JP2005526166A - 光学的可変干渉顔料 - Google Patents

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Abstract

光学的可変な干渉顔料は、粒径が約1−25μmで、干渉厚さが約5−600nmの少なくとも部分的にコアの無い二酸化チタン被覆の基材小板であって、その上に酸化物被膜を有するものから構成される。

Description

真珠箔顔料または色彩効果顔料としても知られる真珠光沢顔料は、光の透過および反射時に真珠様および/または虹色の効果を呈する。当業界でよく知られているように、このような顔料の特性は、例えば(非特許文献1)に一層詳しく述べられているように光学的干渉現象に依存する。
多数の特許および刊行物は、種々の基材上の二酸化チタン被膜をベースとする色彩効果顔料を述べている。初期の例は、Lintonの(特許文献1)および(特許文献2)を含み、これらはなかんずく鉄などのもう一つの材料の層で場合によっては被覆可能である二酸化チタンおよび他の金属酸化物被覆の雲母色彩効果顔料の製造を述べている。その時以来、多数の特許および刊行物が種々の色彩効果顔料を形成する二酸化チタン被覆の雲母のオーバーコーティングを述べている。
異なる視角で異なる色を呈する、すなわち視角が変わるにつれて色の動きを呈するか、あるいは「切り替わる」(flop)ために、最近「光学的可変」として知られている色彩効果顔料のタイプへの関心が改まった。このような光学的可変顔料は1960年代以来特許文献に述べられている。例えば、Hankeは、(特許文献3)においてこの顔料を「金属アルミニウムの薄い、付着性の、半透明な、光透過性の膜あるいは層であって、各々がシリカの薄い、半透明な膜により隔てられ、制御された条件下で制御された、中心のアルミニウム膜あるいは基材上に選択的な厚さで逐次堆積されるもの」であるとして述べている。これらの材料は、ユニークな色の動きと装飾的な光学的色彩効果を提供するものとして認められている。
光学的可変顔料への最近のアプローチは、一般に、2つの方法の一つを採用するものであるが、これらは両方ともシリカ(Rf1.5)などの低屈折率層を反射層の間に配置するような設計になっている。第1のアプローチにおいては、層のスタックはしばしば可撓性ウエッブである一時的な基材上に設けられる。この層は、一般に、アルミニウム、クロム、マグネシウムのフッ化物と二酸化ケイ素から構成される。膜のスタックは基材から分離され、適切な寸法のフレークに細分化される。この顔料は、基材上への物理蒸着などの物理的な手法、基材からの分離、引き続いての粉砕により、あるいは他の堆積手法(プラズマ、スパッタリングなど)、引き続いてこの分解生成物のフレーク剥離等により生成される。この方法で得られる顔料においては、このスタック中の中心層とすべての他の層は、他の層により完全に包み込まれたものでない。この層構造は粉砕工程により形成される面で視認可能である。
もう一方のアプローチにおいては、小板形状の不透明な金属基材を炭素、金属硫化物、金属および/または金属酸化物の選択吸収性金属酸化物と非選択吸収性層の逐次的な層により被覆あるいは封入する。このアプローチを用いて満足な材料を得るためには、化学蒸着および/またはゾル−ゲル法などの多様な技術によりこの層を付着する。これの主な欠点は、在来の金属フレークが、通常、構造的保全性の問題、水素ガス放出の問題および他の自然発火性の懸念を有するということである。
先行技術のアプローチは更なる難点に悩んでいる。例えば、クロム、アルミニウム、銅、真鍮および青銅などの金属または金属フレークは、これらの使用に関連して知覚される健康および環境の影響を有することもあるということである。
米国特許第3,087,828号 米国特許第3,087,829号 米国特許第3,438,796号 「The Properties of Nacreous Pigments」,Greenstein and Miller,Technical Papers,Vol.XIII,Annual Technical Conference,Society of Plastic Engineers,May 1967
先行技術の難点を持たない新しい光学的可変色彩効果顔料が明らかに望ましく、そして本発明の目的はこの顔料を提供することである。
本発明は、光学的可変な色彩と高反射率を呈する新しい物品およびこれらの製造に関する。特に、本発明は、基材の一部を除去した二酸化チタン被覆の基材の小板上に酸化物被膜を有する小板の真珠箔顔料に関する。
本発明の光学的可変色彩効果顔料は、この二酸化チタンの内部の一部を除去した酸化物被覆の、例えば、酸化鉄被覆の二酸化チタン小板顔料である。これらの二酸化チタン小板顔料は、この基材の一部を除去した二酸化チタン被覆のケイ酸質(例えば、雲母)基材由来のものである。この生成顔料を含有する被膜および他の組成物の配合および基材の被覆は既知である。
通常、「板状TiO」または「自立TiO」と呼ばれる適切なサイズの二酸化チタン小板は、例えば米国特許第4,192,691号および第5,611,851号で述べられている。このような小板は実質的に基材無しであり、この製品の全重量基準で約20%未満の基材を一般に含有する。米国特許第4,192,691号は、フッ化水素酸と硫酸などの鉱酸の水溶液を使用して、この顔料から雲母を溶解する。この特許は、また、この溶解剤を使用して、鉄あるいはクロムのいずれかの酸化物の表面層を有する二酸化チタン被覆の雲母から雲母を除去することも開示および例示している。米国特許第5,611,851号は、鉱酸とリン酸の組み合わせ物を使用し、続いてアルカリを用いて抽出溶解する。米国特許第5,611,851号の手順が好ましいが、他の手順を使用して、本発明で使用される二酸化チタン小板を得ることができる。TiO被覆の石膏から石膏を除去するか、あるいはTiO被覆のグラファイトからグラファイトを焼き飛ばすことにより、本発明での使用に好適な二酸化チタン小板タイプを製造することができる。TiO被覆のガラスベースからガラスを溶解することも本発明で有用な基材を提供する。更に被覆可能なTiO小板を製造するのにいくつかの経路があるが、最大の反射率と色純度を得るのに米国特許第5,611,851号のTiO基材がなお好ましい。基材を最初に使用することは、高品質の色彩効果顔料を得るのに必要とされる比較的平滑で、規則的な二酸化チタン表面を生成する助けになり、そして雲母(屈折率1.5)または他の基材を引き続き除去し、空気(Rf1.0)により置き換えることによって、TiO(2.6−2.9)の屈折率のメリットを更に充分に得ることができる。
この板状のTiO顔料は、あったとしても僅かな色の動きを呈するだけであり、光学的に可変であるとは考えられない。しかしながら、驚くべきことには、平均粒径(SEMにより測定した最長寸法)を限定すると、酸化物オーバーコーティングは鋭い、明確に区別できる色の動きを生じることが見出された。
従って、本発明で使用される二酸化チタンの小板は、一般に、約1−25μmの、好ましくは約2−15μmの、そして更に好ましくは約5−8μmの平均最長寸法を有する。この小板は、約5−600nmの、そして更に好ましくは約20−400nmの厚さを有することができる。このTiOは、好ましくはルチル結晶形のものであるが、アナターゼ形のものであることもできる。
実質的に基材無しであって、即ちこの製品の全重量基準で約20%未満の基材を一般に含有する小板の使用は光学的可変色彩効果顔料を提供するが、多量の基材を取り除く必要性は製造コストを増大させる。また、この板状TiOの中心は本質的に中空であるために、この顔料は一層脆弱である傾向があり、このことによってこの顔料を更に過酷な条件にさらされる用途での使用を複雑なものとする傾向がある。しかしながら、この二酸化チタンは実質的に基材無しである必要がなく、そしてコア基材の一部のみを取り除いた小板は、製造コストを低減し、この顔料を一層強固とせしめる一方で、類似の結果を生じ、そのことによって自動車塗料などの一層過酷な用途での使用が可能になることが判明した。
従って、本発明で使用される小板は、少なくとも約30%の基材コアを除去したという点で、少なくとも部分的にコア(基材)無しである。この小板は実質的に基材無しであってもよいが、好ましくは部分的にコア無しである。部分的にコア無しとは、この小板中の約30〜60%の雲母または他のケイ酸質の基材を除去したという意味である。基材を除去しない場合には、その含量はTiOの厚さに依存し、そして一般に、全重量の約40−90%、そして更にしばしば約60−80%を占める。この小板の全重量基準での除去後の基材の量は、常に約63%未満であり、更に通常には約56%未満である。好ましい部分的にコア無しの小板の場合には、この基材は最も通常にはこの小板の全重量基準で約24−50%である。
米国特許第5,611,851号に開示されている方法で製造される中間生成物、すなわちアルカリ抽出溶解の前に得られる部分的にコア無しの小板生成物は本発明で極めて有用であり、そして好ましい。この手順においては、これまでに知られているいかなるTiO被覆の基材の色彩効果顔料もリン酸と硫酸、塩酸および硝酸などの1つ以上の鉱酸の組み合わせ物である酸抽出剤にかける。一般に、この酸溶液は、約20%までの、例えば約1%−20%の、好ましくは約10%−15%のリン酸を、そして約35%までの、例えば5−35%の、そして好ましくは約25%−30%の鉱酸を含有することができる。リン酸に対する鉱酸の比は10:1〜1:10の広い範囲にわたって変わることができるが、好ましくはこの鉱酸は過剰に存在し、この比は約1:1以上約3:1までである。雲母基材の場合には、所望の程度の雲母のアルミニウムおよびカリウムの構成成分が除去されるまでこの抽出溶解を継続するが、これは1/4時間という短時間ないしは20時間以上という長時間を要する可能性があり、好ましくは約4〜8時間を要する。好ましくは、実質的にすべてのAlとKが除去される。すなわち多分痕跡量のみが残る。この抽出溶解は約20〜150℃の温度などの任意の好都合な温度で実施可能である。一般的に、この温度が高い程、溶解は速い。好ましくは、この抽出溶解は還流下で行われる。オーバーコートする前に、これらを製造した反応混合物からこの部分的にコア無しの小板を任意の好都合の方法で、例えば熱あるいは冷濾過により分離することができ、次に洗浄し、乾燥する。
少なくとも部分的にコアを欠いた二酸化チタン被覆の基材小板に種々の表面層、例えば酸化鉄または約1.5−2.5の屈折率を有する他の酸化物(Si、Sn、Crなどの)を与えるのに使用される方法はよく知られている。広い意味で、被覆対象の材料を金属の塩、通常これらの水溶液と適切な条件下で、例えばpHにおいて接触させ、水和金属の層を堆積し、続いて仮焼を行って、酸化物を生成させる。本発明はこのような既知の手順を使用するが、被覆対象の材料として使用される二酸化チタン小板に関してを使用する点でそれらと異なる。一般に、この酸化物オーバーコーティングは最終仮焼製品の約4−20%、好ましくは約4−10%を占める。
このオーバーコートされた酸化物は、本来的に無色であるもの、例えばアルミナ、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化アンチモンまたは二酸化チタンの更なる層などであってもよく、あるいは本来的に有色であるもの、例えば酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅または酸化クロムであってもよく、あるいは種々の酸化物の混合物であってもよい。当業界で既知の更なるオーバーコーティングも存在することができる。
先行技術に比較して、本発明の方法はいくつかの利点を有する。本発明の方法は、有機溶媒ベースの反応または化学蒸着/還元技術に頼ることなく標準の真珠箔被膜技術を使用して色可変色彩効果顔料を製造することを可能とせしめ、TiOの高屈折率(2.6−2.9)の利点を充分に活用し、高コストあるいは非実用的な装置を必要とせず、そして化粧品/自動車/工業用市場で使用可能な全範囲の色を生じる。
本発明を限定の意図でなく更に例示するために、次の実施例を示す。本明細書および請求の範囲を通じて、特記しない限り、すべての部およびパーセンテージは重量によるものであり、そしてすべての温度および度は摂氏である。
実施例1
130グラムの赤色干渉のTiO被覆の雲母(平均粒径6μm)を米国特許第5,611,851号で述べられているように酸溶解段階により処理し、続いて濾過して、このように製造された小板を回収し、洗浄し、乾燥して、それから約70%の元の雲母コアが残ったほぼ110グラムの赤色干渉のTiO小板を製造した。次に、40グラムのこの小板を1リットルの脱イオン水中でスラリーとし、そして74℃まで加熱した。その温度で、pHを1:1HClにより3.5に調整した。次に、スミレ色の干渉厚さ生成物が得られるまで、15mlの39%FeCl水溶液を1ml/分の速度で添加した。このスラリーを濾過し、そして得られるプレスケーキを洗浄し、そして850℃で1/2時間仮焼した。得られる生成物は鏡面反射の視角で赤色−スミレ色の反射色を有するものであり、これは拡散的な視角で金色に切り替わった(変化した)。
実施例2
酸により処理された初期のTiO被覆の雲母がスミレ色の干渉色を有し、そして紫色干渉厚さの生成物が得られるまで鉄被覆を継続したことを除いて、実施例1の手順を繰り返した。得られる生成物は鏡面反射の視角で紫色反射色を有するものであり、これは拡散的な視角で橙色に切り替わった。
実施例3
酸により処理された初期のTiO被覆の雲母が青色の干渉色を有し、そして緑色干渉厚さの生成物が得られるまで鉄被覆を継続したことを除いて、実施例1の手順を繰り返した。得られる生成物は鏡面反射の視角で緑色の反射色を有するものであり、これは拡散的な視角で赤色に切り替わった。
実施例4−5
異なる平均粒径(5−6および16−18μm)の2つの赤色干渉のTiO被覆の雲母を米国特許第5,611,851号の実施例1の酸/アルカリ溶解段階にしたがって処理し、続いて濾過して、このように製造した小板を回収し、洗浄および乾燥した。この異なるサイズの小板を1リットルの脱イオン水中で別々にスラリーとし、そして74℃まで加熱した。その温度で、pHを1:1HClにより3.5に調整した。次に、スミレ色干渉厚さ生成物が得られるまで、15mlの39%FeCl水溶液を1ml/分の速度で添加した。このスラリーを濾過し、そして得られるプレスケーキを洗浄し、そして850℃で1/2時間仮焼した。得られる小粒径の生成物は鏡面反射の視角で赤色−スミレ色の反射色を有するものであり、これは拡散的な視角で金色に切り替わった(変化した)。得られる大粒径の生成物も鏡面反射の視角で赤色−スミレ色の反射色を有するものであったが、これは拡散的な角度で見た場合顕著な色の変化を呈さなかった。
実施例6
この小板を鉄の代わりに5%のスズにより被覆したことを除いて、実施例1を繰り返した。この仮焼生成物は鏡面反射の視角で赤色−スミレ色反射色を有するものであり、これは拡散的な視角で橙赤色に切り替わった。
実施例7
この小板を鉄の代わりに10%SiOにより被覆したことを除いて、実施例1を繰り返した。この仮焼生成物は鏡面反射の視角で赤色−スミレ色反射色を有するものであり、これは拡散的な視角で橙色に切り替わった。
実施例8
この小板を鉄の代わりに4−6%のCrにより被覆したことを除いて、実施例2を繰り返した。この仮焼生成物は鏡面反射の視角でスミレ色−紫色の反射色を有するものであり、これは拡散的な視角で赤橙色に切り替わった。
実施例9
次の材料を充分にブレンドし、分散することにより、本発明の顔料を粉末アイシャドーに調合した。
成分 重量部
MearlタルクTCA(登録商標)(タルク) 18
Mearl雲母(登録商標)SVA(雲母) 20
ミリスチン酸マグネシウム 5
シリカ 2
Cloisonne(登録商標)Red 424C 20
(赤色TiO被覆の雲母)
Cloisonne(登録商標)Violet 525C 13
(スミレ色のTiO被覆の雲母)
Cloisonne(登録商標)Nu−Antique Blue 626CB 2
(TiO被覆の雲母/酸化鉄被覆の雲母)
Cloisonne(登録商標)Cerise Flambe 550Z 2
(酸化鉄被覆の雲母)
保存剤&酸化防止剤 必要量

次に、7部のパルミチン酸オクチルと1部のネオペンタン酸イソステアリルを加熱し、均一になるまで混合し、その時点で得られる混合物をスプレーして分散物とし、そして混合を継続した。このブレンド材料を粉末とし、次に5部のCloisonne Red 424Cおよび5部の本発明の顔料を添加し、そして均一な粉末アイシャドーが得られるまで混合した。
実施例10
次の量の挙げた成分を加熱容器に入れ、そして温度を85±3℃まで上昇させることにより、この顔料を口紅に配合することができる。
成分 重量部
キャンデリラロウ 2.75
カルナウバワックス 1.25
ミツロウ 1.00
レシンワックス 5.90
オゾケライトワックス 6.75
マイクロクリスタリンワックス 1.40
オレイルアルコール 3.00
パルミチン酸イソステアリル 7.50
イソステアリン酸イソステアリル 5.00
(カプリル酸/カプリン酸)トリグリセリド 5.00
アジピン酸ビス−ジグリセリルポリアルコール 2.00
アセチル化ラノリンアルコール 2.50
トリステアリン酸ソルビタン 2.00
アロエベラ 1.00
ひまし油 37.50
Red 6 Lake 0.25
酢酸トコフェリル 0.20
フェノキシエタノール、イソプロピルパラバン、およびブチルパラバン 1.00
酸化防止剤 必要量

13部の本発明の顔料と1部のカオリンの混合物を添加し、そしてすべての顔料がよく分散するまで、混合する。芳香剤を所望のように添加し、そして攪拌しながら混合する。得られる混合物を75±5℃で鋳型の中に注ぎ、冷却しそして火焔処理して、口紅とする。
本発明の製品は、すべてのタイプの自動車および工業塗料用途において、特に深い色強度が必要とされる有機着色被膜およびインキ分野において限定されない使用を有する。例えば、これらの顔料を上色(mass tone)において、あるいはスタイリング剤として使用して、すべてのタイプの自動車および非自動車車両をスプレー塗装することができる。同様に、これらは、すべての粘土/フォルミカ/木材/ガラス/金属/エナメル/セラミックおよび非多孔性あるいは多孔性表面上で使用可能である。玩具業界または家庭に向けたプラスチック物品の中にこれらを組み込むことができる。これらの顔料をファイバーの中に含浸して、衣類および敷物類に新しいそして美的な着色を付与することができる。これらを使用して、靴、ゴムおよびビニル/大理石フローリング、ビニルサイディング、およびすべての他のビニル製品の外観を改善することができる。加えて、これらの色をすべてのタイプの模型製作の趣味で使用することができる。
本発明の組成物が有用である上記で挙げた組成物は当業者にはよく知られている。例は、印刷インキ、ネイルエナメル、ラッカー、熱可塑性および熱硬化性材料、天然樹脂および合成樹脂を含む。いくつかの非限定的な例は、ポリスチレンおよびその混合ポリマー、ポリオレフィン、特に、ポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリアクリル化合物、ポリビニル化合物、例えばポリ塩化ビニルおよびポリ酢酸ビニル、ポリエステルおよびゴムを含み、そしてまたビスコースおよびセルロースエーテル、セルロースエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、例えばポリテレフタル酸グリコール、およびポリアクリロニトリルからできたフィラメントも含む。
種々の顔料用途への幅の広い導入としては、Temple C.Patton編,「The Pigment Handbook、volume II、Applications and Markets」,John Wiley and Sons,New York(1973)を参照のこと。加えて、例えばインキに関しては、R.H.Leach編,「The Printing Ink Manual,Fourth Edition」,Van Nostrand Reinhold(International)Co.Ltd.,London(1988)、特に282−591ページを参照し、また塗料に関しては、C.H.Hare,「Protective Coatings」,Technology Publishing Co.,Pittsburgh(1994),特に63−288ページを参照のこと。前出の参考文献は、インキ、塗料およびプラスチック組成物、配合物およびビヒクルの教示のために引用により本明細書に組み込まれ、これにより本発明の組成物を着色剤の量を含んで使用してもよい。例えば、この顔料をオフセットリソグラフインキ中で10〜15%の量で使用し、残りはゲル化および非ゲル化炭化水素樹脂、アルキッド樹脂、ワックス化合物および脂肪族溶剤を含有するビヒクルであってもよい。自動車塗料配合物においても、この顔料を二酸化チタン、アクリルラテックス、融合剤、水または溶剤を含む他の顔料と一緒に例えば1〜10%の量で使用してもよい。ポリエチレンにおけるプラスチック色濃縮物においても、この顔料を例えば20〜30%の量で使用してもよい。
化粧品分野においては、これらの顔料を眼の領域において、そしてすべての外部用途およびすすぎ落としの用途において使用することができる。このように、これらは、ヘアスプレー、フェースパウダー、レッグメークアップ、防虫ローション、マスカラケーキ/クリーム、ネイルエナメル、ネイルエナメルリムーバー、芳香剤ローション、およびすべてのタイプの(ゲルまたは液)シャンプーで使用可能である。加えて、これらは、シェービングクリーム(エアロゾル用濃縮物、ブラシ不要、泡立て)、スキン艶出しスチック、スキンメークアップ、髪とかし、アイシャドー(液、ポマード、パウダー、スチック、プレス品またはクリーム)、アイライナー、コロン水スチック、コロン水、コロン水軟化剤、泡風呂、ボディローション(保湿、クレンジング、鎮痛、収斂剤)、アフターシェーブローション、アフターバスミルクおよび日焼け止めローションで使用可能である。
化粧品用途の総説には、引用により双方とも本明細書に組み込まれている、「Cosmetics:Science and Technology」,2nd Ed.,Eds:M.S.Balsam and Edward Sagarin,Wiley−Interscience(1972)およびdeNavarre,「The Chemistry and Science of Cosmetics」,2nd Ed.,Vols1 and 2(1962),Van Nostrand Co.Inc.,Vols 3 and 4(1975),Continental Pressを参照のこと。
本発明の精神および範囲から逸脱せずに、種々の変更および改変を本発明の方法および製品において行うことができる。本明細書中で開示された種々の態様(使用分野の開示を含む)は、本発明を限定の意図でなく更に例示するために意図されたものである。

Claims (19)

  1. 最大寸法が約1−25μmで、干渉厚さが約5−600nmの少なくとも部分的に基材のない二酸化チタン被覆の基材小板を含んでなる色彩可変二酸化チタン色彩効果顔料(effect pigment)であって、前記小板がその上に酸化物被膜を有する顔料。
  2. 前記小板が約2−15μmの最大寸法、約20−400nmの厚さを有し、そして約63%未満の基材を含有する請求項1に記載の顔料。
  3. 前記二酸化チタンがルチル結晶形のものである請求項2に記載の顔料。
  4. 前記酸化物被膜が酸化鉄を含んでなる請求項3に記載の顔料。
  5. 前記小板が約24−50%の基材を含有する請求項4に記載の顔料。
  6. 前記基材が雲母である請求項4に記載の顔料。
  7. 前記二酸化チタンがルチル結晶形のものである請求項1に記載の顔料。
  8. 前記酸化物被膜が酸化鉄を含んでなる請求項1に記載の顔料。
  9. 前記小板が約24−50%の基材を含有する請求項8に記載の顔料。
  10. 前記二酸化チタンがアナターゼ結晶形のものである請求項1に記載の顔料。
  11. 最大寸法が約1−25μmで、干渉厚さが約5−600nmの少なくとも部分的に基材のない二酸化チタン被覆の基材小板の小板を準備し、前記小板上に水和金属層を堆積し、そして前記水和金属被覆の小板を仮焼することを含んでなる光学的可変二酸化チタン色彩効果顔料を製造する方法。
  12. 二酸化チタン被覆の基材小板から少なくとも約30%の前記基材を除去することを更に含む請求項15に記載の方法。
  13. 前記基材が雲母であり、そして約30−60%の前記雲母を前記小板から除去する請求項12に記載の方法。
  14. 前記小板をリン酸と鉱酸の組み合わせ物による抽出溶解にかけることにより、前記雲母を除去する請求項13に記載の方法。
  15. 前記水和金属が鉄である請求項14に記載の方法。
  16. 前記水和金属が鉄である請求項11に記載の方法。
  17. 顔料を含む塗料またはインキの組成物において、前記顔料を含んでなる改善が請求項1に記載の顔料である組成物。
  18. 顔料を含むプラスチック組成物において、前記顔料を含んでなる改善が請求項1に記載の顔料である組成物。
  19. 顔料を含む化粧品組成物において、前記顔料を含んでなる改善が請求項1に記載の顔料である組成物。
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