JP2022526717A - フォトニック球を含有する自動車用コーティング - Google Patents

Abstract

特定の実施形態では、（ｉ）溶媒と、（ｉｉ）樹脂結合剤と、（ｉｉｉ）球形フォトニック構造を含む構造着色剤と、を含む、コーティング組成物、ならびに対応するコーティング、コーティングされた自動車部品、およびそれらの方法が開示される。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年３月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／８１７，２０８号の優先権の利益を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

フォトニック球の形態の構造着色剤、ならびにコーティング組成物を含む、自動車用コーティングと、それらの方法とが開示される。

従来の顔料および染料は、化学構造に依存して、光の吸収および反射によって色を示す。構造着色剤は、化学構造ではなく物理構造に依存して、光干渉効果を介して色を示す。構造着色剤は、鳥の羽毛、蝶の羽、特定の宝石など、自然界に見られる。構造着色剤は、可視光と干渉して色を生成するのに十分小さい、微視的に構造化された表面を含む材料である。

構造着色剤は、塗料および自動車用コーティングなどのさまざまな商品に色を付けるために製造できる。製造された構造着色剤の場合、材料が高い色彩値、特別なフォトニック効果、特定の用途での使用を可能にする寸法、および化学的および熱的堅牢性を示すことが望ましい。材料の堅牢性は、塗料系の工程中かつさまざまな自然の風化条件下での安定性を与えるために重要である。

多様な範囲の堅牢な色を提供する構造着色剤を含む自動車用コーティングの当技術分野における継続的な必要性が存在する。

本発明の特定の実施形態の目的は、フォトニック球を含む構造着色剤を含む、自動車用コーティング組成物を提供することである。

本発明の特定の実施形態の別の目的は、フォトニック球を含む構造着色剤を含む、自動車用コーティング組成物を調製する方法を提供することである。

本発明の特定の実施形態のさらなる目的は、フォトニック球を含む構造着色剤を含む、自動車用コーティングを提供することである。

本発明の特定の実施形態のさらなる目的は、フォトニック球を含む構造着色剤を含む基材およびコーティングを有する、製造された自動車物品を提供することである。

上記の目的および他の目的のうちの１つ以上は、特定の実施形態では、（ｉ）溶媒と、（ｉｉ）樹脂結合剤と、（ｉｉｉ）フォトニック球を含む構造着色剤と、を含む、コーティング組成物を対象とする本発明によって達成することができる。特定の実施形態では、コーティング組成物は、約５０％を超えて、約３５％を超えて、または約２５を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度までのＬ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度で増加するＬ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約３単位を超えて、約５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＬ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約２５単位未満、約１５単位未満、または約１０単位未満で変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＬ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約５０％を超えて、約３５％を超えて、または約２５％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＣ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度で減少するＣ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約３単位を超えて、約５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＣ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約２５単位未満、約１５単位未満、または約１０単位未満で変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＣ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約７５％を超えて、約５０％を超えて、約２５％を超えて、または約１０％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のｈ値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度で減少するｈ値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約２５単位を超えて、約５０単位を超えて、または約１００単位を超えて変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のｈ値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約２００単位未満、約１５０単位未満、または約１００単位未満で変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のｈ値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約１０単位を超えて、約５単位を超えて、または約２単位を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のａ^＊値を示すコーティングを提供する。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、約２５単位を超えて、約１５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のｂ^＊値を示すコーティングを提供する。

他の実施形態は、樹脂結合剤と、フォトニック球を含む構造着色剤と、を含む、コーティングを対象とする。特定の実施形態では、コーティングは、約５０％を超えて、約３５％を超えて、または約２５％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＬ^＊値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度で増加するＬ^＊値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、約３単位を超えて、約５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＬ^＊値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、約２５単位未満、約１５単位未満、または約１０単位未満で変化する鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＬ^＊値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度で減少するＣ^＊値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、約３単位を超えて、約５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＣ^＊値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、約２５単位未満、約１５単位未満、または約１０単位未満で変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＣ^＊値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度で減少するｈ値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、約２５単位を超えて、約５０単位を超えて、または約１００単位を超えて変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のｈ値を示す。

特定の実施形態では、コーティングは、約２００単位未満、約１５０単位未満、または約１００単位未満で変化する、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のｈ値を示す。

さらなる実施形態は、本明細書に開示されるコーティングを含む自動車部品およびそれらの方法に関する。

本明細書に記載の開示は、添付の図において、限定としてではなく、例として示されている。

対照コーティングのＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値を示す。 対照コーティングの緩和曲線を図示する。 本発明のコーティングのＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値を示す。 本発明のコーティングの緩和曲線を図示する。

特定の実施形態では、本発明は、（ｉ）溶媒と、（ｉｉ）樹脂結合剤と、（ｉｉｉ）フォトニック球を含む構造着色剤と、を含む、コーティング組成物を対象とする。

特定の実施形態は、本明細書に開示されるコーティング組成物から誘導されるコーティングに関する。

特定の実施形態は、（ｉ）樹脂結合剤と、（ｉｉ）フォトニック球を含む構造着色剤と、を含む、着色剤層を含むコーティングを対象とする。

特定の実施形態では、コーティングはさらに下地コートを含み、着色剤層は下地コートの上に成層される。グラウンドコートは、例えば、黒色であり得る。

特定の実施形態は、クリアコート層をさらに含み、クリアコートは、着色剤層の上に成層される。

特定の実施形態は、（ｉ）下地層と着色剤層との間、（ｉｉ）着色剤層とクリアコート層との間、（ｉｉｉ）クリアコート層の上、（ｉｖ）下地層の下、またはそれらの組み合わせに１つ以上の追加の層をさらに含む。構造着色剤は、下地層、着色剤層、クリアコート層、または追加の層のいずれかのうちの１つ以上に含めることができる。

本明細書に開示される特定の実施形態では、コーティングは、例えば、約５０％を超えて、約３５％を超えて、または約２５％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度から１１０度の角度までのＬ^＊値を示す。

他の実施形態では、コーティングは、例えば、鏡面反射から１５度の角度から１１０度の角度まで増加するＬ^＊値を示す。

さらなる実施形態では、コーティングは、例えば、約３単位を超えて、約５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化する、鏡面反射からの１５度の角度から１１０度の角度までのＬ^＊値を示す。

他の実施形態では、コーティングは、例えば、約２５単位未満、約１５単位未満、または約１０単位未満変化する、鏡面反射からの１５度の角度から１１０度の角度までのＬ^＊値を示す。

さらなる実施形態では、コーティングは、例えば、約５０％を超えて、約３５％を超えて、または約２５％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度から１１０度の角度までのＣ^＊値を示す。

他の実施形態では、コーティングは、例えば、鏡面反射から１５度の角度から１１０度の角度まで減少するＣ^＊値を示す。

さらなる実施形態では、コーティングは、例えば、約３単位を超えて、約５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化する、鏡面反射からの１５度の角度から１１０度の角度までのＣ^＊値を示す。

他の実施形態では、コーティングは、例えば、約２５単位未満、約１５単位未満、または約１０単位未満変化する、鏡面反射からの１５度の角度から１１０度の角度までのＣ^＊値を示す。

さらなる実施形態では、コーティングは、例えば、約７５％を超えて、約５０％を超えて、約２５％を超えて、または約１０％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度から１１０度の角度までのｈ値を示す。

他の実施形態では、コーティングは、例えば、鏡面反射から１５度の角度から１１０度の角度まで減少するｈ値を示す。

さらなる実施形態では、コーティングは、例えば、約２５単位を超えて、約５０単位を超えて、または約１００単位を超えて変化する、鏡面反射からの１５度の角度から１１０度の角度までのｈ値を示す。

他の実施形態では、コーティングは、例えば、約２００単位未満、約１５０単位未満、または約１００単位未満で変化する、鏡面反射からの１５度の角度から１１０度の角度までのｈ値を示す。

さらなる実施形態では、コーティングは、例えば、約１０単位を超えて、約５単位を超えて、または約２単位を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度から１１０度の角度までのａ^＊値を示す。

他の実施形態では、コーティングは、例えば、約２５単位を超えて、約１５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化しない、鏡面反射からの１５度の角度から１１０度の角度までのａｂ^＊値を示す。

本明細書に開示される任意の実施形態では、フォトニック球は、例えば、直接フォトニック球または逆フォトニック球であり得る。

本明細書に開示される任意の実施形態では、構造着色剤は、例えば、角度依存性色または角度非依存性色を示すことができる。

本明細書に開示される任意の実施形態では、樹脂結合剤に対する構造着色剤の比は、例えば、約１：１００～約５０：１００、約５：１００～約２５：１００、約１０：１００～約２０：１００、または約１５：１００である。

本明細書に開示される任意の実施形態では、構造着色剤は、金属酸化物を含むことができる。

金属酸化物は、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア、セリア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化クロム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。

特定の実施形態では、コーティング組成物は、例えば、シリカ、チタニア、およびそれらの組み合わせから選択することができる。

特定の実施形態では、フォトニック球は、例えば、約１μｍ～約７５μｍの平均径を有することができる。

特定の実施形態では、フォトニック球は、例えば、約５０ｎｍ～約８００ｎｍの平均細孔径を有することができる。

特定の実施形態では、フォトニック球は、例えば、約０．４５～約０．６５の平均多孔度を有することができる。

特定の実施形態では、構造着色剤は、例えば、超音波処理によって解凝集される。

特定の実施形態では、構造着色剤の外表面の少なくとも一部は、シラン官能基を含む。

特定の実施形態では、構造着色剤は、遷移金属イオンを含む。

特定の実施形態では、構造着色剤は、カーボンブラックなどの有機材料を含む。

特定の実施形態は、約５～約２０、約８～約１８、または約１０～約１５のゼータ電位（ｍＶ）を有する。

特定の実施形態は、約０～約－１００、約－１０～約－５０、約－１５～約－４５、または約－４０の強度を有する。

特定の実施形態は、本明細書に開示されるような基材およびコーティングを含む製品を対象とする。基材は、例えば、外部パネルまたは内部部品などの自動車部品であり得る。

特定の実施形態は、溶媒、樹脂結合剤、およびフォトニック球を含む構造着色剤を混合して、開示されるようなコーティング組成物を得ることを含む、コーティング組成物を調製する方法を対象とする。

特定の実施形態では、この方法は、溶媒および構造着色剤を混合し、その後、樹脂結合剤を添加することを含む。

特定の実施形態では、この方法は、例えば、樹脂結合剤を添加する前に、構造着色剤を解凝集することをさらに含む。

特定の実施形態では、解凝集は超音波処理によるものである。

特定の実施形態は、本明細書に開示されるようなコーティング組成物を基材上に成層することを含む、基材をコーティングする方法に関する。

特定の実施形態では、この方法は、構造着色剤の寸法を選択して、所定の色標準を達成することを含む。特定の実施形態では、標準は、構造着色剤によって以前に達成されている。他の実施形態では、標準は、化学着色剤によって達成される色に基づいている。さらなる実施形態では、寸法は、直径、細孔径、および多孔度のうちの１つ以上である。

特定の実施形態では、標準色は、３８０～４５０ｎｍ、４５０～４８５ｎｍ、４８５～５００ｎｍ、５００～５６５ｎｍ、５６５～５９０ｎｍ、５９０～６２５ｎｍ、または６２５～７０４ｎｍの波長を有する。他の実施形態では、成層された基材の色は、分光光度法測定に基づく標準と同じまたは実質的に同じである。

水ベースコート
コーティング組成物は、例えば、構造着色剤を水および少なくとも１つの水混和性フィルム形成結合剤と組み合わせて、水性トップコートコーティング組成物を形成することによって形成することができる。

少なくとも１つの水混和性フィルム形成結合剤は、水性媒体に溶解または分散され得る。好適な水混和性フィルム形成結合剤の非限定的な例には、ポリウレタン樹脂、アクリル化ポリウレタン樹脂、ポリ（メタ）アクリレートポリマー（アクリルポリマー）、ポリエステル樹脂、アクリル化ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂およびアルキド樹脂が含まれ得る。水性トップコートコーティング組成物はまた、２つ以上の水混和性フィルム形成結合剤を含む結合剤系を含み得る。

少なくとも１つの水混和性フィルム形成結合剤は、例えば、重合、重縮合、および／または重付加反応によって、物理的に乾燥され、および／または化学的に架橋され得る。化学的に架橋可能な水混和性フィルム形成結合剤は、対応する架橋可能な官能基を含み得る。好適な官能基には、例えば、ヒドロキシル基、カルバメート基、イソシアネート基、アセトアセチル基、不飽和基、例えば、（メタ）アクリロイル基、エポキシド基、カルボキシル基、およびアミノ基を含み得る。少なくとも１つの水混和性フィルム形成結合剤は、架橋剤と対にされ得るか、または架橋剤を含み得る。架橋剤は、硬化中に架橋を提供し得る相補的に反応性の官能基を含み得る。例えば、ヒドロキシル基含有ポリマーおよびアミノプラスト（例えば、メラミン）架橋剤は、化学的に架橋可能な水混和性フィルム形成結合剤と共に使用され得る。

アミノプラスト架橋剤を含む実施形態は、水性トップコートコーティング組成物の硬化を増強するための強酸触媒をさらに含み得る。そのような触媒には、例えば、パラトルエンスルホン酸、ジノニルナフタレンジスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、フェニル酸ホスフェート、マレイン酸モノブチル、ブチルリン酸、およびヒドロキシホスフェートエステルが含まれ得る。強酸触媒も、例えばアミンでブロックすることができる。

少なくとも１つの水混和性フィルム形成結合剤は、カルボキシル基およびポリエチレンオキシドセグメントなどのイオン性および／または非イオン性基を含み得る。カルボキシル基に好適な中和剤は、三級アミン、例えば、トリエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、およびジエチルエタノールアミンなどの塩基性化合物である。代替的または追加的に、水性トップコートコーティング組成物はまた、１つ以上の外部乳化剤を含み得る。外部乳化剤は、水性トップコートコーティング組成物内に水混和性フィルム形成結合剤を分散させることができる。

１つの非限定的な例において、水混和性フィルム形成結合剤は、水性ポリウレタン分散液である。水性ポリウレタン分散液は、１つ以上の外部乳化剤を用いて疎水性ポリウレタンを水中で乳化することによって調製することができる。水性ポリウレタン分散液はまた、親水性基を組み込むことによって自己分散可能であるように調製することができる。水混和性または分散性を付与するための１つの技術は、アミンを使用してカルボン酸基をアニオン性基に変換して、アニオン性ポリウレタン分散液を形成することを含み得る。水混和性を付与するための別の技術は、最初に三級アミノアルコールを遊離イソシアネート官能基を含むプレポリマーと反応させ、次に反応生成物を酸で中和してカチオン性ポリウレタン分散液を形成することを含み得る。さらなる技術は、水溶性長鎖ポリエーテルで遊離イソシアネート官能基を有するプレポリマーを修飾して、非イオン性ポリウレタン分散液を形成することを含み得る。

代替的に、水性トップコートコーティング組成物は、水混和性フィルム形成結合剤としてハイブリッドポリウレタン－ポリアクリレート分散液を含み得る。ハイブリッドポリウレタン－ポリアクリレート分散液は、水性ポリウレタン分散液中でビニルポリマー、すなわちポリアクリレートをエマルジョン重合することによって調製することができる。代替的に、ハイブリッドポリウレタン－ポリアクリレート分散液は、二次分散液として調製され得る。

水性トップコートコーティング組成物は、水混和性フィルム形成結合剤の１００重量部に基づいて、約０．０１重量部～約６０重量部、例えば、約１．０重量部～約２０重量部の量のフォトニック球を含み得る。すなわち、混合は、少なくとも１つの水混和性フィルム形成結合剤の１００重量部に基づいて、約３０重量部のフォトニック球～約５０重量部のフォトニック球を水に添加することを含み得る。

水性トップコートコーティング組成物は、レオロジー制御剤および／またはコロイド成層ケイ酸塩などのフィルム形成剤をさらに含み得る。例えば、コロイド成層ケイ酸塩は、水性トップコートコーティング組成物に安定性を提供し、水性トップコートコーティング組成物のチキソトロピー剪断感受性粘度を調整し得る。コロイド成層ケイ酸塩は、無機鉱物から合成的に製造することができ、コロイド、ゲル、またはゾルの形態を有することができる。好適なコロイド成層ケイ酸塩は、Ｂｙｋ－Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ（Ｗｅｓｅｌ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から、商品名Ｌａｐｏｎｉｔｅ（登録商標）で市販されている。したがって、この方法は、コロイド成層ケイ酸塩、不動態化顔料スラリー、水、および少なくとも１つの水混和性フィルム形成結合剤を混合して、水性トップコートコーティング組成物を形成することをさらに含み得る。

水性トップコートコーティング組成物はまた、他の顔料および充填剤を含み得る。他の顔料および充填剤の非限定的な例には、二酸化ケイ素、硫酸バリウム、カーボンブラック、黄土、シエナ土、アンバー、ヘマタイト、リモナイト、赤酸化鉄、透明赤酸化鉄、黒酸化鉄、褐色酸化鉄、緑色クロム酸化物、クロム酸ストロンチウム、リン酸亜鉛、ヒュームドシリカなどのシリカ、炭酸カルシウム、タルク、バライト、第二鉄アンモニウム、フェロシアニド（プロシアブルー）、ウルトラマリン、などの無機顔料、および金属化および非金属化アゾレッド、キナクリドンレッドおよびキノリンバイオレット、ペリレンレッド、銅フタロシアニンブルーおよび銅フタロシアニングリーン、カルバゾールバイオレット、モノアリリドおよびジアリリドイエロー、ベンズイミダゾロンイエロー、トリルオレンジ、ナフトールオレンジなどの有機顔料、二酸化ケイ素に基づくナノ粒子、ならびに酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムが含まれ得る。追加の顔料はまた、アルミニウムフレークまたは雲母ベースのフレークなどの１つ以上のフレーク様顔料を含むことができる。

顔料は、樹脂またはポリマーに分散され得るか、または既に記載された種類の水混和性フィルム形成結合剤樹脂などの顔料分散剤を含む顔料系に存在し得る。顔料および分散樹脂、ポリマー、または分散剤は、凝集した顔料を一次顔料粒子に分解し、顔料粒子の表面を分散樹脂、ポリマー、または分散剤で濡らすのに十分な剪断下で接触させることができる。凝集体の分解および一次顔料粒子の湿潤は、顔料の安定性および堅牢な色を提供し得る。

顔料および充填剤は、水性トップコートコーティング組成物の１００重量部に基づいて、約６０重量部以下の量で水性トップコートコーティング組成物中に存在し得る。例えば、顔料および充填剤は、水性トップコートコーティング組成物中に、水性トップコートコーティング組成物の１００重量部に基づいて、約０．５重量部～５０重量部、または約１重量部～約３０重量部、または約２重量部～約２０重量部、または約２．５重量部～約１０重量部の量で存在し得る。水性トップコートコーティング組成物中に存在する顔料および充填剤の量は、顔料の構成または性質、水性トップコートコーティング組成物から形成される硬化フィルムの所望の色の深さ、硬化フィルムのメタリックおよび／または真珠光沢効果の強度、および／または顔料の分散性の強度に従って選択され得る。

水性トップコートコーティング組成物はまた、界面活性剤、安定剤、分散剤、接着促進剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤、ベンゾトリアゾールまたはオキサラニリド、フリーラジカルスカベンジャー、スリップ添加剤、消泡剤、反応性希釈剤、シロキサンなどの湿潤剤、フッ素化合物、カルボキシモノエステル、リン酸エステル、ポリアクリル酸およびそれらのコポリマー、例えばポリブチルアクリレートおよびポリウレタン、トリシクロデカンジメタノールなどの接着促進剤、流動制御剤、セルロース誘導体などのフィルム形成助剤、およびモンモリロナイト型のアルミニウム－マグネシウムシリケート、ナトリウム－マグネシウム、およびナトリウム－マグネシウム－フッ素－リチウムフィロシリケートなどの無機フィロシリケートなどのレオロジー制御添加剤などの添加剤成分を含み得るが、これらに限定されない。水性トップコートコーティング組成物１４は、そのような添加剤の１つまたは組み合わせを含み得る。

水性トップコートコーティング組成物は、自動車部品および基材のコーティングに好適な可能性があり、自動車用途の元仕上げおよび再仕上げに好適な可能性がある。さらに、水性トップコートコーティング組成物は、モノコートコーティング組成物として特徴付けられ得、単一の均一に着色された層として基材に塗布されるように構造化され得る。代替的に、水性トップコートコーティング組成物は、ベースコート／クリアコートコーティング組成物として特徴付けられ得、２つの別個の層、すなわち、下の高度に着色された層またはベースコート、および着色がほとんどまたは全くない上層またはクリアコートとして基材に塗布されるように構造化され得る。ベースコート／クリアコートコーティング組成物は、比較的高レベルの光沢および色の深さを与えることができる。

水性トップコートコーティング系の形成
水性トップコートコーティング系を形成する方法は、組み合わせ、反応、および混合を含む。この方法は、水性トップコートコーティング組成物から形成されたフィルムを基材に塗布することをさらに含む。塗布には、例えば、スプレーコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング、散布、注入、浸漬、含浸、滴下、圧延、およびそれらの組み合わせが含まれ得る。基材が例えばボディパネルである自動車用途の場合、塗布は、水性トップコートコーティング組成物を基材上にスプレーコーティングすることを含み得る。好適なスプレーコーティングの非限定的な例には、圧縮空気スプレー、エアレススプレー、高速回転、静電スプレー塗布、熱風スプレー、およびそれらの組み合わせが含まれ得る。塗布中、基材は静止していてもよく、水性トップコートコーティング組成物を基材に塗布するように構成された塗布装置を動かしてもよい。代替的に、基材、例えばコイルを移動させることができ、塗布装置は基材に対して静止していてもよい。

好適な基材の非限定的な例には、裸鋼、リン酸鋼、亜鉛メッキ鋼、またはアルミニウムなどの金属基材、ならびにプラスチックおよび複合材料などの非メタリック基材が含まれる。基材４４はまた、硬化または未硬化を問わず、電着プライマーコーティング組成物、プライマーサーフェーサー組成物、および／またはベースコートコーティング組成物から形成された層などの別のコーティング組成物から形成された層を含み得る。

例えば、基材は、電着（エレクトロコート）プライマーコーティング組成物から形成された層を含むように前処理され得る。電着プライマーコーティング組成物は、自動車車両のコーティング操作に有用な任意の電着プライマーコーティング組成物であり得る。電着プライマーコーティング組成物は、約１０μｍ～約３５μｍの乾燥膜厚を有し得、約１３５℃～約１９０℃の温度で約１５分～約６０分間ベーキングすることによって硬化可能である。電着プライマーコーティング組成物の非限定的な例は、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｌｏｒｈａｍ Ｐａｒｋ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）からＣａｔｈｏＧｕａｒｄ（登録商標）の商品名で市販されている。

そのような電着プライマーコーティング組成物は、水中または水および有機共溶媒の混合物中に、イオン安定化を有する主フィルム形成エポキシ樹脂、例えば、塩付加アミン基を含む水性分散液またはエマルジョンを含み得る。主フィルム形成樹脂は、加熱時などの特定の条件下で、主フィルム形成樹脂の官能基と反応する架橋剤で乳化して、電着プライマーコーティング組成物から形成された層を硬化させることができる。架橋剤の好適な例には、ブロック化ポリイソシアネートが含まれるが、これに限定されない。電着プライマーコーティング組成物は、１つ以上の顔料、触媒、可塑剤、合体助剤、消泡助剤、流動制御剤、湿潤剤、界面活性剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤化合物、酸化防止剤、および他の添加剤をさらに含み得る。

この方法はまた、フィルムを硬化させて水性トップコートコーティング組成物を形成することを含む。硬化は、例えば、水性トップコートコーティング組成物を乾燥させて、蒸発段階中に溶媒および／または水の少なくとも一部がフィルムから除去することを含み得る。乾燥は、フィルムを約室温～約８０℃の温度で加熱することを含み得る。続いて、フィルムは、例えば、約３０℃～約２００℃、または約７０℃～約１８０℃、または約９０℃～約１６０℃で、約２０分～約１０時間、例えば、比較的低いベーキング温度の場合は約２０分～３０分、比較的高いベーキング温度の場合は約１時間～約１０時間などの、自動車のオリジナル機器メーカーの仕上げのために用いられる条件下でベーキングされ得る。一例では、フィルムは、約９０℃～約１６０℃の温度で約１時間で硬化することができる。

また、塗布直後は硬化しない場合がある。むしろ、硬化には、フィルムを休止または「フラッシュ」させることが含まれる場合がある。すなわち、フィルムは、特定の休止時間または「フラッシュ」期間の後に硬化する可能性がある。休止時間は、水性トップコートコーティング組成物が、例えば、溶媒などの揮発性成分が蒸発するように、水平にし、脱揮することを可能にする。このような休止時間は、フィルムを高温または低湿度に曝すことによって支援または短縮することができる。水性トップコートコーティング組成物の硬化は、強制空気オーブン内でフィルムを加熱すること、またはフィルムに赤外線ランプを照射することを含み得る。

得られる硬化フィルムは、例えば、硬化フィルムの所望の色または連続性に応じて、約５μｍ～約７５μｍ、例えば、約３０μｍ～約６５μｍの厚さを有し得る。さらに、水性トップコートコーティング組成物１４から形成された硬化フィルムは、メタリックおよび／または真珠光沢のある外観を示し得る。

したがって、水性トップコートコーティング系は、基材および水性トップコートコーティング組成物から形成され、基材上に配置された硬化フィルムを含み得る。したがって、この方法はまた、硬化後、硬化フィルムを光分解することなく硬化フィルムを光に曝すことを含み得る。すなわち、不動態化顔料スラリーの第１の層および第２の層は、水性トップコートコーティング組成物から形成された硬化フィルムに、紫外線から、可視光、および／または赤外線の波長への曝露時に優れた光分解保護を提供し得る。

したがって、フォトニック球スラリーまたは分散液は、自動車コーティング組成物の元仕上げおよび再仕上げ用のコーティング組成物、例えば、ベースコートが、フォトニック球のスラリーを使用して製造される少なくとも１つのベースコート、および少なくともベースコート上に配置される少なくとも１つのクリアコートを含むマルチコートコーティング系に使用することができる。

好適なクリアコートコーティング組成物の非限定的な例には、ポリ（メタ）アクリレートポリマー、ポリビニルポリマー、およびポリウレタンが含まれ得る。例えば、クリアコート組成物は、カルバメートおよび／またはヒドロキシル官能性ポリ（メタ）アクリレートポリマーを含み得る。ヒドロキシルおよび／またはカルバメート官能基を有するポリマーを含む実施形態では、架橋剤はアミノプラスト樹脂であり得る。

溶媒ベースコート
特定の実施形態では、コーティング組成物は、１つ以上の有機溶媒を含み得る。好適な溶媒の非限定的な例には、芳香族炭化水素、ケトン、エステル、グリコールエーテル、およびグリコールエーテルのエステルが含まれる。限定するものではないが、具体例としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ｍ－アミルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルおよびエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、キシレン、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、イソブタノール、ｔｅｒｔ－ブタノール、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ－エチルピロリドン、Ａｒｏｍａｔｉｃ １００、Ａｒｏｍａｔｉｃ １５０、ナフタ、ミネラルスピリット、ブチルグリコールなどが含まれる。

コーティング組成物は、任意選択で、ＣＡＢ－３８１－０．１、ＣＡＢ－３８１－２０などの高分子量混合セルロースエステルを含むさらなるレオロジー制御剤を含み得る。ＣＡＢ－５３１－１、ＣＡＢ－５５１－０．０１、およびＣＡＢ－１７１－１５Ｓ（Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ、Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅから入手可能）は、結合剤の総重量に基づいて最大約５重量％、または約０．１～約５重量％、または０．１～５重量％、または約１．５～約４．５重量％の量で含まれ得る。さらなる例には、架橋アクリルポリマー微粒子などのミクロゲルレオロジー制御剤が含まれ、これは、結合剤の総重量の最大約５重量％の量で含まれ得、アクリル酸修飾ポリエチレンワックス（例えば、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ａ－Ｃ（登録商標）パフォーマンス添加剤）、ポリ（エチレン－酢酸ビニル）コポリマー、および酸化ポリエチレンを含むポリエチレンワックスなどのワックスレオロジー制御剤は、結合剤の総重量の最大約２重量％の量で含まれ得、ヒュームドシリカは、結合剤の総重量の最大約１０重量％、または結合剤の総重量に対して約３から約１２重量％の量で含まれ得る。

追加の薬剤、例えば、ヒンダードアミン光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、界面活性剤、安定剤、湿潤剤、接着促進剤などをコーティング組成物に組み込むことができる。そのような添加剤はよく知られており、コーティング組成物に通常使用される量で含まれ得る。

ベースコートおよびモノコートトップコートコーティング組成物に利用され得る特殊効果顔料の非限定的な例には、メタリック、真珠光沢、および色可変効果フレーク顔料が含まれる。メタリック（真珠光沢および色可変を含む）トップコートカラーは、１つ以上の特殊フレーク顔料を使用して生成される。メタリック色は、一般的に、ゴニオアパレント効果を持つ色として定義される。例えば、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）の文書Ｆ２８４は、メタリックを「メタリックフレークを含むゴニオアペアレント材料の外観に関連する」と定義している。メタリックベースコートの色は、アルミニウムフレーク顔料、コーティングされたアルミニウムフレーク顔料、銅フレーク顔料、亜鉛フレーク顔料、ステンレス鋼フレーク顔料、および青銅フレーク顔料などの金属フレーク顔料を使用して、かつ／または二酸化チタンコーティングされた雲母顔料および酸化鉄コーティングされた雲母顔料のような処理された雲母を含む真珠光沢フレーク顔料を使用して生み出すことができ、異なる角度で見たときにコーティングに異なる外観（反射度または色）を与える。金属フレークは、コーンフレークタイプ、レンズ状、または循環抵抗性の場合があり、雲母は、天然、合成、または酸化アルミニウムタイプの場合がある。フレーク顔料は凝集せず、高剪断下で粉砕されない。これは、高剪断がフレークまたはその結晶形態を破壊または曲げ、ゴニオアパレント効果を減少または破壊するためである。フレーク顔料は、低剪断下で撹拌することにより、結合剤成分に十分に分散される。フレーク顔料は、それぞれ、結合剤の総重量に基づいて、約０．０１重量％～約０．３重量％または約０．１重量％～約０．２重量％の量で高固形分コーティング組成物に含まれ得る。

市販のフレーク顔料の非限定的な例には、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎンから入手可能なＰＡＬＩＯＣＲＯＭＥ（登録商標）顔料が含まれる。

ベースコートおよびモノコートトップコートコーティング組成物に利用できる他の好適な顔料および充填剤の非限定的な例には、二酸化チタン、硫酸バリウム、カーボンブラック、黄土、シエナ土、アンバー、ヘマタイト、リモナイト、赤酸化鉄、透明赤酸化鉄、黒酸化鉄、褐色酸化鉄、緑色クロム酸化物、クロム酸ストロンチウム、リン酸亜鉛、ヒュームドシリカなどのシリカ、炭酸カルシウム、タルク、バライト、第二鉄アンモニウム、フェロシアニド（プロシアブルー）、ウルトラマリン、などの無機顔料、ならびに金属化および非金属化アゾレッド、キナクリドンレッドおよびキノリンバイオレット、ペリレンレッド、銅フタロシアニンブルーおよび銅フタロシアニングリーン、カルバゾールバイオレット、モノアリリドおよびジアリリドイエロー、ベンズイミダゾロンイエロー、トリルオレンジ、ナフトールオレンジなどの有機顔料が含まれ得る。顔料は、好ましくは、樹脂またはポリマーに分散されるか、または結合剤樹脂などの顔料分散剤と共に分散される。一般に、顔料および分散樹脂、ポリマー、または分散剤は、顔料凝集体を一次顔料粒子に分解し、顔料粒子の表面を分散樹脂、ポリマー、または分散剤で湿らせるのに十分に高い剪断下で接触させられる。凝集体の分解および一次顔料粒子の湿潤は、顔料の安定性および発色にとって重要である。顔料および充填剤は、コーティング組成物の総重量に基づいて、典型的には最大約４０重量％の量で利用することができる。

特定の実施形態では、開示されたベースコートは、約４０重量％～約５５重量％の不揮発性含有量を有し得、典型的には、試験試料が１１０℃（２３０°Ｆ）で６０分間加熱されるＡＳＴＭ試験方法Ｄ２３６９によって決定される、約４５重量％から約５０重量％の不揮発性含有量を有し得る。

特定の実施形態では、基材は、プライマー層を塗布することによってコーティングされ得、必要に応じてプライマー層を硬化させ、次に、ベースコート層とクリアコート層（通常はウェットオンウェット）を塗布し、塗布した層を硬化させ、必要に応じて、プライマー層がまだ硬化していない場合は、ベースコート層とクリアコート層と共にプライマー層を硬化させるか、次いでモノコートトップコートを塗布し、モノコートトップコートを硬化し、再度、必要に応じて、プライマー層がまだ硬化していない場合は、ベースコート層とクリアコート層と共にプライマー層を硬化させる。硬化温度および硬化時間は、選択した特定の結合剤成分に応じて変化し得るが、我々が説明したように調製された典型的な工業用および自動車用熱硬化性組成物は、約１０５℃～約１７５℃の温度で硬化し得、硬化の長さは、通常約１５分～約６０分である。

コーティング組成物は、スプレーコーティングによって基材上にコーティングすることができる。静電スプレーが好ましい方法である。コーティング組成物は、１回以上のパスで塗布して、所望の厚さの硬化後に膜厚を提供することができ、典型的には、プライマーおよびベースコート層については約１０から約４０ミクロンであり、クリアコートおよびモノコートトップコート層については約２０から約１００ミクロンである。

コーティング組成物は、裸鋼、リン酸鋼、亜鉛メッキ鋼、またはアルミニウムなどの金属基材、ならびにプラスチックおよび複合材料などの非メタリック基材を含む、多くの異なるタイプの基材に塗布することができる。基材はまた、その上に、硬化または未硬化の電着プライマー、プライマーサーフェーサー、および／またはベースコートの層などの別のコーティングの層をすでに有するこれらの材料のいずれかであり得る。

基材は、最初に電着（エレクトロコート）プライマーで下塗りすることができる。電着組成物は、自動車車両のコーティング操作で使用される任意の電着組成物であり得る。エレクトロコート組成物の非限定的な例には、ＣＡＴＨＯＧＵＡＲＤ（登録商標）５００などのＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されているＣＡＴＨＯＧＵＡＲＤ（登録商標）エレクトロコーティング組成物が含まれる。電着コーティング浴は、通常、水中または水および有機共溶媒の混合物中でイオン安定化（例えば、塩付加アミン基）を有する主フィルム形成エポキシ樹脂を含む水性分散液またはエマルジョンを含む。主フィルム形成樹脂と乳化するのは、熱を加えるなどの適切な条件下で主樹脂の官能基と反応し、コーティングを硬化させることができる架橋剤である。架橋剤の好適な例には、ブロック化ポリイソシアネートが含まれるが、これに限定されない。電着コーティング組成物は、通常、１つ以上の顔料、触媒、可塑剤、合体助剤、消泡助剤、流動制御剤、湿潤剤、界面活性剤、ＵＶ吸収剤、ＨＡＬＳ化合物、酸化防止剤、および他の添加剤を含む。

電着コーティング組成物は、好ましくは、１０～３５ミクロンの乾燥膜厚で塗布される。適用後、コーティングされた車体を浴から取り出し、脱イオン水で濯ぐ。コーティングは、適切な条件下で、例えば、約２７５°Ｆ～約３７５°Ｆ（約１３５℃～約１９０℃）で、約１５～約６０分間ベーキングすることによって硬化し得る。

代替の実施形態
特定の実施形態では、本発明で利用されるフォトニック球は、金属酸化物および有機材料を含む。特定の実施形態では、有機材料は、球の約０．１％～約５０％ｗ／ｗの量で存在する。特定の実施形態では、球は、約０．５％～約２５％の有機材料、約１％～約１０％の有機材料、または約２％～約８％の有機材料を含む。

特定の実施形態では、有機材料は、球の細孔内、球の表面上、またはそれらの組み合わせに存在する。

特定の実施形態では、有機材料は、糖類などの前駆体の分解（例えば、燃焼による）から誘導される。

特定の実施形態では、有機材料はカーボンブラックである。

特定の実施形態では、本発明で利用されるフォトニック球は、金属酸化物および遷移金属を含む。特定の実施形態では、金属酸化物に対する遷移金属のモル比は、約２：１未満である。

特定の実施形態では、フォトニック球は、約１：１００～約１：１、約１：５０～約１：２、または約１：５～約１：１０の金属酸化物に対する遷移金属のモル比を有する。

特定の実施形態では、遷移金属は、周期表の第３族～第１２族の遷移金属、周期表の第４族～第１１族の遷移金属、または周期表の第８族～第１０族の遷移金属のうちの１つ以上から選択される。一実施形態では、遷移金属はコバルトである。

特定の実施形態では、本発明で利用されるフォトニック球は、金属酸化物粒子および金属酸化物粒子の外面の少なくとも一部分のシラン官能基を含む。

特定の実施形態では、シラン官能基は、エポキシシラン、アミノシラン、アルキルシラン、アルキルハロシラン、またはそれらの組み合わせである。

特定の実施形態では、シリル官能基は、多孔質金属酸化物のマイクロスフェアをシランカップリング剤と反応させることから誘導される。

特定の実施形態では、シランカップリング剤は、シリコーンに直接または間接的に結合された有機官能基および加水分解性官能基を含む。

特定の実施形態では、加水分解性官能基は、アルコキシ基である。

特定の実施形態では、シリル官能基は、アミノエチルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリメトキシシランまたはそれらの組み合わせである。特定の実施形態は、アクリル官能性樹脂をさらに含むことができる。

特定の実施形態では、アルキルハロシランは、アルキルクロロシランである。他の実施形態では、シラン官能基は、デシルトリクロロシラン、パーフルオロオクチルトリクロロシラン、またはそれらの組み合わせである。

他の実施形態では、シリル官能基は、構造着色剤の細孔への液体媒体の浸透を防止するか、または実質的に防止する。

特定の実施形態では、室温、標準大気、および相対湿度で２４時間貯蔵した後のシラン官能化球の反射スペクトルは、貯蔵前の液体コーティング組成物の１０％以内の波長を有する。

特定の実施形態では、室温、標準大気、および相対湿度で２日、５日、７日、１４日、または２８日間貯蔵した後のシラン官能化球の反射スペクトルは、貯蔵前の液体コーティング組成物の８％、５％、４％、または２％以内の波長を有する。

特定の実施形態は、３８０～４５０ｎｍ、４５１～４９５ｎｍ、４９６～５７０ｎｍ、５７１～５９０ｎｍ、５９１、６２０ｎｍ、および６２１～７５０ｎｍからなる群から選択される、波長範囲を示す。

特定の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、例えば、約０．５μｍ～約１００μｍの平均径、約０．１０～約０．８０の平均多孔度、および約５０ｎｍ～約９９９ｎｍの平均細孔径のうちの１つ以上を有することができる。代替の実施形態では、粒子は、例えば、約１μｍ～約７５μｍの平均径、約０．４５～約０．６５の平均多孔度、および約５０ｎｍ～８００ｎｍの平均細孔径のうちの１つ以上を有することができる。

特定の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、例えば、約１μｍ～約７５μｍ、約２μｍ～約７０μｍ、約３μｍ～約６５μｍ、約４μｍ～約６０μｍ、約５μｍ～約５５μｍまたは約５μｍ～約５０μｍ、例えば、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍ、約１１μｍ、約１２μｍ、約１３μｍ、約１４μｍ、または約１５μｍのいずれか～約１６μｍ、約１７μｍ、約１８μｍ、約１９μｍ、約２０μｍ、約２１μｍ、約２２μｍ、約２３μｍ、約２４μｍまたは約２５μｍのいずれかの平均径を有する。代替の実施形態は、約４．５μｍ、約４．８μｍ、約５．１μｍ、約５．４μｍ、約５．７μｍ、約６．０μｍ、約６．３μｍ、約６．６μｍ、約６．９μｍ、約７．２μｍまたは約７．５μｍのいずれか～平均径約７．８μｍ、約８．１μｍ、約８．４μｍ、約８．７μｍ、約９．０μｍ、約９．３μｍ、約９．６μｍまたは約９．９μｍのいずれかの平均径を有し得る。

他の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、例えば、約０．１０、約０．１２、約０．１４、約０．１６、約０．１８、約０．２０、約０．２２、約０．２４、約０．２６、約０．２８、約０．３０、約０．３２、約０．３４、約０．３６、約０．３８、約０．４０、約０．４２、約０．４４、約０．４６、約０．４８約０．５０、約０．５２、約０．５４、約０．５６、約０．５８または約０．６０のいずれか～約０．６２、約０．６４、約０．６６、約０．６８、約０．７０、約０．７２、約０．７４、約０．７６、約０．７８、約０．８０または約０．９０のいずれかの平均多孔度を有する。代替の実施形態は、約０．４５、約０．４７、約０．４９、約０．５１、約０．５３、約０．５５または約０．５７のいずれか～約０．５９、約０．６１、約０．６３または約０．６５のいずれかの平均多孔度を有し得る。

さらなる実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、例えば、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、８０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１２０ｎｍ、約１４０ｎｍ、約１６０ｎｍ、約１８０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２２０ｎｍ、約２４０ｎｍ、約２６０ｎｍ、約２８０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３２０ｎｍ、約３４０ｎｍ、約３６０ｎｍ、約３８０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４２０ｎｍ、または約４４０ｎｍのいずれか～約４６０ｎｍ、約４８０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５２０ｎｍ、約５４０ｎｍ、約５６０ｎｍ、約５８０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６２０ｎｍ、約６４０ｎｍ、約６６０ｎｍ、約６８０ｎｍ、約７００ｎｍ、約７２０ｎｍ、約７４０ｎｍ、約７６０ｎｍ、約７８０ｎｍまたは約８００ｎｍのいずれかの平均細孔径を有する。代替の実施形態は、約２２０ｎｍ、約２２５ｎｍ、約２３０ｎｍ、約２３５ｎｍ、約２４０ｎｍ、約２４５ｎｍまたは約２５０ｎｍのいずれか～約２５５ｎｍ、約２６０ｎｍ、約２６５ｎｍ、約２７０ｎｍ、約２７５ｎｍ、約２８０ｎｍ、約２８５ｎｍ、約２９０ｎｍ、約２９５ｎｍまたは約３００ｎｍのいずれかの平均細孔径を有し得る。

さらなる実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、例えば、約４．５μｍ、約４．８μｍ、約５．１μｍ、約５．４μｍ、約５．７μｍ、約６．０μｍ、約６．３μｍ、約６．６μｍ、約６．９μｍ、約７．２μｍまたは約７．５μｍのいずれか～約７．８μｍ、約８．１μｍ、約８．４μｍ、約８．７μｍ、約９．０μｍ、約９．３μｍ、約９．６μｍまたは約９．９μｍのいずれかの平均径、約０．４５、約０．４７、約０．４９、約０．５１、約０．５３、約０．５５または約０．５７のいずれか～約０．５９、約０．６１、約０．６３または約０．６５のいずれかの平均多孔度、約２２０ｎｍ、約２２５ｎｍ、約２３０ｎｍ、約２３５ｎｍ、約２４０ｎｍ、約２４５ｎｍまたは約２５０ｎｍのいずれか～約２５５ｎｍ、約２６０ｎｍ、約２６５ｎｍ、約２７０ｎｍ、約２７５ｎｍ、約２８０ｎｍ、約２８５ｎｍ、約２９０ｎｍ、約２９５ｎｍまたは約３００ｎｍのいずれかの平均細孔径を有し得る。

さらなる実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、着色剤の総重量に基づいて、例えば、約６０．０重量％～約９９．９重量％の金属酸化物を有することができる。他の実施形態では、構造着色剤は、着色剤の総重量に基づいて、約０．１重量％～約４０．０重量％の１つ以上の光吸収剤を含む。他の実施形態では、金属酸化物は、構造着色剤のフォトニック球の総重量に基づいて、約６０．０重量％、約６４．０重量％、約６７．０重量％、約７０．０重量％、約７３．０重量％、約７６．０重量％、約７９．０重量％、約８２．０重量％、または約８５．０重量％のいずれか～約８８．０重量％、約９１．０重量％、約９４．０重量％、約９７．０重量％、約９８．０重量％、約９９．０重量％、約９９．９重量％のいずれかの金属酸化物である。

特定の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、ポリマー粒子および金属酸化物の液体分散液を形成することと、分散液の液体の液滴を形成することと、液体の液滴を乾燥させて、ポリマーおよび金属酸化物を含むポリマーテンプレート粒子を提供することと、テンプレート球からポリマーを除去して、金属酸化物粒子を提供することと、を含むプロセスによって調製される。そのような実施形態では、粒子は多孔質および／または単分散であり得る。

他の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、単分散ポリマー粒子の液体分散液を形成することと、単分散ポリマー粒子の少なくとも１つのさらなる液体溶液または分散液を形成することと、溶液または分散液の各々をともに混合することと、混合物の液滴を形成することと、分散液の各々の単分散ポリマー粒子の平均径が異なるときに、液滴を乾燥させて、多分散性のポリマー粒子をもたらすことと、を含むプロセスによって調製される。特定のそのような実施形態では、粒子は多孔質である。

特定の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、液体媒体中にポリマー粒子および金属酸化物の分散液を形成することと、液体媒体を蒸発させて、ポリマー－金属酸化物粒子を得ることと、粒子をか焼して構造着色剤を得ることと、を含むプロセスによって調製される。これらの実施形態では、液体媒体の蒸発は、円錐管またはフォトリソグラフィースライドなどの自己組織化基材の存在下で実施することができる。特定のそのような実施形態では、粒子は多孔質である。

特定の実施形態では、構造着色剤は、例えば、濾過または遠心分離によって回収され得る。

特定の実施形態では、乾燥は、マイクロ波照射、オーブン乾燥、真空下での乾燥、乾燥剤の存在下での乾燥、またはそれらの組み合わせを含む。

液体の液滴を用いた特定の実施形態では、液滴は、マイクロ流体デバイスを用いて形成される。マイクロ流体デバイスは、例えば、約１０μｍ、約１５μｍ、約２０μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約３５μｍ、約４０μｍ、または約４５μｍのいずれか～約５０μｍ、約５５μｍ、約６０μｍ、約６５μｍ、約７０μｍ、約７５μｍ、約８０μｍ、約８５μｍ、約９０μｍ、約９５μｍ、または約１００μｍのいずれかのチャネル幅を有する液滴接合部を含有することができる。

特定の実施形態では、金属酸化物に対するポリマー粒子のｗｔ／ｗｔ比は、約０．５／１から約１０．０／１である。他の実施形態では、ｗｔ／ｗｔ比は、約０．１／１、約０．５／１、約１．０／１、約１．５／１、約２．０／１、約２．５／１または約３．０／１のいずれか～約３．５／１、約４．０／１、約５．０／１、約５．５／１、約６．０／１、約６．５／１、約７．０／１、約８．０／１、約９．０／１、または約１０．０／１のいずれかである。

特定の実施形態では、ポリマー粒子は、約５０ｎｍから約９９０ｎｍの平均径を有する。他の実施形態では、粒子は、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１３０ｎｍ、約１６０ｎｍ、約１９０ｎｍ、約２１０ｎｍ、約２４０ｎｍ、約２７０ｎｍ、平均径約３００ｎｍ、約３３０ｎｍ、約３６０ｎｍ、約３９０ｎｍ、約４１０ｎｍ、約４４０ｎｍ、約４７０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５３０ｎｍ、約５６０ｎｍ、約５９０ｎｍまたは約６２０ｎｍのいずれか～約６５０ｎｍ、約６８０ｎｍ、約７１０ｎｍ、約７４０ｎｍ、約７７０ｎｍ、約８００ｎｍ、約８３０ｎｍ、約８６０ｎｍ、約８９０ｎｍ、約９１０ｎｍ、約９４０ｎｍ、約９７０ｎｍまたは約９９０ｎｍのいずれかの平均径を有する。

特定の実施形態では、ポリマーは、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリ（メタ）アクリレート、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリアクリロニトリル、それらの誘導体、それらの塩、それらのコポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。ポリスチレンは、例えば、ポリスチレン／アクリル酸、ポリスチレン／ポリ（エチレングリコール）メタクリレート、またはポリスチレン／スチレンスルホネートなどのポリスチレンコポリマーであり得る。

特定の実施形態では、金属酸化物は、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア、セリア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化クロム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。

特定の実施形態では、テンプレートマイクロスフェアからポリマー球を除去することは、か焼、熱分解、または溶媒除去を含む。テンプレート球のか焼は、例えば、約３００℃～約８００℃の温度で、約１時間～約８時間の期間であり得る。

本明細書に開示される特定の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、ポリマー犠牲テンプレートを使用して調製され得る金属酸化物粒子であり得る。一実施形態では、ポリマー粒子および金属酸化物を含む水性コロイド分散液が調製され、ポリマー粒子は、例えば、ナノスケールである。水性コロイド分散液は、例えばマイクロ流体デバイス内で連続油相と混合されて、油中水型エマルジョンを生成する。エマルジョンの水滴は、調製され、収集され、乾燥されて、ポリマー粒子（例えば、ナノ粒子）および金属酸化物を含有する粒子（例えば、球）を形成する。代替的に、粒子は蒸発によって調製することができる。次いで、ポリマー粒子または球は、例えば、か焼を介して除去されて、例えば、マイクロメートルスケールであり、例えば、ナノスケールの細孔を有する高度の多孔度を含有する金属酸化物粒子または球を提供する。ポリマー粒子が球形かつ単分散である結果として、粒子は均一な細孔径を含み得る。ポリマー粒子の除去は、「逆構造」または逆オパールを形成する。か焼前の粒子は、「直接構造」または直接オパールと見なされる。

特定の実施形態における構造着色剤のフォトニック球は、多孔質であり、有利には、焼結することができ、熱的および機械的に安定な連続的な固体構造をもたらす。

いくつかの実施形態では、液滴の形成および収集は、マイクロ流体デバイス内で発生する。マイクロ流体デバイスは、例えば、収集リザーバに接続された均一なサイズの液滴を生成するように適合されたマイクロメートルスケールの液滴接合部を有する狭チャネルデバイスである。例えば、マイクロ流体デバイスは、約１０μｍ～約１００μｍのチャネル幅を有する液滴接合部を含有する。デバイスは、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から作製され、例えば、ソフトリソグラフィを介して調製され得る。エマルジョンは、エマルジョン液滴を提供するために混合が発生するデバイスに、水性分散相および油連続相を指定された速度でポンプ輸送することを介してデバイス内で調製され得る。代替的に、水中油型エマルジョンが、用いられてもよい。

好適なテンプレートポリマーには、熱可塑性ポリマーが含まれる。例えば、テンプレートポリマーは、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリ（メタ）アクリレート、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリアクリロニトリル、ポリビニルエーテル、その誘導体、それらの塩、それらのコポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。例えば、ポリマーは、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリ（ｎ－ブチルメタクリレート）、ポリスチレン、ポリ（クロロ－スチレン）、ポリ（アルファ－メチルスチレン）、ポリ（Ｎ－メチロールアクリルアミド）、スチレン／メチルメタクリレートコポリマー、ポリアルキル化アクリレート、ポリヒドロキシルアクリレート、ポリアミノアクリレート、ポリシアノアクリレート、ポリフッ素化アクリレート、ポリ（Ｎ－メチロールアクリルアミド）、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、メチルメタクリレート／エチルアクリレート／アクリル酸コポリマー、スチレン／メチルメタクリレート／アクリル酸コポリマー、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリビニルカプロラクトン、ポリビニルカプロラクタム、それらの誘導体、それらの塩、およびそれらの組み合わせ。からなる群から選択される。

特定の実施形態では、ポリマーテンプレートは、ポリスチレンおよびポリスチレンコポリマーを含むポリスチレンを含む。ポリスチレンコポリマーには、水溶性モノマー、例えばポリスチレン／アクリル酸、ポリスチレン／ポリ（エチレングリコール）メタクリレート、およびポリスチレン／スチレンスルホネートとのコポリマーが含まれる。

本金属酸化物には、遷移金属、メタロイド、および希土類の酸化物、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア、セリア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化クロム、混合金属酸化物、それらの組み合わせ等が含まれる。

金属酸化物に対するポリマーナノ粒子のｗｔ／ｗｔ（重量／重量）比は、例えば、約０．１／１～約１０．０／１、または約０．５／１～約１０．０／１である。

連続油相は、例えば、有機溶媒、シリコーン油、またはフッ素化油を含む。本発明によれば、「油」は、水と混和しない有機相を意味する。有機溶媒は、炭化水素、例えば、ヘプタン、ヘキサン、トルエン、キシレンなど、ならびに、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルカノールを含む。

エマルジョン液滴は、収集され、乾燥され、ポリマーは、除去される。乾燥は、例えば、マイクロ波照射を介して、熱オーブン内で、真空下で、乾燥剤の存在下で、またはそれらの組み合わせで実施される。

ポリマーの除去は、例えば、か焼、熱分解、または溶媒を用いて（溶媒除去）実施することができる。いくつかの実施形態では、か焼は、少なくとも約２００℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約１０００℃、約２００℃～約１２００℃、または約２００℃～約７００℃の温度で実施される。か焼は、好適な期間、例えば、約０．１時間～約１２時間、または約１時間～約８．０時間であり得る。他の実施形態では、か焼は、少なくとも約０．１時間、少なくとも約１時間、少なくとも約５時間、または少なくとも約１０時間であり得る。他の実施形態では、か焼は、約２００℃、約３５０℃、約４００℃、４５０℃、約５００℃または約５５０℃のいずれか～約６００℃、約６５０℃、約７００℃、または約１２００℃のいずれか、約０、１ｈ（時間）、１ｈ、約１．５ｈ、約２．０ｈ、約２．５ｈ、約３．０ｈ、約３．５ｈ、約４．０ｈ、約４．５ｈ、約５．０ｈ、約５．５ｈ、約６．０ｈ、約６．５ｈ、約７．０ｈ、約７．５ｈ、約８．０ｈ、または約１２ｈのいずれかの期間であり得る。

代替的に、ポリマー粒子および金属酸化物を含む液体分散液は、油分散相および連続水相で形成されて、水中油型エマルジョンを形成する。油滴は、水滴と同様に収集および乾燥され得る。

構造着色剤のフォトニック球は、例えば、約０．５マイクロメートル（μｍ）～約１００μｍの平均径を有するマイクロメートルスケールであり得る。テンプレートとして用いられるポリマー粒子はまた、球形、かつナノスケールであり得、例えば、約５０ｎｍ～約９９９ｎｍの平均径を有する単分散である。ポリマー粒子はまた、単分散粒子の混合物であることによって多分散であり得る。使用される金属酸化物はまた、ナノスケールであり得る粒子形態であり得る。

分散液の金属酸化物は、金属酸化物として提供され得るか、または、例えば、ゾルゲル技術を介して、金属酸化物前駆体から提供され得る。

ポリマー／金属酸化物粒子の乾燥とそれに続くポリマーの除去は、均一な空隙（細孔）を有する粒子を提供する。概して、本プロセスでは、各液滴は、単一の粒子を提供する。細孔径は、ポリマー粒子のサイズに依存する。ポリマーの除去時にいくらかの圧縮が起こり得、元のポリマーの粒子サイズよりもいくらか小さい、例えば、ポリマーの粒子サイズよりも約１０％から約４０％小さい細孔サイズを提供することができる。細孔径は均一であり、ポリマー粒子の形状とサイズも均一である。

いくつかの実施形態では、細孔径は、約５０ｎｍ～約９９９ｎｍの範囲であり得る。

本金属酸化物粒子の平均多孔度は、比較的高く、例えば、約０．１０または約０．３０～約０．８０または約０．９０であり得る。粒子の平均多孔度は、粒子全体の体積の一部としての総細孔容積を意味する。平均多孔度は「体積分率」と呼ばれることがある。

いくつかの実施形態では、多孔質構造着色剤のフォトニック球は、多孔度が、概して、粒子（例えば、球）の外面に向かっている固体コア（中心）を有し得る。他の実施形態では、多孔質粒子は、多孔度の大部分が粒子（例えば、球）の内部に向かっている中空コアを有し得る。他の実施形態では、多孔度は、粒子の体積全体に分布し得る。他の実施形態では、多孔度は、粒子の外面に向かってより高い多孔度を有し、中心に向かってより低いまたは全く多孔度（固体）を有さない勾配として存在し得、または、外面に向かって多孔度が低く、中心に向かって多孔度が高いまたは完全（中空）である。

任意の多孔質球形粒子の場合、平均球径は、平均細孔径よりも大きく、例えば、平均球径は、平均細孔径より少なくとも約２５倍、少なくとも約３０倍、少なくとも約３５倍、または少なくとも約４０倍大きい。

いくつかの実施形態では、シランカップリング剤との混合前の平均細孔径に対する平均球径の比は、例えば、約４０／１、約５０／１、約６０／１、約７０／１、約８０／１、約９０／１、約１００／１、約１１０／１、約１２０／１、約１３０／１、約１４０／１、約１５０／１、約１６０／１、約１７０／１、約１８０／１、または約１９０／１のいずれか～約２００／１、約２１０／１、約２２０／１、約２３０／１、約２４０／１、約２５０／１、約２６０／１、約２７０／１、約２８０／１、約２９０／１、約３００／１、約３１０／１、約３２０／１、約３３０／１、約３４０／１、または約３５０／１のいずれかである。

単分散ポリマー粒子を含むポリマーテンプレート粒子は、ポリマーが除去されるときに、概して、同様の細孔径を有する細孔を有する金属酸化マイクロスフェアを提供し得る。他の実施形態では、粒子の平均径が異なる多分散ポリマー粒子を使用することができる。

単分散ポリマー粒子の２つ以上の集団を含むポリマー粒子も開示され、単分散ポリマー粒子の各集団は、異なる平均径を有する。

特定の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、主に金属酸化物を含み、すなわち、それらは、本質的に金属酸化物からなるか、または金属酸化物からなり得る。有利なことに、粒子のバルク試料は、ヒトの目で観察可能な色を示す。光吸収剤も粒子中に存在する可能性があり、それはより飽和した観察可能な色を提供し得る。吸収剤には、無機および有機顔料、例えばカーボンブラックなどの広帯域吸収剤が含まれる。吸収体は、例えば、粒子および吸収体を一緒に物理的に混合することによって、または乾燥される液滴に吸収体を含めることによって加えることができる。カーボンブラックの場合、制御されたか焼を使用して、ポリマー分解からその場でカーボンブラックを生成することができる。本粒子は、光吸収剤を添加しないと観察可能な色を示さない可能性があり、光吸収剤を添加すると観察可能な色を示す。

本発明で利用される構造着色剤のフォトニック球は、角度依存性色または角度非依存性色を示し得る。「角度依存」色とは、観察される色が試料への入射光の角度または観察者と試料との間の角度に依存することを意味する。「角度に依存しない」色とは、観察される色が、試料への入射光の角度または観察者と試料の間の角度に実質的に依存しないことを意味する。

角度依存性色は、例えば、単分散ポリマー球を使用することで得られ得る。角度依存性色はまた、ポリマーテンプレート球を提供するための液体の液滴を乾燥させるステップがゆっくりと実施され、ポリマー球が順序付けられることを可能にするときに得られ得る。角度非依存性色は、液体の液滴を乾燥させるステップが迅速に実行され、ポリマー球が順序付けられることを可能にしないときに得られ得る。

特定の実施形態では、構造着色剤のフォトニック球は、粒子の総重量に基づいて、約６０．０重量％（重量パーセント）～約９９．９重量％の金属酸化物、および約０．１重量％～約４０．０重量％の１つ以上の光吸収剤を含み得る。他の実施形態では、光吸収剤は、粒子の総重量に基づいて、約０．１重量％～約４０重量％の１つ以上の光吸収剤、例えば、約０．１重量％、約０．３重量％、約０．５重量％、約０．７重量％、約０．９重量％、約１．０重量％、約１．５重量％、約２．０重量％、約２．５重量％、約５．０重量％、約７．５重量％、約１０．０重量％、約１３．０重量％、約１７．０重量％、約２０．０重量％、または約２２．０重量％のいずれか～約２４．０重量％、約２７．０重量％、約２９．０重量％、約３１．０重量％、約３３．０重量％、約３５．０重量％、約３７．０重量％、約３９．０重量％、または約４０．０重量％のいずれかの１つ以上の光吸収剤であり得る。

本発明によれば、粒子サイズは粒子直径と同義であり、例えば、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）によって決定される。平均粒子サイズはＤ５０と同義であり、つまり、母集団の半分はこれより上に、半分はこれより下に存在する。粒子サイズは一次粒子を指す。粒子サイズは、分散系または乾燥粉末を使用して、レーザー光散乱法で測定し得る。

水銀ポロシメトリー分析は、粒子の多孔度を特徴づけるために使用できる。水銀ポロシメトリーは、水銀に浸された試料に制御された圧力を印加する。水銀が材料の空隙／細孔に浸透するために外圧が印加される。空隙／細孔に侵入するのに必要な圧力の量は、空隙／細孔のサイズに反比例する。水銀ポロシメータは、ウォッシュバーン方程式を使用して機器によって生成された圧力対侵入データから、体積および細孔サイズの分布を生成する。例えば、平均サイズが１６５ｎｍの空隙／細孔を含む多孔質シリカ粒子は、平均多孔度が０．８である。

「バルク試料」という用語は、粒子の集団を意味する。例えば、粒子のバルク試料は、単に粒子のバルク集団であり、例えば、≧０．１ｍｇ、≧０．２ｍｇ、≧０．３ｍｇ、≧０．４ｍｇ、≧０．５ｍｇ、≧０．７ｍｇ、≧１．０ｍｇ、≧２．５ｍｇ、 ≧５．０ｍｇ、≧１０．０ｍｇ、または≧２５．０ｍｇである。粒子のバルク試料は、他の成分を実質的に含まない場合がある。

「ヒトの目で観察できる色を示す」という表現は、平均的な人間が色を観察することを意味する。これは、任意の表面積にわたって分布する任意のバルク試料について、例えば、約１ｃｍ^２、約２ｃｍ^２、約３ｃｍ^２、約４ｃｍ^２、約５ｃｍ^２または約６ｃｍ^２のいずれか～約７ｃｍ^２、約８ｃｍ^２、約９ｃｍ^２、約１０ｃｍ^２、約１１ｃｍ^２、約１２ｃｍ^２、約１３ｃｍ^２、約１４ｃｍ^２または約１５ｃｍ^２のいずれかの任意の表面積に渡って分布するバルク試料に対してである。また、ＣＩＥ １９３１ ２°標準オブザーバーおよび／またはＣＩＥ １９６４ １０°標準オブザーバーによって観測可能であることを意味する場合もある。色観察の背景は、任意の背景、例えば、白背景、黒背景、または白と黒の間の任意の暗い背景であり得る。

「の（ｏｆ）」という用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を意味する場合があり、例えば、「の液体分散液（ａ ｌｉｑｕｉｄ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｆ）」は、「含む液体分散液（ａ ｌｉｑｕｉｄ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」として解釈され得る。

本明細書で言及される「マイクロスフェア」、「ナノスフェア」、「液滴」などの用語は、例えば、それらの複数、それらの集合、それらの集団、それらの試料、またはそれらのバルク試料を意味し得る。

「マイクロ」または「マイクロスケール」という用語は、約０．５μｍ～約９９９μｍを意味する。「ナノ」または「ナノスケール」という用語は、約１ｎｍ～約９９９ｎｍを意味する。

粒子の集団に関する「単分散」という用語は、一般に均一な形状および一般に均一な直径を有する粒子を意味する。例えば、粒子の本単分散集団は、集団の平均径の±７％、±６％、±５％、±４％、±３％、±２％または±１％以内の直径を有する９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％または９９％の数の粒子を有し得る。

ポリマー粒子の単分散集団の除去は、平均細孔径を有する対応する細孔の集団を有する多孔質金属酸化物粒子を提供する。

「他の成分を実質的に含まない」という用語は、例えば、≦５重量％、≦４重量％、≦３重量％、≦２重量％、≦１重量％、または≦０．５重量％の他の成分を含有することを意味する。

本明細書における冠詞「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は、文法的目的語の１つまたは２つ以上（例えば、少なくとも１つ）を指す。本明細書に引用される範囲はすべて、包括的である。全体を通して使用される「約」という用語は、小さな変動を表現し、説明するために使用される。例えば、「約」は、数値が±５％、±４％、±３％、±２％、±１％、±０．５％、±０．４％、±０．３％、±０．２％、±０．１％、または±０．０５％変更されることを意味する。すべての数値は、明示的に示されているかどうかに関係なく、「約」という用語で修飾される。「約」という用語によって変更された数値には、特定の識別された値が含まれる。例えば、「約５．０」は、５．０を含む。

本明細書において議論される米国特許、米国特許出願、および公開米国特許出願は、参照により組み込まれる。

特に明記しない限り、全ての部およびパーセントは、重量による。特に明記しない限り、重量パーセント（重量％）は、揮発性物質を含まない組成物全体、つまり乾燥固形分に基づく。

例示的実施例
以下の実施例は、開示された実施形態を理解するのを助けるために記載されており、本明細書に記載され、特許請求される実施形態を具体的に限定するものとして解釈されるべきではない。当業者の範囲内である、現在知られているまたは後に開発される全ての均等物の置換を含む、実施形態のそのような変形、および処方の変更または実験計画のわずかな変更は、本明細書に組み込まれる実施形態の範囲内であると解釈されるべきである。

実施例１：多孔質シリカマイクロスフェア
スチレン／アクリル酸コポリマーは、次のように調製される：２３０ｍＬの脱イオン（ＤＩ）水を、温度計、コンデンサ、磁気攪拌、窒素雰囲気を備えた３つ口反応フラスコに添加する。水を、８０℃に加熱し、撹拌しながら１０ｇのスチレンを添加し、続いてシリンジを介して１０ｍＬのＤＩ水中に溶解した１００ｍｇのアクリル酸を添加する。１００ｍｇの過硫酸アンモニウムを、１０ｍＬのＤＩ水中に溶解し、シリンジを介して攪拌混合物に添加する。反応混合物を、８０℃で２４時間撹拌する。ポリマーコロイド分散液を、室温まで冷却し、遠心分離を介して精製して、２５０ｎｍの平均粒子サイズを有するポリスチレンナノスフェアを生成する。

水性ポリスチレンコロイド分散液を、脱イオン水で１重量％に希釈し、１重量％のシリカナノ粒子を、添加し、混合物を、超音波処理して粒子の凝集を紡糸する。連続油相は、フッ素化油中に０．１重量％のポリエチレングリコール／ペルフルオロポリエーテル界面活性剤を含有する。水性コロイド分散液および油は、各々ポンプと関連付けられたシリンジを介して、５０μｍの液滴接合部を有するマイクロ流体デバイスに注入される。システムは、単分散液滴が生成されるまで、平衡化させることを可能にする。単分散液滴は、リザーバ内に収集される。

収集された液滴は、４５℃のオーブンにおいて、４時間乾燥されて、単分散ポリマーテンプレートマイクロスフェアを提供する。ポリマーテンプレートマイクロスフェアは、シリコンウェーハ上に設置すること、室温から５００℃まで３時間を超えて加熱すること、５００℃で２時間保持すること、および室温に戻るまで３時間を超えて冷却すること、によってか焼される。１５マイクロメートルの平均直径を有する単分散シリカマイクロスフェアが提供される。

実施例２：コーティング組成物
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、および図２Ｂは、２つのデータセットを含有し、一方は緩和曲線であり、他方は黒の空気乾燥塗料と１：１の比で混合された本発明のフォトニック球に関するＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値で計算されるような色「空間」の数学的記述である。後者は、それ自体がＬ値と関連し、０～１００のスケールは、色がどれだけ明るいか、またはどれだけ暗いかを説明する。数値が大きいほど、色は明るい（例えば、純粋な明るい白は１００になる）。ａ^＊値は、赤－緑軸に色相がどのように表れるかを定義する。数が負であるほど、より緑になる。同様に、ｂ^＊スケールは黄色－青色を定義し、数が正であるほど、より黄になる。色は極座標を使用して定義することもできる。飽和度Ｃ^＊は、色の鮮やかさを示す。原点から離れるほど、色が鮮やかになる。色相角ｈは、色の実際の色相を表している。鏡面反射（反射のような鏡）には、ゼロ角度の値が割り当てられる。色は、鏡面反射から１５、２５、４５、７５、および１１０度離れた場所でも定量化される。１５度と２５度の角度は、「フェース」または「フラッシュ」角度と呼ばれることが多く、７５度および１１０度は「フロップ」角度と呼ばれる。

図１Ａおよび図１Ｂは、自動車産業において使用される典型的なフレーク顔料を対象とする。顔料は、二酸化チタンでコーティングされた雲母で、半透明な無着色の雲母フレーク上にチタニアの薄層が堆積する。結果として得られる色は、チタニアの所与の厚さの関数である。対照は、チタニアの厚さを有し、反射角に近いところで青色になるが、一方でいくつかの光は、フレークを透過し、黄色になる。このことに使用される用語は、「ハイライトブルー干渉雲母」であり、なぜなら、これは、視聴者に反射する青色を有し、光波の選択的な建設的干渉から生じる色の特性を有する、チタニアと塗料媒体の屈折率における差から生じる光干渉によって生成されるためである。図１ＡのＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値は、フェース角度で明るく飽和した色を示す。１５～１１０度の角度で、ｂ^＊値において有意な差がある。強い負の数は、青色を示し、フロップ角度において急激に青色が少なくなる。これはまた、明度Ｌ^＊および飽和度Ｃ^＊の数値でも明らかである。

図１Ｂは、色のスペクトル「特徴」を示しており、４００ｎｍ～７００ｎｍの可視波長の光における光の反射率を示す。異なる破線は、異なる表示角度における色を表す（角度が増加するにつれて全体的な強度が減少する）。この製品は、１５度の青色領域において強い反射を示す。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の実施形態／実施例に従って調製された、フォトニックマイクロスフェアの色彩特性を比較する。反射率曲線（図２Ｂの実線）は、対照と比較して非常に異なる特性を示し、Ｌ^＊値が有意に変化せず、図２ＡのＣ^＊列の飽和も変化しないことを実証する。しかしながら、色相角度ｈは、有意に変化する。この場合、色相の遷移が実証されるが、図２Ｂの特徴において実証されるように、本発明の着色剤と雲母の挙動は完全に異なる。

前述の説明では、本開示の実施形態の完全な理解を促すために、特定の材料、寸法、プロセスパラメータ等の様々な点で特定の詳細が示されている。特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つ以上の実施形態において任意の好適な様式で組み合わせることができる。本明細書で使用される「例」または「例示的」という語は、例、実例、または例示として機能することを意味する。本明細書において「例」または「例示的」と記載される任意の態様または設計は、必ずしも他の態様または設計より好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。むしろ、「例」または「例示的」という語の使用は、概念を具体的な形で提示することを意図している。

本出願で使用される場合、「または」という用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」を意味することが意図されている。すなわち、別途指定がない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸがＡまたはＢを含む」という文脈は、自然な包括的組み合わせのいずれかを意味することが意図されている。つまり、ＸがＡを含み、ＸがＢを含み、またはＸがＡとＢの両方を含む場合、「ＸがＡまたはＢを含む」は、上記の例のいずれにおいても満たされる。加えて、本出願および添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、特に明記しない限り、または単数形に関する文脈から明らかでない限り、「１つ以上」を意味すると一般に解釈されるべきである。

本明細書全体を通して「ある実施形態」、「特定の実施形態」、または「一実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な場所での「ある実施形態」、「特定の実施形態」、または「一実施形態」という句の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を指しているとは限らず、そのような言及は「少なくとも１つ」を意味する。

上記の説明は例示を意図したものであり、限定を意図したものではないことを理解されたい。上記の説明を読んで理解すると、当業者においては他の多くの実施形態が自明となるであろう。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲と共に決定されるべきである。

Claims (45)

1. （ｉ）溶媒と、（ｉｉ）樹脂結合剤と、（ｉｉｉ）フォトニック球を含む構造着色剤と、を含む、コーティング組成物。
2. 前記フォトニック球が、直接フォトニック球または逆フォトニック球である、請求項１に記載のコーティング組成物。
3. 前記構造着色剤が、角度依存性色または角度非依存性色を示す、請求項１または請求項２に記載のコーティング組成物。
4. 樹脂結合剤に対する構造着色剤の比が、約１：１００～約５０：１００、約５：１００～約２５：１００、約１０：１００～約２０：１００、または約１５：１００である、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
5. 前記構造着色剤が、金属酸化物を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
6. 前記金属酸化物が、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア、セリア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化クロム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項５に記載のコーティング組成物。
7. 前記金属酸化物が、シリカ、チタニア、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項６に記載のコーティング組成物。
8. 約１μｍ～約７５μｍの平均径を有するフォトニック球を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
9. 約５０ｎｍ～約８００ｎｍの平均細孔径を有するフォトニック球を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
10. 約０．４５～約０．６５の平均多孔度を有するフォトニック球を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
11. 前記構造着色剤が、解凝集される、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
12. 前記構造着色剤が、超音波処理によって解凝集される、請求項１１に記載のコーティング組成物。
13. 前記構造着色剤の外表面の少なくとも一部がシラン官能基を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
14. 前記構造着色剤が遷移金属イオンを含む、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
15. 前記構造着色剤がカーボンブラックを含む、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
16. 約５～約２０、約８～約１８、または約１０～約１５のゼータ電位（ｍＶ）を有する、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
17. 約０～約－１００、約－１０～約－５０、約－１５～約－４５、または約－４０の強度を有する、先行請求項のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
18. 先行請求項のいずれか一項に記載の組成物から誘導される、コーティング。
19. （ｉ）樹脂結合剤と、（ｉｉ）フォトニック球を含む構造着色剤と、を含む、着色剤層を含む、コーティング。
20. 下地コートをさらに含み、前記着色剤層が前記下地コートの上に成層される、請求項１９に記載のコーティング。
21. 前記下地コートが黒色である、請求項２０に記載のコーティング。
22. クリアコート層をさらに含み、前記クリアコートが前記着色剤層の上に成層される、請求項１９または２０に記載のコーティング。
23. （ｉ）下地層と前記着色剤層との間、（ｉｉ）前記着色剤層と前記クリアコート層との間、（ｉｉｉ）前記クリアコート層の上、（ｉｖ）前記下地層の下、またはそれらの組み合わせに、１つ以上の追加の層をさらに含む、請求項２２に記載のコーティング。
24. 約５０％を超えて、約３５％を超えて、または約２５％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＬ^＊値を示す、請求項１９～２３のいずれか一項に記載のコーティング。
25. 約５０％を超えて、約３５％を超えて、または約２５％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のＣ^＊値を示す、請求項１９～２４に記載のコーティング。
26. 約７５％を超えて、約５０％を超えて、約２５％を超えて、または約１０％を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のｈ値を示す、請求項１９～２５のいずれか一項に記載のコーティング。
27. 約１０単位を超えて、約５単位を超えて、または約２単位を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のａ^＊値を示す、請求項１９～２６のいずれか一項に記載のコーティング。
28. 約２５単位を超えて、約１５単位を超えて、または約１０単位を超えて変化しない、鏡面反射から１５度の角度～１１０度の角度のｂ^＊値を示す、請求項１９～２７のいずれか一項に記載のコーティング。
29. 請求項１９～２８のいずれか一項に記載の基材およびコーティングを含む、製品。
30. 前記基材が自動車部品である、請求項２９に記載の製品。
31. 前記自動車部品が外部パネルまたは内部部品である、請求項３０に記載の製品。
32. 溶媒、樹脂結合剤、およびフォトニック球を含む構造着色剤を混合して、請求項１～１７のいずれか一項に記載のコーティング組成物を得ることを含む、コーティング組成物を調製する方法。
33. 前記溶媒および前記構造着色剤を混合し、その後、前記樹脂結合剤を添加することを含む、請求項３２に記載の方法。
34. 前記構造着色剤を解凝集することをさらに含む、請求項３２または３３に記載の方法。
35. 前記解凝集が、前記樹脂結合剤を添加する前にある、請求項３４に記載の方法。
36. 前記解凝集が超音波処理によるものである、請求項３４または３５に記載の方法。
37. 請求項１～１７のいずれか一項に記載のコーティング組成物を基材上に成層することを含む、基材をコーティングする方法。
38. 所定の色標準を達成するために前記構造着色剤の寸法を選択することをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
39. 前記標準が前記構造着色剤によって以前に達成されている、請求項３８に記載の方法。
40. 前記標準が化学着色剤によって達成される色に基づく、請求項３８に記載の方法。
41. 前記寸法が、直径、細孔径、および多孔度のうちの１つ以上である、請求項３８～４０のいずれか一項に記載の方法。
42. 前記基材が自動車部品である、請求項３８～４１のいずれか一項に記載の方法。
43. 前記自動車部品が外部パネルまたは内部部品である、請求項４２に記載の方法。
44. 標準色が、３８０～４５０ｎｍ、４５０～４８５ｎｍ、４８５～５００ｎｍ、５００～５６５ｎｍ、５６５～５９０ｎｍ、５９０～６２５ｎｍ、または６２５～７０４ｎｍの波長を有する、請求項３８～４３のいずれか一項に記載の方法。
45. 前記成層された基材の色が、分光光度法測定に基づく前記標準と同じまたは実質的に同じである、請求項３８～４４のいずれか一項に記載の方法。

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