JP2011232408A - 構造色発色用樹脂被膜の形成に用いるコーティング組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光の照射により構造色を発色するための規則的配列の凹部が形成される構造色発色用被膜を形成するためのコーティング組成物において、樹脂成分と無機系紫外線吸収剤粒子とを含み、該無機系紫外線吸収剤粒子が、樹脂成分100重量部あたり0.5乃至300重量部の量で添加されていることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
しかしながら、ホログラム像形成用の微細な規則的配列の凹部が設けられる被膜の材質或いは状態等によっては、必ずしも満足する構造色が得られない場合がある。特に、この被膜が基材の表面に形成されている場合には、この被膜表面に形成されている凹部に異物(例えば指で触れたときの脂質)が入り込んでしまい、この結果、ホログラム像が不鮮明になったり、場合によっては消失してしまうという問題がある。このために、この被膜表面にはさらに保護膜を形成することが必要となっている。
(1)前記無機系紫外線吸収剤が2000nm以下の平均粒子径を有していること、
(2)前記無機系紫外線吸収剤粒子が、酸化亜鉛または酸化チタンであること、
が好適である。
尚、規則的に配列された凹部の一部について、その表面が閉じられていることはSEM観察により容易に確認することができる。
始めに、本発明のコーティング組成物を用いて形成された樹脂被膜に形成される構造色発色用凹部について説明する。
上記のような表面が閉じられた凹部55bがレーザ照射により形成される樹脂被膜50をコーティングにより形成することができる本発明のコーティング組成物は、膜形成材である樹脂成分と共に、無機系紫外線吸収剤粒子とを含んでいる。即ち、無機系紫外線吸収剤の添加により、低フルエンスでのレーザ加工が可能となると同時に、表面が閉じられた凹部を形成することが可能となる。
これに対して、本発明のコーティング組成物を用いて形成された樹脂被膜50では、被膜50中に分散されている無機系紫外線吸収剤が被膜50中に添加されている場合には、この紫外線吸収剤が起点となってレーザアブレーションが進行するため、このアブレーションの進行度合いが凹部55の形態に反映されるものと推定される。即ち、レーザアブレーションが過大に生じるときには、その進行が被膜50の表面にまで達し、表面が開放された形態の凹部55aが形成されるが、一部のレーザアブレーションの進行は、紫外線吸収剤の濃度ムラや照射レーザ光の強度ムラ或いは被膜50の厚みムラなどの影響を受け、その進行が被膜50の表面にまでは達せず、この結果として、表面が閉じられた凹部55bが形成されるものと推定されるのである。
これに対して、本発明にしたがって無機系紫外線吸収剤を用いた場合には、有機系紫外線吸収剤に比して多量添加することができ、この結果、低フルエンスでのレーザ照射により、構造色発色用凹部を形成することが可能となる。加工時のフルエンスが低減すると、低出力の安価なレーザ発振器を使用することができると同時に、レーザ照射に必要とされる1パルスのエネルギーが小さくて良い。そうすると、パルスエネルギーは小さいがパルス繰り返し周波数がより大きいレーザ発振器を用いることができ、単位時間あたりの加工点数を多くすることができ、ひいては加工速度の向上を図れる。このように、本発明では、無機系の紫外線吸収剤を使用することにより、生産性を向上させ、コストの低減を図ることが可能となるのである。
また、シランカップリング剤やメチコンやジメチコンといったシリコン化合物を用いた表面処理を行っても良い。
さらに、ZrO2、ZnO2、Al(OH)3などの金属酸化物を用いた親水化処理を行っても良い。
また、所定の基材へのコーティングは、刷毛塗り、ディッピング、スプレー噴霧等、任意の手段で行うことができ、コーティングを行った後、適宜熱処理を行って塗膜を硬化させることにより、前述した構造色発色用の凹部55を形成するための樹脂被膜50が形成される。
前述した被膜50の表面に凹部55を形成するためには、高パワーパルスレーザであることが必要であり、また微細周期構造により構造色を発現させる場合、可視光で効率よく発色する為には微細周期構造のピッチは0.5〜2μm程度がよく、その周期構造を精度よく加工するためにはレーザ光の波長をこのピッチよりも短い紫外線波長域にする必要があり、更に、微細周期構造の凹部55の形成は、レーザ光の干渉を利用した樹脂等の分解(レーザアブレーション)によるものであるため、コヒーレンシーの高いレーザを使用する必要がある。このために、上記レーザを好適に用いることができる。
また、これらのパルスレーザは、数Hz〜数十MHzの繰り返し周波数を有するが、この繰り返し周期の間、蓄えられたエネルギーを数ps〜数十nsというきわめて短い時間幅で放出する為、少ない入力エネルギーから高いピークパワーを効率的に得ることができる。
尚、エネルギー密度のコントロールは、レーザ発振器11におけるレーザ出力の調整の他、例えば、レーザ出力が同じで照射ビーム径を変化させることによっても実現できる。
集光素子15は、例えば、焦点距離が100mmの合成石英平凸レンズを用いることができ、光束選択素子14を通過した光束を集光し、光束を交差させ干渉させる。
尚、コリメータ素子や集光素子としては、凸レンズの他、フレネルレンズやGRIN(Graded−Index)レンズ等の光学素子を用いることができる。
d=λ/(2sin(θ/2))
レーザ光照射装置10が、レーザ光を出力し、ビームスプリッタ12がレーザ光を分割して複数の光束を形成し、集光素子15がそれら複数の光束を交差させて干渉領域を形成し、積層構造体20に照射させる。ここで積層構造体20の被膜(50)中の紫外線吸収剤によりレーザ光が吸収される。また、レーザ光の照射が干渉領域で行われるため、被膜50の表面に周期的な光強度分布が励起し、高強度部でレーザアブレーションの発生が顕著となり、凹部55が形成されることとなる。本発明では、紫外線吸収剤が被膜50中に分散され、分散されている紫外線吸収剤の吸収によって、レーザアブレーションが発生するため、このレーザアブレーションの程度に若干のバラツキが生じ、この結果、表面が開放された凹部55aと表面が閉じられた凹部55bとが発生することとなり、このように形成される凹部55(凹部55a及び凹部55b)は、レーザ光の周期的強度分布と同じ周期で形成されることとなる。
ポリエステルアミノ塗料に平均粒径が25nmの酸化亜鉛微粒子(テイカ(株)製、MZY−505S、親油性)を、該塗料の樹脂成分100重量部に対して20重量部の量を添加し、塗料を調合した。この塗料をアルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布して試料を調製した。このとき、被膜の厚みは約2μmである。照射するレーザ光には、Qスイッチ
パルスYAGレーザ第3高調波(波長355nm)を用いた。パルスYAGレーザのパルス幅は5nsである。
この試料に対して、被膜が形成された側からレーザ光照射装置を用いて、フルエンス(レーザ照射エネルギー密度)が60mJ/cm2で1パルスを照射した。その結果、虹色に発色する構造色が観察され、指で擦った後も発色が消失することはなかった。
また、その表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、図2に示すように、被膜に開放された凹部と表面が閉じられた凹部が形成されていることが分かった。また、このSEM写真から、表面が閉じられた凹部は、全凹部の80%であった。
ポリエステルアミノ塗料にベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤((株)ADEKA製
アデカスタブLA−31)を、該塗料の樹脂成分100重量部に対して1重量部の量を添加し、塗料を調合した。この塗料をアルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布して試料を調製した。このとき、被膜の厚みは約1μmである。
この試料に対して、被膜が形成された側からレーザ光照射装置を用いて1パルスを照射した。その結果、虹色に発色する構造色が観察され、指で擦った後も発色が消失することはなかった。このとき、フルエンスは150mJ/cm2であった。
各種樹脂組成の塗料に実施例1と同じ酸化亜鉛微粒子を、樹脂成分100重量部に対して各重量部の量を添加し塗料を調合した。これをアルミニウム製板に塗布して作製した試料(塗膜厚:約1〜5μm)に、上記と同様にレーザ照射したときの構造色発色の有無と表面を指で擦った後の変化を確認した結果を表1に示す。
エポキシ塗料に平均粒径が25nmの酸化亜鉛微粒子(テイカ(株)製、MZ−500、親水性)を、該塗料の樹脂成分100重量部に対して150重量部または200重量部の量を添加し、塗料を調合した。これをアルミニウム製板に塗布して作製した試料(塗膜厚:約5μm)に、これまでと同様にレーザ照射した。
その結果、虹色に発色する構造色が観察され、指で擦った後も発色が消失することはなかった。また、150重量部を添加したとき、実施例5と比べて塗膜の白濁が弱く、発色の視認性が良好だった。
エポキシ塗料に平均粒径が40nmの酸化チタン微粒子(石原産業(株)製、TTO−55(D)、親水性)を、該塗料の樹脂成分100重量部に対して40重量部の量を添加し、塗料を調合した。この塗料をアルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布して試料を調製した。これをアルミニウム製板に塗布して作製した試料(塗膜厚:約2μm)に、これまでと同様にレーザ照射した。
その結果、虹色に発色する構造色が観察され、指で擦った後も発色が消失することはなかった。
エポキシ塗料に実施例1と同じ酸化亜鉛微粒子を、塗料の樹脂成分100重量部に対して40重量部の量を添加し、塗料を調合した。この塗料をアルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布し被膜を形成した後、この被膜の上にポリエステルアミノ塗料を塗布し保護層を形成した。このようにして試料を調製した。このとき、被膜の厚みは約3μm、保護層の厚みは約6μmである。
この試料に対して、パルスYAGレーザ第3高調波(波長355nm)を、被膜および保護層が形成された側からレーザ光照射装置を用いてフルエンスが60mJ/cm2で1パルスを照射した。その結果、虹色に発色する構造色が観察され、指で擦った後も発色が消失することはなかった。このとき、規則的配列の凹部は被膜の極めて最表面の保護層との界面に存在する。
53:基材
55:構造色発色用凹部
55a:表面が開放された凹部
55b:表面が閉じられた凹部
Claims (3)
- レーザ光の照射により構造色を発色するための規則的配列の凹部が形成される構造色発色用被膜を形成するためのコーティング組成物において、樹脂成分と無機系紫外線吸収剤粒子とを含み、該無機系紫外線吸収剤粒子が、樹脂成分100重量部あたり0.5乃至300重量部の量で添加されていることを特徴とするコーティング組成物。
- 前記無機系紫外線吸収剤が2000nm以下の平均粒子径を有している請求項1に記載のコーティング組成物。
- 前記無機系紫外線吸収剤粒子が、酸化亜鉛または酸化チタンであることを特徴とする請求項1または2に記載のコーティング組成物。
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