JP6283678B2 - 着色剤組成物及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、石膏製品を着色するために用いられる着色剤組成物及びその製造方法に関する。

歯科模型、工業模型、及び塗り壁材等の石膏製品は、その用途に応じて適宜着色されることがある。例えば、歯科模型（歯型模型）は、水で練和した石膏をプラスチック材料等で形成された雌形の歯型に流し込み、石膏を硬化させた後に脱型することで作製することができる（例えば、特許文献１及び２参照）。この際、原材料となる石膏の粉体に顔料を添加することで、得られる歯科模型を好みの色に着色する。

得られる歯科模型等の石膏製品の着色性を向上させるには、通常、石膏に添加する顔料の量を増加することが必要となる。しかしながら、顔料の添加量を増加させると、着色に要する費用（コスト）が嵩むとともに、得られる硬化体である石膏製品の強度が低下する場合がある。

また、例えば歯科模型等の着色した石膏硬化体を製造する場合には、水で練和した石膏を歯型に流し込む際に、バイブレータ等を使用して水で練和した石膏に機械的振動を付与する。これにより、石膏の流動性を確保するとともに、内部の気泡を除去している。しかしながら、水で練和した石膏に機械的振動を付与すると顔料が凝集してしまい、得られる石膏硬化体に色ムラが生じやすくなるといった問題があった。

特開平９−１２４２２号公報 特開２０１１−１２１９２４号公報

上記のような問題を解消すべく、例えば、焼石膏や炭酸カルシウム等の基材で顔料を希釈した希釈顔料を着色剤（マスターバッチ）として予め用意しておき、この希釈顔料を原材料となる石膏の粉体に添加して石膏製品を着色する方法を採用することがある。しかしながら、このような方法を採用した場合であっても、着色の程度が不十分になることがある。

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、着色性に優れた粉体及び硬化体等の石膏製品を容易に製造することが可能な着色剤組成物、及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを配合することによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、以下に示す着色剤組成物が提供される。
［１］顔料と、焼石膏と、非晶質シリカと、を含有する粉体であり、石膏製品を構成する石膏を含む原材料粉末に添加され、前記石膏製品を着色するために用いられる着色剤組成物。
［２］前記非晶質シリカの数平均粒子径が、５〜４０ｎｍである前記［１］に記載の着色剤組成物。
［３］前記顔料１質量部に対する前記非晶質シリカの含有量が、０．０１〜１質量部である前記［１］又は［２］に記載の着色剤組成物。
［４］前記顔料１質量部に対する前記焼石膏の含有量が、１〜１００質量部である前記［１］〜［３］のいずれかに記載の着色剤組成物。
［５］前記焼石膏が、α半水石膏、β半水石膏、及びIII型無水石膏からなる群より選択される少なくとも一種である前記［１］〜［４］のいずれかに記載の着色剤組成物。

また、本発明によれば、以下に示す着色剤組成物の製造方法が提供される。
［６］前記［１］〜［５］のいずれかに記載の着色剤組成物の製造方法であって、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを混合して混合粉体を得る第１の工程を有する着色剤組成物の製造方法。
［７］前記第１の工程において、前記顔料、前記焼石膏、及び前記非晶質シリカを混合すると同時に粉砕する前記［６］に記載の着色剤組成物の製造方法。
［８］前記混合粉体を粉砕する第２の工程をさらに有する前記［６］に記載の着色剤組成物の製造方法。
［９］前記焼石膏の体積平均粒子径が、２０〜２００μｍである前記［６］〜［８］のいずれかに記載の着色剤組成物の製造方法。

本発明の着色剤組成物は、着色性に優れた粉体及び硬化体等の石膏製品を容易に製造可能なものである。また、本発明の着色剤組成物の製造方法によれば、上記の特性を有する着色剤組成物を製造することができる。

さらに、本発明の着色剤組成物を用いて作製した石膏硬化体（着色石膏硬化体）は着色性が向上していると同時に、色ムラについても改善されている。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

＜着色剤組成物＞
本発明の着色剤組成物は、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを含有する粉体である。そして、本発明の着色剤組成物は、石膏製品（被着色物）を構成する石膏を含む原材料粉末に添加され、石膏製品を着色するための着色剤（いわゆるマスターバッチ）として用いられる。

（顔料）
使用される顔料の種類は特に限定されず、工業製品等の着色に一般的に使用される顔料を用いることができる。用いることができる顔料の具体例としては、アゾ顔料や多環顔料等の有機顔料；天然鉱物顔料や合成無機顔料等の無機顔料等を挙げることができる。

（焼石膏）
本発明の着色剤組成物は焼石膏を含有する。この焼石膏は、基材として機能しうる粉末状又は粒子状の成分である。着色剤組成物中の焼石膏の含有量は、顔料１質量部に対して１〜１００質量部であることが好ましく、１〜５０質量部であることがさらに好ましい。焼石膏の含有量が顔料１質量部に対して１質量部未満であると、着色性が向上しにくいとともに、得られる着色石膏硬化体に色ムラが生じやすくなる傾向にある。また、焼石膏で構成された場合における石膏製品（着色石膏粉末）と水との混練性も悪化する傾向にある。一方、焼石膏の含有量が顔料１質量部に対して１００質量部超であると、着色石膏硬化体に色ムラが生じやすくなる傾向にある。

焼石膏の種類としては、例えば、α半水石膏、β半水石膏、及びIII型無水石膏等を挙げることができる。これらの焼石膏は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。

（非晶質シリカ）
本発明の着色剤組成物は非晶質シリカを含有する。この非晶質シリカを含有させることで、非晶質シリカを含有させない場合に比して、着色石膏硬化体に色ムラが顕著に生じにくくなるとともに、着色性が顕著に向上した石膏製品を製造することが可能な着色剤組成物とすることができる。着色剤組成物中の非晶質シリカの含有量は、顔料１質量部に対して０．０１〜１質量部であることが好ましく、０．１〜０．８質量部であることがさらに好ましい。非晶質シリカの含有量が顔料１質量部に対して０．０１質量部未満であると、非晶質シリカを配合した場合の効果を得にくくなる。このため、石膏製品の着色性が向上しにくくなるとともに、着色石膏硬化体に色ムラが生じやすくなる傾向にある。一方、非晶質シリカの含有量が顔料１質量部に対して１質量部超であると、効果が頭打ちになるとともに、コスト面で不利になる傾向にある。

非晶質シリカの数平均粒子径は、５〜４０ｎｍであることが好ましく、５〜３０ｎｍであることがさらに好ましい。その数平均粒子径が５ｎｍ未満の非晶質シリカについては、取り扱いが困難であるとともに、粒径が小さすぎるために調製や入手が実質的に困難である。一方、非晶質シリカの数平均粒子径が４０ｎｍ超であると、石膏製品の着色性が向上しにくいとともに、着色石膏硬化体に色ムラが生じやすくなる傾向にある。なお、本明細書における「非晶質シリカの数平均粒子径」とは、「非晶質シリカの一次粒子の数平均粒子径」を意味するものとする。

（その他の成分）
本発明の着色剤組成物には、必要に応じて、上述の各成分以外のその他の成分を含有させることができる。含有させることができるその他の成分としては、石膏製品に一般的に含有させることができる添加剤等を挙げることができ、特に限定されない。

＜着色剤組成物の使用方法＞
本発明の着色剤組成物を用いれば、着色した石膏製品を容易に製造することができる。以下、歯科模型を製造する場合を例に挙げて、本発明の着色剤組成物の使用方法の一例について説明する。

着色した歯型模型を製造するには、まず、歯型模型を構成する石膏を含む原材料粉末を用意する。石膏としては、一般的な歯型模型を構成するα半水石膏、β半水石膏、及びIII型無水石膏等の焼石膏をそのまま使用することができる。

次いで、用意した原材料粉末に本発明の着色剤組成物を添加して混合する。着色剤組成物の添加量は、製造しようとする歯型模型の色や着色の程度、コスト等を勘案して適宜設定すればよい。具体的には、原材料粉末中の石膏１００質量部に対して、０．０１〜３質量部程度とすればよい。なお、原材料粉末には、クエン酸ナトリウム等の硬化調整剤をはじめとする各種添加剤を添加することができる。

原材料粉末と着色剤組成物を混合する方法については特に限定されない。具体的には、容器や袋に入れて振とうする等の簡易な方法によって混合することができる。すなわち、本発明の着色剤組成物を用いれば、特殊な混合装置等を使用しなくても、色ムラが生じにくく、着色性に優れた石膏製品（着色石膏粉末）を製造することができる。混合後、適量の練水を添加して撹拌することにより、着色した石膏スラリーを得ることができる。そして、得られた石膏スラリーを雌形の歯型に流し込んだ後、硬化及び脱型することによって、着色性に優れているとともに、色ムラが生ずることなく均一に着色した歯型模型を製造することができる。

上述のように、本発明の着色剤組成物を用いれば、着色性に優れているとともに、色ムラが生ずることなく均一に着色した着色石膏粉末、及び着色石膏硬化体を簡易な方法で製造することができる。なお、本発明の着色剤組成物を用いて製造することができる石膏製品は、歯型模型や工業模型等の石膏硬化体に限定されず、例えば、石膏プラスターやパテをはじめとする建築材料等の液状又は半液状の石膏製品、及び粉体状の石膏製品を製造することもできる。

＜着色剤組成物の製造方法＞
次に、本発明の着色剤組成物の製造方法について説明する。本発明の着色剤組成物の製造方法は、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを混合して混合粉体を得る第１の工程を有する。以下、その詳細について説明する。

（第１の工程）
第１の工程では、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを混合して混合粉体を得る。このようにして得られた混合粉体を、そのまま着色剤組成物として用いることができる。このとき用いる焼石膏の体積平均粒子径は、２０〜２００μｍであることが好ましく、２０〜１００μｍであることがさらに好ましい。その体積平均粒子径が上記数値範囲内である焼石膏を用いることで、より色ムラが生じにくく、さらに着色性に優れた石膏製品を製造可能な着色剤組成物を得ることができる。

顔料、焼石膏、及び非晶質シリカは、それぞれ予め粉砕して粉状又は粒状にしておくことが好ましい。顔料、焼石膏、及び非晶質シリカをそれぞれ粉砕するには、粉体又は粒状物を粉砕するための一般的な粉砕機等を使用することができる。このような粉砕機の具体例としては、メディアを用いた衝突又は摩擦作用を有する粉砕機（ボールミル等）、及び衝撃・磨砕・剪断作用を有する粉砕機（アドマイザー等）を挙げることができる。なお、テーブル試験のサイズでは、ジューサーミキサーを用いることで簡便に粉砕することができる。また、バッチ式粉砕機及びワンパス式粉砕機のいずれも使用できる。

顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを混合するには、粉体を均一に混合するための一般的な混合機等を使用することができる。また、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを入れた容器や袋等を振とうすることによって、これらの成分を混合してもよい。なお、混合機の具体例としては、リボンミキサー、ナウターミキサー、Ｖミキサー、及びパドルミキサー等を挙げることができる。

第１の工程においては、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを混合すると同時に粉砕すること、すなわち共粉砕することが好ましい。共粉砕することにより、焼石膏が粉砕されると同時に非晶質シリカと混合されるため、粉砕機を通すことなく単に混合した場合に比して、より色ムラが生じにくく、さらに着色性に優れた石膏製品を製造可能な着色剤組成物を得ることができる。

顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを共粉砕するには、粉体を混合すると同時に粉砕することが可能な一般的な乾式の粉砕機を使用することができる。具体例としては、上述したメディアを用いた衝突又は摩擦作用を有する粉砕機（ボールミル等）、及び衝撃・磨砕・剪断作用を有する粉砕機（アドマイザー等）を挙げることができる。なお、テーブル試験のサイズでは、ジューサーミキサーを用いることで簡便に共粉砕することができる。また、バッチ式粉砕機及びワンパス式粉砕機のいずれも使用できる。粉砕時間としては、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカの量、粉砕設備、メディアを用いる粉砕機においてはメディアの材質、サイズ、重量等によっても異なるが、極短い粉砕時間でもその効果は発現する。

顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを粉砕機に供給する順序は、使用する粉砕機の粉砕方式によっても異なるが、適宜選択することができる。例えば、数秒程度の短時間で粉砕を完了させる粉砕機を使用する場合には、顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを同時に供給することが好ましい。一方、数十秒以上かけて粉砕を完了させる粉砕機を使用する場合には、任意の順序で供給することができる。

（第２の工程）
本発明の着色剤組成物の製造方法は、上述の第１の工程で得られた混合粉体を粉砕する第２の工程をさらに有することが好ましい。第１の工程で得た混合粉体をさらに粉砕することで上述した共粉砕と同じ効果を得ることができる。さらに上述したとおり、焼石膏が粉砕されると同時に非晶質シリカと混合されるため、粉砕機を通すことなく単に混合した場合に比して、より色ムラが生じにくく、さらに着色性に優れた石膏製品を製造可能な着色剤組成物を得ることができる。

混合粉体を粉砕するには、第１の工程で使用したような粉体を粉砕するための一般的な粉砕機等を使用することができ、テーブル試験においても同様にジューサーミキサーを用いることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「％」は、特に断らない限り質量基準である。

（１）非晶質シリカの数平均粒子径について
（実施例１−１〜１−５）
顔料（群青）１部、基材としてβ半水石膏（吉野石膏社製、体積平均粒子径：５０μｍ）３０部、及び表１に示す数平均粒子径の非晶質シリカ０．３部をジューサーミキサー（品番「ＭＸ−Ｘ１０７」、パナソニック社製）に入れ、６０秒間混合及び粉砕して着色剤組成物を用意した。

原材料粉末となるα半水石膏１００部及び硬化調整剤（クエン酸ナトリウム）０．１部と、製造した着色剤組成物０．３部をポリ袋に入れ、３分間よく振って内容物を混合して着色石膏粉体を作製し、下記の方法で着色性を評価した。また、得られた着色石膏粉体に練水２４部を添加し、混合して得られたスラリーを型枠（直径５０ｍｍ×１０ｍｍ）内に流し込み、硬化させることにより着色石膏硬化体を作製し、下記の方法で着色性と色ムラを評価した。

（評価）
［着色性］
色差計（商品名「Ｃｏｌｏｒ Ｍｅｔｅｒ ＺＥ２０００」、日本電色工業社製）を使用し、製造した着色石膏粉体及び着色石膏硬化体のＣＩＥ ＬＡＢ（Ｌ^*ａ^*ｂ^*）表色系における「−ｂ値」を測定して着色性の評価基準とした。結果を表１に示す。

［色ムラ］
製造した着色石膏硬化体を目視観察し、以下に示す基準にしたがって色ムラを評価した。結果を表１に示す。なお、着色剤組成物が凝集すると、その箇所が部分的に濃く着色されるので、目視による判断が容易になる。
◎：着色剤組成物が凝集している箇所の面積が、着色石膏硬化体表面全体の５％以内である。
○：着色剤組成物が凝集している箇所の面積が、着色石膏硬化体表面全体の５％を超えて２０％以内である。
△：着色剤組成物が凝集している箇所の面積が、着色石膏硬化体表面全体の２０％を超えて５０％以内である。
×：着色剤組成物が凝集している箇所の面積が、石膏硬化体表面全体の５０％超である。

表１に示すように、非晶質シリカの数平均粒子径が小さいほど、得られる着色石膏粉体及び着色石膏硬化体の着色性が向上するとともに、着色石膏硬化体の色ムラが改善されることが分かる。

（２）非晶質シリカの配合量について
（実施例２−１〜２−６及び比較例１）
顔料（群青）１部、基材としてβ半水石膏（吉野石膏社製、体積平均粒子径：５０μｍ）３０部、及び表２に示す配合量の非晶質シリカ（数平均粒子径：３０ｎｍ）をジューサーミキサー（品番「ＭＸ−Ｘ１０７」、パナソニック社製）に入れ、６０秒間混合及び粉砕して着色剤組成物を用意した。また、前述の「実施例１−１〜１−５」の場合と同様にして、着色石膏粉体及び着色石膏硬化体を作製するとともに、着色性及び色ムラを評価した。結果を表２に示す。

表２に示すように、非晶質シリカの含有量が少ないと、着色性及び色ムラの改善効果が弱いことが分かる。なお、非晶質シリカの含有量が多いと、着色性及び色ムラの改善効果は十分であるが、コスト面で不利になる場合がある。

（３）焼石膏の配合量について
（実施例３−１〜３−８及び比較例２）
顔料（群青）１部、基材として表３に示す配合量のβ半水石膏（吉野石膏社製、体積平均粒子径：５０μｍ）、及び非晶質シリカ（数平均粒子径：３０ｎｍ）０．３部をジューサーミキサー（品番「ＭＸ−Ｘ１０７」、パナソニック社製）に入れ、６０秒間混合及び粉砕して着色剤組成物を用意した。また、前述の「実施例１−１〜１−５」の場合と同様にして、着色石膏粉体及び着色石膏硬化体を作製するとともに、着色性及び色ムラを評価した。結果を表３に示す。

表３に示すように、β半水石膏の含有量が少ないと、着色性及び色ムラの改善効果が弱いことが分かる。なお、β半水石膏の含有量が多すぎると、色ムラが生じやすくなる傾向にあることが分かる。

（４）焼石膏の体積平均粒子径について
（実施例４−１〜４−７）
顔料（群青）１部、基材として表４に示す体積平均粒子径のβ半水石膏（吉野石膏社製）３０部、及び非晶質シリカ（数平均粒子径：３０ｎｍ）０．３部をジューサーミキサー（品番「ＭＸ−Ｘ１０７」、パナソニック社製）に入れ、６０秒間混合及び粉砕して着色剤組成物を用意した。また、前述の「実施例１−１〜１−５」の場合と同様にして、着色石膏粉体及び着色石膏硬化体を作製するとともに、着色性及び色ムラを評価した。結果を表４に示す。

表４に示すように、β半水石膏の体積平均粒子径が小さすぎる場合と大きすぎる場合には、色ムラが生じやすくなる傾向にあることが分かる。

（５）基材（焼石膏）の種類について
（実施例５−１〜５−３及び比較例３〜５）
顔料（群青）１部、表５に示す種類の基材３０部、及び非晶質シリカ（数平均粒子径：３０ｎｍ）０．３部をジューサーミキサー（品番「ＭＸ−Ｘ１０７」、パナソニック社製）に入れ、６０秒間混合及び粉砕して着色剤組成物を用意した。なお、α半水石膏、β半水石膏、及びIII型無水石膏は、いずれも吉野石膏社製のもの（体積平均粒子径：５０μｍ）を用いた。また、前述の「実施例１−１〜１−５」の場合と同様にして、着色石膏粉体及び着色石膏硬化体を作製するとともに、着色性及び色ムラを評価した。結果を表５に示す。

表５に示すように、焼石膏であるα半水石膏、β半水石膏、及びIII型無水石膏を基材として用いることで、着色性及び色ムラの改善効果が得られることが分かる。なお、基材として、α半水石膏及びβ半水石膏を用いた場合には、III型無水石膏を用いた場合に比して、より優れた着色性及び色ムラの改善効果が得られることが分かる。

（６）混合方法について
（実施例６−１及び６−２）
顔料（群青）１部、表６に示す種類の基材３０部、及び非晶質シリカ（数平均粒子径：３０ｎｍ）０．３部をジューサーミキサー（品番「ＭＸ−Ｘ１０７」、パナソニック社製）に入れ、６０秒間混合及び粉砕して着色剤組成物を用意した。また、前述の「実施例１−１〜１−５」の場合と同様にして、着色石膏粉体及び着色石膏硬化体を作製するとともに、着色性及び色ムラを評価した。結果を表６に示す。

（実施例６−３及び６−４）
顔料（群青）１部、表６に示す種類の基材３０部、及び非晶質シリカ（数平均粒子径：３０ｎｍ）０．３部をポリ袋に入れ、６０秒間よく振って内容物を混合して着色剤組成物を用意した。また、前述の「実施例１−１〜１−５」の場合と同様にして、着色石膏粉体及び着色石膏硬化体を作製するとともに、着色性及び色ムラを評価した。結果を表６に示す。

（比較例６及び７）
顔料（群青）１部及び表６に示す種類の基材３０部をポリ袋に入れ、６０秒間よく振って内容物を混合して着色剤組成物を用意した。また、前述の「実施例１−１〜１−５」の場合と同様にして、着色石膏粉体及び着色石膏硬化体を作製するとともに、着色性及び色ムラを評価した。結果を表６に示す。

表６に示すように、顔料、基材（焼石膏）、及び非晶質シリカを単純に混合するだけでなく、混合と同時に粉砕（すなわち共粉砕）することによって、着色性及び色ムラの改善効果がより向上することが分かる。

（７）石膏（被着色物）の種類について
（実施例７−１〜７−５及び８−１〜８−５）
顔料（群青）１部、表７及び８に示す種類の基材（吉野石膏社製、体積平均粒子径：５０μｍ）３０部、及び非晶質シリカ（数平均粒子径：３０ｎｍ）０．３部をジューサーミキサー（品番「ＭＸ−Ｘ１０７」、パナソニック社製）に入れ、６０秒間混合及び粉砕して着色剤組成物を用意した。また、原材料粉末の石膏（被着色物）として表７及び８に示す種類の石膏（被着色物）を用いたこと以外は、前述の「実施例１−１〜１−５」の場合と同様にして、着色石膏粉体及び着色石膏硬化体を作製するとともに、着色性及び色ムラを評価した。結果を表７及び８に示す。但し、石膏（被着色物）として二水石膏及びII型無水石膏を用いた場合には、着色石膏硬化体を作製せず、色ムラの評価も行っていない。なお、二水石膏及びII型無水石膏は、いずれも吉野石膏社製のものを用いた。

表７及び８に示すように、いずれの種類の石膏を被着色物として用いた場合であっても、優れた着色性及び色ムラの改善効果が得られることが分かる。

本発明の着色剤組成物を用いれば、色ムラが生ずることなく均一に着色した歯型模型や工業模型等の石膏硬化体；液状、半液状、及び粉体状の石膏製品を簡易に製造することができる。

Claims (9)

1. 顔料と、焼石膏と、非晶質シリカと、を含有する粉体であり、
   石膏製品を構成する石膏を含む原材料粉末に添加され、前記石膏製品を着色するために用いられる着色剤組成物。
   
2. 前記非晶質シリカの数平均粒子径が、５〜４０ｎｍである請求項１に記載の着色剤組成物。
   
3. 前記顔料１質量部に対する前記非晶質シリカの含有量が、０．０１〜１質量部である請求項１又は２に記載の着色剤組成物。
   
4. 前記顔料１質量部に対する前記焼石膏の含有量が、１〜１００質量部である請求項１〜３のいずれか一項に記載の着色剤組成物。
   
5. 前記焼石膏が、α半水石膏、β半水石膏、及びIII型無水石膏からなる群より選択される少なくとも一種である請求項１〜４のいずれか一項に記載の着色剤組成物。
   
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の着色剤組成物の製造方法であって、
   顔料、焼石膏、及び非晶質シリカを混合して混合粉体を得る第１の工程を有する着色剤組成物の製造方法。
   
7. 前記第１の工程において、前記顔料、前記焼石膏、及び前記非晶質シリカを混合すると同時に粉砕する請求項６に記載の着色剤組成物の製造方法。
   
8. 前記混合粉体を粉砕する第２の工程をさらに有する請求項６に記載の着色剤組成物の製造方法。
   
9. 前記焼石膏の体積平均粒子径が、２０〜２００μｍである請求項６〜８のいずれか一項に記載の着色剤組成物の製造方法。