JP2013509001A - 構造化フィルム及び該フィルムから作製された物品 - Google Patents

Abstract

表面構造化ポリウレタン層を備える太陽エネルギー収集アセンブリである。この構造化ポリウレタン層は、架橋可能な反応混合物と少なくとも１つの紫外線安定剤とを含む。架橋可能な反応混合物は、ポリオール、ポリイソシアネート、及び所望により触媒を含む。

Description

本開示は、構造化フィルム、構造化フィルムの作製方法、及び構造化フィルムを利用する装置に関する。

太陽光アプリケーションにおいて使用されるエネルギー変換装置は、太陽エネルギーを別のエネルギー形態（例えば、電気又は熱）に変換する。したがって、装置の効率は太陽光線がエネルギー変換装置に効果的に透過すると増す。

したがって、表面反射を減らして透過を高めるためにエネルギー変換装置と太陽との間に反射防止面を配置することが望ましい。

本願はエネルギー変換アセンブリを目的とする。エネルギー変換アセンブリは太陽エネルギー変換装置と、エネルギー変換装置に隣接する非集光型構造化層とを備える。この構造化層は架橋された反応混合物と、少なくとも１つの紫外線安定剤とを含む。この混合物は、ポリオールと、ポリイソシアネートと、触媒とを含む。

本明細書の実施例の項で示すデータのグラフ。 本発明の第１の実施形態の立面図。 本発明の第２の実施形態の立面図。 本発明の第３の実施形態の立面図。 本発明の第４の実施形態の立面図。

本明細書で使用するとき、用語「エネルギー変換装置」は、第１のエネルギー形態を第２のエネルギー形態に変換する装置を指す。

本明細書で使用されるとき、用語「ポリウレタン」は、ヒドロキシル官能性材料（ヒドロキシル基−ＯＨを含有する材料）とイソシアネート官能性材料（イソシアネート官能基−ＮＣＯを含有する材料）との縮合重合によって調製され、したがってウレタン結合（−Ｏ（ＣＯ）−ＮＨ−）を含有するポリマーを指し、（ＣＯ）はカルボニル基（Ｃ＝Ｏ）を指す。

本明細書で使用するとき、用語「構造化」は、一連の特徴を備える表面を指し、その特徴的寸法（高さ、幅、長さ）の少なくとも１つは１マイクロメートルより大きい。特徴的寸法（高さ、幅、長さ）のうち２つ又は更には３つ全てが１マイクロメートルより大きくてもよい。典型的には、構造は少なくとも１つの寸法が１ミリメートル未満であり、概して、特徴的寸法の全てが１ミリメートル未満である。

本明細書で使用するとき、用語「非集光型」は、太陽光のような入射光が比較的均一の強度で維持され、画定された標的エリア上に光が集中しないことを指す。

本明細書で使用される用語「接着剤」は、２つの被着体を一緒に接着するのに有用なポリマー組成物を称する。接着剤の例は、熱活性化接着剤及び感圧性接着剤である。

熱活性化接着剤は、室温では非粘着性であるが、高温で粘着性になり、基材に接着することができるようになる。これらの接着剤は通常、室温より高いＴｇ又は融点（Ｔｍ）を有する。温度がＴｇ又はＴｍを上回ると、通常、貯蔵弾性率が低下し、接着剤が粘着性になる。

構造用接着剤は、他の高強度材質（例えば、木材、複合材料、又は金属）を接着でき、その接着結合強度が６．０ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）を超える接着剤を指す。

感圧接着剤（ＰＳＡ）組成物は、（１）積極的かつ永久的粘着、（２）指圧以下の圧力での接着、（３）被着体を放さない十分な能力、及び（４）被着体からきれいに取り外すことができる十分な粘着力を含む特性を有することが、当業者には周知である。ＰＳＡとして良好に機能することが分かっている材料は、必要な粘弾性特性を示し、粘着、剥離接着、及び剪断保持力の所望のバランスをもたらすように設計並びに処方されたポリマーである。特性の適正なバランスを得るのは、単純なプロセスではない。

本願のエネルギー変換装置は屋外環境に曝露されてもよい。構造化表面は、とりわけ例えば熱及び紫外線（ＵＶ）への曝露に抵抗する耐候性を有することができる。このことは、太陽エネルギー変換装置での使用では特に重要である。

エネルギー変換装置は、ある一形態のエネルギー（例えば、熱又は放射のような太陽エネルギー）を別のエネルギー形態（例えば、電気）に変換する任意の品であり得る。いくつかの実施形態では、エネルギー変換装置は太陽エネルギー変換装置であり、例えば、太陽放射を熱に変換するための熱吸収装置、又は日照を電流に変換する光起電池である。

太陽エネルギー変換装置は、広範な用途（地球上の用途及び宇宙ベースの用途の両方）に使用される。いくつかの実施形態で、太陽エネルギー変換装置は、自動車、飛行機、列車、船舶のような車両に取り付けることができる。これらの環境の多くは有機高分子材料にとって非常に有害である。

フラットガラス又はポリマー前面層を有する太陽エネルギー変換装置は、前面反射のために、典型的には、利用可能な太陽エネルギーの３〜５％を失う。本発明の非集光型構造化表面層は表面反射を最小限にする。入射太陽光線は、構造化表面の傾斜表面によって部分的に反射される。しかし、これらの部分的に反射された太陽光線は隣接する表面構造上に向けて反射され、そこで直接に太陽エネルギー変換装置に向けて屈折されるか、完全に内部で反射されて太陽エネルギー変換装置に向かう。入射太陽光線のほとんど全てが、やがては太陽エネルギー変換装置に到達し、したがってその効率を増す。

非集光型構造化層はエネルギー変換装置に隣接する。本願の目的上、隣接は、構造化層とエネルギー変換装置との間に、例えば、空隙、ポリマー層又はガラス層を含む１つ以上の層を有する実施形態を含む。概して、構造化層はエネルギー変換装置から１メートル未満である。いくつかの実施形態で、構造化層はエネルギー変換装置と接触している。

構造化層は、一連の構造を備える構造化表面を含む。構造化層は単一の材料であってもよく、あるいは、構造化層が１つの材料処方を含み、基底フィルム及び接着剤が異なる材料処方を含む多層構成体であってもよい。加えて、フィルム及び接着剤の層自体が多層を含んでもよい。概して、構造化層は構造化表面を有し、反射光の実質的な部分がその表面上で別の構造と交差する。いくつかの実施形態で、一連の構造は、一連の本質的に平行な谷によって分離された一連の本質的に平行なピークを備える。構造化層の断面は様々な波形を有することができる。例えば、断面は、それぞれのピークがそれぞれの谷と同一である対称な鋸刃のパターン、又は一連の平行な谷によって分離された異なる高さの一連の平行なピーク、又は一連の平行な非対称の谷によって分離された平行な非対称のピークを有することができる。いくつかの実施形態で、ピークと谷は連続であり、他の実施形態では不連続パターンのピークと谷もまた企図される。したがって、例えば、物品の一部分でピークと谷が終端する場合もある。ピーク又は谷が物品の一端から一端へと進むにつれて、谷の幅が狭くなってもよいし、又は広くなってもよい。更に、所与のピーク又は谷の高さ及び／又は幅は、ピーク又は谷が物品の一端から一端へと進むにつれて変化してもよい。

いくつかの実施形態で、構造化表面はエネルギー変換装置の反対側にあり、構造化表面は反射防止性である。反射防止性の構造化表面とは、本願の目的上、全ての入射角にかけての平均反射が、対応する平らな表面上での反射より少ないことを意味し、例えば、平らな表面による反射の５０％未満であり、特定の実施形態では平らな表面による反射の８０％未満である。

ピークの寸法は、概して、少なくとも約１０マイクロメートル（０．００４インチ）の高さを有する。別の実施形態で、ピークは約２５０マイクロメートル（０．０１０インチ）程度の高さを有する。一実施形態で、ピークの高さは少なくとも約２０マイクロメートル（０．０００８インチ）であり、別の実施形態では、ピークの高さは最高約１５０マイクロメートル（０．００６インチ）程度である。隣接するピークの間の間隔は、概して少なくとも約１０マイクロメートル（０．０００４インチ）である。別の実施形態で、その間隔は約２５０マイクロメートル（０．０１０インチ）程度である。一実施形態で、その間隔は少なくとも約２０マイクロメートル（０．０００８インチ）であり、いくつかの実施形態で、その間隔は約１５０マイクロメートル（０．００６インチ）程度である。隣接するピーク間の夾角もまた様々であり得る。谷は平らでも、丸くても、放物線状でも、又はＶ形でもよい。ピークは概してＶ形であり、６０度未満、いくつかの実施形態では５０度未満、特定の実施形態では４０度未満の頂角を有する。しかし、本願は先端に曲率半径を有するピークもまた目的とし、そのような実施形態は側面に対する最良の適合線によって測定される頂角を有する。

いくつかの実施形態で、一連の構造物は不均一の構造物である。例えば、構造物は高さ、基底幅、ピッチ、頂角、又は他の構造的観点において異なる。そのような実施形態では、表面の平面からの構造物の勾配は表面にかけて平均すると法線から３０度未満である。他の実施形態では、構造物は表面に対する法線の周囲で１つの次元において実質的に対称である。

構造化表面は構造化ポリウレタン層を含む。ポリウレタン層は、ポリオールとポリイソシアネートと触媒とを含む反応混合物の縮合重合によって調製される。反応混合物は、縮合重合可能でなく、概して少なくとも１つの紫外線安定剤を含有する追加的成分もまた含有することができる。下記に説明するように、縮合重合反応又は硬化は、硬化表面に構造化表面を生成するために鋳型又は工具内で概して実行される。

本開示で説明するポリウレタンポリマーはポリオールとポリイソシアネートとの縮合反応によって形成されるので、それらは少なくともポリウレタン結合を含有する。本開示で形成されるポリウレタンポリマーはポリウレタン結合のみを含有してもよく、あるいはポリ尿素結合、ポリエステル結合、ポリアミド結合、シリコーン結合、アクリル結合などのような他の所望の結合を含有してもよい。下記に説明するように、これらの他の任意の結合は、ポリウレタンポリマーの形成に使用されるポリオール材料又はポリイソシアネート材料に存在するため、ポリウレタンポリマーにも見られる。本開示のポリウレタンポリマーは、フリーラジカル重合によって硬化されない。例えば、ビニル又は他のフリーラジカル重合可能な末端基を伴うポリウレタンオリゴマー分子は既知の材料であり、これらの分子のフリーラジカル重合によって形成されたポリマーが「ポリウレタン」と称される場合があるが、そのようなポリマーは本開示の範囲に含まれない。

典型的には、構造化ポリウレタン層は、所望の光学的効果をもたらすために十分なサイズである。ポリウレタン層の厚さは概して１０ミリメートル以下であり、典型的にはそれよりはるかに薄い。経済的な理由により、できるだけ薄い構造化ポリウレタン層を使用することが概して望ましい。構造物に包含されるポリウレタン材料の量を最大限にし、構造化ポリウレタン層の基底を形成する構造化されていないポリウレタン材料の量を最少限にすることが望ましい場合がある。場合によっては、この基底部分は山が立ち上がる陸地と類似していることから、「ランド」と呼ばれることがある。

非常に多種多様なポリオールを使用することができる。用語「ポリオール」は、概して少なくとも２つのヒドロキシル末端基を含み、ＨＯ−Ｂ−ＯＨ構造によって概して記述可能であり、Ｂ基は脂肪族基、芳香族基、又は芳香族基と脂肪族基との組み合わせを含有する基であってよく、多様な結合若しくは官能基を含有することができる。典型的には、ＨＯ−Ｂ−ＯＨは、ジオール又はヒドロキシルで末端保護されたプレポリマー（ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、シリコーン、アクリル、又はポリ尿素のプレポリマーなど）である。

有用なポリオールの例としては、ポリエステルポリオール（例えば、ラクトンポリオール）、ポリエーテルポリオール（例えば、ポリオキシアルキレンポリオール）、ポリアルキレンポリオール、これらの混合物、及びこれら由来のコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。ポリエステルポリオールは、とりわけ有用である。有用なポリエステルポリオールは直鎖及びそうでないポリエステルポリオールであり、例えば、ポリエチレンアジパート、コハク酸ポリブチレン、セバシン酸ポリヘキサメチレン、ポリヘキサメチレンドデカンジオアート、ポリネオペンチルアジパート、ポリプロピレンアジパート、ポリシクロヘキサンジメチルアジパート、及びポリε−カプロラクトンから作られるものが挙げられる。とりわけ有用なのは、Ｋｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ）から「Ｋ−ＦＬＥＸ」の商標で市販されている、Ｋ−ＦＬＥＸ １８８又はＫ−ＦＬＥＸ Ａ３０８のような脂肪族ポリエステルポリオールである。

ＨＯ−Ｂ−ＯＨがヒドロキシルキャップトプレポリマーである場合、種々様々な前駆体分子を用いて、所望のＨＯ−Ｂ−ＯＨプレポリマーを生成することができる。例えば、ポリオールを、化学量論量未満のジイソシアネートと反応させることによって、ヒドロキシルキャップトポリウレタンプレポリマーを生成することができる。適切なジイソシアネートの例には、例えば、２，６−トルエンジイソシアネート、２，５−トルエンジイソシアネート、２，４−トルエンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、メチレンビス（ｏ−クロロフェニルジイソシアネート）、メチレンジフェニレン−４，４’−ジイソシアネート、ポリカルボジイミド−修飾メチレンジフェニレンジイソシアネート、（４，４’−ジイソシアナト−３，３’，５，５’−テトラエチル）ビフェニルメタン、４，４’−ジイソシアナト−３，３’−ジメトキシビフェニル、５−クロロ−２，４−トルエンジイソシアネート、１−クロロメチル−２，４−ジイソシアナトベンゼンのような芳香族ジイソシアネート、例えば、ｍ−キシレンジイソシアネート、テトラメチル−ｍ−キシレンジイソシアネートのような芳香族−脂肪族ジイソシアネート、例えば、１，４−ジイソシアナトブタン、１，６−ジイソシアナトヘキサン、１，１２−ジイソシアナトドデカン、２−メチル−１，５ジイソシアナトペンタンのような脂肪族ジイソシアネート、並びに、例えば、メチレン−ジシクロヘキシレン−４，４’−ジイソシアネート及び３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチル−シクロヘキシルイソシアネート（イソホロンジイソシアネート）のような脂環式ジイソシアネートが挙げられる。耐候性の理由から、概して脂肪族及び脂環式ジイソシアネートが使用される。

ＨＯ−Ｂ−ＯＨプレポリマーの合成の例は、以下の反応スキーム１（式中、（ＣＯ）は、カルボニル基Ｃ＝Ｏを表す）に示される。

２ＨＯ−Ｒ^１−ＯＨ＋ＯＣＮ−Ｒ^２−ＮＣＯ→ＨＯ−Ｒ^１−Ｏ−［（ＣＯ）Ｎ−Ｒ^２−Ｎ（ＣＯ）Ｏ−Ｒ^１−Ｏ−］_ｎＨ
反応スキーム１
式中、ｎは１以上であり、ポリオール対ジイソシアネートの比によって決まり、例えば、その比が２：１である場合、ｎは１である。ポリオールとジカルボン酸又は二酸無水物との間の類似反応によって、エステル結合基を有するＨＯ−Ｂ−ＯＨプレポリマーを提供することができる。

１分子当たり２つより多くのヒドロキシル基を有するポリオールは二以上の多官能イソシアネートとの反応によって架橋された樹脂をもたらす。架橋は、形成されたポリマーのクリープを防ぎ、所望の構造を維持するのを助ける。典型的には、ポリオールは、Ｋｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ）から「Ｋ−ＦＬＥＸ」の商標で市販されている、Ｋ−ＦＬＥＸ １８８又はＫ−ＦＬＥＸ Ａ３０８のような脂肪族ポリエステルポリオールである。

多種多様なポリイソシアネートを使用することができる。用語「ポリイソシアネート」は、例えば、ジイソシアネートのような少なくとも２つのイソシアネート末端基を概して含む、概してＯＣＮ−Ｚ−ＮＣＯ構造によって記述され得るイソシアネート官能性材料を含み、Ｚ基は脂肪族基、芳香族基、又は芳香族と脂肪族との組み合わせを含有する基であってもよい。適切なジイソシアネートの例には、例えば、２，６−トルエンジイソシアネート、２，５−トルエンジイソシアネート、２，４−トルエンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、メチレンビス（ｏ−クロロフェニルジイソシアネート）、メチレンジフェニレン−４，４’−ジイソシアネート、ポリカルボジイミド−修飾メチレンジフェニレンジイソシアネート、（４，４’−ジイソシアナト−３，３’，５，５’−テトラエチル）ビフェニルメタン、４，４’−ジイソシアナト−３，３’−ジメトキシビフェニル、５−クロロ−２，４−トルエンジイソシアネート、１−クロロメチル−２，４−ジイソシアナトベンゼンのような芳香族ジイソシアネート、例えば、ｍ−キシレンジイソシアネート、テトラメチル−ｍ−キシレンジイソシアネートのような芳香族−脂肪族ジイソシアネート、例えば、１，４−ジイソシアナトブタン、１，６−ジイソシアナトヘキサン、１，１２−ジイソシアナトドデカン、２−メチル−１，５ジイソシアナトペンタンのような脂肪族ジイソシアネート、並びに、例えば、メチレン−ジシクロヘキシレン−４，４’−ジイソシアネート及び３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチル−シクロヘキシルイソシアネート（イソホロンジイソシアネート）のような脂環式ジイソシアネートが含まれる。耐候性の理由から、概して脂肪族及び脂環式ジイソシアネートが使用される。ある程度の架橋は所望の構造化表面の維持に有用である。１つのアプローチは、２．０より多くの官能基を有するポリイソシアネートを使用することである。１つのとりわけ好適な脂肪族ポリイソシアネートは、Ｂａｙｅｒ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）から市販されているＤＥＳＭＯＤＵＲ Ｎ３３００Ａである。

いくつかの実施形態で、構造化層は層の厚さ全体を通して多様な架橋密度を有する。例えば、構造化層の表面はより高い架橋密度であってもよい。１００ｋＶ〜１５０ｋＶのような比較的低い電圧の電子ビーム照射を用い、構造化表面フィルムの表面の架橋密度を増すことができる。

構造化ポリウレタン層の形成に使用される反応混合物は、触媒もまた含有する。触媒はポリオールとポリイソシアネートの縮合反応を促進する。ウレタンの重合での使用に概して認められている従来の触媒は、本開示での使用に好適であり得る。例えば、アルミニウム系、ビスマス系、スズ系、バナジウム系、亜鉛系、又はジルコニウム系の触媒を使用することができる。スズ系触媒はとりわけ有用である。スズ系触媒は、ポリウレタンに見られるガス放出量を大幅に低減することが分かっている。最も望ましいのは、ジブチルスズジアセテート、ジラウリン酸ジブチルスズ、ジブチルスズジアセチルアセトネート、ジブチルスズジメルカプチド、ジブチルスズジオクトエート、ジブチルスズジマレエート、ジブチルスズアセトニルアセトネート及びジブチルスズオキシドのようなジブチルスズ化合物である。Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ）から市販されているジラウリン酸ジブチルスズＤＡＢＣＯ Ｔ−１２はとりわけ好適である。触媒は、少なくとも２５ｐｐｍ又は更には１０００ｐｐｍ以上の濃度で概して含まれる。およそ３００ｐｐｍで合理的な硬化時間が得られる。

あるいは、ポリオールとポリイソシアネートとの反応を無触媒で進め、電子ビーム照射によって形成されたフリーラジカルによって架橋を加速することができる。これは、触媒がポリウレタンポリマーの酸化及び光分解に寄与し得ることに関し、有利であり得る。別の実施形態で、反応混合物は上記の好ましい触媒と共に重合されてから更に電子ビーム照射によって架橋される。電子ビーム照射によって達成されるより高い架橋密度は、図１に示すように、例えばとりわけ砂塵によるなどの磨耗に対するポリウレタンの耐久性を増す。電子ビーム照射を制御して、ポリウレタン物品の大部分よりポリウレタン構造化表面の表面で架橋密度を高くすることができる。高い架橋密度は、磨耗による透過損失を最少限にするという望ましい効果を有する。例えば、表面構造化された脂肪族ポリウレタンを１２０ｋＶで３０メガラドの照射量に露出すると、透過損失は３％未満に減る。４〜５％の透過増加は、磨耗前のフラットガラスと比較した実施例の表面構造で測定した。表面構造の実証済みのメリットは、フラットガラスに勝る透過をもたらすことであり、磨耗による透過損失が３％以下であることが望ましい。本発明の実施例の、架橋密度の高い表面構造化されたポリウレタンは、砂塵による磨耗後にフラットガラスより優れた透過を維持する。

脂肪族ポリウレタンは紫外線による風化に対する優れた安定性を示すが、紫外線安定剤の添加により、環境に曝露されたときの安定性を更に改善することができる。好適な紫外線安定剤の例としては、紫外線吸収剤（ＵＶＡ）、ヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）、及び酸化防止剤が含まれる。反応混合物（とりわけポリオール）に可溶性の添加剤を選択することが有用であることが見出された。Ｃｉｂａ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）から入手可能なＴＩＮＵＶＩＮ Ｐ、２１３、２３４、３２６、３２７、３２８、及び５７１のようなベンゾトリアゾールＵＶＡ、Ｃｉｂａ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）から入手可能なＴＩＮＵＶＩＮ ４００及び４０５のようなヒドロキシルフェニルトリアジン、Ｃｉｂａ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）から入手可能なＴＩＮＵＶＩＮ １２３、１４４、６２２、７６５、７７０のようなＨＡＬＳ、及びＣｉｂａ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）から入手可能な酸化防止剤ＩＲＧＡＮＯＸ １０１０、１１３５及び１０７６はとりわけ有用である。Ｃｉｂａ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）から入手可能なＵＶＡ、ＨＡＬＳ、及び酸化防止剤を含有する製品である材料ＴＩＮＵＶＩＮ Ｂ７５もまた好適である。

また、構造化ポリウレタン層の形成に使用する反応混合物は、ウレタン重合反応を阻害しない又は形成された構造化ポリウレタン層の光学特性に悪影響を及ぼさない添加剤であるならば、所望により追加的に添加剤を含有することができる。反応混合物の混合、プロセス若しくはコーティングを助けるために、又は形成された構造化ポリウレタン層の最終特性を助けるために、添加剤を添加することができる。添加剤の例としては、ナノ粒子又はそれより大きい粒子を含む粒子、離型剤、低表面エネルギー剤、静電防止剤、並びにアミノシラン及びイソシアネートシランのような結合剤が含まれる。添加剤の組み合わせもまた使用できる。

構造化表面は様々な技法によって容易に製造可能である。例えば、製造中に構造を付与することもできる。１つのアプローチでは、構造化表面のためのポリマーは、押出成形又はコーティングされる。構造化表面は、熱、真空、及び／又は圧力を利用するエンボス加工法によって形成可能である。いくつかの実施形態では、反応混合物を構造化工具に適用することが望ましい場合がある。他の技法もまた可能であり、当業者はそれらを容易に思いつくであろう。

いくつかの実施形態で、構造化フィルムは、反応混合物層を例えば、エネルギー変換装置のような基材に適用して構造化ポリウレタン層を基材上に作り出すことによって調製される。反応混合物は基材に直接硬化させることができる。このプロセスは多様な異なる方法で達成可能であり、典型的には、透明の基材を供給する工程と、接着を促進するために透明の基材をプライミングする工程と、反応混合物を調製する工程と、反応混合物を透明の基材に適用する工程と、構造化工具を反応混合物に適用する工程と、反応混合物を重合し、工具を取り外して、透明の基材上に構造化ポリウレタン層を形成する工程と、を含むことになる。

接着剤を使用して、構造化ポリウレタン層をエネルギー変換装置に接着させることができる。接着剤は多様な形状を取ることができ、感圧性接着剤、熱活性化接着剤、及び構造用接着剤が挙げられる。構造化層の光学特性を阻害せずに、構造化ポリウレタン層を透明の基材に接着する接着剤を選択することが望ましい。概して、有用な構造用接着剤は、透明の基材と構造化ポリウレタン層とに硬化して強い接着結合を形成する反応材料を含有する。構造用接着剤は（例えば、２液型のエポキシ接着剤のように）混合の際に又は（例えば、シアノアクリレート接着剤のように）空気への曝露の際に自ら硬化可能であるが、熱若しくは放射線（例えば、紫外線）の適用によって硬化を引き起こしてもよい。好適な構造用接着剤の例としては、エポキシ、アクリレート、シアノアクリレート、ウレタンなどが挙げられる。いくつかの実施形態では、構造化ポリウレタン層の調製に使用したのと同じ反応混合物を、接着剤として使用することが望ましい場合がある。１つの利点は、硬化したポリウレタン層がその形成に使用された反応混合物と適合性を有することができることである。

好適な熱活性接着剤及び感圧性接着剤の例としては、例えば、天然ゴム接着剤、合成ゴム接着剤、スチレンブロックコポリマー接着剤、ポリビニルエーテル接着剤、アクリル系接着剤、ポリオレフィン及びオレフィンコポリマー接着剤、シリコーン接着剤、ウレタン接着剤、又は尿素接着剤が挙げられる。

構造用接着剤か熱活性接着剤か圧力接着剤かに関わらず、接着剤は透明の基材又は硬化した構造化ポリウレタン層のいずれかに適用可能である。接着層を形成するために、接着剤は、グラビアコーティング、カーテンコーティング、スロットコーティング、スピンコーティング、スクリーンコーティング、トランスファーコーティング、ブラシ又はローラーコーティング、スプレーコーティング、並びにインクジェット印刷、ホットメルトコーティングなどのような多様なコーティング技法によって適用可能である。接着層は、連続していても、又は不連続であってもよい。熱活性接着剤を使用する場合、熱を適用して接着層の粘着を高めることができる。接着層が透明の基材上に存在する場合は、硬化した構造化ポリウレタン層をその接着層に適用する。硬化した構造化ポリウレタン層上に接着層が存在する場合は、透明の基材をその接着層と接触させる。いくつかの実施形態では、透明の基材表面と硬化した構造化ポリウレタン層表面との両方に接着剤を適用することが望ましい場合がある。

いくつかの実施形態では、プライマーを使用して基材への接着を改善する。例えば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ及びＭｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なアミノプロピルシランプライマーを使用して、ガラスへの架橋ポリウレタンの接着を改善することができる。

別の実施形態では、構造化ポリウレタン層を液体によってエネルギー変換装置に接着することができる。この実施形態では、基材及び構造化層との液体の表面相互作用を、両方の表面の良好な濡れのために選択する必要がある。このアプローチは、将来いつか構造化ポリウレタン層を容易に取り外すことが望まれる場合は特に有用である。好適な液体の選択もまた考慮することになる（低蒸発率、構造化層及び基材に対する不活性、ＵＶ安定性、ＵＶＡ、ＨＡＬＳ及び酸化防止剤、並びに静電防止剤）。

加えて、反応混合物を基材上に又は工具上のいずれかにコーティングして基材と工具を共にし、反応混合物を硬化して構造化ポリウレタン層を形成する技法を用いて、複数の構造化ポリウレタン層を単一の透明の基材又は複数の構造化基材上に調製してもよい。そのようなプロセスをバッチ式で又は連続に行うことができる。連続プロセスの例は、複数の透明の基材を下層として用い、ツーリングフィルムを上層として用いて、ノッチバーコーターのようなコーターを用いるものである。反応混合物を透明の基材層上に連続的に導入し、下層がコーターを通過するにつれてツーリングフィルムをこのコーティング上に押圧することができる。

図２は本願の一実施形態を示す。アセンブリ２０は、構造化層２１とエネルギー変換装置２２とを備える。構造化層２１は、エネルギー変換装置２２と接触しており、いくつかの実施形態では、エネルギー変換装置２２に直接硬化される。別の実施形態を図３に示す。アセンブリ３０は、構造化層３１と、フィルム層３２と、接着層３３と、エネルギー変換装置３４とを備える。そのような実施形態では、エネルギー変換装置２２及び３４は光起電池であり得る。

図４は本願の別の実施形態を示す。アセンブリ４０は、ガラス４２のような透明の基材に接着された構造化層４１を備える。ここで、構造化層４１とガラス４２をエネルギー変換装置４４と分離する空隙４３が存在する。図５は、本願の別の実施形態を示し、アセンブリ５０はフィルム層５２上に構造化表面５１を備え、接着層５３を用いてそれを別のフィルム層５４に接着して構造化アセンブリ５５が形成される。空隙５６は、構造化アセンブリ５５をエネルギー変換装置５７から分離する。そのような実施形態では、エネルギー変換装置４４及び５７は太陽熱装置であってよい。

エネルギー変換装置、とりわけ構造化層は、外部環境に曝露され得るので、多様な有害条件にさらされやすい。例えば、外部環境への曝露は、構造化層を雨、風、ヒョウ、ユキ、氷、砂の吹きつけなど、構造化表面に外傷を与える可能性のある要素にさらす。加えて、太陽からの熱及びＵＶへの曝露への長期曝露もまた構造化層の劣化を引き起こす場合がある。高分子有機材料はｍ紫外線への繰り返しの曝露によって分解されやすい。

太陽エネルギー変換装置のような装置では、性能の劣化又は損失を伴わずに材料が何年も機能し得ることが望ましいため、そのような装置の耐候性は概して年数によって測定される。材料は、光透過又は機械的完全性の有意な損失を伴わずに最高２０年の屋外曝露に耐え得ることが望ましい。典型的な高分子有機材料は、２０年のような長期間にかけて光透過又は機械的完全性の損失を伴わずに屋外曝露に耐えることはできない。

典型的には、芳香族分子を含有するポリウレタンは紫外線への曝露により時間経過と共に黄色くなる場合があるので、構造化ポリウレタン層は脂肪族ポリウレタンを含む。加えて、耐候性を更に高めるために、少なくとも１つの紫外線安定剤が構造化ポリウレタン層内に存在する。いくつかの実施形態では紫外線安定剤の組み合わせが使用される。

これらの実施例は、単にあくまで例示を目的としたものであり、添付した請求項の範囲を限定することを意味するものではない。本明細書の実施例及びその他の部分における部、百分率、比等は全て、特段の規定がない限り、重量による。

（実施例１）
５３度の頂角を有するリニアプリズムの「リブレット型」パターンを有する１つの表面を伴うポリプロピレン微細構造化表面フィルムで、３インチ（７．６ｃｍ）のコアの周囲を巻いた。Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）から市販されている紫外線吸収剤のブレンド（２．０重量％の「ＴＩＮＵＶＩＮ ４０５」及び１．０重量％の「ＴＩＮＵＶＩＮ １２３」）と、「ＤＡＢＣＯ Ｔ１２」の商標でＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ）から市販されているジブチルジラウリン酸スズ（０．０３重量％）をＫＦＬＥＸ １８８ポリオール（Ｋｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｎｏｒｗａｌｋ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）から「ＫＦＬＥＸ １８８」の商標で市販されている）に４０℃で予め溶解した。この混合物２８ｇとヘキサメチレンジイソシアネート（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から「ＤＥＳＭＯＤＵＲ Ｎ３３００」の商標で市販されている、平均２．４のイソシアネートを有するヘキサメチレンジイソシアネートの二量体及び三量体）２２ｇとをプラスチックビーカー内で手動攪拌した。全ての成分を４０℃に予め熱した。紫外線吸収剤及び触媒の重量％はＫＦＬＥＸ １８８及びＤｅｓｍｏｄｕｒ ３３００と添加剤に基づく。ポリプロピレンツーリングフィルムの先端を四角くし、光起電力パネルの縁にテープで貼った。流体材料を放出し、ツーリングフィルムの前にポリウレタンの小さい横傾斜を形成した。ツーリングフィルムの長さにかけて、硬化性樹脂を塗布するのに十分な手圧力をコーティングバーに付加した。ポリウレタンを１５０°Ｆ（６５．６℃）の炉で３０分間硬化させた。ポリウレタンが硬化したらパネルを冷まして室温に戻し、ツーリングフィルムを取り外して、基材上に新しく形成された微細構造化表面を露出した。ガラス片への「ＫＦＬＥＸ １８８」の「リブレット」構造の直接適用は、反射率を４．１９％から０．４３％に低下した。

平均反射率（％）の測定
プラズマ処理された表面の平均反射率は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｌａｍｂｏｄａ ９５０ ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒを使用して測定された。各フィルムの１つの試料は、Ｙａｍａｔｏ Ｂｌａｃｋ Ｖｉｎｙｌ Ｔａｐｅ ＃２００−３８（Ｙａｍａｔｏ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗｏｏｄｈａｖｅｎ，ＭＩ）から入手）を試料の裏側に貼り付けることによって調製された。両面からの透過率及び反射率が既定である透明なポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）フィルムを使用して、ブラックテープからの反射率を予め決定した。このブラックテープは、ブラックテープと試料との間に捕らえられた気泡がないことを確実にするためにローラーを用いて試料の裏側へ積層された。積分球検出器によって前面の合計反射率（正反射及び拡散）を測定するために、テープのない側を開口部に対するように、試料を装置内に配置した。８度の入射角で測定された反射率及び平均反射率は、４００〜８００ｎｍの範囲の波長に関するブラックテープの反射率を引き算することによって計算された。

（実施例２）
２％のＴｉｎｕｖｉｎ ４０５ ＵＶＡ及び１％のＴｉｎｕｖｉｎ １２３ ＨＡＬＳを有するジブチルジラウリル酸スズ触媒（実施例１と同じ）と共に、脂肪族ポリエステルポリオールＫｆｌｅｘ １８８（Ｋｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）及びヘキサメチレンジイソシアネート系のポリイソシアネートであるＤｅｓｍｏｄｕｒ Ｎ３３００（Ｂａｙｅｒ）をＡＥＥ Ｓｏｌａｒ（Ｒｅｄｗａｙ，ＣＡ）からの５０ワットの光起電池モジュールの前面に適用した。５３度の頂角を有するプリズムを有するポリプロピレンフィルム複製ツールを、混合物の表面上に転がして硬化した。硬化の後、ポリプロピレンプリズムフィルムを取り除いて、微細構造複製表面構造を架橋された脂肪族ウレタン上に残した。ミネソタ州Ｓｃａｎｄｉａの冬至の頃に、この表面構造化されたＰＶモジュールを、晴れた日の日中の太陽に対して直角に整列した。光起電池モジュールの出力は、携帯型電圧／電流計で測定し、開回路電圧に閉ループ電流をかけることによって計算した後、曲線因子は前面の構造化表面フィルムによって変化されないと想定して、再度、曲線因子０．７５をかけた。午前（午前９時）、正午（午後１２時）、及び午後（午後３時）にＰＶ電力出力を測定し、その結果を表１の仕様及びモデルと同じ非構造化表面の光起電池モジュール対照と比較した。

（実施例３）
微細構造複製鋳造工具は、５３度の頂角を有するダイヤモンドを用いて銅ロールに１００マイクロメートルのピッチのリニアプリズム溝を切ることによって製作した。次いで、この金属製微細構造複製鋳造ロールを用いて、溶融ポリプロピレンをこの金属製鋳造ロール工具上に連続的に押出して急冷することによって、「リブレット」の５３度リニアプリズムポリプロピレンポリマーフィルム工具を同じパターンで作製した。

刻み目のあるバーフラットベッドコーティング装置を次の手順で用いてポリウレタンフィルムを調製した。螺旋ブレードミキサーを用いて、１３６８ｇの「ＫＦＬＥＸ １８８」を２８８ｇのＴｉｎｕｖｉｎ ４０５、１４４ｇのＴｉｎｕｖｉｎ １２３、及び４．３ｇのＤａｂｃｏ Ｔ１２と共に約１０分間混合した。このポリオール混合物を６０℃の真空炉で１５時間脱気してから、プラスチックのＡ部分配カートリッジに充填し、５０℃の温度に保った。Ｄｅｓｍｏｄｕｒ Ｎ３３００ＡをＢ部分配カートリッジに充填し、同様に５０℃の温度に保った。Ａ部とＢ部の体積測定比が、１００：７７を有するように可変駆動ポンプを設定した。コーティング工程の前に、長さ１２インチ（３０．５ｃｍ）の静的ミキサーを使用してそれら２つの成分をブレンドした。ＰＭＭＡフィルムを下方の巻き解き（unwind）の上に載せ、ＰＰリブレットツーリングフィルムを上方の巻き解きの上に載せた。５フィート／分（１．５ｍ／分）のライン速度でフィルムをコーティングした。加熱されたプラテンオーブンは、それぞれの長さが４フィート（１．２ｍ）の５つのゾーンを有する。最初の４つのゾーンの温度は１６０°Ｆ（７１℃）に設定し、最後のゾーンを室温に設定した。上のライナーと下のライナーを巻き解く張力及び得られるコーティングされたフィルムを巻き取る張力は、全て２０ポンド（８９Ｎ）に設定した。刻み目のあるバーとフラットベッドによって形成されるニップで挟む２つのライナー間の間隙は、３ミル（０．０７５ｍｍ）に設定した。フィルムをコーティングしてロールに巻いた後、少なくとも３日間室温条件に慣らしてから評価した。硬化後、ポリプロピレンツーリングフィルムを取り外して、「リブレット」微細構造化架橋ポリウレタンをＰＭＭＡフィルム上に生成した。

ＡＳＴＭ Ｄ９６８−０５ｅ１及びＡＳＴＭ Ｄ１００３を使用して砂塵試験を行い、砂塵にさらされる前及び後の透過率（％）を測定した。３つの試料の平均は、砂塵前は９８．５％Ｔ、砂塵試験後は８９．７％Ｔであり、８．８％Ｔの低下であった。

次いで、ＲＴＶシリコーン接着剤を用いてガラススライドに上述の微細構造化フィルムを積層した。次いで、多層微細構造化積層構成体を表Ｉに示すようにｅビーム放射処置にさらした。次いで、これらのｅビームにさらされた多層積層構成体を、ＡＳＴＭ Ｄ９６８−０５ｅ１に記載されているように砂塵磨耗試験にさらした。また、これらのｅビームにさらされた多層積層構成体の透過率の変化をＡＳＴＭ Ｄ１００３によって測定した結果を表２に示した。

これらのデータのプロットを図１に示す。

（実施例４）
実施例３の耐磨耗性反射防止フィルムの表面の１つに、ケイ酸化アルミニウムとアクリレートポリマーの層を交互にコーティングした。水分バリアコーティングされた耐磨耗性反射防止フィルムは、ＡＳＴＭ １２４９に基づき５０℃で１日当たり０．００５ｇ／ｍ^２の水蒸気透過率を有すると期待される。

（実施例５）
実施例４の耐磨耗性反射防止フィルムをＣＩＧＳ可撓性光起電池に適用した。アルミニウムホイルのような別の水分バリア層フィルムを、可撓性光起電池の裏面にカプセル材料で貼り付けた得られた可撓性のセレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）光起電池モジュールには、１０年を超える耐久性が期待される。

本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない、本発明の様々な修正及び変更が、当業者には明らかとなるであろう。

Claims (27)

1. 太陽エネルギー変換装置と、
   前記エネルギー変換装置に隣接する非集光型構造化層とを備え、
   前記構造化層が、
   架橋された反応混合物を含み、前記混合物がポリオールとポリイソシアネートと触媒とを含み、かつ
   少なくとも１つの紫外線安定剤を含む、エネルギー変換アセンブリ。
2. 前記構造化層が構造化表面を有し、前記構造化表面が反応混合物を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記構造化層が、前記エネルギー変換装置に対向する構造化表面を有し、前記構造化表面が反射防止性である、請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記構造化層が、一連の不均一な構造物を備える構造化表面を備える、請求項１に記載のアセンブリ。
5. 前記表面にかけて前記構造物が法線から３０度未満の平均勾配である、請求項４に記載のアセンブリ。
6. 前記構造化層が、一連の構造物を備える構造化表面を備え、前記構造物が前記表面に垂直な１つの次元において実質的に対称である、請求項１に記載のアセンブリ。
7. 前記太陽エネルギー変換装置が光起電池である、請求項１に記載のアセンブリ。
8. 前記太陽エネルギー変換装置が熱吸収装置である、請求項１に記載のアセンブリ。
9. 前記構造化層が前記エネルギー装置層と接触している、請求項１に記載のアセンブリ。
10. 前記構造化層が前記エネルギー装置層上に直接硬化される、請求項９に記載のアセンブリ。
11. 前記エネルギー変換装置が平らな面を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
12. 前記エネルギー変換装置が曲面を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
13. 前記曲面がチューブである、請求項１２に記載のアセンブリ。
14. 前記曲面が太陽エネルギー変換装置を包囲する、請求項１２に記載のアセンブリ。
15. 前記構造化層が脂肪族ポリウレタンを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
16. 前記少なくとも１つの紫外線安定剤が、紫外線吸収剤（ＵＶＡ）、ヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）、酸化防止剤、又はこれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載のアセンブリ。
17. 前記紫外線安定剤がトリアジンを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
18. 前記構造化層が、粒子、防カビ剤、抗真菌剤、泡止め剤、静電防止剤、結合剤、離型剤、汚れ防止剤、及びこれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの追加的な添加剤を更に含む、請求項１に記載のアセンブリ。
19. 前記構造化層が一連の構造物を備える構造化表面を備え、前記構造物が６０度未満の頂角を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
20. 前記構造化層が一連の構造物を備える構造化表面を備え、前記構造物が５０度未満の頂角を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
21. 前記構造化層が一連の構造物を備える構造化表面を備え、前記構造物が４０度未満の頂角を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
22. 前記ポリオールがシクロヘキサノール単位を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
23. 前記シクロヘキサノール単位がシクロヘキサンジメタノールである、請求項２２に記載のアセンブリ。
24. 前記非集光型構造化層が、より高い架橋密度を前記フィルム面の表面に有する、請求項１に記載のアセンブリ。
25. 前記非集光型構造化層が、水分バリアコーティングでコーティングされる、請求項１に記載のアセンブリ。
26. 前記水分バリアコーティングされた非集光型構造化層が、光起電池に取り付けられる、請求項２５に記載のアセンブリ。
27. 前記光起電池が、自動車、飛行機、列車、船、レクリエーション輸送手段、又は人力車に取り付けられる、請求項７に記載のアセンブリ。

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