JP2007526930A - コーティング用の熱赤外線反射顔料 - Google Patents

Abstract

本発明は、放射熱エネルギーの制御、さらに詳細には、ＩＲ_Ｔエネルギーの制御および視覚的装飾を必要とする建物または他の領域に対する装飾コーティングにおける使用のための高熱赤外線（ＩＲ_Ｔ）反射顔料に関する。冷環境における暖房および暖環境における冷房空気調節への依存を減少させることによる、受動的技法を通して住居家屋における熱エネルギーの散乱を制御することは、エネルギー消費を減少させる。通常の装飾ペイント流体の変形に基づいた、熱赤外線における低放射率を有するいくつかのペイント配合物が存在する。このような配合物には、損傷を受けやすいこと、ある種の着色顔料における高い放射率などのいくつかの問題がある。本発明は、従来技術に伴う問題を実質上克服するペイント配合物において使用するための低放射率フレーク（１）を提示する。

Description

本発明は、放射熱エネルギーの制御、さらに詳細には、ＩＲ_Ｔエネルギーの制御および視覚的装飾を必要とする、居住家屋または他の領域に対する装飾コーティングにおいて使用するための高熱赤外線（ＩＲ_Ｔ）反射顔料に関する。

冷たい環境における暖房、および暖かい環境における冷房空気調節への依存を減少させることによる、受動的技法によって家庭用建物における熱エネルギーの散乱を制御することは、エネルギー消費を減少させる。

「通風」および伝導のような対流は、広く認識された熱移動機作であり、構造物におけるエネルギー消費に関してその影響を減少させるために、多くの材料および方法が開発されてきた。また、熱エネルギーは、放射プロセスにより移動する場合がある。人間は、対流および伝導プロセスには容易に気づくが、近傍の周囲温度での、表面からの放射熱移動にはあまり敏感ではない。適当な表面コーティング材料を使用して、部屋への熱移動を減少または促進するために、放射熱エネルギー移動プロセスを制御することは可能である。例えば金属反射材、通常アルミニウムが、屋根および壁の空隙断熱材料に使用されており、金属の層は、断熱表面に結合されて、表面からのＩＲ_Ｔエネルギー放射を減少させる。しかし、このような高ＩＲ_Ｔ反射材料の使用は、装飾的外観が主な関心事ではない領域、例えば屋根裏空間および空隙壁孔の場合に、現在限定されている。

通常の未変性装飾ペイントは、一般に溶媒に溶かした着色顔料混合物であり場合により、バインダーとして知られている光学的に透明な被膜形成材料を含む。バインダーは通常、居住環境のための装飾コーティング中の有機ポリマーである。また、ペイントは、流動性向上剤、湿潤促進剤などの広範囲の添加材料を少量含む。また、バインダーは、着色顔料を基材に結合することに加えて、光沢、耐磨耗性、および耐腐食性または耐生物学的侵食性などの他の望ましい特性を与える。

増大されたＩＲ_Ｔ反射率を有する、通常の装飾ペイント流体の変形物に基づいたいくつかのペイントタイプが、文献に存在する。

タイプ１のＩＲ_Ｔ反射コーティングは、ＩＲ_Ｔ波長バンドにおける、反射率を最大にするように、選別された分散粒状顔料に基づく。ＵＳ５８１１１８０（Ｐａｕｌ Ｂｅｒｄａｈｌ「火災から放射線を反射する顔料」（Ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｗｈｉｃｈ ｒｅｆｌｅｃｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｆｉｒｅ））は、この形態のペイントを記載している。

しかし、これらの配合物は、顔料粒子中の吸収によるＩＲ_Ｔ波長バンドにおける比較的低い反射率、有機ポリマーバインダーを通る長い経路長につながる繰り返し反射、およびＩＲ_Ｔ波長での、バインダーと通常の粒状顔料との屈折率における小さな差による不十分な散乱を有する。ＩＲ_Ｔ波長バンドにおいて、分散粒状顔料に基づく着色コーティングにおいて、０．３より大きい反射率を実現することは困難である。

ＩＲ_Ｔ反射材成分を提供するために、金属フレーク顔料を使用するタイプ２の高ＩＲ_Ｔ反射ペイントが、開発されてきた。ＥＰ００６５２０７（Ｈｅｒｂｅｒｔｓ ＆ Ｃｏ ＧＭＢＨ（ＤＥ）、「擬装目的のための、熱放射線のスペクトル範囲における低減された放射特性を有する顔料着色コーティング化合物の使用」（Ｕｓｅ ｏｆ ｐｉｇｍｅｎｔｅｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｅｍｉｓｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃａｍｏｕｆｌａｇｅ ｐｕｒｐｏｓｅｓ））は、この形態のコーティングを記載している。一般に、１０〜５０ミクロン直径の大きさの範囲にあるアルミニウムフレークが、ＩＲ_Ｔ反射顔料として使用される。このような金属−フレークおよびバインダーだけのペイントは、０．７〜０．７５の範囲にある高反射率の配合物にすることができる。バインダー外部表面（または薄葉）で集合または配向する傾向をもたせる、表面処理を施した金属フレークおよびＩＲ_Ｔ波長バンドにおける高透明性のために選んだバインダーを使用して、０．８と０．８５の間のＩＲ_Ｔ反射率を有するペイントシステムが容易に調製される。３０μｍ直径のアルミニウムフレークなどの妥当な大きさの金属フレークから純粋に形成されたタイプ２ペイントの欠点は審美性であり、というのは、高ＩＲ_Ｔ反射率配合物の場合、色がシルバーメタリックに見えるからである（あるいは、タングステンや黄銅などの着色金属に基づく金属フレークの場合には、それぞれグレーメタリックまたは「ゴールド」）。小さな金属フレーク（＜５μｍ直径）または粗いフレークを使用して、メタリック外観のないグレーペイントを作製することができるが、散乱損失により、ＩＲ_Ｔ反射率において著しい低下がある。

タイプ３のＩＲ_Ｔ反射ペイントは、金属反射材フレークと通常の粒状可視着色顔料との、バインダー中における組合せにより、着色効果を実現することができる。ＤＥ１００１０５３８（Ｈｕｇｏ Ｇｅｒｄ、「波長範囲に依存する吸収特性を有する４種の異なる粒子を含む、建築物のコーティングに有用なスペクトル選択特性を有するコーティング組成物」（Ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｈａｖｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｕｓｅｆｕｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｈａｖｉｎｇ ａ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｅｐｅｎｄａｎｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ））は、この形態のコーティングを記載している。ペイントが乾燥した場合、可視顔料が装填されたバインダーポリマーの薄層が、金属フレークを覆って形成して、可視着色をもたらす；「着色層」。

この取組みの欠点は、微粒子着色顔料をフレーク含有バインダーに添加した場合、フレークの配向が妨げられ、したがって、フレークは、互いにまたはペイントの表面で、もはや整列しないことである。整列がうまくいかないと、散乱関連効果により、ペイントシステムにより実現しうるＩＲ_Ｔ反射率が低下する。着色層の厚さは、ＩＲ_Ｔ放射線が、反射材粒子に到達し、反射して戻ってくることができるように、ＩＲ_Ｔ透明性を保持するように制御する必要がある。高ＩＲ_Ｔ反射率（＞０．７）を実現するには、着色層の厚さは５μｍ未満であるべきである。中程度のＩＲ_Ｔ反射率（＞０．５）を実現するには、着色層の厚さは１０μｍ未満であるべきである。薄い着色層を使用したタイプ３ペイントの耐久性は、限定されている。というのは、擦り傷および研磨洗浄などによる薄い着色層の除去が、金属反射材層の存在を露出し、ペイントを「銀色に光らせる」からである。

したがって、本発明の目的は、タイプ１から３の従来技術による配合物に伴う問題を実質上緩和または克服するペイント（および他のコーティング）配合物において使用するための高ＩＲ_Ｔ反射添加剤を提供することにある。

したがって、本発明は、赤外線反射コアフレーク（コアは、０．２μｍ未満の厚さを有する）およびコアフレークの一部または表面全体にコーティングされている赤外線透明材料を含む赤外線反射フレークを提供する。

本発明によるフレークは、ペイント、複合ゲルコート、ワニスおよび他のコーティング配合物において、高ＩＲ_Ｔ反射コーティングを提供するために添加剤として使用することができる。本発明は、ＩＲ_Ｔ反射コアに接着するＩＲ_Ｔ透明層を含む複合材料を提供する。一般にＩＲ_Ｔ透明層は、フレークコアの両側にコーティングされるであろうが、装飾効果のためには片側だけにコーティングしてもよい。ＩＲ_Ｔ透明層は、場合によって着色材料を含むバインダー材料で構成される。この層は、コア材料に対する化学的および環境的保護と一緒に、可視着色および機械的強度を与える。ＩＲ_Ｔ反射コアは、金属材料または導電性酸化物材料を含む。

タイプ３従来技術システムにおいて見られるように、装飾着色を生成するために粒状高屈折率無機顔料への依存を除くことにより、フレークの配列が損なわれることを少なくし、実現可能なＩＲ_Ｔ反射率を増大する。着色用として、反射材コアコーティング低屈折率染料を使用することは、バインダー屈折率における有害な増大およびその結果生じるＴＩＲ損失を最小にする。

反射材層は、入射ＩＲ_Ｔの大部分を反射するように、十分反射的である必要がある。このことは、０．１〜５０Ω□^−１の範囲にある、理想的には１〜１０Ω□^−１の範囲にあるＤＣ電気抵抗と同等のことである。

また、特定のバルク抵抗に対しては、反射材層は、入射ＩＲ_Ｔ放射線の大部分を反射するために十分に厚い必要がある。しかし、金属（または金属酸化物）コア端の厚さは、散乱およびその結果としての損失を減少するために最小にするべきである。したがって、コア材料は、理想的には０．２μｍ厚未満であるべきである。

アルミニウムコア材料などの導電性金属に対しては、厚さは、好ましくは０．０１５〜０．０５μｍ厚の範囲、さらに好ましくは０．０３〜０．０４μｍの範囲である。クロムベースのコアなどの低導電性金属に対しては、厚さは、好ましくは０．０８〜０．１２μｍの範囲である。

もし反射材コアが粗い場合には、ＩＲ_Ｔ放射線を散乱し、コーティングのＩＲ_Ｔ反射率を減少させるであろう。したがって、コア材料は、０．５未満のピッチに対する深さの比を有し、１μｍ未満の表面粗さ（ｔｅｘｔｕｒｅ）を有するべきである。好ましくは、粗さは、０．２μｍ〜０．４μｍの範囲にある。

フレークコアの反射面積も、ＩＲ_Ｔ反射率に影響がある。反射材フレークが放射線の波長に比較して小さい場合には、散乱機作による損失が、重要となる。したがって、フレークコアの平均直径は、好ましくは１０μｍより大きい。注：用語「直径」が使用されているが、当業者であれば、フレークは完全な円形または円盤状である必要はないこと、および不規則な形状のフレークを使用できることを理解されよう。フレークが、不規則な形状を有するときには、用語直径は、フレークの最も小さい寸法をいう。

非常に大きいフレークは、バインダーシステムの乾燥の間に配列させるのが難しく、好ましくはフレーク直径は、１００μｍ未満である。約５０μｍを超えるフレークは、人間の目によって解像できるので、メタリック効果のいらない装飾コーティングに対しては、フレーク直径は、１０〜５０μｍ範囲にあり、さらにより好ましくは３０〜４０μｍ範囲にある。

ＩＲ_Ｔ反射材コアを被覆する層は、ＩＲ_Ｔ放射線を著しい損失なしに反射材コアにまで伝達させるのに十分透明でなければならない。したがって、この被覆層は、好都合には低ＩＲ_Ｔ吸収を有する有機被膜形成ポリマーで構成される。例には、エチレン、ブチレン、プロピレン、アクリレート、メタクリレートおよびスチレンのポリマーならびにそれらのコポリマーが含まれる。着色は、電子移動に伴う可視波長バンドにおける高い比吸収をもつが、ＩＲ_Ｔ波長において分子振動による弱い比吸収をもつように選ばれた、可視バンド染料の添加により導入することができる。望ましい染料には、ｓｏｌｖｅｎｔ ｙｅｌｌｏｗ ９４、ｏｒａｎｇｅ １、ｒｅｄ ２４などのアゾ、キサンテンおよびアントラキノン染料が含まれる。こうして可視装飾着色の必要条件を、ＩＲ_Ｔ透明性の著しい低下なしに満足させることができる。放射線経路長は、必要とされる可視着色水準、機械的強度、および加工に対する安定性をもたらすための、最小厚さの着色ポリマー層に最小化される。この必要条件は、最低厚さ０．２μｍで満足される。有機ポリマー層を使用した反射材コアコーティングの厚さは、０．２〜２μｍの範囲が好ましい。

赤外線透明コーティング材料は、コア材料を完全に封入することが好ましい。

別法としては、着色フレークバインダーは、無機であってよい。多くの無機材料が、ＩＲ_Ｔ波長範囲において著しい透明性を示し、いくつかは色素、金属塩などを使用して着色することができ、またはそのままで自己着色している。無機ＩＲ_Ｔ透明コーティングの例には、限定しないが、染料および顔料の添加により着色することができる、ケイ素、チタン、またはアルミニウムの酸化物などのゾル・ゲル被覆材料が含まれる。自己着色、ＩＲ_Ｔ透明材料の例には、限定はされないが、シリコンおよびゲルマニウムなどの半導体材料が含まれる。

本発明の変形において、ＩＲ_Ｔ反射コアを光学的に透明にすることができる。これは、可視波長で透明であるが、ＩＲ_Ｔ領域では反射する材料からコアを形成することによって実現される。このように光学的に透明になる材料の例は、銀、金、銅またはそれらの合金の非常に薄い層である。別法としては、いくつかの光学的に透明な酸化物は、著しいＩＲ_Ｔ反射率を有し、限定しないが、インジウムおよびフッ素ドープ酸化スズ（ＩＴＯ、ＦＴＯ）が含まれる。これらの材料を使用して、必要ならば上記の着色有機バインダーまたは着色無機コーティングを使用して、着色できる光学的に透明なコーティングを形成することができる。このように必要ならば透明で無色の高ＩＲ_Ｔ反射ワニスを作製することができる。

好ましくはコアは、インジウムおよびフッ素ドープ酸化スズを含む。

一般に、光学的に透明なＩＲ_Ｔ反射金属コアは、厚さ１ｎｍ未満である。必要とされる実際の厚さは、それが十分な導電性を持つ点による。コアは、その電気抵抗が１０Ω□^−１の場合に著しいＩＲ_Ｔ反射性を示す。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による赤外線反射フレークを含むペイント配合物が、次に提案される。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様による赤外線反射フレークを含むワニス配合物が、次に提案される。

本発明の第４の態様によれば、本発明の第１の態様による赤外線反射フレークを含むゲルコート配合物が、次に提案される。

本発明の実施形態を、添付する図面を参照して例としてのみ記載する。

本発明の背景として、０Ｋ（−２７３℃）を超える物体すべては、原子的および分子的構造のプロセスの結果として電磁（ＥＭ）放射線を放射する。人の居住するところで出会う温度（０〜３０℃）で、この電磁放射線は、主に３×１０^１２〜３×１０^１４Ｈｚの範囲の振動数、波長１〜１００μｍに等価であり、通常ＥＭスペクトルの「赤外線領域」とよばれる。０〜３０℃の範囲にある温度で、物体から出る放射エネルギーの９０％超は、波長３〜５０μｍであり、電磁スペクトルのこの部分は、熱赤外線（ＩＲ_Ｔ）領域と呼ばれる。

第一次近似で、表面から放射されるＩＲ_Ｔエネルギーは、以下のＳｔｅｐｈａｎ−Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ式で与えられる：
Ｗ＝εσＴ^４ Ｗｍ^−２、
［式中、「Ｗ」は、放射エネルギー、「ε」は、放射率、「σ」は、Ｓｔｅｐｈａｎ−Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ定数、および「Ｔ」は、絶対温度］。

簡略化された形において、Ｋｉｒｃｈｏｆｆｓの法則は、材料の放射率をその反射率に関係させ、一般にそれを不透明体に対して述べている：
ε_λ＝１−Ｒ_λ、
［式中、「ε_λ」は、放射率、およびＲ_λは、波長λにおける表面反射率］。したがって、不透明表面の放射率を低減すると、放射線を反射するその能力は増大する。

また、不透明体から反射されたエネルギーは、物体によって吸収されたエネルギーに、次の関係により関係付けることができる：
Ａ_λ＝１−Ｒ_λ
［式中、Ａ_λは、物体によって吸収された部分エネルギー］、高ＩＲ_Ｔ吸収をもつ材料は、また高ＩＲ_Ｔ放射率および低ＩＲ_Ｔ反射率を有することになると演繹できる。

放射率（ε）は、放射表面材料に固有の性質であり、理論的には、１から０の間で変化しうる。ＩＲ_Ｔ波長で低放射率を有する所与の温度で、表面は、ＩＲ_Ｔ波長で高放射率を有する同じ温度での表面よりも、少ないＩＲ_Ｔエネルギーを放射するであろう。住居環境において一般的に出会う装飾された表面は、０．９から０．９５の間の放射率を有する。これは、住居環境において見出される大部分の装飾材料が、有機表面、例えばペイント、材木、織物などを有する結果である。一般に有機材料は、分子振動によりＩＲ_Ｔエネルギーを吸収し、その結果０．９〜０．９５の範囲にあるＩＲ_Ｔ放射率を有する。導電性金属表面は一般に低いＩＲ_Ｔ放射率を有する。

導電性材料の反射率は、その電気抵抗に関係付けることができる。ＩＲ_Ｔ振動数において、金属性または金属に近い導電性をもつ材料は、次式によって与えられる反射率を有する：

［式中、「Ｒ」は、反射率、「ν」は、放射線の振動数および「ρ」は、抵抗である］。この式から、低電気抵抗をもつ金属は、高ＩＲ_Ｔ反射率を有するであろうと予測される。０から３０℃の間の温度における清浄な、平滑な導電性金属は、ＩＲ_Ｔエネルギーに対して不透明であり、０．９８から０．８５の間の高ＩＲ_Ｔ反射率を有し、その結果０．０２〜０．１５の範囲にあるＩＲ_Ｔ波長バンドにおける放射率を有する。

例えば、空気からポリマー被膜へと、放射線が１つの媒体から他に通過する場合、放射線の一部分は、空気／ポリマー界面で、それから反射係数（Ｒ）が得られるＦｒｅｓｎｅｌの式により反射される：

［式中、ｎは、材料の屈折率比、χは、吸光係数である］。

大部分の有機ポリマーの屈折率は、ＩＲ_{ｔｈｅｒｍａｌ}において１．４〜１．６の範囲にある。
Ｆｒｅｓｎｅｌの式を使用するとこの界面の反射率は、約０．０３〜０．０５であり、したがって、その放射率は、図１に示すように約０．９５〜０．９７であり、ここではＦｒｅｓｎｅｌの式から計算された１−Ｒが、１から２の間の屈折率に対してプロットされている。

次いで、放射線は、吸収または他の界面に達するまで材料中を伝播する。吸収はＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則により生じる。：
Ａｂｓ＝χ×Ｃ×ｌ
［式中、Ａｂｓは吸収であり、χは吸収種の吸光係数であり、Ｃはその種の濃度であり、ｌは材料通過経路長である］。通常、吸光係数は、材料中の化学結合の歪み、例えば、ポリマー中のＣ−ＣＨ_３結合周辺の屈曲、伸張、回転などの共鳴振動数に依存する、波長依存関数である。吸収を最小にするには、吸収部分の濃度および／または材料通過経路長を最小にする必要がある。

放射線が、他の界面に到達した場合、そのとき界面の長さの程度が放射線の波長と同じであれば、回折光学があてはまり、放射線は散乱される。その長さの程度が、放射線よりも著しく大きい場合は、そのときは幾何学的／切子面の光学があてはまり、相互作用を記載するためにＦｒｅｓｎｅｌの式を使用することができる。およその基準として、フィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅ）が波長の５倍より大きい場合、幾何光学が優勢になる。またフィーチャーが、５から０．２倍の場合、回折効果も重要となる。フィーチャーが、波長の０．２未満の場合、粒子は、回折しなくなり、有効媒体理論（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｄｉａ ｔｈｅｏｒｉｅｓ）が関係してくる。

放射線が、１つの透明媒体から他に通過した場合、そのとき伝播は、角度を変化する。この角度の変化は、界面の一方の側の媒体の屈折率および入射角に関連し、Ｓｎｅｌｌの式によって記載される：
ｎ_１Ｓｉｎθ_１＝ｎ_２Ｓｉｎθ_２
［式中、ｎ_１は第一媒体の屈折率、θ_１は入射線と界面法線との角度、ｎ_２は第二媒体の屈折率、θ_２は界面法線からの屈折線の角度］。所与の屈折率変化に対して、それを超えてはもはや放射線は界面から離れることができない限界入射角、すなわちθ_２＝９０°となる、全内部反射（ＴＩＲ）角θ_ＴＩＲがある。この角度は、
Ｓｉｎθ_ＴＩＲ＝ｎ_２／ｎ_１
によって与えられる。

ポリマー被膜を離れる、すなわち高屈折率材料から低屈折率材料へ移動する放射線を考える。図２は、立ち上がる光（言うならば、ポリマー中の反射性または散乱粒子から）がＴＩＲを受け、もはや表面を離れることができない角度を示す。θ_ＴＩＲの低い値は、反射された入射光の少部分が被膜を離れるので、低い反射率（高い放射率）を意味する。

屈折率が、一般に１．４〜１．６の範囲にあるポリマー−空気界面に対しては、入射角が４０〜４５°より大きい場合に全反射が生じる。ＩＲ_Ｔ波長バンドにおいて、ポリマーのもつ損失の多いという性質により、放射線は短距離において吸収され、放射線は全内部減衰を受けると言われている。表面法線から離れて４０°より大きい角度における散乱を減少させることは、ＩＲ_Ｔ波長バンドにおけるペイントの反射率を最大にし、放射率を最小にするために重要である。

低屈折率をもつ被膜は、高θ_ＴＩＲを有する。しかし、ポリマーバインダーの有効屈折率は、一般に散乱顔料粒子、例えばチタニアの添加により増大する（散乱顔料粒子は、光学的着色および隠ぺい力を与えるために存在し、可視バンドにおいては最大の散乱を有するが、ＩＲ_{Ｔｈｅｒｍａｌ}波長では散乱のないサイズにされている）。ＩＲ_{Ｔｈｅｒｍａｌ}波長において、通常の不透明ペイントの効果的屈折率は増大する。屈折率１．５のバインダーと、０．２ｖ／ｖの２００ｎｍ直径（散乱しない）、屈折率２．７のチタニアでは、１．７４のＩＲ_{Ｔｈｅｒｍａｌ}における計算有効屈折率となりその結果３５°のθ_ＴＩＲの値を有することになる。

バインダー材料におけるＩＲ_Ｔエネルギーの損失を最小にするためには、低吸光係数を有する材料を選択することおよび光学的経路長を短く保つことが重要である。タイプ３コーティングでの最適ケースは、必要な着色を得るため、ＩＲ_Ｔ透明顔料を含む最低の厚さのバインダーで均一に被覆された極めて平滑な反射材表面のはずである。有限非平滑反射材表面からの散乱効果は、ＴＩＲからのＩＲ_Ｔ損失を増大させるであろうし、光学的経路長を増大させる。

着色ＩＲ_Ｔ反射ペイントを形成するために低アスペクト比顔料粒子を添加することの、組み合わせた光学的効果は、最大ＩＲ_Ｔ反射率を、アルミニウムフレークタイプ２ペイントに対する約０．８５から、淡着色タイプ３ペイントに対する０．５、中間調色のタイプ３ペイントに対する０．４、および暗色調色のタイプ３ペイントに対する０．３に減少することである。

従来技術の手法タイプ１〜３の少なくともいくつかの欠陥を緩和する、コーティング組成物において使用するためのＩＲ_Ｔ反射顔料の一実施形態を、次に記載する。

図３は、本発明による典型的なフレーク配合物を示す。フレーク１は、三層構造（２、４、６）からなる。層４は、薄いＩＲ_Ｔ反射コアフレークである。層４は、いずれの側も染色された、さもなければ着色されたＩＲ_Ｔ透明被膜から形成された着色層２、６によって被覆されている。着色層２、６は、機械的強度、ならびに化学的および環境的保護をＩＲ_Ｔ反射コアフレーク４に与える。

ＩＲ_Ｔ反射コアフレーク（図３において数４によって示される）は、様々な金属または金属酸化物から形成することができるが、それがアルミニウムから形成される場合は、一般に３０から４０ｎｍの間の厚さ（図３における８）を有するであろう。クロムコアフレークでは、この厚さは８０〜１２０ｎｍの範囲にあるはずである。

着色層（図３における２、６）は、一般に２００〜２０００ｎｍの厚さを有し、１〜２０％重量／重量の染料または他の着色された材料を含有する被膜を含む。

適切なポリマーバインダーの例は、ポリメチル、エチルまたはブチルアクリレートなどのアクリル樹脂である。適切な染料には、アゾ金属錯体、フタロシアニンおよびアントラキノンが含まれる。

特定のフレーク構成は、１０％重量／重量のＮｅｏｚａｐｏｎ ｂｌｕｅ ８０７（ＢＡＳＦ ＰＬＣによって製造されている）着色染料を含むＥｌｖａｃｉｔｅｓ ２０４１ ポリマーバインダー（ＩＣＩ Ａｃｒｙｌｉｃｓによって製造されている）および３５ｎｍ（±５ｎｍ）厚のアルミニウム反射材層（図３において４）から形成された８００ｎｍ（±１００ｎｍ）厚の着色層（図３において２、６）である。このような配合物に対して、フレークは、０．１５〜０．２の範囲にあるＩＲ_Ｔ放射率および暗青色を有する。

本発明によるフレークは、種々の方法において形成することができるが、好ましい製造方法を以下に記載する。

厚さ２５μｍのポリエチレンテレフタレート膜の捨てウェブをカルナバ蝋の離型層で被覆する。次いで、処理された捨てウェブ表面上に、染料含有ポリマーの層を流し塗りまたはグラビアプリンティングプロセスによって付着させ、乾燥し、場合によって硬化させる。この層は、着色層の１つを形成する（図３における２、６）。

次いで、アルミニウムの層を染料含有ポリマーの表面上に蒸着によって付着させる。この層は、ＩＲ_Ｔ反射コア（図３における４）を形成することになる。

場合によって、着色ポリマーの第２の層を蒸着されたアルミニウム上に、再び流し塗りまたはグラビアプリンティングプロセスによって付着させる。この第２のポリマー層を乾燥し、場合によって硬化する。この層は、着色層の１つを形成することになる（図３における２、６）。

次いで、被覆された三層材料を、例えば熱水に浸漬することによって、ウェブから除去するが、他の方法も当分野の読者には浮かぶであろう。カルナバ蝋の離型層は溶融し、ＩＲ_Ｔ反射材料を濾過または浮上法によって回収することができる。３層材料は、通常の加工、例えば湿潤磨砕により適正な大きさのフレークにすることができる。

図１における一般的構造を有する材料を作製するための他のプロセスが、知識を有する読者には浮かぶであろう。例えばこれらには、適切な大きさのＩＲ_Ｔ反射材フレーク上に着色被膜を溶媒堆積させること、または除去前にウェブ上でフレークを画定することが含まれる。

異なる装飾効果を生み出す為の関連する基本構造の変形は、この技術分野の読者には明らかであろう。例えば、利用できる色の数を増やすために、着色剤の組合せをそれぞれの側に使用することができ、異なる着色剤または着色剤の組合せを上下表面に使用することができ、それぞれの側の調色の強度を独立に変化させることができる。反射性金属も、視覚的着色金属、例えば、銅またはタングステンに換えることができる。金属反射材は、視覚的回折効果または制御された拡散反射をそれぞれ加えるために、周期的または非周期的構造においてエンボスをつけることができる。これは、金属反射材層を付着させる前に第一着色ポリマー被膜をエンボスすることによって実現することができる。明らかに、これらの変形は、種々の組合せにおいてさらに装飾効果を創り出すために使用することができる。

ポリマーの屈折率の関数として、空気／ポリマー界面に対する放射率を示すグラフである。 ポリマー被膜を離れる、すなわち高い屈折率材料から低い屈折率材料に移動する放射線に関し、ポリマー被膜内で（例えば、ポリマー中の反射または散乱粒子から）立ち上がる光が全内部反射（ＴＩＲ）を行い、もはや表面から離れることができない角度を示す。媒体の屈折率の関数として、全内部反射角を示すグラフである。 本発明による典型的なＩＲ_Ｔ反射フレークの形態を示す図である。 ＴｉＯ_２（通常の白色）顔料と、本発明により構成された典型的な視覚的に着色された高ＩＲ_Ｔ反射顔料との間の、２〜２０ミクロンの波長範囲における反射率の差を示す図である。高ＩＲ_Ｔ反射顔料は、０と５０％反射度の間で大幅に変化する標準顔料に比較して、全般的に約９０％の反射を有することが分かる。

Claims (19)

1. 赤外線反射コアフレーク（４）、およびコアフレーク（４）の表面の一部または全てにコーティングされている赤外線透明材料（２、６）からなり前記反射材コア（４）が、０．２μｍ未満の厚さを有する、赤外線（ＩＲ_Ｔ）反射フレーク（１）。
2. コア（４）が、０．１から５０Ω□^−１の範囲にあるＤＣ電気抵抗を有する請求項１に記載のフレーク（１）。
3. コア（４）が、アルミニウムであり、０．０３から０．０４μｍの範囲にある厚さを有する請求項１に記載のフレーク（１）。
4. コア（４）が、クロムであり、０．０８から０．１２μｍの範囲にある厚さを有する請求項１に記載のフレーク（１）。
5. コアフレーク（４）が、１μｍ未満の表面粗さ、および０．５未満の深さ対ピッチ比を有する請求項１から４のいずれかに記載のフレーク（１）。
6. 粗さが、０．２から０．４μｍの範囲にある請求項５に記載のフレーク（１）。
7. フレーク（１）が、１０から１００μｍの直径を有する請求項１から６のいずれかに記載のフレーク（１）。
8. 直径が、１０〜５０μｍの範囲にある請求項７に記載のフレーク（１）。
9. 直径が、３０〜４０μｍの範囲にある請求項８に記載のフレーク（１）。
10. 赤外線透明材料（２、６）が、着色染料または他の着色された材料を場合によって含む非極性または弱い極性有機ポリマーからなる請求項１から９のいずれかに記載のフレーク（１）。
11. 赤外線透明材料（２、６）の厚さが、０．２から２μｍの範囲にある請求項１０に記載のフレーク（１）。
12. 赤外線透明材料（２、６）が、着色染料または他の着色された材料を場合によって含む無機フィルムからなる請求項１から１１に記載のフレーク（１）。
13. コア（４）が、１ｎｍ未満の厚さを有する請求項１から１２のいずれかに記載のフレーク（１）。
14. ＤＣ抵抗が、１０Ω□^−１未満である請求項１３に記載のフレーク（１）。
15. コア（４）が、インジウム、またはフッ素ドープ酸化スズを含む請求項１０、１１または１２のいずれかに記載のフレーク（１）。
16. 透明被覆材料（２、６）が、コア材料を完全に封入している請求項１３から１５のいずれかに記載のフレーク（１）。
17. 請求項１から１６のいずれかに記載の赤外線反射フレーク（１）を含むペイント配合物。
18. 請求項１から１６のいずれかに記載の赤外線反射フレーク（１）を含むワニス配合物。
19. 請求項１から１６のいずれかに記載の赤外線反射フレーク（１）を含むゲルコート配合物。

Images