JP3829019B2

JP3829019B2 - Luminescent multilayer coating powder

Info

Publication number: JP3829019B2
Application number: JP28134498A
Authority: JP
Inventors: 貴史新子; 希宜星野; 勝人中塚
Original assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Current assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2018-10-02
Also published as: JP2000109902A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄光性多層膜被覆粉体に関し、詳しくは基体粒子表面に多層膜を有し、蓄光性を有するカラー印刷、塗工等のインキ、顔料、塗料として有用な蓄光性多層膜被覆粉体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体の表面を他の物質の膜で被覆することにより、その粉体の性質を改善したり、その性質に多様性を与えることが知られ、従来そのための方法として種々の手段が提案されている。
例えば、物体の表面に保護や装飾のために膜を形成する被覆技術には、塗着法、沈着法、スパッタリング、真空蒸着法、電着法や陽極酸化法等多くの手段が知られている。しかし、塗着法や沈着法では膜の厚みを均一にすることが困難であり、スパッタリングや真空蒸着法では膜厚の厚い被膜を得ることが困難である。また、電着法や陽極酸化法は被処理物を電極とする関係上粉体の処理には向かないという問題点を有している。
種々の技術分野における進歩に伴い、特異な性質を備えた粉体、特に金属粉体或は金属化合物粉体を求める要望が増しており、粉体、特に金属粉体または金属化合物粉体だけが備える性質の他に別の性質を合わせ持ち、複合した機能を有する粉体が求められている。これらの粉体を製造するには、基体粒子の上に均一な厚さの金属酸化物膜等を複数層設けることが考えられた。
【０００３】
上記のような新しい要求に応えられる複合した性質を有し、複合した機能を果たし得る粉体、特に金属または金属化合物粉体を提供するための金属酸化物の形成方法の有用なものとして、先に、本発明者らは、金属粉体又は金属酸化物粉体を金属アルコキシド溶液中に分散し、該金属アルコキシドを加水分解することにより、金属酸化物の皮膜を形成し、金属または金属化合物の基体の表面に、均一な０．０１〜２０μｍの厚みの、前記基体を構成する金属とは異種の金属を成分とする金属酸化物膜を有する粉体を発明した（特開平６ー２２８６０４号公報）。
【０００４】
この粉体において、前記の金属酸化物膜を複数層設ける場合には、前記膜の各層の厚さを調整することにより特別の機能を与えることができるものであって、例えば、基体の表面に、屈折率の異なる被覆膜を、光の４分の１波長に相当する厚さで設けるようにすると、光はすべて反射される。この手段を鉄、コバルト、ニッケルなどの金属粉末或は金属の合金粉末、或いは窒化鉄の粉末などの磁性体を基体とするものに適用すると、光を全反射して白色に輝く磁性トナー用磁性粉体を得ることができる。さらに、その粉体の上に着色層を設け、その上に樹脂層を設ければ、カラー磁性トナーが得られることを開示している（特開平７ー９０３１０号公報）。
【０００５】
また、本発明者らは多層膜の物質の組み合わせおよび膜厚を制御することにより、多層膜の反射光干渉波形を調整できることを見出し、染料や顔料を用いずとも、長期保存においても安定な色調を有する多層膜被覆粉体を提供することを開示した（ＷＯ９６／２８２６９）。
【０００６】
前記したように、本発明者らは金属粉体又は金属化合物粉体の表面に金属酸化物や金属の被膜を形成して、基体になる金属又は金属化合物粉体が備えている性質の他に別の性質を付与して機能性の高い金属又は金属化合物粉体を開発することに努めてきた。
近年需要が伸びているギフト券やチケットカードなどのカラー印刷やカラー磁気印刷の場合には、着色の優美さに加えて、目視や磁気読み取りのほかに偽造防止のための特殊な機能が求められている。この動向に対応して、上記の多層膜の反射光干渉波形を調整することにより、染料や顔料を用いずとも青、緑、黄色などの美麗で安定な色調のインキとなり、しかも、可視光域以外にも干渉反射ピークを有するため、紫外線や赤外線による反射光を用いた読み取り機と組み合せることで、目視や磁気読み取り以外の新たな方式によって印刷物の偽造防止性能を更に高めることができる機能をも有するカラーインキ組成物を提供した（特開平１０ー６０３５０号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のカラーインキ組成物においては、紫外線や赤外線による反射光を用いた読み取り機と組み合せることで、真偽を判別するため、検査機器が必要である。容易に真偽を判別できることが、機能的に必須であり、改良の余地があった。
従って、本発明の目的は、これらの問題点を解決し、染料や顔料を加えずとも、青、緑、黄色などの単色の美麗で安定な色調のカラーインキの色材として用いることができ、しかも検査機器を用いずに、例えば、室内で蛍光灯あるいは赤外線ランプのような光源を照射するなどの簡便な方式によって印刷物等の偽造防止性能を更に高めることができる機能をも有する蓄光性多層膜被覆粉体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究を進めた結果、粉体表面に屈折率の異なる多層の薄膜を形成し多層膜の反射光干渉波形を調整すること、およびその多層膜の少なくとも一層にその色とは異なる、蓄光を発する顔料を含有させることにより、染料や顔料を用いずとも青、緑、黄色などの美麗で安定な色調のインキとなり、しかも同時に蓄光の有無による印刷物の識別で偽造防止が可能となることを見い出し、本発明を完成するに至った。
また、上記粉体の基体として強誘電体や導電体など様々な性質を有するものを活用することができ、基体として磁性体を使用した場合でも、該多層膜被覆粉体が磁性を損なわずに鮮やかな着色および蓄光発色性が得られることを見い出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、
（１）基体粒子上に複数の被覆膜を有する多層膜被覆粉体において、該多層膜を構成する各単位被膜層が特定の同一可視光波長の干渉反射ピークまたは干渉透過ボトムを有するように各単位被膜層の膜厚を設定したものであり、該被覆膜の少なくとも１層が硫化物または酸化物からなる蓄光性物質を主成分とする層であり且つ上記の光干渉作用に関与することを特徴とする蓄光性多層膜被覆粉体。
（２）前記基体粒子が磁性粒子であることを特徴とする前記（１）記載の蓄光性多層膜被覆粉体、である。
【００１０】
本発明の蓄光性多層膜被覆粉体は上記のように、蓄光を有するカラー印刷、塗工等のインキ、顔料または塗料として有用であり、基体として磁性体を用いた場合には、高機能性カラー磁気印刷用インキの色材としても適用可能であり、可視光、蓄光発色および磁気の３種の識別機能をもち、印刷物の偽造防止効果を高めることが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において用いる多層膜被覆粉体の基体としては特に限定されるものではなく、磁性、強誘電性、導電性など様々な性質を有する粉体を用いることができる。物質の種類としては、金属、金属化合物、有機物、無機物など広範な物質を用いることができる。
金属としては、鉄、ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム等の金属、また鉄−ニッケルや鉄−コバルト合金等の金属合金、さらには鉄・ニッケル合金窒化物や鉄・ニッケル・コバルト合金窒化物、また金属酸化物としては例えば鉄、ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素（この場合ケイ素は金属に分類するものとする）等の酸化物の他、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属酸化物あるいはこれらの複合酸化物、粘土類、ガラス類等が挙げられる。
本発明においては、その目的の一つがカラー磁性トナーやカラー磁性インクのような磁性も共有する粉体を製造することにあるので、その場合本発明の蓄光性多層膜被覆粉体の基体としては強磁性体を使用することが好ましい。強磁性体としては鉄、ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム等の透磁率の大きい金属でもよいが、フェライト、γ−酸化鉄のような強磁性酸化物や強磁性合金も使用される。
【００１２】
また、有機物としては樹脂粒子が好ましく、その具体例としては、セルロースパウダー、酢酸セルロースパウダー、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリエステル、メラミン樹脂、ポリウレタン、酢酸ビニル樹脂、ケイ素樹脂、アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル、スチレン、エチレン、プロピレン及びこれらの誘導体の重合または共重合により得られる球状または破砕の粒子などが挙げられる。特に好ましい樹脂粒子はアクリル酸またはメタアクリル酸エステルの重合により得られる球状のアクリル樹脂粒子である。
更に、無機物としてはシラスバルーン（中空ケイ酸粒子）などの無機中空粒子、微小炭素中空球（クレカスフェアー）、電融アルミナバブル、アエロジル、ホワイトカーボン、シリカ微小中空球、炭酸カルシウム微小中空球、炭酸カルシウム、パーライト、タルク、ベントナイト、カオリン等を用いることができる。
粉体核粒子の形状としては、球体、亜球状態、正多面体等の等方体、直方体、回転楕円体、菱面体、板状体、針状体（円柱、角柱）などの多面体、さらに粉砕物のような全く不定形な粉体も使用可能である。
【００１３】
これらの基体は、粒径については特に限定するものでないが、０．０１μｍ〜数ｍｍの範囲のものが好ましい。
また、基体粒子の比重としては、０．１〜１０．５の範囲のものが用いられるが、流動性、浮遊性の面から０．１〜５．５が好ましく、より好ましくは０．１〜２．８、更に、好ましくは０．５〜１．８の範囲である。基体の比重が０．１未満では液体中での浮力が大きすぎ、膜を多層あるいは非常に厚くする必要があり、不経済である。一方、１０．５を超えると、浮遊させるための膜が厚くなり、同様に不経済である。
【００１４】
本発明においては、屈折率が互いに異なる複数の被膜層を用い、上記基体粒子を、各被膜層の屈折率および層厚を適宜選択して被覆することにより、その干渉色により着色させることができる。
各被膜層を構成する材料は無機金属化合物、金属または合金、および有機物のうちから任意に選択することが望ましい。
被膜層を構成する無機金属化合物としては、その代表的なものとして金属酸化物が挙げられ、具体例として例えば鉄、ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、マグネシウム、バリウムなどの酸化物、あるいはこれらの複合酸化物が挙げられる。さらに、金属酸化物以外の金属化合物としてはフッ化マグネシウム、鉄窒化物などの金属窒化物、金属炭化物などが挙げられる。
被膜層を構成する金属単体としては金属銀、金属コバルト、金属ニッケル、金属鉄などが挙げられ、金属合金としては鉄・ニッケル合金、鉄・コバルト合金、鉄・ニッケル合金窒化物、鉄・ニッケル・コバルト合金窒化物などが挙げられる。
【００１５】
被膜層を構成する有機物としては、基体を構成する上記の有機物と同一でも異なってもよく、特に限定されるものではないが、好ましくは樹脂である。樹脂の具体例としては、セルロース、酢酸セルロース、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリエステル、メラミン樹脂、ポリウレタン、樹脂ビニル樹脂、ケイ素樹脂、アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル、スチレン、エチレン、プロピレン及びこれらの誘導体の重合体または共重合体などが挙げられる。
このように、被膜層を構成する材料として種々の材料を使用することができるが、それらの材料の組合せは各被膜層の屈折率を考慮した上で、用途に応じて適宜選択することが必要である。
本発明に係わる蓄光性多層膜被覆粉体の粒径は、特に限定されず、目的に応じて適宜調整することができるが、通常は０．０１μｍ〜数ｍｍの範囲である。
【００１６】
本発明において、その１回に形成させる被覆膜の膜の厚さとしては、５ｎｍ〜１０μｍの範囲とすることが可能であり、従来の形成法より厚くすることができる。
複数回に分けて形成する被覆膜の合計の厚さとしては、前記したカラー粉体の場合、その干渉による反射率が良い被覆膜を形成するためには、１０ｎｍ〜２０μｍの範囲が好ましい、さらに好ましくは２０ｎｍ〜５μｍの範囲とすることである。粒径が制限されるなど特に薄い膜厚で可視光を干渉反射させるためには０．０２〜２．０μｍの範囲とすることが好ましい。
【００１７】
また、前記複数の被膜層を構成する各単位被膜層は、特定の同一波長の干渉反射ピークまたは干渉透過ボトムを有するように各単位被膜層の膜厚を設定したものである。さらに好ましくは、各単位被膜層の膜厚の設定は、下記式（１）：
Ｎ×ｄ＝ｍ×λ／４（１）
〔但し、Ｎは複素屈折率、ｄは基本膜厚、ｍは整数（自然数）、λは前記干渉反射ピークまたは干渉透過ボトムの波長を表し、Ｎは下記式（２）：
Ｎ＝ｎ＋ｉκ （２）
（ｎは各単位被膜層の屈折率、ｉは複素数、κは減衰係数を表す）〕
を満たす基本膜厚とし、屈折率の減衰係数κによる位相ずれ、膜界面での位相ずれ、屈折率の分散および粒子形状に依存するピークシフトからなる関数より、各単位被膜層が前記特定の同一波長の干渉反射ピークまたは干渉透過ボトムを有するように、該各単位被膜層の実膜厚を補正したものである。
【００１８】
その膜の形成方法としては、その形成する物質に応じて次のような方法を挙げることができるが、その外の方法を使用することもできる。
（１）有機物膜（樹脂膜）を形成する場合
ａ．液相中での重合法
基体となる粒子を分散させて乳化重合させることにより、その粒子の上に樹脂膜を形成させる方法などが使用できる。
ｂ．気相中での製膜法（ＣＶＤ）（ＰＶＤ）
（２）無機金属化合物膜を形成する場合
ａ．液相中での固相析出法
基体となる粒子を金属アルコキシド溶液中に分散し、金属アルコキシドを加水分解することにより、その粒子の上に金属酸化物膜を形成する方法が好ましく、緻密な金属酸化物膜を形成することができる。また、金属塩水溶液の反応により粒子の上に金属酸化物膜等を形成することができる。
ｂ．気相中での製膜法（ＣＶＤ）（ＰＶＤ）
【００１９】
（３）金属膜あるいは合金膜を形成する場合
ａ．液相中での金属塩の還元法
金属塩水溶液中で金属塩を還元して金属を析出させて金属膜を形成する、いわゆる化学メッキ法が使用される。
ｂ．気相中での製膜法（ＣＶＤ）（ＰＶＤ）
金属の真空蒸着などにより、粒子の表面に金属膜を形成することができる。
【００２０】
本発明の蓄光性多層膜被覆粉体において、蓄光性物質を有する被覆層（以下、蓄光発色層という）とは、前記多層膜被覆粉体に蓄光発色性を付与する層である。蓄光発色層の含有物質としては、前記多層膜被覆粉体の蓄光発色性、即ち、紫外線光や可視光を照射することにより、容易に判別できる蓄光を発する特性を有するものであれば特に限定されないが、長期に蓄光発色性を保持できる蓄光性物質が好ましい。
蓄光性物質は、光エネルギーを蓄えることができ、太陽光や蛍光灯などの光照射後、光源を無くしても発光が続くものであり、光源の無い暗所（光の入らない部屋や箱など）に入れても、一定時間（数十秒ないし数十時間）特定の波長の発光をする物質である。
古くから、蓄光性物質（蓄光性蛍光体）としては金属の硫化物が知られており、例えば、ＣａＳ：Ｂｉ（紫青色発光）、ＣａＳｒＳ：Ｂｉ（青色発光）、ＺｎＳ：Ｃｕ（緑色発光）、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ（黄色〜橙色発光）等が挙げられるが、これらは夜光時計や避難誘導標識、その他の屋内用の夜間表示等に使用されている。
【００２１】
上記蓄光発色層に適用される蓄光性物質の具体例として次のものが挙げられるが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
蓄光性（燐光）顔料は、硫化亜鉛などの顔料に銅、マンガン、水銀などの活性剤を添加することにより、蓄光性を持たせたものである。これらの例としては、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＣａＳ：Ｂｉ、ＣａＳｒＳ：Ｂｉ等の微量金属含有硫化物粉体、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｒＣｌ₂、ＢａＣＯ₃の酸化物、塩類、ＳｒＡｌ₂Ｏ₄、ＣａＡｌ₂Ｏ₄等のアルカリ土類金属のアルミン酸等にＥｕ，Ｄｙなどの希土類金属等を添加し、従来の硫化物に比べ発光時間が長く、これらは緑、青、黄、橙色に発光するものが挙げられる。
【００２２】
本発明において、蓄光発色層は、基体の表面上に形成された光干渉性多層被覆膜中に、形成させることができる。そのための蓄光発色層の構成としては、蓄光性物質を主成分とする層を設け、この蓄光発色層が特定の同一可視光波長の干渉反射ピークまたは干渉透過ボトムを有するような可視光干渉に関与するものである。
【００２３】
上記の蓄光発色層の形成法の概要としては、次の方法が挙げられる。
蓄光性物質を主成分とする層を設け、この蓄光発色層が可視光干渉に関与する場合、屈折率の大小から干渉の高屈折率層あるいは低屈折率層に用い、干渉条件が合うように屈折率と膜厚を設計し、可視光干渉反射が起こり着色され、同時に蓄光を発する膜とする。
製膜はゾル−ゲル法や水溶液からの固層析出等の表面への析出を利用する方法がある。
これらの得られた粉体を必要によっては熱処理することが望ましい。膜物質が熱分解する場合には、最外層に蓄光発色層を形成することが望ましい。
【００２５】
次に一例として、高屈折率の金属酸化物と、低屈折率の蓄光性物質を含む金属酸化物の交互多層膜を形成する方法について具体的に説明する。まず、チタンあるいはジルコニウムなどのアルコキシドを溶解したアルコール溶液に基体粒子を分散し、攪拌させながら水とアルコール及び触媒の混合溶液を滴下し、前記アルコキシドを加水分解することにより、基体粒子表面に高屈折率膜として酸化チタン膜あるいは酸化ジルコニウム膜を形成する。その後、この粉体を固液分離し、乾燥後、熱処理を施す。乾燥手段としては、真空加熱乾燥、真空乾燥、自然乾燥のいずれでもよい。また、雰囲気調整しながら不活性雰囲気中で噴霧乾燥機などの装置を用いることも可能である。熱処理は、酸化しない被膜組成物は空気中で、酸化しやすい被膜組成物は不活性雰囲気中で、１５０〜１１００℃（粉体核粒子が無機粉体の場合）または１５０〜５００℃（粉体核粒子が無機粉体以外の場合）で１分〜３時間熱処理する。続いて、ケイ素アルコキシド、アルミニウムアルコキシドなどの、酸化物になったときに低屈折率となる金属アルコキシドおよび蓄光性物質を溶解したアルコール溶液に、前記の高屈折率膜を形成した粉体を分散し、攪拌させながら水とアルコール及び触媒の混合溶液を滴下し、前記アルコキシドを加水分解することにより、前記高屈折率膜被覆粉体表面に低屈折率膜として酸化ケイ素あるいは酸化アルミニウムの膜を形成する。その後、粉体を固液分離し、真空乾燥後、前記と同様に熱処理を施す。この操作により、粉体基体粒子の表面に２層の、高屈折率の金属酸化物膜を形成する操作を繰り返すことにより、多層の金属酸化物膜を有する蓄光性多層膜被覆粉体が得られる。
【００２６】
また、基体粒子の表面に形成する屈折率の異なる交互被覆膜の各層の厚さを調整することにより特別の機能を与えることができる。例えば、基体粒子の表面に、屈折率の異なる交互被覆膜を、次の式（３）を満たすように、被膜を形成する物質（単位被覆層）の屈折率ｎと可視光の波長の４分の１の整数ｍ倍に相当する厚さｄを有する交互膜を適当な厚さと膜数設ける。これにより、特定の波長λの光（フレネルの干渉反射を利用したもの）が反射または吸収される。
ｎｄ＝ｍλ／４（３）
この作用を利用して、基体粒子の表面に目標とする可視光の波長に対し式（３）を満たすような膜の厚みと屈折率を有する膜を製膜し、さらにその上に屈折率の異なる膜を被覆することを１度あるいはそれ以上交互に繰り返すことにより可視光域に特有の反射あるいは吸収波長幅をする膜が形成される。このとき製膜する物質の順序は次のように決める。まず基体粒子自体の屈折率が高いときには第１層目が屈折率の低い膜、逆の関係の場合には第１層目が屈折率の高い膜とすることが好ましい。
【００２７】
膜厚は、膜屈折率と膜厚の積である光学膜厚の変化を分光光度計などで反射波形として測定、制御するが、反射波形が最終的に必要な波形になるように各層の膜厚を設計する。例えば、多層膜を構成する各単位被膜の反射波形のピーク位置がずれた場合に白色の粉体となるが、各単位被膜の反射波形のピーク位置を精密に合わせると、染料や顔料を用いずとも青、緑、黄色などの単色の着色粉体とすることができる。
【００２８】
ただし、実際の粉体の場合、粉体の粒径、形状、膜物質および核粒子物質の相互の界面での位相ずれ及び屈折率の波長依存性によるピークシフトなどを考慮して設計する必要がある。例えば、核粒子の形状が平行平板状である場合には、粒子平面に形成される平行膜によるフレネル干渉は上記式（３）のｎを次の式（４）のＮに置き換えた条件で設計する。特に、粉体の形状が平行平板状である場合でも金属膜が含まれる場合には、式（４）の金属の屈折率Ｎに減衰係数κが含まれる。なお、透明酸化物（誘電体）の場合にはκは非常に小さく無視できる。
Ｎ＝ｎ＋ｉκ（ｉは複素数を表す）（４）
この減衰係数κが大きいと、膜物質および核粒子物質の相互の界面での位相ずれが大きくなり、さらに多層膜のすべての層に位相ずれによる干渉最適膜厚に影響を及ぼす。
【００２９】
これにより幾何学的な膜厚だけを合わせてもピーク位置がずれるため、特に単色に着色する際に色が淡くなる。これを防ぐためには、すべての膜に対する位相ずれの影響を加味し、コンピュータシミュレーションであらかじめ膜厚の組合せが最適になるように設計する。
さらに、金属表面にある酸化物層のための位相ずれや、屈折率の波長依存性によるピークシフトがある。これらを補正するためには、分光光度計などで、反射ピークや吸収ボトムが最終設定膜数で目標波長になるよう最適の条件を見出すことが必要である。
【００３０】
球状粉体などの曲面に形成された膜の干渉は平板と同様に起こり、基本的にはフレネルの干渉原理に従う。したがって、着色方法も単色に設計することができる。ただし曲面の場合には、粉体に入射し反射された光が複雑に干渉を起こす。これらの干渉波形は膜数が少ない場合には平板とほぼ同じである。しかし、総数が増えると多層膜内部での干渉がより複雑になる。多層膜の場合もフレネル干渉に基づいて、反射分光曲線をコンピュータシミュレーションであらかじめ膜厚の組合せが最適になるよう設計することができる。特に基体粒子表面への被膜形成の場合、基体粒子表面とすべての膜に対する位相ずれの影響を加味し、コンピュータシミュレーションであらかじめ膜厚の組合せが最適になるよう設計する。さらに、基体粒子表面にある皮膜層のためのピークシフトや屈折率の波長依存性によるピークシフトも加味する。実際のサンプル製造では設計した分光曲線を参考にし、実際の膜においてこれらを補正するために、分光光度計などで反射ピークや吸収ボトムが最終目的膜数で目標波長になるよう膜厚を変えながら最適の条件を見出さねばならない。不定形状の粉末に着色する場合も多層膜による干渉が起こり、球状粉体の干渉多層膜の条件を参考にし基本的な膜設計を行う。上記の多層膜を構成する各単位被膜のピーク位置は各層の膜厚により調整することができ、膜厚は溶液組成および反応時間および原料の添加回数による調整することができ所望の色に着色することができる。以上のように、反射ピークや吸収ボトムが最終目的膜数で目標波長になるよう膜形成溶液などの製膜条件を変えながら最適の条件を見出すことにより、単色の粉体を得ることができる。また、多層膜を構成する物質の組合せおよび各単位被膜の膜厚を制御することにより多層膜干渉による発色を調整することができる。これにより、染料や顔料を用いなくても粉体を所望の色に鮮やかに着色することができる。
【００３１】
次にかくして得られる本発明に係る蓄光性多層膜被覆粉体を用いてカラーインキ組成物を調製する方法について説明する。
本発明において用いるインキ用分散媒としては、カラー印刷用あるいはカラー磁気印刷に用いられる従来公知のワニスを用いることができ、例えば液状ポリマー、有機溶媒に溶解したポリマーやモノマーなどを粉体の種類やインキの適用方法、用途に応じて適宜に選択して使用することができる。
【００３２】
液状ポリマーとしては、ポリペンタジエン、ポリブタジエン等のジエン類、ポリエチレングリコール類、ポリアミド類、ポリプロピレン類、ワックス類あるいはこれらの共重合体編成体等を挙げることができる。
有機溶媒に溶解するポリマーとしては、オレフィン系ポリマー類、オリゴエステルアクリレート等のアクリル系樹脂類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイソシアネート類、アミノ樹脂類、キシレン樹脂類、ケトン樹脂類、ジエン系樹脂類、ロジン変性フェノール樹脂、ジエン系ゴム類、クロロプレン樹脂類、ワックス類あるいはこれらの変性体や共重合体などを挙げることができる。
有機溶媒に溶解するモノマーとしては、スチレン、エチレン、ブタジエン、プロピレンなどを挙げることができる。
有機溶媒としては、エタノール、イソプロパノール、ノルマルプロパノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ケロシン、ベンジン炭化水素類、エステル類、エーテル類あるいはこれらの変性体や共重合体などを挙げることができる。
【００３３】
本発明の蓄光性多層膜被覆粉体を用いたカラーインキ組成物には、そのほか着色剤あるいは調色剤として、油性染料や、乾燥の遅い樹脂には固化剤、粘性を上げるために増粘剤、粘性を下げるための流動化剤、粒子同志の分散のために分散剤などの成分を含ませることができる。
本発明の蓄光性多層膜被覆粉体によるカラーインキ組成物は、単一の粉体ないしは分光特性の異なる複数の粉体の組み合せにより、カラー印刷やカラー磁気印刷に適用できるほか、３原色の粉体を用いて、可視光、蓄光および磁気の３種の識別機能をもち、印刷物の偽造防止用カラー磁性インキなどセキュリティ機能を必要とする他の用途に適用することができる。
【００３４】
【実施例】
以下に本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、勿論本発明の範囲は、これらによって限定されるものではない。
〔実施例１〕
（磁性体を用いた蓄光性多層膜被覆粉体１、蓄光体単独層被覆の場合）
（１層目シリカコーティング）
ＢＡＳＦ製カーボニル鉄粉（平均粒径１．８μｍ，１０kOeでの磁化は２０３emu/g）２０ｇに対し、あらかじめエタノール１５８．６ｇにシリコンエトキシド３．５ｇを溶解したエタノール溶液に分散させた後、撹拌しながら、あらかじめ用意しておいたアンモニア水８．０ｇと脱イオン水８．０ｇの混合溶液を添加した。添加後５時間常温で反応し、十分のエタノールで洗浄後、真空乾燥し、さらに回転式チューブ炉を用いて、窒素雰囲気で８００℃で、３０分熱処理し、冷却し、シリカコート鉄粉Ａ₁を得た。
【００３５】
（２層目銅含有硫化亜鉛コーティング）
セパラブルフラスコにシリカコート鉄粉Ａ₁、２０ｇを、あらかじめエタノール１９８．３ｇに対し、亜鉛エトキシド５．６ｇを溶解したエタノール溶液に分散させた後、撹拌しながら、硫化水素ガスを１００ｍｌ／ｍｉｎ．の割合でバブル通気し、更に、あらかじめ用意しておいた３％硫酸第１銅エタノール溶液５５．９ｇを１時間かけて滴下した。滴下後、４時間常温で反応し、十分のエタノールで洗浄後、真空乾燥し、さらに回転式チューブ炉を用いて、窒素雰囲気で８００℃で、３０分熱処理し、冷却し、シリカ−硫化亜鉛コート鉄粉Ａ₂を得た。この硫化亜鉛の厚さは５５ｎｍであり、この粉体の反射ピークは４２０nmで、反射率３０％の青色であった。この粉体に蛍光灯を照射すると、帯緑黄色の蓄光色がみられた。
【００３６】
（３層目シリカコーティング）
シリカ−硫化亜鉛コート鉄粉Ａ₂２０ｇを、あらかじめエタノール１５８．６ｇにシリコンエトキシド３．５ｇを溶解したエタノール溶液に分散させた後、撹拌しながら、あらかじめ用意しておいたアンモニア水８．０ｇと脱イオン水８．０ｇの混合溶液を添加した。添加後５時間常温で反応し、十分のエタノールで洗浄後、真空乾燥し、さらに回転式チューブ炉を用いて、窒素雰囲気で８００℃で、３０分熱処理し、冷却し、シリカ−硫化亜鉛コート鉄粉Ａ₃を得た。
【００３７】
（４層目銅含有硫化亜鉛コーティング）
セパラブルフラスコにシリカ−硫化亜鉛コートカーボニル鉄粉Ａ₃２０ｇを、あらかじめエタノール１９８．３ｇに対し、亜鉛エトキシド５．４ｇを溶解したエタノール溶液に分散させた後、撹拌しながら、硫化水素ガスを１００ｍｌ／ｍｉｎ．の割合でバブル通気し、更に、あらかじめ用意しておいた０．９％硫酸第１銅エタノール溶液５５．９ｇを１時間かけて滴下した。滴下後、４時間常温で反応し、十分のエタノールで洗浄後、真空乾燥し、さらに回転式チューブ炉を用いて、窒素雰囲気で８００℃で、３０分熱処理し、冷却し、シリカ−硫化亜鉛コートカーボニル鉄粉Ｃ₄を得た。この硫化亜鉛の厚さは５５ｎｍであり、この粉体の反射ピークは３８５ｎｍで、反射率４１％の紫色であった、この粉体に蛍光灯を当てると、帯緑黄色の蓄光色がみられ、２層より明るくなった。
【００３８】
（カラーインキ組成物の調製および分光特性）
このようにして得られた粉体Ｃ₄を、ポリエステル樹脂系ワニス３５部に対し、粉体６５部で混合した後、ブレードコーターで白紙に塗布した。
塗布した紙の反射ピークは可視光域では４８０nmで、反射率３５％であった。
また、蛍光灯を１０分間照射後、黄色の燐光を発色した。
【００３９】
〔実施例２〕
（磁性体を用いた蓄光性多層膜被覆粉体２、蓄光体、ＳｒＡｌ₂Ｏ₄：Ｅｕ，単独層被覆の場合）
（１層目シリカコーティング）
ＢＡＳＦ製カーボニル鉄粉（平均粒径１．８μｍ，１０kOeでの磁化は２０３emu/g）１８ｇに対し、あらかじめエタノール１５８．６ｇにシリコンエトキシド３．５ｇを溶解したエタノール溶液に分散させた後、撹拌しながら、あらかじめ用意しておいたアンモニア水８．５ｇと脱イオン水８．５ｇの混合溶液を添加した。添加後，５時間常温で反応し、十分のエタノールで洗浄後、真空乾燥し、さらに回転式チューブ炉を用いて、窒素雰囲気で８００℃で、３０分熱処理し、冷却し、シリカコート鉄粉Ｂ₁を得た。
【００４０】
（２層目Ｅｕ含有アルミン酸ストロンチウムコーティング）
セパラブルフラスコにシリカコート鉄粉Ｂ₁、２０ｇを、あらかじめエタノール１９８．３ｇに対し、アルミニウムエトキシド５．８ｇと、ストロンチウムエトキシド４．５ｇとユーロピウムエトキシド０．８ｇを混合し、十分均一化した後、撹拌しながら、蒸留水５．３ｇをエタノール５５．９ｇに混合した溶液を１時間かけて滴下した。滴下後、６時間常温で反応し、その後十分のエタノールで洗浄後、真空乾燥し、さらに回転式チューブ炉を用いて、窒素雰囲気で１０００℃で、３０分熱処理し、急冷し、Ｅｕ含有アルミン酸ストロンチウムコート鉄粉Ｂ₂を得た。このＥｕ含有アルミン酸ストロンチウム膜の厚さは６０ｎｍであり、この粉体の反射ピークは５００nmで、反射率２８％の緑色であった。この粉体に蛍光灯を当てた後、暗い箱の中に入れた際に、青色の発光がみられた。
【００４１】
（３層目シリカコーティング）
シリカ−Ｅｕ含有アルミン酸ストロンチウム被覆鉄粉Ｂ₂１６ｇを、あらかじめエタノール１５８．６ｇにシリコンエトキシド４．０ｇを溶解したエタノール溶液に分散させた後、撹拌しながら、あらかじめ用意しておいたアンモニア水８．５ｇと脱イオン水８．５ｇの混合溶液を添加した。添加後，５時間常温で反応し、十分のエタノールで洗浄後、真空乾燥し、さらに回転式チューブ炉を用いて、窒素雰囲気で８００℃で、３０分熱処理し、冷却し、シリカ−Ｅｕ含有アルミン酸ストロンチウム−シリカコート鉄粉Ｂ₃を得た。
【００４２】
（４層目Ｅｕ含有アルミン酸ストロンチウムコーティング）
セパラブルフラスコにシリカコート鉄粉Ｂ₃、１６ｇを、あらかじめエタノール１９８．３ｇに対し、アルミニウムエトキシド５．８ｇと、ストロンチウムエトキシド４．５ｇとユーロピウムエトキシド０．８ｇを混合し、十分均一化した後、撹拌しながら、蒸留水５．３ｇをエタノール５５．９ｇに混合した溶液を１時間かけて滴下した。滴下後、６時間常温で反応し、その後十分のエタノールで洗浄後、真空乾燥し、さらに回転式チューブ炉を用いて、窒素雰囲気で１０００℃で、３０分熱処理し、急冷し、Ｅｕ含有アルミン酸ストロンチウムコート鉄粉Ｂ₄を得た。このＥｕ含有アルミン酸ストロンチウム膜の厚さは６０ｎｍであり、この粉体の反射ピークは４８０nmで、反射率３８％の緑色であった。この粉体に蛍光灯を当てた後、暗い箱の中に入れた際に、青色の発光がみられ、上記２層被覆物Ｂ₂より明るくなった。
【００４３】
（カラーインキ組成物の調製および分光特性）
このようにして得られた粉体Ｂ₄を、ポリエステル樹脂系ワニス３５部に対し、粉体６５部で混合した後、ブレードコーターで白紙に塗布した。
塗布した紙の反射ピークは可視光域では４５０nmで、反射率３８％であった。
また、蛍光灯を１０分間照射後、淡緑色の燐光を発した。
【００４９】
〔比較例１〕
（磁性体を用いた多層膜被覆粉体１；蓄光体を含有しない場合）
実施例１と同じ操作を行った。但し、２層目チタニアコーティングにおける反応液中に蓄光体銅含有硫化亜鉛カドミウム微粒子を分散、混合をしなかった。
塗布した紙の反射ピークは可視光域では５５３nmで５３％であったが、蛍光灯を照らしても、燐光の発色は認められなかった。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、染料や顔料を用いずとも青、緑、黄色などの美麗で安定な色調のインキとなる。しかも特別な読取り機器を用いずに、蓄光の有無による印刷物の識別で偽造防止が可能となる。
これらの優れた機能を有すると共に、基体として磁性体を活用すると、高性能カラー磁気印刷用インキの色材としても適用可能であり、可視光、蓄光および磁気の３種の識別機能をもち、印刷物の偽造防止効果を高めることが可能であり、極めて高い実用性を有するものである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a phosphorescent multilayer film-coated powder, and more specifically, a phosphorescent multilayer film-coated powder having a multilayer film on the surface of a substrate particle and useful as an ink, pigment, or paint for color printing, coating, etc. About.
[0002]
[Prior art]
It is known that coating the surface of a powder with a film of another substance improves the properties of the powder or gives diversity to the properties. Conventionally, various means have been proposed for this purpose. Yes.
For example, as a coating technique for forming a film on the surface of an object for protection or decoration, many means such as a coating method, a deposition method, a sputtering method, a vacuum deposition method, an electrodeposition method and an anodizing method are known. . However, it is difficult to make the film thickness uniform by a coating method or a deposition method, and it is difficult to obtain a thick film by sputtering or vacuum deposition. In addition, the electrodeposition method and the anodic oxidation method have a problem that they are not suitable for the processing of powder because of using the workpiece as an electrode.
With the progress in various technical fields, there is an increasing demand for powders having unique properties, particularly metal powders or metal compound powders, and only powders, particularly metal powders or metal compound powders, are required. There is a need for a powder that has other properties in addition to the properties it has and has a combined function. In order to produce these powders, it was considered to provide a plurality of layers of metal oxide films or the like having a uniform thickness on the base particles.
[0003]
As a useful method of forming metal oxides for providing powders having complex properties that can meet the new requirements as described above and capable of fulfilling complex functions, particularly metal or metal compound powders, Furthermore, the present inventors disperse a metal powder or metal oxide powder in a metal alkoxide solution, and hydrolyze the metal alkoxide to form a metal oxide film, thereby forming a metal or metal compound. A powder having a metal oxide film having a uniform thickness of 0.01 to 20 μm on the surface of the base and containing a metal different from the metal constituting the base has been invented (Japanese Patent Laid-Open No. 6-228604) ).
[0004]
In this powder, when a plurality of the metal oxide films are provided, a special function can be given by adjusting the thickness of each layer of the film, for example, on the surface of the substrate. When the coating films having different refractive indexes are provided with a thickness corresponding to a quarter wavelength of light, all the light is reflected. When this means is applied to a material based on a magnetic material such as iron, cobalt, nickel, or other metal powder, metal alloy powder, or iron nitride powder, the magnetic toner for magnetic toners shines white by totally reflecting light. A powder can be obtained. Further, it is disclosed that a color magnetic toner can be obtained by providing a colored layer on the powder and a resin layer thereon (Japanese Patent Laid-Open No. 7-90310).
[0005]
In addition, the present inventors have found that the reflected light interference waveform of the multilayer film can be adjusted by controlling the combination of the materials of the multilayer film and the film thickness, and stable color tone even in long-term storage without using dyes or pigments. Has been disclosed (WO 96/28269).
[0006]
As described above, the present inventors form a metal oxide or metal film on the surface of the metal powder or metal compound powder, in addition to the properties of the metal or metal compound powder that becomes the substrate. Efforts have been made to develop highly functional metal or metal compound powders by imparting other properties.
In the case of color printing and color magnetic printing, such as gift certificates and ticket cards, for which demand has been increasing in recent years, in addition to visual elegance, special functions for preventing counterfeiting are required in addition to visual and magnetic reading. ing. In response to this trend, by adjusting the reflected light interference waveform of the above-mentioned multilayer film, it becomes a beautiful and stable color ink such as blue, green, yellow, etc. without using dyes or pigments, and in the visible light range. In addition to the interference reflection peak, combining with a reader using reflected light by ultraviolet rays or infrared rays, a function that can further improve the forgery prevention performance of printed matter by a new method other than visual and magnetic reading. In addition, a color ink composition having a high molecular weight was also provided (Japanese Patent Laid-Open No. 10-60350).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the color ink composition described above requires an inspection device in order to determine authenticity by combining with a reader using reflected light of ultraviolet rays or infrared rays. It was functionally essential to be able to easily distinguish between authenticity and there was room for improvement.
Therefore, the object of the present invention is to solve these problems and can be used as a color material for a color ink having a beautiful and stable color tone such as blue, green, yellow, etc. without adding a dye or pigment, In addition, for example, a phosphorescent multilayer film having a function that can further improve the anti-counterfeit performance of printed matter by a simple method such as irradiating a light source such as a fluorescent lamp or an infrared lamp indoors without using inspection equipment. It is to provide a coated powder.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  As a result of diligent research, the inventors of the present invention formed a multilayer thin film having a different refractive index on the powder surface to adjust the reflected light interference waveform of the multilayer film, and the color and the color of at least one layer of the multilayer film. Contains different, phosphorescent pigmentsRukoAs a result, it was found that inks with beautiful and stable color tones such as blue, green and yellow can be obtained without using dyes and pigments, and at the same time, it is possible to prevent forgery by identifying printed matter based on the presence or absence of phosphorescence. It came to do.
  In addition, as the above-mentioned powder base, those having various properties such as ferroelectrics and conductors can be utilized, and even when a magnetic body is used as the base, the multilayer-coated powder does not impair magnetism. It has been found that vivid coloring and luminous color development can be obtained.
[0009]
  That is, the present invention
(1) In a multilayer coated powder having a plurality of coating films on a substrate particle, the multilayer filmEach unit coating layer is configured such that each unit coating layer has an interference reflection peak or interference transmission bottom of the same visible light wavelength,A phosphorescent material comprising at least one layer of the coating film made of sulfide or oxide as a main componentIs a layer toandaboveA phosphorescent multilayer coating powder characterized by being involved in light interference.
(2) The phosphorescent multilayer film-coated powder according to (1), wherein the substrate particles are magnetic particles.
[0010]
As described above, the phosphorescent multilayer coating powder of the present invention is useful as an ink, pigment or paint for color printing, coating, etc. having phosphorescence, and has high functionality when a magnetic material is used as a substrate. It can also be applied as a color material for color magnetic printing ink, and has three types of identification functions of visible light, luminous color development and magnetism, and can enhance the effect of preventing forgery of printed matter.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The substrate of the multilayer film-coated powder used in the present invention is not particularly limited, and powders having various properties such as magnetism, ferroelectricity, and conductivity can be used. A wide variety of substances such as metals, metal compounds, organic substances, and inorganic substances can be used as the kinds of substances.
Metals such as iron, nickel, chromium, titanium, and aluminum, metal alloys such as iron-nickel and iron-cobalt alloys, iron / nickel alloy nitrides, iron / nickel / cobalt alloy nitrides, and Examples of metal oxides include iron, nickel, chromium, titanium, aluminum, silicon (in this case, silicon shall be classified as metal), and alkaline earth metal oxides such as calcium, magnesium, and barium. Or these complex oxide, clay, glass, etc. are mentioned.
In the present invention, one of the purposes is to produce a powder that also shares magnetism, such as a color magnetic toner and a color magnetic ink, and in that case, as a substrate of the phosphorescent multilayer coating powder of the present invention, It is preferable to use a ferromagnetic material. The ferromagnetic material may be a metal having a high magnetic permeability such as iron, nickel, chromium, titanium, or aluminum, but a ferromagnetic oxide or a ferromagnetic alloy such as ferrite or γ-iron oxide is also used.
[0012]
Resin particles are preferred as the organic substance, and specific examples thereof include cellulose powder, cellulose acetate powder, polyamide, epoxy resin, polyester, melamine resin, polyurethane, vinyl acetate resin, silicon resin, acrylic ester, methacrylic ester. , Spherical or crushed particles obtained by polymerization or copolymerization of styrene, ethylene, propylene and derivatives thereof. Particularly preferred resin particles are spherical acrylic resin particles obtained by polymerization of acrylic acid or methacrylic acid ester.
Furthermore, inorganic materials include inorganic hollow particles such as shirasu balloon (hollow silicic acid particles), fine carbon hollow spheres (clecas spheres), fused alumina bubbles, aerosil, white carbon, silica fine hollow spheres, calcium carbonate fine hollow spheres, Calcium carbonate, pearlite, talc, bentonite, kaolin and the like can be used.
The shape of the powder core particle is a polyhedron such as a sphere, a subsphere, a regular polyhedron, etc., a cuboid, a spheroid, a rhombohedron, a plate, a needle (cylinder, prism), and further pulverization. It is also possible to use a completely amorphous powder such as a product.
[0013]
These substrates are not particularly limited in terms of particle size, but those in the range of 0.01 μm to several mm are preferable.
In addition, the specific gravity of the base particles is in the range of 0.1 to 10.5, preferably 0.1 to 5.5, more preferably 0.1 to 0.1 from the viewpoint of fluidity and buoyancy. 2.8, more preferably in the range of 0.5 to 1.8. If the specific gravity of the substrate is less than 0.1, the buoyancy in the liquid is too large, and the film needs to be multilayered or very thick, which is uneconomical. On the other hand, if it exceeds 10.5, the film for floating becomes thick, which is similarly uneconomical.
[0014]
In the present invention, a plurality of coating layers having different refractive indexes are used, and the substrate particles can be colored by the interference color by coating the substrate particles by appropriately selecting the refractive index and the layer thickness of each coating layer. .
Desirably, the material constituting each coating layer is arbitrarily selected from inorganic metal compounds, metals or alloys, and organic substances.
Typical examples of the inorganic metal compound constituting the coating layer include metal oxides, and specific examples include oxides such as iron, nickel, chromium, titanium, aluminum, silicon, calcium, magnesium, barium, Or these complex oxides are mentioned. Furthermore, examples of metal compounds other than metal oxides include metal nitrides such as magnesium fluoride and iron nitride, and metal carbides.
Examples of the metal constituting the coating layer include metallic silver, metallic cobalt, metallic nickel, metallic iron, etc., and metallic alloys include iron / nickel alloy, iron / cobalt alloy, iron / nickel alloy nitride, iron / nickel / Examples thereof include cobalt alloy nitride.
[0015]
The organic substance constituting the coating layer may be the same as or different from the organic substance constituting the substrate, and is not particularly limited, but is preferably a resin. Specific examples of the resin include cellulose, cellulose acetate, polyamide, epoxy resin, polyester, melamine resin, polyurethane, resin vinyl resin, silicon resin, acrylic ester, methacrylic ester, styrene, ethylene, propylene, and derivatives thereof. Examples thereof include a polymer or a copolymer.
As described above, various materials can be used as the material constituting the coating layer, but the combination of these materials needs to be appropriately selected according to the application in consideration of the refractive index of each coating layer. It is.
The particle size of the phosphorescent multilayer coating powder according to the present invention is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the purpose, but is usually in the range of 0.01 μm to several mm.
[0016]
In the present invention, the thickness of the coating film to be formed at one time can be in the range of 5 nm to 10 μm, and can be made thicker than the conventional forming method.
The total thickness of the coating film formed in a plurality of times is preferably in the range of 10 nm to 20 μm in order to form a coating film having good reflectivity due to interference in the case of the color powder described above. More preferably, it is in the range of 20 nm to 5 μm. In order to interference-reflect visible light with a particularly thin film thickness such as a limited particle size, it is preferably in the range of 0.02 to 2.0 μm.
[0017]
In addition, each unit coating layer constituting the plurality of coating layers has a film thickness of each unit coating layer so as to have an interference reflection peak or interference transmission bottom having a specific same wavelength. More preferably, the setting of the film thickness of each unit coating layer is the following formula (1):
N × d = m × λ / 4 (1)
[Where N is the complex refractive index, d is the basic film thickness, m is an integer (natural number), λ is the wavelength of the interference reflection peak or interference transmission bottom, and N is the following formula (2):
N = n + iκ (2)
(N represents the refractive index of each unit coating layer, i represents a complex number, and κ represents an attenuation coefficient)]
Each unit coating layer has a specific thickness that satisfies the above-mentioned specific thickness from a function consisting of a phase shift due to a refractive index attenuation coefficient κ, a phase shift at the film interface, a refractive index dispersion, and a peak shift depending on the particle shape. The actual film thickness of each unit coating layer is corrected so as to have an interference reflection peak or interference transmission bottom of the wavelength.
[0018]
Examples of the method for forming the film include the following methods depending on the substance to be formed, but other methods can also be used.
(1) When forming an organic film (resin film)
a. Polymerization method in liquid phase
For example, a method of forming a resin film on the particles by dispersing the particles serving as the substrate and performing emulsion polymerization can be used.
b. Film formation in the gas phase (CVD) (PVD)
(2) When forming an inorganic metal compound film
a. Solid phase deposition in liquid phase
A method in which the metal oxide film is formed on the particles by dispersing the particles serving as the substrate in the metal alkoxide solution and hydrolyzing the metal alkoxide is preferable, and a dense metal oxide film can be formed. . Moreover, a metal oxide film etc. can be formed on particle | grains by reaction of metal salt aqueous solution.
b. Film formation in the gas phase (CVD) (PVD)
[0019]
(3) When forming a metal film or alloy film
a. Reduction of metal salts in the liquid phase
A so-called chemical plating method is used in which a metal salt is reduced in a metal salt aqueous solution to deposit a metal to form a metal film.
b. Film formation in the gas phase (CVD) (PVD)
A metal film can be formed on the surface of the particles by metal vacuum deposition or the like.
[0020]
In the phosphorescent multilayer coating powder of the present invention, the coating layer having a phosphorescent substance (hereinafter referred to as phosphorescent coloring layer) is a layer that imparts phosphorescent coloring property to the multilayer coating powder. The substance contained in the phosphorescent coloring layer is not particularly limited as long as it has the phosphorescent coloring property of the multilayer film-coated powder, that is, the property of emitting phosphorescence that can be easily distinguished by irradiating ultraviolet light or visible light. However, a phosphorescent substance that can retain the phosphorescent color developability for a long period is preferable.
Phosphorescent substances can store light energy and continue to emit light even after light irradiation such as sunlight or fluorescent lamps, and in dark places where there is no light source (rooms or boxes that do not receive light) ) Is a substance that emits light of a specific wavelength for a certain period of time (several tens of seconds to several tens of hours).
For a long time, metal sulfides have been known as phosphorescent substances (phosphorescent phosphors), such as CaS: Bi (purple blue light emission), CaSrS: Bi (blue light emission), ZnS: Cu (green light emission). ZnCdS: Cu (yellow to orange light emission) and the like are used, and these are used for night clocks, evacuation guidance signs, and other indoor nighttime displays.
[0021]
Although the following are mentioned as a specific example of the luminous substance applied to the said luminous color development layer, this invention is not limited to these specific examples.
A phosphorescent (phosphorescent) pigment has a phosphorescent property by adding an activator such as copper, manganese or mercury to a pigment such as zinc sulfide. Examples of these include trace metal-containing sulfide powders such as ZnCdS: Cu, CaS: Bi, and CaSrS: Bi, Al₂O_Three, SrCl₂, BaCO_ThreeOxides, salts, SrAl₂O_Four, CaAl₂O_FourA rare earth metal such as Eu or Dy is added to an alkaline earth metal such as an alkaline earth metal, and the emission time is longer than that of conventional sulfides, and these emit light in green, blue, yellow and orange colors. .
[0022]
  In the present invention, the phosphorescent coloring layer can be formed in a light-interfering multilayer coating film formed on the surface of the substrate. For this purpose, the phosphorescent coloring layer is provided with a layer containing a phosphorescent substance as a main component.Such as having interference reflection peak or interference transmission bottom of specific same visible light wavelengthIt is involved in visible light interference.
[0023]
  UpOfThe following method is mentioned as an outline of the method for forming the phosphorescent coloring layer.
  When a layer containing a phosphorescent substance as a main component is provided and this phosphorescent coloring layer is involved in visible light interference, it is used for the high refractive index layer or low refractive index layer for interference from the magnitude of the refractive index so that the interference conditions are met. The refractive index and the film thickness are designed so that visible light interference reflection occurs and the film is colored and simultaneously stores light.
  For film formation, there are methods using precipitation on the surface such as sol-gel method and solid layer precipitation from aqueous solution.
  It is desirable to heat-treat these obtained powders if necessary. When the film material is thermally decomposed, it is desirable to form a phosphorescent coloring layer on the outermost layer.
[0025]
Next, as an example, a method for forming an alternating multilayer film of a metal oxide containing a high refractive index metal oxide and a low refractive index phosphorescent material will be specifically described. First, the base particles are dispersed in an alcohol solution in which an alkoxide such as titanium or zirconium is dissolved, and a mixed solution of water, alcohol and catalyst is dropped while stirring, and the alkoxide is hydrolyzed, whereby the surface of the base particles is highly refracted. A titanium oxide film or a zirconium oxide film is formed as the rate film. Thereafter, this powder is subjected to solid-liquid separation, dried and then subjected to heat treatment. As the drying means, any of vacuum heat drying, vacuum drying, and natural drying may be used. It is also possible to use an apparatus such as a spray dryer in an inert atmosphere while adjusting the atmosphere. In the heat treatment, the coating composition that does not oxidize is in the air, and the coating composition that easily oxidizes is in an inert atmosphere, 150 to 1100 ° C. (when the powder core particles are inorganic powder) or 150 to 500 ° C. (powder) (When the core particles are other than the inorganic powder) for 1 minute to 3 hours. Subsequently, the powder formed with the high refractive index film is dispersed in an alcohol solution in which a metal alkoxide and a phosphorescent substance that have a low refractive index such as silicon alkoxide and aluminum alkoxide are dissolved. Then, a mixed solution of water, alcohol and catalyst is dropped while stirring, and the alkoxide is hydrolyzed to form a silicon oxide or aluminum oxide film as a low refractive index film on the surface of the high refractive index film-coated powder. . Thereafter, the powder is subjected to solid-liquid separation, vacuum-dried, and then subjected to heat treatment as described above. By this operation, a phosphorescent multilayer film-coated powder having a multilayer metal oxide film can be obtained by repeating the operation of forming a two-layer high refractive index metal oxide film on the surface of the powder base particle. .
[0026]
Moreover, a special function can be given by adjusting the thickness of each layer of the alternating coating films having different refractive indexes formed on the surface of the substrate particles. For example, an alternating coating film having a different refractive index is formed on the surface of the base particle so that the following formula (3) is satisfied, and the refractive index n of the substance forming the coating (unit coating layer) and the wavelength of visible light are 4 An alternating film having a thickness d corresponding to an integer m times a fraction is provided with an appropriate thickness and number of films. As a result, light having a specific wavelength λ (using Fresnel interference reflection) is reflected or absorbed.
nd = mλ / 4 (3)
Using this action, a film having a film thickness and a refractive index satisfying the formula (3) for the target visible light wavelength is formed on the surface of the base particle, and a refractive index is further formed thereon. By coating different films once or more alternately, a film having a reflection or absorption wavelength width peculiar to the visible light region is formed. At this time, the order of substances to be formed is determined as follows. First, it is preferable that the first layer is a film having a low refractive index when the refractive index of the substrate particle itself is high, and that the first layer is a film having a high refractive index in the opposite case.
[0027]
The film thickness is measured and controlled as a reflected waveform using a spectrophotometer, etc., as the change in the optical film thickness, which is the product of the film refractive index and the film thickness. Design the thickness. For example, when the peak position of the reflection waveform of each unit film constituting the multilayer film is shifted, it becomes white powder, but if the peak position of the reflection waveform of each unit film is precisely matched, no dye or pigment is used. Both of them can be colored powders of single colors such as blue, green and yellow.
[0028]
However, in the case of an actual powder, it is necessary to design in consideration of the particle size and shape of the powder, the phase shift at the interface between the film material and the core particle material, and the peak shift due to the wavelength dependence of the refractive index. is there. For example, when the shape of the core particle is a parallel plate, Fresnel interference due to the parallel film formed on the particle plane is designed under the condition that n in the above equation (3) is replaced with N in the following equation (4). To do. In particular, when a metal film is included even when the powder is in the shape of a parallel plate, the metal refractive index N in equation (4) includes an attenuation coefficient κ. In the case of a transparent oxide (dielectric), κ is very small and can be ignored.
N = n + iκ (i represents a complex number) (4)
When the attenuation coefficient κ is large, the phase shift at the interface between the film substance and the nuclear particle substance increases, and all the layers of the multilayer film affect the optimum interference film thickness due to the phase shift.
[0029]
As a result, even if only the geometric film thickness is combined, the peak position is shifted, so that the color becomes light, particularly when coloring in a single color. In order to prevent this, the influence of the phase shift on all the films is taken into consideration, and the combination of film thicknesses is designed in advance by computer simulation so as to be optimized.
Furthermore, there is a phase shift due to the oxide layer on the metal surface and a peak shift due to the wavelength dependence of the refractive index. In order to correct these, it is necessary to find an optimal condition with a spectrophotometer or the like so that the reflection peak and the absorption bottom become the target wavelength with the final set number of films.
[0030]
Interference of a film formed on a curved surface such as a spherical powder occurs in the same manner as a flat plate, and basically follows the Fresnel interference principle. Therefore, the coloring method can also be designed as a single color. However, in the case of a curved surface, the light incident on and reflected by the powder causes complicated interference. These interference waveforms are almost the same as the flat plate when the number of films is small. However, as the total number increases, the interference inside the multilayer film becomes more complicated. Also in the case of a multilayer film, based on Fresnel interference, the reflection spectral curve can be designed in advance by computer simulation so that the combination of film thicknesses is optimized. In particular, in the case of coating film formation on the surface of the substrate particles, the influence of the phase shift on the surface of the substrate particles and all the films is taken into account, and a design is made in advance so that the combination of film thicknesses is optimized by computer simulation. Furthermore, the peak shift for the coating layer on the surface of the substrate particles and the peak shift due to the wavelength dependence of the refractive index are taken into account. In actual sample production, refer to the designed spectral curve and correct the actual film with a spectrophotometer while changing the film thickness so that the reflection peak and absorption bottom become the target wavelength with the final target film number. The optimal conditions must be found. Interference with the multilayer film also occurs when the powder of irregular shape is colored, and the basic film design is performed with reference to the condition of the interference multilayer film of spherical powder. The peak position of each unit film constituting the multilayer film can be adjusted by the film thickness of each layer, and the film thickness can be adjusted by the solution composition, the reaction time, and the number of additions of raw materials, and is colored in a desired color. be able to. As described above, a monochromatic powder can be obtained by finding the optimum conditions while changing the film forming conditions such as the film forming solution so that the reflection peak and the absorption bottom have the final target film number and the target wavelength. Further, the color development due to multilayer film interference can be adjusted by controlling the combination of substances constituting the multilayer film and the thickness of each unit film. Thereby, the powder can be vividly colored in a desired color without using a dye or a pigment.
[0031]
Next, a method for preparing a color ink composition using the phosphorescent multilayer film-coated powder according to the present invention thus obtained will be described.
As the ink dispersion medium used in the present invention, conventionally known varnishes used for color printing or color magnetic printing can be used. For example, liquid polymers, polymers or monomers dissolved in organic solvents, It can be appropriately selected and used according to the application method and use of the ink.
[0032]
Examples of the liquid polymer include dienes such as polypentadiene and polybutadiene, polyethylene glycols, polyamides, polypropylenes, waxes, and copolymer knitted bodies thereof.
Polymers that are soluble in organic solvents include olefin polymers, acrylic resins such as oligoester acrylates, polyesters, polyamides, polyisocyanates, amino resins, xylene resins, ketone resins, and diene resins. Rosin-modified phenolic resins, diene rubbers, chloroprene resins, waxes, modified products and copolymers thereof, and the like.
Examples of the monomer that can be dissolved in the organic solvent include styrene, ethylene, butadiene, and propylene.
Examples of organic solvents include alcohols such as ethanol, isopropanol, and normal propanol, ketones such as acetone, benzene, toluene, xylene, kerosene, benzine hydrocarbons, esters, ethers, and modified products and copolymers thereof. Can be mentioned.
[0033]
In addition to the color ink composition using the phosphorescent multilayer coating powder of the present invention, as a colorant or toning agent, an oily dye, a solidifying agent for a slow-drying resin, a thickener to increase viscosity Components such as a fluidizing agent for lowering viscosity and a dispersing agent for dispersing particles can be included.
The color ink composition using the phosphorescent multilayer coating powder of the present invention can be applied to color printing and color magnetic printing by combining a single powder or a plurality of powders having different spectral characteristics. Using the body, it has three kinds of identification functions of visible light, light storage and magnetism, and can be applied to other uses that require a security function such as color magnetic ink for preventing forgery of printed matter.
[0034]
【Example】
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples.
[Example 1]
(In the case of phosphorescent multi-layer coating powder 1 using a magnetic material, single phosphorescent layer coating)
(First layer silica coating)
BASF carbonyl iron powder (average particle size 1.8 μm, magnetization at 10 kOe is 203 emu / g) is dispersed in an ethanol solution in which 3.5 g of silicon ethoxide is dissolved in 158.6 g of ethanol in advance and stirred. Meanwhile, a mixed solution of 8.0 g of ammonia water and 8.0 g of deionized water prepared in advance was added. It reacts at room temperature for 5 hours after the addition, washed with sufficient ethanol, vacuum-dried, further heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere using a rotary tube furnace, cooled, and silica-coated iron powder A₁Got.
[0035]
(Second layer copper-containing zinc sulfide coating)
Separable flask with silica-coated iron powder A₁, 20 g was dispersed in an ethanol solution in which 5.6 g of zinc ethoxide was dissolved in 198.3 g of ethanol in advance, and hydrogen sulfide gas was added at 100 ml / min. Then, 55.9 g of 3% cuprous sulfate ethanol solution prepared in advance was added dropwise over 1 hour. After dropping, react for 4 hours at room temperature, wash with sufficient ethanol, vacuum dry, heat treatment in nitrogen atmosphere at 800 ° C. for 30 minutes, cool, silica-zinc sulfide coat Iron powder A₂Got. The thickness of this zinc sulfide was 55 nm, the reflection peak of this powder was 420 nm, and it was blue with a reflectance of 30%. When this powder was irradiated with a fluorescent lamp, a greenish yellowish phosphorescent color was observed.
[0036]
(3rd layer silica coating)
Silica-Zinc sulfide coated iron powder A₂20 g was dispersed in an ethanol solution in which 3.5 g of silicon ethoxide was dissolved in 158.6 g of ethanol in advance, and then mixed with 8.0 g of ammonia water and 8.0 g of deionized water prepared in advance while stirring. The solution was added. 5 hours after addition, react at room temperature, wash with sufficient ethanol, vacuum dry, heat treatment in nitrogen atmosphere at 800 ° C. for 30 minutes, cool, silica-zinc sulfide coated iron Powder A_ThreeGot.
[0037]
(4th layer copper-containing zinc sulfide coating)
Separable flask with silica-zinc sulfide coated carbonyl iron powder A_ThreeAfter 20 g was dispersed in an ethanol solution in which 5.4 g of zinc ethoxide was dissolved in 198.3 g of ethanol in advance, hydrogen sulfide gas was added at 100 ml / min. Then, 55.9 g of a 0.9% cupric sulfate ethanol solution prepared in advance was added dropwise over 1 hour. After dropping, react for 4 hours at room temperature, wash with sufficient ethanol, vacuum dry, heat treatment in nitrogen atmosphere at 800 ° C. for 30 minutes, cool, silica-zinc sulfide coat Carbonyl iron powder C_FourGot. The zinc sulfide had a thickness of 55 nm, and the powder had a reflection peak of 385 nm and a purple color with a reflectance of 41%. When this powder was exposed to a fluorescent lamp, a greenish-yellowish phosphorescent color was observed. Brighter than 2 layers.
[0038]
(Preparation and spectral characteristics of color ink composition)
Powder C thus obtained_FourWas mixed with 35 parts of a polyester resin varnish with 65 parts of powder, and then applied to white paper with a blade coater.
The reflection peak of the coated paper was 480 nm in the visible light region, and the reflectance was 35%.
In addition, yellow phosphorescence was developed after irradiation with a fluorescent lamp for 10 minutes.
[0039]
[Example 2]
(Phosphorescent coated powder 2 using magnetic material, phosphorescent material, SrAl₂O_Four: Eu, single layer coating)
(First layer silica coating)
18 g of BASF carbonyl iron powder (average particle size 1.8 μm, magnetization at 10 kOe is 203 emu / g) is dispersed in an ethanol solution in which 3.5 g of silicon ethoxide is dissolved in 158.6 g of ethanol, and then stirred. Meanwhile, a mixed solution of 8.5 g of ammonia water and 8.5 g of deionized water prepared in advance was added. After the addition, it reacts at room temperature for 5 hours, washed with sufficient ethanol, vacuum-dried, further heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, cooled, and coated with silica-coated iron powder B₁Got.
[0040]
(Second layer Eu-containing strontium aluminate coating)
Separable flask with silica-coated iron powder B₁20 g was mixed in advance with 8.3 g of aluminum ethoxide, 4.5 g of strontium ethoxide and 0.8 g of europium ethoxide with respect to 198.3 g of ethanol. A solution prepared by mixing 3 g in 55.9 g of ethanol was added dropwise over 1 hour. After dropping, react at room temperature for 6 hours, then wash with sufficient ethanol, vacuum dry, heat-treat in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 30 minutes, quench rapidly, Eu-containing aluminate Strontium coated iron powder B₂Got. The Eu-containing strontium aluminate film had a thickness of 60 nm. The powder had a reflection peak of 500 nm and a green color with a reflectance of 28%. When this powder was irradiated with a fluorescent lamp and then placed in a dark box, blue light emission was observed.
[0041]
(3rd layer silica coating)
Silica-Eu containing strontium aluminate coated iron powder B₂16 g was dispersed in an ethanol solution in which 4.0 g of silicon ethoxide was dissolved in 158.6 g of ethanol in advance, and then mixed with 8.5 g of ammonia water and 8.5 g of deionized water prepared in advance while stirring. The solution was added. After the addition, it reacts at room temperature for 5 hours, washed with sufficient ethanol, vacuum-dried, further heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere using a rotary tube furnace, cooled, and silica-Eu-containing aluminin. Strontium acid-silica coated iron powder B_ThreeGot.
[0042]
(4th layer Eu-containing strontium aluminate coating)
Separable flask with silica-coated iron powder B_Three16 g was mixed in advance with 8.3 g of aluminum ethoxide, 4.5 g of strontium ethoxide and 0.8 g of europium ethoxide with respect to 198.3 g of ethanol. A solution prepared by mixing 3 g in 55.9 g of ethanol was added dropwise over 1 hour. After dropping, react at room temperature for 6 hours, then wash with sufficient ethanol, vacuum dry, heat-treat in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 30 minutes, quench rapidly, Eu-containing aluminate Strontium coated iron powder B_FourGot. The Eu-containing strontium aluminate film had a thickness of 60 nm, and the powder had a reflection peak of 480 nm and a green color with a reflectance of 38%. When this powder is applied with a fluorescent lamp and then placed in a dark box, blue light emission is observed, and the two-layer coating B₂It became brighter.
[0043]
(Preparation and spectral characteristics of color ink composition)
Powder B thus obtained_FourWas mixed with 35 parts of a polyester resin varnish with 65 parts of powder, and then applied to white paper with a blade coater.
The reflection peak of the coated paper was 450 nm in the visible light region, and the reflectance was 38%.
Moreover, after irradiating with a fluorescent lamp for 10 minutes, light green phosphorescence was emitted.
[0049]
[Comparative Example 1]
(Multilayer coating powder 1 using magnetic material; no phosphorescent material)
The same operation as in Example 1 was performed. However, phosphorescent copper-containing zinc cadmium sulfide fine particles were not dispersed or mixed in the reaction solution in the second layer titania coating.
The reflection peak of the coated paper was 53% at 553 nm in the visible light region, but no phosphorescence was observed even when illuminated with a fluorescent lamp.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an ink having a beautiful and stable color tone such as blue, green, and yellow can be obtained without using a dye or a pigment. In addition, it is possible to prevent forgery by identifying printed matter based on the presence or absence of phosphorescence without using a special reading device.
In addition to having these excellent functions, if a magnetic material is used as a substrate, it can also be applied as a coloring material for high-performance color magnetic printing inks, and has three types of identification functions: visible light, phosphorescence, and magnetism. It is possible to enhance the anti-counterfeiting effect, and it has extremely high practicality.

Claims

In a multilayer coated powder having a plurality of coating films on a substrate particle, each unit coating is formed such that each unit coating layer constituting the multilayer film has an interference reflection peak or interference transmission bottom having a specific same visible light wavelength. The film thickness of the layer is set, and at least one layer of the coating film is a layer mainly composed of a luminous substance made of sulfide or oxide , and is involved in the light interference action described above Luminescent multilayer coating powder.

The phosphorescent multilayer film-coated powder according to claim 1, wherein the substrate particles are magnetic particles.