JP2013524197A - 散乱有色顔料の特性を決定する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、散乱有色顔料の吸収および散乱係数の決定に使用するための散乱有色顔料の特性決定法を提供し、ここで該方法は、複数の異なる容積分率において、０．６ミクロンを超える粒度を有する、実質的に非吸収性の散乱顔料との散乱有色顔料の混合物の反射スペクトルを得る工程を含んでなる。更に、散乱有色顔料の特性を決定するために本発明の方法を実施するようになっている顔料の特性決定システムが提供される。
【選択図】 図１

Description

発明の分野
本発明は、散乱有色顔料の吸収および散乱係数の決定に使用するための、散乱有色顔料の特性決定の方法に関する。それはまた、色合わせ法および、とりわけ、有色顔料混合物のための色合わせ法に関する。本発明はまた、該方法を実施するための顔料の特性決定システムに関する。

関連技術

塗料は典型的には、結合剤内に分散された顔料を含んでなる。顔料は、ｉ）弱く散乱するまたは実質的に散乱しない有色顔料、即ち、実質的に光を散乱せず、また可視光線の異なる波長を選択的に吸収して色を与える顔料、ｉｉ）光を散乱する、実質的に非吸収性の顔料、およびｉｉｉ）光を散乱し、また可視光線の異なる波長を選択的に吸収して色を与える、強度に散乱する有色顔料、を含むことができる。

クベルカ・ムンク方程式は、物質の可視反射スペクトルを特性決定するために塗料および顔料の分野で一般に使用される放射線伝達方程式（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ）である。多成分顔料混合物を表す時のクベルカ・ムンク法の使用は通常、形態：

［ここで、（Ｋ／Ｓ）はクベルカ・ムンク吸収係数と散乱係数の比率であり、そしてｋ_ｉ、ｓ_ｉおよびφ_ｉは個々の顔料に対する吸収係数、散乱係数および容積分率である］の方程式に基づく。前記の方程式はクラウディング効果（ｃｒｏｗｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）のために、散乱顔料の高い容積分率において不正確であり、問題である（例えば、スペクトルの可視部分における通常の二酸化チタン顔料に対して、約１５％を超える顔料の容積濃度において、不正確が明白である）。クラウディング効果は特定の容量中の高密度の顔料粒子のために、散乱顔料の散乱効率を低下させ、従って散乱効率と顔料の容積濃度間の関係が非直線的になる。

クラウディング効果が起る粒子の容積濃度は、異なる顔料および異なる波長に対して異なる。顔料の粒度が増加するか、または波長が減少するに従って、それより上でクラウディング効果が表れる容積分率が高くなる。従って、スペクトルの近赤外線部分を考慮する時には、それより下で散乱効率と顔料の容積濃度の間の関係が直線的である顔料の容積濃度が、スペクトルの可視部分を考慮する時には、それよりも更に低い顔料の容積濃度となる。

スペクトルの可視部分で顔料の吸収および散乱係数を特性決定する一つの伝統的なアプローチは、カーボンブラックおよび二酸化チタンの顔料ペースト中に取り入れた時の反射率を測定することである。スペクトルの近赤外部分中へのこのアプローチの拡大は、散乱と吸収双方が著しい顔料に対しては、特に問題である。通常の二酸化チタンペーストの不透明度は、問題の波長が近赤外線中に増加されるに従って急速に低下する。

従って、通常の塗膜の厚さ（＜３００ｎｍ）を使用して、近赤外における光学的に厚い（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｈｉｃｋ）システムを得ることは、それより上でクラウディング効果が考慮される必要がある顔料の容積分率を必要とする。このような容積分率においては、有意な容積分率の第二の散乱粒子の添加が、クラウディング効果が無視され得る時の値より、クベルカ・ムンク散乱係数Ｓと第二の散乱粒子の容積分率ψ_２間の、より複雑な相関関係をもたらすと考えられる。

発明の要約
本発明の第一の態様に従うと、我々は散乱有色顔料の、吸収および散乱係数の決定に使用するための、散乱有色顔料を特性決定する方法を提供し、該方法は：
ｉ）複数の異なる容積分率における、＞０．６ミクロンの粒度（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ）をもつ実質的に非吸収性の散乱顔料との、散乱有色顔料の混合物、の反射スペクトルを得る、
工程を含んでなる。

大きい粒度の非吸収性の散乱顔料を使用する、反射スペクトルによる特性決定は、クラウディング効果の減少により正確な特性決定を許すために、この方法は有利である。錯体無機有色顔料（ＣＩＣＰ）、ニッケルアンチモンチタネートまたはクロムアンチモンチタネートのような特定の散乱有色顔料は、通常の二酸化チタン顔料のものよりずっと大きい粒度をもつ。これは、散乱有色顔料の特性決定に問題を呈する。例えば、ＣＩＣＰチタネートの粒度は典型的には０．６〜１．３ミクロンであり、通常の二酸化チタン顔料の粒度は０．２〜０．３ミクロンである。しかし、白色ペースト混合物中に、通常の二酸化チタン顔料よりむしろ、より大きい結晶サイズ（＞０．６ミクロン）の二酸化チタン粒子を使用することにより、このような「大きい粒度」の散乱有色顔料の散乱および吸収係数は、スペクトルの可視部および近赤外線部分にわたり、より正確に特性決定されることができる。光学的に厚い塗膜（ｐａｉｎｔ ｆｉｌｍｓ）は、クラウディング効果が実質的な効果をもたない大きい結晶の二酸化チタンと「大きい粒度」の散乱有色顔料、の容積分率において調合することができる。このアプローチを使用して、その後に計算される散乱および吸収係数の値は、正確に決定され、色合わせをするために使用されて、それらの総太陽反射率を予測することができる。

顔料粒子の粒度を決定するために使用することができる方法は、Ｘ−線沈降法（Ｘ−ｒａｙ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）である。

顔料が電磁スペクトル上の光線をそれぞれ吸収し散乱する程度を規定する吸収係数と散乱係数は知られており、当業者に周知の方法、例えば、引用することによりその全内容が本明細書に取り入れられたこととされる、“Ｓｏｌａｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｉｇｍｅｎｔｓ（顔料の太陽スペクトルの光学特性）-Ｐａｒｔ Ｉ：Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｄｅｒｉｖｉｎｇ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ Ｆｒｏｍ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ａｎｄ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ（透過率と反射率の測定値から散乱および吸収係数を誘導するモデル）”，Ｒ Ｌｅｖｉｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ
Ｃｅｌｌｓ ８９（２００５）３１９−３４９中に記載された方法、により決定されることができる。

実質的に非吸収性の顔料は、５０ｍｍ^−１未満、例えば３０ｍｍ^−１未満、または１０ｍｍ^−１未満の電磁スペクトルの可視領域（すなわち４００ｎｍ〜７６０ｎｍの領域）に平均吸収係数をもつことができる。

散乱顔料は、５０ｍｍ^−１以上の、例えば７５ｍｍ^−１以上、または１００ｍｍ^−１以上の電磁スペクトルの可視領域と近赤外線領域（すなわち４００ｎｍ〜３０００ｎｍの領域、例えば４００ｎｍ〜２５００ｎｍの領域）に最大散乱係数をもつことができる。

該方法は好適には、ｉｉ）容積分率と波長の関数として、実質的に非吸収性の散乱顔料の散乱係数を得る、工程を含む。

該方法は好適には、その特性決定を実施するために、散乱有色顔料の粒度を決定し、そして、散乱有色顔料の粒度の０．５ミクロン以内、そして最も好適には０．２ミクロン以内の粒度をもつ非吸収性の散乱顔料を選択する、工程を含む。クラウディングの効果が減少され、それが有色顔料の改善された特性決定をもたらし、それが次に正確に色合わせするため、そして総太陽反射率を計算するために使用することができるので、これは有利である。

実質的な非吸収性の散乱顔料は、約０．６ミクロン以上（例えば０．７ミクロンを超える、０．８ミクロンを超える、０．９ミクロンを超える、１ミクロンを超える、１．１ミクロンを超える、１．２ミクロンを超える、１．３ミクロンを超えるまたは１．４ミクロンを超える）の粒度をもつ。一つの実施形態において、粒度は０．６ミクロンを超え２ミクロンまで、または０．６ミクロンを超え１．５ミクロンまで、または０．６ミクロンを超え１．４ミクロンまでであることができる。

実質的に非吸収性の散乱顔料は好適には、大きい粒度の二酸化チタン顔料を含んでなる。通常の二酸化チタン顔料は０．２〜０．３ミクロン間の粒度をもつ。従って、大きい粒度の二酸化チタン顔料はこれより大きい、約０．６ミクロン以上の（例えば０．７ミクロンを超える、０．８ミクロンを超える、０．９ミクロンを超える、１ミクロンを超える、１．１ミクロンを超える、１．２ミクロンを超える、１．３ミクロンを超えるまたは１．４ミクロンを超える）粒度をもつ。一つの実施形態において、二酸化チタンの粒度は０．６ミクロンを超え２ミクロンまで、または０．６ミクロンを超え１．５ミクロンまで、または０．６ミクロンを超え１．４ミクロンまでであることができる。

散乱有色顔料は好適には、０．６ミクロンを超える（例えば、０．７ミクロンを超える、０．８ミクロンを超える、０．９ミクロンを超える、１ミクロンを超える、１．１ミクロンを超える、１．２ミクロンを超える、１．３ミクロンを超える、または１．４ミクロンを超える）、例えば０．６ミクロンを超え１．５ミクロンまで、または０．６ミクロンを超え、１．４ミクロンまでの粒度をもつ大きい粒度の顔料であり、散乱有色顔料は典型的には、０．６〜１．３ミクロンの粒度をもつ大きい粒度の顔料である。

散乱有色顔料は好適には、錯体無機有色顔料、ニッケルアンチモンチタネート、クロムアンチモンチタネート、マンガンアンチモンチタネート、亜鉛鉄クロマイトブラウン尖晶石、クロムグリーン−ブラックヘマタイト、コバルトアルミネートブルー尖晶石、コバルトチタネートグリーン尖晶石、およびコバルトクロマイトグリーン尖晶石：から選択される。

クラウディング効果は、大きい粒度の実質的に非吸収性の散乱顔料（例えばＴｉＯ_２）の使用により低減されるので、この方法は大きい粒度の顔料の正確な特性決定に特に適する。散乱有色顔料の粒度は非吸収性の散乱顔料の粒度と比較可能であるので、これは有利である。クラウディング効果が低減されるために、これは、広領域の波長上、特に近赤外線の波長上の散乱有色顔料の正確な特性決定を許すことが見出された。

散乱有色顔料の反射スペクトルは好適には、少なくとも可視スペクトルと赤外線の波長上で、そして最も好適には、３００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長領域上で決定される。

該方法は好適には、
ｉｉｉ）複数の異なる容積分率において、波長の関数として、弱く散乱する黒色顔料の吸収係数を得て、そして
ｉｖ）複数の異なる容積分率において、黒色顔料との散乱有色顔料の混合物の、更なる反射スペクトルを得る：
工程を含む。

弱く散乱する顔料は、４０ｍｍ^−１未満、例えば２０ｍｍ^−１未満、または１０ｍｍ^−１未満の電磁スペクトルの可視／近赤外線領域（すなわち４００ｎｍ〜３０００ｎｍの領域、例えば４００ｎｍ〜２５００ｎｍの領域）に最大散乱係数をもつ顔料であることができる。

弱く散乱する黒色顔料は好適には、カーボンブラックである。その他の弱く散乱する黒色顔料は、骨炭（１０％ カーボンブラック＋８４％ リン酸カルシウム）、銅クロマイトブラック（ＣｕＣｒ_２Ｏ_４）、合成酸化鉄ブラック（Ｆｅ_３Ｏ_４マグネタイト）およびペリレンブラックを含むことができる。

弱く散乱する黒色顔料の吸収係数は好適には、少なくとも３００〜２５００ｎｍの領域の波長上で決定される。

工程（ｉｉｉ）は好適には、平行（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）および発散透過スペクトルの測定値を採る工程を含んでなる。それは、吸収係数が、測定される減衰係数により概算され得ることを証明させるので、これは有利である。とりわけ、工程（ｉｉｉ）は、散乱の量と容積分率間に直線関係が存在する異なる容積分率において、透過スペクトルの複数の測定値を採る工程を伴う。

反射スペクトルおよび更なる反射スペクトルは好適には、混合物の光学的に厚い層を使用して得られる。

該方法は好適には、
（ｖ）反射スペクトルおよび更なる反射スペクトルを合わせ、そして散乱有色顔料の容積分率と波長の関数として散乱有色顔料に対するクベルカ・ムンク吸収および散乱係数を計算する、
工程を含む。

これは、反射スペクトルが散乱有色顔料の正確な特性決定を提供し、それがスペクトルの特に近赤外線部分で、正確なクベルカ・ムンク吸収および散乱係数をもたらすために、有利である。

該方法は好適には、
（ｖｉ）工程（ｖ）で計算される係数を使用して、標的の反射スペクトルに分光学的に一
致するために必要な、散乱有色顔料の容積分率を決定する、
工程を含む。

従って、該方法は標的の色に正確に合わせることができる色合わせ法を含んでなる。
この方法は、散乱有色顔料が広範囲の波長にわたり信頼して特性決定されることができるために、色合わせをより正確に実施することができるので、有利である。更に、該方法は、色合わせを達成するために必要な大きい粒度の散乱有色顔料の容積分率を、顔料混合物を調製する前に決定させる。

従って、該方法は
（ｖｉｉ）計算される容積分率に従って調合物を調製するための計量装置をプログラムする、
工程を含むことができる。

工程（ｉ）、（ｉｖ）および（ｖ）は好適には、異なる有色顔料に対して反復され、そして工程（ｖｉ）は標的の色に合わせるための各有色顔料の容積分率を決定する工程を含んでなる。

反射スペクトルは好適には、実質的にｌＯｎｍの分解能により得られる。

該方法は好適には、膜の厚さの関数として、標的の色に合わせるように決定された容積分率における有色顔料の総太陽反射率を計算する工程を含む。該方法は好適には、可視スペクトルと赤外線スペクトルの少なくとも一部上で、とりわけ３００〜２５００ｎｍの波長領域上で総太陽反射率を計算する工程を含む。

本発明の第二の態様に従うと、我々は散乱有色顔料を特性決定するための本発明の第一の態様の方法を実施するようになっている顔料の特性決定システムを提供する。

該システムは好適には、計量装置を制御するようになっている標的の色合わせ素子、ここで、該標的の色合わせ素子は標的の色に合わせするために必要な容積分率を決定するために散乱有色顔料の特性決定情報を使用するようになっており、また、標的の色に合う有色物質を生成するために更に計量装置を制御するようになっている、を含む。

該システムは好適には、有色物質のスペクトル特性を測定し、また、標的の色とそれらを比較し、そして、前以て決められた境界内に一致が検出されない場合は、より近似の一致を得るように有色顔料の濃度を調整するようになっているコンパレーター（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）を含む。

該システムは好適には、反射スペクトルを使用して、可視スペクトルと赤外線スペクトルの少なくとも一部上の総太陽反射率を計算するようになっている、総太陽反射率計算機を含む。総太陽反射計算機はとりわけ、３００〜２５００ｎｍの波長領域上で計算するようになっている。これは、総太陽反射率計算機が太陽光中での塗料の動態を正確に予測することができるために有利である。これは特に寒色（ｃｏｏｌ ｃｏｌｏｕｒｅｄ）塗料に有用である。

次に、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明のみを実施例により述べる。

図１は本発明の第一の態様の方法の、第一の実施形態を表すフロー図を示す。 図２は黒色顔料の、吸収係数対波長のグラフを示す。 図３は本発明の第二の態様のシステムの実行の実施形態を表す工程図を示す。

本発明は有色顔料の、必要な容積分率または濃度を決定することにより、標的の色に色合わせする方法に関する。更に、該方法は、装置に、正確な色合わせに到達するために濃度を反復して調整する必要なしに、正確に色彩を模写（ｒｅｐｌｉｃａｔｅ）させる。これは、標的の色に顔料の選択物を正確に合わせることができることが有利な、塗料製造分野で特に有用である。とりわけ、本明細書に開示された方法は、重要な生産前工程であり、従って、時間および材料の無駄を省くことができる。

該方法は、選択された顔料に、結合剤とともに所望の標的の色と正確な色合わせをもつ塗料またはプラスチックを形成するように正確に計量されることができるように、特性決定をさせる。塗料とプラスチックは典型的には、大きい結晶の二酸化チタンおよび、ＣＩＣＰのような大きい結晶の散乱有色顔料を含んでなる。その精度は、既知の吸収係数をもつ弱く散乱する黒色顔料と混合された有色顔料を特性決定し、そして既知の散乱係数をもつ大きい結晶サイズの非吸収性の散乱顔料と混合された有色顔料を特性決定して、有色顔料の散乱および吸収係数を得ることにより達成される。

図１において、工程１０は、波長の関数として、弱く散乱する黒色顔料の吸収係数を得る工程を示す。その吸収係数はとりわけ、クベルカ・ムンク吸収係数である。吸収係数は特定の黒色顔料に対してすでに決定されているか、または以下の工程を使用して誘導される必要があるかも知れない。

本実施例ではカーボンブラックである、弱く散乱する黒色顔料は、黒色のティンター（ｔｉｎｔｅｒ）濃厚物を形成することにより調製される。該濃厚物は１リットルの塗料缶中に３５０ｇの６０％Ｓｙｎｏｃｒｙｌ ８２６Ｓ、２０ｇのキシレンおよび４０ｇのＤｉｓｐｅｒｂｙｋ １６３を秤量することにより形成される。次に、４０ｇのカーボンブラック顔料を添加し、そして分散を補助するためにＰｏｔｔｅｒｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＩｎｃによりＢａｌｌｏｔｉｎｉの名称で市販されているような２０００ｇの６ｍｍの鋼のビーズを添加する。缶の蓋はクリップと粘着プラスチックテープで固定する。次に混合物を震盪して、確実に成分を完全に分散させる。これは、合計６０分間、Ｒｅｄ Ｄｅｖｉｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙの“Ｒｅｄ Ｄｅｖｉｌ”シェーカーのようなシェーカーを使用して実施することができる。次に黒色ティンター濃厚物を金属ビーズから流し出し、以下に更に詳細に説明されるように樹脂溶液中に直接秤量する。

黒色塗料は適当な塗料缶中に７２ｇの黒色ティンター濃厚物および７７９．２ｇの６０％ Ｓｙｎｏｃｒｙｌ ８２６Ｓを秤量することにより調製される。蓋を固定し、缶を震盪し、最低２時間または塗料が均質になるまで転がす。

次に塗料を支持体に適用する。最初に、１枚のＭｅｌｉｎｅｘ（ＲＴＭ）フィルム（ＤｕＰｏｎｔにより製造）をアセトンで擦ることにより脱脂し、次にゴムの印象床上に配置する。塗料のプールをフィルムの上部に置き、滑らかな動作を使用してＮｏ．９ワイアを巻いたアプリケーターにより適用し、完全に乾燥させるか、または適当な温度で加熱させる。前記の方法をＮｏ．３および０アプリケーターを使用して反復する。従って、我々は異なるフィルム厚さをもつ３種のサンプルを得る。フィルムの厚さは以下のように計算することができる。乾燥が完了後、サンプルを切断して、知られた面積をもつ好都合なサイズのサンプルを与え、このサンプルを秤量し、次に、パネルはそれらの透過率測定値が採
られる準備ができている。下記のように透過率測定を実施後、塗膜をアセトンで除去する。次にＭｅｌｉｎｅｘの正方形を再秤量し、元の重量から差し引くことにより、塗膜の重量が決定される。この膜の重量および乾燥塗膜の比重およびサンプルの面積を使用して、膜の厚さが計算される。

平行および拡散透過スペクトルは紫外線、可視スペクトルおよび赤外線領域にわたる一連の振動数、すなわち約３００〜２５００ｎｍにわたり１０ｎｍの分解能において記録される。適切な分光計はＶａｒｉａｎ Ｉｎｃ．により製造されるＣａｒｙ ５０００ ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光計である。３種の各サンプルを測定して、異なる厚さの読み取りを得る。図２は得られたスペクトルの一例を示す。

次に平行および拡散透過率測定値の透過スペクトルを比較して、測定された消散に対する顔料散乱の関与が最少であることを確認する。その場合には、吸収係数は消散係数により概算させることができると推定することができる。平行および拡散透過率測定値間の比較が吸収係数と消散係数の間の有意な不一致を示す場合は、異なる、散乱の少ない黒色顔料が選択される。

次に黒色顔料に対するクベルカ・ムンク（Ｋｕｂｅｌｋａ Ｍｕｎｋ）吸収係数を、以下の方程式：

を使用して、前記で得た透過率測定値（透過％）から計算することができる。

次に、顔料のクベルカ・ムンク吸収係数、Ａ_{ｂｌａｃｋ}を、以下の方程式

および

を使用して、吸収率、膜の厚さＴおよび黒色顔料の容積分率Ｖ_{ｂｌａｃｋ}から得た輸送吸収係数（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）（ＴＡＣ）から計算する。

この方法は吸収率と容積分率間の直線性を検討するために、黒色顔料の異なる容積分率を含む調合物に対して繰り返すことができる。例えば、カーボンブラックに対しては、０．０１、０．００５および０．００１の容積分率を使用することができる。

工程１１は実質的に非吸収性の散乱顔料に対するクベルカ・ムンク吸収係数を得る工程
を示す。その係数は以下の方法により得ることができるが、前以て決めることができる。

波長と非吸収性顔料の容積分率の関数としての非吸収性の散乱顔料のクベルカ・ムンク散乱係数の計算は、固定された容積分率の黒色顔料を含む、一連の容積分率における実質的に非吸収性の散乱顔料を含む一組の灰色の塗料の調製を必要とする。

前記のように、塗料として調製された黒色顔料の質量、並びに０．０５、０．１、０．１５、０．２、０．２５、０．３、０．３５および０．４の非吸収性散乱顔料の容積分率をもつ一組の灰色塗料を与えるように混合される必要がある非吸収性の散乱顔料の質量、を決定するために、計算が実施される。

黒色顔料と非吸収性の散乱顔料の必要な質量を、各灰色塗料に対して秤量する。必要な組み合わせ物を混合する。塗料産業で使用されるためのあらゆる高速度分散ミキサーを使用することができる。今や灰色の塗料は支持体への適用の準備ができている。

各灰色塗料のプールを不透明度チャート上に配置し、滑らかな動作を使用してＮｏ．９ワイアを巻いたアプリケーターで適用する。次に完全に乾燥させるか、または適切な温度に加熱させる。

分光計を使用して３００〜２５００ｎｍで実質的に１０ｎｍの分解能において反射率を記録する。前記のように、１５０ｍｍ直径の積分球を備えたＣａｒｙ ５０００ ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ分光計、またはあらゆる同様な装置が適切である。測定は不透明度チャートの黒色および白色部分上で実施する。黒色領域と白色領域上のスペクトルを比較して、塗膜が波長領域全体にわたり光学的に厚いことを確認する。従って、黒色領域と白色領域上のスペクトルに相異が検出されない場合は、塗膜は「光学的に厚い」。相異が検出される場合は、相異が検出されなくなるまで層の厚さを増加する。従って、光学的に厚い膜は、黒色と白色の支持体上で測定される時に同様な反射スペクトルをもつ。

測定は、散乱に対するクラウディング効果を特性決定するために、非吸収性の散乱顔料の容積分率の領域に対して繰り返す。

クベルカ・ムンク散乱係数と吸収係数間の比率の計算は、スペクトルから測定される反射率から実施することができる。

この計算における第一工程は、ソーンダーソン（Ｓａｕｎｄｅｒｓｏｎ’ｓ）の方程式を使用して、境界効果に対して、測定された反射率（反射％）を補整することである。

次に、補整反射率Ｒ_ｃｏｒｒから、灰色塗料についてのクベルカ・ムンク散乱係数に対するクベルカ・ムンク吸収係数の比率（Ｋ／Ｓ）_ｇを計算する。

黒色顔料についての乾燥塗膜中の容積分率（ψ_ｂ）および吸収係数は知られている。我々は、吸収が波長領域４１０−２５００ｎｍの黒色顔料の吸収により支配され、従って我々は

［ここで、ｋ_ｂは黒色顔料のクベルカ・ムンク吸収係数である］
により灰色混合物のクベルカ・ムンク吸収係数Ｋ_ｇを概算することができると推定することができる。実質的に非吸収性の散乱顔料、すなわちＴｉＯ_２は、４００ｎｍ未満で強力に吸収性であり（すなわち「黒色」）、そのためカーボンブラックがもはや支配しないために、我々はこの領域を推定することができる。従って、散乱係数Ｓ_ｇは

：により与えられる。
Ｓ_ｇは非吸収性顔料の１組の波長と容積分率ψ_ｎａｓに対して計算される。各波長においてψ_ｎａｓに対するＳ_ｇの依存性は３次の多項式に当てはめられた。

そのデータのセットはまた、それより下で概算

が波長領域４１０−２５００ｎｍにわたり有効である、乾燥塗膜における非吸収性顔料の容積分率の確認（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を許す。

該多項式に当はめられるクベルカ・ムンク散乱係数の容積分率依存性は、散乱関数に、あらゆる顔料の容積分率に対して補間させる。

クベルカ・ムンク散乱および吸収係数を計算するために、特性決定される有色顔料が黒色および白色双方の塗料中に取り込まれる塗膜において反射率測定が実施される。

工程１２は、黒色顔料を含む、一連の容積分率における散乱有色顔料のスペクトルを得る工程を含んでなる。

この工程は、前以て決められた容積分率における黒色顔料と、一連の容積分率における有色顔料双方を含む１組の塗料の調製を含んでなる。

容易に分散性の顔料に対しては、顔料は粉末としてミキサーポット中の結合剤に添加することができる。分散がより困難な有色顔料については、最初にティンター濃厚物を生成し、黒色顔料に対する前記の方法に従って震盪する。次に必要な質量のティンター濃厚物をミキサーポット中の結合剤に添加する。

０．０１、０．０２、０．０５および０．０７の有色顔料の容積分率をもつ１組の塗料を与えるために混合される必要がある黒色塗料（調製は前記に詳述）および有色顔料の質量を計算する。当業者はこの計算を熟知していると考えられる。容積分率は、知られているように、または吸収測定期間中に決定されるように、測定される散乱係数が顔料の容積分率において直線状であることを確保するように選択されてきた。

各塗料につき、有色顔料と黒色塗料の量を秤量し、ポットに添加し、次に、適当な分散装置（例えば高速分散装置）を使用して約２．５分間混合する。次に、更なる残りの量の黒色塗料を添加し、混合物を更に混合する（例えば、約２分間）。これで塗料は適用の準備ができている。

塗料のプールを不透明度チャートの上部に置き、滑らかな動作を使用してＮ０．９のワイアを巻いたアプリケーターで塗布し、完全に乾燥させるか適当な温度に加熱する。

反射率は、１５０ｍｍ直径の積分球を備えたＣａｒｙ ５０００ ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ分光計のような分光計を使用して３００〜２５００ｎｍまで１０ｎｍ間隔で記録する。測定は不透明度チャートの黒色部分と白色部分上で実施する。黒色と白色上のスペクトルを比較して、波長領域全体に塗膜が光学的に厚いことを確認する。スペクトルの差が検出される場合は、差がなくなるまで塗料の厚さが増加される。次に、塗料が「光学的に厚い」と判断され、スペクトルを測定し、記録される。

工程１２’は、異なる容積分率の選択および、すべての容積分率が処理されるまでの工程１２の反復を示す。

工程１３は、非吸収性の散乱顔料を含む、一連の容積分率における有色顔料のスペクトルを得る工程を含んでなる。

この工程は、知られた容積分率における非吸収性の散乱顔料と、一連の容積分率における有色顔料双方を含む、１組の塗料の調製を含んでなる。

容易に分散性の有色顔料に対しては、顔料は粉末としてミキサーポット中の結合剤混合物に添加することができる。分散することがより困難な有色顔料に対し、最初にティンター濃厚物を生成し、黒色顔料に対する前記の方法に従って震盪する。次に、必要な質量のティンター濃厚物をミキサーポット中の結合剤に添加する。

乾燥塗膜中０．１５の、非吸収性の散乱顔料の容積分率並びに乾燥塗膜中０．０１、０
．０２、０．０５および０．０７の有色顔料の容積分率、をもつ１組の塗料を与えるために混合される必要がある、非吸収性の散乱顔料（調製は前記に詳述）および有色顔料の質量を計算する。これらの容積分率は、知られているように、または吸収率測定期間中に決定されるように、測定される散乱係数が顔料の容積分率において直線状であることを確保するように選択された。

各塗料につき、有色顔料と非吸収性の散乱顔料の量を秤量し、ミキサーポットに添加し、約２．５分間分散させる。次に、更なる量の樹脂を添加し、混合物を更に、例えば、更に約２分間混合する。これで塗料は適用の準備ができている。

不透明度チャートの上部に塗料のプールを置き、滑らかな動作を使用してＮ０．１５０のワイアを巻いたアプリケーターで塗布し、完全に乾燥させるかまたは適当な温度に加熱する。この方法を数回反復して（本実施形態では３回）、約２００ミクロンの膜の厚さをもつ膜を生成し、それは光学的に厚いことが見出された。

反射率は、１５０ｍｍ直径の積分球を備えたＣａｒｙ ５０００ ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ分光計を使用して３００〜２５００ｎｍまで１０ｎｍ間隔で記録する。測定は不透明度チャートの黒色部分と白色部分上で実施する。黒色と白色上のスペクトルを比較して、塗膜が波長領域全体にわたり光学的に厚いことを確認する。スペクトルの差が検出される場合は、差がなくなるまで塗料の厚さが増加される。ここで、塗料が「光学的に厚い」と判断され、スペクトルを測定し、記録する。

工程１３’は異なる容積分率の選択および、すべての容積分率が処理されるまでの工程１３の反復を示す。

工程１４は、工程１２と１３で得た反射スペクトルを合わせ、クベルカ・ムンク方程式を使用して、１組の連立方程式を作成する工程を含んでなる。これらの方程式の解は、顔料の容積分率と波長の関数として、顔料に対するクベルカ・ムンク吸収および散乱係数の決定を許す。

第一の工程は、反射率（％反射）からクベルカ・ムンク散乱および吸収係数間の比率を計算することである。

これを実施するために、測定反射率を境界効果に対して補整するためにソーンダーソンの方程式を使用することが必要である。補整された反射率Ｒ_ｃｏｒｒは、以下のように計算される：

次に、補整された分数の（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ）反射率から、灰色塗料に対するクベルカ・ムンク散乱係数に対するクベルカ・ムンク吸収係数の比率（Ｋ／Ｓ）_ｇを計算することができる。

前記の方法を使用して、一連の有色顔料の容積分率の領域に対する、黒色および白色塗料双方中の有色顔料のクベルカ・ムンクの散乱および吸収係数の比率−それぞれ（Ｋ／Ｓ）_ｃ，ｂおよび（Ｋ／Ｓ）_ｃ，ｗを計算することができる。乾燥塗膜中の黒色顔料（ψ_ｂ）、非吸収性の散乱顔料（ψ_ｎａｓ）および有色顔料（ψ_ｃ）の容積分率が見出された。黒色顔料の吸収係数（ｋ_ｂ）および非吸収性の散乱顔料の散乱係数（ｓ_ｎａｓ）も得られている。今や、以下の方程式を使用して、有色顔料のクベルカ・ムンク散乱および吸収係数（ｓ_ｃおよびｋ_ｃ）を計算することができる（有色顔料の容積分率に対する依存性が直線状である領域において）。

ｓ_ｃおよびｋ_ｃは、ψ_ｃに対して、前記の方程式から計算されたｓ_ｃψ_ｃとｋ_ｃψ_ｃのプロットの勾配を採ることにより得られる。

工程１５はスペクトルの可視部分における標的の反射率に光学的に一致することを要する顔料濃度を計算する工程を含んでなる。

最初に、顔料を合わせる時に、直線関係の推定が適用できる濃度の範囲が決定される。これは、前以て決められるか、またはカーボンブラック中の有色顔料の測定値から誘導することができる。

所望される標的の色に合うと考えられる塗料調合物の計算は以下の通りに決定される。

所望の標的の色をもつ物体の反射率が、１５０ｍｍ直径の積分球を備えたＣａｒｙ ５０００ ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ分光計を使用して、４００〜７７０ｎｍ間のような可視スペクトル上を１０ｎｍ毎に測定される。あるいはまた、標的の色を１組のパラメーターにより得ることができる。

顔料の特定の混合物を含む塗膜に予測される反射率は以下の方程式を使用して、顔料の特定の混合物を含む塗膜に対する補整反射率（Ｒ_ｃｏｒｒ）から計算される。

補整された反射率は、以下の方程式を使用して、顔料の特定の混合物を含む光学的に厚い膜に対するクベルカ・ムンク散乱および吸収係数の比率から計算することができる。

顔料の特定の混合物を含む、光学的に無限に厚い膜に対するクベルカ・ムンク散乱および吸収係数の比率は以下の方程式を使用して、乾燥塗膜中のそれらの容積分率と、それらのクベルカ・ムンク吸収および散乱係数から計算することができる。

式中、ｋ_ｎは顔料ｎの吸収係数であり、ｓ_ｎは顔料ｎの散乱係数であり、そしてφ_ｎは乾燥塗膜中の顔料ｎの容積分率である。

前記の計算を反復して、顔料の特定の混合物を含む光学的に無限に厚い膜に対して、波長領域４００〜７７０ｎｍにおいて１０ｎｍ間隔で予測された反射率を与えることができる。

乾燥塗膜中の様々な顔料の容積分率の値は、予測反射率と、４００〜７７０ｎｍ間の１０ｎｍ間隔で測定された標的反射率との間の平方差の合計が最小値に達するまで調整することができる。

次に、乾燥塗膜中に必要な顔料の容積分率をもつ塗料を生成し、従って所望の色に合うように、塗料計量システムをプログラムすることができる。

工程１６は計算された調合物に調製される塗料を表す。

工程１７は調合物の太陽反射率を計算する工程を規程する。これは以下のように実施される：
顔料の特定の混合物を含む塗膜に対する、予測総太陽反射率を、以下の方程式を使用して、３００〜２５００ｎｍ間の１０ｎｍ間隔で予測された反射率から計算する。

太陽放射照度は、太陽光線の放射を表す波長の、前以て決められた関数である。反射率、％反射は、以下の方程式を使用して、顔料の特定の混合物を含む塗膜に対する補整部分反射（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）（Ｒ_ｃｏｒｒ）から計算される。

補整された部分反射は、以下の方程式を使用して、顔料の特定の混合物を含む、光学的に無限に厚い膜に対するクベルカ・ムンク散乱および吸収係数の比率から計算することができる：

顔料の特定の混合物を含む光学的に厚い膜に対する、クベルカ・ムンク散乱および吸収係数の比率は、以下の方程式を使用して、乾燥塗膜中のそれらの容積分率並びにそれらのクベルカ・ムンク吸収および散乱係数から計算することができる：

ここで、ｋ_ｎは顔料ｎの吸収係数であり、ｓ_ｎは顔料ｎの散乱係数であり、そしてφ_ｎは乾燥塗膜中の顔料ｎの容積分率である。従って、黒色および白色双方の支持体上の、膜の厚さの関数としての、この顔料混合物の総太陽反射率を計算することができる。

この方法は、色を合わせ、そして、塗料の生産の前に、非散乱性のまたは大きい結晶材料の特定の１組により着色された材料に対する、総太陽反射率および熱蓄積を予測する、望ましい能力を許す。これは、塗料の色が標的の色に正確に合されるのみならずまた、有色顔料を含む材料の総太陽反射率と熱蓄積が定量的に予測され得るので有利である。これは、「寒色」材料の、効率的開発を許すので特に有用である。

寒色材料中に優先的に使用される散乱顔料の大きい結晶サイズは、この方法を、通常のシステムにおけるより高い容積分率に拡大させる。

クベルカ・ムンクのアプローチは伝統的に、強度に散乱する二酸化チタン顔料（すなわち非吸収性の散乱顔料）と組み合わせた非散乱性の有色顔料の混合物を含む材料の、可視反射スペクトルを決定するために使用される。このアプローチの使用は、高い二酸化チタンの容積分率において、そして有色顔料がクラウディング効果のために、材料の総散乱に有意に寄与する時に、更に問題である。散乱に対するクラウディング効果が更に著明ですらある、スペクトルの近赤外線部分においては、予測は更に困難ですらある。

このアプローチは、寒色の適用に使用される散乱顔料はしばしば、近赤外線の反射が何の重要性ももたない適用に使用されるものより大きい結晶サイズをもつために、スペクトルの近赤外線部分に高い反射をもつ材料である、寒色の材料における使用を目的とされた顔料に、特に適用可能である。顔料のクラウディングが重要になる容積分率は、これらの比較的大きい結晶材料によりかなり高く、従って前記のアプローチは、非寒色材料の場合よりも、より広範囲のこのような調合物に適用することができる。例えば、特性決定に対し、大きい粒度の顔料（約１ミクロン）が使用される時に、散乱係数と容積分率間の直線関係が、約３０％未満の顔料の容積分率で存在し、他方、この直線関係は０．３ミクロンの粒度の粒子に対しては、約１０％未満の顔料の容積分率で存在するのみであることが、好都合に見出された。

図３は本発明の方法の実施形態を利用する工業的工程を示す。工業的工程は色合わせシステムにより実施される。工程３０は、その色をある塗料と合わせることが所望されるサンプル材料の受けいれを示す。この色は標的の色である。サンプルの反射スペクトルはスペクトルの可視部分で採られる。本実施例では、これは１０ｎｍの分解能で４００〜７７０ｎｍ間である。

測定値からのスペクトルのデータは工程３１で受け取られ、カラーモデル計算機３２にもたらされる。カラーモデル計算機３２は様々な有色顔料の吸収係数と散乱係数を保存する。これらの係数は前記の方法に従って得られる。工程３３はとりわけ、前記のような各顔料のスペクトルの測定を表す。工程３４は、カラーモデル計算機３２中へのインプットのための吸収係数と散乱係数の収集を示す。

カラーモデル計算機３２は、前記のように、標的の色の塗料を達成するために、有色顔料とそれらの容積分率の組み合わせを決定する。

工程３５において、乾燥塗膜中に要求される顔料の容積分率を含んでなる、計算された塗料調合物を、カラーモデル計算機３２から出力する。そのアウトプットは、明度Ｌ^＊に関して一致した色に対するＣＩＥ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間１９７６コーディネート、および色のコーディネートａ^＊とｂ^＊を含んでなる。更に、計算機３２は、標的の色のＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間Ｌ^＊、ａ^＊およびｂ^＊を作成する。計算機のアウトプットはまた、塗料の熱動力学的動態を算定することができるように、一致した色の、予言された総太陽反射率を含む。更に、計算機が標的の色の一致物であることを決定する、標的の色と調合物の色の間の予測された差、DＥ_７６が形成される。システムの色合わせ能は利用可能な有色顔料により限定され、従ってDＥ_７６値は色合わせがいかに近いかを示す産業の基準であることが認識されるであろう。

工程３５からのアウトプットは、工程３６において、合わせた塗料を調製する顔料計量装置に使用される。アウトプットされる組成物は、計算機３２により決定されるような、
乾燥塗膜内に要する顔料の容積濃度（ｖｏｌｕｍｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）から計算される湿潤塗料のすべての成分の質量を含んでなる。この計算は、湿潤塗料および乾燥塗膜中に存在するすべての材料の密度の知識を要する。

工程３７は、品質管理法の一部として、一致した塗料に対する反射スペクトルの測定を伴う。スペクトルは可視スペクトル上で、とりわけ１０ｎｍの分解能において４００〜７７０ｎｍ間で採られる。データは工程３８で照合され、カラーモデル計算機３２にフィードバックされる（明瞭化のために図３では２回示された）。照合工程は、工程３９で実施されて、予測値が実際に生産された塗料に対していかに正確であるかを検討する。これは、工程３３および３４で得られる係数の誤差、または工程３６に使用される顔料計量装置における不精度を特定するために使用することができる。

工程４０は調整される合せた色のＬａｂ色空間コーディネートを示す。これは手動で実施しても、または最も近い一致を得るために、値を反復して調整する自動化法であってもよい。次に調整された調合物に塗料を生産することができる。

予測Ｌａｂ色空間値、総太陽反射率またはDＥ_７６値が十分に正確である場合、その工程は工程４１に進むことができ、そこで塗料は顧客に送達するための完全生産に入ることができる。点線４２は、更なる品質管理の検討を顧客システム上で実施することができることを示す。例えば、顧客の顔料計量装置は、この更なる検討により、代償することができる僅かに異なる色を生産することができる。

Claims (23)

1. 散乱有色顔料の吸収および散乱係数の決定に使用するための散乱有色顔料の特性決定法であって、
   ｉ）複数の異なる容積分率において、０．６ミクロンを超える粒度を有する実質的に非吸収性の散乱顔料との散乱有色顔料の混合物の反射スペクトルを得る
   工程を含んでなる、方法。
2. 該方法が、
   ｉｉ）容積分率と波長の関数として、実質的に非吸収性の散乱顔料の散乱係数を得る
   工程を含む、請求項１記載の方法。
3. 該方法が、散乱有色顔料の粒度を決定し、そして決定された粒度が０．６ミクロンを超える場合にその特性決定を実施するために、散乱有色顔料の粒度の、０．５ミクロン以内の粒度をもつ非吸収性の散乱顔料を選択する、工程を含む、請求項１または請求項２記載の方法。
4. 実質的に非吸収性の散乱顔料が大きい粒度をもつ二酸化チタン顔料を含んでなる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
5. 散乱有色顔料が０．６ミクロンを超える粒度を有する大きい粒度の顔料である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
6. 散乱有色顔料が錯体無機有色顔料（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｌｏｕｒｅｄ Ｐｉｇｍｅｎｔｓ）、ニッケルアンチモンチタネート、クロムアンチモンチタネート、マンガンアンチモンチタネート、亜鉛鉄クロマイトブラウン尖晶石、クロムグリーン−ブラックヘマタイト、コバルトアルミネートブルー尖晶石、コバルトチタネートグリーン尖晶石、およびコバルトクロマイトグリーン尖晶石：から選択される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
7. 散乱有色顔料の反射スペクトルが、少なくとも可視スペクトルおよび赤外線の波長上で決定される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
8. 散乱有色顔料の反射スペクトルが３００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長領域上で決定される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
9. 該方法が、
   ｉｉｉ）複数の異なる容積分率において、波長の関数として、弱く散乱する黒色顔料の吸収係数を得て、そして
   ｉｖ）複数の異なる容積分率において、黒色顔料との散乱有色顔料の混合物の更なる反射スペクトルを得る、
   工程を含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
10. 弱く散乱する黒色顔料がカーボンブラックである、請求項９記載の方法。
11. 反射スペクトルおよび更なる反射スペクトルが、混合物の光学的に厚い層を使用して得られる、請求項９または請求項１０記載の方法。
12. 該方法が、
    ｖ）反射スペクトルと更なる反射スペクトルを合わせ、そして散乱有色顔料の容積分率と
    波長の関数として、散乱有色顔料のクベルカ・ムンク（Ｋｕｂｅｌｋａ Ｍｕｎｋ）の吸収および散乱係数を計算する、
    工程を含む、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 該方法が、
    ｖｉ）工程ｖ）において計算された係数を使用して、標的の反射スペクトルに分光学的に一致するために必要な散乱有色顔料の容積分率を決定する、
    工程を含む、請求項１２記載の方法。
14. 該方法が、
    ｖｉｉ）計算された容積分率に従って調合物を調製するための計量装置をプログラムする、
    工程を含む、請求項１２記載の方法。
15. 工程（ｉ）、（ｉｖ）および（ｖ）が異なる有色顔料に対して反復され、そして工程（ｖｉ）が標的の色に合せるために、各有色顔料の容積分率を決定する工程を含んでなる、請求項１３記載の方法。
16. 反射スペクトルが実質的にｌ０ｎｍの分解能を使用して得られる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
17. 該方法が、膜の厚さの関数として、標的の色に合わせるように決定された容積分率における有色顔料の総太陽反射率を計算する工程を含む、請求項１２記載の方法。
18. 該方法が、可視スペクトルおよび赤外線スペクトルの少なくとも一部上の総太陽反射率を計算する工程を含む、請求項１７記載の方法。
19. 該方法が、波長領域３００〜２５００ｎｍ上の総太陽反射率を計算する工程を含む、請求項１８記載の方法。
20. 散乱有色顔料の特性を決定するために請求項１の方法を実施するようになっている、顔料の特性決定システム。
21. システムが、計量装置を制御するようになっている標的の色合せ素子を含み、該標的の色合せ素子が、標的の色に合せるために必要な容積分率を決定するために、散乱有色顔料の特性決定の情報を使用するようになっており、また、標的の色に合せる有色物質を生成するように計量装置を制御するようになっている素子である、請求項２０記載の顔料の特性決定システム。
22. 該システムが、有色物質のスペクトル特性を測定し、それらを、標的の色と比較し、そして、前以て決められた境界内に一致が検出されない場合は、比較的近い一致を得るように有色顔料の濃度を調整するようになっているコンパレーターを含む、請求項２０または請求項２１記載の顔料特性決定システム。
23. システムが、反射スペクトルを使用して、可視スペクトルおよび赤外線スペクトルの少なくとも一部上の総太陽反射率を計算するようになっている、総太陽反射率計算機を含む、請求項２０記載の顔料特性決定システム。

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