KR20110003527A - 이펙트 안료를 포함하는 컬러 포뮬러의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

(a) 이펙트 안료 원색의 표색계에 포함된 각각의 안료에 대한 교정 계열을 생성하는 단계;
(b) 원색 및 교정 계열의 반사율 R_λ을 실험에 의해 결정하는 단계;
(c) 표색계의 구성요소 및 원색의 광학 파라미터를 산출하는 단계;
(d) 적합한 출발 포뮬러를 선택하는 단계,
(e) 출발 포뮬러와 원색 간의 잔여 색차를 결정하는 단계,
(f) 제 1 매칭된 컬러 포뮬러를 생성하는 단계, 및
(g) 매칭된 컬러 포뮬러와 원색 간의 잔여 색차가 허용될 수 있을 때까지 단계(e) 및 (f)를 반복하는 단계를 포함하여, 원색에 매칭되는 이펙트 안료 컬러 포뮬러를 제조하는 방법에 있어서,
(i) 모든 변환된 반사율 R'_λ가 0 내지 1 사이에 있도록 적합한 수학 함수에 의해 원색 및 교정 계열의 반사율 R_λ을 변환시키고,
(ii) 변환된 반사율 R'_λ을 이용하여, 쿠벨카-뭉크 근사법에 따라 광학 파라미터를 산출하는 과정을 포함하는 방법에 관한 것이다.

Description

이펙트 안료를 포함하는 컬러 포뮬러의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING COLOR FORMULAS COMPRISING EFFECT PIGMENTS}

본 발명은 소수 단계로 원색(color original)(표적 색조(target shade))에 매칭될 수 있는 이펙트 안료 컬러 포뮬러(effect pigment color formula)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

페인트 배치(paint batch), 특히 자동차 산업에서 페인트 배치를 제조함에 있어서, 중요한 과제는 색조를 재현하는 것인데, 이는 사전에 특정된 표적 색조로부터 가능한 한 적은 편차로 컬러 포뮬러(color formula)에 특정된 성분의 양을 칭량함으로써 발생한다. 배치에 색조를 넣는 경우의 목적은 작업의 경제적인 면에서 가능한 적은 착색(tinting) 단계로 표적 색조에 맞게 배치의 색조를 매칭시키는 것이다. 이러한 매칭은 예를 들어, 색채 안료 및 이펙트 안료와 같은 포뮬러 내에 포함되는 색 성분의 양을 약간 변화시킴으로써, 그리고 또한 경우에 따라 낮은 농도로 추가의 착색 애주번트를 첨가함으로써 수행된다. 매칭 단계는 배치 색조와 표적 색조(원색) 간의 잔여 색차(residual color difference)가 허용되는 경우에만 결정된다.

기재된 착색 절차는 이전에는 주로 시각적으로 수행되었으나, 최근에는 기기 통제 조치가 제한적으로 사용되고 있다. 이러한 조치는 특히, 상이한 조사각 및 관찰각에서, 전자기 스펙트럼의 가시 영역에서의 반사 스펙트럼을 기록하는데 사용되는 분광광도계(spectrophotometer)의 사용을 포함한다. 이러한 반사 스펙트럼과, 광원 및 세 가지 표준 스펙트럼 분포 함수 중 각 함수의 조합은 색 궤적(color locus), 즉, 색 공간내 조사 하에서의 색조의 위치를 특정하는 좌표를 생성한다. 여기서 성립된 표준이 CIELab 좌표 L ^* , a ^* 및 b ^* 로 칭해지는 색 공간이다. 이후, 색차(color difference) dL ^*, da ^* 및 db ^*는 비교되는 두개의 색조 각각에 대한 측정된 좌표 L ^* , a ^* 및 b ^* 에 관련한 두 개의 색 궤적 간의 차로부터 생성된다.

표적 색조의 재현에 있어서, 원색에 대해 얻어진 반사 스펙트럼으로부터 적합한 출발 포뮬러의 선택은 광학 파라미터 A_λ(흡광 계수) 및 S_λ(산란 계수)를 결정함으로써 복사 전달 모델(radiative transfer model)에 의해 결정된다. 이러한 광학 파라미터는 원색에 대해서 뿐만 아니라 사용된 표색계(coloring system)에 포함되는 색 성분, 예컨대 색채 안료 및 이펙트 안료에 대해서, 그리고 또한 경우에 따라 사용된 표색계의 추가의 착색 애주번트에 대해서, 이러한 구성 요소들의 상응하는 교정 계열(calibration series)에 의해 결정된다.

예를 들어, 컬러 포뮬러와 같은 혼합물의 광학 파라미터는 추가적으로 혼합물의 구성요소의 상응하는 개별 기여도를 포함한다. 개별 기여도는 개별 구성요소의 각각의 농도에 따라 평량된다. 따라서, 표색계의 개별 안료의 광학 파라미터를 알게 되면, 대략적으로 원색의 광학 파라미터를 갖는 혼합물을 얻기 위해 요구되는 개별 안료의 농도를 산출하는 것이 가능하다.

표색계의 안료는 예를 들어, 색채 안료(chromatic pigment) 및 이펙트 안료를 포함할 수 있다. 색채 안료는 전자기 스펙트럼의 규정된 파장의 가시광을 흡수한다. 따라서, 색채 안료는 백색 안료에 의해 반사되는 광의 일부만을 반사한다.

반사 스펙트럼의 기기 기재 측정에 있어서, 기준점은 이상적으로 매트-화이트(matt-white) 표면인 것으로 추정되고 그 반사율이 가시광의 모든 파장에 대한 정의로 정확히 1에 이르는 백색 표준이다. 그러므로, 색채 안료의 흡수 성질로 인해, 색채 안료의 반사 스펙트럼은 가시광 범위의 파장에 대해 0 내지 1 사이의 반사율을 갖는다.

색채 안료의 광학 파라미터를 산출하기 위한 적합한 공지의 기술은 복사 전달 방정식의 쿠벨카-뭉크 근사법(Kubelka-Munk approximation)이다. 이 근사법에 따르면, 예를 들어 불투명 페인트 필름의 반사 스펙트럼과, 상기 필름내에 포함된 안료의 산란 계수 및 흡수 계수 간에 의 간단한 관계식이 유도된다. 색채 안료의 파장 의존성 광학 파라미터(산란 및 흡수 계수)는 교정 계열을 생성하고, 반사 스펙트럼을 측정하고, 쿠벨카-뭉크 근사법을 적용함으로써 각 안료에 대해, 당업자들에게 공지되어 있는 방식으로 실험적으로 측정된다.

그러나, 이펙트 안료에 대해서는, 복사 전달 방정식의 간단한 쿠벨카-뭉크 근사법이 직접적으로 적용될 수 없다. 색채 안료와는 대조적으로, 이펙트 안료는일반적으로 대략 5㎛의 두께와 측방향으로 대략 5 내지 40㎛로 상당한 3차원 크기를 갖는다. 이 결과, 예를 들어, 알루미늄 안료의 경우에는 반사광의 직접 반사가 존재하며, 이에 따라 반사도가 백색 안료의 반사도를 초과할 수 있다. 이에 따라 백색 표준과 비교하여 결정되는 반사율이 이펙트 안료의 경우에 수준 1을 초과할 수 있다. 이는 특히 금속성 코팅에 대해 바람직한, 페인트 필름에서의 이펙트 안료의 균일한 평면 배향의 경우에 특히 그러하다. 그러나, 쿠벨카-뭉크 근사법의 복사 전달 방정식의 적용은 0 내지 1의 반사율로 제한되기 때문에, 이펙트 안료 컬러 포뮬러의 광학 파라미터를 결정하는데 사용될 수 없다.

DE19720887 A1는 이펙트 부여 표면 코팅 분야에서 컬러 포뮬러를 산출하는 방법을 기술하고 있다. 방위각-독립형(azimuth-independent form)의 복사 전달 방정식을 사용함으로써 이펙트 안료에 대한 광학 파라미터를 결정한다. 실험적으로, 유사안료(pseudopigment)로서 공지된 안료는, 토폴로지(topology)에는 영향을 미치지만, 다르게 색채적으로는 불활성인, 고정된 양의 하나 또는 그 초과의 충진재를 갖는 각각의 경우 박판 형상(platelet-shaped) 이펙트 안료를 혼합함으로써 이펙트 안료로부터 형성된다. 이는 페인트 필름에서 박판의 평면 배향을 방해한다. 그러므로, 이에 따라 얻어진 유사안료의 광학 파라미터는 표색계에 포함된 다른 안료의 것과 유사한 과정으로 교정 계열을 통해 결정된다.

그러나, 공지된 방법의 단점은 이들 방법이 이펙트 안료에 대해서도 또한 복사 전달 방정식의 간단한 쿠벨카-뭉크 근사법을 이용할 수 없기 때문에, 이펙트 안료 컬러 포뮬러를 재현하는데 비용이 많이 들고 복잡하다는 점이다.

이에 따라, 본 발명의 목적은 반사율이 1을 초과하는 안료에 대해 쿠벨카-뭉크 근사법을 이용하도록 하고, 이에 따라 이펙트 안료 색조가 긴 시간이 소요되지 않으면서 감소된 수의 채색 단계로 재현되도록 하는, 이펙트 안료 컬러 포뮬러를 산출하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명의 방법을 제공함으로써 달성된다.

놀랍게도, 원색에 매칭되는 이펙트 안료 컬러 포뮬러를 제조하는 방법으로서,

(a) 이펙트 안료 원색의 표색계에 포함된 각각의 안료에 대한 교정 계열을 생성하는 단계;

(b) 원색 및 교정 계열의 반사율 R_λ을 실험에 의해 결정하는 단계;

(c) 표색계의 구성요소 및 원색의 광학 파라미터를 산출하는 단계;

(d) 적합한 출발 포뮬러를 선택하는 단계,

(e) 출발 포뮬러와 원색 간의 잔여 색차를 결정하는 단계,

(f) 제 1 매칭된 컬러 포뮬러를 생성하는 단계, 및

(g) 매칭된 컬러 포뮬러와 원색 간의 잔여 색차가 허용될 수 있을 때까지 단계 (e) 및 (f)를 반복하는 단계를 포함하며,

(i) 모든 변환된 반사율 R'_λ가 0 내지 1 사이에 있도록 적합한 수학 함수(mathematical function)에 의해 원색 및 교정 계열의 반사율 R_λ을 변환시키고,

(ii) 변환된 반사율 R'_λ을 이용하여, 쿠벨카-뭉크 근사법에 따라 광학 파라미터를 산출하는 과정을 포함하는,

방법이 요구되는 착색 단계 수 및 소요 시간을 감축시킴으로써 기존 방법을 개선시킴을 발견하였다.

상기 용어 "표색계"는 임의의 요망되는 흡수 안료계 및/또는 이펙트 안료계를 나타낸다. 안료 성분의 수 또는 선택 중 어떠한 것에 대해서도 제한이 없다. 특정 요건에 대해 요망에 따라 매칭될 수 있다. 예를 들어, 이러한 표색계가 표준화된 혼합 페인트계의 모든 안료 성분에 근거하도록 할 수 있다.

색 부여 흡수 안료(color-imparting absorption pigment)는 예를 들어 코팅 산업에 사용될 수 있는 일반적인 유기 또는 무기 흡수 안료이다. 유기 흡수 안료의 예로는 아조 안료, 프탈시아닌 안료, 퀴나크리돈 안료, 및 피롤로피롤 안료가 있다. 무기 흡수 안료의 예로는 산화철 안료 또는 산화납 안료, 이산화티탄늄, 및 카본 블랙이 있다.

이펙트 안료는 박판 구조(platelet structure)를 나타내고, 특수 장식 효과를 갖는 표면 코팅을 제공하는 모든 안료를 의미한다. 이펙트 안료는 예를 들어, 차량 피니싱 및 산업용 코팅에, 또는 잉크 및 착색제의 제조에 일반적으로 사용될 수 있는 모든 이펙트-부여 안료이다. 이러한 이펙트 안료의 예로는 순수한 금속 안료, 예컨대, 알루미늄, 철 또는 구리 안료, 간섭 안료(interference pigment), 예컨대 이산화티타늄 코팅된 운모(mica), 산화철 코팅된 운모, 혼합된 산화물 코팅된 운모, 금속 산화물 코팅된 운모, 또는 액정 안료가 있다.

반사 스펙트럼의 실제 기록을 위해, 대칭 또는 비대칭의 측정 기하구조를 갖는 고정되거나 휴대가능한 각분광광도계(goniospectrophotometer)를 사용할 수 있다. 조절된 조사각을 갖는 기기 및 조절된 관찰각을 갖는 기기 둘 모두가 사용될 수 있다. 측정이 수행되는 상이한 조사각 및/또는 관찰각의 수는 표색계의 안료 및 원색의 충분한 특징화에 요구되는 수일 수 있다. 이러한 측정으로 1 초과의 반사율을 얻으면, 이들 반사율은 유사하게 하기에 기재되는 광학 파라미터의 결정에 고려된다.

광학 파라미터는 L₂ 표준에 관해서 각각의 안료에 대해 실험에 의해 결정된 반사 스텍트럼에 복사 전달 방정식을 적용시킴으로써 측정된다. 이는 하기 복사 전달 방정식의 쿠벨카-뭉크 근사법을 사용하여 이루어진다:

(1-R_λ)²/2R_λ = A_λ/S_λ

상기 식에서, R_λ는 파장 λ에서의 반사율이고, A_λ는 파장 λ에서의 흡수 계수이고, S_λ는 파장 λ에서의 산란 계수이다. 쿠벨카-뭉크 모델은 무한 두께에 가까운 코트(은폐력)에서 높은 정확도로 용이하고 신속하게 풀릴 수 있기 때문에, 수십년에 걸쳐 코팅 산업내에서 그 자체로 확립되었다. 그러나, 쿠벨카-뭉크 모델의 적용은 가시 영역에서의 반사율 R_λ이 0 내지 1인 값만을 채택한 경우로 국한된다(0<R_λ<1).

그러므로, 본 발명에 따르면, 1초과인 반사율 R_λ이 발생되는 경우, 원색 및 교정 계열의 모든 반사율 R_λ이 먼저 적합한 수학 함수에 의해 변환되어 반사율 R'_λ가 0 내지 1이 된다. 여기서 본원 반사율은 동일한 방식으로 변환된다. 변환은 임의의 요망되는 적합한 수학 함수를 사용하여 수행된다. 이러한 목적에 적합한 것은 적용되는 경우에 서로에 대한 반사율의 비례성(proportionality)을 유지하며, 그 적용 후 변환된 반사율 R'_λ가 0 내지 1(0<R_λ<1)이 되게 하는 임의의 함수이다. 예를 들어, 반사율 R_λ에서 R'_λ로의 변환은 인자 f로 나눔으로써 이루어질 수 있다:

R'_λ = R_λ/f

상기 인자 f는 변환된 반사율이 0 내지 1이 되도록 선택된다.

이후, 변환된 반사율 R'_λ을 사용함으로써, 원색 및 교정 계열의 광학 파라미터가 당업자들에게 공지되어 있는 방식으로 복사 전달 방정식의 쿠벨카-뭉크 근사법에 의해 결정된다. 출발 포뮬러의 선택 및 또한 잔여 색차의 결정은 당업자들에게 공지되어 있는 방식과 유사하게 이루어진다.

출발 포뮬러를 선택한 후 쿠벨카-뭉크 계산 결과가 출발 포뮬러의 광학 파라미터 A'_λ 및 S'_λ이다. 이로부터, 이후 쿠벨카-뭉크 근사법에 따라 출발 포뮬러의 이론적 반사율 R'_{λ, th}을 결정할 수 있다. 이 차, △R'λ = R'_λ - R'_λ,th(여기서, R'_λ는 원색의 변환된 반사율에 대한 것이고, R'_{λ, th}는 출발 포뮬러의 이론적 반사율에 대한 것이다)는 고려 중인 파장에 대한 쿠벨카-뭉크 계산의 정확성에 대한 척도이다. 400 내지 700nm의 가시 스펙트럼 영역에 대한 적분이 이러한 형태, 쿠벨카-뭉크 오차 △R'로부터 산출된다:

쿠벨카-뭉크 모델에서 변환된 반사율 R'_λ의 사용은 쿠벨카-뭉크 계산의 정확성을 감소시킬 수 있다. 오차 △R'는 변환된 반사율 R'_λ에 기초하여 계산된다. R'_λ에서 R_λ로의 역변환에 따라 쿠벨카-뭉크 오차 값이 변하게 된다. 반사율 R'_λ의 역변환은 변환에 사용된 수학 함수를 역으로 함으로써 달성된다. 예를 들어, 변환이 인자 f로 나눔으로써 수행된 경우, 역변환은 인자 f로 곱함으로써 달성된다. 이러한 경우, 쿠벨카-뭉크 오차는 또한 하기의 결과에 따라 인자 f에 의해 증가된다:

흡수 안료에 대한 종래의 쿠벨카-뭉크 계산 결과와 비교하면, 이는 인자 f에 의한 오차의 확장을 의미한다.

그러나, 쿠벨카-뭉크 오차에서의 어떠한 가능한 증가와 무관하게, 놀랍게도 실제 실시에서, 본 발명의 방법이 이펙트 안료를 함유하는 컬러 포뮬러의 색조를 정교하게 하는 것과 관련된 비용 및 복잡성을 상당히 감소시킬 수 있음이 밝혀졌다. 본 발명의 방법을 통해, 요구되는 착색 단계의 수가 감소되고, 이에 따라 이펙트 안료 컬러 포뮬러를 표적 색조에 매칭시키는데 걸리는 시간이 감소한다. 이러한 경우의 상태가 도면을 참조로 하여 하기에서 설명되나, 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다.

도 1은 종래의 방법에 비교한, 본 발명에 따른 방법(n-ESL)에 의한 색조 재현에 대한 도표이다.

동일한 기준 혼합물로부터 출발하는, 동일한 표적 색조를 위해, 교정된 색조가 출발 포뮬러를 계산하고, 단계별 교정을 수행함으로써 생성되며, 교정된 색조는 관련된 색조 표준에 대해 허용되는 잔여 색차를 얻는다. 도면으로부터 자명한 바와 같이, 종래의 방법은 본 발명의 신규 방법의 경우에서보다 타겟 포인트(target point)를 얻기 위해서 실질적으로 보다 많은 수의 착색 단계를 요구한다. 본 발명의 일 특징은 심지어 제 1 착색 단계가 이미 타겟 포인트에 매우 근접하게 한다는 것이다. 본 발명에 의해, 짧은 시간내에 적은 착색 단계로 규격 한계pecification limit)을 달성할 수 있다는 것이다.

본 발명은 예를 들어, 페인트 및 인쇄용 잉크 또는 폴리머 분산물을 착색시키는데 사용될 수 있다.

본 발명의 방법의 이점은 이펙트 안료 색조의 재현을 단순화한다는 점이다. 본 발명의 방법은 본 발명의 방법을 통해 심지어 반사율 > 1 도 고려할 수 있기 때문에, 이펙트 안료에 대한 확립된 쿠벨카-뭉크 산출법을 사용하여 이펙트 안료 컬러 포뮬러가 표적 색조에 매칭되도록 한다. 본 발명의 방법은 이펙트 안료 원색에 대한 규격 한계가 달성될 때까지 요구되는 착색 단계의 수를 감소시키고, 이를 재현하는데 걸리는 시간을 감소시킨다.

Claims (3)

1. (a) 이펙트 안료 원색(effect pigment color original)의 표색계(coloring system)에 포함된 각각의 안료에 대한 교정 계열(calibration series)을 생성하는 단계;
   (b) 원색 및 교정 계열의 반사율 R_λ을 실험에 의해 결정하는 단계;
   (c) 표색계의 구성요소 및 원색의 광학 파라미터를 산출하는 단계;
   (d) 적합한 출발 포뮬러(starting formula)를 선택하는 단계,
   (e) 출발 포뮬러와 원색 간의 잔여 색차(residual color difference)를 결정하는 단계,
   (f) 제 1 매칭된 컬러 포뮬러를 생성하는 단계, 및
   (g) 매칭된 컬러 포뮬러와 원색 간의 잔여 색차가 허용될 수 있을 때까지 단계(e) 및 (f)를 반복하는 단계를 포함하여, 원색에 매칭되는 이펙트 안료 컬러 포뮬러(effect pigment color formula)를 제조하는 방법에 있어서,
   (i) 모든 변환된 반사율 R'_λ가 0 내지 1 사이에 있도록 적합한 수학 함수(mathematical function)에 의해 원색 및 교정 계열의 반사율 R_λ을 변환시키고,
   (ii) 변환된 반사율 R'_λ을 이용하여, 쿠벨카-뭉크 근사법(Kubelka-Muck approximation)에 따라 광학 파라미터를 산출하는 과정을 포함하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 반사율 R_λ이 인자 f로 나눔으로써 변환되는 방법.
3. 페인트, 인쇄용 잉크 또는 폴리머 분산물을 착색시키기 위해 제 1항 또는 제 2항에 따른 방법을 사용하는 방법.

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