KR20170026530A - 염료 미세환경 - Google Patents

Abstract

별개의 호스트 상으로부터 분리되고 이의 내부에 분산된 최적화된 광변색 염료 미세환경.

Description

염료 미세환경 {DYE MICROENVIRONMENT}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2014년 6월 25일자, 발명의 명칭이 "광변색 염료 미세환경"인 미국 가출원번호 제 61/017,150호의 우선권을 주장하며, 상기 문헌은 본 명세서에 그 전체가 참조 문헌으로 포함된다.

발명의 분야

본 발명은 착색제에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 호스트 매질 내의 착색제 특성의 최적화에 관한 것이다.

광변색 염료(photochromic dye) 분자는 빛, 예컨대, UV 광을 흡수하여, 흔히 고리 열림에 의한, 열적으로 가역적인 입체 구조 변화 또는 이성질체화를 야기하고, 색 변화를 일으킨다. 이러한 결합 재배열은 염료 분자의 착색된 형태가 류코(leuco), 또는 무색 형태의 염료와 상이하고, 종종 이보다 더 큰 부피를 차지하게 한다.

표현된 색상 또는 활성화 및 변색 속도를 포함하는 광변색 염료의 거동 특성은 모두 염료 분자의 구조의 세부 사항에 의존한다. 결과적으로, 염료 색상, 활성화 및 변색 속도는 특정 염료 분자의 구조적 속성을 변화시킴으로써 독립적으로 제어하기에 어려움이 있으며, 즉, 염료 분자 상의 치환기를 변경하여 변색 속도를 증가시키는 것은 또한 일반적으로 활성화된 염료 분자의 색상 또한 변경될 것이며, 그 반대의 경우도 마찬가지일 것이다. 상이한 염료 구조의 합성을 통한 염료 특성의 미세-조정 및 이러한 거동의 평가는 길고 힘든 작업이며, 결정적으로 이러한 특성을 정확하게 예측하기 어렵다.

따라서, 당업계에는 다양한 응용 및 환경 조건에서 광변색 염료 거동을 제어하고 최적화하기 위한 고도로 제어 가능한, 견고한 기법에 대한 필요성이 존재한다

본 발명의 하나의 구체예는 실질적으로 염료 분자 합성 보다 더욱 편리하고, 주어진 염료의 거동 속성을 독립적으로 변경하고 제어하도록 사용될 수 있는 광변색 염료 최적화 및 특성 제어를 제공한다. 구체적으로, 염료 주변의 미세환경(microenvironment)을 제어함으로써, 염료의 색상 및 활성화/변색 속도가 바람직하게 조정될 수 있다.

본 발명의 특정 구체예는 주위 또는 호스트 매트릭스로부터 염료 미세환경을 분리를 추가로 제공한다. 특정한 적용에서, 염료 미세환경의 바람직한 성분은 염료-미세환경이 사용되는 벌크 매트릭스의 성능 특성을 제한할 수 있다. 바람직한 미세환경으로 둘러싸인 염료를, 최종 용도 적용을 위해 고안된 연속 호스트 매트릭스 상 내의 분산상으로 분리함으로써, 염료 및 호스트 매트릭스, 둘 모두의 원하는 성능 특성은 독립적으로 최적화 될 수 있다.

본 발명의 구체예가 구현 가능한 상기 및 다른 양태, 특징 및 이점은 다음의 본 발명의 구체예의 설명, 첨부하는 도면으로 만들어진 참조로부터 명백해질 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 매트릭스 유리 전이 온도의 조작에 의한 염료 색상 응답의 최적화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 매트릭스 유리 전이 온도의 조작에 의한 염료 활성화 및 변색 속도의 최적화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 매트릭스 유리 전이 온도의 조작에 의한 염료 변색 속도의 최적화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 매트릭스 용매의 조작에 의해 염료 색상 응답 및 반감기의 최적화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 매트릭스 용매의 조작에 의해 염료 색상 응답 및 반감기의 최적화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 6A 및 6B는 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 극성 공용매의 조작에 의해 염료 색상 응답의 최적화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 아크릴레이트 공중합체 중 HEMA의 조작에 의해 염료 색상 응답의 최적화의 예시를 도시하는 그래프이다.
도 8A-8C는 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 상이한 온도에서 매트릭스들의 조작에 의해 염료 활성화 및 변색의 최적화의 예를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 동적 응답성 염료/착색제 층의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 분산상의 단면도이다.

본 발명의 특정 구체예가 첨부하는 도면을 참조하여 설명될 것이다. 다수의 상이한 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 구체예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며; 오히려, 이러한 구체예는 본 개시가 철저하고 완전해질 수 있도록 제공되며, 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달할 것이다. 첨부하는 도면에 도시된 특정 구체예의 상세한 설명에 사용된 용어는 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 도면에서, 동일한 번호는 동일한 요소를 나타낸다.

명확성을 위해, 다음의 개시에서, 용어 "염료(dye)" 또는 "착색제(colorant)"는 UV 광과 같은 영원한 자극에 반응하여 영구적 또는 일시적 (동적) 색상을 나타내는 가시광선을 흡수하는 화합물을 광범위하게 포함하며, 더욱 구체적으로, 광변색, 전기변색, 액정, 비-광변색 착색, 및 착색 특성 또는 유형-특성을 가지는 분자 및 화합물을 포함한다.

용어 "미세환경(microenvironment)"는 염료 또는 착색제 바로 근처에 있거나, 근처를 둘러싼 가장 가까운 이웃에 있는 성분을 지칭한다. 이러한 성분은, 일반적으로, 염료 또는 착색제가 수소 결합과 같은 직접적인 접촉을 통해, 또는 쌍극자-쌍극자 상호작용과 같은 특별한 상호작용을 통해, 염료 또는 착색제의 거동에 영향을 미치기에 충분히 가까운 것으로 고려된다. 염료 미세환경은 또한 용어 "용매화 껍질(solvation shell)"에 의해 기재될 수 있으며, 보통 용액 내 이온 또는 분자를 직접적으로 둘러싸는 물질의 부피를 설명하기 위해 사용된다. "미세환경"의 성분은 중합체 분절, 예컨대, 큰 분자의 일부; 가소제, 예컨대, 올리고머 또는 중합체 분절의 거동을 변형시킬 수 있는 다른 분자; 및/또는 중합체 분절, 가소제 및/또는 염료 또는 착색제 또는 이의 일부의 이동도를 추가로 변형시킬 수 있는 용매 분자를 포함할 수 있다.

예를 들어, 흔한 식용 소금, 소듐 클로라이드 (NaCl)와 같은 염 용액에서, 또는 커피 중 설탕과 같은 설탕 용액에서, 물은 공간을 통한 쌍극자-쌍극자 상호작용, 또는 직접적인 결합을 통한 수소 결합을 안정화 상호작용을 제공함으로써, 결정의 개별적인 이온 (Na+, Cl-) 또는 글루코스 분자 (C₆H₁₂O₆)를 용해(분리)하여, 결정이 개별적인 이온 또는 분자으로 분해되는 것을 에너지적으로 유리하게 만든다.

용어 "염료 매트릭스(dye matrix)" 또는 "착색제 매트릭스(colorant matrix)"는 일반적인 용어이며, 미세환경 및 염료 분자 바로 주변 및/또는 멀리 떨어져 존재할 수 있는 다른 성분을 포함한다. 염료 매트릭스는 염료 응답에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 염료 매트릭스는 하기 더욱 상세히 기재되는 바와 같이 염료 매트릭스의 유리 전이 온도를 통한 염료의 활성화 및 변색 속도에 영향을 미칠 수 있다. 염료 매트릭스는 또한 쌍극자-쌍극자 또는 수소 결합 상호작용을 통해 존재하고 염료 분자와 상호작용을 할 수 있는 화학 기능성 그룹에 기초한 효과 또는 상호작용을 통한 염료 반응에 영향을 미칠 수 있다.

용어 "분산상(dispersed phase)"은 염료 또는 착색제 및 "착색제 미세환경" 및 "착색제 매트릭스"를 포함하는 연속상 내에 별개의 분리된 영역을 지칭한다. 비유로써, 성형된 젤라틴 과일 샐러드를 떠올려본다. 과일은 분산상과 유사하며, 젤라틴은 연속상과 유사할 것이다. 또 다른 실시예는 콘크리트 내의 골재이다; 골재 또는 자갈은 분산상과 유사하며 시멘트는 연속상과 유사하다.

용어 "연속상" 및 "호스트 매트릭스"는 상호 교환적으로 사용 가능한 용어이며, 하나 이상의 염료 분자가 분산 또는 용해된 개별적인 분산상 구조 또는 입자 주위 또는 이를 포함하는 연속 중합체 상과 같은 조성 또는 벌크 상을 지칭한다. 연속상은 용매화 껍질보다 염료 분자로부터 더 멀리 떨어져 있으며, 염료가 별개의 분산상 미세환경 내에 있는 한, 염료 거동 상에 직접적으로 거의 영향을 미치지 않을 것이다. 연속 호스트 매트릭스 상 열-기계적 성질의 벌크 성질이 매트릭스 거동을 지배하기 위해, 연속상은 일반적으로 분산상의 당량 또는 더 큰 부피%로 존재해야 한다.

염료 활성의 최적화

대략적으로 말하면, 본 발명의 특정 구체예에서, 광변색 염료 미세환경 특성은 다른 특성 중에서도 광변색 염료 색상, 온도 민감성, 활성화 (k ₁ ) 및 변색 또는 붕괴 (k ₂ ) 속도를 독립적으로 제어하도록 조작된다.

광변색 염료 미세환경의 제어 가능한 하나의 특성은 광변색 염료를 직접적으로 둘러싼 염료의 유리-전이 온도이다. 염료 매트릭스 유리-전이 온도는 활성화 (k ₁ ) 및 붕괴 (k ₂ )에 대한 염료 분자의 응답 속도에 영향을 미친다.

예를 들어, 주위 온도보다 실질적으로 높은 유리-전이 온도를 가지는 염료 매트릭스에서, 자외선, UV, 방사선이 류코 염료 형태에 의해 흡수될 때, 염료 분자 주위의 국부적인 중합체 분절가 "길을 비켜주는" 능력이 감소되고, 염료 분자를 착색된 형태로 고리-개방하는 능력을 억제한다(k₁ 감소). 중요하게도, 이것이 또한 본래의 류코 형태로 가역적인 고리 폐쇄를 거치는 이의 능력을 방해한다(k₂ 감소). 반대로, 염료 매트릭스의 유리-전이 온도가 UV 활성화가 일어나는 주위 온도보다 실질적으로 낮은 경우, 염료 매트릭스 내 분절 운동이 빨라지고, 염료 분자는 착색된 형태로 입체 구조를 변경하거나 직접적인 환경에 의해 저항이 적은 류코 형태로 다시 돌아갈 수 있다 (k₁ 및 k₂ 모두 증가).

광변색 염료 미세환경의 제어 가능한 두 번째 특성은 광변색 염료를 직접적으로 둘러싼 염료의 극성이다. 염료 매트릭스 극성은 특정 염료의 색상 응답에 부분적으로 영향을 미친다. 염료 매트릭스 극성은 색상 응답의 강도에 영향을 미치며, 예컨대, 보다 극성인 (또는 수소 결합인) 환경은 보다 중성인 색상을 야기한다.

이론에 제한되지는 않지만, 이러한 제어된 특성은 염료 분자가 용매 의존 발색 현상(solvatochromism)의 일종인, 바로 주변을 둘러싼 분자와 상호작용함으로써 염료 분자 성능에 부분적으로 영향을 미친다. 염료 분자에 가장 가까운 "용매화 껍질" 내의 염료 매트릭스 분자는 염료 분자 내 존재하는 기능성 그룹과 화학적으로 상호작용할 수 있다. 이러한 상호작용은 쌍극자-쌍극자 상호작용에서와 같이, 예를 들어 수소 결합을 통한 "직접 접촉"에 의해 공간을 통해 이루어질 수 있다. 두 경우 모두, 이러한 상호작용은 염료에 의해 흡수된 파장에 영향을 미치는 염료 분자 내의 전자 분포의 세부 사항을 미묘하게 변경시켜, 류코 및 착색된 형태에서 이의 UV 및 가시 스펙트럼을 변화시킨다.

미세환경은 염료 색상 응답의 강도에 영향을 미치며, 여기서 보다 강하게 상호작용하는 용매화 껍질 (극성 또는 수소 결합)은 보다 중성 색상을 야기하고, 일부 경우에는 염료의 염료 활성화 (k ₁ ), 및 특히 붕괴 속도 (k ₂ , 반감기 t_1/2로서 나타남)에 영향을 미칠 수 있다.

염료 최적화 실시예 1: 모델 염료 매트릭스 유리 전이 온도가 염료 활성화 및 변색 속도에 미치는 영향

단일 성분 광변색 나프토피란(naphthopyran) 염료를 n -뷰틸 및 t -뷰틸 아크릴레이트 단량체 혼합물을 포함하는 일련의 모델 아크릴 공중합체로부터 제조된 라미네이트에서 시험하였으며, 염료 색상 응답은 매우 유사했지만, 염료 활성화 및 변색 속도는 시험 온도 및 매트릭스 유리-전이 온도 모두에 매우 의존하였다. 시험은 0, 10, 22 및 35 섭씨 온도에서 수행하였고; 매트릭스 유리 전이 온도는 -42 °C 내지 +47 °C 범위였다. 결과는 도 1, 2 및 3에 그래프로 요약된다.

이러한 결과는 (a) 염료 매트릭스 유리-전이 온도는 색상에 거의 영향을 미치지 않으며, (b) 염료 매트릭스 유리-전이 온도는 가장 빠른 활성화 및 변색 속도를 나타내는 시험 온도보다 훨씬 낮아야 함을 명백하게 입증한다.

염료 최적화 실시예 2: 염료 응답에 대한 화학적 환경의 영향; 용매 모델

단일 성분 광변색 나프토피란 염료를 상이한 화학적 환경 (0.20 중량% 염료 및 1 밀리미터 경로 길이)에 존재하는 다양한 용매에서 시험하였으며, 이는 도 4에 도시된 바와 같은 광범위한 색상 응답, 뿐만 아니라 반감기 (t_1/2)"를 특징으로 하는 3 배 범위의 변색 속도를 나타냈다. 임의의 주어진 용매에서, 0 또는 22 섭씨 온도에서 시험되는지에 여부에 따라, 색상은 매우 유사하지만, 변색 속도는 보다 낮은 시험 온도에서 모두 감소하였다.

유사하게, 선택된 용매에서 시험된 또 다른 단일-성분 광변색 염료는 4 배 범위 이상의 변화된 반감기를 가지는 상이한 색상 응답을 나타냈다 (도 5).

두 개의 혼합된 용매 시스템 (메탄올 또는 물을 첨가한 THF)에서, 극성 공용매 수준이 증가함에 따라 염료 색상의 체계적인 변화가 관찰되었다. 염료 활성화 속도 또는 변색 반감기에 대한 유의한 차이는 발견되지 않았다(도 6A 및 6B):

상기 예시들은 보다 극성인 환경, 또는 강한 수소 결합이 가능한 환경에서, 염료가 가장 중성인 색상을 나타내는 반면, 극성이 덜한 환경에서 염료는 가장 강하게 착색됨을 입증하며, 이는 색 공간 좌표에서 반지름의 길이(a* 및 b* 값)에 의해 도시된다.

염료 최적화 실시예 3: 염료 응답에 대한 화학적 환경의 영향; 중합체 매트릭스 모델

유사한 낮은 유리-전이 온도 (-25 ± 4 섭씨 온도)를 가지지만, 가변적인 극성/수소 결합 능력을 가지는 일련의 삼원 중합체를, n -뷰틸/ t -뷰틸 아크릴레이트 및 2-하이트록시에틸 메타크릴레이트 (HEMA)의 혼합물로부터 제조하였다. 염료를 이러한 공중합체 용액에 첨가하여 이를 폴리카보네이트 필름 사이에 적증하고, UV-가시광선 분광 분석법에 의한 색상 응답 (도 7), 0, 10, 22, 및 35 섭씨 온도에서의 활성화 및 변색 속도를 평가하였다(도 8A-8C). 명확성을 위해 10 몰 % HEMA 필름은 도면에서 제외된다.

염료 활성화 및 변색 속도 (t_{1/ 2})는 임의의 시험 온도에서의 모든 라미네이트에 대해 유사하지만 (도 8A-8C), HEMA 함량이 높을수록, 색상이 보다 중성으로 나타났다(보다 작은 값의 a* 및 b*): 혼합된 용매 모델에서 관찰된 색상 경향이 중합체 매트릭스로 변환되었다.

염료 매트릭스

본 발명의 특정 구체예는 하나 이상의 염료 및 염료(들)의 색상 및 활성화 및 변색 응답을 독립적으로 제어하도록 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하는 염료 매트릭스, 및 하나 이상의 염료 개질제를 포함하는 조성물을 사용한다.

착색제 또는 염료는 영구적 또는 동적일 수 있다. 영구 착색제는 전통적인 염료 및 상이한 빛 또는 자기 환경 하에서 색상 또는 정렬을 변경할 수 있는 조건등색(metameric) 및 자성(magnetic) 안료를 비롯한 안료를 포함한다. 영구 착색제는 일반적으로 가용성 염료이지만, 또한 충분히 작은 입자 크기를 가지는, 예를 들어, 10 나노미터 미만의 안료일 수 있다. 이러한 영구 착색제는 입자 크기 요건을 고려하고 헤이즈를 제어하여 택일적으로 연속상 내에 혼입될 수 있다.

동적 착색제는 예를 들어, 임의의 적절한 광변색 화합물일 수 있다. 예를 들어, 용액 상태에서 분자적으로 분산된 경우, 유기 화합물은, 특정 빛 에너지 (예컨대, 옥외의 햇빛)에 노출되는 경우 활성화(어둡게)되고, 빛 에너지가 제거될 때 표백된다. 이러한 화합물은 벤조피란, 나프토피란, 스파이로벤조피란, 스파이로나프토피란, 스파이로벤조옥사진, 스파이로나프토옥사진, 풀기드(fulgide) 및 풀기미드(fulgimide)로부터 선택될 수 있다. 이러한 광변색 화합물은 예를 들어, 미국 특허 5,658,502, 5,702,645, 5,840,926, 6,096,246, 6,113,812, 및 6,296,785; and 미국 특허 출원 10/038,350에 보고되어 있으며, 본 발명과 동일한 양수인에게 모두 공동 양도되었으며, 모든 특허는 본 명세서에 참조 문헌으로 포함된다.

확인된 광변색 화합물 가운데, 나프토피란 유도체가 착색을 위한 우수한 양자 효율, 우수한 감도 및 포화된 광학 밀도, 허용 가능한 표백 또는 변색 속도, 가장 중요하게는 안경류에 사용하기 위한 우수한 피로 거동을 나타낸다. 이러한 화합물은 400 나노미터에서 700 나노미터까지의 가시 광선 스펙트럼을 커버할 수 있다. 이에 따라, 활성화된 상태에서 보색을 가지는 둘 이상의 광변색 화합물을 혼합함으로써 중성 회색 또는 갈색과 같은 원하는 블렌딩된 색을 획득할 수 있다.

특정 구체예에서, 염료의 색상을 변화시키는 특정 미세환경에서 다양하게 착색된 염료의 사용하여 중성 회색 색상을 생성하는 것은 특정 미세환경에서 작은 a* 및 b* 값이 관찰되어 활성화되는 경우 달성된다.

적절한 염료는 다음의 일반 화학식으로 나타나는 나프토[2,1b]피란 및 나프토[1,2b]피란을 포함한다:

본 발명의 특정 구체예에서, 착색제는 하나 이상의 광변색 염료 및 선택적으로, 하나 이상의 영구적 염료 및/또는 안료를 포함한다. 특정 구체예에서, 착색제는 오직 영구적 염료 및/또는 안료만을 포함한다.

본 발명의 특정 구체예에서, 염료 매트릭스 유리 전이 온도는 원하는 적용 온도에 따라 염료 광학 밀도를 최대화 (염료 어두운 상태를 최적화)하도록 조정된다. 염료 매트릭스는 예를 들어, 독립적으로 유리 전이 온도 및 극성/수소 결합 특성을 통한 염료(들)의 색상, 활성화 및 변색 응답을 독립적으로 변형시킬 수 있는 구조적 속성을 가지는 하나 이상의 (공)단량체의 (공)중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 염료 매트릭스 (공)중합체는, 예를 들어, 최종 용도 적용을 위해 최적화된 활성화 및 변색 속도를 제공하도록 선택된 유리 전이 온도를 가지는 (공)중합체를 제공하는 (공)단량체를 포함할 수 있다.

염료 매트릭스 (공)중합체가 합성되는 (공)단량체는, 예컨대 하이드록실 및 에터 그룹 (R-OH 및 R₁-O-R₂), 에스터 그룹 (R_a-[C=O]-OR_b), 케톤 그룹 (R_a-[C=O]-R_b), 아민 그룹 (R_aNHR_b), 나이트로 그룹 (R-NO₂), 카보네이트 그룹 (R_aO-[C=O]-OR_b), 아마이드 그룹 (R_aNH-[C=O]-R_b), 우레탄 그룹 (R_aNH-[C=O]-OR_b), 우레아 그룹 (R_aNH-[C=O]-NHR_b), 이미드 그룹 (R_a-[C=O]-NH-[C=O]-R_b), 하이드라자이드, 세미카바자이드 및 세미카바존 그룹 (R_a-[C=O]-NH-NHR_b, R_a-NH-[C=O]-NH-NHR_b 및 R_aNH-[C=O]-NH-N=CR_bR_c), 싸이올 및 싸이오에터 그룹 (R-SH 및 R_aSR_b), 설폭사이드 및 설폰 그룹 (R_a-[S=O]-R_b 및 R_a-[SO₂]-R_b), 에스터 그룹 (R_a-[SO₂]-OR_b), 포스핀 및 포스핀 옥사이드 (R_aR_bR_cP 및 R_aR_bR_cP=O), 에스터 (R_a[R_bO]-P[=O]-OR_c), 포스페이트 에스터 ([RO]₃P=O), 등과 같은 구조적 속성을 사용하고, 이들은 극성이며 (높은 유전 상수를 가짐), 수소 결합을 공여 및/또는 수용함으로써 예를 들어, 광변색 염료와 상호작용할 수 있다. 본 명세서에 사용된, "R" 그룹의 구조적 정의는 유기 및 고분자 화학의 정의를 따른다. "R"은 명시되지 않은 구성으로 함께 결합한 탄소 및 수소를 주로 포함하는 일반 구조를 나타내도록 사용되는 약식의 규칙이다. 이러한 문맥에서, 그룹 R은 독립적으로 선택되며, 동일하거나 상이할 수 있고, 다수의 경우에, 둘 중 하나의 R 그룹은 수소 원자일 수 있다.

색상 변형 극성 구조적 속성을 사용하는 (공)중합체는 중합체가 제조되는 둘 이상의 단량체 사이의 연결부(connector)로서, 또는 바람직하게, (공)단량체 내의 둘 이상의 구조적 그룹을 연결하는 연결부로서, 더욱 바람직하게, 말단 그룹 (공)단량체 내의 말단 그룹으로서 존재할 수 있다.

본 발명의 특정 구체예는 독립적으로 중합체 유리 전이 온도의 변형을 통한 염료(들)의 색상, 활성화 및 변색 응답의 변형이 가능하고, 고도의 국소적인 극성/수소 결합 특성을 보유하는 극성 구조적 속성을 포함하는 추가적인 첨가제를 사용한다. 이러한 첨가제는 중합체 염료 매트릭스의 유리 전이 온도를 낮추거나 올리도록 작용할 수 있다. 이러한 극성 구조적 속성은 하이드록실 및 에터 그룹 (R-OH 및 R₁-O-R₂), 에스터 그룹 (R_a-[C=O]-OR_b), 케톤 그룹 (R_a-[C=O]-R_b), 아민 그룹 (R_aNHR_b), 나이트로 그룹 (R-NO₂), 카보네이트 그룹 (R_aO-[C=O]-OR_b), 아마이드 그룹 (R_aNH-[C=O]-R_b), 우레탄 그룹 (R_aNH-[C=O]-OR_b), 우레아 그룹 (R_aNH-[C=O]-NHR_b), 이미드 그룹 (R_a-[C=O]-NH-[C=O]-R_b), 하이드라자이드, 세미카바자이드 및 세미카바존 그룹 (R_a-[C=O]-NH-NHR_b, R_a-NH-[C=O]-NH-NHR_b 및 R_aNH-[C=O]-NH-N=CR_bR_c), 싸이올 및 싸이오에터 그룹 (R-SH 및 R_aSR_b), 설폭사이드 및 설폰 그룹 (R_a-[S=O]-R_b 및 R_a-[SO₂]-R_b), 에스터 그룹 (R_a-[SO₂]-OR_b), 포스핀 및 포스핀 옥사이드 (R_aR_bR_cP 및 R_aR_bR_cP=O), 에스터 (R_a[R_bO]-P[=O]-OR_c), 포스페이트 에스터 [RO]₃P=O), 등을 포함하며, 이들은 극성이며 (높은 유전 상수를 가짐), 수소 결합을 공여 및/또는 수용함으로써 동적 응답성 염료와 상호작용할 수 있다.

본 발명의 특정 구체예에서, 염료 매트릭스는 하나 이상의 개질제를 추가적으로 사용한다. 분산상에서 단일 미세환경 개질제의 사용에 대한 제한은 없다. 하나 이상의 개질제-포함의 분산상은 연속상 내에 존재할 수 있고, 각각의 유형은, 염료 미세환경 및 광변색 염료 또는 염료의 색상 응답 특성을 변경하기 위해 색상, 하나 이상의 개질제를 추가적으로 변형시키도록 하나 이상의 광변색 염료, 영구적 염료 또는 안료를 포함한다. 이에 따라, 분산상은 상이한 개질제와 동일한 또는 상이한 착색제의 조합에 기초하여, 상이한 특성 색상, 온도 민감성, 활성화 또는 변색 속도를 가지는 각각의 유형의 분산상들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이것이 최적화된 색상을 제공할 뿐만 아니라, 활성 및 비-활성 상태 사이의 변화 속도를 최적화할 수 있다. 이러한 분산상의 사용은 통상의 가시광선 하에서는 색상이 없거나, 어느정도 색상을 가지는 제품을 제공할 수 있으며, 이는 UV 조사 후 추가적인 색상을 받아들이고, 활성화하는 UV 빛의 제거 이후 본래의 무색 또는 착색된 상태로 돌아가 변색할 것이다.

두 가지 주요 유형의 염료 개질제가 사용될 수 있다. 하나의 유형은, 일반적으로 액체이지만, 또한 반고체 또는 고체일 수도 있는 전기적으로 중성인 분자인 "용매"로서 광범위하게 기재될 수 있고, 다른 유형은 일반적으로 고체이지만, 또한 액체 ("이온성 액체")일 수도 있는 이온성 화합물 (염)으로서 광범위하게 기재될 수 있다. 이러한 개질제는 광변색 및 전통적인 영구적 염료와 상용성이 있어, 실질적으로 이들과 혼화성이 있으며, 별개의 상을 형성하지 않는다. 이들은 별도의 염료-함유 상의 최종 외관 및 거동을 달성하기 위해 원하는대로 개별적으로 또는 혼합물로 사용될 수 있다.

용매 유형의 개질제는 대표적인 액체 용매, 예컨대 일반적인 알코올, 에터, 산, 에스터, 지방족, 방향족, 아민 등을 포함할 수 있다. 대표적인 용매는 일반적으로 저분자량을 가지며, 끓는점을 또한 특징으로 함을 주의한다. 낮은 끓는점의 용매는 휘발성(fugitive)이며, 높은 끓는점의 용매는 잔류성(persistent)이다. 휘발성 용매는 온화한 조건하에서 용이하게 증발하고 일반적으로 약 200 달톤 미만의 낮은 분자량을 가지는 경향이 있는 반면, 잔류성 용매는 용이하게 증발하지 않고, 200 달톤 이상의 높은 분자량을 가지는 경향이 있다.

특정 구체예에서, 분산상은 영구적인 쌍극자 모멘트를 가지거나 수소 결합을 공여 및/또는 수용할 수 있는 형태로 탄소 (C), 수소 (H), 산소 (O), 질소 (N), 황 (S), 및 인 (P)의 원소 조합을 주로 포함하는 용매 유형의 미세환경 개질제를 포함한다.

또한, 잔류성 용매는 높은 극성 또는 강한 수소 결합을 형성하는 강한 경향과 같은 특정한 구조적 속성을 가질 수 있으며, 이것은 낮은 분자량의 물질이 이의 분자량에 대해 특별히 높은 끓는점을 가지도록 할 것이다. 이러한 개념을 입증하는 두 가지 재료는 높은 극성 및 수소 결합된 네트워크를 형성하는 강한 경향 모두에 기여하는 세 개의 알코올 (R-OH) 그룹을 가지며, 단지 92 달톤의 낮은 분자량, 및 290 섭씨 온도의 끓는점을 가지는 글리세린(잔류성); 및 극성이 아니며, 수소 결합을 할 수 없고, 유사한 100 달톤의 낮은 분자량 및 단지 98 섭씨 온도의 끓는점을 가지는 헵테인 (휘발성)을 포함한다.

추가적인 적절한 개질제는 1,4-뷰탄 다이올, 벤질 알코올, 뷰틸 3-하이드록시뷰틸레이트, 헥사데케인, 다이메틸 설폭사이드, 설포레인, N,N-다이메틸폼아마이드, 사이클로헥산온, 메틸 3-헵탄온, 1-(2-하이드로에틸)-2-피롤리돈, 클로로벤젠, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜탄온, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에터, 및 트리헥실아민을 포함할 수 있다.

또한 이러한 부류 내에 속하는 재료는 일반적으로 "가소제"로서 공지되어 있으며, 일반적으로 약 300 달톤 초과의 높은 분자량을 가지며, 중합체를 연화시키는 것으로 공지되어 있다. 가소제는 액체, 수지, 반고체 또는 심지어 고체일 수 있으며, 이들이 가소화하는 중합체와의 전체적인 혼화성을 주요 특성을 가진다. 이러한 부류의 추가적인 구성원은 올리고머, 예컨대 폴리에터, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리아마이드 등을 포함하며, 이들은 단량체 구조 및 올리고머에 혼입되는 단량체의 수에 따라 약 500 달톤 초과의 분자량을 가진다. 적절한 가소제는 뷰틸 스테아레이트, 뷰틸 벤조네이트, 글리세롤 모노리시놀레이트, 다이아이소노닐 프탈레이트, 벤질 카바메이트, 리시놀레 산, 올레산, 폴리프로필렌 글리콜 1000, 및 트리메틸올프로페인 에톡실레이트를 포함한다.

효과적인 광변색 염료 용매 유형의 개질제 내 존재하는 화학적 기능성 그룹의 예로는 하이드록실 및 에터 그룹 (R-OH 및 R_a-O-R_b), 에스터 그룹 (Ra-[C=O]-OR_b), 케톤 그룹 (R_a-[C=O]-R_b), 아민 그룹 (R_aNHR_b), 나이트로 그룹 (R-NO₂), 카보네이트 그룹 (R_aO-[C=O]-OR_b), 아마이드 그룹 (R_aNH-[C=O]-R_b), 우레탄 그룹 (R_aNH-[C=O]-OR_b), 우레아 그룹 (R_aNH-[C=O]-NHR_b), 이미드 그룹 (R_a-[C=O]-NH-[C=O]-R_b), 하이드라자이드, 세미카바자이드 및 세미카바존 그룹 (R_a-[C=O]-NH-NHR_b, R_a-NH-[C=O]-NH-NHR_b 및 R_aNH-[C=O]-NH-N=CR_bR_c), 싸이올 및 싸이오에터 그룹 (R-SH 및 R_aSR_b), 설폭사이드 및 설폰 그룹 (R_a-[S=O]-R_b 및 R_a-[SO₂]-R_b), 에스터 그룹 (R_a-[SO₂]-OR_b), 포스핀 및 포스핀 옥사이드 (R_aR_bR_cP 및 R_aR_bR_cP=O), 에스터 (R_a[R_bO]-P[=O]-OR_c), 포스페이트 에스터 [RO]₃P=O), 등을 포함하며, 이들은 극성이며 (높은 유전 상수를 가짐), 이들은 수소 결합을 공여 및/또는 수용함으로써 광변색 염료와 상호작용할 수 있다.

두 번째 유형의 개질제는 광변색 염료 응답 속성에 영향을 미치기 위해 쌍극성 상호작용을 통한 추가적인 공간을 제공하며, 영구적으로 하전된 (이온성) 물질의 첨가에 의해 도입될 수 있다. 이러한 이온성 유형의 미세환경 개질제는 일반적으로 둘 이상의 성분을 포함하는 염으로 간주되며, 상기 각각은 영구적인 전하를 가지며 중성 물질을 형성하도록 함께 균형을 맞춘다. 예를 들어, 하나의 부분은, 단일 원자 예컨대 리튬 (Li

), 소듐 (Na

), 포타슘 (K

), 칼슘 (Ca

) 및 마그네슘 (Mg

)과 같은 금속 양이온 상에, 또는 암모늄 (R₄N

) 또는 포스포늄 (R₄P

) 이온과 같은 공유 결합된 원자의 클러스터 상에 하나 이상의 양전하를 띈다. 가장 바람직한 양이온은 작은 이온 반경 및 높은 전하 밀도를 가지며, 특히 리튬, 소듐, 마그네슘 및 칼슘 양이온이다. 다른 부분은 단일 원자, 예컨대 할라이드 음이온 플루오린 (F

), 클로린 (Cl

), 브로마인 (Br

) 및 아이오딘 (I

)과 같은 단일 원자 상에, 또는 테트라플루오로보레이트 (BF₄

), 헥사플루오로포스페이트 (PF₆

), 및 톨루엔 설포네이트 (H₃CPhSO₃

)와 같은 원자의 클러스터 상에 단일 음전하를 띄거나, 프탈산 2가 음이온 (Ph{-[C=O]O

}₂), 등과 같이 다수의 공유 결합된 원자의 클러스터 상에 다중 음전하를 띄고, 필요에 따라 이온성 개질제 내 양전하 및 음전하의 균형을 맞춘다. 분산상에서 용해도를 개선하기 위해, 낮은 전하 밀도를 사용하는 음이온, ㅇ{컨대 브로마이드 및 특히 아이오다이드, 테트라플루오로보레이트 또는 헥사플루오로포스페이트, 또는 유기물, 예컨대 p-톨루엔 설포네이트, 등이 사용될 수 있다. 이러한 개질제는 존재하는 광변색 염료의 양에 따라 유사한 몰의 양으로 사용된다.

사용되는 분산상에 존재하는 염료 미세환경 개질제의 양은, 물품 내의 원하는 정도의 활성화된 색상, 예를 들어 UV 활성화된 색상의 변형을 형성하기에 충분하다. 따라서, 존재하는 개질제의 전체 양은, 물품 내에서, 예를 들어, 광변색 염료를 활성화하기 위해 빛이 이동하는 통로 길이의 약 마이크로미터 당 100 백만분율 내지 약 마이크로미터 당 10,000 백만분율이다. 일반적으로, 몰 기준으로 염료보다 많은 개질제 기능성 그룹이 존재할 것이다. 개질제의 양은 개질제 및 광변색 염료 유형, 이들의 분자 또는 기능성 그룹 당량, 광변색 염료의 흡광 계수, 염료와 개질제 사이의 상호작용의 정도 및 유형, 원하는 색상 변화의 양, 영구적 염료 또는 안료와 같은 다른 착색제의 존재, 및 이들의 흡광 계수 등에 따라 가변적일 것이다. 예를 들어, 염료 미세환경 가소제의 양 및 낮은 휘발성의 용매는 0 중량% 내지 100 중량%, 또는 20 중량% 내지 40 중량% 범위일 수 있다.

상기 기재된 첨가제가 예를 들어, 색상 및 활성에 관한 광변색 염료 속성을 변형시키는 것 이외에도, 이러한 첨가제는 또한 영구적 염료 및 안료로부터 인지되는 색상/색조를 변형시켜, 본 발명의 조성물을 포함하는 물품의 외관 및 성능을 제어하는 또 다른 메커니즘을 제공할 수 있다.

염료 매트릭스의 분리

본 발명의 특정 구체예에서, 염료 색상 및/또는 다른 특성을 제어하기 위해 선택된 성분을 포함하는 분산상은, 벌크 조성물의 화학적-열적-기계적 성질을 제어하기 위해 선택된 성분을 포함하는 연속상 내에 분산된다. 명확성을 위해, 용어 "연속상"은 또한 "호스트 매트릭스"로 이해될 것이다.

실제로, 염료 성능을 위한 바람직한 미세환경 및 또는 매트릭스는 목표의 적용에서 연속상의 바람직한 성능 특성을 제공하지 않을 수 있다. 예를 들어, 가장 빠른 염료 색상 붕괴 속도는 유리-전이 온도가 낮은 미세환경에서 발생한다. 그러나, 낮은 유리-전이 온도가 낮은 연속상은, 잠재적으로 상응하는 낮은 기계적 강도로 인해 전단 또는 다른 힘으로 벌크 호스트 매트릭스 파손을 초래할 수 있기 때문에, 고온 사용 환경에 적합하지 않을 수 있다. 결과적으로, 이러한 예시에서 염료 및 호스트 매트릭스의 성능에 대한 주요 요건은 양립할 수 없다: 물품의 혹독한 사용 조건을 만족하기 위해 최적화된 호스트 매트릭스는 광변색 염료의 적절한 성능을 제공하지 못하고, 그 반대도 마찬가지이다.

본 발명의 특정 구체예에서, 도 9 및 10을 참고하면, 이러한 문제는 벌크 호스트 매트릭스 또는 연속상(14)로부터 광변색 염료(16) 및 염료 미세환경 및 염료 매트릭스(18)를 분리함으로써 극복되거나, 최소화된다. 이러한 목적은 염료 및 이의 바람직한 미세환경을 호스트 매트릭스 내에 별도의 입자 또는 내포되거나 캡슐화된 분산상(12)으로서 연속상(14) 내에 분산시킴으로써 달성되며, 이는 적용에 의존할 것이다. 이러한 접근법은 특정 최종 용도의 성능 사양을 충족하기 위해 두 가지의 상을 개별적으로 최적화하도록 한다.

분산상의 두 가지 주요 요건은, 염료 및 분산상 내에 존재하는 첨가제 및/또는 개질제와 같은 임의의 미세환경 성분 둘 모두가 영구적으로 포함되어야 하며, 시간이 지남에 따라 연속상 내로 확산할 수 없다. 두 조건 모두 시간에 따른 광변색 용품의 지속적인 성능 유지에 필수적이다. 분산상의 특정 구조적 속성은 분산상으로부터 연속상으로 염료 및 개질제의 확산을 방지하기 위해 필수적일 수 있다. 분산상의 조성물은 일반적으로 연속상(14)으로부터 주요 광학 효과를 생성하는 활성 성분을 영구적으로 함유하고 분리시키기 위해, 염료 매트릭스 내의 하나 이상의 착색제 및 하나 이상의 결합제 물질 또는 시스템을 필요로 한다.

본 발명의 특정 구체예에서, 결합제는 분산상 성능의 주요 요건을 충족하기 위해 필요한 상호침투 중합체 네트워크, 가교제, 등을 비롯한 단일 중합체, (공)중합체, (공)중합체의 혼합물, 및 중합체, 공중합체, 가교제 등의 하나 이상의 층을 포함한다.

특정 구체예에서, 결합제 물질 자체는 염료 미세환경 조성물에 추가로 기여하여, 광변색 염료의 색상을 변형시키는 것 뿐만 아니라, 연속상 내로 염료의 확산을 막고 k₁ 및 k₂에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 유리 전이 온도가 비교적 높은 적절한 결합제는, 호모폴리(t-뷰틸 아크릴레이트), 코폴리(t-뷰틸 아크릴레이트/2-하이트록시에틸 메타크릴레이트), 및 폴리바이닐 뷰티랄 B98을, 개별적으로 또는 조합으로 포함한다. 유리 전이 온도가 비교적 낮은 예시적인 적절한 결합제는 , 호모폴리(n-뷰틸 아크릴레이트), 코폴리(n-뷰틸 아크릴레이트/2-하이트록시에틸 메타크릴레이트), 코폴리(n-뷰틸 아크릴레이트/2-하이트록시에틸 아크릴레이트, 코폴리(t-뷰틸/n-뷰틸 아크릴레이트), 코폴리(에틸헥실 아크릴레이트/t 뷰틸 아크릴레이트), 터폴리(t-뷰틸/n-뷰틸 아크릴레이트/2-하이트록시에틸 메타크릴레이트)를 포함하며, 개별적으로 또는 폴리바이닐 뷰티랄 B98과 조합하여 사용된다.

분산상 중에 단일 결합제 조성물의 사용이나, 임의의 분산상 입자 내에 결합제 조성물의 단일 층 또는 외부 껍질(shell)에 대한 제한은 없다. 혼합된 또는 이종의 분산상 시스템을 형성하기 위해 하나 이상의 유형의 결합제-함유 분산상이 연속상 내에 존재할 수 있다. 혼합된 분산상 시스템에서, 각각의 상이한 유형의 결합제-포함 분산상은 광변색 염료 또는 염료의 염료 미세환경 및 색상 응답 특성을 변경시키기 위해, 하나 이상의 광변색 염료, 영구적 염료 또는 안료; 하나 이상의 첨가제 및/또는 개질제; 추가적으로 염료 색상 응답 특성을 변경시키는 역할을 하는 하나 이상의 결합제 및/또는 결합제 층을 포함할 수 있다. 따라서, 분산상은 상이한 결합제와 동일한 또는 상이한 개질제의 조합에 기초하여, 상이한 특성 색상, 온도 민감성, 활성화 또는 변색 속도를 가지는 각각의 유형의 분산상들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 혼합된 분산상의 사용은, 통상의 가시광선 하에서는 색상이 없거나, 어느정도 색상을 가지는 제품을 제공할 수 있으며, 이는 조사 후 추가적인 색상을 받아들이고, 활성화하는 빛의 제거 이후 본래의 상태로 돌아가 변색할 것이다.

분산상 내에 존재하는 결합제의 양, 유형 및 구조는 분산상 내에 포함된 미세환경 개질제 및 착색제의, 물품 내 연속 호스트 매트릭스 상으로의 분산을 방지하기에 충분하다. 따라서, 존재하는 결합제의 전체 양은, 물품 내에서 광변색 염료를 활성화하기 위해 빛, 예를 들어, UV 빛이 이동하는 통로 길이의 약 마이크로미터 당 5.000 백만분율 내지 약 마이크로미터 당 20,000 백만분율이다. 일반적으로, 분산상 중의 착색제 및 개질제의 전체 양에 대해 유사한 양의 결합제가 존재할 것이다.

특정 구체예에서, 분산상 중의 결합제 일부는 또한 분산상 내의 착색제 및 결합제의 위치의 세부 사항에 따라 착색제의 미세환경을 변형시키는 역할을 할 수 있다. 첨가제로서 착색제 속성을 변형시키는데 효과적인 동일한 기능성 그룹은 또한 분산상을 포함하는 결합제를 제조하는데 사용되는 (공)단량체로서 존재하는 구조적 성분의 일부로서 효과적이다. 이러한 기능성 그룹은 하이드록실 및 에터 그룹 (R-OH 및 R_a-O-R_b), 에스터 그룹 (Ra-[C=O]-OR_b), 케톤 그룹 (R_a-[C=O]-R_b), 아민 그룹 (R_aNHR_b), 나이트로 그룹 (R-NO₂), 카보네이트 그룹 (R_aO-[C=O]-OR_b), 아마이드 그룹 (R_aNH-[C=O]-R_b), 우레탄 그룹 (R_aNH-[C=O]-OR_b), 우레아 그룹 (R_aNH-[C=O]-NHR_b), 이미드 그룹 (R_a-[C=O]-NH-[C=O]-R_b), 하이드라자이드, 세미카바자이드 및 세미카바존 그룹 (R_a-[C=O]-NH-NHR_b, R_a-NH-[C=O]-NH-NHR_b 및 R_aNH-[C=O]-NH-N=CR_bR_c), 싸이올 및 싸이오에터 그룹 (R-SH 및 R_aSR_b), 설폭사이드 및 설폰 그룹 (R_a-[S=O]-R_b 및 R_a-[SO₂]-R_b), 에스터 그룹 (R_a-[SO₂]-OR_b), 포스핀 및 포스핀 옥사이드 (R_aR_bR_cP 및 R_aR_bR_cP=O), 에스터 (R_a[R_bO]-P[=O]-OR_c), 포스페이트 에스터 [RO]₃P=O), 등을 포함하며, 이들은 극성이며 (높은 유전 상수를 가짐), 이들은 수소 결합을 공여 및/또는 수용함으로써 광변색 염료와 상호작용할 수 있다.

공간 (쌍극자-쌍극자) 또는 직접적인 상호작용 (예컨대 수소 결합)을 통해 이들의 성능 속성을 변경시키는 착색제 주위의 국소적인 미세환경을 변경시키는 역할을 하는 이러한 결합제 기능성 그룹 이외에도, 결합제 유리 전이 온도를 변화시키도록 (공)단량체가 선택될 수 있고, 이는 또한 광변색 염료 응답을 변형시킨다. 일반적으로, 빛이 흡수되고 광변색 염료를 활성화하는 주위 온도보다 결합제 유리 전이 온도가 실질적으로 높은 경우, 조사의 주위 온도와 유사하거나 실질적으로 낮을 때 보다 색상 변환이 느려질 것이다. 주위 온도는 또한 광변색 염료가 이의 류코 형태 (k₂)로 돌아가는 역반응의 속도에 영향을 미치기 때문에, 주위 온도와 유사하거나 이보다 약간 높은 유리 전이 온도를 가지는 결합제는 UV 활성화 동안 광변색 염료의 착색된 형태의 농도를 증가시키는 역할을 하여, 광학 밀도를 증가시킬 수 있다 (도 2의 15 분 참조).

분산상 결합제 시스템의 추가적인 특성은 이들의 상세한 형태학적 또는 구조적 특징이다. 주어진 종의 분산상 입자의 결합제 시스템은 동종 또는 이종일 수 있고, 이질성(heterogeneity)은 상호침투 중합체 네트워크와 같은 분자 규모, 또는 특히 그것이 방사상인 경우 더 큰 규모일 수 있으며, 즉, 결합제 조성은 분산상 입자의 중심으로부터의 거리의 함수로서 변화한다. 이러한 구조는 입자의 최외곽 표면 (껍질)이 입자의 최내부 (코어)으로부터 명백하게 다른 화학적 조성을 가지는 코어-껍질 입자로서 지칭되어 왔다. 상이한 방사형 조성물 사이의 전이 구역은, 분산상 입자의 중심으로부터 거리가 증가함에 따라 결합제의 조성물이 점진적으로 (몇몇 내지 다수의 공유 결합 길이 이상으로) 변화하는 테이퍼형(tapered) 또는 경사형(gradient) 구역, 또는 결합제의 조성물이 짧은 거리에 걸쳐 (수 개 내지 몇몇 공유 결합 길이 정도) 갑자기 변하는 단계 변화 구역일 수 있다.

본 발명의 특정 구체예에서, 염료 매트릭스에 사용되는 개질제는 코어 및/또는 특히 껍질을 개질제와 가교시킴으로써 분산상 내에 한정되거나 포함된다. 택일적으로, 염료 매트릭스에 사용되는 개질제는 코어와의 혼화성에 기초하지만, 연속상은 아닌 선택에 의해, 즉, 개질제의 분배에 의해 분산상 내에 한정되거나 포함된다.

특정 구체예에서, 폴리아이소사이아네이트-포함 단량체 및 올리고머가 분산상 내의 결합제로서 사용된다. 방향족 아이소사이아네이트는 물과 더욱 반응성이 있지만, 물과 이들의 반응은 아민 그룹을 제공하여, 아이소사이아네이트와 함께 반응하고 (우레아 결합을 형성), 보다 높은 분자량 종의 형성을 야기할 것이다. 지방족 아이소사이아네이트에 비해 높은 이들의 물 반응성은 중합체가 유화액 입자로 형성되는 경우 코어 입자 내의 올리고머 또는 중합체의 구조적 및 분자량 제어를 복잡하게 할 수 있다. 예를 들어, 본질적으로 물이 없는 단계에서 이들은 높은 분자량 종 (예비중합체)을 미리 형성하도록 사용되어, 이에 이어서 추후의 수용성 공-반응물과 유화 및 계면 반응을 할 수 있다.

택일적으로 지방족 아이소사이아네이트는 물-반응성이 더 적기때문에, 코어 입자 성분의 분자 구조의 보다 나은 제어를 가능하도록 한다. 유사한 방식으로, 지방족 아이소사이아네이트는 불수용성 또는 최소 수용성의 공-반응물과의 반응에 의해 아이소사이아네이트-말단의 예비중합체를 사전-형성하도록 사용될 수 있으며, 이는 추후 코어 또는 시드 입자를 형성하도록 유화될 수 있고, 이어서 완전히 수용성인 공-반응물과의 계면 중합에 의해 껍질을 형성할 수 있다. 택일적으로, 지방족 아이소사이아네이트 단량체/올리고머 및 적절한 공-반응물은 유화되고, 수용성 공-반응물과의 계면 반응으로 껍질을 형성하기 전, 인-시튜로 아이소사이아네이트-말단의 예비중합체를 형성할 수 있다.

추가적인 제공으로서, 아이소사이아네이트 예비중합체의 형성은 톨루엔, 뷰틸 아세테이트, 등과 같은 예를 들어 불용성 용매의 존재 또는 부재하에서 달성될 수 있으며, 이러한 용매는 다른 성분가 용해시키는 것을 도우며, 유화액 코어 (시드) 입자, 예컨대 염료 또는 다른 기능성 첨가제 (촉매, 산화 방지제, 등), 뿐만 아니라 공-반응물, 예컨대 (대체로) 불용성 폴리올, 예를 들어 폴리카프로락톤 다이올 및 소량의 불용성 가교제 (세 개 이상의 아이소사이아네이트-반응성 말단 그룹을 포함) 내 이의 존재가 바람직하다. 용매는 또한 예비중합체 혼합물의 점도를 감소시켜, 차후 이의 유화를 단순화할 수 있다.

분산상의 주요 속성은 착색제 및 이의 보조제를 포함하는 입자의 평균 크기이다. 물품이 투명하고 광학 장치에 사용되는 경우, 분산상 입자는 직경이 약 200 나노미터 미만, 직경이 약 100 나노미터 미만 또는 직경이 약 50 나노미터 미만일 수 있다. 물품이 예를 들어 잉크 또는 장식용 코팅과 같은 미적 또는 마킹 목적으로 도포 된 표면 코팅인 경우, 입자는 더 커질 수 있다.

분산상에서 착색제의 사용에 대한 제한은 없다. 하나 이상의 염료-포함 분산상은 연속상 내에 존재할 수 있고, 각각의 유형은 최종 물품의 색상을 추가로 변형시키기 위해 하나 이상의 광변색 염료, 영구적 염료 또는 안료를 포함한다. 이에 따라, 분산상은, 각각의 유형이 착색제에 기초하여 상이한 특성 색상, 온도 민감성, 활성화 또는 변색 속도를 가지는 분산상의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 활성화되지 않은 상태에서 영구적인 색상이 요구되는 경우, 비-광변색 착색제는 광변색 염료 성분의 부재하에 분산상의 일부에 존재할 수 있다. 이러한 분산상의 사용은 통상의 가시광선 하에서는 색상이 없거나, 어느 정도 색상을 가지는 제품을 제공할 것이며, 이는 UV 조사 후 추가적인 색상을 받아들이고, 활성화하는 UV 광원의 제거 이후 본래의 무색 또는 착색된 상태로 돌아가 변색할 것이다.

분산상에 존재하는 착색제, 예를 들어 광변색 염료의 양은 물품 내에서 원하는 정도의 활성화된 색상(광학 밀도 또는 투과율 %)을 형성하기에 충분할 수 있다. 따라서, 존재하는 광변색 염료의 전체 양은, 물품 내에서 광변색 염료를 활성화하기 위해 빛이 이동하는 통로 길이의 약 마이크로미터 당 100 백만분율 내지 약 마이크로미터 당 5,000 백만분율일 수 있다. 이러한 양은 염료 유형, 이의 분자량 및 흡광 계수 및 동적인 경우 원하는 색상의 변화량, 영구적인 염료 또는 안료와 같은 다른 착색제의 존재 여부 및 흡광 계수에 따라 달라질 수 있다.

분산된 착색제-포함 상의 양과 연속상 사이의 관계는 장식 및 보호 코팅을 특성화하는데 일반적으로 사용되는 안료 부피 농도 (PVC)와 유사하다. 이는 건조된 코팅의 전체 부피 (총 분산 + 연속 상 = 100 %)에 대한 결합된 분산상 (안료 + 충전제)이 차지하는 백분율로 정의된다. 배합의 세부 사항 (안료 유형 및 입자 크기 분포, 수지/바인더 유형, 용매 대 수용성(waterborne) 대 무용매 코팅)에 따라, 중요한 PVC (CPVC)는 접착제를 완전히 습윤(wet-out)시키기에 충분한 접착제가 있는 지점이다. 이러한 값은 40 % 중반 범위에서 최대 65 %(다분산 구형 입자의 이론적 한계에 근접)까지 다양할 수 있다. CPVC 위의 코팅은 기계적으로 덜 견고하고, 더욱 다공성인 반면, CPVC 이하에서는 코팅이 착색되지 않은 바인더 성분의 특성을 나타낸다.

따라서, 분산상의 최적의 부피는 결합된 분산된 착색제-포함 상 및 연속 호스트 매트릭스 상 혼합물이 대해 CPVC 미만이다. 이러한 영역은 연속 호스트 매트릭스 상 특성이 조성물의 기계적 특성을 지배하는 곳이며, 분산된 착색제-포함상은 주로 미적 기여에 중요하다. 따라서, 이러한 영역에서, 연속 및 분산상이 최종 용도에 대해 독립적으로 최적화 될 수 있다. 예를 들어, 연속상은 기판에 대한 접착성, 유연성, 습기 및 온도 저항성 등에 대해 최적화 될 수 있는 반면, 분산상은 그의 색상 응답 특성에 대해 최적화 될 수 있다. 분산상이 좁은 다분산도를 갖는 구형 입자와 유사한 이들 조성물에서, PVC는 약 50 % 미만, 또는 약 40 % 미만이다.

동적 착색제의 경우, 예를 들어, 광변색 염료의 양은 연속상 내에 포함된 분산상의 부피%에 반비례하며, 특정 염료에 의존한다. 예를 들어, 분산상이 40 부피%이고 연속상이 60 부피%인 경우, 목표의 광학 농도를 달성하기 위해서 요구되는 공칭의 염료 농도는 염료가 호스트 또는 연속상 내에서 균일하게 분포되어 있는 경우에 요구되는 농도보다 2.5 배 높아야 한다. 택일적으로, 분산상이 33 부피%이고 연속상이 67 부피%인 경우, 목표의 광학 농도를 달성하기 위해서 요구되는 공칭의 염료 농도는 염료가 호스트 또는 연속상 내에서 균일하게 분포되어 있는 경우에 요구되는 농도보다 3 배 높아야 한다.

호스트 매트릭스 연속상은 매트릭스 배합물, 분산상의 형성 및 도입을 가능하게 하도록 요구되는 단량체, 올리고머, (공)중합체, 용매, 촉매, 안정화 첨가제, 가공 산, 등을 포함할 수 있다 하나 이상의 후속 단계에서, 액체 연속상과 분산상의 혼합물은 분산 형태의 광변색 성질이 상업 물품에 혼입되는 최종 형태로 전환된다.

본 발명의 특정 구체예는 광변색 속성을 가지는 둘 이상의 상이한 분산상 입자가 내포된 연속상 또는 호스트 매트릭스를 포함하는 조성물을 사용한다.

본 발명의 특정 구체예는 적어도 일부가 광변색 염료인 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 미세환경 개질제 및 주요 광학 효과를 생성하는 활성 성분을 포함하는 하나 이상의 결합제 물질을 가지는 분산상을 포함한다.

본 발명의 특정 구체예는 광변색 염료 색상, 활성화 및/또는 붕괴 반응을 최적화하기 위해 개별적으로 선택되는 별개의 분산상 조성물의 혼합물을 사용한다.

합성 실시예

단계 1: NCO-종결된 예비중합체 형성. 톨루엔 중의 CAPA 2101A (폴리카프로락톤 다이올)의 50 중량% 용액의 10.00 g, 지방족 다이아이소사이아네이트 (H₁₂MDI, Desmodure W) 50 중량% 용액의 3.14 g 및 다이뷰틸틴 다이라우레이트 (T-12 촉매) 5 중량% 용액의 0.156 g을 실온에서 조합하고 2 일에 걸쳐 반응시켜 맑은 점성의 용액을 형성하였다.

단계 2: 유화. 단계 1의 NCO 예비중합체 용액 3.02 g과 톨루엔 중의 광변색 염료 12.5 중량% 용액의 0.50 g을 조합하고, 균일할 때까지 혼합하여, 용액 A을 형성하였다. 물 중의 N,N-다이메틸 라우라민-N-옥사이드 계면활성제 용액 4.00 g, DI 물 2.00 g 및 물 중의 Selvol Ultilok 5003 (NH₂ modified polyvinyl 알코올) 10.5 중량% 용액 1.50 g을 조합하여 용액 B를 형성하였다.

단계 3: 모든 용액 B를 모든 용액 A에 첨가하고 진탕하여 유백색 유화액을 형성하였다. 혼합물을 주위 온도에서 2 시간 동안 방치하고, 섭씨 65 도의 오븐에 3 시간 동안 둔 다음, 밤새 상온에서 롤링시켰다. 최종 유화액은 안정화 될 때까지 안정을 유지하였고, 광변색 염료는 UV 광에 활성을 유지 하였다.

단계 4. 유화액을 원심분리하고 유화액 입자 고형물의 일부를 분리한 다음 고형물을 여과지 상에서 건조시켰다. THF에 분산될 때, 고체는 활성 염료를 포함하고 용해되지 않았다.

대안의 방법은 입자 코어를 추가로 가교 결합시키기 위해 용액 B로 유화시키기 직전에 예비중합체 용액 (A)에 첨가된 추가 양의 수 불용성 가교제를 포함할 수 있다.

제어된 미세환경에서 캡슐화된 동적 응답성 염료의 사용

본 발명에 따른 동적 응답성 착색제 시스템에 대한 제어 가능한 염료 특성은 활성화 (도 1에서 a* 및 b* 값으로 나타냄)의 염료 색상 반응, 특히 염료 활성화 속도 및 류코 (무색) 상태 (도 2)의 염료 색상 응답을 포함한다. 또 다른 조절 가능한 염료 특성은 시스템이 외부에서 자극되는 주변 온도에 따른 염료 반응의 다양성이다.

광변색 염료 거동에 의해 예시 된 바와 같이, 일반적으로, 하나의 미세 환경/매트릭스 내에 하나의 염료를 포함하는 주어진 염료 시스템은 염료 매트릭스 분절 운동에 대한 온도 (염료 매트릭스 유리 전이 온도에 비례) 및 비율 k₂로 표현된 류코 형태로의 염료 열 복귀 속도가 조합된 영향으로 인해 고온에서보다 낮은 온도에서 더 높은 광학 밀도를 달성 할 수 있다 모든 화학 반응은 환경 온도에 따라 유사하게 영향을 받는다: 반응 속도는 고온에서는 높고 저온에서는 낮다. 이것은 활성화 시 온도가 염료 매트릭스 유리 전이 온도와 비슷하거나 낮은 시스템에서 명백하다 (-42 ° C, -23 ° C 및 + 15 ° C의 유리 전이 온도를 가지는 샘플에 대하여 그림 2의 15분 참조). 결정적으로, 속도 k₁ 및 k₂ 모두 시스템이 활성화되는 주위 온도와 관련하여 염료 미세환경의 유리 전이 온도에 크게 의존하다. 이것은 유리 전이 온도가 주위 활성화 온도보다 높은 미세환경에서, 광변색 시스템은 완전한 활성화에 도달하거나, 또는 활성화 공급원이 제거된 이후 비활성화된 색상으로 다시 변색되는데 더 오래 걸릴 것이다. 이와 반대로, 미세환경 유리 전이 온도가 활성화 온도보다 낮은 경우, 류코와 활성화된 상태 사이 상호변환에 더 적은 시간이 요구된다. 이러한 방식으로, 색상 변화 속도, 및 물품의 외관 및 기능은, 일반적인 사용 온도 범위와 관련하여 조정될 수 있다.

또한, 광변색 염료 거동에 의해 예시되는 바와 같이, 특정 및 상이한 온도 응답 속도를 갖는 분산상 입자를 단일 연속상으로 결합시킴으로써, 물품의 거동을 변형시켜 원하는 방식으로 반응시킬 수 있다. 예를 들어, 낮은 유리 전이 온도의 미세 환경을 가진 분산 입자와 높은 유리 전이 온도의 미세 환경을 가진 두 종류의 분산상 입자를 결합하면 광변색 시스템이 빠른 초기 활성화 반응을 보이고 최종적으로 점진적으로 증가합니다 원하는 광학 밀도는 후속적으로 중간 레벨로 급속히 감소하고 UV 활성화 소스를 제거한 후에 점진적으로 류코 형태로 되돌아 간다. 연속 호스트 상에 존재하는 각 유형의 분산상 염료 시스템의 비율을 변화시키고, 분산상 미세환경의 특정 특성을 제어함으로써, 변화의 상대 속도 (k₁ 및 k₂) 및 달성된 최대 광학 밀도는 특정 용도에 맞출 수 있다.

이러한 광변색 조성물, 뿐만 아니라 다른 동적 응답성 착색제는 주로 코팅의 성분으로서, 적층된 구조의 성분으로서, 및 캐스트, 압출 또는 성형된 제품의 성분으로서 다양한 방법으로 완성된 상업적 물품에 도입될 수 있다. 이들 물품에서 종래의 (영구적 또는 수동적) 착색제 (안료 및 염료)의 사용과 유사하게, 상이한 동적 응답성 분산상의 혼합물을 조합하여 물품의 미적 특성을 미세하게 조정할 수 있으며, 종래의 수동 착색제와 달리, 특성도 쉽게 조정할 수 있다.

코팅된 물품

코팅된 제품은 코팅을 기재 상에 도포함으로써 제조된다. 통상적인 코팅은 불활성 휘발성 용매 또는 희석제 (유기 액체 및/또는 물)와 함께 배합되며, 이러한 성분은 다양한 성분으로 용해 및/또는 현탁된다. 안료 (불용성 영구 착색제) 및 염료 (가용성 영구 착색제)는 미적 특성을 제공하고, 수지성 필름 형성 성분 (가용성 또는 분산된 결합제 또는 비히클)은 기재 상에 착색제를 유지하고 물품의 최종 사용 조건에 의해 요구되는 원하는 기계적 특성을 제공한다. 다른 성분은 또한 일반적으로 코팅에 존재하며 기타 기능적 역할, 예컨대 열경화성 또는 광경화성 수지를 경화시키는 촉매, 코팅의 적용 특성(기재에 대한 코팅의 습윤 및 부착, 기포 방출)을 개선시키고, 습식 조성물(조기 경화, 생체 오염 생물체의 침전 및 응집 또는 지지) 또는 건조된 완성된 코팅을 안정화시키고, 표면 광택을 증가 또는 감소시키는 첨가제의 역할을 수행한다.

이러한 코팅은 열가소성 또는 열경화성/광경화성 물질로 배합될 수 있다. 열가소성 배합물은 적용 후 상당한 분자량 성장이 없기 때문에 구별되는 반면, 열경화성/광경화성 시스템은 상당한 분자량 성장을 겪는 반응성 성분으로 배합되어, 최종적으로 건조된 코팅의 영구적인 부분이 되는 반응성 용매 또는 희석제를 포함 할 수 있는 된다. 일반적으로 열경화성 조성물은 열에 노출되어 경화되는 반면, 광경화성 조성물은 UV 또는 가시 광선에 노출되어 경화된다. 이러한 반응 시스템은 일반적으로 열 및/또는 UV 또는 가시광선 조사를 통해 활성화되는 촉매를 포함한다. 또 다른 코팅은 열가소성 또는 열경화성/광경화성 분말로서 도포되어 기판의 표면 상에 용융되어 연속 필름을 형성한다.

코팅은 그 기능, 사용 환경 및 적용되는 제품의 기능에 따라 넓은 범위에 걸쳐 도포된 두께 범위 일 수 있다. 장식용 도료는 일반적으로 기능성 도료보다 낮은 두께로 도포되지만, 이는 또한 기재 및 이의 의도된 용도에 의존한다. 본 발명의 조성물은 보호 및 기능성 코팅 모두에 사용될 수 있다.

광변색 염료에 의해 예시된 바와 같이, 본 발명에 개시된 유형의 분산상 광변색 성분은 본 발명의 제품 상에 또는 제품 내에서 사용되는 코팅제의 영구 착색제 (안료 또는 염료)의 일부 또는 전부를 대체 할 수 있다. 이러한 성분은 응답 외부 자극의 형태로 환경에 대한 물품의 동적 색상 응답을 제공한다. 이 경우에는 UV 복사가 발생한다. 이러한 분산된 광변색 성분 및 코팅 결합제는 각각의 유형의 성분이 완성된 물품에 제공될 것으로 기대되는 성능 속성의 정도 및 성질을 제공하도록 개별적으로 선택 및/또는 배합될 수 있다.

예를 들어, 특정 코팅된 물품은 투명한 기재, 예컨대 안과용 렌즈, 모터스포츠 차양, 비-교정용 안경, 스포츠웨어, 고글 및 건축 및 운송용 최종 용도의 창, 광학 장치용 가변 중성 필터, 능동 또는 수동 그래픽 디스플레이 장치, 유리, 플라스틱 및 금속 용기, 종이, 호일과 같은 단단하고 유연한 기판 상의 그래픽 장식 및 선반 디스플레이 및 제품 라벨 응용을 위한 필름 등을 포함한다. 이러한 물품은 또한 스포츠 용품, 화폐 및 보안 응용 제품, 방직 및 직물, 특히 실내 암막용 휘장, 커튼, 쉐이드 및 주거용 및 상업용 투명 또는 반투명 필름, 소품 네일 폴리쉬, 립 글로스, 헤어 스프레이, 아이 섀도우 및 관련 화장품 용도를 포함하는 다른 기재 상에 장식 및 기능적 사용을 위해 판매된 코팅 및 잉크에 사용될 수 있고, 이러한 물품은 또한 전문가적으로 또는 소비자에 의해 다양한 다른 기재에 도포되기 위해 기능성 및 장식용 코팅으로 배합되도록 제조 업체에 판매되는 동적 응답성 착색제로서 사용될 수 있다.

적층된 물품

적층된 동적 응답성 착색된 물품은 필름 기재 상에 광변색, 전기변색성 또는 액정 포함 코팅의 도포하고, 이후 동적 응답성 코팅이 최외곽 표면 상에 존재하지 않는 방식으로 구조물에 혼입되어 제조될 수 있다. 이러한 예시적인 공정은 동적 응답성 조성물을 이형 라이너 상에 또는 투명 필름 기판 상에 직접 코팅하는 것을 포함한다. 이형 라이너 위에 코팅하는 경우 코팅은 최종 물품에 포함되도록 필름 기재로 옮겨야 한다. 필름 기재 위에 직접 코팅되는 경우, 이러한 코팅된 기재는 최종 물품에 혼입되어야 한다. 이에 따라, 필름 기재의 코팅된 면은 또 다른 필름 기재로 피복되거나 (상기 모두는 동적 응답이 가시적이도록 일반적으로 투명함) 또는 몇몇 추가적인 공정 단계 중 하나에 의해 물품의 외부 표면과 접촉하게 배치된다.

예를 들어, 본래의 코팅된 필름 기재는 성형을 포함하여 하나 이상의 전환 공정 단계에서 최종 물품으로 전환되는 물품 또는 다른 필름 기재의 표면에 도포 될 수 있다. 예를 들어, 투명 필름 성 기판상의 광변색 코팅을 몰드 캐비티 내에 배치되어 광변색 코팅이 몰드 캐비티의 내부를 향해 배향될 수 있고, 이후 몰드 캐비티는 제품 구성 재료로 채워진다. 또한, 2 개의 투명한 필름 기재 사이에 위치한 광변색 코팅이 몰드 내에 배치 될 수 있고, 상기 물품은 용융된 투명 열가소성 재료 또는 투명한 액체 열경화성 재료로 사출 성형에 의해 제조될 수 있다. 이러한 공정에서, 하나 또는 두 개의 투명한 필름 기재 사이에 광변색 코팅을 포함하는 본래의 적층체가 제품의 외부 표면이 되지만, 광변색층은 적층체 구조 내에 포함되어 외부 환경과의 직접적인 접촉으로부터 보호된다.

적층체는 불활성 휘발성 용매 또는 반응성 희석제로 배합된 코팅제를 사용하여 제조될 수 있거나, 다른 방법 중에서, 전형적으로 필름 대 기판 상에 용융 액체 조성물의 직접 압출, 전형적으로 롤-투-롤 공정에 의해 제조될 수 있다. 휘발성 용매가 사용되는 경우, 코팅된 필름 기재는 다음 공정 단계 전에 건조되어야 한다. 필름 기재에 도포된 코팅은 다양한 성분을 용해 및/또는 현탁시키는 휘발성 희석제 (유기 액체 및/또는 물)를 포함 할 수 있다. 착색제는 전술한 혼합된 동적 응답성 분산상, 적층체의 미적 특성을 제공하는 안료 (불용성 영구 착색제) 및 염료 (가용성 영구 착색제) 및 수지 필름 형성 성분 (가용성 또는 분산된 결합제 또는 비히클)을 포함 할 수 있으며, 이는 물품의 최종 사용 조건에 의해 요구되는 원하는 접착제 및 기계적 특성을 제공한다. 추가적인 성분은, 예컨대 열경화성 또는 광경화성 수지를 경화시키기 위한 촉매와 같이 다른 기능적 역할을 수행하기 위해, 기재에 대한 코팅의 습윤, 유출 및 부착, 또는 기포 방출과 같은 도포 특성을 개선시키기 위해 존재할 수 있고, 장기 보관 또는 포트-수명을 고려하여 필름 기재에 도포하기 이전 분산상의 조기 경화, 고정 및 응집, 또는 생체 오염 생물체 고정에 대하여 액체 조성물을 안정화시키거나, 최종 사용시 산화 또는 UV 분해하려는 건조된 최종 코팅을 안정화하기 위해 존재할 수 있다.

이러한 적층체는 투명 필름 기재 사이에 열가소성, 열경화성 또는 광경화성 층간 결합제와 함께 배합될 수 있으며, 결합제는 분산상을 동적 응답성 착색제를 포함한다. 열가소성 조성물은 도포 후 상당한 분자량 성장이 없기 때문에 구별되며, 일반적으로 휘발성 성분을 포함하거나, 용융 상태에서 압출에 의해 도포 될 수 있다. 휘발성 용매가 필름 기재에 도포하기 위해 사용되는 경우, 추가 공정 단계 전에 코팅으로부터 구동되어야 한다. 열경화성 및 광경화성 시스템은 도포 후 상당한 분자량 성장을 겪는 반응성 성분으로부터 배합되며 다음 공정 단계 이전에 코팅으로부터 구동되어야 하는 휘발성 용매 또는 최종 건조된 코팅의 영구적인 부분이 되는 반응성 용매 또는 희석제를 포함할 수 있다.

예를 들어, 특정 적층된 물품은 투명한 기재, 예컨대 안과용 렌즈 및 건축 및 운송용 최종 용도의 창, 광학 장치용 가변 중성 필터, 능동 또는 수동 그래픽 디스플레이 장치, 유리, 플라스틱 및 금속 용기, 종이, 호일과 같은 단단하고 유연한 기판 상의 그래픽 장식 및 선반 디스플레이 및 제품 라벨 응용을 위한 필름 등을 포함한다. 이러한 물품은 예컨대 스포츠 용품에서 다른 기재 상에 다양한 위조 장식 및 기능성 목적을 위한 동적 응답성 물품으로 추가적인 변환을 위한 투명 또는 반투명 롤 또는 시트 형태로 판매되고 사용될 수 있으며, 다양한 보안 및 위조 방지 수단, 직물 및 방직, 특히 실내 암막용 휘장, 커튼, 쉐이드 및 주거용 및 상업용 필름의 용도를 위한 구조의 성분으로서, 제조 업체에게 판매되어 동적 응답성 기능성 및 장식용 적층체으로 배합되기 위한 동적 응답성 착색제로서 사용될 수 있다..

성형 및 압출된 물품

성형 및 압출된 동적 응답성 물품은 하나 이상의 동적 응답성 분산상을 투명 또는 반투명 성형 수지 내에 혼입함으로써 제조될 수 있으며, 이들은 이후 성형 또는 압출된 물품으로 변환된다. 예시적인 공정은 광변색 분산상을 투명 액체 열경화성 조성물과 같은 성형 수지와 블렌딩하고, 몰드를 조합된 조성물로 채우고, 액체 혼합물을 경화시켜 안과용 렌즈와 같은 고체 투명 물품을 형성하는 것을 포함한다.

동적 응답성 성형 수지는 다양한 성분을 포함할 수 있다. 착색제는 상기 기재된 바와 같은 혼합된 동적 응답성 분산상, 안료 (불용성 영구 착색제) 및 염료 (가용성 영구 착색제) -이들은 함께 성형된 물품에 미적 및/또는 기능성 특징을 제공함- 및 수지 성분 -물품의 최종 용도 조건에 의해 요구되는 원하는 기계적 특성을 제공함-을 포함할 수 있다. 다른 기능적 역할을 수행하기 위한 추가적인 성분, 예컨대, 열경화성 또는 광경화성 수지를 경화시키기 위한 촉매, 공정 특성을 향상시키는 첨가제(가령 수지 리올로지 및 이형제)가 존재할 수 있고, 장기 보관 또는 포트-수명을 고려하여 성형 이전에 분산상의 조기 경화 또는 고정에 대하여 액체 열경화성 또는 광경화성 조성물을 안정화시키기 위해, 또는 최종 용도 적용에서 산화 또는 UV 분해 등에 대한 완성된 물품을 안정화시키기 위해 존재할 수 있다.

이러한 성형된 물품은 열가소성, 열경화성 또는 광경화성 수지 조성물로부터 배합될 수 있다. 열가소성 배합물은 성형 후 상당한 분자량 성장이 없기 때문에 구별되며, 일반적으로 용융 상태에서 사출 성형 또는 압출에 의해 물품으로 성형될 것이다. 열경화성 및 광경화성 시스템은 성형 또는 압출 동안 또는 이후, 상당한 분자량 성장을 겪는 반응성 성분으로부터 배합되며 이는 최종 성형 또는 압출된 물품 이외에 고분자량 올리고머 또는 수지 성분의 영구적인 부분이 되는 반응성 용매 또는 희석제를 포함할 수 있다..

성형된 물품의 구체적인 예로는 투명 조성물, 예컨대 안과용 렌즈 및 건축 및 운송용 최종 용도의 창, 광학 장치용 가변 중성 필터, 및 감광성 내용물을 위한 용기를 포함한다. 동적 응답성 조성물은 또한 의류용 새로운 직물 및 방직, 특히 실내 암막용 휘장, 커튼 및 쉐이드를 위한 기능성 직물 및 방직으로의 변환을 위한 섬유, 또는 광변색 물품으로의 추가적인 변환을 위한 투명 또는 반투명 성형된 시트 또는 롤 형태로 압출될 수 있고, 장식 및 기능성 목적을 위해 다른 기재와 조합되거나, 또는 직접적으로 변환되는 경우, 스포츠 제품 및 악세서리, 보안 또는 위조 방지 장치를 포함한다. 동적 응답성 분산상 착색제를 포함하는 열가소성, 열경화성 또는 광경화성 조성물은 can 또한 성형 또는 압출에 의해 오락용 소품 (비드, 반지, 팔찌, 단추, 빗, 머리핀, 차양 및 챙이 있는 모자(hat-brim), 우산, 인형 머리카락, 등), 및 완구, 인조 손톱 등으로 변환될 수 있고, 이는 색상 변화를 활성화하는 적절한 외부 자극에 노출되는 경우 색상을 변화시킬 것이다.

본 발명의 특정 구체예는 동적 응답성 속성을 가지는 분산상이 내포된 연속상 호스트 매트릭스를 포함한다.

본 발명에 따른 특정 분산상은 적어도 일부가 광변색 염료인 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 미세환경 개질제 및 주요 광학 효과를 생성하는 활성 성분을 포함하는 하나 이상의 결합제 물질을 포함한다.

본 발명에 따른 특정 분산상은 적어도 일부가 전기변색 염료인 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 미세환경 개질제 및 주요 광학 효과를 생성하는 활성 성분을 포함하는 하나 이상의 결합제 물질을 포함한다.

본 발명에 따른 특정 분산상은 적어도 일부가 액정 염료인 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 미세환경 개질제 및 주요 광학 효과를 생성하는 활성 성분을 포함하는 하나 이상의 결합제 물질을 포함한다.

본 발명의 특정 구체예는 동적 응답성 속성을 가지는 분산상이 내포된 연속상 호스트 매트릭스로부터 제조된 코팅, 적층체, 압출 및/또는 성형된 물품을 포함한다.

본 발명에 따른 특정 코팅은 열가소성, 열경화성 또는 광경화성(photoset)이다.

본 발명의 특정 구체예는 동적 응답성 속성을 가지는 분산상이 내포된 연속상 호스트 매트릭스로 제조된 코팅된 물품을 포함한다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 열가소성, 열경화성 및/또는 광경화성 코팅을 포함한다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 투명하다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 반투명하다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 광학적으로 투명하다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 안과용 렌즈이다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 비-교정용 안경, 고글 또는 차양이다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 창이다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 활성 디스플레이이다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 사용자 입력에 의해 사용자 제어된다.

본 발명에 따른 특정 코팅된 물품은 이들의 환경에 대해 동적 응답성이다.

본 발명에 따른 특정 적층체는 열가소성, 열경화성 또는 광경화성이다.

본 발명의 특정 구체예는 동적 응답성 속성을 가지는 분산상이 내포된 연속상 호스트 매트릭스로 제조된 코팅된 물품을 포함한다.

본 발명에 따른 특정 적층된 물품은 투명하다.

본 발명에 따른 특정 적층된 물품은 반투명하다.

본 발명에 따른 특정 적층된 물품은 광학적으로 투명하다.

본 발명에 따른 특정 적층된 물품은 안과용 렌즈이다.

본 발명에 따른 특정 적층된 물품은 비-교정용 안경, 고글 또는 차양이다.

본 발명에 따른 특정 적층된 물품은 창이다.

본 발명에 따른 특정 적층된 물품은 활성 디스플레이이다.

본 발명에 따른 활성 디스플레이를 가지는 특정 적층된 물품은 사용자 입력에 의해 사용자 제어된다.

본 발명에 따른 활성 디스플레이를 가지는 특정 적층된 물품은 이들의 환경에 대해 동적 응답성이다.

본 발명에 따른 특정 압출물은 열가소성, 열경화성 및/또는 광경화성이다.

본 발명에 따른 특정 압출물은 섬유 또는 필름이다.

본 발명의 특정 구체예는 동적 응답성 속성을 가지는 분산상이 내포된 연속상 호스트 매트릭스로 제조된 압출된 물품을 포함한다.

본 발명에 따른 특정 압출된 물품은 섬유, 직물 또는 방직이다.

본 발명의 특정 구체예는 섬유, 직물 또는 방직으로 제조된 완성된 물품을 포함한다.

본 발명의 특정 구체예는 동적 응답성 속성을 가지는 분산상이 내포된 연속상 호스트 매트릭스로 제조된 성형된 물품을 포함한다.

본 발명에 따른 특정 성형된 물품은 투명하다.

본 발명에 따른 특정 완성된 성형된 물품은 투명하다.

본 발명에 따른 특정 완성된 성형된 물품은 반투명하다.

본 발명에 따른 특정 완성된 성형된 물품은 광학적으로 투명하다.

본 발명에 따른 특정 완성된 성형된 물품은 비-교정용 안경, 고글 또는 차양이다.

본 발명에 따른 특정 완성된 성형된 물품은 안과용 렌즈이다.

본 발명에 따른 특정 완성된 성형된 물품은 창이다.

본 발명에 따른 특정 완성된 성형된 물품은 활성 디스플레이이다.

본 발명에 따른 활성 디스플레이를 가지는 특정 성형된 물품은 사용자 입력에 의해 사용자 제어된다.

본 발명에 따른 활성 디스플레이를 가지는 특정 성형된 물품은 이들의 환경에 대해 동적 응답성이다.

본 발명에 따른 특정 성형된 물품은 용기 또는 포장재이다.

본 발명에 따른 특정 성형된 물품은 투명 또는 반투명이다.

본 발명에 따른 특정 성형된 물품은 완구 또는 소품이다.

본 발명에 따른 특정 성형된 물품은 웨어러블 패션 또는 기능성 악세서리이다.

본 발명에 따른 특정 성형된 물품은 비-교정용 안경, 고글 또는 차양 또는 챙이 있는 모자, 비드, 반지, 팔찌, 단추, 빗, 머리핀, 우산, 인형 머리카락, 인조 손톱 또는 완구이다.

본 발명이 특정 구체예 및 응용의 관점에서 기재되어 있지만, 당업자는 이러한 교시에 비추어 청구되는 발명의 사상을 벗어나지 않고 추가의 구체예 및 변형을 생성할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 도면 및 설명은 본 발명의 이해를 용이하게 하게 하기 위한 예시의 수단으로 바람직하며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (20)

1. 다음을 포함하는, 광변색 염료(photochromic dye)의 최적화 방법:
   조성물 내의 광변색 염료의 특성을 최적화하는 단계;
   입자 내에 광변색 염료를 포함하는 조성물을 분리하는 단계; 및
   광변색 염료를 포함하는 조성물과 별개인 호스트 상(host phase) 물질 내의 입자를 캡슐화하는 단계.
2. 제1항에 있어서, 조성물 내의 광변색 염료의 특성을 최적화하는 단계는 상기 조성물의 유리 전이 온도를 제어하는 것을 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 조성물 내의 광변색 염료의 특성을 최적화하는 단계는 상기 조성물의 극성을 제어하는 것을 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 조성물 내의 광변색 염료의 특성을 최적화하는 단계는 상기 광변색 염료의 색상 변화 속도를 최적화하는 것을 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 조성물 내의 광변색 염료의 특성을 최적화하는 단계는 상기 광변색 염료의 중성 색조를 최적화하는 것을 포함하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 입자 내에 광변색 염료를 포함하는 조성물을 분리하는 단계는 상기 광변색 염료를 포함하는 조성물 주위에 중합체 껍질(shell)을 형성하는 것을 포함하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 광변색 염료를 포함하는 조성물과 별개인 호스트 상 물질 내의 입자를 캡슐화하는 단계는 투명한 물질의 층 내에 입자를 분산시키는 것을 포함하는 방법.
8. 다음을 포함하는 광학 물품:
   제1 유리 전이 온도를 가지는 호스트 상; 및
   호스트 상과 별개인 분산상(dispersed phase),
   여기서 상기 분산상은 호스트 상 내에 분포되고, 상기 분산상은 적어도 하나의 광변색 염료를 가지며 제1 유리 전이 온도와 상이한 제2 유리 전이 온도를 가지는 내부 매트릭스를 포함함.
9. 제8항에 있어서, 호스트 상은 열경화성 수지층인 광학 물품.
10. 제8항에 있어서, 호스트 상은 열가소성 수지층인 광학 물품.
11. 제8항에 있어서, 분산상은 중합체성 결합제를 포함하는 광학 물품.
12. 제8항에 있어서, 분산상은 호스트 상에 불용성인 외부 껍질을 포함하는 광학 물품.
13. 제8항에 있어서, 제1 유리 전이 온도는 제2 유리 전이 온도보다 높은 광학 물품.
14. 제8항에 있어서, 광변색 염료는 나프토피란인 광학 물품.
15. 다음을 포함하는 광변색 층:
    호스트 상 매질 내에 분포된 분산상 입자;
    실질적으로 호스트 상 매질로부터 분리된 내부 매트릭스를 포함하는 분산상;
    적어도 하나의 광변색 염료를 포함하는 내부 매트릭스.
16. 제15항에 있어서, 분산상는 입자를 포함하는 광변색 층.
17. 제15항에 있어서, 분산상은 아이소사이아네이트-말단의 예비중합체로 형성된 껍질을 포함하는 광변색 층.
18. 제15항에 있어서, 내부 매트릭스는 가소제를 포함하는 광변색 층.
19. 제15항에 있어서, 호스트 상 매질은 적어도 하나의 광변색 염료와 구별되는 염료를 포함하는 광변색 층.
20. 제15항에 있어서, 내부 매트릭스는 용매 유형의 개질제를 포함하는 광변색 층.

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