KR20130081718A - 특수한 입자 크기 분포의 스파클 효과 - Google Patents

특수한 입자 크기 분포의 스파클 효과 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 크기가 9 ㎛ 미만 및 85 ㎛ 초과인 기재 입자의 양을 감소시켜, 합성 소판 기재, 예컨대 유리 박편으로부터 형성되는 효과 안료의 스파클을 개선한다. 본 발명의 효과 안료는 화장품, 개인용품, 및 공업 적용, 예컨대 자동차 도료에 유용하다.

Description

특수한 입자 크기 분포의 스파클 효과 {SPARKLE EFFECT OF UNIQUE PARTICLE SIZE DISTRIBUTION}
본 특허 출원은 전체가 본원에 참조로 도입되는 2005년 4월 1일자로 출원된 계류중인 미국 특허 제60/667276호의 이익을 청구한다.
본 발명은 합성 효과 안료(effect pigment)의 기재의 크기 분포를 변경함으로써 합성 효과 안료의 광학적 특성을 개선하는 것에 관한 것이다.
진주색(pearlescent) 광택, 금속성 광택 및/또는 무지개색에 근접하는 다색 효과의 제공은 금속 옥사이드 코팅 소판(platelet)을 포함하는 진주층상(nacreous) 또는 진주색 안료를 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 안료는 미국 특허 제3,087,828호 및 제3,087,829호에 처음 기재되었으며, 이의 특성의 기재는 문헌 [Pigment Handbook, Vol. I, Second Edition, pp. 829-858, John Wiley & Sons, N.Y. 1988]에서 찾을 수 있다.
옥사이드 코팅은 소판의 표면상에 침착된 박막의 형태이다. 현재 가장 광범위하게 사용되는 옥사이드는 티탄 디옥사이드이다. 그 다음으로 광범위하게 사용되는 것은 산화철이며, 다른 유용한 옥사이드에는 주석, 크롬 및 지르코늄 옥사이드 및 또한 옥사이드의 혼합물 또는 조합물이 포함된다.
소판상의 금속 옥사이드의 코팅은 최적의 진주색 외관을 달성하기 위해 평활하고 균일해야 한다. 불균일한 표면이 형성되는 경우에는, 광산란이 발생하여 코팅된 소판이 더 이상 진주색 안료로서 작용하지 않을 것이다. 금속 옥사이드 코팅은 또한 소판에 강하게 접착되어야 하며, 그렇지 않으면 코팅은 가공 동안 분리되어 광택이 현저하게 파괴 및 손실될 것이다.
이러한 소판상의 코팅을 제조하는 동안, 소판에 부착되어 있지 않은 입자가 형성될 수 있다. 이러한 작은 입자는 광산란을 초래하며, 안료에 불투명을 제공한다. 작은 입자가 너무 많이 존재하는 경우에는, 진주색 외관이 감소 또는 손실될 수 있다. 광택, 색 및 색 균질성이 유지되도록 이러한 금속 옥사이드 코팅을 소판에 부가하는 것은 어려운 공정일 수 있으며, 현재까지 상업적으로 임의의 현저한 용도를 달성하는 유일한 판형 기재로는 운모가 있다.
이러한 진주색 안료를 형성하기 위한 기재로서 사용하기 위해, 광범위한 다른 판형 재료가 제안되었다. 이에는 불용성 무기 재료, 예컨대 유리, 에나멜, 차이나 클레이(china clay), 포셀린(porcelain) 또는 다른 실리카질 물질, 금속 물체, 및 유기 중합체 재료, 예컨대 폴리카르보네이트의 표면이 포함된다. 예를 들면, 미국 특허 제3,123,485호; 제3,219,734호; 제3,616,100호; 제3,444,987호; 제4,552,593호; 및 제4,735,869호를 참조하기 바란다. 예를 들면 미국 특허 제3,331,699호에서, 많은 경우에 가능한 것으로서 유리가 언급되어 있으며, 비교적 큰 유리 소판 기재가 코팅되어 있는 유리를 사용하여 제조된 시판 진주색 제품은 주로 화장품용 적용을 위한 것이다.
상기한 미국 특허 제3,331,699호에는, 금속 옥사이드의 반투명층이 침착되는 산성 용액에서 불용성인 기핵 물질이 먼저 유리 박편상에 침착되는 경우에, 굴절률이 큰 금속 옥사이드, 예컨대 티탄 디옥사이드의 입자의 반투명층으로 유리 박편이 코팅될 수 있음이 개시되어 있다. 상기에 개시되어 있는 바와 같은 유리 박편은 두께가 약 1.0 내지 5.0 ㎛이고, 주요 치수의 크기가 약 10 ㎛ 내지 약 400 ㎛으로 다양하며, 적어도 50％가 75 ㎛ 미만이고 약 85％가 150 ㎛ 미만이다. 상기 특허의 실시예에는 하기 유리 박편 크기 분포가 명시되어 있다.
Figure pat00001
미국 특허 제5,436,077호에는 그 위에 금속 옥사이드, 예컨대 티탄 디옥사이드의 조밀 보호 도포층이 형성되어 있는 금속 도포층을 갖는 유리 박편 기재가 교시되어 있다. 상기 특허에서, 금속성 코팅이 목적하는 외관을 제공하며 부식성 환경으로부터 금속층을 보호하기 위한 금속 옥사이드의 오버코팅이 존재하기 때문에, 유리의 특성은 중요하지 않다. 은으로 도금된 후 SiO2층으로 코팅된 평균 직경이 15 ㎛인 유리 박편의 예가 개시되어 있다.
본원과 공동명의인 미국 특허 제6,045,914호에는, 유리 박편에 접착되어 고품질의 진주색 안료를 생성하는, 유리 박편상의 금속 옥사이드의 평활하고 균일한 코팅을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기에 개시되어 있는 방법에 따라, 진주색 안료는 유리 박편상에 티탄 및/또는 철 옥사이드의 수화막 층을 설립한 후 코팅된 박편을 소성시킴으로써 형성되며, 사용되는 유리 박편은 C 유리 박편이고, 수화층이 티탄인 경우에 절차는 루틸화 절차이다. 유리 박편은 TiO2 및 Fe2O3 코팅 운모 진주색 안료에서 사용되는 운모 소판과 크기 및 모양이 유사하며, 이에 따른 평균 입자 크기가 약 1 내지 250 ㎛의 범위이고 두께가 약 0.1 내지 10 ㎛ 범위인 것으로 개시되어 있다. 또한, 입자 크기가 유사하고 두께가 약 10 내지 100 ㎛인 보다 입방체인 박편이 사용될 수 있지만, 낮은 종횡비로 인해 진주색 효과가 현저하게 감소된다. 그러나, 모든 실시예에서 안료는 평균 직경이 100 ㎛ 이상인 유리 박편으로부터 제조되었다. 미국 특허 제6,045,914호의 전체 내용이 본원에 참조로 도입된다.
합성 소판, 예컨대 유리 박편의 제조는 종종 가우스 곡선으로 특성화될 수 있는 소판의 크기 분포를 생성한다. 제조되어 효과 안료를 위한 기재로서 사용되는 다수의 합성 소판의 크기 분포를 특성화하는 특히 유용한 방식은 가우스 곡선을 따라 최저 10 부피％, 50 부피％ 및 90 부피％의 소판 크기를 명시하는 것이다. 이러한 분류는 소판 크기 분포의 D10, D50 및 D90 값으로 특성화될 수 있다. 따라서, D10이 특정 크기인 기재는 박편 기재 입자 중 10 부피％가 그 값 이하의 크기임을 의미한다. 예를 들면, 본 출원인은 특히 화장품 및 자동차 도료 적용을 위해 사용되는 다수의 운모 기재 효과 안료를 시판하고 있다. 이들 중에는 D10이 10 ㎛이고 D50이 22 ㎛이고 D90이 45 ㎛인 루미나(LUMINA?) 운모 기재 안료가 있다. 따라서, 루미나? 운모 기재 안료의 크기 분포는 운모 소판 중 10 부피％의 크기가 10 ㎛ 이하 (10 ㎛ 포함)이고 운모 소판 중 50 부피％의 크기가 22 ㎛ 이하 (22 ㎛ 포함)이고 운모 소판 90 부피％의 크기가 45 ㎛ 이하 (45 ㎛ 포함)라 기재할 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 유리 박편 기재 효과 안료의 크기가 실질적으로 더 크다. 이는 크기 분포에 반영된다. 따라서, 상품명 리플렉스(REFLECKSTM) 및 파이어미스트(FIREMIST?)하의 본 출원인 및 니폰 시트 글래스(Nippon Sheet Glass) 제조의 시판 유리 박편 기재 안료의 경우, 리플렉스TM는 D10이 17 ㎛이고 D50이 45 ㎛인 안료를 기재로 하고 파이어미스트?는 D10이 50 ㎛이고 D50이 100 ㎛인 안료를 기재로 한다. 이러한 안료는 특히 크기가 크며, 안료 자체가 적용된 도료 박막으로부터 종종 돌출되어 막의 광학적 특성에 역작용을 하기 때문에 자동차 도료를 위해 효과적으로 사용될 수 없다. 더욱이, 큰 안료는 도료를 적용하기 위해 종종 사용되는 분무 장치를 쉽게 통과할 수 없다. 다른 유리 기재 안료, 예컨대 머크(Merck) 제조의 상품명 로나스타(RONASTAR?)하에 시판되는 안료가 또한 D10이 30 초과이고 D50이 65 초과인 큰 크기이다.
자동차 도료에서 허용되는 유리 박편으로부터의 효과 안료를 제조하기 위한 시도로, 니폰 시트 글래스는 예전에 제조된 유리 박편 기재보다 크기 분포가 현저하게 더 작은 유리 박편 기재를 개발하였다. 이러한 제품은 D10이 8 ㎛이고 D50이 20 ㎛이고 D90이 37 ㎛이다. 그러나, 자동차 도료용 효과 안료를 제조하기 위해 TiO2 코팅을 적용하는 것은 안료로부터 형성된 도료막의 광학적 특성이 광택, 심도 및 스파클이 부족하기 때문에 성공적이지 못한 것으로 증명되었다.
<발명의 개요>
본 발명에 따라, 그 위에 반투명 금속 옥사이드 코팅이 있는 합성 소판 기재를 포함하는 효과 안료는, D10이 적어도 9.5 ㎛이고 D50이 약 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 미만이고 D90이 35 ㎛ 초과 내지 85 ㎛ 미만으로 특성화되는 특정 크기 분포를 갖는 소판 기재로부터 제공된다.
본 발명자는 목적하는 크기 분포를 갖는 코팅된 합성 소판 기재로부터 제조된 효과 안료가, 분무 도료 기기가 막히는 종래 기술의 문제점 없이 그리고 합성 소판으로부터 형성된 종래 기술의 효과 안료에서 문제가 되는 도료막으로부터의 큰 소판의 불리한 돌출 없이, 플라스틱, 화장품, 및 특히 자동차 도료를 비롯한 모든 종류의 조성물에서 유용함을 발견하였다. 한편, 작은 입자의 양은 최소화되어 가장 작은 크기의 입자의 광산란 효과가 감소된다.
놀랍게도, 본 발명자는 D10을 8 ㎛에서 적어도 9.5 ㎛로 증가시킴으로써 안료로부터 형성된 막의 스파클이 현저하게 개선됨을 발견하였다. 본 발명자는 개선된 스파클은 막의 광택도 및 반사도가 가시적으로 현저하게 더 높은 수준임을 발견하였다.
<발명의 상세한 설명>
본 발명에 따라, 진주색 안료는 합성 소판 기재상에 금속 옥사이드의 수화막 층을 설립한 후 코팅된 소판을 소성시킴으로써 형성된다. 특히, 본 발명은 형성되는 안료가 광범위한 제품, 예컨대 착색 플라스틱, 화장품 및 특히 자동차 도료를 위해 사용될 수 있도록 특정 크기 분포를 갖는 합성 소판 기재로부터의 진주색 안료의 형성에 관한 것이다. 본 발명의 진주색 안료를 형성시키는데 사용하기 위한 합성 소판 기재에는, 예를 들면 알루미늄 옥사이드, 규소 디옥사이드, 비스무트 옥시클로라이드, 붕소 니트라이드 및 유리가 포함된다. 본 발명에서는 유리 박편이 특히 중요하다.
본 발명을 위해 사용되는 합성 소판 기재, 예컨대 유리 박편 기재는 크기가 유사하고 특징적으로 제3 치수보다 훨씬 더 큰 두 치수 (길이 및 폭)을 갖는 입자, 예를 들면 유리의 입자이다. 금속 옥사이드 코팅의 적용을 위한 기재로서 유용한 본 발명의 소판은 실질적으로 부피 크기 분율이 D10이 적어도 9.5 ㎛이고 D50이 약 20 내지 40 ㎛ 미만이고 D90이 35 초과 내지 85 ㎛ 미만으로 분포된 가우스 분포를 특징으로 하는 크기 분포를 가질 것이다. 상기 크기 분포는 소판 중 적어도 10 부피％의 크기가 적어도 9.5 ㎛보다 적고 (9.5 ㎛ 포함) 유리 소판 중 적어도 50 부피％의 크기가 20 내지 40 ㎛ 미만보다 적고 (20 ㎛ 포함) 유리 소판 중 적어도 90 부피％의 크기가 35 내지 85 ㎛ 미만보다 적음 (35 ㎛ 포함)을 의미한다. 본 발명자는 D10을 8 ㎛에서 적어도 9.5 ㎛로 변경함으로써 광을 산란하고 안료로 형성된 막의 스파클에 부정적인 영향을 미치는 미세분이 생성 안료에 더 적게 있게 됨을 발견하였다. 일반적으로, 크기 분포는 가우스 분포에 따를 것이며, 입자의 최대 치수의 크기는 전형적으로 약 1 내지 약 150 ㎛ 범위일 것이다. 전형적으로, 유리 박편을 비롯한 합성 소판의 두께는 약 0.1 내지 5 ㎛ 미만의 범위일 것이다. 목적하는 크기 및 크기 분포는, 박편의 적합한 분류 처리에 의해, 예컨대 선별 스크린 등으로 분류함으로써, 수득될 수 있다.
본 발명은 임의의 종류의 합성 소판에 관한 것이지만, 유리 박편이 특히 유용하다. 유리의 특성은 중요하지 않다. 여러 목적을 위해, 무색 투명한 유리 박편이 필요하지만, 용융물 중 선택된 화학물질의 내포에 의해 색이 제공된 유리가 포함될 수 있는 특수 유리를 사용하는 것이 또한 가능하다.
유리 박편은 매우 탄력적이며 또한 광학적으로 매력적이기 때문에 공업적으로 바람직하다. 유리는 주로 SiO2 및 Al2O3로 이루어지며, 또한 ZnO, CaO, B2O3, Na2O 및 K2O, 및 또한 FeO 및 Fe2O3을 포함할 수 있다. 유리 박편은 용융된 유리를 얇은 시트, 비드 또는 유리관으로 연신시킨 다음, 유리를 박편으로 분쇄함으로써 제조된다. 큰 중공구(hollow sphere)를 제조한 다음, 고형화시키고, 다양한 다른 박편 제조 방법에서처럼 잘 분쇄할 수 있다. 유리는 A 유리, C 유리 또는 E 유리로 분류될 수 있다. A 유리는 소다석회 유리이며 통상적으로 창문을 제조하는데 사용된다. A 유리는 칼륨보다 나트륨을 더 많이 함유하며 또한 칼슘 옥사이드를 함유한다. 또한 화학 유리로 공지되어 있는 C 유리는 산 및 수분에 의한 부식에 대해 내성이 있는 유리의 한 형태이다. C 유리는 아연 옥사이드 및 또한 박편이 화학적 파괴에 대해 더 내성이 있도록 만드는 다른 옥사이드를 종종 함유한다. E 유리 또는 전기 유리는 명칭이 의미하는 바와 같이 전자 적용을 위해 고안되었으며, 이는 고온에서 매우 안정하지만 화학적 공격에 대해 민감할 수 있다. 하기 표 1은 A, C 및 E 유리의 여러 시판 샘플의 중량％ 조성을 나타낸다. C 유리 및 또한 A 및 E 유리는 이들의 화학적 조성에 대한 선택폭이 넓으며 사실상 A 및 E 유리 조성은 C 유리와 매우 유사하게 제조될 수 있음을 알 수 있다.
Figure pat00002
본 발명의 실시에 있어서, C 또는 화학형 유리가 바람직하다. A 또는 E 유리의 금속 옥사이드 코팅이 제조될 수 있으며, 생성 안료는 C 유리와 같은 제품 품질을 갖지 않기 때문에 상업적 가치가 제한적이다. TiO2 코팅 제품을 제조하는 경우, 아나타제 또는 루틸 결정 변형체가 가능하다. 가장 높은 품질 및 가장 안정한 진주색 안료는 TiO2가 루틸 형태인 경우에 수득된다. 또한, 사용되는 유리는 티탄 디옥사이드 코팅의 결정 형태에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면 통상적인 E 유리가 사용되는 경우, 생성 결정 상은 주로 아나타제이다. 루틸을 수득하기 위해서는, TiO2를 루틸 변형체로 유도할 수 있는 첨가제가 사용되어야 한다.
유용한 루틸 유도제, 예컨대 주석은 전체가 본원에 참조로 도입된 본원과 공동명의인 미국 특허 제4,038,099호 및 제5,433,779호에 개시되어 있다. 본 발명의 합성 소판이 티탄 디옥사이드로 코팅되며 루틸 티탄 디옥사이드가 필요한 경우, 루틸 유도제는 티탄 디옥사이드와 인접하게 위치한다. 다른 층이 유리와 루틸 유도제/루틸 티탄 디옥사이드 사이에 존재할 수 있다.
유리 박편상의 얇은 외층을 형성하고 이에 목적하는 진주층상 특성 및 간섭색을 제공하는 재료는 굴절률이 높은 선택된 반투명 금속 옥사이드 화합물이다. 이러한 층의 반투명 화합물은 무색이거나 유색일 수 있으며, 이에 따라 본질적으로 유색인 화합물로부터의 광흡수로 그리고 굴절률이 높은 얇은 투명층으로부터의 간섭색으로 모두 색을 제공할 수 있다. 본 발명에 적용가능한 바람직한 반투명 금속 옥사이드는 티탄 디옥사이드 및 철 옥사이드이다. 그러나, 단독으로 사용되는 경우 유사한 방식으로 작용하는 다른 전형적인 금속 옥사이드에는 지르코늄, 니켈, 코발트, 주석의 옥사이드, 및 이의 수화 형태가 포함된다.
유리 박편의 금속 옥사이드로의 코팅은 일반적으로 금속 옥사이드 코팅 운모의 형성을 위해 당업계에 공지되어 있는 절차에 따른다.
일반적으로, 절차는 유리 박편 미립자를 분산하고, 그 분산액을 박편상에 수화 티탄 옥사이드 또는 다른 금속 옥사이드 막 코팅을 형성시키는 전구물질과 합하는 것을 포함한다. 예를 들면, 철 및 지르코늄 옥사이드는 단독으로 또는 티탄 옥사이드 코팅과 함께 유용한 코팅이다.
코팅 공정에서, 유리 박편은 물, 바람직하게는 증류수 중에 분산된다. 물 중 유리 박편의 농도는 약 5％ 내지 30％로 다양할 수 있지만, 일반적으로 바람직한 농도는 약 10％ 내지 20％로 다양하다.
유리를 물 중에 분산시키고 적절한 용기에 넣은 후, 적절한 티탄 또는 다른 금속 원료를 혼입한다. 유리 박편상에 수화 티탄 디옥사이드 또는 수화 금속 옥사이드를 침전시키기 위해, 생성 분산액의 pH는 티탄 또는 다른 금속의 첨가 동안 적합한 염기, 예컨대 나트륨 히드록사이드의 사용을 통해 적절한 수준으로 유지된다. pH를 조절하기 위해 수성 산, 예컨대 염산이 사용될 수 있다. 코팅된 소판은 목적하는 경우, 최종 진주색 안료로 소성되기 전에 세척되고 건조될 수 있다.
티탄의 원료는 바람직하게는 티탄 테트라클로라이드이지만, 마찬가지로 당업계에 공지되어 있는 다른 원료가 사용될 수 있다. 철의 원료는 바람직하게는 철(Ⅲ) 클로라이드이지만, 당업계에 공지되어 있는 임의의 다른 철 원료가 사용될 수 있다. 목적하는 경우, 티탄 및 철의 층은 순차적으로 침착될 수 있다. 절차는 당업계에 잘 공지되어 있다. 예를 들어 전체가 본원에 참조로 도입된 상기한 미국 특허 제3,331,699호를 다시 참조하여, 본 발명자는 금속 옥사이드의 반투명층이 침착되는 산성 용액 중에 불용성인 매우 미분된 금속 옥사이드 화합물을 포함하는 기핵 표면이 먼저 유리 박편상에 침착되어 있는 경우에, 유리 박편이 굴절률이 큰 금속 옥사이드, 예컨대 지르코늄 디옥사이드, 크롬 옥사이드 등, 특히 티탄 디옥사이드 또는 수화 티탄 디옥사이드 및 철 옥사이드의 입자의 반투명층으로 코팅될 수 있음을 발견하였다. 생성 제품은 광택성 스파클의 정도가 높으며 또한 금속 옥사이드의 반투명층의 두께가 다양한 빛나는 색을 나타내는 진주층상 박편 안료이다.
미국 특허 제3,331,699호의 방법에 따라, 진주층상 박편 안료는 3 성분, 즉 1) 유리 박편 기재, 2) 반투명 금속 옥사이드 입자의 층의 침착을 수용하는 기핵 표면을 형성하는 유리 박편상의 산 불용성 금속 옥사이드 화합물 침착물, 및 3) 산 불용성 금속 옥사이드 표면상에 침착되는 선택된 작은 입자 크기의 금속 옥사이드의 얇은 반투명층을 포함한다.
임의의 경우, 처리된 유리 박편은 이어서 티탄 염, 예컨대 티타닐 술페이트의 강산 용액이 첨가되어 있는 물 중에 현탁된다. 혼합물은 가열되어, 티탄 염을 처리된 유리 박편상에 즉시 그리고 선택적으로 침착되는 수화 티탄 디옥사이드로 가수분해된다. 박편상에 침착되는 수화 티탄 디옥사이드의 양은 가수분해 슬러리에 첨가되는 티탄 염액의 양 및 또한 가열 시간에 비례하게 설정될 수 있다. 상기 공정이 수행됨에 따라, 처음의 은색 외관으로부터 금색으로, 그리고 점차 적색, 보라색, 청색 및 녹색으로 간섭색이 변화하는 것을 관찰함으로써 수화 티탄 디옥사이드의 외부 반투명층 두께를 이어 증가시키는 것이 가능하다. 사용되는 티탄 염의 양을 적절하게 선택하여, 임의의 목적하는 간섭색이 쉽게 달성될 수 있다.
간섭색을 설명하는 광학적 원리는 잘 공지되어 있으며, 문헌 [Robert W. Wood's "Physical Optics," third edition, New York, 1936, page 198]과 같은 많은 물리 광학 문헌에 논의되어 있다. 간단하게 말하면, 간섭은 박막의 표면으로부터의 광 반사율과 관련되어 있는 광학적 현상이며, 여기서 입사광의 특정 파장의 강도가 감소되며 (상쇄 간섭) 다른 파장이 강화된다 (보강 간섭). 특정 파장이 영향을 받는 정도는 막의 두께 및 그의 굴절률에 따라 좌우된다. 막의 한 표면으로부터 반사되는 광선이 막을 통해 통과하며 또다른 표면으로부터 반사되는 광선과 위상이 다르도록 하는 두께인 경우, 상쇄 간섭이 발생한다.
굴절률이 더 높은 매질의 표면으로부터 빛이 반사되는 경우에는 위상이 전도되기 때문에, 최대 상쇄 간섭 (최소 반사율)의 조건은 굴절률이 높은 막의 유효 광학 경로 (2×두께×굴절률)가 한 파장 또는 이의 단순 배수인 경우에 충족된다. 막의 굴절률 N을 고려하면, 임의의 파장 λ로의 상쇄 간섭을 위한 막의 두께 (t)는 하기 식으로 나타난다.
t = nλ / 2N
상기 식에서, n은 통상적으로 5 이하로 작은 정수이다.
마찬가지로, 두 광선의 위상이 같은 경우, 강화되거나 반사율이 최대이다. 유효 광학 경로가 파장의 절반 또는 이의 홀수 배수인 경우에 위상 전도가 다시 나타나 상기 조건이 충족되며, 최대 반사율에서의 두께를 위한 식은 하기이다.
t = (n+1/2) λ / 2N
상기 식에서, n은 0 또는 통상적으로 약 5 이하로 작은 정수이다.
n이 1보다 큰 경우, 더 큰 차수 (2차, 3차 등)로의 간섭이라 칭하는 것이 통상적이다.
상기에서, 본 발명의 진주층상 안료 조성물이 유리 박편을 수성 매질 중에 적합한 금속 옥사이드 화합물의 콜로이드 현탁액과 슬러리화시켜 제조되며, 여기서 상기 금속 옥사이드 화합물은 기핵 표면으로서 유리 박편상에 침착되고 금속 옥사이드의 반투명층을 침착시킬 산성 용액 중에 불용성이게 만드는 것을 알 수 있다. 유리 박편상의 금속 옥사이드는 유리 박편 함유 수성 매질의 가열 및/또는 교반에 의해 불용화된다. 처리된 유리 박편은 이어서 금속, 예를 들면 티탄, 지르코늄, 크롬, 철, 니켈, 주석 또는 코발트의 염 용액으로부터 굴절률이 높은 반투명 금속 옥사이드의 외부 층의 침착을 수용한다.
사용 최적량은 상이한 유용한 작용제에 대해 다양할 것으로 생각되지만, 최적 결과물을 위해, 기핵 표면으로 침착되기 위해 필요한 금속 옥사이드 화합물의 양은 어느 정도 중요한 것으로 생각된다. 금속 옥사이드 화합물의 유용한 최소량은 유리 박편의 중량을 기준으로 약 0.2％ 이상의 금속 옥사이드 화합물이라 생각된다. 주석 옥사이드를 사용하는 경우, 바람직한 양은 0.5 중량％ 내지 2 중량％ 범위이지만, 35 중량％까지 또는 심지어 50 중량％까지의 더 많은 양이 사용될 수 있으며, 더 높은 수준에서는 품질이 일부 희생된다. 기핵 표면으로서 수화 TiO2를 사용하는 경우, 최적량은 상기 범위에서 낮은 부분 범위로 생각되며, 말하자면 0.4 중량％ 내지 1 중량％, 바람직하게는 0.4 중량％ 내지 0.5 중량％이다. 섬유상 알루미나의 최적량도 또한 상기 범위에서 낮은 부분 범위, 예를 들면 1 중량％ 내지 5 중량％이다.
대부분의 목적을 위해, 기핵 표면을 형성하는 바람직하고 가장 다용도인 금속 옥사이드 화합물은 주석 옥사이드 화합물이다. 편의상, 주석 옥사이드 화합물은 주석(Ⅳ) 옥사이드 (SnO2)로 생각되지만, 그의 정확한 특성이 공지되어 있지 않기 때문에, "주석 옥사이드 화합물"로 칭한다. 주석 옥사이드 화합물은 먼저 수화 옥시 염 (예를 들면, 옥시클로라이드)으로 침천되고, 불용화 단계 동안에 옥사이드로 대부분 전환될 것이다. 다양한 주석 염이 주석 옥사이드 화합물의 원료로 사용될 수 있으며, 주석(Ⅰ) 및 주석(Ⅳ) 염이 적용가능하다. 희석시 용액이 쉽게 가수분해되어 양전하의 고도의 콜로이드 현탁액을 형성하는 것이 많은 주석 염의 특징이다. 상기한 콜로이드 현탁액을 형성하는 현저한 경향은 주석 화합물을 제안한 사용시 매우 다용도로 만드는 특성인 것으로 생각된다. 주석 옥사이드 화합물의 기핵 표면의 불용화는 단리된 박편을 건조하거나 비교적 높은 온도로 슬러리를 가열함으로써 열에 의해 쉽게 수행될 수 있다.
수화 티탄 디옥사이드 또는 수화 지르코늄 디옥사이드의 기핵 표면의 성공적인 침착을 위해서는, 이러한 화합물의 콜로이드 현탁액의 형성이 주석 화합물의 경우처럼 쉽게 달성되지 않기 때문에 특별한 주의가 필요하다. 그러나, 이러한 수화 금속 옥사이드의 콜로이드 현탁액을 제조하는 기술은 잘 공지되어 있다. 예를 들면, 침천된 수화 티탄 디옥사이드가 가용성 염이 없도록 세척되고 임의의 잔여 산이 최종적으로 중화되는 경우, 생성 페이스트는 소량의 염산의 첨가에 의해 콜로이드 현탁액으로 쉽게 해교된다. 아세트산이 해교제로서 바람직한 것을 제외하고 유사한 기술이 수화 지르코늄 디옥사이드의 콜로이드 현탁액을 제조하는데 사용될 수 있다. 유리 박편을 이러한 콜로이드에 노출시킨 다음, 불용화를 위해 가열 처리함으로써 유효 기핵 표면이 생성된다. 또한, 박편을 티타닐 서플레이트의 매우 희석된 용액 (TiO2 함량을 기준으로 약 0.1％ 농도) 중에 슬러리화한 다음 거의 비등하도록 서서히 가열함으로써, 기핵 표면을 거의 즉시 침착시키면서 유리 박편의 존재하에 콜로이트 현탁액을 형성시키는 것이 가능하다. 수화 지르코늄 옥사이드의 기핵 표면은 또한 유사한 방식으로 침착될 수 있다. 섬유상 뵈마이트를 기핵 표면으로 사용하는 경우에는, 먼저 섬유상 뵈마이트를 물 중에서 세차게 교반하여 콜로이트 형태로 분산한 후 유리 박편을 이러한 콜로이트 현탁액 중에 슬러리화시키고, 물을 분리하고, 80℃ 이상의 온도에서 건조시키는 것이 필요하다. 섬유상 뵈마이트로서 공지되어 있는 상기 형태의 알루미나는 섬유상 뵈마이트 형태로 전환되지 않으며 희석 산 중에 쉽게 불용화되지 않는 통상적인 형태의 알루미나 수화물에 비해, 산 불용성 형태로 전환될 수 있는 양전하 콜로이드 현탁액을 형성하는 능력에 있어서 거의 유일하다.
처리된 유리 박편에 대해 사용되는 티탄 염의 양은 광범위하게 다양할 수 있으며, 단지 최종적인 옥사이드 코팅의 두께의 제어에 있어서 중요하다. 일반적으로, TiO2로 계산되는 사용량은 유리 박편 100부 당 약 4부 내지 약 40부의 범위이며, TiO2에 대한 바람직한 범위는 유리 박편 100부 당 약 4부 내지 20부의 범위일 수 있다. 물론, TiO2의 사용량은 침착층의 두께 및 생성 간섭색에 의해 반영된다. 하기 표 2는 TiO2에 대한 일련의 샘플의 분석을 명시한 것이며, 이는 유리 박편상에 실질적으로 침착되어 있는 TiO2의 양과 생성 간섭색 사이에 상관관계가 있음을 매우 잘 증명한다.
Figure pat00003
본 발명자는 층의 두께가 증가함에 따라 색이 다양한 제품을 제조하기 위해 외부 반투명층의 두께가 약 20 ㎚ 내지 약 250 ㎚의 범위로 다양화될 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 효과 안료에 대한 외부 처리가 바람직할 수 있다. 유용한 외부 처리의 예는 전체가 본원에 참조로 도입된 본원과 공동명의인 미국 특허 제5,156,889호, 제5,423,912호 및 동 제5,759,255호에 개시되어 있다.
본 발명의 제품은 모든 종류의 자동차 도료 적용에 사용된다. 예를 들면, 이러한 효과 안료는 모든 종류의 자동차 및 비자동차의 분무 도료에 매스 톤으로 또는 스타일링제로 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 효과 안료는 모든 클레이/포마이카/목재/유리/금속/에나멜/세라믹 및 비다공성 또는 다공성 표면상에 사용될 수 있다. 효과 안료는 코팅 조성물에 사용되거나 장난감 공업 또는 가정과 관련된 플라스틱 물품 내에 혼입될 수 있다. 이러한 효과 안료는 의류 및 카페트에 새로운 심미적 색을 제공하기 위해 섬유 내에 함유될 수 있다. 효과 안료는 신발, 고무 및 비닐/대리석 바닥재, 비닐 벽널, 및 모든 다른 비닐 제품의 외관을 개선하는데 사용될 수 있다. 또한, 이러한 색은 모든 종류의 모형제작 취미에 사용될 수 있다. 천연 질주 안료는 또한 결정질 구조의 파괴 없이 전체 고체 함량을 높이는 것이 불가능하며 온도, pH, 전단, 비용으로 인해 공업 적용에 제한적이다.
본 발명의 조성물이 유용한 상기한 조성물은 통상의 당업자에게 잘 공지되어 있다. 예에는 인쇄 잉크, 네일 에나멜, 래커, 열가소성 및 열경화성 재료, 천연 수지 및 합성 수지가 포함된다. 일부 비제한적인 예에는 폴리스티렌 및 그의 혼합 중합체, 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, 폴리아크릴 화합물, 폴리비닐 화합물, 예를 들면 폴리비닐 클로라이드 및 폴리비닐 아세테이트, 폴리에스테르 및 고무, 및 또한 비스코스 및 셀룰로오스 에테르로 제조된 필라멘트, 셀룰로오스 에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 예를 들면 폴리글리콜 테레프탈레이트 및 폴리아크릴로니트릴이 포함된다.
다양한 안료 적용에 대해 잘 정리된 도입을 위해, 문헌 [Temple C. Patton, editor, The Pigment Handbook, volume II, Applications and Markets, John Wily and Sons, New York (1973)]을 참조하기 바란다. 또한, 예를 들면 잉크에 대해 문헌 [R. H. Leach, editor, The Printing Ink Manual, Fourth Edition, Van Nostrand Reinhold (International) Co. Ltd., London (1988) (특히, 페이지 282-591)]; 도료에 대해 문헌 [C.H. Hare, Protective Coatings, Technology Publishing Co., Pittsburgh (1994) (특히, 페이지 63-288)]을 참조하기 바란다. 착색제의 양을 비롯하여 본 발명의 조성물이 사용될 수 있는 잉크, 도료 및 플라스틱 조성물, 제형물 및 비히클의 상기 문헌의 교시는 본원에 참조로 도입된다.
화장품 분야에서, 효과 재료는 모든 화장품 및 개인위생용품 적용 대상체는 물론 모든 규제 필요물(regulatory requirement)에 사용될 수 있다. 따라서, 효과 재료는 헤어 스프레이, 레그 메이크업, 곤충 기피 로션, 마스카라 케이크/크림, 네일 에나멜, 네일 에나멜 제거제, 향수 로션 및 모든 유형 (겔 또는 액상)의 샴푸에서 사용될 수 있다. 또한, 효과 재료는 면도 크림 (에어로졸, 무브러시, 비누거품을 위한 농축액), 피부 광택 스틱, 피부 메이크업, 헤어 그룸, 아이섀도 (액상, 포마드, 스틱, 압밀형 또는 크림), 아이라이너, 콜론 스틱, 콜론, 콜론 연화제(emollient), 버블배스, 바디 로션 (보습, 클렌징, 진통, 수렴), 애프터 쉐이브 로션, 애프터 배스 밀크 및 썬스크린 로션에서 사용될 수 있다.
화장품 적용의 개관을 위해, 본원에 참조로 도입된 문헌 [Cosmetics: Science and Technology, 2nd Ed., Eds: M.S. Balsam and Edward Sagarin, Wiley-Interscience (1972); deNavarre, The Chemistry and Science of Cosmetics, 2nd Ed., Vols 1 and 2 (1962), Van Nostrand Co Inc., Vols 3 and 4 (1975), Continental Press]을 참조하기 바란다.
본 발명을 더 예시하기 위해, 다양한 비제한적 예가 상기에 명시되었다. 여기서는, 또한 본 명세서 및 청구의 범위의 일치를 위해, 달리 명시하지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량에 의한 것이며, 모든 온도는 섭씨 온도이다.

Claims (1)

  1. 목적하는 크기 분포를 갖는 코팅된 합성 소판 기재로부터 제조된 효과 안료의 플라스틱, 화장품 및 특히 자동차 도료를 비롯한 조성물에서의 용도.
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