JP2014189677A - 光干渉顔料およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程と、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程と、前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm3)1/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程と、含む光干渉顔料の製造方法(SP値はHoy法で測定された溶解度パラメータδを表し、下記式(1)で表される。)。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
【選択図】なし
Description
また、コレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜を砕く前においても、重合性液晶化合物を硬化して固めたフィルムはそのまま機能性フィルムとして他の製品の部材として用いられていることから、そもそも特許文献3〜5のように非フィルム状の重縮合物を砕く場合と異なり、フィルム化後に洗浄により不純物を取り除くという必要性が知られておらず、フィルム化後に洗浄を行った例もほとんど知られていなかった。わずかに知られているコレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜に対して洗浄を行った例としては、特許文献6に、コレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜をフィルム状のまま有機溶媒が入った容器に浸漬させ、洗浄処理をしたことが記載されている程度であった。
この問題を回避するため、液晶ポリマーや重縮合体などのポリマー系の材料を使い、コレステリック液晶相を固定化した光反射層を形成することが考えられるが、ポリマー系の材料の場合には、顔料化しにくいという問題があることがわかった。
特にコレステリック液晶ではさらに選択反射波長における光学特性が劣化する(選択反射波長がズレる、光反射率が低下する)問題もあることがわかり、その主要因は、コレステリック液晶構造を有する膜を光干渉顔料化したときに光干渉顔料へ溶剤の染込み(残留モノマーの溶出と同時に起こる)で膨潤が起こり、光干渉顔料の液晶構造の自由体積(空間)が広がった結果、その光干渉顔料の隙間に分散媒中の周囲の素材(例えば樹脂)が入り込むことで光干渉顔料のΔn(屈折率)が下がることによるとわかった。
[1] 重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程と、
前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程と、
前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm3)1/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程と、
を含むことを特徴とする光干渉顔料の製造方法(SP値はHoy法で測定された溶解度パラメータδを表し、下記式(1)で表される。)。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
[2] [1]に記載の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる右円偏光を反射する光反射層と、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる左円偏光を反射する光反射層とを積層して製造することが好ましい。
[3] [1]または[2]に記載の光干渉顔料の製造方法は、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄することが好ましい。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄した後に、該有機溶媒をフィルターでろ過した残渣を分取することが好ましい。
[5] [4]に記載の光干渉顔料の製造方法は、前記有機溶媒のろ過に用いる前記フィルターのろ過精度が0.3〜6μmであることが好ましい。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記洗浄の温度が40℃以上、前記有機溶媒の沸点以下であることが好ましい。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉粒子が平板状の形状であることが好ましい。
[8] [1]〜[7]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉顔料の選択反射波長が420nm以下であることが好ましい。
[9] [1]〜[8]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉粒子の厚みが4〜10μmであることが好ましい。
[10] [1]〜[9]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いた後に、フィルターを用いて平均円相当径が100μm以下である前記光干渉粒子を分取することが好ましい。
[11] [1]〜[10]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物を含む塗布液を基板上に塗布して、前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造する。
[12] [11]に記載の光干渉顔料の製造方法は、前記基板が、ガラス転移温度150℃以下のプラスチックフィルムであることが好ましい。
[13] [1]〜[12]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物の配向状態を、前記重合性液晶化合物と光重合開始剤を含む組成物に対して紫外線照射することにより進行する硬化反応によって固定化することが好ましい。
[14] [1]〜[13]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物が、下記一般式(X)にて表される化合物であることが好ましい。
一般式(X) Q1−L1−Cy1−L2−(Cy2−L3)n−Cy3−L4−Q2
(一般式(X)中、Q1およびQ2はそれぞれ独立に重合性基であり、L1およびL4はそれぞれ独立に二価の連結基であり、L2およびL3はそれぞれ独立に単結合または二価の連結基であり、Cy1、Cy2およびCy3は二価の環状基であり、nは0、1、2、または3である。)
[15] [1]〜[14]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法で製造されたことを特徴とする光干渉顔料。
することができる。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
なお、本明細書中において、重合性液晶化合物を含む固形物は、重合性液晶化合物の結晶からなる場合もあるし、結晶でないアモルファス状の場合もある。また、重合開始剤やキラル剤など他の成分も含んでいる場合もある。また、これら全てもしくは一部が混合したものの場合もある。
本明細書中、SP値とは、Hoy法によって算出した溶解度パラメータの値δを表し、下記式(1)で表される凝集エネルギー密度の平方根で定義される。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
SP値(δ)はJ.Hildebrand, R.Scott:”The Solubility of Non−electrolytes”,3rd Ed., p.119−133,Reinhold Publishing Corp.(1949)に記載がある。
Hoy法は、「PolymerHandbook(4th.edition)」に記載の内容のものを表す。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程と、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程と、前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm3)1/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程と、を含むことを特徴とする(SP値はHoy法で測定された溶解度パラメータδを表し、下記式(1)で表される。)。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
このような構成により、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好となる光干渉顔料を製造することができる。
ここで、光干渉顔料を分散媒に分散させたときの「選択反射波長における光反射性能が良好である」とは、乾燥させた光干渉顔料1gをアクリルシリコーン10gとエタノール0.5gに混ぜ込み、PMMAプレートに100μmの厚みで塗布し、塗布したプレートが、選択反射波長において、反射率が1%以上であることを意味し、前記反射率が3%以上であることがより好ましく、10%以上であることが特に好ましい。なお、この測定値は、光干渉顔料と分散媒を含む分散液を薄くのばして塗った膜の光学性能を測定した場合の値であり、実質的に光干渉顔料と分散媒を含む分散液の光学性能と等しいものである。
以下、本発明の光干渉顔料の製造方法に用いられる材料、好ましい製造条件について説明する。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程を含む。前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程の形成方法は特に制限はないが、例えば、コレステリック液晶材料を含む液を基板の上に塗布し、溶剤を蒸発させた後、加熱して液晶を配向させ紫外線を照射する工程を1回または複数回繰り返すことで作製する方法が好ましい。
コレステリック液晶構造を有する膜の作製方法の詳細について以下述べる。
前記基板としては、PETを用いることが好ましい。
前記重合性液晶化合物としては、重合性棒状液晶化合物が好ましい。
重合性棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
重合性棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、前記棒状液晶化合物は重合性棒状ネマチック液晶化合物であることがより好ましい。
重合性棒状液晶化合物としては、Makromol. Chem., 190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許4683327号、同5622648号、同5770107号、WO95/22586号、同95/24455号、同97/00600号、同98/23580号、同98/52905号、特開平1−272551号、同6−16616号、同7−110469号、同11−80081号、および特願2001−64627号などに記載の化合物を用いることができる。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物が、下記一般式(X)にて表される化合物であることが好ましい。
一般式(X) Q1−L1−Cy1−L2−(Cy2−L3)n−Cy3−L4−Q2
(一般式(X)中、Q1およびQ2はそれぞれ独立に重合性基であり、L1およびL4はそれぞれ独立に二価の連結基であり、L2およびL3はそれぞれ独立に単結合または二価の連結基であり、Cy1、Cy2およびCy3は二価の環状基であり、nは0、1、2、または3である。)
前記一般式(X)中、Q1およびQ2はそれぞれ独立に重合性基である。重合性基の重合反応は、付加重合(開環重合を含む)または縮合重合であることが好ましい。言い換えると、重合性基は、付加重合反応または縮合重合反応が可能な官能基であることが好ましい。以下に重合性基の例を示す。
組み合わせからなる二価の連結基の例を以下に示す。ここで、左側がQ(Q1またはQ2)に、右側がCy(Cy1またはCy3)に結合する。
L−1:−CO−O−二価の鎖状基−O−
L−2:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−
L−3:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−
L−4:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−
L−5:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−CO−O−
L−6:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−O−CO−
L−7:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基−
L−8:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基−CO−O−
L−9:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基−O−CO−
L−10:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−
L−11:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−CO−O−
L−12:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−O−CO−
L−13:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基−
L−14:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基−CO−O−
L−15:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基−O−CO−
L−16:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−
L−17:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−CO−O−
L−18:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−O−CO−
L−19:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基−
L−20:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基−CO−O−
L−21:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基−O−CO−
二価の鎖状基は、アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基、置換アルケニレン基、アルキニレン基、置換アルキニレン基を意味する。アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基、置換アルケニレン基が好ましく、アルキレン基およびアルケニレン基がさらに好ましい。
アルキレン基は、分岐を有していてもよい。アルキレン基の炭素数は1乃至12であることが好ましく、2乃至10であることがさらに好ましく、2乃至8であることがもっとも好ましい。
置換アルキレン基のアルキレン部分は、上記アルキレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
アルケニレン基は、分岐を有していてもよい。アルケニレン基の炭素数は2乃至12であることが好ましく、2乃至10であることがさらに好ましく、2乃至8であることがもっとも好ましい。
置換アルキレン基のアルキレン部分は、上記アルキレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
アルキニレン基は、分岐を有していてもよい。アルキニレン基の炭素数は2乃至12であることが好ましく、2乃至10であることがさらに好ましく、2乃至8であることがもっとも好ましい。
置換アルキニレン基のアルキニレン部分は、上記アルキニレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
二価の鎖状基の具体例としては、エチレン、トリメチレン、プロピレン、テトラメチレン、2−メチル−テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、2−ブテニレン、2−ブチニレンなどが上げられる。
二価の環状基の定義および例は、後述するCy1、Cy2およびCy3の定義および例と同様である。
L2またはL3として好ましい二価の連結基としては、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−OCONR−、−COS−、−SCO−、−CONR−、−NRCO−、−CH2CH2−、−C=C−COO−、−C=N−、−C=N−N=C−、等が挙げられる。
環状基に含まれる環は、5員環、6員環、または7員環であることが好ましく、5員環または6員環であることがさらに好ましく、6員環であることが最も好ましい。
環状基に含まれる環は、縮合環であっても良い。ただし、縮合環よりも単環であることがより好ましい。
環状基に含まれる環は、芳香族環、脂肪族環、および複素環のいずれでもよい。芳香族環の例には、ベンゼン環およびナフタレン環が含まれる。脂肪族環の例には、シクロヘキサン環が含まれる。複素環の例には、ピリジン環およびピリミジン環が含まれる。
ベンゼン環を有する環状基としては、1,4−フェニレンが好ましい。ナフタレン環を有する環状基としては、ナフタレン−1,5−ジイルおよびナフタレン−2,6−ジイルが好ましい。シクロヘキサン環を有する環状基としては1,4−シクロへキシレンであることが好ましい。ピリジン環を有する環状基としてはピリジンー2,5−ジイルが好ましい。ピリミジン環を有する環状基としては、ピリミジンー2,5−ジイルが好ましい。
環状基は、置換基を有していてもよい。置換基の例には、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数が1乃至5のアルキル基、炭素原子数が1乃至5のハロゲン置換アルキル基、炭素原子数が1乃至5のアルコキシ基、炭素原子数が1乃至5のアルキルチオ基、炭素原子数が2乃至6のアシルオキシ基、炭素原子数が2乃至6のアルコキシカルホ゛ニル基、カルバモイル基、炭素原子数が2乃至6のアルキル置換カルバモイル基および炭素原子数が2乃至6のアシルアミノ基が含まれる。
一般式(V) M1−(L1)p−Cy1−L2−(Cy2−L3)n−Cy3−(L4)q−M2
式中、M1、および、M2はそれぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ハロゲン、−SCN、−CF3、ニトロ基、または、Q1を表すが、M1、および、M2の少なくとも一つは、Q1以外の基を表す。
ただし、Q1、L1、L2、L3、L4、Cy1、Cy2、Cy3およびnは前記一般式(X)で表される基と同義である。また、pおよびqは0、または1である。
M1、および、M2が、Q1を表さない場合、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、シアノ基であることが好ましく、より好ましくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、フェニル基であり、pおよびqは0であることが好ましい。
以下に、前記一般式(V)で表される化合物の好ましい例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
光学活性化合物としては公知のカイラル剤(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)を用いることができる。光学活性化合物は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もカイラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。光学活性化合物(カイラル剤)は、重合性基を有していてもよい。光学活性化合物が重合性基を有する場合は、重合性棒状ネマチック液晶性化合物の重合反応により、棒状ネマチック液晶性繰り返し単位と光学活性構造とを有するポリマーを形成することができる。光学活性化合物の重合性基は、重合性棒状ネマチック液晶性化合物の重合性基と同様の基であることが好ましい。従って、光学活性化合物の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが最も好ましい。
前記カイラル剤としては市販のカイラル剤を用いてもよく、右円偏光を反射する光反射層を形成する場合は、例えばLC−756(BASF社製)を好ましく用いることができる。
また、カイラル剤は、液晶性を有していてもよい。
前記コレステリック液晶構造を有する膜形成用の液晶組成物は、硬化性組成物であるのが好ましく、そのためには、重合開始剤を含有しているのが好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応と電子線照射による重合反応が含まれるが、熱により基板等が変形、変質するのを防ぐためにも、光重合反応と電子線照射による重合反応が好ましい。すなわち、本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物の配向状態を、前記重合性液晶化合物と光重合開始剤を含む組成物に対して紫外線照射することにより進行する硬化反応によって固定化することが好ましい。
液晶化合物の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、10mJ/cm2〜50J/cm2であることが好ましく、50mJ/cm2〜800mJ/cm2であることがさらに好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。
また、雰囲気の酸素濃度は重合度に関与するため、空気中で所望の重合度に達しない場合には、窒素置換等の方法により酸素濃度を低下させることが好ましい。好ましい酸素濃度としては、10%以下が好ましく、7%以下がさらに好ましく、3%以下が最も好ましい。
前記液晶組成物中に、特開2012−211306号公報の[0012]〜[0030]に記載の化合物、含フッ素(メタ)アクリレートまたは特開2012−101999号公報の[0037]〜[0044]に記載の化合物の少なくとも一種を含有させることで、空気界面において液晶性化合物の分子のチルト角を低減若しくは実質的に水平配向させることが好ましい。尚、本明細書で「水平配向」とは、液晶分子長軸と膜面が平行であることをいうが、厳密に平行であることを要求するものではなく、本明細書では、水平面とのなす傾斜角が20度未満の配向を意味するものとする。液晶性化合物が空気界面付近で水平配向する場合、配向欠陥が出にくいため選択反射波長以外の領域での透明性が高くなり、また選択反射波長領域での反射率が増大する。一方、液晶性化合物のチルト角が大きい場合には、コレステリックの螺旋軸が膜面法線からずれるため、反射率が低下したり、フィンガープリントパターンが発生しヘイズの増大や回折性を示したりするため好ましくない。
配向制御剤として利用可能な前記含フッ素(メタ)アクリレート系ポリマーの例は、特開2007−272185号公報の[0018]〜[0043]等に記載がある。
本発明に用いられる配向制御剤については、特願2003−331269号明細書(特開2005−099258号公報)に記載の化合物を用いることができ、それら化合物の合成法も該明細書に記載されている。
(1) 第1の配向制御剤
第1の配向制御剤として、少なくとも1つのペルフルオロアルキル鎖を有する化合物を挙げることができる。
前記第1の配向制御剤は、下記式(1)で表される浮き出し率が50%以下であることが好ましい。
式(1)
浮き出し率(%)=100%×B/A
(式(1)中、重合性液晶分子と配向制御剤を含む下層用硬化性液晶組成物をコレステリック液晶相の状態で硬化することによって固定して下層を形成し、前記下層の上に配向制御剤を除いた以外は下層用硬化性液晶組成物と同じ組成の上層用硬化性液晶組成物を塗布し、コレステリック液晶相の状態で硬化することによって固定して上層を積層したときにおいて、Aは下層すなわち1層品の表面に存在する炭素原子およびフッ素原子の合計量に対するフッ素原子含有率を表し、Bは上層すなわち2層品の表面に存在する炭素原子およびフッ素原子の合計量に対するフッ素原子含有率を表す。)
本発明ではX線光電子分光法で、各層の表面に存在するフッ素原子/炭素原子(F/C)を測定し、それらの値に基づいて、算出した。
前記第1の配向制御剤が少なくとも2本以上のペルフルオロアルキル鎖を有することが好ましく、前記第1の配向制御剤がペルフルオロアルキル鎖を2本有することがより好ましい。
下記式(II)の化合物は二価の基を中心に有し、末端にフッ化アルキル基を有することを特徴とする。末端にフッ化アルキル基を有する化合物は配向促進剤として効果的であるが、従来知られている配向制御剤は、使用濃度範囲が狭いといった点や溶解性が低いといった点があり、用途が制限されていた。下記式(II)の化合物は同等以上の配向性能をより広い濃度範囲かつ良好な溶解性で示すことから、それらを含む組成物は製造において使用しやすいというメリットがある。
(CpF2p+1)−(CqH2q)−
上式において、pは1〜30であることが好ましく、1〜20であることがより好ましく、1〜10であることがさらに好ましい。qは0〜20であることが好ましく、0〜10であることがより好ましく、0〜5であることがさらに好ましい。p+qは3〜30である。
(CpF2p+1)−(CqH2q)−
(CpF2p+1)−(CqH2q)−O−(CrH2r)−
(CpF2p+1)−(CqH2q)−COO−(CrH2r)−
(CpF2p+1)−(CqH2q)−OCO−(CrH2r)−
上式において、pは1〜30であることが好ましく、1〜20であることがより好ましく、1〜10であることがさらに好ましい。qは0〜20であることが好ましく、0〜10であることがより好ましく、0〜5であることがさらに好ましい。p+qは3〜30である。rは1〜10であることが好ましく、1〜4であることがより好ましい。
また、一般式(I)のlが1以上であるとき、末端のHb−(L1)k−Sp−L2−および−L5−Sp−(L6)n−Hbは、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(CpF2p+1)−(CqH2q)−O
(CpF2p+1)−(CqH2q)−COO−
(CpF2p+1)−(CqH2q)−O−(CrH2r)−O−
(CpF2p+1)−(CqH2q)−COO−(CrH2r)−COO−
(CpF2p+1)−(CqH2q)−OCO−(CrH2r)−COO−
上式におけるp、qおよびrの定義は直上の定義と同じである。
以下に、一般式(I)で表される化合物の具体例を示す。ただし、本発明で採用することができる一般式(I)で表される化合物は、下記の具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。
前記液晶組成物が、第2の配向制御剤を含むことが好ましい。
前記第2の配向制御剤は、本発明の趣旨に反しない限りにおいて特に制限はない。
Xがとりうるアルキル基の炭素数は1〜8であり、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、直鎖状または分枝状であることが好ましい。好ましいアルキル基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができ、その中でもメチル基が好ましい。Xがとりうるアルコキシ基のアルキル部分については、Xがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。Xがとりうるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、塩素原子、臭素原子が好ましい。Xがとりうるエステル基としては、R’COO−で表される基を例示することができる。R’としては炭素数1〜8のアルキル基を挙げることができる。R’がとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲については、上記のXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。エステルの具体例として、CH3COO−、C2H5COO−を挙げることができる。Ya、Yb、Yc、Ydがとりうる炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができる。
前記二価の芳香族複素環基は、5員、6員または7員の複素環を有することが好ましい。5員環または6員環がさらに好ましく、6員環が最も好ましい。複素環を構成する複素原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が好ましい。複素環は、芳香族性複素環であることが好ましい。芳香族性複素環は、一般に不飽和複素環である。最多二重結合を有する不飽和複素環がさらに好ましい。複素環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピロリン環、ピロリジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、イミダゾリン環、イミダゾリジン環、ピラゾール環、ピラゾリン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、フラザン環、テトラゾール環、ピラン環、チイン環、ピリジン環、ピペリジン環、オキサジン環、モルホリン環、チアジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペラジン環およびトリアジン環が含まれる。二価の複素環基は置換基を有していてもよい。そのような置換基の例の説明と好ましい範囲については、上記のA1とA2の3価または4価の芳香族炭化水素が取り得る置換基に関する説明と記載を参照することができる。
o、pはそれぞれ独立に0以上の整数であり、oおよびpが2以上であるとき複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよい。oは1または2であることが好ましい。pは1〜4のいずれかの整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
(CaF2a+1)−(CbH2b)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−(CrH2r)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−(CrH2r)−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−OCO−(CrH2r)−
上式において、aは2〜30であることが好ましく、3〜20であることがより好ましく、3〜10であることがさらに好ましい。bは0〜20であることが好ましく、0〜10であることがより好ましく、0〜5であることがさらに好ましい。a+bは3〜30である。rは1〜10であることが好ましく、1〜4であることがより好ましい。
また、一般式(II)の末端のHb−Sp1−L1−Sp2−L2−および−L5−Sp3−L6−Sp4−Hbは、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−O−(CrH2r)−O−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−COO−(CrH2r)−COO−
(CaF2a+1)−(CbH2b)−OCO−(CrH2r)−COO−
上式におけるa、bおよびrの定義は直上の定義と同じである。
以下に、一般式(II)で表される化合物の具体例を示す。ただし、本発明で採用することができる一般式(II)で表される化合物は、下記の具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。
前記液晶組成物は、前記重合性液晶化合物、光学活性化合物、重合開始剤、配向制御剤に加えて、必要に応じて溶媒や他の添加剤(例えば、セルロースエステル)を含むことができる。
前記コレステリック液晶構造を有する膜の膜形成方法としては特に制限はなく、前記重合性液晶化合物を含む液晶組成物を塗布等の方法により製膜することによりコレステリック液晶構造を有する膜を形成することができる。前記重合性液晶化合物を含む塗布液を基板上に塗布して、前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造することもでき、前記コレステリック液晶材料を含む液を配向膜の上に塗布し、液晶層を形成することによりコレステリック液晶構造を有する膜を作製することもできる。本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物を含む塗布液を基板上に塗布して、前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造することが好ましい。コレステリック液晶構造を有する膜は、光学異方性を示すことが好ましい。
(A)透明可塑性樹脂フィルム等の基板の表面に、配向制御剤と重合性(硬化性の)液晶化合物を含む前記液晶組成物を塗布して、コレステリック液晶相の状態にすること、
(B)前記液晶組成物に紫外線を照射して硬化反応を進行させ、コレステリック液晶相を固定して光反射層を形成すること、
を少なくとも含む製造方法である。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる右円偏光を反射する光反射層と、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる左円偏光を反射する光反射層とを積層して製造することが好ましい。
(A)及び(B)の工程を基板の一方の表面上で2回繰り返すことで、図1に示した構成のコレステリック液晶構造を有する膜(図1では基板は不図示)を基板上に製造することができ、さらに繰り返すことでさらに積層数を増やしたコレステリック液晶構造を有する膜(光反射層)を形成することができる。
前記(A)工程では、まず、基板又は下層の光反射層の表面に、前記液晶組成物を塗布する。前記液晶組成物は、溶媒に材料を溶解及び/又は分散した、塗布液として調製されるのが好ましい。
次に、(B)の工程では、コレステリック液晶相の状態となった塗膜に、紫外線を照射して、硬化反応を進行させることが好ましい。紫外線照射には、紫外線ランプ等の光源が利用される。この工程では、紫外線を照射することによって、前記液晶組成物の硬化反応が進行し、コレステリック液晶相が固定されて、光反射層が形成されることが好ましい。
なお、本発明においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、最終的に光反射層中の液晶性混合物がもはや液晶性を示す必要はない。例えば、液晶性混合物が、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
上述のとおり、前記コレステリック液晶構造を有する膜はコレステリック液晶相を固定してなる液晶膜(以下、液晶膜と省略することがある)を有する。
本発明では、前記コレステリック液晶構造を有する膜が、2層以上の積層体であることが好ましい。すなわち、前記液晶膜は、前記コレステリック液晶構造を有する膜が2層以上積層されていることが好ましい。図1は、コレステリック液晶構造を有する膜1の積層構成の一例を示したものであって、15aと15bは、各光反射層をそれぞれ示している。
光反射層15aと15bは、コレステリック液晶構造を有する膜であることが好ましく、当該コレステリック液晶相の螺旋ピッチに基づいて、特定の波長の光を反射する光選択反射性を示すことが好ましい。本発明の1つの実施形態では、隣接する光反射層15aと15bは、それぞれのコレステリック液晶相の螺旋方向が互いに逆であるとともに、その反射中心波長λ15が同一であることが好ましい。
一方、本発明では、前記コレステリック液晶構造を有する膜の選択反射波長としては420nm以下であることが好ましい。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程を含む。
前記前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程としては特に制限はないが、例えば、前記コレステリック液晶構造を有する膜が基板を有する場合は、コレステリック液晶構造を有する膜から基板を剥離し、基板を剥離したフィルムを破砕してフレーク状にし、更に粉砕し微粒子のサイズまで砕くことで作製することができる。前記光干渉粒子の粉砕は、固定化したコレステリック液晶構造を乾燥又は湿式粉砕することができる。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いた後に、フィルターを用いて平均円相当径が100μm以下である前記光干渉粒子を分取することが好ましい。前記フィルターを用いて光干渉粒子を分取する方法としては、ふるいやサイクロン等を用いて分級する方法を挙げることができる。その中でも、1〜100μmの平均円相当径、より好ましくは1〜70μm、特に好ましくは5〜50μmの平均円相当径の前記光干渉粒子を選別して用いることが、光反射性能などの光学性能や膜の物理性能の観点で望ましい。
前記光干渉粒子の形状は、特に制限されず、球状、円状、楕円形状、多角形状、ロッド又は繊維状であってもよい。また、本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉粒子が平板状(扁平又は鱗片状などの平板状)であることが好ましく、円状の平板状であることがより好ましい。
扁平状又は鱗片状などの平板状の光干渉粒子の厚みは、例えば、1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることがより好ましく、4〜10μmであることが特に好ましい。
平板状の光干渉粒子は、アスペクト比(平均円相当径/厚み)が0.1〜150であることが好ましく、0.5〜50であることがより好ましく、1〜10であることが特に好ましい。
前記光干渉粒子の選択反射波長としては420nm以下であることが好ましい。
前記光干渉粒子の選択反射波長の測定方法としては、以下の方法を挙げることができる。
2枚の石英ガラス板の間に、光干渉粒子と屈折率が同じ液体((株)モリテックス社製、カーギル標準屈折液シリーズA)と一緒に封入することで測定できる。
前記光干渉粒子の選択反射波長を直接できない場合は、前記光干渉粒子と前記樹脂を添加した合わせガラス用中間膜の選択反射波長を測定することによって、間接的に求めてもよい。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm3)1/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程を含む。
前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いた後の前記光干渉粒子は、前記コレステリック液晶構造を有する膜の状態では外部との界面に接していなかった膜内部が外部との界面に接することとなる。本発明の光干渉顔料の製造方法では、前記光干渉粒子のうち、外部との界面に接していなかった膜内部に相当する界面を特定の方法で洗浄することにより、洗浄後に得られた光干渉顔料を分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好となる。
このような洗浄工程によって除去される不純物や不要成分としては特に制限はないが、例えば、未反応のまま残留している重合性液晶化合物(残留モノマー)や、前記カイラル剤、前記配向制御剤、サイズが十分に光干渉作用を奏するサイズよりも細かい(例えば平均円相当径が5μm以下の)光干渉粒子、もともと重合性液晶化合物に含まれる不純物(反応基がないものなど)などを挙げることができるが、本発明はこれらの洗浄工程によって除去される不純物や不要成分の種類や量によって限定されるものではない。
また、洗浄工程に用いられる光干渉顔料や有機溶媒には不純物や不要成分が含まれてもよく、本発明はこれらの洗浄工程に用いられる光干渉顔料や有機溶媒に含まれる不純物や不要成分の種類や量によって限定されるものではない。
前記洗浄の温度は40℃以上、前記有機溶媒の沸点以下であることが、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能をより改善する観点からより好ましく、
40〜60℃であることが特に好ましい。
前記有機溶媒のSP値は8.5〜10(cal/cm3)1/2であることがより好ましい。前記コレステリック液晶構造を有する膜を構成する材料または形成するために用いられる材料は、SP値が上記の範囲の有機溶媒に溶解する。
SP値が8.5〜12(cal/cm3)1/2である有機溶媒としては、例えば、酢酸ブチル、トルエン、メチルエチルケトン、アセトンなどを挙げることができる。
これらの有機溶媒は単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよいが、2種以上の有機溶媒を混合して用いる場合、前記洗浄に用いられる全ての有機溶媒のSP値が上記の範囲内に含まれる有機溶媒であることが好ましい。
なお、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させ、濾過するという一連の洗浄操作は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能をより改善する観点から2回以上繰り返して行ってもよい。
本発明の光干渉顔料は、本発明の光干渉顔料の製造方法で製造されたことを特徴とする。そのため、本発明の光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好となる。
本発明の光干渉顔料の好ましい構造や好ましい光学特性は、前記光干渉粒子の好ましい構造や好ましい光学特性と同様である。
本発明の光干渉顔料は、UV反射材料として用いられることが好ましい。本発明の光干渉顔料の用途としては特に制限は無く、本発明の光干渉顔料は化粧品などに添加してもよい。
本発明の光干渉顔料は、光干渉顔料分散液の製造に用いることができる。
(塗布液の調製)
下記表に示す塗布液(A)、(B)をそれぞれ調製した。
(1) 調製した塗布液(A)を、ワイヤーバーを用いて、乾燥後の乾膜の厚みが4.5μmになるように基材フィルム(富士フイルム製PETフィルム、Tg75℃)上に、室温にて塗布した。
(2) 室温にて30秒間乾燥させた後、125℃の雰囲気で2分間加熱し、その後95℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、コレステリック液晶層膜を作製した。
コレステリック液晶層膜を室温まで冷却した後、(1)において基板の代わりに下層のコレステリック液晶層膜上に塗布液(B)を塗布する以外は同様にして、(1)および(2)を繰り返し、基材フィルム上にそれぞれ塗布液(A)および(B)由来の右円偏光を反射する層および左円偏光を反射する層がこの順に積層されたコレステリック液晶構造を有する2層積層フィルムを作製した。
作製した波長380nmの紫外光を反射するコレステリック液晶構造を有する2層積層フィルムを基板より剥離した。
剥離したコレステリック液晶構造を有する2層積層フィルムを破砕してフレーク状にし、更に粉砕し微粒子のサイズまで砕くことで光干渉粒子を作製した。
光干渉粒子の粒子サイズは、ふるいを使い分級した。得られた光干渉粒子300個の形状を、光学顕微鏡を用いて観察した結果、平均厚みが10μm、平均円相当直径が20μmであった。
また、得られた光干渉粒子は、コレステリック液晶構造を有していることを、偏光顕微鏡を用いて確認した。さらに、得られた光干渉粒子の選択反射波長を、紫外可視近赤外分光光度計V−670(日本分光(株)製)を用いて確認したところ、約380nmであった。
上記光干渉粒子の粉体1gと、下記表3に示す溶媒(有機溶媒または水)100gをフラスコに入れて、下記表3に示すように溶媒の温度を調整した上で、1時間スターラーで攪拌した。スターラーの回転速度は100rpmとした。攪拌後、溶媒および光干渉粒子を含む溶液を1μmの濾紙で濾過し、濾紙上の残渣として光干渉粒子を取り出した。
この攪拌および濾過の作業を3回繰り返し、最後に室温で1晩放置して乾燥させたものを、光干渉顔料とした。
乾燥させた光干渉顔料1gをアクリルシリコーン(信越化学(株)製KP−541)10gとエタノール(和光純薬工業(株)製759−48001)0.5gに混ぜ込み、PMMAプレートに100μmの厚みで塗布し、塗布したプレートの光学特性を以下の基準にしたがって評価した。実用上、AまたはB評価であることが必要であり、A評価であることが好ましい。
評価基準:
A:380nmに10%以上の反射ピークをもつ反射スペクトルが観察された。
B:反射幅が広がってブロードになり、380nmに1%以上の反射はあるものの、明確なピークが見られなくなった。
C:反射幅が広がってブロードになり、380nmに反射は殆ど観察されなくなった(反射率1%未満)。
得られた結果を下記表3に記載した。
実施例1において、得られた光干渉粒子を溶剤洗浄なしでそのまま実施例1と同様の評価を行ったところ、評価はCであった。
実施例1において、基板から剥離したコレステリック液晶構造を有する2層積層フィルムの表面を、メチルエチルケトン(実施例3と同じ、SP値9.3、沸点79.5℃)を染込ませたベンコット(旭化成せんい(株)製)で2回拭き取りを実施した後、実施例1と同様に光干渉粒子に粉砕した。その後、得られた光干渉粒子を溶剤洗浄なしでそのまま実施例1と同様の評価を行ったところ、評価はCであった。
基材フィルムとしてPETフィルムの代わりに、トリアセチルセルロース(フジタック、富士フイルム(株)製、厚さ:100μm、幅:500mm、ガラス転移温度145℃)の長尺状のフィルムの一方の側に、長鎖アルキル変成ポバール(MP−203、クラレ(株)製)5重量%溶液を塗布し、90℃で4分間乾燥させた後、ラビング処理を行って膜厚2.0μmの配向膜形成用樹脂層を形成させたフィルムを用いた。
それ以外は、実施例3と同様の方法で光干渉顔料を製造し、光干渉顔料の評価を行ったところ、評価もAであった。
基材としてPETフィルムの代わりに、厚さ2mmのガラス板の一方の側に、実施例8と同様に、長鎖アルキル変成ポバール(MP−203、クラレ(株)製)5重量%溶液を塗布し、90℃で4分間乾燥させた後、ラビング処理を行って膜厚2.0μmの配向膜形成用樹脂層を形成させたフィルムを用いた。それ以外は、実施例3と同様の方法で光干渉顔料を製造し、光干渉顔料の評価を行ったところ、評価もAであった。
棒状液晶化合物として、RM−257(Merck社製)を用いた以外は実施例3と同様の方法で光干渉顔料を製造し、光干渉顔料の評価を行ったところ、評価もAであった。
棒状液晶化合物として、LC−242(BASF社製)を用いた以外は実施例3と同様の方法で光干渉顔料を製造し、光干渉顔料の評価を行ったところ、評価もAであった。
一方、比較例1より、洗浄温度が本発明で規定する下限値を下回る条件で製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例2〜4より、洗浄に用いる有機溶剤が本発明で規定するSP値の上限値を上回る条件で製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例5より、洗浄に用いる有機溶剤が本発明で規定するSP値の下限値を下回る条件で製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例6より、特開2011−132512号公報や国際公開WO96/28498号のように洗浄時に本発明で規定するSP値の上限値を上回る溶媒である水を用いて製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例7より、特開2000−44451号公報のように粉砕後に得られた粒子を洗浄せずに製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例8より、特開2012−101999号公報のようにコレステリック液晶構造を有する膜を粉砕しない状態で表面を洗浄した場合であっても、粉砕後に得られた粒子を洗浄せずに製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
15a 重合性液晶化合物の配向状態(コレステリック液晶相)を固定してなる光反射層
15b 重合性液晶化合物の配向状態(コレステリック液晶相)を固定してなる光反射層
Claims (15)
- 重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程と、
前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程と、
前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm3)1/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程と、
を含むことを特徴とする光干渉顔料の製造方法(SP値はHoy法で測定された溶解度パラメータδを表し、下記式(1)で表される。)。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。) - 前記コレステリック液晶構造を有する膜を、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる右円偏光を反射する光反射層と、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる左円偏光を反射する光反射層とを積層して製造する、請求項1に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄する、請求項1または2に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄した後に、該有機溶媒をフィルターでろ過した残渣を分取する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記有機溶媒のろ過に用いる前記フィルターのろ過精度が0.3〜6μmである、請求項4に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記洗浄の温度が40℃以上、前記有機溶媒の沸点以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記光干渉粒子が平板状の形状である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記光干渉顔料の選択反射波長が420nm以下である請求項1〜7のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記光干渉粒子の厚みが4〜10μmである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いた後に、フィルターを用いて平均円相当径が100μm以下である前記光干渉粒子を分取する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記重合性液晶化合物を含む塗布液を基板上に塗布して、前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記基板が、ガラス転移温度150℃以下のプラスチックフィルムである、請求項11に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記重合性液晶化合物の配向状態を、前記重合性液晶化合物と光重合開始剤を含む組成物に対して紫外線照射することにより進行する硬化反応によって固定化する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
- 前記重合性液晶化合物が、下記一般式(X)にて表される化合物である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
一般式(X) Q1−L1−Cy1−L2−(Cy2−L3)n−Cy3−L4−Q2
(一般式(X)中、Q1およびQ2はそれぞれ独立に重合性基であり、L1およびL4はそれぞれ独立に二価の連結基であり、L2およびL3はそれぞれ独立に単結合または二価の連結基であり、Cy1、Cy2およびCy3は二価の環状基であり、nは0、1、2、または3である。) - 請求項1〜14のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法で製造されたことを特徴とする光干渉顔料。
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