag fibers, and rock fibers.
(1-2) Fiber Shape 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.
繊維への近赤外線吸収粒子の含有、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、近赤外線吸収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。
(2)近赤外線吸収粒子
近赤外線吸収粒子としては、既述の近赤外線吸収粒子を用いることができる。近赤外線吸収粒子については既に説明したため、ここでは説明を省略する。
The inclusion and arrangement of the near infrared absorbing particles in the fiber is not particularly limited. For example, when the cross-sectional shape of the fiber is a core-sheath type, the near infrared absorbing particles may be contained in the core part of the fiber or in the sheath part. In addition, the shape of the fiber is not particularly limited, and may be a filament (long fiber) or a staple (short fiber).
(2) Near-infrared absorbing particles As the near-infrared absorbing particles, the above-mentioned near-infrared absorbing particles can be used. Since the near-infrared absorbing particles have already been described, the description thereof will be omitted here.
本実施形態の近赤外線吸収繊維における、近赤外線吸収粒子の含有量は特に限定されず、近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。 The amount of near-infrared absorbing particles contained in the near-infrared absorbing fiber of this embodiment is not particularly limited and can be selected according to the properties required of the near-infrared absorbing fiber.
ただし、既述の近赤外線吸収粒子の単位質量あたりの近赤外線吸収能力は非常に高いので、ITOやATOと比較して、4~10分の1程度の使用量で同等の近赤外線吸収効果を発揮できる。 However, the near-infrared absorbing ability per unit mass of the near-infrared absorbing particles mentioned above is very high, so compared to ITO or ATO, the same near-infrared absorbing effect can be achieved with only one-fourth to one-tenth the amount used.
本実施形態の近赤外線吸収繊維が含有する近赤外線吸収粒子の割合は特に限定されず、近赤外線吸収繊維に要求される性能等に応じて任意に選択できる。本実施形態の近赤外線吸収繊維は、例えば近赤外線吸収粒子を、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好ましく、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。 The proportion of near-infrared absorbing particles contained in the near-infrared absorbing fiber of this embodiment is not particularly limited and can be selected as desired depending on the performance required of the near-infrared absorbing fiber. For example, the near-infrared absorbing fiber of this embodiment preferably contains near-infrared absorbing particles in a proportion of 0.001% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably in a proportion of 0.005% by mass or more and 50% by mass or less, based on the solid content of the fiber.
近赤外線吸収粒子を、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、該近赤外線吸収繊維を含む生地が薄い場合でも、十分な近赤外線吸収効果を得ることができる。また、近赤外線吸収粒子を、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、近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、近赤外線吸収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。
(3)遠赤外線放射物質、添加剤
本実施形態の近赤外線吸収繊維は、上記繊維と近赤外線吸収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。なお、近赤外線吸収繊維が、上述のように繊維と近赤外線吸収粒子とのみから構成される場合でも、製造過程で混入する不可避成分等を含有することを排除するものではない。
(3-1)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。
By containing the near-infrared absorbing particles at a ratio of 0.001% by mass or more relative to the solid content of the fiber, even if the fabric containing the near-infrared absorbing fiber is thin, a sufficient near-infrared absorbing effect can be obtained. Also, by containing the near-infrared absorbing particles at a ratio of 80% by mass or less relative to the solid content of the fiber, it is possible to more reliably avoid a decrease in spinnability due to clogging of the filter or thread breakage when spinning the near-infrared absorbing fiber. Also, by making the content of the near-infrared absorbing particles 80% by mass or less, it is possible to more reliably avoid a loss of physical properties of the fiber.
(3) Far-infrared emitting substance, additives The near-infrared absorbing fiber of the present embodiment may be composed only of the above-mentioned fiber and near-infrared absorbing particles, but may further contain any optional components, for example, far-infrared emitting substances and additives described below according to the purpose. Note that even when the near-infrared absorbing fiber is composed only of the fiber and near-infrared absorbing particles as described above, it does not exclude the inclusion of unavoidable components and the like mixed in during the manufacturing process.
(3-1) Far-infrared emitting material 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.
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。 The far-infrared emitting material can be placed in one or more locations selected from the surface and interior of the fiber.
遠赤外線放射物質としては、例えばZrO2、SiO2、TiO2、Al2O3、MnO2、MgO、Fe2O3、CuO等の金属酸化物、ZrC、SiC、TiC等の炭化物、ZrN、Si3N4、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。 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.
近赤外線吸収粒子が含有するセシウムタングステン酸化物は、波長0.3μm以上3μm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0.9μm以上2.2μm以下の領域付近の近赤外領域を選択的に吸収して、熱に変換、もしくは再輻射する。 The cesium tungsten oxide contained in the near-infrared absorbing particles has the property of absorbing solar energy with wavelengths of 0.3 μm or more and 3 μm or less, and in particular selectively absorbs the near-infrared region around the wavelength range of 0.9 μm or more and 2.2 μm or less, and converts it to heat or re-radiates it.
一方、遠赤外線放射物質の粒子は、近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、ZrO2粒子は、このエネルギーを波長2μm以上20μm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、既述の近赤外線吸収粒子とが、繊維の内部や表面で共存することにより、近赤外線吸収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。 On the other hand, the particles of the far-infrared radiation material have the ability to receive the energy absorbed by the cesium tungsten oxide, which is a near-infrared absorbing material, convert this energy into heat energy of mid-to-far-infrared wavelengths, and radiate it. For example, ZrO2 particles convert this energy into heat energy with a wavelength of 2 μm or more and 20 μm or less, and radiate it. Therefore, by coexisting the far-infrared radiation material capable of radiating far-infrared rays and the near-infrared absorbing particles described above inside or on the surface of the fiber, the solar energy absorbed by the near-infrared absorbing particles is efficiently consumed inside or on the surface of the fiber, and more effective heat retention is achieved.
また、遠赤外線放射物質の含有量は特に限定されず、近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。本実施形態の近赤外線吸収繊維は、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、近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、近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。
(3-2)添加剤
添加剤としては、例えば酸化防止剤、難燃剤、消臭剤、防虫剤、抗菌剤、紫外線吸収剤等が挙げられる。添加剤は、例えば近赤外線吸収繊維の性能を損なわない範囲内で含有させて使用することができる。
[4]近赤外線吸収繊維の製造方法
本実施形態の近赤外線吸収繊維の製造方法について説明する。本実施形態の近赤外線吸収繊維の製造方法によれば、既述の近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。
The content of the far-infrared emitting material is not particularly limited and can be selected according to the performance required for the near-infrared absorbing fiber. The near-infrared absorbing fiber of this embodiment preferably contains the far-infrared emitting material in a ratio of, for example, 0.001% by mass or more and 80% by mass or less relative to the solid content of the fiber. This is because, by setting the content ratio of the far-infrared emitting material to 0.001% by mass or more, a sufficient thermal energy radiation effect can be obtained even if the fabric containing the near-infrared absorbing fiber is thin. In addition, by setting the content ratio of the far-infrared emitting material to 80% by mass or less, the near-infrared absorbing fiber can be more reliably prevented from decreasing in spinnability due to clogging of the filter, thread breakage, etc., during spinning.
(3-2) Additives Examples of additives include antioxidants, flame retardants, deodorants, insect repellents, antibacterial agents, ultraviolet absorbers, etc. The additives can be contained and used within the range that does not impair the performance of the near infrared absorbing fiber.
[4] Manufacturing method of near-infrared absorbing fiber The manufacturing method of the near-infrared absorbing fiber of the present embodiment will be described. Since the manufacturing method of the near-infrared absorbing fiber of the present embodiment can manufacture the near-infrared absorbing fiber described above, the description of the matters already described will be omitted.
本実施形態の近赤外線吸収繊維の製造方法は、繊維と近赤外線吸収繊維とを含有する近赤外線吸収繊維を調製する近赤外線吸収繊維製造工程を有することができる。 The method for producing a near-infrared absorbing fiber of this embodiment can include a near-infrared absorbing fiber production step for preparing a near-infrared absorbing fiber containing a fiber and a near-infrared absorbing fiber.
近赤外線吸収粒子、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。近赤外線吸収粒子は、既述のように例えば、一般式CsxW1-yO3-z(0.2≦x≦0.4、0<y≦0.4、0<z≦0.46)表わされ、斜方晶または六方晶の結晶構造を備えたセシウムタングステン酸化物を含有できる。 The near-infrared absorbing particles and fibers have already been described, and therefore will not be described here. The near-infrared absorbing particles can contain, for example, cesium tungsten oxide represented by the general formula Cs x W 1-y O 3-z (0.2≦x≦0.4, 0<y≦0.4, 0<z≦0.46) and having an orthorhombic or hexagonal crystal structure, as described above.
近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以上の場所に近赤外線吸収粒子を配置できる。 In the near-infrared absorbing fiber manufacturing process, specifically, for example, near-infrared absorbing particles can be placed in one or more locations selected from the surface and interior of the fiber.
繊維の表面および内部から選択された1以上の場所へ、近赤外線吸収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。 There is no particular limitation on the method for disposing near-infrared absorbing particles at one or more locations selected from the surface and interior of the fiber. For example, any of the following methods (a) to (d) can be used.
(a)合成繊維の原料ポリマーへ、近赤外線吸収粒子を混合して紡糸する方法。 (a) A method of mixing near-infrared absorbing particles into the raw polymer of synthetic fibers and spinning them.
(b)あらかじめ原料ポリマーの一部へ近赤外線吸収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。 (b) A method in which a masterbatch is produced in advance by incorporating a high concentration of near-infrared absorbing particles into a portion of the raw polymer, and the masterbatch is diluted and adjusted to the desired concentration at the time of spinning before being spun.
(c)近赤外線吸収粒子を、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、近赤外線吸収粒子を原料ポリマー中に分散せしめた後、紡糸する方法。 (c) A method in which near-infrared absorbing particles are dispersed in a raw material monomer or oligomer solution to prepare a dispersion solution in advance. The dispersion solution is then used to synthesize the desired raw material polymer, and the near-infrared absorbing particles are dispersed in the raw material polymer and then spun.
(d)あらかじめ紡糸して得られた繊維の表面へ、近赤外線吸収粒子を、結合剤などを用いて付着させる方法。 (d) A method in which near-infrared absorbing particles are attached to the surface of fibers obtained by prior spinning using a binder or the like.
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。 Here, we will further explain the above methods (a) to (d) by providing specific examples.
(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。
Method (a):
An example in which polyester fibers are used as the fibers will be described.
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近赤外線吸収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、近赤外線吸収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近赤外線吸収繊維を製造できる。 First, the near-infrared absorbing 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 near-infrared absorbing particles. The resulting master batch is melt-mixed near the melting temperature of the resin, and can be spun, for example, by various known methods to produce near-infrared absorbing fibers.
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、まず近赤外線吸収粒子分散液と、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、熱可塑性樹脂に近赤外線吸収粒子を分散した混合物を調製できる。 The method for producing the masterbatch is not particularly limited. For example, a near-infrared absorbing particle dispersion, powder or pellets of a thermoplastic resin, and other additives as necessary are first melt-mixed using a kneader while removing the solvent, to prepare a mixture in which the near-infrared absorbing particles are dispersed in the thermoplastic resin.
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。 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.
樹脂中に近赤外線吸収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。 The method for preparing the mixture in which near-infrared absorbing particles are dispersed in the resin is not limited to the above form.
例えば、近赤外線吸収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、熱可塑性樹脂に近赤外線吸収粒子を分散した混合物を製造することもできる。この他、熱可塑性樹脂に近赤外線吸収粒子を分散した混合物の製造には、近赤外線吸収粒子を、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。 For example, after preparing a near-infrared absorbing particle dispersion, first remove the dispersion medium from the dispersion by a known method. Then, the powder obtained by removing the dispersion medium, powder particles or pellets of a thermoplastic resin, and other additives as necessary, are uniformly melt-mixed to produce a mixture in which near-infrared absorbing particles are dispersed in a thermoplastic resin. In addition, a method of directly adding near-infrared absorbing particles to a thermoplastic resin and melt-mixing the particles can also be used to produce a mixture in which near-infrared absorbing particles are dispersed in a thermoplastic resin.
上述した方法により得られた近赤外線吸収粒子と、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、近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。 The mixture of near-infrared absorbing particles obtained by the above-mentioned method and a thermoplastic resin is kneaded in a vented single-screw or twin-screw extruder and processed into pellets to obtain a master batch containing near-infrared absorbing particles.
(b)の方法:
(a)と同様の方法などを活用して、近赤外線吸収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、近赤外線吸収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、近赤外線吸収繊維を製造できる。
Method (b):
A master batch containing near-infrared absorbing particles is prepared by utilizing a method similar to that of (a), etc. Then, the master batch and a master batch made of polyethylene terephthalate to which no near-infrared absorbing particles have been added are melt-mixed at a desired mixing ratio near the melting temperature of the resin, and spun according to a known method, whereby a near-infrared absorbing fiber can be produced.
(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。
Method (c):
For example, a case where urethane fibers are used as the fibers will be described.
近赤外線吸収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近赤外線吸収粒子を製造できる。 A polymeric diol containing near-infrared absorbing 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 near-infrared absorbing particles.
(d)の方法:
例えば、天然繊維の表面に近赤外線吸収粒子を付着させる場合を例に説明する。
まず近赤外線吸収粒子と、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。
Method (d):
For example, a case where near-infrared absorbing particles are attached to the surface of natural fibers will be described.
First, a treatment liquid is prepared by mixing near-infrared absorbing particles, one or more binder resins selected from acrylic, epoxy, urethane, and polyester, and a solvent such as water.
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、当該天然繊維に近赤外線吸収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、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。 Next, the natural fibers are immersed in the prepared treatment solution, or the natural fibers are impregnated with the prepared treatment solution by padding, printing, spraying, or the like, and then dried. This allows the near-infrared absorbing particles to be attached to the natural fibers. And the method (d) can be applied to semi-synthetic fibers, regenerated fibers, inorganic fibers, or blends, doubling yarns, and mixed fibers thereof, in addition to the natural fibers mentioned above.
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、近赤外線吸収粒子の分散液の調製方法は特に限定されず、例えば、近赤外線吸収粒子分散液で既述の方法により調製できる。 The method for preparing the near-infrared absorbing particle dispersion that can be used when carrying out the above-mentioned methods (a) to (d) is not particularly limited, and for example, the near-infrared absorbing particle dispersion can be prepared by the method already described.
そして近赤外線吸収粒子の分散において、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、当該近赤外線吸収粒子、具体的には含有するセシウムタングステン酸化物のXRDピークトップ強度の比の値が0.13以上となるように、分散の工程の条件を設定することが好ましい。上記条件を充足するように分散処理を行い、得られた分散液を用いて近赤外線吸収繊維を調製することで、該近赤外線吸収繊維の光学特性を特に高めることができる。 In dispersing the near-infrared absorbing particles, it is preferable to set the conditions of the dispersion process so that when the value of the XRD peak intensity of the (220) plane of a silicon powder standard sample (640c, manufactured by NIST) is taken as 1, the ratio of the XRD peak top intensity of the near-infrared absorbing particles, specifically the contained cesium tungsten oxide, is 0.13 or more. By performing the dispersion process so as to satisfy the above conditions and preparing near-infrared absorbing fibers using the obtained dispersion, the optical properties of the near-infrared absorbing fibers can be particularly improved.
また、近赤外線吸収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。 The dispersion medium of the near-infrared absorbing particle dispersion is not particularly limited and can be selected according to the fibers to be mixed. For example, various common organic solvents such as alcohols, ethers, esters, ketones, and aromatic compounds, as well as water, can be suitably used.
近赤外線吸収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、近赤外線吸収粒子の分散液を、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、近赤外線吸収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、近赤外線吸収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。 When attaching or mixing near-infrared absorbing particles to fibers or the polymers that are the raw materials thereof, the near-infrared absorbing particle dispersion can be mixed directly with the fibers or the polymers that are the raw materials thereof. If necessary, the pH can be adjusted by adding an acid or alkali to the near-infrared absorbing particle dispersion, and various surfactants, coupling agents, etc. can be added to further improve the dispersion stability of the near-infrared absorbing particles.
以上説明したように、本実施形態の近赤外線吸収繊維は、繊維、および近赤外線吸収粒子を含有し、近赤外線吸収粒子がニュートラルな色調を有している。このため、近赤外線吸収繊維についてもニュートラルな色調とすることが可能になる。また、近赤外線吸収粒子がセシウムタングステン酸化物を含有するため、本実施形態の近赤外線吸収繊維は、保温性に優れた繊維とすることができる。その結果、該近赤外線吸収繊維を用いた繊維製品の意匠性を損なうことがなく、補色や淡色に彩ることができる。 As described above, the near-infrared absorbing fiber of this embodiment contains fibers and near-infrared absorbing particles, and the near-infrared absorbing particles have a neutral color tone. Therefore, it is possible to make the near-infrared absorbing fiber have a neutral color tone. In addition, since the near-infrared absorbing particles contain cesium tungsten oxide, the near-infrared absorbing fiber of this embodiment can be a fiber with excellent heat retention. As a result, the design of the textile product using the near-infrared absorbing fiber is not impaired, and it can be colored in complementary or light colors.
そして、本実施形態の近赤外線吸収繊維は、保温性を必要とする防寒衣料、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。
[繊維製品]
本実施形態の繊維製品は、既述の近赤外線吸収繊維を加工してなり、既述の近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近赤外線吸収繊維から構成することもできる。
The near infrared absorbing fiber of this embodiment can be used for various applications such as textile products requiring heat retention, such as cold weather clothing, sports clothing, stockings, curtains, and other industrial textile products.
[Textile products]
The textile product of the present embodiment is obtained by processing the near-infrared absorbing fiber described above, and may contain the near-infrared absorbing fiber described above. The textile product of the present embodiment may also be composed of the near-infrared absorbing fiber described above.
以下、実施例を参照しながら本発明を具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
ここでまず以下の実験例における近赤外線吸収粒子の評価方法について説明する。
(化学分析)
得られた近赤外線吸収粒子の化学分析は、Csについては原子吸光分析(AAS)により、W(タングステン)についてはICP発光分光分析(1CP―OES)により行った。また、Oについては軽元素分析装置(LECO社製、型式ON―836)を用いて、Heガス中で試料を融解しルツボ中のカーボンと反応したCOガスをIR吸収分光法で定量する方法で分析した。なお、以下の実験例1-1~実験例1-13においては、W欠損を有するセシウムタングステン複合酸化物を含む近赤外線吸収粒子である粉末が得られている。このため、実験例1-1~実験例1-13で得られた近赤外線吸収粒子である粉末A~粉末Mについて、Wを1とした場合の組成比に、TEM観察等により求めたW欠損に応じた値をかけることで得られた組成比は、いずれも一般式CsxW1-yO3-z(0.2≦x≦0.4、0<y≦0.4、0<z≦0.46)を充足することを確認できている。
(X線回折測定)
X線回折測定はSpectris社のX'Pert-PRO/MPD装置でCu-Kα
線を用いて粉末XRD測定することで実施した。
First, the method for evaluating near infrared ray absorbing particles in the following experimental examples will be described.
(chemical analysis)
Chemical analysis of the obtained near-infrared absorbing particles was performed by atomic absorption spectrometry (AAS) for Cs and by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (1CP-OES) for W (tungsten). In addition, O was analyzed by a light element analyzer (LECO, model ON-836) in which the sample was melted in He gas and the CO gas reacted with the carbon in the crucible was quantified by IR absorption spectroscopy. In the following Experimental Examples 1-1 to 1-13, powders that are near-infrared absorbing particles containing cesium tungsten composite oxides having W deficiencies were obtained. Therefore, for Powders A to M, which are near-infrared absorbing particles obtained in Experimental Examples 1-1 to 1-13, it has been confirmed that the composition ratios obtained by multiplying the composition ratio when W is 1 by a value corresponding to the W deficiency determined by TEM observation or the like all satisfy the general formula Cs x W 1-y O 3-z (0.2≦x≦0.4, 0<y≦0.4, 0<z≦0.46).
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction measurements were performed using a Spectris X'Pert-PRO/MPD instrument (Cu-Kα)
The measurement was carried out by powder XRD measurement using a line.
標準サンプル(NIST640e)で回折角を較正してから測定を行った。そして、得られたXRD回折パターンについてリ一卜ベルト解析を行ない、結晶相の格子定数を求めた。なお、表1中、XRDの欄のパターンの欄に、同定した結晶相を表記しており、「斜方晶+六方晶」の場合には、斜方晶と六方晶とが含まれていることを意味する。また、「斜方晶」の場合には斜方晶が、「六方晶」の場合には六方晶が含まれていることを意味する。 The diffraction angle was calibrated using a standard sample (NIST640e) before the measurements. The obtained XRD diffraction pattern was then subjected to Rietveld analysis to determine the lattice constant of the crystal phase. In Table 1, the identified crystal phase is indicated in the pattern column of the XRD column, and "orthorhombic + hexagonal" means that orthorhombic and hexagonal crystals are included. "Orthorhombic" means that orthorhombic crystals are included, and "hexagonal" means that hexagonal crystals are included.
斜方晶と六方晶の混相の場合は、各相に対する格子定数を求めた。そして、斜方晶の格子定数は、以下の格子対応モデルにより六方晶の格子定数へ変換した。斜方晶と六方晶との間の格子の変化の対応は、Solodovnikov1998のモデル(非特許文献4)から抽出した式、4aorth
2+borth
2=64ahex
2= 64bhex
2、corth=chexを用いて、六方晶換算の格子定数を求めた。なお、上記式中のaorth、borth、corthは斜方晶のa軸、b軸、c軸の長さを意味する。また、ahex、bhex、chexは六方晶のa軸、b軸、c軸の長さを意味する。
[実験例1]
後述する実験例2で用いる近赤外線吸収粒子を製造し、評価を行った。
[実験例1-1]
炭酸セシウム(Cs2CO3)と三酸化タングステン(WO3)をモル比でCs2CO3:WO3=2:11の比率となるように秤量、混合、混練して得られた混練物をカーボンボートに入れ、大気中、管状炉で、850℃で20時間を2回加熱し、ごく薄く緑がかった白色粉末である粉末A´を得た。なお、加熱する際、850℃で20時間加熱後に、一度取り出して粉砕・混合した後同じ条件で再加熱した。
In the case of a mixed phase of orthorhombic and hexagonal, the lattice constant for each phase was obtained. The lattice constant of the orthorhombic crystal was converted to the lattice constant of the hexagonal crystal by the following lattice correspondence model. The correspondence of the change in the lattice between the orthorhombic crystal and the hexagonal crystal was calculated using the formula 4a orth 2 +b orth 2 =64a hex 2 =64b hex 2 , c orth =c hex extracted from the model of Solodovnikov 1998 (Non-Patent Document 4). In addition, a orth , b orth , and c orth in the above formula mean the lengths of the a-axis, b-axis, and c-axis of the orthorhombic crystal. In addition, a hex , b hex , and c hex mean the lengths of the a-axis, b-axis, and c-axis of the hexagonal crystal.
[Experimental Example 1]
Near infrared absorbing particles for use in Experimental Example 2 described later were produced and evaluated.
[Experimental Example 1-1]
Cesium carbonate ( Cs2CO3 ) and tungsten trioxide ( WO3 ) were weighed, mixed, and kneaded to a molar ratio of Cs2CO3 : WO3 = 2:11 , and the resulting kneaded mixture was placed in a carbon boat and heated twice in a tubular furnace in the atmosphere at 850°C for 20 hours to obtain Powder A', which was a very lightly greenish white powder. Note that when heating, the powder was taken out once after heating at 850°C for 20 hours, pulverized and mixed, and then reheated under the same conditions.
得られた白色粉末である粉末A´について、以下のように評価を行った。 The resulting white powder, Powder A', was evaluated as follows.
X線粉末回折パターンは、僅かにCs6W11O36が混じったが、ほぼCs4W11O35単相(ICDD 00-51-1891)と同定された。 The X-ray powder diffraction pattern identified the material as mostly single phase Cs 4 W 11 O 35 (ICDD 00-51-1891), with a trace of Cs 6 W 11 O 36 .
格子定数は、a=14.6733Å、b=52.3841Å、c=7.7424Åと測定された。係る値は、Solodovnikov(非特許文献4)の値である、a=14.6686Å、b=52.3971Å、c=7.7356Åに極めて近かった。この白色粉末の化学分析結果はCs0.36WO3.18となり、ほぼ秤量組成に一致した。 The lattice constants were measured to be a = 14.6733 Å, b = 52.3841 Å, and c = 7.7424 Å, which are very close to the values of a = 14.6686 Å, b = 52.3971 Å, and c = 7.7356 Å reported by Solodovnikov (Non-Patent Document 4 ). Chemical analysis of the white powder gave Cs0.36WO3.18 , which is in close agreement with the weighed composition.
次に、得られた白色粉末である粉末A´のTEM観察を行なった。制限視野電子線回折パターンを取ると、斜方晶のスポットパターンが得られた。図4に斜方晶のc軸方向から取ったスポットパターンを示す。b軸方向にb/8周期の周期性が出ており、WとOの欠損面の存在が確認された。またb軸方向に走るストリークから、b面には多少の面欠陥が存在することが分かった。このc軸晶帯軸のスポットパターンは6回対称に近いが、(480)と(4-80)スポットの角度が52.2°と、6回対称の場合の60°からずれており、b/8周期に入ったWとOの欠損面のために6回対称からずれたと考えられる。 Next, TEM observation was performed on the obtained white powder, Powder A'. When a selected area electron diffraction pattern was taken, an orthorhombic spot pattern was obtained. Figure 4 shows the spot pattern taken from the c-axis direction of the orthorhombic crystal. A b/8 periodicity was observed in the b-axis direction, and the presence of missing planes of W and O was confirmed. In addition, the streaks running in the b-axis direction revealed the presence of some planar defects on the b-plane. This c-axis crystal zone axis spot pattern is close to 6-fold symmetry, but the angle between the (480) and (4-80) spots is 52.2°, which is deviated from 60° in the case of 6-fold symmetry, and it is believed that the deviation from 6-fold symmetry is due to the missing planes of W and O that fall into the b/8 period.
得られた白色粉末であるCs4W11O35粉末を、カーボンボートに薄く平らに敷き詰めて、管状炉内に配置し、Arガス気流中で室温から800℃まで加熱した。800℃で温度を保持しながら、Arガスをキャリアーとした1vol%H2ガス(以下、vol%を単に%で記載する)を混合させた気流に切り替えて、5分間還元した後、H2ガスを停止し、Arガス気流のみで100℃まで徐冷し、その後Arガス気流を止めて室温まで徐冷し、粉末Aを取り出した。取り出した粉末Aの色調は水色だった。 The obtained white powder, Cs 4 W 11 O 35 powder, was spread thinly and evenly on a carbon boat, placed in a tubular furnace, and heated in an Ar gas stream from room temperature to 800°C. While maintaining the temperature at 800°C, the stream was switched to a mixture of 1 vol% H 2 gas (hereinafter, vol% is simply written as %) with Ar gas as a carrier, and reduced for 5 minutes, after which the H 2 gas was stopped and the mixture was gradually cooled to 100°C using only the Ar gas stream, after which the Ar gas stream was stopped and the mixture was gradually cooled to room temperature, and powder A was taken out. The color of the taken-out powder A was light blue.
粉末AのXRDパターンは斜方晶と六方晶の2相混合パターンを示した。Rietveld法で各相の格子定数を求めたところ、斜方晶はa=14.6609Å、b=52.4040Å、c=7.7419Å(六方晶換算値はa=7.5062Å、c=7.7419Å)、六方晶はa=7.4170Å、c=7.5752Åであった。c軸の値は両者とも
7.560Å≦c≦7.750Åの範囲にあることを確認した。
The XRD pattern of Powder A showed a two-phase mixed pattern of orthorhombic and hexagonal. The lattice constants of each phase were determined by the Rietveld method, and the orthorhombic phase had a = 14.6609 Å, b = 52.4040 Å, and c = 7.7419 Å (equivalent values for hexagonal phase were a = 7.5062 Å, c = 7.7419 Å), and the hexagonal phase had a = 7.4170 Å, c = 7.5752 Å. It was confirmed that the c-axis values for both phases were in the range of 7.560 Å ≦ c ≦ 7.750 Å.
次に粉末AのTEM観察を行なったところ、斜方晶粒子と、擬六方晶の粒子が観察された。 Next, TEM observation of powder A was performed, and orthorhombic and pseudohexagonal particles were observed.
ここで、図5に擬六方晶粒子の電子線回折像を示す。擬六方晶粒子は、図5の[001]HEX晶帯軸の電子線回折像が示すように、六方晶に近い回折パターンを示した。ここで(200)HEXと(110)HEXの面間角度は59.2°と測定され、ほぼ六方晶に近い値であった。 Here, an electron beam diffraction image of the pseudo-hexagonal particles is shown in Fig. 5. The pseudo-hexagonal particles exhibited a diffraction pattern close to that of a hexagonal crystal, as shown by the electron beam diffraction image of the [001] HEX crystal zone axis in Fig. 5. The interplanar angle between (200) HEX and (110) HEX was measured to be 59.2°, a value close to that of a hexagonal crystal.
次に粉末Aを、STEM-HAADFモードで観察した(STEM: scanning transmission electron microscopy、HAADF:High-angle annular dark field)。 Powder A was then observed in STEM-HAADF mode (STEM: scanning transmission electron microscopy, HAADF: high-angle annular dark field).
擬六方晶粒子の[221]晶帯軸から観察したHAADF像を図6に示す。HAADFモードでは原子番号と、投影方向の原子存在確率に比例した明度で原子の粒が観察されるので、図6に暗く見える(110)HEXに沿った線状の領域は、原子番号が最も大きいWの欠損と同定された。このようなW欠損領域のトレースは、別方向からの観察により、(110)HEXに面状に広がっていることが確認された。また、コントラストの薄いトレースの一部は線状に収縮していると考えられる。 Figure 6 shows a HAADF image observed from the [221] zone axis of a pseudohexagonal grain. In the HAADF mode, atomic particles are observed with brightness proportional to the atomic number and the probability of the atoms existing in the projection direction, so the linear region along (110) HEX that appears dark in Figure 6 was identified as a vacancy of W, which has the largest atomic number. By observing from a different direction, it was confirmed that the trace of such a W vacancy region spreads in a planar manner on (110) HEX . In addition, some of the traces with low contrast are thought to be linearly contracted.
本実験例では加熱還元処理を5分間と後述する他の実験例よりも短い時間としており、高温での還元初期には、斜方晶(010)ORTHのW欠陥が収縮して擬六方晶へと構造転移が起こり、擬六方晶においては{100}HEX面に収縮途中の多くのW欠損領域が観察できた。
[実験例1-2]
実験例1-1で得た粉末A´であるCs4W11O35粉末を、カーボンボートに薄く平らに敷き詰めて、管状炉内に配置し、Arガス気流中で室温から800℃まで加熱した。800℃で温度を保持しながら、Arガスをキャリアーとした1%H2ガスを混合させた気流に切り替え、15分間還元した後、H2ガスを停止し、Arガス気流のみで100℃まで徐冷し、その後Arガス気流を止めて室温まで徐冷し、粉末Bを取り出した。取り出した粉末Bの色調は青色だった。
In this experimental example, the heat reduction treatment was performed for 5 minutes, which is shorter than the time required for other experimental examples described later. In the initial stage of reduction at high temperature, W defects in the orthorhombic (010) ORTH contracted, and a structural transition occurred to a pseudo-hexagonal crystal. Many W-deficient regions in the process of contracting were observed on the {100} HEX plane of the pseudo-hexagonal crystal.
[Experimental Example 1-2]
The Cs 4 W 11 O 35 powder, which is the powder A' obtained in Experimental Example 1-1, was spread thinly and evenly on a carbon boat, placed in a tubular furnace, and heated in an Ar gas stream from room temperature to 800°C. While maintaining the temperature at 800°C, the stream was switched to a mixture of 1% H 2 gas with Ar gas as a carrier, and reduced for 15 minutes, after which the H 2 gas was stopped and the mixture was gradually cooled to 100°C using only the Ar gas stream, after which the Ar gas stream was stopped and the mixture was gradually cooled to room temperature, and the powder B was taken out. The color of the powder B taken out was blue.
粉末BのXRDパターンは斜方晶と六方晶の2相混合パターンを示した。Rietveld法で各相の格子定数を求めたところ、斜方晶はa=14.6576Å、b=52.4315Å、c=7.7412Å(六方晶換算値はa=7.5088Å、c=7.7412Å)、六方晶はa=7.4122Å、c=7.5940Åを得た。c軸の値は両者とも7
.560Å≦c≦7.750Åの範囲にあることを確認した。
The XRD pattern of Powder B showed a two-phase mixed pattern of orthorhombic and hexagonal. The lattice constants of each phase were determined by the Rietveld method, and the orthorhombic phase had a = 14.6576 Å, b = 52.4315 Å, and c = 7.7412 Å (the hexagonal equivalent values were a = 7.5088 Å, c = 7.7412 Å), and the hexagonal phase had a = 7.4122 Å, c = 7.5940 Å. The c-axis values for both were 7.
It was confirmed that the range of c was 560 Å≦c≦7.750 Å.
次に粉末BのTEM観察を行なったところ、実験例1-1で得られた粉末Aの場合と同様に、斜方晶粒子と、擬六方晶の粒子が観察された。擬六方晶粒子は、図7の[001]HEX晶帯軸の電子線回折像が示すように、六方晶に近い回折パターンを示した。ここで(200)HEXと(110)HEXの面間角度は59.5°と測定され、ほぼ六方晶に近い値であった。
[実験例1-3]
実験例1-1で得た粉末A´であるCs4W11O35粉末を、カーボンボートに薄く平らに敷き詰めて、管状炉内に配置し、Arガス気流中で室温から800℃まで加熱した。800℃で温度を保持しながら、Arガスをキャリアーとした1%H2ガスを混合させた気流に切り替え、30分間還元した後、H2ガスを停止し、Arガス気流のみで100℃まで徐冷し、その後Arガス気流を止めて室温まで徐冷し、粉末Cを取り出した。取り出した粉末Cの色調は濃青色だった。
Next, TEM observation of Powder B revealed orthorhombic and pseudo-hexagonal particles, as in the case of Powder A obtained in Experimental Example 1-1. The pseudo-hexagonal particles showed a diffraction pattern close to that of a hexagonal crystal, as shown in the electron beam diffraction image of the [001] HEX crystal zone axis in Figure 7. The interplanar angle between (200) HEX and (110) HEX was measured to be 59.5°, a value close to that of a hexagonal crystal.
[Experimental Example 1-3]
The Cs 4 W 11 O 35 powder, which is the powder A' obtained in Experimental Example 1-1, was spread thinly and evenly on a carbon boat, placed in a tubular furnace, and heated in an Ar gas stream from room temperature to 800°C. While maintaining the temperature at 800°C, the stream was switched to a mixture of 1% H 2 gas with Ar gas as a carrier, and reduced for 30 minutes, after which the H 2 gas was stopped and the mixture was gradually cooled to 100°C using only the Ar gas stream, after which the Ar gas stream was stopped and the mixture was gradually cooled to room temperature, and the powder C was taken out. The color of the taken out powder C was dark blue.
粉末CのXRDパターンは斜方晶と六方晶の2相混合パターンを示した。Rietveld法で各相の格子定数を求めたところ、斜方晶はa=14.6649Å、b=52.4010Å,c=7.7451Å(六方晶換算値はa=7.5064Å、c=7.7451Å)、六方晶はa=7.4076Å、c=7.6107Åを得た。c軸の値は両者とも7.560Å≦c≦7.750Åの範囲にあることを確認した。 The XRD pattern of Powder C showed a two-phase mixed pattern of orthorhombic and hexagonal. The lattice constants of each phase were determined using the Rietveld method, and the orthorhombic phase had a = 14.6649 Å, b = 52.4010 Å, c = 7.7451 Å (equivalent values for hexagonal phase were a = 7.5064 Å, c = 7.7451 Å), and the hexagonal phase had a = 7.4076 Å, c = 7.6107 Å. It was confirmed that the c-axis values for both phases were in the range of 7.560 Å ≦ c ≦ 7.750 Å.
次に粉末CのTEM観察を行なったところ、実験例1-1で得られた粉末Aの場合と同様に斜方晶粒子と、擬六方晶の粒子が観察された。擬六方晶粒子は、図8の[001]晶帯軸の電子線回折像が示すように、六方晶の回折パターンを示した。ここで(200)HEXと(110)HEXの面間角度は60.0°と測定され、六方晶の値となった。
[実験例1-4~実験例1-7]
実験例1-1で得た粉末A´であるCs4W11O35粉末を、還元処理する際の還元時間を、表1に示すように35分~90分に変えて粉末D、粉末E、粉末F、粉末Gを作製した。粉末D~粉末Gの粉末色調はすべて濃青色であり、XRD格子定数は、表に示すとおりである。
Next, TEM observation of Powder C revealed orthorhombic and pseudo-hexagonal particles, similar to the case of Powder A obtained in Experimental Example 1-1. The pseudo-hexagonal particles showed a hexagonal diffraction pattern, as shown in the electron beam diffraction image of the [001] zone axis in Figure 8. The interplanar angle between (200) HEX and (110) HEX was measured to be 60.0°, which is a value for a hexagonal crystal.
[Experimental Examples 1-4 to 1-7]
Powders D, E, F, and G were produced by subjecting the Cs 4 W 11 O 35 powder, which is Powder A' obtained in Experimental Example 1-1, to a reduction treatment for a reduction time of 35 to 90 minutes as shown in Table 1. Powders D to G all had a deep blue color and had XRD lattice constants as shown in the table.
なお、表1に示したように、実験例1-4においては、斜方晶の相も観察され、六方晶に換算したc軸長さは、7.7440Å(実験例1-4)であった。
[実験例1-8~実験例1-11]
実験例1-1で得た粉末A´であるCs4W11O35粉末を、加熱還元処理する際の加熱温度と還元時間を、表1に示すように変更した。具体的には、実験例1-8では650℃で120分間、実験例1-9では700℃で60分間、実験例1-10では900℃で10分間、実験例1-11では950℃で20分間とした。以上の点以外は実験例1-1の粉末Aを作製した場合と同様にして、粉末H、粉末I、粉末J、粉末Kを作製した。それぞれ水色、青色、濃青色、濃青色の粉末が得られた。得られた各粉末のXRDパターンから求めた格子定数は、表1に示す通りであった。
As shown in Table 1, in Experimental Example 1-4, an orthorhombic phase was also observed, and the c-axis length calculated as a hexagonal phase was 7.7440 Å (Experimental Example 1-4).
[Experimental Examples 1-8 to 1-11]
The heating temperature and reduction time when the Cs 4 W 11 O 35 powder, which is the powder A' obtained in Experimental Example 1-1, was subjected to the heating and reduction treatment were changed as shown in Table 1. Specifically, in Experimental Example 1-8, the heating and reduction were performed for 120 minutes at 650°C, in Experimental Example 1-9, for 60 minutes at 700°C, in Experimental Example 1-10, for 10 minutes at 900°C, and in Experimental Example 1-11, for 20 minutes at 950°C. Except for the above points, the powders H, I, J, and K were prepared in the same manner as the powder A of Experimental Example 1-1. Light blue, blue, dark blue, and dark blue powders were obtained, respectively. The lattice constants obtained from the XRD patterns of the obtained powders were as shown in Table 1.
なお、表1に示したように、実験例1-8、実験例1-9においては、斜方晶の相も観察され、六方晶に換算したc軸長さは、7.7428Å(実験例1-8)、7.7471Å(実験例1-9)であった。
[実験例1-12]
炭酸セシウムと三酸化タングステンをモル比でCs2CO3:WO3=3:11の比率で混合してカーボンボートに薄く平らに敷き詰めて、管状炉内に配置し、850℃で5時間加熱して、ごく薄く緑がかった白色粉末を得た。この白色粉末の主相はCs6W11O36(ICDD1-70-632)と同定されたが、Cs4W11O35との混相であった。
As shown in Table 1, in Experimental Examples 1-8 and 1-9, an orthorhombic phase was also observed, and the c-axis lengths converted to hexagonal were 7.7428 Å (Experimental Example 1-8) and 7.7471 Å (Experimental Example 1-9).
[Experimental Example 1-12]
Cesium carbonate and tungsten trioxide were mixed in a molar ratio of Cs2CO3 : WO3 = 3:11, spread thinly and evenly on a carbon boat, placed in a tube furnace, and heated at 850°C for 5 hours to obtain a very slightly greenish white powder. The main phase of this white powder was identified as Cs6W11O36 ( ICDD1-70-632 ), but it was a mixed phase with Cs4W11O35 .
得られた白色粉末を、1%H2-N2気流中、800℃で30分間熱処理し、濃青色の粉末Lを得た。 The obtained white powder was heat-treated in a 1% H 2 —N 2 gas flow at 800° C. for 30 minutes to obtain a deep blue powder L.
粉末LのXRDパターンは、斜方晶と六方晶の2相混合パターンを示した。得られた粉末LのXRDパターンから求めた格子定数は、表1に示すとおりである。なお、上述のように斜方晶の相も観察され、六方晶に換算したc軸長さは7.7449Åであった。
[実験例1-13]
炭酸セシウムと三酸化タングステンをモル比でCs2CO3:WO3=1:6の比率で混合してカーボンボートに薄く平らに敷き詰めて、管状炉内に配置し、850℃で5時間加熱して、ごく薄く緑がかった白色粉末を得た。この白色粉末の主相はCs4W11O35と同定されたが、Cs2W6O19(ICDD00-045-0522)との混相であった。
The XRD pattern of Powder L showed a two-phase mixed pattern of orthorhombic and hexagonal. The lattice constants obtained from the XRD pattern of Powder L are shown in Table 1. As described above, an orthorhombic phase was also observed, and the c-axis length converted to a hexagonal phase was 7.7449 Å.
[Experimental Example 1-13]
Cesium carbonate and tungsten trioxide were mixed in a molar ratio of Cs 2 CO 3 :WO 3 = 1:6, spread thinly and evenly on a carbon boat, placed in a tube furnace, and heated at 850°C for 5 hours to obtain a very slightly greenish white powder. The main phase of this white powder was identified as Cs 4 W 11 O 35 , but it was a mixed phase with Cs 2 W 6 O 19 (ICDD00-045-0522).
得られた白色粉末を、1%H2-N2気流中、800℃で30分間熱処理し、濃青色の粉末Mを得た。 The obtained white powder was heat-treated in a 1% H 2 —N 2 gas flow at 800° C. for 30 minutes to obtain a deep blue powder M.
粉末MのXRDパターンは、斜方晶と六方晶の2相混合パターンを示した。得られた粉末MのXRDパターンから求めた格子定数は、表1に示すとおりである。なお、斜方晶の相も観察され、六方晶に換算したc軸長さは、7.7466Åであった。 The XRD pattern of Powder M showed a two-phase mixed pattern of orthorhombic and hexagonal crystals. The lattice constants obtained from the XRD pattern of Powder M are shown in Table 1. An orthorhombic phase was also observed, and the c-axis length converted to hexagonal crystals was 7.7466 Å.
以上の実験例1-1~実験例1-13で示したように、白色のCs4W11O35やCs6W11O36、Cs2W6O19を含むCs4W11O35の粉末を高温で還元すると、粉の色は徐々に水色から、青色、濃青色へと変化した。 As shown in the above Experimental Examples 1-1 to 1-13, when white Cs 4 W 11 O 35 powder, Cs 6 W 11 O 36 powder , and Cs 4 W 11 O 35 powder containing Cs 2 W 6 O 19 were reduced at high temperature, the color of the powder gradually changed from light blue to blue and then to dark blue.
またCs4W11O35相ではW欠損を含む格子欠陥が存在し、斜方晶となっているが、これを高温で還元すると、W欠損を含む格子欠陥が低減、消滅すると共に、斜方晶が六方晶へと変化することが確認された。 Furthermore, the Cs4W11O35 phase contains lattice defects including W vacancies and is orthorhombic. It was confirmed that when this phase is reduced at high temperatures, the lattice defects including W vacancies are reduced or eliminated, and the orthorhombic crystals change to hexagonal crystals.
なお、実験例1-1~実験例1-13で得られた粉末A~粉末Mが含有するセシウムタングステン酸化物はいずれもW欠損、およびO欠損を有していることを確認している。
[実験例2]
実験例1で製造した近赤外線吸収粒子を用いて近赤外線吸収繊維を製造し、評価を行った。
It has been confirmed that the cesium tungsten oxide contained in Powders A to M obtained in Experimental Examples 1-1 to 1-13 all has W deficiencies and O deficiencies.
[Experimental Example 2]
Near infrared absorbing fibers were produced using the near infrared absorbing particles produced in Experimental Example 1, and were evaluated.
実験例2-1~実験例2-13が実施例であり、実験例2-14、実験例2-15が比較例になる。
[実験例2-1]
実験例1-1で作製した粉末Aを10質量%と、官能基としてアミンを含有する基を有するアクリル系高分子分散剤(以下「分散剤a」と略称する)10質量%と、溶媒としてトルエン80質量%とを秤量した。秤量したこれらの材料を0.3mm径のシリカビーズと共にガラス容器に入れ、ペイントシェーカーを用いて、1時間、分散・粉砕し、近赤外線吸収粒子分散液である分散液Aを得た。
Experimental Examples 2-1 to 2-13 are working examples, and Experimental Examples 2-14 and 2-15 are comparative examples.
[Experimental Example 2-1]
10% by mass of the powder A prepared in Experimental Example 1-1, 10% by mass of an acrylic polymer dispersant having an amine-containing functional group (hereinafter abbreviated as "dispersant a"), and 80% by mass of toluene as a solvent were weighed out. These weighed materials were placed in a glass container together with silica beads having a diameter of 0.3 mm, and dispersed and pulverized for 1 hour using a paint shaker to obtain a dispersion A, which is a near-infrared absorbing particle dispersion.
ここで、分散液A内における近赤外線吸収粒子の平均粒径(動的光散乱法に基づく粒径測定装置である大塚電子株式会社製 ELS-8000で測定される分散粒径)を測定すると、28.2nmであった。 Here, the average particle size of the near-infrared absorbing particles in dispersion A (dispersed particle size measured using an ELS-8000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., a particle size measuring device based on dynamic light scattering) was measured to be 28.2 nm.
分散液Aからスプレードライヤーを用いてトルエンを除去し、実験例2-1に係る近赤外線吸収粒子分散粉を得た。得られた近赤外線吸収粒子分散粉を、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、近赤外線吸収成分である近赤外線吸収粒子を40重量%含有するマスターバッチを得た。 Toluene was removed from dispersion A using a spray dryer to obtain a near-infrared absorbing particle dispersion powder according to Experimental Example 2-1. The obtained near-infrared absorbing particle dispersion powder 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 to obtain a master batch containing 40% by weight of near-infrared absorbing particles, which are a near-infrared absorbing component.
実験例2-1に係るマスターバッチを原料ポリマーとするポリエステルマスターバッチと共に溶融紡糸し、続いて延伸を行ない、実験例2-1に係るポリエステルマルチフィラメント糸を製造した。このとき、近赤外線吸収粒子であるセシウムタングステン酸化物粒子は、繊維の固形分に対して10質量%となるよう、原料ポリマーと溶融紡糸した。当該時点におけるセシウムタングステン酸化物粒子の平均粒径を、透過型電子顕微鏡像を用いた画像処理装置によって算出したところ、27nmであった。なお、各粒子の粒径は粒子の外接円の直径とし、100個の粒子について測定した各粒子の粒径の平均値として上記平均粒径を算出している。なお、上記ポリエステルマスターバッチのポリエステル樹脂としてはポリエチレンテレフタレート樹脂を用いている。 The master batch according to Experimental Example 2-1 was melt-spun together with a polyester master batch using the raw polymer, followed by drawing to produce the polyester multifilament yarn according to Experimental Example 2-1. At this time, the cesium tungsten oxide particles, which are near-infrared absorbing particles, were melt-spun with the raw polymer so that the content was 10 mass% of the solid content of the fiber. The average particle size of the cesium tungsten oxide particles at this time was calculated to be 27 nm using an image processing device using a transmission electron microscope image. The particle size of each particle is the diameter of the circumscribed circle of the particle, and the average particle size is calculated as the average particle size measured for 100 particles. The polyester resin used in the polyester master batch is polyethylene terephthalate resin.
得られたポリエステルマルチフィラメント糸を切断してポリエステルステープルを作製し、これを用いて紡績糸を製造した。そして、この紡績糸を用いて保温性を有する実験例2-1に係るニット製品を得た。 The obtained polyester multifilament yarn was cut to produce polyester staples, which were then used to manufacture spun yarn. The knitted product of Experimental Example 2-1, which has heat-retaining properties, was then obtained using this spun yarn.
なお、作製されたニット製品試料の日射反射率は8%となるように調整した。ニット製品試料における日射反射率の8%への調整は、後述する実験例2-2~実験例2-15の全てで行った。 The solar reflectance of the knitted product samples was adjusted to 8%. The solar reflectance of the knitted product samples was adjusted to 8% in all of the experimental examples 2-2 to 2-15 described below.
作製されたニット製品の分光特性を、日立製作所製の分光光度計を用いて波長200nm以上2100nm以下の光の透過率および反射率を測定し、JIS A 5759(2016)に従って日射吸収率を算出した。当該日射吸収率は、日射吸収率(%)=100%-日射透過率(%)-日射反射率(%)により算出した。算出された日射吸収率は、51.1%であった。また、反射率からニット製品の色指数を算出したところ、L*=88、a*=-1、b*=8となり、ブルー色が非常に弱くニュートラルな色調であることが確認できた。 The spectral characteristics of the produced knitted product were measured using a spectrophotometer manufactured by Hitachi Ltd. to measure the transmittance and reflectance of light with a wavelength of 200 nm or more and 2100 nm or less, and the solar absorptance was calculated according to JIS A 5759 (2016). The solar absorptance was calculated as follows: solar absorptance (%) = 100% - solar transmittance (%) - solar reflectance (%). The calculated solar absorptance was 51.1%. In addition, the color index of the knitted product was calculated from the reflectance, and it was found to be L * = 88, a * = -1, b * = 8, and it was confirmed that the blue color was very weak and the color tone was neutral.
当該結果を表2に示す。また、表2には、後述する実験例2-2~実験例2-15で得られた結果についても併せて記載する。 The results are shown in Table 2. Table 2 also lists the results obtained in Experimental Examples 2-2 to 2-15, which will be described later.
次に、作製されたニット製品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。 Next, the temperature rise effect on the reverse side of the fabric of the knitted product was measured as follows.
20℃、60%RH環境下において、太陽光線近似スペクトルランプ(セリック株式会社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(ミノルタ株式会社製HT-11)にて測定した。 In an environment of 20°C and 60% RH, 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 manufactured by Minolta Co., Ltd.).
当該結果を表3に示す。また、表3には、後述する実験例2-2~実験例2-15で得られた結果についても併せて記載する。
[実験例2-2~実験例2-13]
実験例1-1に係る粉末Aの代わりに実験例1-2~実験例1-13に係る粉末B~粉末Mを用いた以外は実験例2-1と同様にして、実験例2-2~実験例2-13に係る近赤外線吸収粒子分散粉、マスターバッチ、近赤外線吸収繊維であるポリエステルマルチフィラメント糸、繊維製品であるニット製品を得て評価した。当該評価結果を表2、表3に示す。
[実験例2-14]
実験例1-1に係る粉末Aの代わりに実験例1-1で得た粉末A´であるCs4W11O35粉末を用いた点以外は実験例2-1と同様にして、実験例2-14に係る近赤外線吸収粒子分散粉、マスターバッチ、ポリエステルマルチフィラメント糸、ニット製品を得て評価した。当該評価結果を表2、表3に示す。
[実験例2-15]
炭酸セシウム(Cs2CO3)水溶液、タングステン酸(H2WO4)、および二酸化タングステン粉末(WO2)をCs2O・5WO3・4WO2の組成となるように、秤量、混合、混練して原料混合物を調製した。十分に混合した後、原料混合物を、カーボンボートに薄く平らに敷き詰めて、N2ガスをキャリアーとした1%H2ガス気流下、550℃で60分間保持し、その後100%N2気流に変えて1時間保持後800℃に昇温して1時間保持し、室温へ徐冷して粉末Oを得た。粉末Oの色は濃青色であった。化学分析の結果、組成Cs0.33WO2.74が得られた。
The results are shown in Table 3. Table 3 also shows the results obtained in Experimental Examples 2-2 to 2-15, which will be described later.
[Experimental Examples 2-2 to 2-13]
Near-infrared absorbing particle dispersion powders, masterbatches, polyester multifilament yarns as near-infrared absorbing fibers, and knitted products as textile products as per Experimental Examples 2-2 to 2-13 were obtained and evaluated in the same manner as in Experimental Example 2-1, except that Powder B to Powder M as per Experimental Examples 1-2 to 1-13 were used instead of Powder A as per Experimental Example 1-1. The evaluation results are shown in Tables 2 and 3.
[Experimental Example 2-14]
A near-infrared absorbing particle-dispersed powder, a master batch , a polyester multifilament yarn, and a knit product according to Experimental Example 2-14 were obtained and evaluated in the same manner as in Experimental Example 2-1, except that the powder A' obtained in Experimental Example 1-1, namely, Cs4W11O35 powder, was used instead of the powder A according to Experimental Example 1-1. The evaluation results are shown in Tables 2 and 3.
[Experimental Example 2-15]
A raw material mixture was prepared by weighing, mixing, and kneading an aqueous solution of cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), tungstic acid (H 2 WO 4 ), and tungsten dioxide powder (WO 2 ) to obtain a composition of Cs 2 O.5WO 3.4WO 2. After thorough mixing, the raw material mixture was thinly and evenly spread on a carbon boat and held at 550° C. for 60 minutes under a 1% H 2 gas flow with N 2 gas as a carrier, then changed to a 100% N 2 flow and held for 1 hour, then heated to 800° C. and held for 1 hour, and slowly cooled to room temperature to obtain powder O. The color of powder O was dark blue. As a result of chemical analysis, the composition Cs 0.33 WO 2.74 was obtained.
粉末OのXRDパターンは六方晶の単相を示した。Rietveld解析により格子定数a=7.4088Å、c=7.6033Åを得た。格子定数c軸の値は、好ましい値にあった。 The XRD pattern of Powder O showed a single hexagonal phase. Rietveld analysis gave the lattice parameters a = 7.4088 Å and c = 7.6033 Å. The c-axis lattice parameter was within the desired range.
次にTEM観察を行なったところ、特に目立った格子欠陥は見られなかった。STEM原子像観察においても目立った格子欠陥は観察されず、W欠損も見られなかった。 Next, TEM observation was performed, but no particularly noticeable lattice defects were found. STEM atomic image observation also showed no noticeable lattice defects, and no W deficiencies were found.
実験例1-1に係る粉末Aの代わりに、上記Cs0.33WO2.74粉末を用いた以外は実験例2-1と同様にして、実験例2-15に係る近赤外線吸収粒子分散粉、マスターバッチ、ポリエステルマルチフィラメント糸、ニット製品を得て評価した。当該評価結果を表2、表3に示す。 A near infrared absorbing particle dispersion powder, a master batch, a polyester multifilament yarn, and a knit product according to Experimental Example 2-15 were obtained and evaluated in the same manner as in Experimental Example 2-1, except that the Cs0.33WO2.74 powder was used instead of the powder A according to Experimental Example 1-1. The evaluation results are shown in Tables 2 and 3.
これに対して、実験例2-14、実験例2-15の近赤外線吸収繊維が含有する近赤外線吸収粒子は、上記一般式を充足するセシウムタングステン酸化物を含有していない。 In contrast, the near-infrared absorbing particles contained in the near-infrared absorbing fibers of Experimental Examples 2-14 and 2-15 do not contain cesium tungsten oxide that satisfies the above general formula.
そして、実験例2-15の近赤外線吸収繊維はb*値が負であり、青味が明確に認識されることが分かる。すなわち、実験例2-15の近赤外線吸収繊維はニュートラルな色調とすることはできないことを確認できた。 In addition, it is found that the near infrared absorbing fiber of Experimental Example 2-15 has a negative b * value and a bluish tinge is clearly recognized. In other words, it was confirmed that the near infrared absorbing fiber of Experimental Example 2-15 cannot be made to have a neutral color tone.
実験例2-14の近赤外線吸収繊維は、ニュートラルな色調とすることはできたものの、表2、表3の結果から明らかなように日射吸収率に劣り、繊維製品の温度上昇効果も十分ではないことを確認できた。従って、実験例2-14の近赤外線吸収繊維は、近赤外線吸収繊維として十分な特性を有するものではないことを確認できた。 Although the near-infrared absorbing fiber of Experimental Example 2-14 was able to have a neutral color tone, as is clear from the results in Tables 2 and 3, it was confirmed that the solar radiation absorptance was poor and the effect of increasing the temperature of the textile product was also insufficient. Therefore, it was confirmed that the near-infrared absorbing fiber of Experimental Example 2-14 does not have sufficient properties as a near-infrared absorbing fiber.
Claims (17)
近赤外線吸収粒子と、を含み、
前記近赤外線吸収粒子は、一般式CsxW1-yO3-z(0.2≦x≦0.4、0<y≦0.4、0<z≦0.46)で表わされ、斜方晶または六方晶の結晶構造を備えたセシウムタングステン酸化物を含有し、
前記セシウムタングステン酸化物が、斜方晶の(010)面、六方晶のプリズム面である{100}面、六方晶の底面である(001)面から選択された1以上の面に線状または面状の欠陥を有する近赤外線吸収繊維。 Fibers and
Near infrared absorbing particles,
The near infrared absorbing particles contain cesium tungsten oxide represented by a general formula Cs x W 1-y O 3-z (0.2≦x≦0.4, 0<y≦0.4, 0<z≦0.46) and having an orthorhombic or hexagonal crystal structure ;
A near-infrared absorbing fiber, wherein the cesium tungsten oxide has linear or planar defects in one or more faces selected from the (010) face of an orthorhombic crystal, the {100} face which is a prism face of a hexagonal crystal, and the (001) face which is a base face of a hexagonal crystal .
前記添加元素がNa、Tl、In、Li、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Gaから選択された1種類以上である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の近赤外線吸収繊維。 A part of Cs in the cesium tungsten oxide is replaced by an additive element,
5. The near infrared absorbing fiber according to claim 1 , wherein the additive element is at least one selected from the group consisting of Na, Tl, In, Li, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, and Ga.
前記遠赤外線放射物質を、前記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請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の近赤外線吸収繊維。 The fiber further includes a far-infrared emitting material disposed at one or more locations selected from the surface and the interior of the fiber,
9. The near-infrared absorbing fiber according to claim 1 , wherein the far-infrared emitting substance is contained in an amount of 0.001% by mass or more and 80% by mass or less based on the solid content of the fiber.
前記近赤外線吸収粒子は、一般式CsxW1-yO3-z(0.2≦x≦0.4、0<y≦0.4、0<z≦0.46)表わされ、斜方晶または六方晶の結晶構造を備えたセシウムタングステン酸化物を含有し、
前記セシウムタングステン酸化物が、斜方晶の(010)面、六方晶のプリズム面である{100}面、六方晶の底面である(001)面から選択された1以上の面に線状または面状の欠陥を有している近赤外線吸収繊維の製造方法。 A near-infrared absorbing fiber production process for preparing a near-infrared absorbing fiber containing fibers and near-infrared absorbing particles,
The near infrared absorbing particles contain cesium tungsten oxide represented by a general formula Cs x W 1-y O 3-z (0.2≦x≦0.4, 0<y≦0.4, 0<z≦0.46) and having an orthorhombic or hexagonal crystal structure ;
The method for producing a near-infrared absorbing fiber, wherein the cesium tungsten oxide has linear or planar defects in one or more faces selected from the (010) face of an orthorhombic crystal, the {100} face which is a prism face of a hexagonal crystal, and the (001) face which is a basal face of a hexagonal crystal.
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