JP7203790B2 - 色ずれのない多層構造体及びその構造体上の保護コーティング - Google Patents
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Description
本願は、2014年4月1日出願の米国特許出願第14/242,429号の一部継続出願(CIP)であり、これは更に、2013年12月23日出願の米国特許出願第14/138,499号のCIPであり、これは更に、2013年6月8日出願の米国特許出願第13/913,402号のCIPであり、これは更に、2013年2月6日出願の米国特許出願第13/760,699号のCIPであり、これは更に、2012年8月10日出願の米国特許出願第13/572,071号のCIPであり、これは更に、2012年2月5日出願の米国特許出願第13/021,730号のCIPであり、これは更に、2010年6月4日出願の米国特許出願第112/793,772号(米国特許第8,736,959号)のCIPであり、これは更に、2009年2月18日出願の米国特許出願第12/388,395号(米国特許第8,749,881号)のCIPであり、これは更に、2007年8月12日出願の米国特許出願第11/837,529号(米国特許第7,903,339号)のCIPである。2013年6月8日出願の米国特許出願第13/913,402号は、2011年1月26日出願の米国特許第13/014,398号のCIPであり、これは更に2010年6月4日出願の米国特許第12/793,772号のCIPである。2011年1月26日出願の米国特許出願第13/014,398号は、2010年1月13日出願の米国特許第12/686,861のCIPであり、これは更に2009年2月19日出願の米国特許第12/389,256号(米国特許第8,329,247号)のCIPであり、これらのすべては、それらの全体が参照により援用される。
図1Dは、入射電磁放射の一部がこの層により吸収され、一部が透過し、一部が反射される、選択的吸収体層(SAL)を表している。したがって、透過し、吸収され、及び反射される電磁放射の量は、入射電磁放射の量と等しい。加えて、このような選択的吸収体層は、クロムの薄層、銅、真鍮、及び青銅の層、並びに同種のもののような材料から作ることができる。
図2を参照すると、複数の誘電体層を有する多層薄膜の略図が示されている。加えて、入射電磁放射の反射及び透過が模式的に示されている。上記のとおり、入射電磁放射の通常の透過は、それについての反射よりも非常に大きく、したがって多くの層が要求される。
この考察を用いると、
さらに、
TE及びTMについて明確にρTを解くと:
式20及び21を再編すると:
TEモードについて:
TMモードについて:
TEモードについて:
中心波長は重要なパラメーターとなる場合があり、というはその値が反射される電磁波長い及び/又は色スペクトルの近似範囲を示唆するからである。反射帯域の幅に関する示唆をもたらすことのできる、もう一つの重要なパラメーターは、全方向性反射帯域内の波長のレンジ対全方向性反射帯域内の波長のミッドレンジ比として定義される。この「レンジ対ミッドレンジ比」(η)は数学的に以下のように表現される:
TEモードについて、
図7を参照すると、第2世代に基づく、例示的な構造/設計が示されている。図7に示されている多層積層体は、複数の誘電体層及び、その下にある吸収体層を有している。加えて、入射電磁放射のうち、この構造体を透過するものはなく、即ち、全ての入射電磁放射は反射又は吸収される。図7に示されるようなこのような構造体は、十分な量の反射を得るために必要な誘電体層の数を減少することを可能にする。
図10を参照すると、下部の反射体層(RL)が、これにわたって延在する第1の誘電体材料層DL1、及びDL1層にわたって延在する選択的吸収体層SALを有している、第3世代の設計が示されている。加えて、もう一つのDL1層は提供されても、されなくてもよく、かつ選択的吸収体層にわたって延在していても、していなくてもよい。入射する全ての電磁放射が多層積層体によって反射され、又は選択的に吸収されている図が、さらに図において示されている。
マクスウェルの方程式から、電場は、s偏光について:
p偏光についてqs=ns/cosθs(40)
s偏光についてq=ncosθF (41)
p偏光についてq=n/cosθF (42)
φ=k・n・dcos(θF)(43)
u(z)及びv(z)は、下記のように表現することができる:
10gの量の7層顔料を、手順1のようなリン酸による処理を行わずに、環流冷却器を備える丸底フラスコ中の160mlのエタノールに懸濁した。この懸濁液に35gの水及び3.5gの28%アンモニア水溶液を加えた後、65℃で加熱した。次に、10gのテトラエトキシシランを13mlのエタノールで希釈した溶剤を、この加熱した懸濁液に少量ずつかき混ぜながら加えた。この反応混合物を65℃で14時間かき混ぜ、その後、液体から固体粒子をろ過し、エタノールで洗浄し、そしてイソプロパノール(IPA)で洗浄した。固体粒子を100℃で24時間乾燥して、SiO2コートされた7層顔料を得た。
15gの7層顔料を250ml3つ口フラスコ内に入れた。そして、100mlのDI水を加え、この溶液を80℃に加熱したエチレングリコールバス内で撹拌した。この溶液に数滴の1MのNaOH溶液を加えてpHを7.5に調整した。次に、20mlのNa2SiO3(13wt%SiO2)を、シリンジポンプを使用して定流量0.1ml/minでの溶液に加えた。Na2SiO3を加える際に、自動pH調節装置を使用して、1MのHCl水溶液をさらに加えてpHを7.5に維持した。この混合物を室温まで冷却し、ろ過し、IPAで洗浄し、そして100℃で24時間乾燥させた。このコートされた材料は、さらに200℃で24時間アニールしてもよい。
手順1又は1-AのSiO2でコートされた顔料2gを水20mlに懸濁し、pHを約10にした(希釈NaOH溶液により調節)。この懸濁液を100ml丸底フラスコ内で撹拌しつつ60℃で加熱した。そして、18wt%Na2Si03溶液0.5ml及び0.5MAl2(SO4)3溶液1mlを、この顔料懸濁液に定流量で1時間以内に、同時に滴定した。このスラリーのpHは調整しなかった。滴定後、この懸濁液を撹拌しつつ30分間放置した。この混合物をろ過して、残留した固体粒子をDI水で洗浄し、その後IPAで洗浄した。残留した固体粒子を100℃で24時間乾燥することにより、SiO2層及びAl2O3層を有する7層顔料を得た。
手順1又は1-AのSiO2でコートされた顔料3gを100mlの丸底フラスコ内のエタノール20mlに懸濁し、室温で撹拌した。さらに、アルミニウム-トリ-sec-ブトキシド0.66g及びジルコニウムブトキシド2.47mlをIPA15mlに溶解した。アルミニウム-トリ-sec-ブトキシド+ジルコニウムブトキシド混合物を、この顔料懸濁液に一定流量で2時間以内に滴定した。同時に、エタノール2mlに希釈したDI水0.66mlを適量投与した。滴定後、この懸濁液をさらに30分撹拌した。この混合物をろ過して、残留した固体粒子をDI水で洗浄し、その後IPAで洗浄した。残留した固体粒子を100℃で24時間乾燥することにより、又は代替的にさらに200℃で24時間アニールすることにより、SiO2層及びZrO2+Al2O3混合層を有する7層顔料を得た。
手順1又は1-AのSiO2でコートされた顔料3gを100mlの丸底フラスコ内のエタノール20mlに懸濁し、50℃に加熱しつつ撹拌した。その後、5wt%NaAlO2溶液0.5ml及びZrOCl210wt%溶液0.5mlをこの顔料懸濁液に定流量で30分以内に、同時に滴定した。スラリーのpHは希釈したHCl又はNaOHを加えることで8に調整した。滴定後、この懸濁液を撹拌しつつ30分間放置した。この混合物をろ過し、DI水で洗浄し、その後IPAで洗浄した。残留した固体粒子を100℃で24時間乾燥し、又は代替的にさらに200℃で24時間アニールした。
手順1又は1-Aの酸化ケイ素(SiO2)でコートされた顔料(3.5g)を100mlの丸底フラスコ内のエタノール26.83mlに懸濁し、70℃に加熱しつつ20分間撹拌した。その後、H2O1.18ml中のCe(NO3)3・6H2O0.33gをこの顔料懸濁液に2mL/hrの定流量で滴定し、この混合物を滴定後からさらに1.5時間撹拌した。この反応において、希釈NaOHを使用してこの溶液のpHを7.0に維持した。この混合物の残留した固体粒子をろ過し、水で3回洗浄し、その後IPAで3回洗浄した。残留した固体粒子を100℃で24時間乾燥して、SiO2層及びCeO2層を有する7層顔料を得た。
7層設計顔料2gを、100ml丸底フラスコ内のエタノール30mlに懸濁して、室温で撹拌した。ジルコニウムブトキシド(1-ブタノール中80%)2.75mlをエタノール10mlに溶解した溶液を1時間レートで滴定した。同時に、エタノール3mlに希釈したDI水1mlを秤量した。滴定後、この懸濁液をさらに15分間撹拌した。残留固体粒子を溶液からろ過し、エタノールで洗浄しそして100℃で5時間乾燥して、又は代替的にさらに200℃で24時間アニールして、ZrO2層を有する7層顔料を得た。
<手順9>SiO2層及びAl2O3層でコートされた7層顔料
手順1又は1AのSiO2コートされた顔料2gを、100ml丸底フラスコ内の約8のpHを有する(希釈NaOH溶液で調整された)水20mlに懸濁し、50℃に加熱して継続的に撹拌した。その後、5wt%NaAlO2溶液0.5mlをこの顔料懸濁液に30分レートで滴定した。このスラリーのpHは1MのHCl溶液を用いて8に調整した。滴定後、この懸濁液を撹拌しつつ30分間放置した。この混合物をろ過し、DI水で洗浄し、その後IPAで洗浄した。100℃で24時間乾燥して、コートされた顔料を得た。
250ml3口丸底フラスコをエチレングリコールオイルバスに設置して、温度を80℃に設定した。その後、手順1又は1AのSiO2コートがされた小片15g及びDI水100mlをフラスコに入れ、400rpmで撹拌した。この溶液を数滴の濃縮HCl溶液を滴下してpH2に調節した。その後、事前に希釈した35%TiCl4溶液をシリンジポンプによって0.1ml/minでこの混合物に滴定した。pHを一定に維持するため、ベース溶液であるNaOH溶液(8M)を児童pH調整装置によってフラスコ内に滴定した。析出中、層厚を測定するために、特定の時間間隔で小片試料を摘出した。この混合物を室温まで冷却し、その後ろ過し、IPAで洗浄し、100℃で24時間乾燥し、又は代替的にさらに200℃で24時間アニールした。
1.第1の材料の第1の層及び第2の材料の第2の層を有する顔料であって、前記第2の層は前記第1の層にわたって延在し、前記顔料を広帯域電磁放射に曝し、かつ0°~45°の間の角度から観察したときに、前記顔料が300nmより小さい所与の半値幅(FWMH)及びCIELAB色空間において30°より小さい所与の色ずれを有する電磁放射の帯域を反射する顔料、及び前記顔料の外表面を被覆している耐候性コーティングであって、かつ前記顔料の光触媒活性を、耐候性コーティングを有しない前記顔料と比較して、少なくとも50%減少させる耐候性コーティングを有する、全方向構造色顔料。
2.前記耐候性コーティングが酸化物層を有する、前記2に記載の、保護コーティングを有する全方向構造色顔料。
3.前記酸化物層が酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、及び酸化セリウムからなる群より選択される、前記2に記載の、保護コーティングを有する全方向構造色顔料。
4.前記耐候性コーティングが、第1の酸化物層及び第2の酸化物層を有し、前記第2の酸化物層が、前記第1の酸化物層と異なる、前記3に記載の、保護コーティングを有する全方向構造色顔料。
5.前記第2の酸化物層が、2つの異なる酸化物の組み合わせである混合酸化物層である、前記4に記載の、保護コーティングを有する全方向構造色顔料。
6.前記第1の酸化物層が、酸化ケイ素であり、かつ前記第2の酸化物層が、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウムからなる群の少なくとも2つから選択され、前記5に記載の、保護コーティングを有する全方向構造色顔料。
7.前記顔料が酸化物層を含まない、前記1に記載の、保護コーティングを有する全方向構造色顔料。
8.複数の顔料粒子を供給すること、ここで、各前記顔料粒子は第1の材料の第1の層、及び第2の材料の第2の層を有し、前記第2の層は前記第1の層にわたって延在し、前記顔料は、広帯域電磁放射に曝らされ、かつ0°~45°の間の角度から観察したときに、300nmより小さい所与の半値幅(FWMH)、及び30°より小さい所与の色ずれを有する電磁放射の帯域を反射する
複数の前記顔料粒子を第1の液体に懸濁して顔料懸濁液を形成すること、
第2の液体、並びにケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム及びチタンから選択される酸化物構成元素を有する酸化物前駆体を供給すること、
顔料懸濁液及び酸化物前駆体を混合すること、ここで、この混合は複数の前記顔料粒子の上に耐候性酸化物コーティングを堆積させ、耐候性コーティングを有する複数の顔料粒子と比較して、複数の前記顔料粒子の光触媒活性を少なくとも50%減少させることを含む、保護コーティングを有する全方向構造色顔料の製造方法。
9.第1の液体が第1の有機溶媒であり、かつ第2の液体が第2の有機溶媒である、前記8に記載の方法。
10.第1の有機溶媒及び第2の有機溶媒が有機極性溶媒である、前記9に記載の方法。
11.第1の有機溶媒及び第2の有機溶媒がn-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、エタノール、n-ブタノール、及びアセトンからなる群より選択される、前記10に記載方法。
12.第1の有機溶媒及び第2の有機溶媒がプロトン性有機極性溶媒である、前記11に記載方法。
13.第1の有機溶媒及び第2の有機溶媒が同じプロトン性有機極性溶媒である、前記12に記載の方法。
14.酸化物構成元素であるケイ素がテトラエトキシシランの形態であり、酸化物構成元素であるアルミニウムが、硫酸アルミニウム及びアルミニウム-トリ-sec-ブトキシドのうち少なくとも一つの形態であり、酸化物構成元素であるジルコニウムが、ジルコニウムブトキシドの形態であり、酸化物構成元素であるセリウムが、硝酸セリウム六水和物、硫酸セリウムのうち少なくとも一つの形態であり、また酸化物構成元素であるチタンが、チタンエトキシド、チタンイソプロポキシド、及びチタン‐n‐ブトキシドのうち少なくとも一つの形態であってよい、前記13に記載の方法。
15.第1の液体が第1の水性液体であり、第2の液体が第2の水性液体である、前記8に記載の方法。
16.酸化物構成元素が、ケイ酸ナトリウムの形態であり、酸化物構成元素であるアルミニウムが、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウム水和物、及びアルミン酸ナトリウムのうち少なくとも一つの形態であり、酸化物構成元素であるジルコニウムが、塩化ジルコニウム八水和物の形態であり、酸化物構成元素であるセリウムが、硝酸セリウム六水和物の形態であり、酸化物構成元素であるチタンが、四塩化チタンの形態である、前記15に記載の方法。
Claims (10)
- 耐候性酸化物コーティングを有する全方向構造色顔料の製造方法であって、
耐候性酸化物コーティングを有しない複数の顔料粒子を供給すること、ここで、複数の前記顔料粒子の各々は、反射体層と、前記反射体層にわたって延在する誘電体層と、前記誘電体層にわたって延在する吸収体層とを含み、前記反射体層、誘電体層及び吸収体層が実質的に平坦な層であり、前記顔料は、広帯域電磁放射に曝らされ、かつ0°~45°の間の角度から観察したときに、200nmより小さい所与の半値幅(FWMH)、及びCIELAB色空間において30°より小さい所与の色ずれを有する可視電磁放射の1つの帯域を反射する、
複数の前記顔料粒子を第1の液体に懸濁して顔料懸濁液を形成すること、
第2の液体、並びにケイ素、アルミニウム、ジルコニウム及びセリウムから選択される酸化物構成元素を有する酸化物前駆体を供給すること、及び
顔料懸濁液及び酸化物前駆体を混合すること、ここで、この混合は、耐候性酸化物コーティングを有しない複数の前記顔料粒子の上に耐候性酸化物コーティングを堆積させ、前記耐候性酸化物コーティングによって、耐候性酸化物コーティングを有しない複数の前記顔料粒子の光触媒活性を少なくとも50%減少させることを含み、
前記耐候性酸化物コーティングが、第1の酸化物層及び第2の酸化物層を有し、前記第1の酸化物層が、酸化ケイ素であり、かつ前記第2の酸化物層が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムからなる群のうちの少なくとも2つの組み合わせである混合酸化物層である、
耐候性コーティングを有する全方向構造色顔料の製造方法。 - 第1の液体が第1の有機溶媒であり、かつ第2の液体が第2の有機溶媒である、請求項1に記載の方法。
- 第1の有機溶媒及び第2の有機溶媒が有機極性溶媒である、請求項2に記載の方法。
- 第1の有機溶媒及び第2の有機溶媒がn-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、エタノール、n-ブタノール、及びアセトンからなる群より選択される、請求項3に記載方法。
- 第1の有機溶媒及び第2の有機溶媒がプロトン性有機極性溶媒である、請求項4に記載方法。
- 第1の有機溶媒及び第2の有機溶媒が同じプロトン性有機極性溶媒である、請求項5に記載の方法。
- 酸化物構成元素であるケイ素がテトラエトキシシランの形態であり、酸化物構成元素であるアルミニウムが、硫酸アルミニウム及びアルミニウム-トリ-sec-ブトキシドのうち少なくとも一つの形態であり、酸化物構成元素であるジルコニウムが、ジルコニウムブトキシドの形態であり、酸化物構成元素であるセリウムが、硝酸セリウム六水和物、硫酸セリウムのうち少なくとも一つの形態である、請求項1に記載の方法。
- 第1の液体が第1の水性液体であり、第2の液体が第2の水性液体である、請求項1に記載の方法。
- 酸化物構成元素であるケイ素が、ケイ酸ナトリウムの形態であり、酸化物構成元素であるアルミニウムが、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウム水和物、及びアルミン酸ナトリウムのうち少なくとも一つの形態であり、酸化物構成元素であるジルコニウムが、塩化ジルコニウム八水和物の形態であり、酸化物構成元素であるセリウムが、硝酸セリウム六水和物の形態である、請求項1に記載の方法。
- 前記耐候性酸化物コーティングを除いた前記顔料が酸化物層を含まない、請求項1に記載の方法。
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