KR20040076263A - 물리적으로 착색된 잉크 및 코팅제 - Google Patents

Abstract

잉크 또는 페인트와 같은 코팅제가 사용되며, 코팅제중의 입자는 전기적 특성, 자기적 특성 또는 빛/광학적 특성을 기초로 선택되며 입자는 코팅제에 분산되어 필요한 물리적 색상을 나타낸다. 일 시도에서, 페이퍼와 같은 기질에 대한 코팅제의 적용은 전기장 혹은 자기장을 사용하여 조절된다. 다른 시도에서, 기질상의 코팅제에 대한 패턴은 전기장, 자기장 혹은 광학적 장을 코팅제상의 특정한 지점을 목표로하여 형성된다. 또 다른 시도에서, 목적물에 적용되는 코팅제의 색상은 배경색에 맞도록 쉬프트되며, 따라서 코팅제가 지워진 것으로 보인다. 이러한 시도에서 코팅제는 판매 장소의 일 지점에서 스캐너로 판독할 수 있는 바코드와 같은 라벨 형태일 수 있다. 다른 시도에서, 패턴 혹은 코드는 코팅제 혹은 기질의 특정한 지점에 전기장, 자기장 혹은 광학적장을 적용함으로서 뒤섞이거나 혹은 제거된다.

Description

물리적으로 착색된 잉크 및 코팅제{Physical Colored Inks and Coatings}

특히, 물리적 착색은 일 색상 상태의 다른 색상 상태로의 전환가능성(switchability)을 제공할 수 있다. 이와 같은 색 변화 조성물은 예를들어, 직물 및 카펫트에 사용되는 중합체 섬유에 장식용으로 그리고 색-변화 창(window) 및 디스플레이에 장식목적으로 사용될 수 있다. 더욱이, 이러한 종류의 기술은 위장용 의복, 텐트 및 기계류에 군사용으로 적용될 수 있다. 이와 같은 색 변화가 광노출,온도 변화 혹은 습도변화 결과 가역적으로 전환될 수 있다면, 이와 같은 물품에 카멜레온 효과를 부여할 수 있다. 색 스위칭효과(color switching effect)가 화학 방사선 혹은 고온 노출에 의한 한때(one-time)의 효과라면, 스위칭 효과는 공간적으로 의존하는 착색을 제공하도록 사용될 수 있다. 새로운 광학적 효과의 달성에 의한 중합체 필름, 섬유, 코팅제 및 다른 물품의 가치 증가는 주요한 상업적 효과를 제공한다.

종래, U.S.특허 4,886,687은 5,000-100,000 lines/inch의 엠보싱된 패턴에 기인한 회절효과에 의한 비-채색에 의한 착색(non-pigmented coloration)을 개시하고 있다. U.S. 특허 제 4,017,318은 화학방사선에 노출된 후, 콜로이달 실버 입자에 의한 착색 효과를 제공하도록 열처리될 수 있는 유리 물품을 기술하고 있다. U.S. 특허 2,515,936; 2,515,943 및 2,651,145는 또한 콜로이달 골드 및 실버를 포함하는 다양한 콜로이달 금속의 배합을 사용하여 착색된 실리케이트 글래스를 제조하는 방법을 기술하고 있다. U.S. 특허 3,087,829 및 4,146,403에 기술되어 있는 바와 같은, 진주광택 조성물은 마이카 기판 입자의 플레이트 면에 위치하는 작은판(platelet)의 대향하는 평행한 면에서 반사된 빛의 간섭으로 착색을 제공한다. U.S. 특허 제 3,586,417은 Christiansen 필터 투과(transmit)시 필터의 온도를 변화시킴으로서 파장이 광학적 장치에 대하여 변화될 수 있음을 나타낸다. 이와 같은 변화는 산란입자 및 액체 매트릭스의 굴절률에 대한 다른 온도 계수에 기인한 것이다. 고형 매트릭스 광학 장치를 제조하기 위한 몇몇 시도를 포함하는 Christiansen필터를 제조하기 위한 다양한 새로운 방법이 Balasubramanian에 의해 Applied Optics 31, pp. 1574-1587에 기술되어 있다.

그러나, 종래 기술은 입자 산란과 관련된 착색 혹은 입자 산란의 착색 효과를 개질 및 증대시키는 물질 및 방법에 대한 잇점은 제공하고 있지 않다. 더욱이, 종래 기술은 물리적 착색기술에 기초하며 전기적, 자기적 및/또는 빛의 특성에 기초하여 조절될 수 있는 잉크 및 다른 코팅제는 제공하고 있지 않다. 본 발명은 이러한 문제 및 기타 다른 이슈에 관한 것이다.

또한, 입자 산란을 이용한 착색으로 불리는 물리적 착색은 염료 및 안료와 같은 종래의 착색방법에 비하여 많은 잇점을 제공한다. 종랭의 방법은 패딩(fading), 재생가능성, 독성 및 다른 환경적인 우려의 문제를 갖는다. 더욱이, 물리적 착색(physical coloring)은 광노출, 온도 변화 혹은 습도변화등으로 인하여 하나의 색상 상태를 다른 색상으로 전환할 수 있는(switchability)것과 같은 많은 새로운 특성을 부여한다. 물리적 착색을 가능하게 하는 다양한 조성물이 1999. 8.3일자로 공고된 미국 특허 5,932,309 "착색된 물품, 조성물 및 이의 제조방법"에 개시되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서에 참조문헌으로 사용된다.

도 1은 본 발명에 의한 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절하는 장치를 나타내는 도면이며,

도 2는 본 발명에 의한 라벨로 목적물에 적용되는 코팅제의 색상을 변화시키는 장치를 나타내는 도면이며,

도 3은 본 발명에 의하여 원하는 패턴을 제공하도록 기질에 적용되는 코팅제의 색상을 선택적으로 변화시키는 장치를 나타낸는 도면이다.

물리적인 색상은 매질에 분산된 미세한 입자의 독특한 입자분포에 기인한다. 미세 입자에서 색상의 원인은 빛의 산란에 기인함으로 벌크(bulk)에서 물질(material)의 실제 색상은 관심의 대상이 아니다. 따라서, 원하는 최종 색상에 대하여 독립적인 어떠한 입자를 선택할 수 있다. 더욱이, 물질의 전기적, 자기적 및 광학적 특성과 같은 다른 기준에 따라 입자를 선택할 수 있다. 예를들어, 물질을 전도도/전기적 특성 또는 자기적 특성에 따라 선택할 수 있으며, 잉크 배합물에 사용되도록 미세한 분산을 만들 수 있다. 이 경우에, 잉크를 이용한 인쇄는 적용 주위의 필드(field)를 조절함으로써 조절할 수 있다. 예를들어, 코팅제 분사의 폭 및 분사 방향이 조절될 수 있다. 더욱이, 예를들어, 레이져 혹은 전자총과 같은 기술을 사용하여 원하는 패턴에 따라 필드를 선택적으로 적용함으로써, 코팅제상에 패턴을 형성할 수 있다. 혹은 광(photo)에 반응하는 분산제 혹은 바운드 층(bound layer)을 사용하여 물질의 특성을 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명은 많은 새로은 특성을 갖는 잉크 또는 다른 코팅제를 제공한다.

더욱이, 본 발명은 미세한 입자의 응집과 관련된 색상의 쉬프트, 저하 및/또는 손실에 영향을 미친다. 본 발명의 일 구현에서, 외부에서 적용된 스트레스(stress) 혹은 필드가 입자를 응집하도록 사용되며, 따라서, 색 쉬프트, 저하 및/또는 손실이 야기되고 지울수 있는(삭제 가능한) 잉크 또는 코팅제가 제공된다.

이와 같은 시도는 잉크 또는 플라스틱, 금속 및/또는 세라믹용의 다른 코팅제를 포함하는 많는 적용에 유용한 것이다. 더욱이, 새로운 페인팅 시도는 이들 전도성 잉크(conductive inks) 혹은 자기성 잉크(magnetic inks)를 기초로하여 제공될 수 있다. 지울수 있는(삭제 가능한) 잉크 또는 포토 채인징 잉크(photo changing ink)/코팅제가 또한 제공될 수 있다. 예를들어, 바 코드가 제품에 혹은 제품의 라벨(label)에 제공될 수 있으며, 이는 소매상의 체크 아웃 카운터에서 예를들어, 값을 알기 위해 스캔될 때, 제품 혹은 라벨(label) 배경색의 색상으로 변화시킴으로써 본질적으로 사라진다. 다른 예로서, 착색된 마커(marker)가 빛 혹은 다른 방사선으로 소독되는 의료용 기기 혹은 음식물용 패시키에 제공될 수 있으며, 마커는 소독되었음을 확인하도록 그 색상이 변화된다.

미세한 입자의 응집과 관련된 색상의 쉬프트, 저하 및/또는 손실은 또한, 다른 방식으로 작용할 수 있다. 일 구현에서, 외부에서 적용된 스트레스 혹은 필드가 입자 응집에 사용되고 따라서, 입자 색상의 쉬프트, 저하 및/또는 손실되며, 그 결과 필요한 경우에, 목적물상의 코드 혹은 패턴이 뒤섞이거나 혹은 지워질수 있다.

상기한 색상 쉬프트, 색 저하 또는 색 손실은 기질 또는 기질상의 코팅제중에서 일 수 있다. 일 구현에서, 색상 쉬프트, 색 저하 및/또는 색 손실은 기질상의 코팅제중에서 이다. 도 1은 본 발명에 따른 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절(controlling)하는 장치를 나타낸다. 도 1에서, 코팅제, 예를들어 잉크 또는 페인트의 공급 110은 아웃렛(outlet) 115를 경유하여 기질 120으로 전달된다. 코팅제는 페이트 스프레이어와 같은 프레셔(pressure)하에 있을 수 있으며, 이로 인하여, 아웃렛 115로 부터 추진(propel)된다. 기질 120은 코팅제가 적용되는 페이퍼 혹은 어떠한 다른 필요한 표면을 포함할 수 있다. 전자기장 발생기 130은 전기장, 자기장 혹은 광학적 장을 발생하여 기질 120에 대한 코팅제의 적용을 조절한다. 알려져 있는 바와 같이 전기장은 전자와 같은 전기적으로 대전된 입자에 의해 형성된다. 자기장은 전자와 같이 전기적으로 대전된 캐리어가 공간을 통해 혹은 전기 전도체 내에서 움직일 때 발생한다. 전자기(EM)장은 대전된 입자가 가속될 때 발생한다. 따라서, 전기장 및/또는 자기장은 상기한 어떠한 바에 의해 제공될 수 있다. 이와 같은 필드를 제공하는 기기는 New England Techni-Coil, Inc.(Tuftonboro, N.H.) 및 Tabtronics, Inc.(Geneseo, N.Y.)에서 구입할 수 있는 것등이 기술분야에 알려져 있다.

상기한 바와 같이, 코팅제는 잉크 또는 페이트 또는 이 기술 분야에 알려져있는 다른 코팅물질일 수 있다. 코팅제중에서 입자 산란 착색제는 전기적, 자기적 및/또는 광학적 특성에 따라 선택되며, 따라서, 이들의 기질 120으로의 궤도는 필드의 세기 및/또는 위치를 조절함으로써 조절할 수 있다. 예를들어, 입자 산란 착색제는 큰 전도도를 갖는 금 또는 은일 수 있다. 더욱이 상기 코팅제에 입자가 분산되어 코팅제에 원하는 물직적 착색을 제공한다. x-y 제어기 140은 필드 발생기 130에 제어 신호를 제공하여 기질 120의 원하는 위치로 코팅제가 향하도록 하며, 이는 직교 좌표(Cartesian coordinates) 및 극좌표계(polar coordinates)를 포함하는 어떠한 좌표계로 규정될 수 있다.

더욱이, 후술하는 바와 같이, 입자 산란 착색제는 또한, 양파-껍질(onion-skin) 입자법으로도 알려진 최소 2개의 층으로 구성될 수 있다. 상기 구현에서, 입자 산란 착색제는 입자 산란 착색제를 포함하는 최소 하나의 층 및 전기적, 자기적 및/또는 광학적 특성에 따라 선택된 물질을 포함하는 최소 하나의 층을 포함할 수 있으며, 따라서, 기질 120으로 향하는 이들의 궤도는 필드의 세기 및/또는 위치를 조절함으로써 조절될 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 코팅제의 색상을 변화시키는 장치를 도시한 것이다. 여기서, 코팅제는 라벨로 직접 목적물 210에 혹은 목적물에 부착된 라벨 기질 215에 적용될 수 있다. 이와 같은 라벨기질은 예를들어 이러한 목적에서 접착 배킹(backing)을 갖을 수 있다. 목적물 210은 소매상의 판매 터미날의 일 지점에서 소비자에 의해 구입되는 제품(예를들어, 물품 혹은 서비스(용역, service))일 수 있다. 혹은 목적물 210은 예를들어, 어셈블리 라인 혹은 창고에서 트랙(track)되거나 혹은 상품목록에 기재되어 있는 물품일 수 있다. 상기 코팅제는 가격 및/또는 목적물과 관련된 확인사항을 제공하거나 혹은 창고에서 목적물이 저장 혹은 운반되어야 하는 지점을 표시하도록 일반적으로 사용되는 바 코드로 제공되는 것과 같은 라벨 메세지를 제공할 수 있다. 코팅제는 통상의 방식으로 바 코드 스캐너 230으로 판독되도록 하는 물리적 착색을 제공한다. 물리적 착색은 본 명세서에서 기술한 바와 같이 코팅제에 미세한 입자를 분산시킴으로써 달성될 수 있다. 예를들어, 백색 혹은 다른 밝은 색상의 배경에 대한 어두운 색은 바 코드 스캐너 230으로 판독할 수 있다. 체크아웃 레지스터(checkout register) 240은 바코드 스캐너 230과 통신하여 소비자가 구매한 여러가지 목적물의 가격을 합산한다.

더욱이, 입자 산란 착색제는 전기적/전도성, 자기적 및/또는 광학적 특성에 따라 선택될 수 있으며, 따라서 색 필드 삭제 장치(color field erase device) 220등에 의해 적절한 필드(field)가 적용되는 경우, 색상이 쉬프트 될 수 있다. 입자가 이들의 전기적 특성에 따라 선택되는 경우, 색상이 쉬프트되거나, 색상의 강도가 저하되거나 및/또는 코팅제 내의 패턴이 뒤섞이도록 색 필드 삭제 장치 220에 의해 전기장이 사용된다. 입자가 이들의 자기적 특성에 따라 선택되는 경우, 색상이 쉬프트되거나, 색상의 강도가 저하되거나 및/또는 코팅제 내의 패턴이 뒤섞이도록 색 필드 삭제 장치 220에 의해 자기장이 사용된다. 입자가 이들의 광학적 특성(예를들어, 이들의 빛에 대한 반응)에 따라 선택되는 경우, 색상이 쉬프트되거나,색상의 강도가 저하되거나 및/또는 코팅제 내의 패턴이 뒤섞이도록 색 필드 삭제 장치 220에 의해 광학적장/ 빛의 장이 사용된다. 이 경우에 입자 또는 코팅제는 분산제 혹은 바운드 층(bound layer)와 같이 광(photo)에 반응하는 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 색 필드 삭제 장치 220은 전기적/전도성, 자기적 및/또는 광학적 특성을 쉬프트할 수 있는 어떠한 장치를 포함할 수 있다.

예를들어, 라벨 메세지를 형성하는 코팅제의 색상은 목적물 또는 라벨 기질과 대조되는 색에서 입자가 응집되도록 전기/전도도 및/또는 자기장을 코팅제에 적용함으로써 본질적으로 혼합된 색상으로 쉬프트될 수 있다. 이러한 방식에서, 코팅제는 목적물 210'에서 본질적으로 삭제되는 것으로 보인다. 색 삭제 필드 장치 220은 바 코드 스캐너 230과 통신하여 바 코드가 성공적으로 스캔하였음을 확인할 때까지 색이 변화되지 않도록 할 수 있다.

가능한 일 구현에서, 라벨 기질 215(혹은 코팅제가 목적물에 직접 적용된 경우에는 목적물 210)은 고형 매트릭스 성분에 분산된 전자 트랜지션 착색제, 염료 혹은 안료를 갖는 고형 매트릭스 성분을 갖는 조성물을 포함할 수 있으며, 상기 물질들은 모두 이 기술분야의 기술자가 쉽게 이용할 수 있는 것이다. 따라서, 상기 조성물은 어떠한 적용된 필드에 의하여 일반적으로 영향을 받지 않는 고정된 색을 갖는다. 라벨 기질(혹은 목적물)에 위치하는 코팅제는 고형 매트릭스 성분에 분산된 입자 산란 착색제를 갖는 고형 매트릭스 성분을 갖는 조성물을 포함할 수 있다.상기 착색제는 코팅제를 기질 215 혹은 목적물 210의 색과 대조될 수 있는 색이 되도록 한다. 상기 착색제는 예를들어, 적용된 전기장 또는 자기장에 의해 영향을 받는 금 혹은 은을 포함할 수 있다. 이와 같은 필드가 색 삭제 필드 장치 220에 의해 적용되는 경우, 입자 산란에 의해 착색이 약해져 코팅제 조성물은 기질 조성물에서 반사되는 가시적인 빛에 대하여 실질적으로 투과(transmissive)되며 코팅제가 실질적으로 사라진다. 후술하는 바와 같이, 착색이 단지 입자 크기에만 의존하며 평행한 플레이트의 대향하는 면 또는 경계면(interface)에서 반사되는 빛의 간섭이 착색에 대한 현저한 영향이 없다면 착색제는 본 발명의 목적에서 입자 산란 착색제로 여겨진다. 비흡수 입자 산란 착색제는 가시광선을 흡수하지 않는다. 이들 입자가 응집되는 경우, 응집된 입자의 농도에 따라 백색 혹은 실질적으로 투명한 코팅제를 남기고 산란에 의한 색상은 감소되거나 혹은 제거된다. 흡수 입자 산란 착색제는 가시광선을 흡수하나, 본 발명에서, 이들 착색제는 매우 낮은 농도로 사용된다(예를들어, Au에 대하여 0.05wt%). 이들 흡수 입자 산란 착색제가 응집되기 시작하는 경우, 마이에 이론(Mie theory)에 따라 이들의 색상이 쉬프트된다. 입자가 충분히 큰 크기로 응집되는 경우, 더이상 실질적인 마이에 산란은 진행되지 않는다. 이들 낮은 농도에서, 관찰되는 색상은 감소되거나, 실질적으로 감소되거나 혹은 몇몇 경우에는 사라진다.

일 구현에서, 코팅제가 삭제되거나 변화되는 경우, 목적물의 외관이 개선된다. 다른 구현에서, 목적물이 스캔되었는지를 확인할 수 있다. 또 다른 구현에서,목적물상의 본래의 코드 혹은 패턴이 보안 혹은 트래킹(tracking) 목적에 요구되는 경우 뒤섞이거나 혹은 지워질 수(삭제될 수) 있다.

색 삭제 필드 장치 220은 나아가 삭제된 후에 미세한 입자의 탈-응집(de-agglomeration)에 의해 색 변화를 역전시켜 본래의 코드 혹은 패턴이 다시 보이도록 적합한 전기장, 자기장 및/또는 빛의 장(light field)를 코팅제에 적용할 수 있다.

상기 코팅제는 여러가지 다른 방식으로 사용될 수 있다. 예를들어, 코팅제는 살균장치와 같은 다른 목적에 대하여 전기장, 자기장 및/또는 광학적 장이 이미 사용되는 환경에 또한 사용될 수 있다. 예를들어, 코팅제는 의료용 혹은 치과용 기기 혹은 자외선을 사용하여 소독하는 다른 목적물에 마커(marker)로서 제공될 수 있다. 여기서, 코팅제의 색상은 빛이 적용되었는지 여부를 나타내며, 결국, 기기가 소독되었는지 여부를 나타낸다. 코팅제는 방사선 적용에 의한 색 변화에 의해 박테리아가 사멸되었는지를 확인하기 위해 방사선이 조사되어온 음식물 패키지상에 마커로서 마찬가지로 적용될 수 있다. 상기 코팅제는 또한 색 변화를 근거로 적용된 필드의 정도를 표시하도록 또한 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따라 원하는 패턴을 제공하도록 기질에 적용된 코팅제의 색상을 선택적으로 변화시키는 장치를 도시한 것이다. 여기서, 코팅제 225는 기질320에 균일하게 혹은 달리 적용되며, x-y 제어기 340에 대하여 반응하는 필드 발생기 330은 전기장, 자기장 및/또는 광학적장이 코팅제 325로 석택적으로 향하도록 한다. 예를들어, 레이져 혹은 전자총과 같은 기술이 전기장 및/또는 자기장을 제공하도록 사용될 수 있다. 광학적 장은 적합한 광 비임(light beam)을 사용하여 제공될 수 있다. 필드의 위치에 기초하여, 코팅제 325에 상응하는 패턴이 형성된다. 상기 패턴은 예를들어, 디자인, 텍스트(text) 혹은 로고(logo)일 수 있다. 더욱이, 상기 필드는 코팅제의 정면에 향하도록 보내어지거나 혹은 기질을 통과할 수 있는 필드가 사용되는 경우에는 후면에 향하도록 보내어질 수 있다.

다른 가능한 구현에서, 기질 320은 고형 매트릭스 성분에 분산된 전자 트랜지션 착색제, 염료 혹은 안료를 갖는 고형 매트릭스 성분을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 기질 320상에 위치하는 상기 조성물 325는 고형 매트릭스 성분에 분산된 입자 산란 착색제를 갖는 고형 매트릭스 성분을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 착색제는 코팅제 325가 기질 320과 대비될 수 있는 생상이 되도록 한다. 착색제는 예를들어, 적용된 전기장 혹은 자기장에 의해 영향을 받는 금 혹은 은을 포함할 수 있다. 이와 같은 필드가 필드 발생기 330에 의해 적용되는 경우, 코팅제 조성물이 기질 조성물에서 반사되는 가시광선에 대하여 투과하도록 필드가 적용되는 특정한 지점에서만 입자 산란에 의한 착색이 약해지며, 기질의 색상을 볼 수 있게된다.

코팅제는 이 기술분야에 알려져 있는 방법으로 제조될 수 있으며, 예를들어,1999.8.13일자로 공고된 US 특허 5,932,309 "착색된 물품 및 조성물 및 이들의 제조방법"에 기술되어 있다. 상기 코팅제는 비흡수 입자 산란 착색제를 농축물로 코팅용액에 분산한 후, 보다 낮은 농도로 렛-다운(let-down) 함으로써 제조할 수 있다. 밀링(milling) 및 분산제가 입자 산란 착색제의 분산 증대에 이로울 수 있다. 특히, MT-500B와 같은 비흡수 입자 산란 착색제(평균 입자 직경이 35㎚인 Daicolor-Pope의 코팅되지 않은 이산화티타늄)는 40wt% 농도의 Caplube™(식물-기초 물질)과 같은 분산제에 밤새 밀링된다. 그 후, 상기 농축물을 코팅용액에 첨가하여 예를들어, 입자 산란 착색제를 1%의 최종 렛-다운 농도로 포함하는 코팅 용액을 제조한다. 다른 방법에서, 코팅제는 입자 산란 착색제를 분산제 없이 코팅제, 코팅 용액 혹은 코팅물질에 직접 첨가하여 제조한다.

다른 구현에서, 흡수 입자 산란 착색제는 코팅제, 코팅 용액 혹은 코팅물질에서 원-위치로 제조된다. 상기 방법은 이 기술분야에서 용액 및 중합체에 대하여 알려져 있으며, U.S. 특허 5,932,309에 기술되어 있다. 상기 구현의 일 예로서, 금속염이 코팅 용액에 첨가된다. 금속염은 코팅 용액내에서 환원되어 코팅 용액중에서 흡수 입자 산란 착색제를 생성한다. 특히, 염화금(Ⅲ) 용액이 금농도가 0.05wt%가 되도록 코팅용액에 용해된다. 그 후, 수용액에 용해된 트리소디움 시트레이트와 같은 환원제가 빠르게 교반하면서, 원위치에서 입자 산란 착색제를 형성하는 코팅조성물에 첨가된다. 용액을 예를들어 100℃로 가열하면 환원이 촉진된다.

물리적 착색을 나타내는 물질에서, 광산란은 최소 부분적으로 광 투과성인매트릭스내에 분산되어 있는 입자에 의해 발생한다.

본 발명에 유용한 착색제는 입자 산란 착색제로 불린다. 이와 같은 착색제는 플레이트-형 간섭 착색제로 불리는, 플레이트-형 입자의 대향하는 평행한 면 혹은 경계면에서 반사되는 빛의 간섭에 의해 착색을 제공하는 착색제 및 전자 트랜지션 착색제로 불리는, 전자 트랜지션에 의한 착색을 제공하는 착색제와 구별된다. 입자 산란 착색제는 전자 트랜지션에 의한 착색도를 제공할 수 있으나, 착색이 입자 크기에 의존하며 평행한 플레이트의 대향하는 면 혹은 경계면에서 반사되는 빛의 간섭에 의한 색상이 현저하지 않으면 착색제는 입자-산란 착색제이다.

입자 산란 착색제는 입자 산란 착색제가 스펙트럼 가시광선영역에서 빛을 현저하게 흡수하는지 여부에 따라 흡수 입자 산란 착색제이거나 혹은 비-흡수 입자 산란 착색제이다. 입자 크기가 빛의 입자 산란이 현저하지 않은 충분히 큰 경우에 흡수는 색상의 시각적인 인식으로 확인된다.

제 1 카테고리에서, 입자 착색제는 입자 산란 착색제에 비하여 가시영역에서 실질적으로 다른 굴절률을 갖는 고형 매트릭스에 이를 분산시켜 사용한다. 상기 제 1 카테고리에서, 입자 산란 착색제는 후술하는 A 혹은 B특성을 갖는 물질로 정의된다.

A 혹은 B 특성은 통상 얻을 수 있는 후보 입자 산란 착색제의 굴절율과 다른 굴절률을 갖는 무색의 등방성 액체에 후보 입자 산란 착색제를 분산시켜 측정한다.가장 신뢰성 있는 시험은 액체와 후보 입자의 굴절률 차이를 가능한한 크게 선택하여 얻어지는 결과이다.

단지 후보 입자 산란 착색제 및 무색의 등방성 액체만을 포함하는 액체-고체 혼합물을 입자 테스트 혼합물이라 한다. 입사된 빛의 세기에 대한 투과된 빛의 세기의 마이너스 로그함수 비율(negative logarithmic ratio)(-log(I/I。))은 380-750㎚의 총 가시광선 스펙트럼 영역을 포함하는 파장범위에 대하여 연속적인 파장함수로서 입자 테스트 혼합물에 대하여 측정한다. 이와 같은 측정은 일반적인 UV- 가시광선 스펙트로미터를 사용하여 편리하게 행할 수 있다. 얻어진 양(-log(I/I。))은 투과된 빛의 세기 감소에 대한 산란 및 흡수의 영향 모두를 포함함으로 유효 흡수로 불린다.

A 특성은 단지 스펙트럼의 가시광선 영역에서 현저하게 흡수하지 않는 물질에 대한 입자 산란 착색제에 대한 유효 측정이며, 이는 흡수가 입자 산란에 의한 착색 효과를 압도할 정도로 크지 않음을 의미한다. A 특성 시험에서, 가시영역에서 현저하게 흡수하지 않는 물질은 입자 시험 혼합물에서 후보 입자 산란 착색제의 중량 농도 변화없이 호보 입자 산란 착색제의 평균입자 크기가 약 20미크론을 초과하도록 커지는 경우에, 이의 입자 시험 혼합물의 약 380-750㎚의 스펙트럼 영역에서의 유효 최대 흡수가 최소 약 2배 그리고 바람직하게는 최소 약 3배 감소되는 것으로 정의된다.

상기한 흡수비는 입자 테스트 혼합물중의 후보 입자 산란 착색제 농도에 약간 의존한다. 이와 같은 의존은 일반적으로 물질이 입자 산란 착색제인지 여부를 결정하기위해서는 중요하지 않을 정도로 약하다. 그러나, 물질이 단지 한계(marginally) 입자 산란 착색제(혹은 한계 입자 산란 착색제가 아닌)인 경우, 상기한 흡수비는 물질 적용에 의도되는 후보 입자 산란 착색제의 농도에서 평가되어야 한다. 또한, 시험 혼합물에서 후보 입자 산란 착색제의 농도는 I/I。가 유니티(unity)에서 현저하게 벗어날 정도로 충분히 크지만, I가 너무 작아서 신뢰성 있는 측정을 할 수 없을 정도로 높지 않아야 함은 이 기술분야의 기술자에게 자명하다.

입자 시험 혼합물이 약 380-750㎚의 스펙트럼영역에서 동일한 파장 범위에서 의 유효 최소 흡수의 최소 약 2배 그리고 바람직하게는 최소 약 3배의 유효 최대흡수를 갖으며, 물질의 평균 입자크기가 약 20미크론 미만이면, 가시영역에서 현저하게 흡수하지 않는 입자 산란 착색제 후보는 A특성을 갖는다.

후보 입자 산란 착색제가 가시 영역에서 현저하게 흡수하는 경우에, 다른 물질이 A 특성을 갖고 물질이 가시영역에서 현저하게 흡수하지 않으며 후보 입자 산란 착색제와 동일한 입자 크기 분포 및 형태를 갖으면, 후보 입자 산란 착색제는 입자 산란 착색제로 또한 결정될 수 있다.

가시영역에서 현저하게 흡수하는 산란 착색제 후보에 대한, B 특성은 입자물질이 입자 산란 착색제 인지여부를 측정하는데 또한 적합하다. B 특성 기준을 만적하는지 여부에 대한 측정은 상기한 바와 같이 가시영역에서의 유효 흡수 스펙트라의 동일한 측정을 필요로한다. 후보 입자 산란 착색제가 평균입자 크기가 20미크론을 초과하는 동일한 조성물에 대하여 얻어진 값과 비교하며 최소 약 10㎚ 쉬프트된 투과된 빛의 세기에서 최소값을 갖으면 B 특성 기준을 만족한다.

다른 구현에서, 제 1입자(primary particles)로 불리는 작은 입자가 큰 입자에 임베디드(embedded)되는 경우에 착색제가 형성된다. 이 경우에, 후보 물질이 입자 산란 착색제인지 여부는 A 특성 기준 또는 B 특성기준을 제 1 입자 혹은 상기 제 1 입자를 포함하는 임베딩 입자(embeding particles)에 적용하여 결정할 수 있다.

무엇이 입자 산란 착색제인지를 결정함에 있어서의 상기한 복잡성이 입자 산란 착색제의 굴절률이 가시영역의 어떤 파장에서 매트릭스 물질의 굴절률에 부합하는, 제 2 카테고리에 대한 구현에서는 제거된다. 이와 같은 경우에, 2000 미크론 미만의 입자 크기를 갖는 어떠한 물질은 입자 산란 착색제이다, 마찬가지로, 후보가 입자 산란 착색제인지 여부의 결정은 제 1 입자의 2차원(2-dimentional) 혹은 3차원 배열(3-dimensional ordered arrary)을 포함하는 경우에 쉽게 알 수 있다. 이와 같은 입자 산란 착색제의 큰 입자는 눈으로 식별할 수 있는 오팔-같은 무지개빛(opal-like iridescence)를 갖을 것이다.

입자 물질이 입자 산란 착색제인지 여부에 대한 상기 측정은 복잡할 보일 수 있으나, 이는 매우 간단하고 적용하기 편리하다. 미립 물질은 본 발명에 사용에 사용되는 물품을 제공하는 고형 매트릭스에 이를 분산하는 것에 비하여 액체에 분산하는 것이 훨씬 용이하다. 또한, A 혹은 B 특성 기준을 적용하는데 필요한 유효 흡수 측정은 신속하며 저렴한 스펙트로미터를 사용하여 통상적으로 사용하는 방법으로 행할 수 있다. 따라서, 이들 특성 기준의 적용은 본 발명의 실시에 적합한 물질(즉, 입자 산란 착색제)의 확인시 많은 시간을 절약할 수 있다.

특정한 구현에서, 전자 트랜지션 착색제가 입자 산란 착색제와 함께 사용된다. 전자 트랜지션 착색제는 가시영역의 파장에서 10^-1㎝^-1보다 큰 흡수계수를 갖으며, 입자 산란 착색제에 대한 기준을 만족하지 않는 물질로 정의된다. 염료 및 안료가 본 발명의 구현에 입자 산란 착색제와 함께 또한 사용된다. 염료 혹은 안료는 육안으로 인식가능한 착색을 제공하기에 충분한 정도로 가시영역에서 빛을 흡수하는 물질로서 정의된다. 입자크기에 따라, 안료는 입자 산란 착색제 혹은 전자 트랜지션 착색제일 수 있다. 또한, 일반적으로, 전자 트랜지션 착색제, 염료 혹은 안료는 본 발명의 구현에 상호교환적으로 사용될 수 있다.

용도에 있어서, 본 발명에서 사용되는 입자 산란 착색제는 주위(surrounding) 매트릭스에 입자로서 분산된다. 이러한 입자 산란 착색제 입자(particle scattering colorants particles)는 호스트 매트릭스내에 불규칙적으로 위치되거나 또는 위치적으로 상호 관계되는 방식으로 배열될 수 있다. 경우 따라, 강한 착색 효과는 이러한 입자들의 산란 결과로서 일어날 수 있다. 입자 산란 착색제의 위치적으로 상관관계된 배열은 다소 플래시(flashy)한 착색효과의 달성에 바람직하며, 몇몇 경우에 상이한 시각적 각도(viewing angle)에 대하여 극적으로 상이한 착색을 제공한다. 전이순서를 갖는 입자의 어레이를 위한 산란방법은 브래그(Bragg) 산란이라 칭한다. 비-관계된 입자 산란 착색제는 보다 정교한 착색효과를 달성하기 위하여 바람직한 것이며, 이는 비-흡수성 입자 산란 착색제의 경우에도 강할 것이다.

광선의 시각적 제한이 대략 380~750nm 사이이기 때문에, 이러한 제한은 본 발명의 목적을 위한 입자 산란 착색제의 광학적 특성의 한정에 바람직하다. 본 발명의 몇몇 구현에 있어서, 바람직한 입자 산란 착색제는 380~750nm의 전체 가시적 스펙트럼 범위를 통해 호스트 매트릭스의 것과는 다른 굴절율을 가지며, 입자 산란 효과는 전자 전이 착색제, 염료 또는 안료를 사용하여 바람직하게 증가된다. 이러한 상황은 가시적인 영역에서의 최소 일 파장에서 호스트 및 매트릭스 물질의 굴절율의 매칭을 제공하는 종래 기술의 크리스챤센 필터 물질의 것과 상이하며, 전자전이 착색제, 염료 또는 안료는 일반적으로 수행성을 감소시킨다. 달리 명시하지 않는 한, 개시된 굴절율은 상온에서 측정된 것이다. 또한, 입자 산란 착색제는 상이한 굴절율 즉, 편광 방향이 존재하는 경우의 매트릭스 물질 보다 낮은 굴절율, 또는 보다 높은 굴절율 갖는 것으로 이해된다.

상기 입자 산란 착색제 또는 이들의 서브컴포넌트(subcomponent)는 광선을 색채적으로 효과적으로 산란시키기에 충분히 작아야 한다. 산란입자 착색제와 매트릭스의 굴절율이 실질적으로 매치되는 가시적인 파장이 존재하지 않는 경우, 이러한 착색제의 평균 입자 크기는 가장 작은 치수가 2마이크론 미만임을 의미한다. 평균 입자 크기란, 제곱 평균 보다는(예를 들어) 정상 산수 평균(ordinary arithmetic average)을 의미한다. 가시영역 스펙트럼 전체에서 매트릭스 및 입자 산란 착색제의 굴절율 사이에서 상당한 차이의 결과로서 색채 착색이 일어나는 본 발명의 구현에 있어서, 상기 입자 산란 착색제의 평균입자크기는 바람직하게 약 0.01~0.4 마이크론이다. 이러한 경우에, 가장 작은 차수의 평균 입자 크기는 약 0,2 마이크론 미만이 가장 바람직하다. 특히 상기 입자 산란 착색제가 가시 영역에서 빛을 흡수하는 경우에, 0.01 마이크론 미만의 보다 작은 평균 입자 크기가 바람직한 범위 내에 있다. 또한, 상기 입자 산란 착색제 입자가 선택적으로 배향되지 않은 경우, 상기 입자 산란 착색제의 독립적인 입자의 최대 치수 대 최소 치수의 평균 비율은 약 4 미만이며 상기 입자 산란 착색제 입자는 입자 크기 또는 형태에서 작은 분산을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 상기 입자 산란 착색제 및 매트릭스의 굴절율이 가시적인 파장에서 실질적으로 사라지는 경우의 본 발명의 구현에 있어서, 입자 형태는 상당히 불규칙적이며 바람직한 평균 입자 크기는 상당히 크며, 바람직하게는 약 2000 마이크론 미만일 수 있다. 상기 입자 산란 착색제는 그 안에 보다 작은 입자 산란 착색제를 함유하는 경우에 보다 큰 입자크기가 바람직한 범위내에 있을 수 있다. 본 발명의 상이한 구현에 따른 바람직한 입자 크기의 복잡한 이슈는 이후 구현을 통하여 보다 상세히 설명될 것이다.

평균 입자 크기 또는 가장 작은 치수의 평균 입자 크기에 의해 입자 크기를 나타내는 대신에, 특정한 입자 산란 착색제의 입자크기는 개시된 제한 보다 가장 작은 치수를 갖는 입자의 분율로서 표시될 수 있다. 입자 산란 착색제의 굴절율이 가시적인 모든 파장의 매트릭스의 것과 매우 상이한 경우 본 발명의 구현에 가장 유용한 것이다. 이러한 구현에 있어서, 모든 입자의 최소 약 50%가 약 0.1 마이크론 미만인 가장 작은 치수를 갖는 것이 바람직하다.

상기 입자 산란 착색제가 분산된 매트릭스는 가시영역 스펙트럼에서 흡수성(absorbing) 또는 비-흡수성일 수 있다. 이러한 흡수성은 특성을 위한 패스-길이 의존성 또는 패스-길이 비의존성 양을 사용하여 명시될 수 있다. 예를 들어, 초기 광선 강도 I₀는 광선이 매트릭스 두께 t를 통과한 후에 흡수작용에 의해 I_t로 감소되는 경우에, 투과율은 100(I_t/I₀)이다. 상응하는 흡수 계수는 -(1/t)In(I_t/I₀)이다.달리 명시하지 않는 한, 상기 개시된 흡수성은 광선의 흡수가 가장 적게 이루어지는 경우의 편광 방향인 것이다. 특정한 적용에 있어서 입자 산란 착색제는 가시 영역에서 실질적으로 비-흡수성인 것이 바람직하다. 다른 적용에 있어서 상기 입자 산란 착색제는 가시 영역 내의 흡수 피크에서 가장 높은 피크를 가지지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이후 개시될 다른 적용에 있어서, 상기 입자 산란 착색제는 가시 영역 내의 파장에서 최대 흡수계수를 갖는 것이 바람직하다. 후자는 상기 입자 산란 착색제가 적은 광선의 흡수를 제공하는 상당히 얇은 흡수 물질의 오버코팅층을 함유하는 본 발명의 구현을 제공한다.

가시 영역에서 강한 주파수 의존성이 아닌 빛 산란은 매트릭스 물질에서 불완전 결과로서 일어날 것이다. 이러한 불완전성의 일예는 반-결정성 중합체 매트릭스 물질에서 결정성-무정형 경계이다. 이러한 비-색채 산란은 입자 산란 착색제를 이용한 착색의 수행을 방해할 수 있다. 결과적으로, 상기 입자 산란 착색제로부터 발생하지 않는 매트릭스 산란과 관계없이 상기 식을 이용한 "유효 흡수 계수"를 정의하는 것이 유용하다.

신규한 광학 효과가 바람직한 다양한 제품 구성을 위한 용도로 인해, UPC 코드, 안전 마킹, 카페트, 의류, 벽지, 포목, 가구용 덮개, 중합체 성형부분 및 코팅과 같은 종이 코팅 및 유기 중합체가 본 발명의 조성물을 위한 두개의 가능한 매트릭스 물질이다. 중합체란, 단일 중합체, 공중합체, 및 이들의 다양한 혼합물을 의미한다. 다양한 무기 및 혼합된 유기 및 무기 매트릭스 물질이 SiO₂유리, 무기 및 유기 중합체의 혼합물과 같은, 본 발명의 매트릭스 물질로서 사용하기 적합하다. 이러한 매트릭스 물질의 선택에 대한 제한은 흡수 또는 파장에 민감하지 않은 광선 산란이 입자 산란 착색제로 인한 파장 선택적인 산란(즉, 색채 산란)이 무시할 만한 정도로 우세하지 않다. 이러한 제한은 이러한 매트릭스 물질이 투명도를 가져야 함을 의미한다. 상기 정의된 유효 흡수 계수를 이용하여, 요구되는 투명성은 상기 입자 산란 착색제 입자가 분산된 호스트 매트릭스의 유효 흡수 계수가 가시영역 스펙트럼에서의 몇몇 파장에서 약 10^-4Å^-1미만인 것이 바람직함을 의미한다. 보다 바람직하게, 상기 호스트 매트릭스의 유효 흡수 계수는 가시 영역의 몇몇 파장에서 약 10^-5Å^-1미만이며, 가장 바람직하게는 유효 흡수 계수가 가시영역에서의 몇몇 파장에서 약 10^-6Å^-1미만이다. 가시 영역에서 보다 낮은 유효 흡수 계수를 갖는 상업적으로 이용가능한 투명한 유기 중합체는 본 발명의 매트릭스 물질로서 사용하기에 특히 적합한 것이다. 이러한 것으로는 예를 들어, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 탄화수소 중합체를 포함한다. 불완전(imperfection)함으로 인해 가장 작은 산란을 갖는 무정형 중합체는 광학 품질의 폴리비닐, 아크릴, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트 또는 폴리스티렌과 같은 것이 특히 바람직하다.

바람직한 착색의 강도에 따라서, 상기 호스트 매트릭스 내의 입자 산란 착색제의 장입 수준은 광범위하게 변화될 수 있다. 상기 입자 산란 착색제가 광범위한 굴절율 변동이 입자 사이의 계면에서 제거되는 양으로 집중되지 않는 한, 착색의 강도는 입자 산란 착색제의 장입 수준과 함께 증가할 것이다. 그러나, 상기 입자 산란 착색제의 매우 높은 장입 수준은 기계적 특성을 감소시키며 초기 입자 응집은 계면 굴절율 변화를 극적으로 감소시킬 수 있으며 산란 입자의 유효치수를 변경할 수 있다. 이러한 이유로, 상기 호스트 매트릭스 내의 입자 산란 착색제의 체적 장입 수준은 바람직하게 약 70%미만, 보다 바람직하게는 약 30% 미만, 가장 바람직하게는 약 10% 미만이다. 그러나, 충분한 착색 효과를 얻기 위하여, 상기 입자 산란 착색제는 바람직하게 상기 매트릭스 성분의 최소 약 0.01중량%를 포함한다. 또한, 상기 입자 산란 착색제의 요구되는 장입 수준은 비-흡수성 입자 산란 착색제 보다 흡수성 입자 산란 착색제의 경우가 보다 낮았으며 본 발명의 특정한 구현에 있어서 매트릭스와 입자 산란 착색제 사이의 굴절율 차이가 증가되거나 또는 상기 입자 산란 착색제를 함유하는 매트릭스의 두께가 증가됨으로서 감소될 수 있다.

다양한 입자 구성방법은 강한 입자 산란을 얻기 위하여 필요한 굴절율 변형을 수행하기 위해 본 발명의 물질에서 사용될 수 있다. 바람직한 방법은 (1) 간단한 입자 방법, (2) 표면-증가된 입자 방법, 및 (3)어니언-스킨(onion-skin) 입자 방법을 포함한다. 간단한 입자 방법의 경우에, 상기 입자는 조성물에서 실질적으로 균일하며 이러한 입자들의 굴절율은 상기 호스트 매트릭스의 것과는 상이하도록 선택된다. 달리 명시하지 않는 한, 입자 및 호스트 매트릭스의 굴절율 차이와 관련된 설명은 간단한 입자 방법 또는 보다 복잡한 입자의 경우에 외부 입자층의 입자 굴절율과 관련된다. 표면-증가된 입자 방법에 있어서, 상기 입자는 매트릭스의 것과 상이한 굴절율을 갖는 작용제의 오버코우트를 함유한다. 표면 증가제와 호스트 매트릭스의 굴절율은 바람직하게 최소 약 5%로 상이하여야 한다. 보다 바람직하게, 이러한 굴절율 차이는 약 25% 이상이다. 마지막으로, 어니언-스킨 입자 방법에 있어서, 상기 산란 입자는 상이한 굴절율을 갖는 층을 갖는 다-층(어니언-스킨과 같은)이며, 이에 따라, 산란은 층 사이의 각 계면에서 일어난다. 이러한 굴절율 차이는 바람직하게 약 5% 이상이며, 보다 작은 굴절율 차이는 상기 어니언-스킨 구조에 다수의 층이 존재하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명의 구현에 있어서, 간단한 입자 방법의 경우에 상기 산란 입자의 굴절율은 매트릭스의 것보다 높다. 다른 구현에 있어서, 상기 매트릭스의 굴절율은 상기 산란 입자의 것보다 높다. 두개의 모든 구현에 있어서, 산란 중심과 매트릭스의 굴절율 차이는 입자 산란으로 인한 착색을 증가시키기 위해 최대화되어야 한다. 따라서, 이러한 구현은 광범위한 n 구현으로 칭하여 진다. 보다 상세하게, 상기 산란 중심이 무기 입자이며 상기 매트릭스가 유기 중합체인 경우에 대하여, 상기 무기 입자와 유기 중합체 사이의 굴절율은 최대화되어야 한다. 이러한 굴절율 차이는 편광의 방향에 따라 의존할 것이다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 상기 입자 산란 착색제의 굴절율은 가시영역의 일파장에서 최소로 근사하게 매치된다. 이러한 구현에 있어서, (1)가시영역 스펙트럼에서 입자 산란 착색제와 매트릭스 중합체의 굴절율의 파장 의존성에 큰 차이가 있으며, (2)상기 매트릭스 중합체 및 입자 산란 착색제는 광학적으로 등방성인 상태를 가지며 (3)니트한 매트릭스 중합체는 가시영역에서 매우 높은 투명성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구현에 있어서, 이른바 배니싱(vaniching) n 구현은 착색을 얻기 위한 크리스챤센 필터의 개념을 사용한다. 상기 입자 산란 착색제의 크기는 매트릭스 및 입자 산란 착색제의 굴절율이 매치되는 파장 부근에 있는 것을 제외하고 모든 가시 영역의 파장에서 산란되도록 선택된다. 이러한 산란 효율성의 파장 의존성은 제품착색을 제공하거나 증가시킨다.

높은 n구현 및 배니싱(vanishing) n구현은 안정한 착색 또는 교체성(switchable) 착색을 얻기 위한 수단을 제공한다. 높은 n 구현에 있어서, 바람직한 방식으로 교체되는 착색은 전자전이와 관련된 가시 영역에서 입자 산란과 파장 의존성 흡수의 결합된 효과를 사용하여 바람직하게 달성된다. 배니싱 n구현에 있어서, 바람직한 방식으로 교체되는 착색은 (1) 가시적 범위 내에서 두개의 파장 사이에서 n이 소멸(vanish)하는 파장을 이동, (2) 가시적인 범위 내로 n이 소멸되는 파장을 이동, (3) 가시적인 영역의 외부로 n을 소멸하는 파장을 이동 또는 (4)전자전이 착색, 염료 또는 안료와 관계된 가시 영역에서 흡수되는 입자 산란 및 색채의 결합 효과로 인한 착색의 이동을 야기하는 효과(광선 또는 화학선 노출, 열노출,전기장, 온도, 습도등)에 의해 달성될 수 있다. 강유전성의, 교체성 항강유전성(antiferroelectric) 조성물 및 광강유전성 조성물은 입자 산란 착색제를 이용한 교체성 착색을 얻기 위한 바람직한 조성물을 제공한다.

전자전이 착색제, 염료 또는 안료는 이러한 착색제가 전자 흡수 착색의 교환을 거치지 않는 경우에 높은 n 구현에 대한 교체성 착색을 얻기 위해 특히 바람직하다. 이러한 이유는 입자가 모든 투사 가시광선을 산란시키지 않는 상당히 얇은 물질(중합체 필름과 같은)을 고려함으로써 기인할 수 있다. 이러한 높은 n 구현에 있어서, 입자 산란 착색제 및 매트릭스의 굴절율 차이는 전체 가시적인 범위에서 광범위하다(이러한 범위의 n의 파장 의존성과 비교하여). 따라서, 입자 산란 착색제 및 매트릭스 사이의 굴절율 차이의 변화는 산란된 광선의 전체적인 강도를 증가시키며, 이는 일반적으로 대략 (n)²으로의 기하급수적인 비율이나, 이러한 산란된 광선의 파장 분포를 실질적으로 변화시키지 않는다. 한편, 전자 전이 흡수 착색제의 색채 반사 및 흡수는 산란된 광선의 색채특성에 교체성을 제공할 수 있으며, 이는 전자 전이 착색제, 염료 또는 안료에 의하여 영향을 받는 투사광선의 양이 입자 산란 착색제에 의해 산란되지 않는 광선의 양에 의존할 수 있기 때문이다. 예로서, 산란 효과 및 입자 산란 착색제 층의 두께는 전자 전이 착색제를 함유하는 층을 거쳐 어떠한 광선도 실질적으로 투과되지 않는 매우 큰 경우에 고려될 수 있다. 상기 입자 산란 착색제의 굴절율을 상기 입자 산란 착색제의 굴절율이 매트릭스의 것과훨씬 근접하도록 교체되는 경우에, 광선은 입자 산란 착색제 층을 거쳐 전자 전이 착색제층으로 실질적으로 이동될 수 있다. 그 후, 상기 입자 산란 착색제의 굴절율에서의 교체성은 물품의 착색에서의 교체성을 제공한다. 이는 배니싱 n 구현의 경우와 상당히 다른 것이며, 전자 흡수가 없는 경우에, 완전히 빛을 산란시키지 않는 상당히 얇은 물품은 산란된 광선의 색채성에서의 교체성을 증명할 수 있다. n이 소멸하며 n이 가시 영역의 파장에 상당히 의존하는 가시 영역에서의 파장에서의 교체성이 있는 한 이는 사실일 수 있다. 가시영역의 굴절율 파장 의존성은 n_F-n_C또는 Abbe 수((n_D-1)/(n_F-n_C))로서 제공되며, 이 때, 아래첨자 F, D 및 C는 각각 486.1, 589.3, 656.3nm에서의 굴절율 값을 나타낸다. 배니싱 n구현의 증가된 착색을 얻기 위하여, 착색제가 분산된 입자 산란 착색제 및 매트릭스의 n_F-n_C의 차이는 약 0.001 보다 큰 완전 매그니튜드이다. 입자 산란 착색제 및 전자 전이 착색제는 실질적으로 상호 침투 또는 실질적으로 상호 비-침투되도록 회합되는 동일한 매트릭스내에서 함께 혼합되거나(commingled) 또는 분리 매트릭스에서 혼합(mingled)될 수 있다. 후자의 경우에, 상기 입자 산란 착색제 및 전자 산란 착색제는 실질적으로 상호 비-침투성인 분리 매트릭스내에 존재하는 경우에, 본 발명의 보다 바람직한 구현을 제공하며, 이는 입자 산란 착색제에 의해 산란되는 광선의 전체 강도가 최적화될 수 있기 때문이다. 이러한 종류의 구현에 있어서, 상기 입자 산란 착색제를 함유하는 매트릭스는 패션된(fashioned) 물품의 최소 일면에 전자 전이 착색제를 함유하는 것보다 외부에 있는 것이 실질적으로 바람직하다. 전자 전이 착색제 및비-흡수성 입자 산란 착색제 모두의 효과가 인지될 수 있으며, 상기 입자 산란 착색제를 함유하는 매트릭스의 두께는 전자 전이 착색제 매트릭스 층에 도달하도록 입자 산란 착색제 매트릭스 층을 통해 약 10~90%의 광선 투과가 일어나도록 하는 경우에 가시 광선 파장이 존재하도록 해야 한다. 층을 함유하는 입자 산란 착색제를 거치는 매트릭스 층을 함유하는 전자 흡수 착색제의 바람직한 두께(t_e)는 최대흡수가 일어나는(_m) 가시영역의 파장에서 전자전이 착색제의 흡수 계수에 의존하며, 이는_e이며 전자전이 착색제인 매트릭스의 체적분율은 (V_e)이다. 바람직하게,_et_eV_e는 0.1보다 크며, 이는_m에서 9.5%의 흡수에 상응한다. 또한, 상기 입자 산란 착색제 및 전자흡수 착색제가 동일한 상에서 혼합되는 경우에 구현에 있어서, 이는 입자 산란 착색제의, 아날로그양(이는 아래첨자로 표시됨)의 한정에 유용하며, 입자 산란 착색제의 유일한 차이인_s는 물질을 통해 이송된 빛의 양을 감소시키는 빛 흡수 및 빛산란 모두의 효과를 포함하며,_s는 입자크기에 의존한다. 이러한 구현에 있어서,_eV_e및_sV_s는 바람직하게 약 10미만의 팩터, 보다 바람직하게는 약 3미만의 팩터로 상이하다. 또한, 바람직한 구현은 상기 입자 산란 착색제 및 전자 전이 착색제가 실질적으로 상호 침투성인 분리상(각각 V_s및 V_e의 부피를 가짐)에 위치한 경우로 나타낼 수 있다. 이러한 경우에,_{e Ve}V_e및_{s Vs}V_s는 바람직하게 10미만의 팩터, 보다 바람직하게는 3미만의 팩터로 상이하다.

유기 중합체의 조성물을 갖는 굴절율 변화는 무기 입자의 상응하는 변형과 비교하여 상대적으로 작다. 589nm에서 다양한 비배향 유기 중합체의 일반적인 평균값은 다음과 같다: 폴리올레핀(1.47~1.52), 폴리스티렌(1.59~1.61), 폴리플루오로-올레핀(1.35~1.42), 비-방향성 비-할로겐화된 폴리비닐(1.45~1.52), 폴리아크릴레이트(1.47~1.48), 폴리메타크릴레이트(1.46~1.57), 폴리디엔(1.51~1.56), 폴리옥사이드(1.45~1.51), 폴리아미드(1.47~1.58) 및 폴리카보네이트(1.57~1.65)이다. 중합체 호스트 매트릭스로서 사용되는 특히 바람직한 중합체는 무정형인 중합체와 같이, 불완전성으로 인해 가시 영역에서의 적은 광선 산란을 가지거나 또는 가시광선의 파장 보다 훨씬 작은 결정 크기를 갖는 것이다. 후자의 중합체는 빠른 용융-종결 방법으로 얻어질 수 있다.

높은 n 구현에 있어서 낮은 굴절율을 갖는 중합체를 갖는 복합체에 혼합된 바람직한 산란 입자는 티타늄 디옥사이드, 징크 옥사이드, 실리카, 지르코늄 옥사이드, 안티모니 트리옥사이드 및 알루미나와 같은 금속 산화물; (2) 다이아몬드(n 약 2.42), 론스달레이트, 및 다이아몬드-형 탄소와 같은 탄소상; (3) 비스무스 옥시클로라이드(BiOCl), 바륨 티타네이트(420~670nm사이의 파장에서 2.543과 2.339사이의 n₀및 2.644 및 2.392 사이의 n_e), 포타슘 리튬 니오베이트(532~1064nm사이의 파장에서 2.326과 2.208사이의 n₀및 2.197 및 2.112 사이의 n_e), 리튬 니오베이트(420~2000nm사이의 파장에서 2.304과 2.124사이의 n₀및 2.414 및 2.202 사이의 n_e), 리튬 탄탈레이트(450~1800nm사이의 파장에서 2.242과 2.112사이의 n₀및 2.247 및 2.117 사이의 n_e), 프로우시트(633~1709nm사이의 파장에서 2.739과 2.542 사이의 n₀및 3.019 및 2.765 사이의 n_e), 징크 옥사이드(450~1800nm사이의 파장에서 2.106과 1.923사이의 n₀및 2.123 및 1.937 사이의 n_e), 알파-징크 술파이드(360~1400nm사이의 파장에서 2.705과 2.285사이의 n₀및 2.709 및 2.288 사이의 n_e), 및 베타-징크 술파이드(450~2000nm사이의 파장에서 2.471과 2.2655사이의 n₀)와 같은 높은 굴절율 물질이다. 높은 굴절율 유기 상은 또한 낮은 굴절율 상에서의 사용을 위한 입자 산란 착색제로서 바람직하다. 저굴절율 유기 매트릭스상(폴리플루오로-올레핀과 같은)을 갖는 입자 산란 착색제로서 사용될 수 있는 높은 굴절율 유기 상의 예로는 폴리카보네이트 또는 폴리스티렌이다. 통상적으로, 상기 열거된 굴절율에서 n₀및 n_e는 광학적으로 이방성인 결정의 오디너리(ordinary) 및 엑스트라 오디너리(extraordinary) 굴절율을 나타낸다. 상기 n₀굴절율은 주축아래의 광선이 전파되는 경우이며, 이에 따라서 이중 굴절은 없으며 n_e굴절율은 주축을 따라 편광을 갖는 광선의 경우이다.

고굴절율 매트릭스와 낮은 굴절율 산란 입자의 혼합이 필요한 경우에, 바람직한 입자 산란 착색제는 1)불소화된 선형 중합체, 불소화된 탄소관, 불소화된 그라파이트 및 불소화된 풀러렌스(fullerence)상과 같은 저굴절율 물질, 2)공기 또는 다른 가스로 채워진 공극과 같은 저굴절율 입자 및 3)결정성 도는 무정형 MgF₂와 같은 저굴절율 무기 물질이다. 실리케이트 유리와 같은 다양한 무기유리가 배니싱 n구현을 위한 다양한 유기 중합체 매트릭스내에서 입자 산란 착색제로 사용하기에 바람직하다. 이러한 이유는 이러한 유리가 경제적이며 가시영역의 일파장에서 상업적으로 유용한 중요한 중합체의 굴절율을 매치시키는데 편리하게 배합될 수 있기 때문이다. 또한, 이러한 유리의 굴절율 분산은 중합체의 것과 상당히 다를 수 있으며, 이에 따라, 실질적인 착색효과는 입자 산란에서 나타날 수 있다. 또한 무기유리는 높은 n구현에서 사용하기 바람직하나, 특정 유리 입자의 높은 n 구현을 위해 선택되는 호스트 매트릭스는 동일한 유리 입자의 배니싱 n구현을 위해 선택되는 매트릭스 보다 훨씬 높거나 낮은 굴절율을 가져야 함이 명백하다. 예를 들어, 1.592의 굴절율을 갖는 유리는 배니싱 n구현에 있어서 폴리스티렌을 위한 적합한 입자 산란 착색제일 수 있으며, 이는 폴리스티렌이 대략 이러한 굴절율을 가지기 때문이다. 또한, 1.367의 굴절율을 갖는 폴리(헵타플루오로부틸 아크릴레이트)는 높은 n구현의 동일한 유리 입자와 함께 사용될 수 있다. 이러한 착색제 시스템에 상응하는 구성은 광학 기계에 사용되는 일반적인 유리의 굴절율이 약 1.46~1.96임을 참고하라. 예를 들어, 오디너리 크라운, 보로실리케이트 크라운, 바륨 플린트(flint) 및 가벼운 바륨 플린트의 굴절율은 1.5171~1.5741이며 무거운 플린트 유리의 굴절율은 약 1.9626으로 확장된다. 굴절율을 갖는 이러한 유리의 n_F-n_C의 값은 1.5171 및 1.5741 사이이며, 0.082~0.0101 사이이다. Abbe 수의 상응하는 범위는 48.8과 59.6 사이이다. 일반적으로 사용되는 광학 유리의 상기 범위의 하부 말단에서의 굴절율은 퓨즈된 석영의 경우에 얻어지며, 이러한 물질은 또한 바람직한 입자 산란 착색제이다. 퓨즈된 석영의 굴절율은 509nm에서 1.4619 ~ 656nm에서 1.4564이다.

강유전성 세라믹(상기 개시된 SrTiO₃, PbTiO₃, BaSnO₃, CaTiO₃또는 BaZrO₃를 갖는 바륨 티타네이트 및 BaTiO₃의 용액과 같은)은 본 발명의 조성물의 입자 산란 착색제의 바람직한 조성물이다. 바람직한 이유는 두 가지이다. 먼저, 매우 높은 굴절율이 이러한 조성물의 경우에 얻어질 수 있다. 높은 n구현의 경우에, 이러한 높은 굴절율은 매트릭스상에 대하여 큰 굴절율 차이로 인한 산란 증가에 의해 극적으로 착색을 증가시킨다. 둘째로, 매트릭스 및 호스트 상은 적용되는 필드없이(배니싱 n구현의 경우) 특정한 파장에서의 굴절율에 매치되는 경우, 적용된 전기장은 색상 상태의 교체를 제공하여 매치가 일어나는 파장에서 변화될 수 있다. 선택적으로, 유기 중합체인 강유전체상은 호스트상이 되도록 선택될 수 있다. 입자 상이 특정한 파장에서 무극의 강유전체의 굴절율과 맞도록 선택되는 경우에, 상기 극성작용은 착색에서 전기적으로 교체된 변화를 도입할 수 있다. 이러한 호스트상 및 입자 산란 착색제의 굴절률 매칭은 편광의 특정한 방향에 따라 존재하는 것일 수 있다. 그러나, 매트릭스 물질 및 입자 산란 착색제는 적은 광학적 이방성을 가지며이에 따라 굴절율의 매치는 편광방향의 의존성에 따르는 것이 가장 바람직하다.

완화제(relaxor) 강유전체인 세라믹은 입자 산란 착색제 상으로서 바람직하게 사용되는 강유전체이다. 이러한 완화제 강유전체는 강유전체 및 파라전기적 (paraelectric) 상태 사이에서 고도의 확산 전이를 갖는다. 이러한 전이는 온도 T_m으로 특징화되며, 이는 유전상수로 주파수-의존성인 피크의 온도이다. 완화제 강유전체의 Curie 온도(T_c)를 T_m이라 하며, 이러한 강유전체는 순수한 강유전체 상태로부터 순수한 파라 전기적 상태로의 단일 전이온도를 가지지 않는다. 완화제 강유전체는 착색제에서 전기-장-유도된 교체성이 바람직한 경우에 입자 산란 착색제로서 사용하기 바람직한 강유전체이며, 이러한 조성물은 굴절율에서 매우 큰 필드-유도된 변화를 나타낼 수 있다. 이러한 필드-유도된 굴절율은 일반적으로 입자 직경이 작아짐에 따라 감소하기 때문에, 입자치수는 바람직한 착색 상태의 달성과 일관되도록 큰 것으로 선택되어야 한다.

본 발명의 바람직한 완화제 강유전체는 리드 티타네이트 구조타입(PbTiO₃) 및 Pb-타입의 사이트(A사이트라 함) 또는 Ti-타입의 사이트(B타입이라 함)의 디스오더를 갖는다. 이러한 B사이트 조성의 디스오더를 갖는 완화제 강유전체는 Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃(PMN이라 함), Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃(PSN이라함), Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃(PNN이라함), Pb(Sc_1/2Ta_1/2)O₃(PSN이라함), Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃(PFN이라함), 및 Pb(Fe_1/2Ta_1/2)O₃이다. 이들은 A(BF_1/3BG_2/3)O₃및 A(BF_1/2BG_1/2)O₃의 형태를 가지며, 이 때 BF 및 BG는 B사이트에서의 원자 타입을 나타낸다. B-사이트 디스오더를 갖는 완화제 강유전체의 추가 예로는 (1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃·xPbTiO₃및 (1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃·xPbTiO₃와 같이 상기된 조성물의 고형분 용액이다. 본 발명에 바람직한 보다 복잡한 완화제 강유전체는 Pb_1-x ²⁺La_x ³⁺(Zr_yTi_z)_1-x/4O₃이며, 이는 PLZT이다. PZT(리드 지르코네이트, PbZr_1-xTi_xO₃)는 입자 산란 착색제로서 사용하기에 특히 바람직한 강유전체 세라믹이다. PMN(리드 마그네슘 니오베이트, Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃)는 상온 이하에서 강유전체가 되는 특히 바람직한 물질이다. PbTiO₃(PT) 대 PMN을 최대 35몰%로 첨가하여 얻어지는 세라믹 조성물이 입자 산란 착색제로서 사용하기에 특히 바람직하며, 이는 PT 대 PMN의 첨가로 특성을 변화하는 방법(Curie 전이 온도의 증가 및 굴절율의 변화와 같은)을 제공하기 때문이며 완화제 강유전체 상태가 첨가된(즉, 합금된)PT를 최대 35몰%로 사용하여 얻어지기 때문이다.

항강유전체로부터 강유전체 상태의 필드-유도된 상을 거치는 세라믹 조성물은 착색의 전기-장 유도된 교체를 거치는 복합체를 얻는데 바람직하다. 일바람직한 종류는 0.027MV/cm에서의 필드에서 강유전체 전이로 항강유전체를 거치는 Brookset al.(Journal of Applied Physics 75, pp. 1699~1704 (1994))에서 발견되는 Pb_0.97La_0.02(Zr,Ti,Sn)O₃종류이다. 이러한 조성물의 다른 종류는 Oh et al.의 "Piezoelectricity in the Field-Induced Ferroelectric Phase of Lead Zirconate-Based Antiferroelectrics", J. American Ceramics Society 75, pp. 795~799(1992) 및 Furuta et al.,의 "Shape Memory Ceramics and Their Application to Latching Relays", Sensors and Materials 3,4, pp. 205~215(1992)에 개시된 리드 지르코네이트-기초 항강유전체이다. PNZST 종류로 칭하여지는 이러한 종류의 알려진 조성물의 예는 일반적인 형태 Pb_0.99Nb_0.02[(Zr_0.6Sn_0.4)_1-yTi_y]_0.98O₃이다. 이러한 종류내에 포함되는 조성물은 전기장이 제거된 후에 유지되는 필드-유도된 강유전체 특성을 나타낸다. 이러한 특성은 타입 I 물질(y=0.060)의 경우에 관찰되며, 상기 강유전체 상태는 필드가 제거될 때 항강유전체 상태로 다시 전환된다. 그러나, 타입 Ⅱ 물질(y=0.63)은 작은 역필드가 적용될 때까지 강유전체 상태를 유지하며, 타입 Ⅲ물질(y=0.65)는 50℃이상에서 열적으로 단련될 때까지 항강유전체 상태로 되돌아가지 않는다. 이러한 성질의 차이를 반영하면서, 타입 I 물질은 전기장이 적용되는 경우에 착색을 변화시키는 물품에 사용될 수 있으며, 상기 필드가 제거되는 경우에 초기 색상 상태로 되돌아간다. 또한, 상기 타입 Ⅱ 및 타입 Ⅲ 물질은 가역 방향으로의 필드가 적용되거나 또는 물질이 열적으로 단련될 때까지 전기장-교체된 색상 상태가 안정한 물질을 제공하는데 사용될 수 있다.

강유전체 중합체 조성물은 일색상 상태에서 서로 전기적으로 교체성인 복합체의 입자 산란 착색제 또는 매트릭스 물질을 제공하기에 적합한다. 본 발명에서 사용되는 용어 강유전체 중합체는 단일 중합체 및 불규칙 공중합체 및 다양한 종류의 블록 공중합체와 같은 모든 공중합체의 범위를 포함한다. 또한, 용어는 다양한 중합체의 물리적 및 화학적 혼합물을 포함한다. 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌)과 같은 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 공중합체, P(VDF-TrFE)가 바람직한 강유전체 중합체 조성물이다. 본 발명의 복합체에 유용한 비닐리덴 플루오라이드의 추가의 공중합체는 Tournut의 Marcromolecular Symposium 82, pp 99-109(1994)에 개시된다. 다른 바람직한 강유전성 중합체 조성물은 비닐리덴 시아니드 및 비닐 아세테이트의 공중합체(특히 동일한 몰비율 공중합체), 및 나일론 11, 나일론 9, 나일론 7, 나일론 5, 나일론 3 및 이들의 공중합체와 같은 홀수 나일론이다.

다른 입자 산란 착색제로는 입자 산란 착색제를 흡수하는 것을 포함한다. 이러한 흡수 입자 산란 착색제의 일 바람직한 종류로는 금속(금, 은, 백금, 팔라듐, 납, 구리, 주석, 아연, 니켈, 알루미늄, 철, 로듐, 오스뮴, 이리듐 및 합금, 구리옥사이드과 같은 금속 산화물 및 금속염)의 콜로이달 입자이다. 바람직하게, 상기 입자는 평균 치수가 약 0.5 마이크론 미만이다. 보다 바람직하게, 상기 입자는 평균 치수가 약 0.1 마이크론 미만이다. 특별한 착색 효과의 달성을 위하여, 입자는 평균 치수가 약 0.02 마이크론 미만인 것이 가장 바람직하다. 콜로이드-형 치수를갖는 입자는 콜로이드 용액을 형성할 수 있는지 없는지에 따라 콜로이달 입자라 칭한다. 약 0.02 마이크론 이하의 입자크기는 입자 산란 착색제를 흡수하는 일조성물로부터 광범위한 착색 효과를 얻기 위하여 특히 유용하며, 이러한 작은 입자는 입자크기에 따른 입자 굴절율 및 흡수 최대 계수를 제공하기 때문이다. 파장 의존성인 굴절율 및 흡수 계수의 크기 변화는 종종 콴텀 도트(quantum dot)로 칭하여지는 입자의 경우에 가장 강하게 증가된다. 이러한 콴텀 도트 입자는 약 0.002~~약 0.010마이크론인 협소한 입자크기 분포 및 평균 입자크기를 갖는다.

콜로이달 입자를 형성하는 통상적인 방법은 용액에서 금속염의 반응 또는 고형분 매트릭스 또는 기포와 같은 한정된 공간에서 물질의 결정화와 같은 종래에 잘 알려진 다양한 방법을 포함한다. 또한, 잘 알려진 콜로이달 입자의 제조방법은 가스 또는 진공에 분산된 콜로이드 입자 액체 또는 고형분 입자가 결정화와 같은 바람직한 조성물을 고형분 입자로 반응시키거나 또는 변환시킨다. 용액반응 방법에 의해 본 발명의 유용한 콜로이달 입자의 형성 예로써 Q. Yitai et al에서는 혼합된 소디움 술파이드 및 징크 아세테이트 용액의 열처리에 의해 매우 협소한 입자 분포를 갖는 0.006 마이크론의 직경을 갖는 징크 술파이드 입자(Materials Research Bulletic 30, pp. 601~605(1995))의 제조를 개시하고 있음을 참고바란다.

콜로이드 입자를 형성하는 편리한 방법은 용액 내의 금속염(metal salt)의 반응 또는 고체 매트릭스(matrices) 또는 베시클(vesicles)과 같은 한정된 공간에서 물질의 결정화(crystallization)와 같이 당 기술분야에 잘 알려진 다양한 방법을 포함한다. 마찬가지로, 콜로이드 입자를 생성하는 잘 알려진 방법이 적용될 수 있다. 이러한 방법을 통해, 기체 또는 진공에 분포하는 콜로이드 크기의 액체 또는 고체 입자는 반응하거나 그렇지 않으면 결정화 등에 의해 원하는 합성물의 고체 입자로 변환된다. 용액 반응 방법에 의해 본 발명에 유용한 콜로이드 입자의 형성 방법의 일례는 다음과 같다. 큐. 이타이(Q. Yitai) 등은 (재료 연구 공보(Materials Research Bulletin) 30, 601 내지 605쪽(1995)에서) 혼합된 나트륨 황화물 및 아연 아세테이트 용액의 열수(hydrothermal)처리에 의해 매우 좁은 격자 분포를 갖는 0.006㎛ 직경의 아연 황화물 입자 생성방법을 개시하였다. 또한, 디. 다이추언(D. Daichuan) 등은 (재료 연구 공보 30, 537 내지 541쪽(1995)에서) 마이크로파 가열을 이용한 요소(urea)에서 철염(ferric salt)의 가수분해에 의한 베타-FeO(OH)의 균일한 크기의 콜로이드 입자를 생성하는 방법을 보고하였다. 이러한 입자는 막대(rod)와 같은 형상을 가지며 좁은 크기의 분포를 갖는다. 유사한 방법(재료 연구 공보 30, 531 내지 535쪽(1995)에 기재됨)을 사용하여, 상기 저자들은 사각형상에서 원형(약 0.075㎛의 평균 입자 직경)에 근접한 형상으로 변경될 수 있는 균일한 형상(및 크기)을 갖는 알파-FeO의 콜로이드 입자를 제작하였다. 티. 스미스(T. Smith) 등은 공동출원된 미국합중국 특허 5,932,309호에서 콜로이드 입자의 생성법을 보고한다. 이 방법에서, 콜로이드 입자는 나일론 6과 같은 중합체에 금(Ⅲ) 염화물과 같은 금속염을 첨가하여 혼합하고 혼합물을 추출함으로써 마련된다. 더하여, 티. 스미스(T. Smith) 등은 금(Ⅲ) 염화물과 같은 금속염을 갖는 용액 및 고체상태에서 트리소디움(trisodium) 시트레이트(citrate)와 같은 환원제를 감소시켜 콜로이드를 생성하는 방법을 보고한다.

또한, 적어도 이차원에서 콜로이드와 같은 크기를 갖는 유사 섬유질(fiber-like) 입자 분산 착색제(particle scattering colorant)는, 특히 이방성 착색 효과가 요구되는 본 발명의 특정 실시예에 적합하다. 입자 분산 착색제로 사용될 수 있는 매우 작은 섬유질을 형성하기 위한 일 특정 방법은 비어 있는(hollow) 나토 크기 섬유질의 제한된 공간 내에 재료를 위치시키는 것에 의한 것이다. 입자 분산 착색제는 채워진 나노 크기 직경의 섬유질 또는 원래의 비어 있는 섬유질에 의해 제공되는 외피(sheath)를 제거함으로써 얻을 수 있는 충전재(filler)의 섬유질을 포함한다. 나노 크기의 비어 있는 섬유질을 채움으로써 이와 같은 섬유질을 제작하는 일반적인 방법은, 초격자 및 마이크로 구조, 볼륨 16, 2번, 133 내지 135쪽에 브이. 브이. 포보르치(V. V. Poborchii) 등의 저술에 의해 학습될 수 있다. 상기 저자들은 크리소타일(chrysotile) 아스베스토(asbestos)의 섬유질 내에 존재하는 2 내지 10㎚ 채널 내에 용융 갈륨 아세나이드(arsenide)의 주입 및 뒤 이은 결정화에 의해 약 6㎚ 직경의 나노-섬유질을 얻을 수 있음을 보였다. 이러한 소형 입자의 잇점은, 섬유질 형상이든 아니든, 양자 역학 효과가 굴절율 및 입자 크기에 강하게 의존하는 전자적인 변환 에너지를 제공한다는 것이다. 따라서, 입자 크기를 변동시킴으로써 입자 분산 착색제에 대하여 다양한 착색 효과를 얻을 수 있다. 또한, 금속 및 반도체의 콜로이드 섬유질에 대해 가시영역에서 높은 이색성(dichroism)을 얻을 수 있고, 이러한 높은 이색성은 입자 분산 착색제와 같은 섬유질을 포함하는부분(article)에 대해 고유한 시각적 외관을 표현할 수 있다.

대형 입자 분산 착색제 뿐만 아니라 가시영역에서 흡수하는 외곽층(outer layer)을 포함하는 콜로이드 입자 분산 착색제는 높은 n 실시예에서 사용하기 위한 바람직한 입자 분산 착색제 중의 하나이다. 이 높은 n 실시예에서, 가시 파장 영역에서 입자 분산 착색제 및 매트릭스 사이에는 큰 굴절율 차이가 존재한다. 이러한 차이의 이유는 무색의 입자 분산 착색제의 외부에 형성된 매우 얇은 층의 가시 광선 흡수 착색제가 입자-매트릭스 경계(interface)에서 분산을 증가시키는 반면 실질적으로 빛의 흡수는 증가시키기 않기 때문이다. 이러한 입자 분산 착색재 구성의 잇점을 얻기 위해서, (1) 입자 분산 착색제의 표면 상에 형성된 가시광선 흡수 착색제의 박막은 입자 분산 착색제의 입자 전체 부피의 평균 50% 미만을 포함하고, (2) 입자 분산 착색제의 평균 입자 크기는 2㎛ 미만이며, (3) 입자 분산 착색제 박막의 굴절율은, 가시 파장에서 적어도 10%로 입자 분산 입자가 분산되는 매트릭스의 굴절율과 차이가 나는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 입자 분산 착색제의 표면에 형성된 가시광선 흡수 착색제 박막은 입자 분산 착색제의 입자 전체 부피의 평균 약 20% 미만을 포함하고, 입자 분산 착색제의 평균 입자 크기는 0.2㎛ 미만이다. 이러한 표면 향상 입자 분산 착색제의 바람직한 적용분야는 박막, 중합체 섬유, 중합체 필름 및 중합체 몰드 물품 등의 용도이다. 무색 기판 입자의 표면 상에 가시광선 흡수 착색제를 포함하는 콜로이드 입자의 제조방법은 엘. 엠 갠(L. M. Gan) 등에 의해 재료 화학 및 물리(Materials Chenistry and Physics) 40의 94 내지 98 페이지(1995)에 기술된다. 상기 저자들은 역 마이크로 에멀전(inversemicroelmulsion) 기술을 이용하여 도전성 폴리아닐린(polyaniline)으로 코팅된 황산 바륨 입자를 합성하였다. 합성 입자의 크기(약 0.01 내지 0.02㎛)는 본 발명의 높은 n 실시예에 적용하는데 적합하다.

콜로이드 입자는 콜로이드 형상으로 매트릭스에 더해지거나 매트릭스에 더해진 후 형성될 수 있다. 유사하게, 이러한 콜로이드 형성 및 분산 공정은 매트릭스에 대한 전구체에 대해 수행될 수 있다. 상기 전구체는 중합반응과 같은 화학적 처리에 의해 실질적으로 매트릭스 합성물로 변환된다. 예를 들어, 매트릭스가 나일론과 같은 유기 중합체인 경우, 금속 콜로이드는 액체 내에서 형성될 수 있으며, 연마 중합체(ground polymer)와 혼합될 수 있으며, 입자 분산 착색제의 색을 갖는 나일론을 생성하기 위해 중합체의 녹는점 이상으로 가열될 수 있다. 반면, 콜로이드 금속 입자 또는 그 전구체는 중합체의 단량체(monomer)에 더해질 수 있으며, 콜로이드 입자는 단량체 내에서 형성될 수 있고, 이어 단량체는 중합시킬 수 있다. 또한, 금속 콜로이드에 대한 전구체는 중합체 매트릭스에 더해질 수 있으며, 이어 콜로이드 입자는 후속 단계에서 형성될 수 있다. 이러한 콜로이드 입자 형성 및 결합은 용융, 용해, 겔 또는 솔벤트-팽창(solvent-swollen) 상태의 중합체(또는 그 전구체)를 사용함으로써 콜로이드 결합, 콜로이드 형성 또는 콜로이드 형성 및 결합 동안 촉진될 수 있다. 또는, 고체 상태의 중합체(또는 그 전구체)를 포함하는 고 에너지 물리적 혼합은 콜로이드 결합, 콜로이드 형성 또는 콜로이드 형성 및 결합을 수행하는데 사용될 수 있다.

코팅 물질 또는 용액에서 콜로이드 크기 입자 분산 착색제의 결합은 본 발명의 바람직한 실시예를 제공한다. 겔 상태의 형성 이전에 중합체 섬유인 겔 상태의 중합체에서 콜로이드 크기 입자 분산 착색제의 결합은 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예를 제공한다. 이 공정에서, 바람직하게 입자 분산 착색제는 가시 영역의 파장에서 섬유의 고체 중합체 매트릭스와 적어도 10% 차이가 나는 굴절율을 갖는다. 바람직하게, 입자 분산 착색제의 평균 입자 크기는 약 0.2㎛ 미만이며 보다 바람직하게 0.08㎛ 미만이며, 가장 바람직하게 0.02㎛ 미만이다. 바람직하게 약 0.02㎛ 미만의 입자 크기에 대해, 입자 분산 착색제는 가시영역에서 현저하게 흡수된다. 입자 분산 착색제가 가시영역에서 실질적으로 흡수되지 않는 경우에 대해, 바람직하게 중합체 섬유는 겔 상태에서 입자 분산 착색제와 혼합되는 전자적인 변환 착색제를 포함한다. 바람직하게, 이 전자적인 변환 착색제는 실질적으로 카본 블랙(carbon black)과 같은 검은 카본 형상이며, 입자 분산 착색제는 무기 합성물을 포함한다. 섬유 강도(strength)와 간섭하지 않기 위해, 이 섬유에 사용되는 입자 분산 착색제 및 선택적 전자적인 변환 착색제 입자는 약 0.02㎛ 미만인 것이 바람직하다. 본 발명의 이 실시형태는 미네랄 오일 겔로부터 추출되는 고분자량 폴리에틸렌과 같이 겔 상태에서 추출되는 고 강도 섬유에 대하여 발생하는 오랜 문제점을 해결할 수 있다. 이 문제점은 전형적인 유기 염료 또는 색소가 겔 상태의 양질의 제품의 형성과 간섭할 수 있다는 것이다. 겔 상태로부터 추출된 고 강도 섬유 제품의 중요한 예로는 허니웰(Honeywell)사(모리스타운, 뉴저지, 전신 얼라이드시그널사(AlliedSignal))에 의해 제작되는 스펙트라. 티엠. 폴리에틸렌 섬유(Spectra. TM. polyethylene fiber)가 있다. 고온에서 처리되는 겔인 이 섬유는 낚시줄, 낚시그물, 돛, 로프 및 벨트(harness)의 용도로 널리 사용된다.

입자 분산 착색제로서 사용되기에 적합한 극세(ultrafine) 금속 입자는 자체가 입자 분산 착색제인 보다 큰 입자의 표면에 위치할 수 있다. 또한, 이러한 형태의 결합된 입자 분산 착색제는 본 발명에 적합하다. 금속 입자가 보다 큰 중합체 입자 상에 위치한 입자 분산 착색제를 마련하기 위한 방법은 에이치. 타마이(H. Tamai) 등에 의해 응용물리 저널(Journal of Applied Physics) 56의 441 내지 449 페이지(1995)에서 제공된다. 다른 예로서, 콜로이드 입자 분산 착색제는 그 크기 및 가시 영역에서 굴절율에 따라 추가적으로 입자 분산 책색제를 제공할 수 있는 보다 큰 입자 내에 위치할 수 있다. 바람직한 경우에, 콜로이드 입자는 글래스(glass) 매트릭스 내의 금속 또는 금속 합금 입자이다. SiO₂함유 글래스 내에 분산된 콜로이드 구리를 획득하는 방법은 비정질 고체 저널(Journal of Non-crystalline Solid) 120의 199 내지 206 페이지에 기술되며, 금 및 은을 포함한 다양한 금속의 콜로이드 입자를 함유한 실리콘 글래스를 얻기위한 방법은 본 명세서에서 참고로서 통합되는 미국 특허 번호 2,515,936호, 2,515,943호 및 2,651,145호에 기술된다. 용융 공정의 글라인딩(grinding)과 같은 방법에 의해 콜로이드 입자 분산 착색제를 함유한 이 글래스는 입자로 변환되며, 본 발명의 실시예에서 입자 분산 착색제로서 사용된다. 이러한 실시예에서, 이 입자 분산 착색제는 바람직하게 중합체 매트릭스 내에서 분산된다. 이로 인해 결과물인 중합체 합성물로 구성된 물품에 대한 입자 분산 착색제를 제공한다.

입자 분산 착색제의 이러한 콜로이드 포함 입자 설계의 잇점은 클래스 입자가 산화와 같은 감성(減成 : degradation) 처리에 관해 콜로이드 입자를 안정화시킬 수 있다는 것이다. 두 번째 잇점은, 유기 중합체 매트릭스 내에서 직접적으로 콜로이드 입자의 분산에 사용될 수 없는 글래스 내에서 콜로이드를 형성하는데 고온 방법을 사용할 수 있다는 것이다. 콜로이드 포함 입자 방법의 세 번째 잇점은, 콜로이드 형성 및 분산 공정이 개선된 처리 경제성을 제공할 수 있도록 최종 중합체 매트릭스 내에서 입자 분산 착색제의 분산 공정과 분리된다는 것이다. 네 번째 잇점은, 컬러 필드 소거(erase) 장치(220)에 의한 것과 같이 박막에 적절한 필드가 인가될 때 컬러가 변하거나 실질적으로 감소하거나 감소 및 실질적으로 감소하기 위해, 입자 매트릭스가 전기적/전도성, 자기적 및/또는 광학적 특성에 따라 맞춤 제작될 수 있다는 것이다. 콜로이드 포함 입자 분산 착색제의 용융 합성의 대안으로, 케이. 제이 버햄(K. J. Burham) 등이 나노구조 재료(Nanostructure Materials) 5의 155 내지 169 페이지(1995)에 기술한 방법에 의해 착색제가 합성될 수 있다. 이 저자들은 실리콘의 졸-겔(sol-gel) 합성에 사용되는 실란(silanes)에서 금속염을 도핑함으로써 실리콘 내에 콜로이드 입자를 결합하였다. 이러한 방법에 의해, 이 저자들은 실리콘 내에 분산된 Ag, Ai, Pt, Os, Co₃, C Fe₃, P, Ni₂P 또는 Ge 콜로이드 입자를 얻었다. 본 발명의 실시예의 목적을 위해, 실리콘 내에 분산된 콜로이드 입자는 입자 분산 착색제로 사용하기 위해 적절한 크기로 연마될 수 있다.

무기 글래스 대신, 콜로이드 입자를 함유한 입자는 중합체일 수 있다. 당 기술분야에서 폴리(비닐 알콜), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 및 폴리(메틸 비닐 에테르)와 같은 폴라 그룹을 사용한 비닐 중합체에서 다양한 메탈 콜로이드가 분산된 박막을 마련하는 법이 알려져있다. 본 발명의 실시예에 적합한 입자 분산 착색제는 (바람직하게 저온에서) 콜로이드 분산 용매 증발에 의해 형성된 중합체 박막을 절단하거나 연마함으로써 얻어진다. 보다 바람직하게, 중합체 함유 용매에 분산된 콜로이드 입자를 갖는 에어로졸(aerosol)로부터 용매를 제거함으로써 형성될 수 있다. 반도체 또는 금속 도체인 입자 분산 착색제는 중합체 섬유 내에서 사용되는 바람직한 합성물 중의 하나이다. 이러한 입자 분산 착색제는 일반적으로 가시 파장에서 현저한 흡수를 제공할 것이다. 이러한 경우, 입자 분산 착색제는 최소 약 2㎛ 미만의 평균 직경을 가지며, 순수 중합체 매트릭스는 실질적으로 가시영역에서 흡수되지 않으며, 입자 분산 착색제의 제한된 입자크기의 결과로서 입자 분산 착색제에 대해 전달된 가시광 강도의 최소값은 적어도 약 10㎚로 천이된다. 보다 바람직하게, 이러한 천이는 입자 분산 착색제의 선택된 입자 크기 및 선택된 매트릭스 물질에 대해 적어도 약 20㎚이다. 전달된 광 강도의 최소값에 대한 입자크기의 영향을 판별하기 위해, 약 20㎛ 보다 큰 입자 크기는 무한 입자 크기의 한계에 대한 양호한 어림값을 제공한다.

입자 크기가 대형일 때 가시 영역 내의 흡수 계수에서 단일 최대값을 제공하는 입자 분산 착색제 합성물에 대해, 표준 전달 광 강도 비의 다른 적용분야는 바람직한 입자 분산 착색제의 확인을 가능하게 한다. 이 방법은 가시 파장 범위에서 발생하는 전달 광 강도 비의 적어도 두 개의 최소값을 갖는 이러한 입자 분산 착색제를 확인하는 것이다. 이러한 두 개의 최소값은 입자 크기의 두가지 모드 분포 또는 입자 크기의 단일 모드 분포에 대한흡수 처리 및 분산처리로부터 기인한 최소갑에서의 차이로부터 얻을 수 있다. 입자 분산 착색제가 염색 상태에 대한 전환성이 필요한 적용분야에서 요구되는 경우, 입자 크기의 단일 모드 분포에서 두 개의 최소값이 발생하는 것이 바람직하다. 이는 매트릭스와 입자 분산 착색제 사이의 굴절율 차에서의 전환성은 입자 분산 효과가 큰 경우 전환 가능한 염색을 제공할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 굴절율에서의 전환성에 기인한 전환가능한 착색은 입자 응집에 의한 착색에서의 변화 또는 손실과 연관된다. 전술한 단일모드 및 이중모드 입자 분포는 각각 하나 또는 두 개의 피크를 갖는 가중-분할(weight-fraction) 입자 분포를 의미한다. 온도 변화에 반응하는 가역 컬러 변화가 요구되는 적용예에 대해, 가역 전자적인 위상 변화를 겪는 특정 세라믹은 본 발명에 사용될 수 있는 바람직한 입자 분산 착색제이다. 온도가 상승함에 따라 높은 전도 상태에 대한 가역 변환을 겪는 이러한 합성물은 VO₂, V₂, O₃, NiS, NbO₂, FeSi₂, Fe₃, O₄, NbO₂, Ti₂O₃, Ti₄O₇, Ti₅O₉, 및 V_1-xM_xO₂이다. 여기서 M은 VO₂(W, Mo, Ta 또는 Nb와 같은)로부터 변환 온도를 감소시키는 도펀트(dopant)이며, x는 1보다 훨씬 작은 값이며, 특정 편이 온도(약 68℃)에서 굴절율의 실수부 및 허수부에서 현저한 변화를 겪기 때문에 VO₂는 특히 바람직한 컬러-변화 추가입자이다. 이러한 무기 위상의 합성 및 전자적인 특성은 스펙(Speck) 등에 의해 고체 박막(Thin Solid Film) 165의 317 내지 322 페이지(1988) 및 조르겐슨(Jorgenson) 및 리(Lee)에 의해 태양에너지 재료(Solar Energy Materials) 14의 205 내지 214 페이지에 기술된다.

광을 흡수하는 안정성 및 광대역성으로 인해, 방향(aromatic) 카본의 다양한 형태는 입자 분산 착색제의 착색 효과를 개선하는데 사용되는 바람직한 전자적 변환 착색제이다. 이 바람직한 합성물은 채널(channel) 블랙, 퍼니스(furnace) 블랙, 본(bone) 블랙 및 램프(lamp) 블랙과 같은 다양한 카본 블랙을 포함한다. 입자 분산 착색제 및 전자적 착색제의 결합된 효과로부터 바람직한 다양한 착색 효과에 따라, 색소 및 염료 산업에 일반적으로 사용되는 다양한 다른 무기 및 유기 착색 또한 유용하다. 이러한 무기 색소의 예로 아이언 옥사이드, 크롬 옥사이드, 레드(lead) 크로메이트(chromates), 페릭 암모니움 페로시아나이드(ferric ammonium ferrocyanide), 크롬 그린, 울트라마린 블루 및 카드뮴 색소가 있다. 적절한 유기 색소의 예로 아조(azo) 색소, 프탈로시안(phthalocyanine) 블루 및 그린 색소, 퀴나크리돈(quinacridone) 색소, 다이옥사진(dioxazine) 색소, 이소인돌리논(isoindolinone) 색소 및 배트(vat) 색소가 있다.

이색성 또는 이색성 매트릭스 합성물과 같은 전자적인 변환 착색제의 사용은 고유한 외관을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 입자 분산 착색제의 분산이 분극의 정도를 표시할 수 있으므로 이러한 고유한 외관을 나타낼 수 있다. 이색성 축(dichroic axis)의 방향은 섬유의 경우 섬유 축에 수평 또는 수직 또는 박막의 경우 박막 평편에 수평 또는 수직인 것이 바람직하며, 기계 도면과 같이 분극을 만드는데 사용되는 전형적인 적용 방법에 의해 얻어질 수 있다. 이색성 작용은 입자 분산 착색제가 분산되는 동일한 매트릭스 콤포넌트 내 또는 다른 매트릭스 콤포넌트 내에서 유용하게 개발될 수 있다. 대형 n 실시예의 경우 이색성 중합체 매트릭스 물질을 제공하기 위한 바람직한 방법은 염료 분자를 포함하는 메트릭스를 단축으로(uniaxially) 스케칭하는 것에 의한 중합체 내에서 염료 분자를 결합하는 것에 의한다. 이러한 염료 분자는 이색성 전자 흡수 착색제의 역할을 한다. 기계적 스케칭 공정의 효과는, 바람직하게 중합체의 스케치 축에 대한 염료 분자의 광학 변환 축의 방향을 결정하는 것이다. 중합체 호스트 매트릭스의 기계적 스케칭에 의한 분광 박막의 제작은 와이. 다이렉스(Y. Direx) 등에 매크로분자(Macromolecules) 28의 486 내지 491 페이지(1995)에 기술된다. 상기 저자들이 제공하는 예에서, 염료는 수단 레드이고 호스트 매트릭스는 폴리에틸렌이다. 그러나, 염료 분자 및 중합체 매트릭스의 다양한 다른 조합이 본 발명의 실시예의 입자 분산 착색제 합성물에 유용하게 적용될 수 있는 분광 효과를 얻는데 적합하다.

굴절율 또는 흡수 계수의 변환을 제공할 수 있는 다양한 화학적 합성물이 분산 입자 착색제의 효과를 개선하는 호스트 매트릭스, 입자 분산 착색제 또는 전자 변환 착색제에 유용하다. 이방성인 고유한 착색 효과를 얻기 위해 이방성인 변환가능한 화학 합성물 모두가 제품에 적절한 적용 방법을 이용하여 선택적으로 통합될 수 있다. 열 노출, 광 노출 및 습도 변화의 함수로서 발생하는 굴절율 및 전자 변환 변화를 제공함으로써, 이러한 물질들(적절한 방향을 갖거나 갖지않거나) 변환가능한 착색 상태를 제공한다. 본 발명에 적합한 이러한 컬러 변화 화학 호스트는 매닐(anils), 풀지드(fulgides), 스피로피란(spiropyrans) 및 에이. 브이. 엘트소프(A. V. El'tsov)의 저서인 "유기 광색성(Organic Photochromes)"(컨설턴츠 뷰로,뉴욕, 1990)에 기술된 다른 광색성의 유기물과 같이 잘 알려져 있다. 이러한 컬러변화 화학물질은 중합체 합성물에서 입자 분산 착색제의 시각적 효과를 수정하는 전자적 변환 착색제로 사용될 수 있다. 또한, 온도, 광노출 또는 습도에 따른 컬러의 변화는 이러한 영향에 따른 굴절율의 변화를 제공하는 잘 알려진 많은 물질을 사용함으로써 가시광 파장에서 흡수 계수의 현저한 변화 없이 선택적으로 생성될 수 있다. 이러한 물질은 컬러 변화 합성물에 대한 매트릭스 물질 또는 입자 분산 착색제로서 사용될 수 있다.

또한, 광중합이 가능한(photopolymerizable) 단량체, 광첨가(photo-dopable) 중합체, 광분해(photo-degradable) 중합체 및 광 교차결합(cross-linkable) 중합체가 변환 가능한 입자 분산 착색제를 갖는 제품의 제작을 가능하게 하는 변환 가능한 굴절율 및 변환 가능한 전자적 흡수 특성을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이를 위해 적절한 물질이 "전자적 응용을 위한 중합체(Polymers for Electronic Applications)"라는 명칭의 책에서 제이. 이. 라이(J. E. Lai)에 의해 기술된다. 이 책은 또한 동일한 저자에 의해 편집되었다(씨알씨 프레스, 보코 라톤, 플로리다, 1989). 지금부터 소개되는 개선된 물질은 지. 엠. 월래프(G. M. Wallratt) 등에 의해 캠텍(CHEMTECH)의 22 내지 30 페이지(1003년 4월)에 기술된다. 본 발명에 적합한 보다 색다른 합성물이 엠. 에스. 에이 아브도(M. S. A. Abdou), 지. 에이. 디아즈-귀하다(G. A. Guihada), 엠. 아이. 아로요(M. I. Arroyo) 및 에스. 홀드그로프트(S. Holdcroft)의 켐, 메이터(Chem, Mater) 3의 1003 내지 1006 페이지(1991)에 기술된다.

또한, 본 기술에 따른 박막 또는 중합체 컬러 제품은 필러(filler), 처리 보조기, 정전기 방지제, 산화 방지제, 오존화 방지제(antiozonants), 안정제, 윤활제, 용융 안정제, 김서림 방지제, 가소제 및 당 기술분야의 다른 추가적인 표준을 포함한다. 이러한 물질은 부가적으로 입자 분산 착색제 또는 전자적 변환 착색제의 목적으로 사용되지 않는 경우, 이러한 부가 물질은 바람직하게 입자 분산 착색제를 포함하는 박막 또는 중합체에 균일하게 용해되거나, 투광성 및 매트릭스 중합체와 유사한 굴절율을 가져야 한다. 계면 활성제와 같은 분산제는 입자 분산 착색제 입자를 분산시키는 점에서 특히 본 발명에 유용하다. 많은 적합한 분산제 및 다른 중합체 부가 물질은 에지 튜엔(J. thuen) 및 엔. 멜버그(N. Mehlberg)의 저서 "프라스틱용 부가 물질(Additive for Plastic)", 1판(D.A.T.A. Inc., 1987)과 같은 볼륨에 기술된다. 입자 분산 입자 및 호스트 매트릭스 사이의 결합을 향상시키는 결합제는, 입자-매트릭스 계면에서 균열 형성 또는 열악한 방습성을 제거하므로 특히 n 실시예를 소거하는데 중요한 부가 물질이다. 글래스 또는 세라믹이 입자 분산 착색제이고 호스트 매트릭스가 유기 중합체인 경우에, 바람직한 결합제는 상업적으로 이용가능하고 무기 및 유기 상을 개선하는 합성물에서의 접합을 개선하는데 설계되는 다양한 시레인(silane)이다. 이러한 타입의 입자 분산 착색제 합성물용으로 적합한 결합제의 예는 도우 코닝 컴퍼니(Dow Corning Company)의 7169-45B 및 X1-6124이다.

본 발명의 컬러 제품은 선택적으로 형광성 또는 인광성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 잘 알려진 물질로는 Cu, Ag 또는 Mn 불순물을 포함하는 Zn_1-xCd_xS(x는 1보다 크지 않다)의 형태이다.

본 발명의 다양한 학습에서, 광중합이 가능한 단량체 및 저중합체를 참조한다. 본 발명의 실시예의 실시에 적합한 이러한 합성물의 예는 두 개의 보다 켤레인 이다세틸렌(diacetylene) 그룹(고체상태에서 중합이 가능한), 비닐 에터르 말단 에스테르, 비닐 에테르 말단 우레탄, 비닐 에트르 말단 에테르, 비닐 에테르 말단 기능화 실록산, 다양한 디올레핀(diolefin), 다양한 에폭시, 다양한 아크릴 및 상기 물질의 혼합을 포함한 하이브리드 시스템을 포함한다. 또한, 트리아릴술포늄(triarylsufonium) 염과 같은 다양한 광개시제(photoinitiators)가 상기 시스템에 유용하다.

본 발명의 합성물의 합성 및 제조에 다양한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 입자 분산 착색제는 (1)용융상 분산, (2)용액상 분산, (3) 콜로이드 중합체 부유물 내의 분산 또는 (4) 프리폴리머 또는 중합체에 대한 단량체에서 분산을 통해 중합 매트릭스 물질을 이용하여 합성될 수 있다. 합성물의 박막은 용매 증발 또는 샘플 여과, 건조 및 핫프레싱(hot pressing)에 의해 제조된 분산 세라믹 파우더 및 용해된 중합체를 포함하는 용액에 비용매(non-solvent)를 첨가함으로써 형성될 수 있다. 상기 방법(4)에서, 세라믹 입자는, 이후 열적인 중합화 또는 자외선, 전자빔 또는 감마선과 같은 화학선을 사용하여 중합화되는 단량체 또는 프리폴리머 내에서 분산될 수 있다. 또한, 입자 분산 착색제는 건식인쇄 기술, 파워 코팅, 플라즈마증착 및 당 기술분야에 잘 알려진 유사 기술에 의해 매트릭스에 결합될 수 있다. 예를 들어, 입자 분산 착색제는 "건식 인쇄술을 이용한 직물 인쇄"(저자 : 더블유. 더블유. 카(W. W. Carr), 에프. 엘. 쿡(F. L. Cook), 더블유. 알. 래니건(W. R. Lanigan), 엠. 이. 실코스키(M. E. Sokorski), 더블유. 씨. 틴체(W. C. Tinche), 직물 화학 및 염색, 볼륨 23, 넘버 5, 1991)에 기술된 건식 인쇄 기술을 이용하여 직물 또는 카펫에 첨가될 수 있다. 유행하는 스타일 및 컬러 변화 및 개별 고객의 취향을 맞추는 제품의 신속한 운송의 상업적인 중요성 때문에, 착색을 얻기 위해 가용성 중합체 매트릭스에서 입자 분산 착색제를 이용한 직물, 카펫 섬유 및 벽지제품의 코팅은 특히 중요한 실시예이다. 이러한 착색은 선택적으로 입자 분산 착색제를 개선하기 위해 별도의 전자적 변환 착색제에 의한 착색에 의해 진행될 수 있다.

호스트 중합체에서 세라믹의 균일한 혼합을 얻기 위해, 낮은 점착성의 전구체 상태인 경우에 초음파 혼합기가 사용될 수 있으며, 정전(static) 혼합기 및 보다 일반적인 혼합기가 용융 혼합 처리용으로 사용될 수 있다. 특히 용융 혼합 처리용으로 사용되는 정전 혼합기는 상업적으로 메사추세츠주 덴버의 케닉스 코포레이션(Kenics Corporation)의 제품을 사용할 수 있으며, 펜(Chen) 및 맥도널드(MacDonald)의 화학공학(1973년 3월 12일)의 105 내지 110 페이지에 기술되어 있다. 용융상태의 합성 및 용융상태의 제조는 본 발명의 합성에 적합하다. 유용한 용융 상태의 제조 방법의 예는 핫롤링(hot rolling), 압출성형, 평판압착 및 주입몰딩이 있다. 보다 복잡한 형상의 제조를 위해 주입 몰딩 및 압출성형이 보다 바람직하다.

일부의 경우에, 착색 효과의 이방성을 얻기 위해 입자 분산 착색제의 제어된 집합체(aggregation) 사용하는 것이 바람직하다. 착색에서 이방성을 생성하기 위한 이러한 집합체는 바람직하게 다른 입자 집합에 대한 집합체의 방향이 서로 관련되는 일차원 또는 이차원으로 존재한다. 집합체에서의 관련성은 입자 분산 착색제를 다량 갖는 매트릭스의 가소성 기계적 변형에 의해 가장 간단하게 얻을 수 있다. 예를 들어, 이러한 기계적인 변형은 섬유에 대해서는 섬유 방향 또는 박막에 대해서는 박막 면에 하나 또는 두 개의 수직방향에서 존재할 수 있다. 착색에서 이방성을 얻기 위해 입자 집합의 사용에 대한 대안으로서, 입자 형상의 이방성이 동일한 효과를 얻기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 처리과정 동안의 박막 및 섬유의 기계적 변형은 일반적으로 판형상의 입자가 박막면에 수직인 평판 면으로 방향을 갖게 할 것이며, 섬유 형상의 입자는 합성물의 섬유 추게 평행한 입자 섬유 축으로 방향을 갖게 할 것이다.

입자 분산 착색제의 방향성 효과의 특정 형태는 특히 n 실시예를 소거하는데 유용하다. 이런 실시예에서, 입자 분산 착색제 및 매트릭스 물질이 광학적 특성에서 등방성인 것이 일반적으로 바람직하다. 그러나, 고유한 각도 의존 착색 효과를 얻기 위해서, 입자의 광학축이 박막 면에 수직이 되도록 중합체 박막에서 이방성 입자 분산 착색제의 평판형상의 입자를 방향성을 갖게 하는 것이 바람직하다. 이러한 입자 및 중합체 매트릭스는 그 입자의 일반 굴절율(n₀)이 가시 영역의 파장에서매트릭스의 굴절율과 같도록 선택된다. 따라서, 박막 제품은 박막에 수직인 빛이 박막을 통해 투과될 때 높은 컬러를 나타낸다. 그러나, 박막면에 경사진 것 같이 보이는 빛은 모든 파장에서 분산되어 제품은 색이 없는 것으로 보이거나 보다 약한 컬러로 보일 것이다. 이러한 실시예에서 육각, 삼각 또는 사각의 대칭성을 갖는 많은 물질에 대한 경우인 입자 평면에 수직인 광학 축을 갖는 것으로 입자 분산 착색제가 선택된다. 박막 면에 평행한 판형 입자의 면의 바람직한 방향은 박막 롤링 공정, 용액 증착 공정에 의한 박막 형성 및 쌍축 스케칭 공정과 같은 다양한 일반적인 공정에 의해 얻을 수 있다. 이러한 판형 입자 분산 착색제는 종래의 판 계면 착색제와는 매우 다르다. 이러한 종래의 착색제에 대해, 매트릭스와 입자의 굴절율 일치가 필요하지 않으며, 가시 영역 전체에서 입자와 매트릭스 사이의 큰 굴절율 차이가 착색 효과를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시예의 섬유는 일반적인 스핀 기술에 의해 형성되거나 연속적인 섬유 또는 스테이플로 박막을 절단함으로서 생성되는 박막의 용융 제조에 의해 형성될 수 있다. 전자적 변환 착색제는 선택적으로 합성 박막 합성물에 포함될 수 있다. 또는, 입자 분산 착색제를 포함하는 중합체 박막은 전자적 변환 착색제를 포함하는 중합체 박막의 일면 또는 양면에 부착될 수 있다. 이러한 중합체 막막층 사이의 부착 고정 층은 박막 적층에 일반적으로 사용되는 것 중의 하나일 수 있다. 그러나, 결합된 박막에 대해 동일한 매트릭스 중합체를 적용하고 이러한 매트릭스 중합체로서 동일한 굴절율을 갖는 고정층을 선택하는 것이 바람직하다. 또는, 전자적 변환 착색제를 포함하는 중앙의 박막층 및 입자 분산 착색제를 포함하는 외부의 박막층은 잘 알려진 중합체 박막의 동시 압출성형 기술을 사용하여 단일 단계에서 동시 압출성형될 수 있다. 바람직한 최종 제품이 중합체 섬유인 경우, 이러한 다중층 박막 어셈블리는 순차적으로 섬유 형태로 절단될 수 있다. 이러한 박막 물질은 연속적인 섬유로 변형시키는데 적합한 일본의 이토 세이사쿠쇼사(Ito Seisakusho Co., Ltd)의 마이크로 슬리터(microslitter) 및 와인더 장비가 이용될 수 있다. 이러한 섬유가 일면은 입자 분산 착색제를 포함한 중합체 박막층으로 구성되고 타면은 전자적 변환 착색제를 포함한 중합체 박막층으로 구성된 이중층의 박막으로부터 절단되는 경우, 특히 재미있는 시각적 효과를 얻을 수 있다. 다른 시각에 대해 다른 시각적 외관을 제공하는 이러한 섬유는, 다른 착색으로 교차하는 세그먼트의 시각에서의 외관으로 인해 부분적으로 컬러를 갖는 물질을 생성하기 위해 카펫이나 직물과 같은 다양한 응용예에서 꼬아질 수 있다. 가장 근접하여 본 섬유측이 입자 분산 착색제 박막 층인 경우 하나의 착색 효과가 제공될 수 있으며, 가장 근접하여 본 측이 전자 변환 착색제 박막층인 경우 다른 착색 효과가 제공될 수 있다. 절단된 박막 섬유의 이러한 특정 착색 효과는, 절단 박막 섬유의 노출이 폭-두께 비가 적어도 5인 경우 가장 시각적으로 현저하다. 더하여, 일반적인 중합체 박막을 직물 및 카펫 적용예에 혼합하기 위해 이러한 섬유의 크기의 적합성은 절단 박막 섬유가 200 데니어(denier) 미만인 경우 증가된다. 슬릿-박막 공정을 대신하여, 이러한 특징을 갖는 이중층 또는 다중층 섬유가 방적기의 유용한 기술을 이용하여 설계된 방적기를 이용하여 직접 용융 추출될 수 있다. 이 단락은 입자 분산 착색 효과를 제공하는 본 발명의 중합체 박막의 절단에 의해 섬유를 형성하는 것을 강조하는 것이다. 그러나, 기술된 박막은 제품 포장에서부터 벽지까지 다른 분야에서 적용되기 위한 박막제품으로서 중요한 상업적 기회를 또한 제공한다는 것을 강조하여야 한다.

본 발명에 적절한 쉬쓰-코어 섬유는 제1 조성물의 쉬쓰와 제2 조성물의 코어를 포함하는 섬유이다. 쉬쓰 또는 코어는 다른 성분의 조성물에 독립적으로 유기, 무기 혹은 무기와 유기의 혼합된 것일 수 있다. 바람직하게 이러한 섬유의 쉬쓰 및 코어 모두 유기 중합 조성물을 함유한다. 또한, 상기 입자 분산 착색제는 바람직하게 쉬쓰에 위치하며 전자성 전이 착색제는 바람직하게 코어에 위치한다. 원형의 원통 대칭을 갖지않는 쉬쓰 또는 코어-횡단 형상의 선택에 의해, 다른 측면에서 볼 경우 다른 색을 제공하는 섬유를 제공하는 것이 가능하다. 예를들어, 외부 쉬쓰 형상은 원형의 원통일 수 있으며 코어는 고 각비율을 갖는 타원일 수 있다. 타원의 장축방향을 따라 섬유 방향에 직각으로 볼 경우, 전자성 전이 착색제의 영향은 착색을 지배할 수 있다. 다른 한편, 타원의 단축에 따라 이에 상응하게 볼 경우 이는 전자성 전이 착색제에 의해 덜 영향받는 시각 효과를 제공할 수 있다. 보다 일반적으로, 이러한 각 의존성 시각효과를 달성하기위해 쉬쓰의 외부표면에 대한 횡단면에서 직각 축 치수의 최대 비율은 바람직하게 코어에 대하여 이에 상응하는 비율의 2분의 1미만이다. 바람직하게, 쉬쓰 및 코어는 바람직하게 2를 초과하는 횡단면에서의 직각 축 치수 최대비율을 가지며 쉬쓰와 코어의 횡단면에서 장-축 방향은 바람직하게 비-일직선이어야 한다. 다른 보기 각에 대하여 다른 시각적 외관을 제공하는 이러한 섬유는 카페트 및 직물과 같은 여러가지 적용처에 얽혀져 어떤 보기 각에서의 외관이 다른 착색을 갖는 단편을 교차시킴으로써 결정되는 공간적으로 착색된 물질을 생성할 수 있다.

쉬쓰 및 코어의 상대적인 횡단면을 변화시킴으로써 쉬쓰-코어 섬유의 착색을 변화시키는 능력은 얀에서 다른 섬유의 착색시 변화로 인해 흥미로운 시각효과를 나타내는 얀의 편리한 제조용으로 제공된다. 이러한 변화는 예를들어, 쉬쓰 및 코어의 상대적 혹은 지배적 크기, 이들의 상대적 형상 및 쉬쓰 및 코어 횡단변의 상대적 방향을 변화시킴으로써 수행될 수 있다. 이들 어느 경우에 있어서, 상기 변화는 얀에서 각각의 섬유 혹은 다른 섬유의 길이에 따라 제공될 수 있다. 바람직하게 이들 구현에서, 입자 분산 착색제는 섬유 쉬쓰내에 존재하며 전자성 전이 착색제는 섬유 코어내에 존재한다. 또한, 이러한 섬유로 구성된 얀은 바람직하게 다중-홀 방적돌기로부터 스피닝된 후 직접 모아진다. 각 방적돌기 홀 구조물에서의 변화, 혹은 다른 섬유 스피닝 홀에 대한 쉬쓰 및 코어의 공급 압력에서의 변화는 쉬쓰 횡단면, 코어 횡단면, 또는 두가지 모두에서 원하는 섬유-대-섬유 변화를 이룰 수 있다. 택일적으로, 이들의 길이에 따른 각 섬유의 착색에서의 변화는 간편한 수단에 의해 이루어질 수 있다. 이들 수단은 예를들어, 스피닝 시간에 비례하여 (1) 쉬쓰 중합체 공급 압력 혹은 코어 중합체 공급 압력을 변화시키거나 또는 (2) 방적돌기에서 쉬쓰 및 코어 중합체의 상대온도를 변화시키는 것일 수 있다. 이러한 방법중, 각 섬유의 길이에 따른 착색의 변화가 바람직하며, 이러한 변화는 바람직하게 쉬쓰 및 코어 섬유 성분의 상대적 공급 압력을 변화시킴으로써 달성된다. 이러한 압력변화는 바람직하게 다른 섬유를 생성하는데 사용되는 방적돌기 홀에 대하여 동시에 수행되며 그리고 다른 섬유에 대한 이러한 방적돌기 홀은 바람직하게 실질적으로 동일하다. 얀은 바람직하게 다른 섬유에 대한 유사 색의 위치에서 상호관계가 상실되지않도록 스피닝 지점에 근접한 섬유로부터 형성된다. 이러한 바람직한 구현의 결과로서, 개별 섬유의 색 변화는 섬유들 사이에 공간적으로 상호관련되므로 따라서, 이러한 색 변화가 얀에서 가장 현저하다.

입자 분산 착색제가 쉬쓰내에 존재하고 전자적 전이 착색제가 코어내에 존재하는 경우 섬유 착색은 쉬쓰/코어 배율 및 기계적 드로우 공정에 따라 달라진다는 사실은 중요한 센서 응용을 제공한다. 이러한 센서 적용은 쉬쓰 및 코어의 횡단면을 변형시킴으로써 착색을 제공할 수 있는 섬유의 압착, 섬유 쉬쓰의 횡단면을 변화시킬 수 있는 마모 혹은 섬유 분해, 및 섬유 스트레칭(쉬쓰 및 코어의 횡단면을 변화시킬 수 있으며, 입자 분산 착색제 집합을 제공하며 중합체 사슬 배향 및 섬유 결정성을 모두 증가시킬 수 있는)과 같은 섬유 마모 및 기타 섬유 손상 공정으로 인해 발생하는 착색 변화를 이용한다. 어느 경우에 있어서, 이러한 색 변화의 기초는 일반적으로 물품 착색에 대한 입자 분산 착색제 및 전자성 전이 착색제의 상대적 기여를 변화시키는 것이다. 이러한 센서는 로프, 슬링 및 파멸적 쇠태 및 불안정의 가능성이 있어 이러한 쇠태가 종종 물품 교환을 이끌 수 있는 끈과 같은 물품에서 가시적인 손상 표시를 제공할 수 있다. 이러한 쉬쓰/코어 섬유는 물품에서 색-표시성 소수 혹은 다수 섬유로 사용될 수 있다.

본 발명의 특정 방법은 중공 형태로 회전되는 섬유용 입자-유도 착색을 얻는데 사용될 수 있다. 분산을 통해 착색을 제공하는 입자는 적절한 액체에 분산되고, 이는 후속적으로 중공 섬유를 채운다. 임의의 전자적 전이 착색제가 착색 효과를 증진시키기 위해 이 액체내에 포함될 수 있다. 이러한 접근은 기본적인 전구체 섬유(즉, 짧은 오픈-말단 컷 길이)를 사용하여 혹은 중공 섬유 코어가 그 표면을 파손시키는 경우 종종 마이크로 홀을 함유하는 중공 섬유를 사용하여 가능해진다. 이러한 마이크로 홀의 존재는 섬유가 신속히 채워지는 것을 가능케한다. 바람직하게 2000psi미만의 적당한 압력이 섬유의 신속한 채움을 촉진하는데 사용될 수 있다. 필링 공정후 광중합 혹은 열 중합될 수 있는 것으로 저 점도 캐리어 유체가 바람직하게 선택된다. 이러한 접근에 대한 택일적인 방법으로, 입자 분산 착색제는 중공 섬유가 용융 회전되어 용융 중합체내에 포함될 수 있다. 그 다음 중공 섬유내에 드로잉되는 중합가능한 유체는 입자 분산 착색제의 착색 효과를 증진시키기위해 전자성 전이 착색제를 포함할 수 있다. 이러한 방법의 여러가지 변형이 이용될 수 있다. 예를들어, 용융 회전 섬유는 여러가지 조합의 입자 분산 착색제와 전자성 전이 착색제를 함유할 수 있으며, 마찬가지로 중공 섬유내에 드로잉되는 유체로 그러하다. 이러한 방법의 또 다른 변형으로, 입자 분산 착색제를 함유하는 용융물로부터 스피닝된 중공 섬유는 입자 분산 착색제에 의해 분산되지않는 광의 일부를 흡수하는 물질로 그 내벽에 코팅될 수 있다. 예를들어, 이러한 코팅은 컨덕팅 중합체용 산화물-함유 단량체 용액을 드로잉하고, 중공 섬유의 내벽에 컨덕팅 중합체를 용액중합한 다음, 중공 섬유로부터 중합을 위해 사용된 용액을 회수하는 것에 의해 수행될 수 있다. 중공 섬유의 내벽은 바람직하게 열경화를 필요로하는 용액 염색 공정을 이용하여 전자성 전이 착색제로 착색된다. 예를들어, 섬유 외표면의 염료 용액은 세정되어 제거될 수 있으며, 염료 착색은 열처리에 의해 고정될 수 있으며, 그리고 섬유내에 함유된 염료 용액은 (수용액의 증발에 의한 것과 같이) 제거될 수 있다. 열 경화에 대한 택일적인 방법으로, 중공섬유의 내표면상의 염료의 고정은 광화학적 혹은 전자빔, 자외선이나 적외선 방사와 같은 방사의 열 효과에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 염료의 열 혹은 광관련 경화는 패턴화된 방식으로 수행될 수 있으며, 이에 따라 카페트 및 직물 적용시 공간적 착색 효과 타입을 나타내는 섬유를 제공한다.

중공섬유 내부의 입자 분산 착색제의 증착을 통해 새로운 광학 효과를 달성하는데 중공 섬유의 내벽 염색을 얻기위해 상기와 동일한 방법이 사용될 수 있다. 이러한 입자 착색제는 바람직하게 입자 분산 착색제를 함유하는 콜로이드성 용액을 중공섬유내에 흡수시키고 그 다음 콜로이드성 입자를 위한 캐리어인 그 유체를 증발시킴으로서 증착된다. 유체성분이 제거된 후 콜로이드성 입자가 분산된 액체는 임의로 그 콜로이드성 입자용 고형 매트릭스를 형성하는 물질을 함유할 수 있다. 그 내벽에 그대로 증착되거나 혹은 매트릭스내 분산물층으로 증착되든 이러한 콜로이드성 입자 분산 착색제는 그 다음 임의로 입자 분산 착색제로 코팅되지 않은 중공섬유의 내벽 코팅용으로 상술된 방법에 따라 전자성 전이 착색제로 코팅될 수 있다. 상술된 중공섬유 내부에 콜로이드성 입자의 증착은 이러한 입자가 입자 분산 착색제로부터 전자성 전이 착색제로 변형될 정도로 이들 입자의 집합을 이루게 한다. 본 발명에서 이러한 집합은 색 필드 제거 장치 220에 의한 것과 같이, 적절한필드(field)가 적용되는 경우, 그 색이 변화되거나, 실질적으로 감소되거나 혹은 색 변화 및 감소가 모두 일어나도록 전자/전도성, 자기성, 및/또는 광 특성에 반응하는 입자를 선택함으로써 증진될 수 있다.

본 발명의 하기 구현에서, 입자 분산 착색제는 광색성을 생성하기위해 중공섬유에 사용된다. 이러한 광색성은 광강유전체(photoferroelectrics)인 입자 분산 착색제를 이용하여 달성될 수 있다. 본 발명에 바람직한 광강유전체는 예를들어, BaTiO₃, SbNbO₄, KNbO₃, LiNbO₃, 및 철과 같이 임의적 도펀트를 갖는 조성물이다. 이들 조성물 및 이와 관련된 조성물은 "Photoferroelectrics"(V. M. Fridkin(Springer-Verlag, Berlin, 1979)의 6장(pp. 85-114)에 기술되어 있다. 서열 10³- 10⁵의 광전압이 광강유전체를 생성하는데 사용될 수 있으나, 이는 이러한 광전합은 분극화 방향으로 입자 크기가 감소됨에 따라 입자 크기를 감소시키는 것으로 인지되어야 한다. 이에 상응하는 광-생성 전계는 중공섬유의 공동내 저 전도성 액체에 분산되는 광강유전체 입자의 집합(즉, 입자 사슬)을 가역적으로 생성하는데 사용될 수 있다. 만일 이러한 광강유전체 입자가 적절히 작은 치수를 갖는 경우, 집합 및 탈집합 공정은 섬유의 시각 효과 및 착색에 있어 광-유도 변화를 제공할 것이다. 유체의 전기 전도성은 광-유도 전체를 제공하는 광-유도 전하의 보상을 이끌 수 있기때문에, 광 노출 중지후 착색이 초기상태로 되돌아 오는 비율을 결정할 수 있다. 상기 방법은 광강유전체-함유 액체로 중공섬유를 채우는데 사용될 수 있으며, 그리고 이러한 액체는 기계적 변형을 이용하는 중공튜브의 주기적 폐쇄와같은 다양한 공정에 의해 섬유내에 밀봉될 수 있다. 이러한 광색성 섬유로 구성된 물품은 광 노출시 자동적으로 색을 변화시키는 옷감과 같은 여러가지 적용처에 사용될 수 있다.

다른 발명 구현으로, 입자 분산 착색제는 (광강유전체가 빛에 노출되지 않거나 혹은 이후에 빛에 노출되는 경우에 또는 두가지 모든 경우에서) 가시영역내 일부 파장에서 광강유전체와 동일한 굴절률을 갖는 고형 매트릭스내에 분산되는 광강유전체이다. 이 구현은 광강유전체가 빛에 노출시 일어나는 큰 굴절률 변화를 사용하며, 이는 굴절률 매칭이 일어나는(또는 이러한 굴절률 매칭을 일으키거나 제거하는) 곳에서 파장을 변화시켜 따라서 빛에 반응하여 색 변화를 일으킨다.

(쉬쓰-코어 섬유, 삼층 및 이층 필름 및 이로부터 유래된 컷-필름, 및 중공 중합체 섬유에 대하여) 앞서 기술한 본 발명의 구현에서, 전자성 전이 착색제를 함유하는 층에 대하여 외부에 존재하는 층에서 입자 분산 착색제의 사용이 기술되었다. 설명된 한 잇점은 새로운 착색 효과가 달성되는 것이다. 이러한 구성의 다른 잇점은 특히 주목할만하다. 특히, 청 착색을 제공하는 입자 분산 착색제는 다수의 전자성 전이 착색제의 페이딩(fading)을 일으킬 수 있는 자외선 영역의 분광에서 또한 일반적으로 현저한 분산을 제공한다. 게다가, 이러한 자외선 분산은 그 하부에 존재하는 전자성 전이 착색제를 자외선 노출에 기인하는 페이딩으로부터 보호할 수 있다.

바람직한 구현은 자외선 감응성 섬유 및 필름 제품용 자외선 보호를 제공하기위하여 입자 분산 착색제를 이용하는 잇점으로부터 생겨난다. 전자성 전이 착색제를 포함하는 제2 매트릭스 성분에 대하여 실질적으로 외부에 존재하는 제1 매트릭스내에 입자 분산 착색제가 분산된 물품에 있어서(상기 중공섬유, 쉬쓰-코어 섬유, 및 삼층 필름 및 이로부터 유래된 컷-필름 섬유와 같이), (1) 제1 매트릭스 성분 및 그 안에 함유된 물질은 적어도 하나의 가능한 보기 각(viewing angle)으로부터 물품상에서 일어날 수 있는 총 가시광선의 약 90%미만을 흡수하고, (2) 제1 매트릭스 성분 및 그 안에 함유된 물질의 흡수상수는 가시영역내 파장에서 제2 매트릭스 성분 및 그 안에 함유된 물질의 약 50%미만이며, 그리고 (3) 입자 분산 착색제는 가시영역에서 실질적으로 비-흡수적인 것이 바람직하다. 또한, 제1 매트릭스 성분 및 그 안에 함유된 물질은 전자성 도펀트를 포함하는 제2 매트릭스 성분이 최대 비율의 컬러 페이딩을 견디는 자외선 파장에서 균일한 방사의 약 50%이상을 흡수 혹은 분산하는 것이 바람직하다. 용어 균일한 방사는 그 시료에 대하여 모든 구형 각에 있어서 동일한 강도를 갖는 방사를 의미한다.

균일한 방사 조건은 물품의 모든 가능한 보기 각에 대하여 동일한 방사 강도가 존재하는 경우에 존재한다. 파장 。에서 매트릭스에 걸친 광 투과성을 감소시키기위하여 가장 효과적인 평균 입자 크기는 일반적으로 약 。/10이상 그리고 약 。/2미만이다. 또한, 。에서 가장 신속히 사라지는 전자성 전이 착색제의 최대 보호를 위하여, 입자 분산 착색제의 평균 입자는 바람직하게 약 。/2 -。/10이어야 한다. 또한, 이러한 목적으로 상기 입자 분산 착색제는 바람직하게 대체로 구형(각 입자에 대하여 최대 치수에 대한 최소 치수의 평균비율이 4미만을 갖는)이어야 하며 크기가 다른 입자가 거의 없는 분산물이어야 한다. 가장 바람직하게 잔자성 전이 안료의 자외선 보호용으로 사용되는 입자 분산 착색제의 평균 입자 크기는 약 0.03 - 0.1이어야 한다. 전자성 전이 착색제를 위한 자외선 보호성을 부여하는데 특히 바람직한 입자 분산 착색제는 이산화티타늄 및 아연 산화물이다.

본 발명 물품에 적절한 재료는 유기, 무기 또는 혼합된 유기 및 무기 코팅제의 어느 조합을 갖는 무기 또는 유기 재료를 포함한다. 이러한 코팅 재료에 대한 기본적인 제한은 만일 그 물품의 전체 표면이 이러한 코팅 재료로 덮어지는 경우 가시분광범위에서 투명도를 제공하는 것이다. 필름, 섬유, 혹은 성형부 표면에 적용되는 바람직한 코팅 재료는 잘 알려진 물질이며 이는 이들이 외부표면에서 반사성을 최소화시켜주기때문에 반사방지 코팅 물질로 불리어진다. 이러한 반사방지 코팅제는 다색 반사광의 양을 감소시킴으로써 입자 분산 착색제의 시각적 효과를 증진시킬 수 있다. 반사방지 코팅제는 물품의 표면에 코팅제를 코팅제의 반사율이 물품 표면의 반사율의 제곱근에 근접하도록 그리고 코팅제의 두께가 가장 문제시되는 광 파장이 있는 곳의 4분의 1에 근접하도록 적용함으로써 제공될 수 있다. 예를들어, 반사방지 코팅제는 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 같은 중합체에 대해 그 표면의 플루오르화, 표면상에서의 플루오르카본 중합체의 플라즈마 증착, 표면상에 침투된 플루오로단량체의 용핵 혹은 원위치 중합에 의한 플루오로중합체를 이용한 표면 코팅에 의해 잘 알려진 수단으로 획득될 수 있다. 반사방지 중합체층의 반사율이 물품 표면의 반사율의 제곱근과 동일하게 근접하지않고, 빛이 표면에 대한 빗각에서 입사되고, 광 파장이 실질적으로 일탈되는경우라도, 본 발명에 적절한 반사방지 특성은 이러한 단일층을 이용하여 획득될 수 있다. 또한, 향상된 성능을 갖는 반사방지 코팅제를 제공하기위해 광대역, 다층 반사방지 코팅제의 공지 기술이 사용될 수 있다. 나아가, 반사방지 코팅제는 중합체 필름과 같이 실질적으로 어떠한 기질에 대하여 입자 분산 착색제의 시각 효과를 저해할 수 있는 다색 표면 반사를 감소시키는 것을 제공할 수 있다.

패턴화된 방식에서 광 분산 입자를 배열하는 능력은 중합체 섬유와 같은 다수 물품에서 원하여지는 공간적 착색을 달성하는데 중요하다. 다수의 공정이 이러한 공간적 착색을 달성하는데 사용될 수 있다. 한 방법은 자기 콜로이드성 유체 배열시 자기장의 영향을 이용하는 것이며, 이러한 유체는 열 또는 광화학 경화에 의해 고형 물질로 변형될 수 있다. 이러한 열 경화는 바람직하게 온도를 유리전이온도 또는 융점 온도이하로 낮추거나 또는 열 중합에 의해 이루어진다. 이러한 광화학 경화는 바람직하게 유리질 상태로 광-중합하는 것에 의해 이루어진다. 다른 유용한 경화방법은 콜로이드 서스펜션으로부터 용매를 증발시키는 것이다. 이러한 경화는 배열된 자기물질의 분산 및 흡수성 영향에 의해 물품에 새로운 광학 특성이 부여되도록 실질적으로 자기물질이 자기장-배열 상태로 존재하는 동안 이루어져야 한다. 새로운 착색 효과를 제공하는데 사용될 수 있는 자기 콜로이드성 서스펜션의 예는 나노스케일 자성 산화물의 수-기초 혹은 유기-기초 서스펜션이다. 강유전체라 불리우는 이러한 서스펜션은 Ferrofluidics Corporation, Nashua N.H.로부터 상업적으로 얻을 수 있으며 그리고 K. Raj 및 R. Moskowits에 의해 Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 85, pp. 233-245(1990)에 기술되어 있다.얼마나 많은 자기 입자가 공간적으로 다양한 방식으로 증착될 수 있는지를 나타내는 일예는 상기 중공사(hollow fiber)의 예를 되돌아 봄으로써 알 수 있다. 이러한 중공사는 중합가능한 유체에 자기 입자의 분산물로 채워질 수 있다. 자기 입자는 자기장을 이용하여 중공사의 길이를 따라 원하는 패턴으로 공간적으로 분포될 수 있다. 결국, 유체는 그 구조물을 경화시키기위해 화학선 방사에 노출됨으로써 열 중합 혹은 가교될 수 있다. 폴리우레탄 열경화는 본 발명에 바람직한 타입의 열 경화 유체를 제공한다.

섬유 및 필름의 공간적으로 다양한 착색은 그 섬유나 필름의 길이에 따라 달라지는 기계적 드로잉 공정에 의해 매우 간단히 수행될 수 있다. 드로우 정도의 변화는 중합체 매트릭스의 굴절율 및 스트레치-유도 결정도의 변화를 제공할 수 있다. 이러한 변화는 입자 분산 착색제로 인한 착색의 공간 의존적 변화를 제공한다. 시각적으로 인지되는 이러한 착색의 공간 의존적 변화를 위해, 다른 광학 특성을 갖는 구역사이의 분리가 회절 격자 또는 홀로그래픽성 효과를 제공하기에 충분히 짧지않는 한, 현저한 색 변화는 종종 매 200미크론미만으로 일어나야한다.

특히 관심있고 매력적인 가시효과는 광 파장의 스케일상에서 공간적으로 변화하는 패턴과 같은 입자 분산 착색제의 증착에 의해 달성될 수 있다. 이러한 패턴화의 결과는 홀로그래픽성 효과를 만들어낸다. 본 발명 구현의 바람직한 입자 분산 착색제는 동일한 파장에서 호스트 매트릭스의 굴절률과 동일하지않은 가시분광내 모든 파장에 대한 굴절 표시를 가지며, 이는 Christiansen 필터의 경우와 대조적이다. 실제, 홀로그래픽 효과를 제공하기위해 패턴화되는 입자 분산 착색제는 가시구역에 걸쳐 매트릭스의 굴절률과 적어도 약 10%로 차이나는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게, 이러한 입자 분산 착색제와 호스트 매트릭스사이의 굴절률 차이는 분광의 가시구역에 걸쳐 적어도 약 20%이다.

중합체 물품 및 그 안에 함유된 중합체의 착색에 대한 입자 분산 착색제의 영향은 극적으로 감소되거나 제거될 수 있으며, 이는 거의 착색되지 않거나 전혀 착색되지않은 중합체 수지를 제공하기위해 본래 착색된 중합체가 재순환되는 것을 가능케하기때문에 본 기술의 중요한 잇점이다. 본 발명의 특정 구현은 이러한 재순환을 가능케한다. 첫번째 구현으로 입자 분산 착색제의 착색 효과가 전자적 전이 착색제(입자 분산 착색제에 의해 색채적으로 분산되는 빛의 시각 효과를 방해하지않도록 비-분산된 빛을 흡수하는)의 존재하에서만 실재하도록 입자 분산 착색제 및 전자적 전이 착색제 모두 다른 매트릭스 중합체에서 사용된다. 이 구현에서, 분산 착색제는 가시영역에서 현저한 흡수가 없으며(혹은 적어도 가시영역에서 현저한 흡수 피크가 없으며) 그리고 입자 분산 착색제 및 전자적 전이 착색제를 위한 매트릭스 중합체는 물리적 혹은 화학적 수단에 의해 분리가 가능하도록 충분히 다르다. 예를들어, 이러한 분리는 매트릭스 중합체중 하나만을 용해시키거나 또는 전자적 전이 착색제를 위한 매트릭스 중합체를 탈중합시켜 수행될 수 있다.

두번째 구현은 바람직하게 입자 분산 착색제만을 함유하는 착색 물품을 사용한다. 이러한 타입의 재순환 방법에서 중합체의 착색은 (1)입자 분산 착색제와 호스트 매트릭스사이의 굴절률 차이를 작지만 가시영역내에서 0이아닌 혹은 모든 가시영역에 걸쳐 실질적으로 0인 값으로 감소시키는 가열 또는 방사 방법; (2)가시영역내 파장에서 매트릭스와 입자 분산 착색제 사이의 굴절률의 매치를 제거하거나 혹은 이러한 매치가 광범위한 분광범위에 걸쳐 일어나도록 하는 가열 또는 방사 방법; 또는 (3)호스트 매트릭스로부터 입자 분산 착색제를 제거하는 용해, 증발, 혹은 화학적 방법에 의해 감소되거나 제거된다. 예를들어, 입자 분산 착색제는 유기 조성물일 수 있으며 이는 이중결합의 존재때문에 매트릭스와 관련되어 고굴절률을 증명한다. 화학적 방법(시클로부탄 고리를 형성하기위한 이중결합의 자외선-유도, 4-중심 결합과 같은)은 입자 및 매트릭스의 굴절률 차이를 극적으로 감소시켜, 따라서 효과적으로 착색을 제거할 수 있다. 다른 예로, 입자 분산 착색제는 매트릭스 중합체가 열적으로 안정한 온도에서 서브라이머블(sublimable)한 것, 매트릭스 중합체를 위해 비-용매인 용매에 가용서인 것, 또는 매트릭스 중합체에 용해되는 것으로 선택될 수 있다. 이들 모든 경우, 중합체의 착색은 입자를 파괴시키거나, 입자와 매트릭스 사이의 굴절률 차이를 감소시키거나, 단지 하나의 파장에서 입자 및 매트릭스의 굴절률의 완전한 매치를 제거하거나, 혹은 매트릭스 중합체로부처 입자를 분리시킴으로써 감소 혹은 제거된다. 실제, 중합체의 가변 착색을 얻기위해 기술된 상기 방법은 중합체 물품내에 공간적 착색 효과를 얻는데 유용하며 이는 또한 재순환 공정도중 착색을 감소시키거나 제거하는데 유용하다. 재순환가능한 착색 중합체를 제공하기위한 본 발명의 세번째 구현은 입자 분산 착색제의 응집 혹은 압력-유도 화학반응을 일으키는 중합체 그라인딩과 같은 기계적 공정을 사용하여 이에따라 착색 제공용 입자 분산 착색제의 효과를 제거한다.

상술된 본 발명의 입자 분산 착색제 구현은 각 입자의 배열을 병진 주기성을갖는 배열로서 필수적으로 요구하지않는다. 이러한 배열은 새로운 시각적 외관이 발생될 수 있고, 특히 무지개빛깔의 색을 발생할 수 있기때문에 종종 원하여진다. 문제는 아직까지 이러한 주기적 배열을 경제적인 측면에서 지시되는 중합체 공정 요구와 일치하는 시간 스케일상에서 원하여지는 2 또는 3 차원으로 달성하는 것이 불가능하다는 것이다. 현재 기술된 발명 구현은 중합체에 대한 새로운 시각 효과를 달성하는데 경제적으로 매력적인 방법을 제공한다. 이 구현의 입자 분산 착색제는 병진적으로 주기적인 형태로 m 차원(여기서 m은 2 또는 3)으로 배열되는 프라이머리 입자로 구성된다. 입자 분산 착색제의 적어도 하나의 병진 주기성은 바람직하게 가시분광내 광파장과 유사하다. 보다 상세하게, 바람직한 병진 주기성은 약 50-2000nm이다. 보다 바람직하게 이 병진 주기성은 약 100-1000nm이다. 이러한 병진 주기성을 얻기위해, 입자 분산 착색제는 실질적으로 적어도 m 차원으로 균일한 크기를 갖는 프라이머리 입자로 구성되는 것이 바람직하다. 입자 분산 착색제는 임의로 다른 프라이머리 입자를 포함할 수 있으나 단, 이러한 다른 프라이머리 입자는 상기 프라이머리 입자에 비해 작거나 혹은 이러한 다른 프라이머리 입자는 적어도 상기 m 차원에서 상대적으로 균일한 크기를 갖는다. 이들의 가장 작은 치수에서 프라이머리 입자의 평균 크기는 바람직하게 약 500nm이다.

상기 방법에서 제1 단계는 프라이머리 입자의 병진적으로 배열되는 집합체의 제조이다. 이러한 제1 단계는 섬유, 필름 또는 성형 부품과 같은 중합체 물품용 제조 라인에서 필수적으로 일어나지않기 때문에, 이러한 제조 라인의 생산성은 병진적으로 주기성 프라이머리 입자로 구성된 입자 분산 착색제의 제조에 필요한 시간이 감소될 필요가 없다. 상기 방법에서 제2 단계는 입자 분산 착색제를 중합체 호스트 매트릭스 또는 이들의 전구체로 혼합하는 것이다. 그 다음, 제3 단계로서, 어떠한 필요로하는 중합 또는 교차결합 반응이 수행될 수 있으며 물품은 상기 입자 분산 착색제 입자를 함유하는 매트릭스 중합체로부터 형성될 수 있다. 원하는 시각 효과를 최적화하기위해, 이러한 제2 및 제3 단계 공정은 입자 분산 착색제내의 프라이머리 입자의 병진적 주기성 배열을 완전히 붕괴시키지 않는 것이 매우 중요하다. 이는 다수의 방법으로 보증될 수 있다. 첫 번째, 가장 작은 치수에서 입자 분산 착색제 입자의 평균 크기는 바람직하게 중합체 물품의 가장 작은 치수의 약 3분의 1미만이어야 한다. 그렇지않은 경우에는 물품 제조도중 기계적 스트레스가 입자 분산 착색제내 프라이머리 입자의 주기성을 붕괴시킬 수 있다. 상기 입자 분산 착색제 치수는 본 명세서에서 중합체 물품의 성형 중합체 매트릭스내 입자 분산 착색제에 대한 치수를 칭한다. 그러나, 중합체 물품의 성형 중합체 매트릭스내 입자 분산 착색제의 입자 크기는 프라이머리 입자 배열의 집합도중 초기에 형성되는 것이 또한 바람직하다. 중요한 것은 기계적 연마와 같은 기계적 단계는 만일 이러한 단계가 입자 분산 착색제에서 균열 혹은 그레인 한계의 생성에 의한 것과 같이 입자 분산 착색제내에서 병진 주기성을 잠재적으로 붕괴시킨다면 가능한한 회피되어야 한다.

여러 가지 방법이 병진 주기성 프라이머리 입자를 함유하는 입자 분산 착색제 입자를 형성하는 제1 단계를 위해 사용될 수 있다. 한 유용한 방법이 A. P.Philipse in Journal of Materials Science Letters 8, pp. 1371-1373(1989)에 기술되어 있다. 이 논문에는 약 135nm의 실질적으로 균일한 치수를 갖는 실리콘 스피어의 집합에 의해 오팔과 같은 외관(진한 홍색 및 녹색 분산 색을 갖는)을 갖는 입자를 제조하는 것이 기술되어 있다. 이 논문에는 또한 실리카 스피어의 3차원적으로 주기성 배열을 갖는 이러한 입자 분산 착색제의 기계적 강도가 실리카 스피어 집합의 고온 처리(600℃에서 수시간)에 의해 증가될 수 있음을 가르치고 있다. 이러한 처리는 입자가 불투명해지기 때문에 입자 분산 착색제의 광학 효과를 감소시켰다. 그러나, Philipse는 실리콘 오일에 수일간 침지되는 경우 입자 집합체는 이들의 본래 무지개빛 외관을 회복하는 것을 가르치고 있다. 이러한 처리(바람직하게는 적용 압력, 증가된 온도 혹은 감소된 점성 유체를 이용하여 촉진됨)는 또한 본 발명에 사용되는 입자 분산 착색제를 제조하는데 사용될 수 있다. 그러나, 만일 기계적 강도가 (1) 중합가능한 유체로부터 구형 프라이머리 입자의 병진 주기성 집합체를 형성하는 것, (2) 유체를 형성된 병진 주기성 입자 집합체내부로 흡수 혹은 증발시킨 다음 이 유체를 중합하는 것, 또는 병진 주기성 입자 집합체를 어닐링하는 것에 의해 달성되는 경우, 유체를 입자 집합체내부로 흡수 혹은 증발시킨 다음 이 유체를 중합하는 것이 보다 바람직하다. 택일적으로, 물질들은 기체상으로부터의 중합과 같은 기체상 물리 혹은 화학적 증착에 의해 프라이머리 입자의 주기성 배열내로 분산될 수 있다. 이러한 방법 및 이와 관련된 방법은 이 기술분야의 숙련자에게 자명할 것이며 본 발명 구현에 사용되는 입자 분산 착색제를 제조하는데 사용될 수 있다. 예를들어, 상기 프라이머리 입자는 유기, 무기 혹은 유기와 무기의혼합물일 수 있다. 마찬가지로, 입자 분산 착색제내 프라이머리 입자의 배열체에 분산되는 광학 물질은 유기, 무기 혹은 유기와 무기의 혼합물일 수 있다. 입자 분산 착색제가 시각 착색효과를 최적화하기에 너무 불투명한 경우에 다만 프라이머리 입자사이에 가스 충진된 공극 스페이스에 한한여 액체 혹은 고체 물질을 이러한 스페이스에 사용하는 것이 유용하다. 이러한 액체 혹은 고체 물질은 프라이머리 입자의 주기성 패킹을 저지하는 바운더리를 갈라지게하고 거칠게하는 바람직하지않은 분산 효과를 최소화시킬 수 있다. 이러한 경우, 만일 이와 같은 유체나 고체가 프라이머리 입자의 5%내인 가시영역내 굴절율을 갖는 것이 바람직하다.

유용한 입자 분산 착색제를 제공하는 다른 방법은 바인더로서 제공되는 중합체 호스트내에 정렬된 배열을 형성하는 중합체 프라이머리 입자를 사용한다. 이러한 입자 분산 착색제의 제조에 적절한 필름은 Science 263, pp. 207-210(1994)에 기술된 작업 일부로서 E. A. Kamenetxky 등에 의해 제조되었다. 이들 저자들은 이러한 스피어의 정렬된 배열을 갖는 아크릴아미드메틸렌-비스아크릴아미드 겔의 자외선-유도 경화에 의해 콜로이드 폴리스티렌 스피어의 3차원 정렬된 배열의 필름을 형성하였다. 그 중합체 스피어의 크기는 약 0.1미크론이었으며, 그리고 상기 스피어의 가장 근접한 이웃 분리는 가시광 방사파장과 비교되었다. 바인더 중합체를 사용하지않는 3차원 정렬된 중합체 프라이머리 입자로 구성되는 필른을 제조하는 방법은 G. H. Ma 및 T. Fukutomi(Macromolecules 25, 1870-1875(1992))에 의해 기술되어 있다. 이들 저자들은 이러한 필름을 직경 250 혹은 700nm인 모노디스퍼스드 폴리(4-비닐피리딘) 마이크로겔 입자의 수용액을 캐스팅한 다음, 60℃에서 물을 증발시킴으로써 획득하였다. 이러한 필름은 디할로부탄 또는 p-(클로로메틸)스티렌을 사용하는 교차결합 반응에 의해 기계적으로 안정화되었다. 본 발명 구현에 적절한 입자 분산 착색제는 상술된 필름 타입들중 하나를 원하는 치수의 입자가 제공되도록 커팅함으로써 제조될 수 있다. 바람직한 커팅 방법은 New Jersey에서 Meadowbrook 발명에 의해 금속화 필름으로부터 반짝이는 입자를 제조하기위해 사용된 방법이다. 여러 가지 기계적 연마공정이 동일한 목적으로 사용될 수 있으나, 그럼에도 불구하고 이러한 연마공정을 가능케하는 브리틀리니스를 제공하기위해 저온이 유용하게 사용될 수 있는 것으로 인지되어야 한다. 입자 분산 착색제로 사용하기위해, 커팅 혹은 연마공정은 호스트 매트릭스에, 바람직하게는 중합체에 실질적인 손상없이 편입되기위해 편리한 치수를 갖는 입자를 생성하는 것이 바람직하다.

본 발명 구현의 입자 분산 착색제는 바람직하게 프라이머리 입자의 집합도중 요구되는 크기로 형성된다. 입자 크기가 감소하는 포스트-포메이션을 위해 사용되는 어떠한 방법은 원하는 프라이머리 입자의 원하는 주기성을 저해하지 않도록 충분히 온화해야한다. 마찬가지로, 중합체 매트릭스(또는 이들의 전구체) 및 최종 물품의 형성을 이끄는 다른 단계에서 입자 분산 착색제의 혼합도중 공정 조건은 프라이머리 입자의 주기성 집합의 광학효과를 파괴하지않아야 한다. 기계적으로 강하게 고안되지않은 입자 분산 착색제를 위해, 입자 분산 착색제와 매트릭스 중합체(또는 이들의 전구체)의 혼합을 위한 바람직한 방법은 단량체, 전중합체, 또는 매트릭스를 위해 사용되는 중합체의 용액과 같은 저점도 유체 상태에서 이루어진다. 기계적으로 강하게 고안되지않은 이러한 중합체를 위해, 필름 제조 및 물품 코팅 용액 증착 방법이 성형 매트릭스 중합체에 분산된 입자 분산 착색제를 얻는데 바람직하다. 마찬가지로, 이러한 강하지 않은 입자 분산 착색제를 위해, 열 중합, 광중합 또는 다른 화학선 반응을 이용한 중합에 의한 것과 같이 상기 입자 분산 착색제를 함유하는 액체의 반응에 의해 성형되는 형태의 중합체 매트릭스 제조가 바람직하다. 기계적으로 강하지 않은 입자 분산 착색제가 함유된 성형 부품을 얻기위해 반응 사출성형이 특히 바람직하다.

본 발명의 다른 구현으로 상기 입자 분산 착색제는 3차원보다는 2차원으로 병진 주기성인 플라이머리 입자로 구성된다. 섬유-축 방향에 직각성의 대체로 균일한 횡단면을 갖는 섬유-성 프라이머리 입자는 적절한 액체에 분산되는 경우 이러한 방식으로 집합되는 경향이 있다. 마찬가지로, 구형 프라이머리 입자는 평면 표면에 증착되는 경우 2차원 주기성을 갖는 배열로 집합하는 경향이 있다. 예를들어, 이러한 입자는 2차원 배열로 구형 입자를 점성적으로 결합하는 중합체 바인더에서 액체(또는 회전 드럼)의 표면상에서 형성될 수 있다. 이러한 배열 시이트는 그 다음 입자 분산 착색제용으로 바람직한 입자 크리로 잘려지거나 그라인딩될 수 있다.

병진 주기성 프라이머리 입자로 구성된 입자 분산 착색제의 상기 모든 본 발명 구현에 있어서, 입자 분산 착색제에 의해 차지되는 체적은 매트릭스 중합체와 입자 분산 착색제의 총량의 약 75%미만인 것이 바람직하다. 이러한 선호이유는 입자 분산 착색제의 저 적재 수준의 사용은 고 적재 수준으로 획득된 것보다 그 합성체에 대해 향상된 기계적 특성을 이끌 수 있다. 병진 배열된 프라이머리 입자의 집합체가 아닌 입자 분산 착색제에 대해 상술된 바와 같이, 프라이머리 입자의 정렬된 배열로 구성된 입자 분산 착색제의 시각효과는 전자적 전이 착색제를 사용하여 증진될 수 있다. 이러한 증진의 의미는 가변적인 색 변화 효과를 달성하는 방법 뿐만아니라 본 명세서에 기술된 다른 타입의 입자 분산 착색제에 대해서도 마찬가지이다. 중합체 리싸이클링도중 쉽게 제거되는 중합체 물품에 대한 착색 효과를 달성하는 견지로, 특히 만일 프라이머리 입자가 가시영역에서 실질적으로 흡수하지않고 그 중합체 입자는 전자적 전이 착색제를 포함하지않는 경우 병진-정렬된 프라이머리 입자 배열로 구성되는 입자 분산 착색제는 특별한 잇점을 제공할 수 있다. 그 이유는 이러한 배열을 붕괴시키는 공정 단계가 착색 효과를 크게 감소시킬 수 있기 때문이다. 중합체 리싸이클링의 이러한 견지로, 열, 기계적 또는 화학적 단계에 의해 편리하게 붕괴되는 입자 분산 착색제를 제공하는 것이 유용하다.

본 발명의 조성물이 유용한 여러 가지 적용처는 이 기술분야의 숙련자에게 자명할 것이다. 그러나, 가시영역에서 광범위하게 가변 착색 또는 가변 투명성을 갖는 이러한 물품에 대해서, 본 발명 구현의 보다 상세한 설명은 하기에 제공된다. 이러한 적용은 프라이버시 패널, 창, 디스플레이 및 싸인이며 여기서 입자 분사 착색제, 전자적 전이 착색제 또는 하나 또는 그 이상의 매트릭스 성분 굴절률의 전계-유도 가변성은 디바이스 오퍼레이션 또는 디바이스 오퍼레이션의 향상을 제공한다. 일 예 타입으로, 입자 분산 착색제와 이를 감싸는 매트릭스 성분사이의 굴절률 차이에서의 전계-유도-변화는 (1) 기호위에 존재하는 오버코팅층의 투명성(그 하부에 있는 메시지는 가시상태와 비가시상태사이로 가변됨) 또는 (2) 프라이버시 패널 또는 창의 투명성을 변화시키는데 사용될 수 있다. 디스플레이 및 기호를 위해, 입자 분산 착색제를 함유하는 매트릭스층에 적용되는 전계는 입자 분산 정도를 변화시켜 (백-라이트 액체-결정 디스플레이 또는 다른 타입의 고정적이거나 가변적 정보-제공 물질에 의해 생성되는 것과 같이) 그 하부의 메시지에 대한 효과적인 뷰잉 각도를 변화시킬 수 있다. 전계는 입자 분산 착색제, 그 착색제에 대한 매트릭스 물질, 전기 전이 착색제 또는 정보 디스플레이 물질상의 어느 다른 종류의 물질 또는 이들 물질의 어느 조합에 대하여 가변 특성을 제공할 수 있다.

가장 바람직하게, (적용 전계, 온도, 시간-온도 노출, 습도 또는 화학 시약과 같은 주위 영향에 의해 유발되는) 입자 분산 착색제에 의해 제공되는 굴절률 변화의 방향은 호스트 물질의 방향과 반대되는 방향이다. 이러한 바람직한 경우에 있어서, 적용 전계 또는 다른 주위 영향에 대한 입자 분산의 감응성은 입자 분산 착색제 및 이 착색제에 대한 매트릭스 물질 모두의 굴절률 변화에 의해 증진된다. 가장 바람직하게, 입자 분산 착색제 및 매트릭스 물질에 대한 굴절률 변화의 방향에 있어서의 이러한 차이는 모든 가능한 광 분극화 방향에 대한 것이다. 상기 적용에 있어서, 전계는 패턴화되거나 패턴화되지않는 방식으로 적용될 수 있으며 다른 전계가 상기 입자 분산 착색제 및 전자적 전이 착색제와 같은 다른 물질에 적용될 수 있다. 일반적으로 매트릭스내 입자 분산 착색제를 지나는 국부계는 매트릭스내 착색제의 집합상태에 따라 달라지며, 따라서 이러한 정도의 배열에서 패턴화 변화는 적용 전계에 대한 입자 분산 착색제의 반응에서 패턴화 차이를 제공하는데 사용될 수 있다. 예를들어, 만일 입자 분산 착색제의 전기 전도성 및 유전상수가 모두 매트릭스의 전기 전도성 및 유전상수보다 큰 경우에는, 입자 집합도를 증가시킴으로써 입자 분산 착색제를 지나는 증가된 전압 드롭을 제공할 수 있다. 만일 입자 분산내 가변성이 입자 분산 착색제에 큰 전계 영향을 미치는 경우 이러한 집합은 가변성을 증가시킬 수 있다.

일렉트로발광 조성물을 포함하는 디스플레이 또는 광 장치는 특정 적용 기회를 제공한다. 예를들어, 입자 분산의 전계-스위칭은 일렉트로발광 광원으로부터 광 분산 확산도를 변화시키거나 패턴화된 분포의 발광을 제공하는데 사용될 수 있다. 바람직한 경우로, 일렉트로발광 조성물의 입자는 입자 분산 착색제로 작용한다. 조명 분야에서 본 발명의 다른 적용은 광 스위치를 당긴 후 서서히 전달되는 광 벌브 및 광 설치물이며, 이는 미국특허 제 5,083,251에 기술된 열색성 물질의 적용이다. 이러한 광원은 일출을 상기시키는 자연적 시간-의존성 광 효과를 제공하는 것으로 여겨진다. 바니싱 n 구현(vanishing n embodiment)을 이용하는 이러한 기술의 예는 호스트 매트릭스의 굴절률로 가시적인 어느 지점에서 부합되지않는 굴절률을 갖는 실온에서 입자 분산 착색제를 사용하여 얻을 수 있다. 입자 분산 착색제는 광원의 가열이 굴절률 또는 입자 분산 착색제 및 매트릭스가 가시영역에서 매치되는 것을 일으키도록 선택된다. 나아가, 가열공정은 그 매치되는 파장에서 입자 분산을 제거하여 그 광원이 보다 투과적이도록 한다. 만일 이러한 매칭이 광대역이되는 것으로 원하여지는 경우, 이는 가시 파장범위에 걸쳐 입자 분산 착색제사이의 굴절률 차이가 거의 없는 분산이어야 한다. n에서 매우 적은 분산이 원하여지는 이러한 경우, 입자 분산 착색제 및 매트릭스는 입자 분산 착색제 및 매트릭스 성분에 대한 nf -nc에서의 차이가 0.0001보다 확실히 작은 정도로 선택될 수 있다. 이러한 적용 방식에 있어서, 매트릭스의 굴절률과 입자 분산 착색제사이의 굴절률사이의 매치가 원하는 온도이상으로 온도 증가시 입자 분산 착색제 또는 매트릭스 물질의 비연속적 상 전이의 결과로서 비연속적으로 달성되는 것이 가장 바람직하다. 만일 그렇지 않으면, 전이된 빛의 색은 입자 분산 착색제 및 이와 관련된 매트릭스 물질의 온도에 따라 다소 연속적으로 달라질 것이다.

화학적 제제, 압력, 온도, 수분, 픽업, 온도 제한(동결 혹은 해동 표시기와 같은) 및 시간-온도 노출용 표시 장치는 본 발명의 입자 분산 착색제에 대한 다른 적용 기회를 제공한다. 이러한 장치에 있어서, 입자 분산 착색, 매트릭스 성분 혹은 전자적 전이 착색의 굴절률이나 전자적 전이에서 가변성의 결과로서 가역적으로 혹은 비가역적으로 가변된 착색이 이루어질 수 있다. 상기 언급된 시간-온도 표시기에 있어서, 색 변화는 원하는 열 노출이 일어나거나(생산 공정용에서와 같이) 원하지않는 열 노출이 일어나는(썩기쉬운 생성물의 바람직하지않은 분해를 이끄는) 것을 나타낼수 있다. 바니싱 n 구현을 이용하는 경우, 매트릭스와 입자 분산 착색제사이에서 굴절률 매치가 일어나는 곳에서의 파장은 통합된 열 노출에 대해 작용할 수 있다. 예를들어, 냉동 야채의 포장용으로 사용되는 중합체 필름은 야채가 소비를 위해 적절히 가열되는 경우 색 변화에 견딜 수 있다. 성공적인 공정을 나타내기위한 바니싱 n 구현 사용의 또 다른 예로, 경화를 견디는 수지(회로기판과 같은)는 매트릭스 경화시 입자 분산 착색제를 함유할 수 있다. 입자 분산 착색제와 매트릭스사이의 굴절률 차이 변화는 만족스러운 수지 경화가 일어났슴을 표시하는 색 반응을 제공한다. (바니싱 n 구현에서)입자 분산 착색 적용의 유사한 유용한 예는나일론 6과 같이 중합체가 너무 높은 수분 픽업을 갖는 경우 일어날 수 있는 성공적이지 못한 공정을 피하기위한 중합체에 대한 수분 픽업의 표시용이다.

본 발명의 입자 분산 착색제는 또한 고속 생산품 포장 작업도중 패턴화된 레이저 빔 노출의 결과로 일어나는 굴절률이나 전자적 전이에서의 열 또는 광화학적 변화를 이용하여 중합체 필름과 같은 물품의 편리한 표지를 가능케한다. 예를들어, 포장용으로 사용되는 중합체 필름상에 레이저에 의해 씌어진 숫자들은 입자 분산 착색제 및 매트릭스사이의 굴절률 차이에서의 광-유도된 변화의 결과로 가시화될 수 있다. 이러한 가변성 입자 분산 착색제/매트릭스 조합은 생산품 위조 행위를 방지하기위한 기호로 사용될 수 있다. 입자 분산 착색제는 자외선 파장에서 굴절률 매치의 가변성이 재료 작동화를 제공하는 경우의 적용에도 사용될 수 있다. 예를들어, 자외선 태양 파장에서 입자의 굴절률과 초기에 매치되는 유체 매트릭스에 입자 분산 착색제를 분산시킴으로써 해수욕객용 인텔리전트 선스크린이 제공될 수 있다. (굴절률 매칭이 더이상 일어나지않는)광-유도된 매트릭스 혹은 입자 분산 착색제의 굴절률 변화는 태양 노출 증가에 작용하는 것으로 향상된 효율을 갖는 선스크린을 제공할 수 있다.

본 발명의 입자 분산 착색제 구현들은 특히 데스크-탑 제조법에 의해 형성된 중합체 물품용으로 유용하다. 데스크탑 제조(신속 프로토타이핑이라고도 칭함)에 대한 종래 기술은 Modern Plastics, August 1990, pp. 40-43 및 CHEMECH, October 1990, pp 615-619에 기술되어 있다. 이러한 방법의 예는 단량체의 패턴화된 전자빔 중합 혹은 패턴화된 광중합을 포함하는 여러가지 스테레오리소그래피 기술이다. 이러한 경우에서 입자 분산 착색제 및 임의의 전자적 전이 착색제가 광모노머-함유 유체에 분산될 수 있다. 이러한 물질은 색 제공에 부가적으로 수지 경화도중 수축을 감소시키는 부가적인 잇점을 제공할 수 있다. 트리아릴설포늄염과 함께 사용되는 비닐 에테르 올리고머 및 단량체가 이러한 적용에 특히 바람직하다. 이는 Honeywell(Morristwon, N.J., 이전의 AlliedSignal)에 의해 개발된 자외선-경화 Vectomer.TM. 시스템이다. 입자 분산 착색제 뿐만아니라 다른 가능한 고형 첨가제의 입자 크기는 이러한 입자가 물품 제조도중 상당히 가라않지않을 정도로 충분히 작아야 한다. 이러한 이유로 콜로이드성 치수를 갖는 입자 분산 착색제가 특히 바람직하다. 신속한 프로토타이핑을 위한 또 다른 방법은 Laminated Object Lamination Method로 이는 중합체의 롤-공급 시이트가 소프트웨어 유도된 광 빔에 의해 커팅되고 한번에 물품이 형성되는 방법이다. 이 방법에서 입자 분산 착색제 및 임의의 전자적 착색제는 중합체 시이트나 혹은 그 시이트를 결합시키는데 사용되는 접착제내에 위치될 수 있으며 또는 이들 두가지내에 위치될 수 있다. 신속한 프로토타이핑에 사용되는 또 다른 방법은 형성되어지는 물품의 표면에 얇은 분말층이 증착되고 이들 층은 광 빔을 이용하여 패턴화된 방식으로 융합되는 것이다. 택일적으로 바인더(또는 이들의 전구체)는 분말상에 패턴화된 방식으로 분무되고(잉크-젯 분무를 이용하는 것과 같이) 이에 따라 3차원으로 물품 성형이 가능해진다. 다른 택일적 방법으로, 분말층은 패턴화된 방식으로 광경화되는 스퀴지드 겔층으로 대체될 수 있다. 이들 방법에서, 상기 본 구현의 입자 분산 착색제 및 임의의 전자적 전이 착색제는 초기 분말, 바인더, 겔 중합체 또는 이들의 혼합물내에 편입될수 있다. 신속한 프로토타이핑을 위한 다른 기술은 얇은 중합체 코일의 패턴화된 압출에 의해 3-차원적 물품을 형성하는 것이다. 이러한 경우, 본 발명의 입자 분산 착색제 및 임의의 전자적 착색제는 융해된 중합체에 대한 첨가제일 수 있다. 신속한 프로토타이핑에 대해 상기된 어느 기술에 있어서, 재료 착색은 본 발명의 대 n 구현 또는 바니싱 n 구현을 이용하여 얻어질 수 있다.

따라서, 본 발명은 코팅제내 입자가 전자성, 자기성 혹은 포토/라이트 특성에 기초하여 선택되고 원하는 물리적 색을 제공하기위해 그 코팅제내에 분산되는 곳에서 기질에 대한 코팅제 적용을 조절하는 장치 및 방법으로 여겨질 수 있다. 한 접근법으로 기질에 코팅제를 적용하는 것은 전계 혹은 자기장을 이용하여 조절된다. 다른 방법으로, 패턴은 코팅상에서의 특정 위치에 전자, 자기 혹은 포토 필드를 표적화하여 기질상에 코팅제가 형성된다. 다른 접근법으로, 이러한 패턴 혹은 코드는 패턴 혹은 코드상의 특정 위치에 전자, 자기 혹은 포토 필드를 표적화함으로써 스크램블링된다. 또 다른 접근법으로, 코팅제의 색 또는 그 코팅제내 패턴의 색을 변경하여 코팅제 혹은 그 코팅제내 패턴이 제거된 것처럼 보이도록 매치시키는 것이다. 색 변경은 전자, 자기 혹은 포토 필드를 적용함으로써 이루어질 수 있다.

본 명세서에 기술된 구현에서 다른 전자, 자기 및/또는 광 특성을 갖는 다른 코팅제가 함께 사용될 수 있슴을 유의바란다. 예를들어, 제1 코팅제는 전계가 적용될 때 물리적 색 변화를 제공하는 것으로 사용되는 한편, 제2 코팅제는 포토 필드가 적용될 때 물리적 색 변화를 제공하는 것으로 사용된다. 이러한 경우에, 전자및 포토 필드를 생성하는 별도의 장치가 함께 사용될 수 있다.

본 발명은 바람직한 구현과 함께 기술 및 설명되었으나 이 기술분야의 숙련자에게는 본 발명의 정신 및 견지를 벗어나지않고 다수의 변화 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이며 따라서 본 발명은 이러한 변화 및 변형이 본 발명의 견지내에 포함되는 것으로 의도되는 바와 같이 상기 방법 혹은 구조의 정밀한 설명으로 한정되는 것은 아니다.

하기 특정 실시예로 본 발명을 보다 상세히 설명하며 본 발명의 견지가 이로 한정되는 것으로 파악되어서는 안된다.

실시예 1

본 실시예는 나노스케일 실리카가 어떻게 코팅제내에서 입자 분산 착색제로 사용될 수 있는지 보여준다.

나노스케일 실리카, Snowtex Z-L을 물로 1/200으로 희석하였다. 그 결과물인 용액을 검은-바닥 왓치 글래스상에 놓았다. 연한 청색이 나타났다.

실시예 2

본 실시예는 나노스케일 아연 산화물이 어떻게 코팅제내에서 입자 분산 착색제로 사용될 수 있는지 보여준다.

아연 산화물(Nyacol DP5370)의 분산물을 물에 희석하였다(10㎕ 아연 산화물용액/190㎕ 물). 그 결과물인 용액을 검은-바닥 왓치 글래스상에 놓았다. 페리윙클 블루(붉은색을 띤 청색)가 나타났다.

실시예 3

본 실시예는 지르코니아가 어떻게 코팅제내에서 입자 분산 착색제로 사용될 수 있는지 보여준다.물에 분산된 지르코니아 분산물을 1.53의 굴절률 용매로 희석하였다(지르코니아 용액 620mg/총 1.8g). 그 결과물인 용액을 검은-바닥 왓치 글래스상에 놓았다. 수층에서 연한 청색이 나타났다.

본 발명은 물리적 착색 기술에 근거한 조작가능한(processable) 잉크 혹은 다른 코팅제, 그리고 기지에 대한 코팅제의 적용을 조절하는 장치 및 방법뿐만 아니라, 적용된 코팅제의 외관을 제공하는 것이다. 본 발명은 잉크 또는 다른 코팅제가 새로운 적용에 사용될 수 있도록 새로운 특성을 갖도록 하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 있어서, 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 전기장 및/또는 자기장을 제공하는 필드(field) 발생기 및 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절하도록 필드를 조절하는 제어기(controller)를 포함한다. 상기 코팅제는 필요한 전기적 및/또는 자기적 특성을 갖는 입자를 포함하며, 상기 입자는 코팅제에 분산되어 필요한 물리적 착색을 제공한다.

본 발명의 다른 견지에 있어서, 기질에 적용된 코팅제에 패턴을 형성하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 전기장, 자기장 및/또는 광학적장을 제공하는 필드(field) 발생기 및 코팅제에 대한 필드의 적용을 조절하여 코팅제에 패턴을 형성하는 제어기(controller)를 포함한다. 상기 코팅제는 필요한 전기적 특성, 자기적 특성 및/또는 광학적(photo) 특성을 갖는 입자를 포함하며, 상기 입자는 코팅제에 분산되어 원하는 물리적 착색을 제공한다.

본 발명의 또 다른 견지에 있어서, 라벨(label)로 기질에 적용된 코팅제의 착색을 조절하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 라벨의 물리적 착색이 필요한 바와 같이 변화되도록 코팅제에 전기장, 자기장 및/또는 광학적장(photo field)를 제공하는 필드(field) 발생기를 포함한다. 상기 코팅제는 필요한 전기적 특성, 자기적 특성 및/또는 광학적(photo) 특성을 갖는 입자를 포함하며, 상기 입자는 코팅제에 분산되어 원하는 물리적 착색을 제공한다. 더욱이, 상기 라벨은 소매상의 판매 터미날 지점에서 바 코드 스캐너와 같은 스캐너로 판독가능하도록 혹은 경비 및 추적목적에 사용되도록 개작될 수 있다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 기질에 적용되는 입자 산란 착색제를 포함하며, 전기적 특성, 자기적 특성, 광학적 특성 혹은 이들의 조합을 갖는 미세한 입자; 및 매트릭스 성분을 포함하는 코팅제가 제공되며, 미세 입자에 대한 전기장, 자기장, 광학적장 혹은 이들의 조합의 적용은 매트릭스에서 미세 입자의 응집을 야기하고 코팅제에서 색상 쉬프트, 색상 저하, 색상 손실 또는 색상 쉬프트와 색상 감소 모두를 동시에 수반한다.

본 발명의 다른 견지에 있어서, 기질 혹은 기질에 적용되는 입자 산란 착색제로서 작용하며, 전기적 특성, 자기적 특성, 광학적 특성 혹은 이들의 조합을 갖는 미세한 입자; 및 매트릭스 성분을 포함하는 코팅제에 패턴을 형성하는 방법이 제공되며, 이 때, 미세 입자에 대한 전기장, 자기장, 광학적장(photo field) 혹은 이들의 조합의 적용은 매트릭스에서 미세 입자의 응집을 야기하고 코팅제에서 색상 쉬프트(color shift), 색상 저하(color reduction), 색상 손실(color loss) 또는 색상 쉬프트와 색상 감소 모두를 동시에 수반하며, 그 결과패턴이 뒤섞이거나(scrambling) 지워지게(erasing) 된다.

다른 측면에서, 본 발명은 기질에 적용되는 광산란에 의해 색상을 제공하는 미세한 입자를 포함하며, 전기적 특성, 자기적 특성, 광학적 특성(photo properties) 혹은 이들의 조합을 갖는 미세 입자; 및 매트릭스 성분을 포함하는 코팅제를 제공하며; 미세 입자 응집에 대한 전기장, 자기장 혹은 광학적장(photo field)의 적용은 상기 응집과 관련된 색의 저하(color reduction), 색의 손실(color loss) 및/또는 색상 쉬프트를 반전(reverse)시킨다.

Claims (20)

1. 전기장 및 자기장중 최소 하나를 제공하기 위한 필드(field) 발생기; 및

   기질에 대한 코팅제의 적용을 조절하기 위해 상기 최소 하나의 필드를 조절하는 제어기를 포함하며,

   상기 코팅제는 필요한 전기적 특성 및 자기적 특성중 최소 하나를 갖는 입자를 포함하며, 입자는 코팅제에 분산되어 필요한 물리적 착색을 제공하는, 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어기는 최소 하나의 필드의 위치를 조절함으로써 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절함을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제어기는 최소 하나의 필드의 세기(strength)를 조절함으로써 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절함을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제어기는 코팅제가 기질의 특정한 위치에서 기질에 적용되도록 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절함을 특징으로 하는 장치.
5. 전기장, 자기장 및 광학적장중 최소 하나를 제공하는 필드(field) 발생기; 및

   코팅제에 패턴을 형성하도록 코팅제에 대한 상기 최소 하나의 필드의 적용을 조절하는 제어기를 포함하며,

   상기 코팅제는 필요한 전기적 특성, 자기적 특성 및 광학적 특성중 최소 하나를 갖는 입자를 포함하며, 입자는 코팅제에 분산되어 필요한 물리적 착색을 제공하는, 기질에 적용되는 코팅제에 패턴을 형성하는 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 최소 하나의 필드는 상기 최소 하나의 필드가 적용되는 코팅제 부분의 물리적 색상을 변화시킴으로써 코팅제에 패턴을 형성함을 특징으로 하는 장치.
7. 라벨의 물리적 색상이 필요한 바대로 변하도록 코팅제에 전기장, 자기장 및 광학적장중 최소 하나를 제공하는 필드(field) 발생기를 포함하며,

   상기 코팅제는 필요한 전기적 특성, 자기적 특성 및 광학적 특성중 최소하나를 갖는 입자를 포함하며, 상기 입자는 코팅제에 분산되어 필요한 물리적 착색을제공하며, 상기 라벨은 스캐너로 판독가능하도록 개작된 라벨로 기질에 적용되는 코팅제의 색상을 조절하는 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 라벨은 가격 및 제품과 관련된 확인사항(identifier)중 최소 하나를 제공함을 특징으로 하는 장치.
9. 제 7항에 있어서, 상기 코팅제는 상기 라벨이 정보를 제공하는 목적물에 직접 적용됨을 특징으로 하는 장치.
10. 제 7항에 있어서, 상기 코팅제는 상기 라벨이 정보를 제공하는 목적물에 적용되는 기질에 적용됨을 특징으로 하는 장치.
11. 제 7항에 있어서, 상기 라벨은 스캐너로 판독되도록 개작된 바코드를 제공함을 특징으로 하는 장치.
12. 제 7항에 있어서, 상기 필드 발생기는 라벨과 관련된 목적물을 판매할 수 있도록 판매 장소의 일 지점에 제공됨을 특징으로 하는 장치.
13. 제 7항에 있어서, 상기 코팅제에 적용되는 최소 하나의 필드는 코팅제가 본질적으로 삭제된 것으로 보이도록 코팅제의 물리적 색상을 변화시킴을 특징으로 하는 장치.
14. 제 7항에 있어서, 상기 코팅제에 적용되는 최소 하나의 필드는 코팅제가 배경 색상과 본질적으로 혼합되도록 코팅제의 물리적 색상을 변화시킴을 특징으로 하는 장치.
15. 제 7항에 있어서, 상기 코팅제에 적용되는 최소 하나의 필드는 패턴이 뒤섞이거나, 지워지거나 혹은 배경 색상과 본질적으로 혼합되는것 중 최소 하나가 가능하도록 코팅제 혹은 기질중에서 혹은 코팅제 혹은 기질상에서 패턴의 물리적 색상을 변화시킴을 특징으로 하는 장치.
16. 전기장 및 자기장중 최소 하나를 제공하는 단계; 및

    기질에 대한 코팅제의 적용을 조절하도록 상기 최소 하나의 필드를 조절하는 단계를 포함하며,

    상기 코팅제는 필요한 전기적 특성 및 자기적 특성중 최소 하나를 갖는 입자를 포함하며, 상기 입자는 필요한 물리적 착색을 제공하도록 코팅제에 분산된, 기질에 대한 코팅제의 적용을 조절하는 방법.
17. 전기장, 자기장 및 광학적 필드중 최소 하나를 제공하는 단계; 및

    코팅제에 패턴을 형성하도록 코팅제에 대한 상기 최소 하나의 필드의 적용을 조절하는 단계를 포함하며,

    상기 코팅제는 필요한 전기적 특성, 자기적 특성 및 광학적 특성중 최소 하나를 갖는 입자를 포함하며, 상기 입자는 필요한 물리적 착색을 제공하도록 코팅제에 분산된, 기질에 적용되는 코팅제에 패턴을 형성하는 방법.
18. 라벨의 물리적 특성이 필요한 바와 같이 변화되도록 코팅제에 전기장, 자기장 및 광학적 필드중 최소 하나를 제공하는 단계를 포함하며,

    상기 코팅제는 필요한 전기적 특성, 자기적 특성 및 광학적 특성중 최소 하나를 갖는 입자를 포함하며, 상기 입자는 필요한 물리적 착색을 제공하도록 코팅제에 분산되며, 상기 라벨은 스캐너로 판독되도록 개작된, 라벨로 기질에 적용되는 코팅제의 착색을 조절하는 방법.
19. 입자 산란 착색제를 포함하며, 전기적 특성, 자기적 특성, 광학적 특성 혹은 이들의 조합을 갖는 미세한 입자; 및

    매트릭스 성분을 포함하며,

    상기 미세한 입자에 전기장, 자기장, 광학적장 혹은 이들의 조합을 적용하는 경우 상기 매트릭스내에서 미세한 입자의 응집이 야기되고 색상 쉬프트, 색상 저하, 색상 손실, 패턴의 뒤석임 혹은 패턴 손실중 최소 하나가 수반되는, 기질에 적용되는 코팅제.
20. 최소 하나의 층은 입자 산란 착색제를 포함하며, 최소하나의 층은 전기적 특성, 자기적 특성, 광학적 특성 혹은 이들의 조합을 갖는 최소 하나의 물질을 포함하는 양파-껍질 방법의 입자를 포함하는 미세한 입자; 및

    매트릭스 성분을 포함하는 기질에 적용되는 코팅제.