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KR100816955B1 - 복합 반사성 플레이크-기본형 안료와 그 제조방법 및 이를포함하는 착색제 - Google Patents

복합 반사성 플레이크-기본형 안료와 그 제조방법 및 이를포함하는 착색제 Download PDF

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KR100816955B1
KR100816955B1 KR20037001151A KR20037001151A KR100816955B1 KR 100816955 B1 KR100816955 B1 KR 100816955B1 KR 20037001151 A KR20037001151 A KR 20037001151A KR 20037001151 A KR20037001151 A KR 20037001151A KR 100816955 B1 KR100816955 B1 KR 100816955B1
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코울터켄트이.
메이어토마스
매튜시존에스.
필립스로저더블유.
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플렉스 프로덕츠, 인코포레이티드
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Abstract

플레이크-기본형 안료는 가시 파장범위에서 개선된 거울 반사특성을 제공한다. 상기 플레이크-기본형 안료는 지지층의 한쪽 또는 양쪽에 형성되는 다수의 복합 반사성 플레이크를 포함한다. 이러한 플레이크 구조는 단축 압축강도가 단축 인장강도 보다 크다. 플레이크 구조는 제조시 및 어플리케이션 처리시 강성 및 취성 파괴에 대해 장점을 제공하며, 이러한 특성은 궁극적으로 가시 파장범위에서 안료에 대해 양호한 평탄특성 및 거울 반사특성을 제공한다. 안료에 필요로 하는 광학적 특성을 생성하기 위하여 다양한 유전층 및/또는 흡수층과 같은 여러 외층들이 상기 복합 반사성 플레이크에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 반사성 플레이크-기본형 안료를 제조하는 방법과, 폴리머 매질과 다수의 복합 반사성 플레이크를 포함하는 착색제 성분이 제공된다.
플레이크, 안료, 염료, 반사율, 금속, 압축강도, 인장강도, 평탄도

Description

복합 반사성 플레이크-기본형 안료와 그 제조방법 및 이를 포함하는 착색제{COMPOSITE REFLECTIVE FLAKE BASED PIGMENTS, METHOD FOR THEIR PREPARATION AND COLORANT COMPRISING THEM}
본 발명은 플레이크-기본형 안료에 관한 것으로서, 특히 거울 반사율이 개선된 복합 반사성 플레이크-기본형 안료에 관한 것이다.
일반적으로 안료는 코팅, 잉크, 압출, 페인트, 피니쉬, 유리, 세라믹, 화장품 등의 광학적 특성 및 기타 다른 특성에 영향을 미친다. 안료에는 여러 종류가 있으며, 그 일부는 금속 플레이크-기본형이다. 이러한 금속 플레이크는 용도에 따라 광택, 불꽃, 섬광, 흡수, 은폐 및/또는 반사성을 부여하기 위하여 얇은 금속층을 포함한다. 그러나 안료의 광학적 성능은 그 내부의 각각의 금속 플레이크의 본질적 한정에 의해 적절히 제한된다.
일반적으로, 가시 파장(약 300 내지 800nm)을 통해 가장 큰 거울 반사율을 얻기 위하여, 금속 플레이크는 가능한한 평탄해야만 한다. 다양한 플레이크의 수집에 있어서, 가장 큰 반사율 및 이에 따른 가장 큰 휘도는, 플레이크가 수집가능하게 평탄하게 되어 표면적이 가장 넓은 금속 플레이크를 입사광에 노출시키고 가능한한 그러한 양을 반사할 때 형성된다.
그러나, 이러한 반사율 특성에 영향을 미치는 가장 주요한 요소는 특정한 어플리케이션에 사용된 플레이크의 크기 또는 칫수 이다. 예를 들어, 만일 플레이크가 두껍다면, 어플리케이션에서 서로 조합된 다수의 두꺼운 플레이크는 일반적으로 평탄하거나 수평인 단일평면에서는 함께 놓이는 것이 방지되는데, 그 이유는 인접한 플레이크들은 그 두께로 인하여 서로 용이하게 중첩될 수 없기 때문이다. 그 결과, 많은 플레이크들이 거의 수직으로 배치되고, 다수의 플레이크들이 공통면에 평행한 표면영역에 안착될 수 없게 된다. 평탄하지 않은 안료에 노출된 입사광은 과도하게 분산되고, 비거울면 반사된다. 따라서, 어플리케이션의 양호한 반사특성은 두꺼운 플레이크에 의해 감소된다. 플레이크가 두꺼우면 페인트 어플리케이션중 페인트 자동분사 건의 막힘과 같은 어려움이 자주 발생된다.
플레이크의 두께가 감소될 때는 플레이크가 너무 파괴되기 쉬워(즉, 단단하지 않거나 연약한) 꼬이거나 주름이 발생되기 시작하는 포인트에 도달하게 된다. 이와 같은 플레이크 평탄도의 감소는 입사광을 분산시켜서 필요로 하는 거울 반사도를 감소시킨다. 따라서, 만일 어플리케이션 사용중 플레이크가 한쪽면에 가해져서 너무 얇아지면, 플레이크는 그 표면의 형상이 미세하게 결함되었다고 가정할 것이다. 예를 들어, 만일 그 형상이 거칠다면, 플레이크는 그에 따라 거칠게 되거나 평탄하지 않게 될 것이다. 플레이크가 왜곡되어 표면과 일치하게 되었을 때는 평탄도가 감소되어, 다시 입사광의 분산을 증가시키고 필요로 하는 거울 반사도를 감소시킨다. 일부 제조과정에서는 공지의 기법에 의해 작은 플레이크 크기의 입자로 "파괴되는", 유례없는 대형의 금속 필름 또는 시트로부터 플레이크를 형성할 것이 다.
2가지 형태의 파괴는 "가단성" 파괴 및 "취성" 파괴 이다. 가단성 파괴는 파괴가 발생하기 전에 파괴 근방에서 금속을 실질적인 가소성 변형을 받게 한다. 이러한 변형은 평탄 특성이 불량하게 나타나는 기형적인 영역을 유발하게 된다. 꼬이거나 주름진 금속을 갖는 이러한 기형적인 영역은 노출된 입사광을 분산시키거나 확산시키는 나쁜 경향이 있다. 한편, 취성 파괴는 파괴가 발생되기 전에 금속에 가소변형을 약간 유발시키거나 거의 유발시키지 않으므로, 생산된 금속 플레이크가 대향 금속 시트의 본래의 평탄도를 가능한한 유지하게 한다. 따라서, 취성 파괴는 제조중 발생되는 것이 바람직하다. 그러나, 취성 파괴는 반사율이 높은 대부분의 금속에서는 발생되지 않는다.
실제로, 취성 파괴는 대응의 인장강도에 비례하여 높은 압축강도를 갖는 물질에서 자주 발생된다. 이것은 물질에 분포되어 있는 내부 접합강도에 인장성분 및 압축성분이 포함되어 있기 때문이다. 상기 인장강도는 물질의 표면으로부터 탈출하려는 힘을 보상하며, 압축강도는 표면에서의 힘과 연관되어 있다. 따라서, 표면 내외부로의 상대적 강도가 평형되기 되기 때문에, 비슷한 압축강도 및 인장강도가 가단성 변형을 허용하게 된다. 이와는 달리, 취성 변형은 압축강도가 인장강도 보다 클 때 유발되며, 물질 강도는 표면 외향이 아닌 내향으로 향하게 된다. 따라서, 인장강도에 비해 압축강도가 높으면, 힘이 가해졌을 때 접합부의 파열 및 물질의 균열이 발생된다. 이에 따라, 예를 들어 13-24 lb/in2 의 인장강도와 13-24 lb/in 의 압축강도를 갖는 알루미늄은 단축 방향의 응력하에서 가단성 파괴를 받기가 매우 쉬어, 상기 알루미늄은 바람직스럽지 않은 반사특성을 나타내게 된다. 또한 가단성 파괴가 유발되어 알루미늄이 굴곡되었거나 변형되었다면, 알루미늄은 변형된 채로 남게 되며, 바람직스럽지 못한 반사특성이 존재하게 된다. 따라서, 반사도를 감소시키는 기형을 유발시키지 않고, 알루미늄과 같은 금속 플레이크를 제조하는 것이 어렵다.
공지된 바와 같이, 금속 플레이크에 있어서 파괴공학은 제조과정 뿐만 아니라 사용시에도 중요하다. 예를 들어, 페인트나 잉크 솔벤트의 건조 등과 같은 어플리케이션 처리는 플레이크상에 응력을 유발한다. 표면장력에 의해 유발되는 이러한 응력은 다시 플레이크를 파괴시키거나 기형을 유발시킨다. 어플리케이션 처리중 플레이크의 취성 파괴는 꼬이거나 변형된 플레이크 대신에, 대형 플레이크가 갖고 있는 대부분의 평탄도를 유지하는 소형 플레이크를 생산하려는 경향을 띄게 되므로, 플레이크의 평탄도와 반사 특성이 개선된다. 따라서, 플레이크 취성은 제조과정 뿐만 아니라 어플리케이션 사용중에도 중요한 사항이 된다.
종래의 기법은 제조과정 및 어플리케이션의 반사특성을 촉진시켜 얇고 단단한 취성 플레이크를 생산하려고 했었다. 그러나 종래의 모든 기법에는 단점이 내포되어 있다. 예를 들어, 미국특허 제5.198.042호에 따르면, 금속 플레이크를 다른 물질 및 금속과 합금하여 악영향을 미치는 얇은 플레이크의 꼬임, 주름 및 가단성을 감소시키고 있다. 그러나 합금은 플레이크의 반사특성을 약화시킨다. 미국특허 제4.213.886호에는 코팅수지에 플레이크를 평탄하게 당기는 표면 결합 표본이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 표면과의 화학적 양립성을 달성하기 위하여 플레이크와 수지의 화학적 제조성을 필요로 한다. 이러한 양립성은 매우 어려우며, 실제적인 것으로 판명되지는 않았다.
미국특허 제4.629.512호에는 수지 코팅상에 부유되는 플레이크가 개시되어 있다. 이러한 방법은 플레이크가 보호되지 않기 때문에 플레이크의 내구성이 공격을 받게 된다. 이러한 공격은 주로 플레이크를 부식시킬 뿐만 아니라 어플리케이션에 반점이나 변색된 외관을 제공하려는 경향이 있다. 또한, 만일 이러한 방법이 명확한 오버코트 페인트 등의 수지성 어플리케이션과 함께 사용된다면, 상기 오버코트 자체는 솔벤트 침투로 인하여 플레이크의 평탄방향성을 붕괴시킨다. 또한, 반사도 특성도 악화된다.
미국특허 제5.593.773호에 따르면, 기본적으로 플레이크의 기형이 불가능한, 작은 종횡비를 갖는 미리 크랙된(pre-cracked) 플레이크가 개시되어 있다. 그러나 수축률은 플레이크 고유의 반사능에 대응하여 축소된다. 이것은 기판 표면과 평행하게 정렬되는 표면을 갖는 플레이크에 비해, 종횡비가 적어질수록 플레이크의 방향성이 없어질 가능성이 많아지기 때문이다.
미국특허 제3.622.473호에 따르면, 단단한 외측 산화층을 형성하기 위하여 플레이크의 반사층을 산화하므로써 플레이크 강성이 증가된다. 그러나, 산화물이 사용될 때마다, 플레이크 고유의 반사도 특성은 감소된다. 또한, 산화물은 플레이크상에서 결함 장소에 형성되는데, 이러한 장소는 전형적으로 플레이크 표면을 횡단하여 균일한 어플리케이션을 방해하려는 경향을 띄게 된다. 이러한 비균일성은 반사도를 감소시키게 되고, 반점이 있는 어플리케이션 외관을 유발시킬 수 있다.
표면에 단일층이나 복수층 코팅을 가하여 플레이크의 강성을 증가시키기 위해 다양한 시도가 이루어졌다. 현재까지는 상기 코팅이 광 분산에 상당히 관여하기 때문에 단일층 코팅은 너무 두꺼워서 각각의 특성이 악화되었다. 복수층 코팅은 광 분산이 더욱 심해져서 여러층 사이의 경계면에서 광 확산을 유발한다.
또한, 종래의 코팅은 통상적으로 고유의 탄성계수가 낮은 유기물이며, 이러한 저탄성계수로 인해 매우 얇은 금속 플레이크에 구조적 강성을 제공할 수 있는지에 대한 여부와 코팅을 얼마나 얇게 인가할 수 있는지의 여부에 대한 제한이 가해진다. 이러한 처리는 페인트 자동분사 건을 통해 플레이크를 분사하는 단계를 포함한다. 또한, 솔벤트에 사용되었을 때의 유기물 코팅은 궁극적으로 용해와 관련된 효과로 인해 구조적 강성을 느슨하게 한다.
최근의 일본특허공개 10-259316호에는 유리 플레이크의 표면상에 금속 박막을 스퍼터핑하므로써 고반사성 안료를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 상기 유리 플레이크는 10 내지 300미크론의 평균 입자직경과, 1 내지 20미크론의 평균두께와, 스퍼터링 처리에 의해 형성된 50Å 내지 200Å의 티타늄 금속막을 갖는다. 또한, 일본특허공개 10-316883호에는 철 또는 니켈 합금이 유리, 운모, 알루미늄, 또는 그라파이트 플레이크와 같은 무기물 플레이크상에 스퍼터링되는 고반사성 안료의 형성방법이 개시되어 있다.
일부의 반사성 코팅은 취성 파괴를 촉진시키고 단단하지만, 이러한 코팅들은 금속 플레이크를 사용하지 않기 때문에 종래 대부분의 코팅들과는 상이하다. 미국 특허 제4.309.075호에는 예를 들어 금속 플레이크의 반사 특성을 시뮬레이션하는 반사체를 생성하는데 사용되며, 높은 반사율과 낮은 반사율이 선택적으로 형성된 선택층에 의해 단순히 금속 플레이크를 시뮬레이션하는 복수층 코팅이 개시되어 있다. 미국특허 제3.123.490호에는 MgF2의 상하부에 코팅되는 ZnS층이 개시되어 있다. 단단하고 취성 파괴된다해도, 이러한 구조는 전형적으로 두껍기 때문에(약 215nm), 얇은 플레이크를 필요로 하는 어플리케이션에는 사용될 수 없다. 또한, 금속 플레이크의 시뮬레이션을 달성하기 위해서는 높은 반사율과 낮은 반사율을 갖는 선택적 코팅층이 필요하다. 그러나, 두께와 층수가 증가한다 해도, 제조과정의 복잡함과 이에 따른 비용상의 부담도 증가한다.
따라서, 반사율 특성이 개선되고 금속 플레이크-기본형 안료의 반사도를 개선시킬 수 있는, 얇고 단단한 취성 금속 플레이크를 저렴하게 생산할 수 있는 대안이 필요하다.
본 발명에 따르면, 상술한 바는 다수의 복합 반사성 플레이크를 갖는 플레이크-기본형 안료를 제공하므로써 달성될 수 있으며; 상기 다수의 복합 반사성 플레이크 각각은 중앙의 지지층과, 상기 중앙의 지지층에서 대향하는 주면의 한쪽 또는 양쪽에 적어도 하나의 반사층을 갖는다. 상기 중앙의 지지층은 반사층을 위한 부드럽고 단단한 지지체를 제공하는 유전물질이 될 수 있다. 상기 복합 반사성 플레이크는 단축의 압축강도를 갖는 매우 얇은 구조체로서, 상기 압축강도는 대응하는 단축의 인장강도 보다 크다. 이러한 구조체는 제조 및 어플리케이션 처리시 강성 및 취성 파괴에 대해 장점을 제공하며, 이것은 결국 가시 파장범위에서 안료에 양호한 평탄 특성 및 거울 반사특성을 제공한다. 강성 및 취성이 양호하기 때문에, 플레이크에 꼬임이나 주름을 형성하지 않고서도, 처리과정시에 형성된 코어 플레이크 필름을 작은 코어 플레이크 부분으로 쉽게 파괴할 수 있다. 상기 복합 반사성 클레이는 종횡비가 크기 때문에, 어플리케이션 사용시 실질적인 입사광량의 양호한 반사를 허용하게 된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면 복합 반사성 플레이크의 주위에 하나이상의 코팅층이 형성될 수 있다. 이러한 코팅층은 안료에 필요로 하는 다양한 광학적 특성 즉, 컬러 시프트(color shift), 컬러 강화, 자기 특성, 태양에너지 흡수 특성 등을 제공할 수 있다. 또한, 상기 코팅은 내화학성 및 내구성이 강화되므로, 높은 거울 반사도를 책임지는 하부의 금속층을 보호한다.
본 발명에 따른 고반사성 플레이크-기본형 안료의 제조방법에 있어서, 제1반사층은 웨브 물질의 상부면에 형성되고, 제1반사층 위에는 중앙의 유전성 지지층이 형성된다. 그후, 상기 중앙의 유전성 지지층에는 제2반사층이 형성되어, 코어 플레이크 필름이 완성된다. 실질적인 반사도를 갖는 다수의 복합 반사성 플레이크를 생산하여 안료에 높은 반사율을 제공하기 위해, 상기 코어 플레이크 필름은 웨브 물질로부터 제거된다. 필요에 따라 복합 반사성 플레이크 주위에는 하나이상의 코팅층이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 고반사성 플레이크-기본형 안료의 제조방법에 있어서, 복합 반사성 플레이크를 형성하는 예비성형된 단단한 플레이크의 제1주면 및 제2주면상에 제1반사층 및 제2반사층이 동시에 침착된다. 필요에 따라, 복합 반사성 플레이크 주위에는 하나이상의 코팅층이 형성될 수도 잇다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도1a 내지 도1c는 본 발명에 따른 복합 반사성 코어 플레이크 필름의 다른 실시예에 대한 단면도.
도2a 및 도2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플레이크-기본형 안료 입자의 개략적인 단면도.
도3a 내지 도3d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플레이크-기본형 안료 입자의 개략적인 단면도.
도4a 및 도4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플레이크-기본형 안료 입자의 개략적인 단면도.
도5a 및 도5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플레이크-기본형 안료 입자의 개략적인 단면도.
도6은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 플레이크-기본형 안료 입자의 개략적인 단면도.
도7은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 플레이크-기본형 안료 입자의 개략적인 단면도.
상술한 바와 같은 본 발명의 장점 및 기타 다른 장점을 보다 완벽히 이해하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 양호한 실시예를 참조하여 상세히 서술될 것이다. 상기 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시한 것으로서 본 발명의 범주를 제한하지 않는다.
본 발명은 약 300nm 내지 800nm 범위의 파장에서 거울 반사특성이 개선된 플레이크-기본형 안료에 관한 것이다. 본 발명의 특징은 중앙의 지지층의 양측에서 코어 플레이크 부분을 형성하기 위하여, 전형적으로 금속층인 각각의 외층에 안료의 코어부를 제공하는 것에 관한 것이다. 상기 중앙의 지지층은 코어 플레이크 부분에 단단한 지지체 및 취성 파괴특성을 제공한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 코어 플레이크 부분은 하나이상의 유전층, 흡수층 및/또는 기타 다른 광학층으로 둘러싸여 다수의 안료 입자를 형성한다.
도면에 있어서 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호가 부여되었으며, 이러한 도면은 본 발명을 이해하는데 필요한 구조를 도시한 것에 지나지 않는다.
도1a는 본 발명의 고반사성 플레이크-기본형 안료를 생산하기 위한 복합 반사성 코어 플레이크 필름의 실시예를 도시하고 있다. 상기 코어 플레이크 필름은 하기에 서술되는 바와 같이, 종래의 침착처리에 의해 가요성 물질의 웨브(11)상에 형성된 코어 플레이크 부분(10)을 포함한다. 상기 코어 플레이크 부분(10)은 코어 플레이크 필름으로 형성된 복합 반사성 플레이크(composite reflective flake: CRF)를 위한 구조를 제공한다. 코어 플레이크 부분(10)은 중앙의 지지층(14)의 대 향하는 주면상에서 한쌍의 반사층(12, 16) 사이에 개재되는 중앙 지지층(14)이 포함된 3층의 코어 구조를 포함한다. 선택적으로, 지지층(14)에는 단지 하나의 반사층(12 또는 16)만이 형성되어, 2층의 코어 구조로 생산될 수도 있다.
도1a에 도시된 바와 같이, 코어 플레이크 부분의 기능이 변하지 않는한, 필요할 경우 광학층과 같은 하나이상의 박막층(18)(가상선으로 도시되었음)이 코어 플레이크 부분(10)상에 선택적으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 웨브(11)에서 플레이크를 제거하기 전에, 필요로 하는 안료의 광학적 특성에 의존하는 두께를 갖는 유전체, 흡수제 및/또는 기타 다른 광학적 코팅이 코어 플레이크 부분(10)의 한쪽 또는 양측에 형성될 수도 있다. 이러한 플레이크는 광 페인트 플레이크의 생산에 사용되거나 접혀진 광 코팅의 형성에 사용될 수도 있으며, 또는 플레이크 주위에 부가의 광학층을 생산하기 위해 또 다른 코팅처리를 받을 수도 있다. 접혀진 광코팅 구조는 본 발명에 참조인용된 미국특허 제4.434.010호에 개시된 바와 같이 기판의 표면에 침착된다.
도1b에는 본 발명의 플레이크-기본형 안료를 생산하기 위한 복합 반사성 코어 플레이크 필름의 다른 실시예가 도시되어 있으며, 이러한 실시예는 대향의 반사층(12, 16) 사이에 개재되는, 유전층과 같은 중앙 지지층(14)을 포함한다. 또한, 보호층(17)은 반사층(16) 위에 형성되며, 보호층(19)은 반사층(12)의 주위에 형성된다.
도1c는 플레이크-기본형 안료를 생산하기 위한 복합 반사성 코어 플레이크 필름의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 이러한 실시예는 보호층(17)에 하나이상의 박막층(18)(가상선으로 도시)이 추가되었다는 점 이외에는 도1b에 도시된 실시예와 동일하다. 필요할 경우, 보호층(19)과 웨브(11) 사이에 하나이상의 박막층이 형성될 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 복합 반사성 플레이크는 상면과 바닥면 및 적어도 하나의 측면을 구비한 중앙 지지층을 포함하며, 이러한 지지층은 제1두께를 갖는 취성물질로 구성된다. 제2두께를 갖는 반사층은 상부와 바닥면에 각각 형성되지만, 적어도 한쪽 측면에는 형성되지 않는다. 적어도 하나의 반사층은 실질적으로 가단성 물질로 구성된다. 제1두께와 제2두께의 비율은 가단성 반사층의 실질적인 취성 파괴를 유발할 수 있을 정도로 충분한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 반사성 플레이크는 부드럽고 평행한 제1주면 및 제2주면이 구비된 중앙의 지지층을 포함하며, 상기 지지층의 제1 및 제2주면에는 반사층이 각각 형성된다. 적어도 하나의 반사층은 지지층의 제1주면 또는 제2주면을 젖히는 연속한 박막 이다.
양호한 실시예에 있어서, 본 발명의 복합 반사성 플레이크는 50nm 내지 150nm의 두께를 갖는 중앙 지지층과, 유전체층의 대향측상에 형성되고 10nm 내지 150nm의 두께를 갖는 반사층을 포함한다.
본 발명의 복합 반사성 플레이크는 안료로 사용중일 동안 높은 반사율을 제공한다. 예를 들어, 복합 반사성 플레이크는 80% 이상의 반사도를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 코어 플레이크 부분(10)의 중앙 지지층(14)은 유전물질로 구성된다. 이러한 유전물질은 무기물이 바람직한데, 그 이유는 무기성 유전물질은 취성과 강성이 양호한 것으로 알려져 있기 때문이다. 사용가능한 다양한 유전물질로는 금속 플루오르화물, 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 그리고 이들의 조합물 등이 포함된다. 상기 유전물질은 결정성이거나 비정질일 수도 있으며, 반결정성일 수도 있다. 이러한 물질은 사용이 용이하며, 물리적 또는 화학적 증착처리에 의해 용이하게 인가될 수 있다. 적절한 유전물질의 실시예로는 마그네슘 플루오르화물, 실리콘 일산화물, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 이산화물, 텅스텐 산화물, 알루미늄 질화물, 붕소 질화물, 붕소 탄화물, 텅스텐 탄화물, 티타늄 탄화물, 티타늄 질화물, 실리콘 질화물, 아연 황화물, 유리 플레이크, 다이아몬드형 탄소, 및 이들의 조합물 등이 포함된다.
선택적으로, 중앙의 지지층(14)은 천연 판상 광물(예를 들어, 운모 회티탄석), 또는 유리로 형성된 합성 판상체, 알루미나, 실리콘 이산화물, 탄소, 운모질 철 산화물, 코팅된 운모, 붕소 질화물, 붕소 탄화물, 그라파이트 등과 같이 종횡비가 높은 세라믹 플레이크 물질이나 양호한 유전물질로 구성될 수도 있다. 상기 중앙의 지지층(14)은 유전물질로 한정되지 않으며; 가단성 반사물질을 위한 지지층으로 기능할 수 있으며, 인장강도 대 압축강도의 비율이 충분한 다양한 반도체성 및 도전성 물질이 사용될 수 있다. 이러한 물질의 예로는 탄소, 다이아몬드형 탄소, 그라파이트, 실리콘, 금속 규소물, Ⅲ족이나 Ⅳ족 또는 Ⅴ족 원소의 집단으로 형성된 반도체성 성분과, 3차원 결정구조로 중심잡힌 몸체를 갖는 금속, 서멧 조성물 또는 서멧 화합물, 반도체성 유리, 및 기타 다양한 조합물 등을 포함한다. 그러나, 상술한 바와 같은 기능을 제공하며 유리와 같은 속성을 갖는 단단한 층으로 작용할 수 있는 지지물질이라면 이러한 물질들을 대체할 수 있음을 인식해야 한다.
중앙 지지층의 두께는 약 50nm 내지 1000nm, 양호하기로는 50nm 내지 150nm이지만, 이에 한정되지는 않는다. 지지층을 위한 코팅 두께의 범위는 사용되는 실제 반사층 및 선택된 지지층 코팅물질에 따라 변화된다. 예를 들어, 지지층을 위해 실리콘 이산화물 또는 마그네슘 플루오르화물을 사용할 때, 코팅의 강도에 따라 약 50nm의 하한 두께값이 선택되지만, 이러한 하한값을 초과하거나 작다면 굴곡된 반사층에 의해 부여된 응력 및 변형률하에서 구조적 일체성(및 이에 따른 플레이크 강성)을 유지하기에 충분하지 않다.
반사층(12, 16)은 안료로서 사용하기에 적합한 반사특성을 갖도록 선택된 물질로 구성된다. 양호한 반사물질로는 얇은 층을 형성하기 용이하고 값이 저렴하면서도 반사특성이 양호한 알루미늄이다. 그러나, 알루미늄 대신에 다른 반사물질이 사용될 수도 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 구리, 은, 금, 백금, 니켈, 코발트, 니오븀, 주석, 티타늄 및 이들의 조합물이나 합금 그리고 기타 다른 금속이 반사물질로 사용될 수도 있다. 다른 유용한 반사물질로서는 란탄족 금속과 같은 천이금속 및 그 조합물을 들 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 금속 탄화물, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 황화물 및 이들의 조합물이나 금속화합물 및 이러한 물질의 하나이상이 반사물질로 사용될 수도 있다.
반사층의 두께는 약 10nm 내지 150nm 이며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반사층에 대해 약 10nm의 두께가 하한값으로 선택될 수도 있으므로, 상기 반사층은 투명하게 된다. 반사층의 두께가 증가함에 따라, 반사층은 더욱 불투명하게 된다. 약 150nm의 상한값은 최종 안료에서 직경 대 두께의 비율을 높게 유지하기 선택된다. 다른 목적을 위해서 이보다 큰 두께가 허용될 수도 있다. 보다 양호한 범위에 있어서, 반사층의 두께는 약 80nm 내지 150nm 이다. 알루미늄층에 대해 실질적으로 불투명한 두께를 얻기 위해 약 80nm의 하한값이 선택되어, 반사를 촉진시키게 된다.
반사층의 특성에 따라, 상술한 바와 같이 코어 플레이크 부분의 외측면을 형성하는 반사층의 상부에는 부가의 보호층(17, 19)이 인가될 수도 있다. 이러한 보호층은 중앙의 지지층을 위하여 상술한 바와 같이 유전물질로 구성된다. 선택적으로, 상기 보호층은 파리렌(PARYLENE), 파라크실렌 폴리머 또는 크실렌 기능집단을 함유한 모노머로 합성된 기타 다른 폴리머와 같이 상당한 증기 및 가스 장벽특성을 갖는 유기물로 구성될 수도 있다.
상기 보호층의 두께는 약 10nm 내지 150nm이지만, 이에 한정되지 않는다. 보호층을 위한 코팅두께의 범위는 사용된 실제 반사층 및 선택된 코팅물질에 따라 변화될 수 있다. 보호층을 위한 마그네슘 플루오르화물, 실리콘 이산화물, 또는 실리콘 일산화물 및 알루미늄 반사층에 의해, 상기 보호층 두께는 연속한 보호코팅을 형성하기 위한 침착에 따라 약 10nm의 하한값이 선택되며, 이러한 하한값을 초과하거나 작을 때는 최종 어플리케이션이나 일련의 코팅 처리에 잇어서 포위매체에 의한 부작용을 충분히 방지할 수 없다. 150nm 이상의 두께에서 보호 지지층 사이에서 컬러 인터페이스가 시작된다는 관찰에 의해 약 150nm의 상한값이 선택된다. 컬러 인터페이스가 유용한 상황에서, 보다 두꺼운 지지층의 사용될 수 있다.
만일 두께가 증가된 보호층이 사용되었다면, 중앙 지지층의 두께는 감소될 수 있음을 인식해야 한다. 중앙 지지층을 형성하는데 사용된 처리 및 물질은 주로 경제적인 관점 및 제조효율에 기초하여 선택된다. 중앙의 반사성 보호층이 웨브 기질상에 침착된 후 코어 플레이크 입자를 형성하기 위하여 나중에 제거 및 대체될 때, 중앙 지지층의 두께는 보호층이 두께에 비례하여 증가함에 따라 실질적으로 감소될 수 있는데, 그 이유는 전구물질(precursor) 코어 플레이크 필름이 웨브 기판으로 해제될 때까지는 응력을 받지 않기 때문이다.
본 발명의 복합 반사성 플레이크의 두께가 과도하게 작음에도 불구하고, 코어 플레이크 부분(10)의 3층 구조를 갖는 플레이크는 주로 중앙 지지층의 고유의 단축 강도로 인해 고반사성 안료로 사용하기에 상당한 강성을 갖고 있음을 알게 되었다. 예를 들어, 약 160,000(lb/in2)의 단축 압축강도와 약 7000(lb/in2)의 단축 인장강도를 갖는, 실리콘 이산화물의 유전 지지층은 반사층이 굴곡되거나, 구부러지거나 기타 달리 변형되는 것을 방지한다. 알루미늄은 압축강도와 거의 동일한 인장강도를 갖는다. 그러나, 본 발명에 다른 유전 지지층상에 알루미늄층이 형성될 때, 코어 플레이크 부분의 단축 압축강도는 단축 인장강도 보다 약 8배 크다. 이러한 놀라운 결과는 그리피스 이론(Griffith's theory)으로 공지된, 공지의 취성 파괴이론에 의해 경험적으로 지지된다. 이러한 실질적인 강도 편차는 가소변형후에만 파괴되는 알루미늄층을 변형시켜, 가소변형없이 취성 파괴모드를 받게 한다.
양호한 취성 범위에 있어서, 코어 플레이크 부분의 단축 압축강도가 단축 인 장강도에 비해 약 6배 정도 클 때, 반사층은 지지층에 의해 상당히 강화된다. 코어 플레이크 부분이 인장강도에 비해 6배 적은 압축강도를 갖지만, 플레이크는 가단성 파괴와 유사한 바람직스럽지 않은 파괴특성을 나타내려는 경향을 갖는다. 취성 파괴특성은 대향 필름으로부터 다수의 복합 반사성 플레이크의 분리를 촉진시키거나 제조과정중 특정 어플리케이션을 위한 입자크기를 선택적으로 감소시키도록 양호하게 작용하며, 또한 사용시 응력이 부여되었을 때 각각의 플레이크의 파괴를 촉진시킨다.
본 발명의 복합 반사성 플레이크는 제조과정 및 필요로 하는 최종용도에 따라 균일한 형태나 불균일한 형태를 취할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 간결함을 위하여 플레이크는 플레이크의 형상이나 불균일성에 관계없이 일정한 "직경"을 갖는 것으로 언급될 것이다. 양호한 실시예에서, 플레이크의 직경은 1미크론 내지 100미크론, 양호하기로는 5미크론 내지 25미크론의 범위에 속한다. 본 발명의 플레이크에 대한 플레이크 직경 대 플레이크 두께에 대한 종횡비는 6.5 내지 625, 양호하기로는 50 내지 250 이다. 공지된 바와 같이, 이러한 종횡비가 클수록, 플레이크는 더욱 평탄하게 되어 반사도가 증가될 것이다. 종래 수많은 안료 및/또는 플레이크에 대한 최적의 종횡비는 약 15 정도이었기 때문에, 본 발명의 플레이크의 종횡비는 상당히 개선된 반사특성을 제공하는 것임을 인식해야 한다.
본 발명의 플레이크-기본형 안료를 제조하는 첫번째 방법은 코어 클레이크 부분(10)을 제조하는 단계를 포함한다. 제1반사층(12)은 도1a에 도시된 바와 같이 웨브(11)의 상부면에 형성되며, 중앙의 지지층(14)은 물리적 증착(PVD)과 같은 종 래 침착과정에 의해 반사층(12)에 형성된다. 상기 웨브(11)는 종래 롤 코터장치에 사용될 가요성 물질이다. 제2반사층(16)은 침착처리에 의해 중앙 지지층(14)상에 형성되어, 실질적인 강성을 갖는 코어 플레이크 필름이 완성되어, 고반사율을 제공할 수 있다. 상기 코어 플레이크 필름은 웨브(11)로부터 제거되어, 다수의 복합 반사성 플레이크가 생성된다. 선택적으로, 가용성 해제층(도시않음)을 통해 웨브(11)를 해제하기 전에, 도1b 및 도1c에 도시된 바와 같이 종래 침착과정에 의해 코어 플레이크 부분(10)에는 부가의 보호층 및/또는 박막층이 형성될 수 있다. 그후, 복합 반사성 플레이크 주위에는 하나이상의 박막 코팅층이 형성되어, 하기에 상세히 서술하는 바와 같이 다양한 안료 제품을 생산한다.
중앙 지지층의 침착은 종래의 증착처리에 의해 실행될 수 있으므로, 지지층이 증기상으로부터 고체상으로 천이될 때 부여된 응력하에서 지지층이 크랙될 것이다. 침착된 반사층은 크랙된 지지층의 특성을 갖고 있다. 이러한 방식에 의해, 지지층은 연약하고 얇은 반사층을, 가단성 방식이 아닌 취성 방식으로 지지층의 크랙을 따라 반사층을 파괴시키려는 특성을 갖는 단단한 반사 필름으로 강화시킨다. 그후, 가요성 웨브가 제거됨에 따라서, 본 기술분야에 공지된 방법인 예비선택된 액체에서의 용해 및 이형제에 의해, 다수의 복합 반사성 플레이크가 지지층의 크랙을 따라 파괴된다. 이러한 형태의 제조기법은 본 발명에 참조인용된, 필립스 등에 허여된 미국특허 제5.135.812호에 상세히 개시되어 있다.
일단 제조된 후에는, 각각의 복합 반사성 플레이크는 예외적인 평탄 특성을 갖게 되어, 각각의 플레이크는 상당히 평탄하게 되고 파괴 근방에서조차 매우 부드 럽게 된다. 이와 같이 부드럽고 평탄한 특성은 거칠거나 평탄하지 않은 플레이크 부분을 갖는 종래의 안료와는 달리 기형인 표면을 형성하지 않으며, 박막 코팅층을 부가로 침착할 수 있게 한다.
복합 반사성 플레이크는 필요한 어플리케이션에 따라 적절한 크기로 연마된다. 일단 연마된 후에는, 어플리케이션에 사용될 때 안료의 필요로 하는 광학적 성능에 따라, 코어 플레이크 부분상에는 부가의 다양한 박막 코팅층이 침착되어, 본 발명의 플레이크-기본형 안료를 형성한다. 무기물 유전체를 함유한 안료 플레이크는 제조시 스테이지에서의 크기로 연마될 수 있는 반면, 유기물 유전체를 함유된 안료 플레이크는 유기물 유전체가 인가되기 전에 최종 어플리케이션 크기로 연마되는 것이 바람직하다.
상술한 바는 대향측상에 이중 반사층을 구비한 복합 반사성 플레이크를 제조하는 방법에 관한 것이지만, 반사층은 중앙 지지층의 한쪽에 코팅될 수도 있으며, 제조시 및 사용중에도 양호한 특성을 달성할 수 있음을 인식해야 한다. 그러나, 단일의 반사층은 전형적으로 플레이크의 꼬임을 방지하기 위하여 본 기술분야에 공지된 기법에 의해 일반적으로 응력평형을 필요로 한다. 그러나, 이중 반사층 플레이크는 플레이크의 강성을 만족스럽게 개선시키고 제조과정에 유용한 대칭성을 촉진시키기 위한, 코어 플레이크 부분의 양호한 실시예이다.
다른 제조과정에 있어서, 중앙의 지지층은 예비성형된 입자를 포함하머, 각각의 반사층은 코팅처리중 액상, 기상 또는 증기 환경에 입자가 분배되는 무전극 금속도금, 화학적 증착 또는 물리적 증착과 같은 다양한 방법에 의해 침착될 수 있 다. 플레이크가 이러한 처리과정에 의해 제조될 때, 중앙 지지층은 처리과정중 코어 플레이크 강성을 유지할 수 있는 두께를 가져야만 하는 것을 인식해야 한다.
주위에 부가의 코팅을 갖는 복합 반사성 플레이크(CRF)의 코어부가 구비된 본 발명의 플레이크-기본형 안료의 다른 실시예가 하기에 상세히 서술될 것이다.
도2a는 CRF의 코어 플레이크 부분(10)을 포함하는, 본 발명의 일실시예에 따른 플레이크-기본형 안료 입자(20a)의 단면도이다. 제1유전코팅(24)은 코어 플레이크 부분(10)을 실질적으로 둘러싸거나 포위하도록 형성된다. 상기 유전코팅(24)은 약 1.65 이하의 반사율로 한정된 저반사율 물질로 구성된다. 적절한 저반사율 물질로는 실리콘 이산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 마그네슘 플루오르화물과 같은 금속 플루오르화물(MgF2), 알루미늄 플루오르화물(AlF3), 세륨 플루오르화물(CeF3), 란탄 플루오르화물(LaF3), 소듐 알루미늄 플루오르화물(예를 들어, Na3AlF6, 또는 Na5Al3F14), 네오디뮴 플루오르화물(NdF3), 사마륨 플루오르화물(LiF), 및 이들의 조합물, 또는 반사율이 약 1.65 이하인 기타 다른 물질 등이 있다. 예를 들어, 유기성 모노머 및 폴리머는 아크릴레이트와 같은 알켄 또는 디엔(예를 들어 메타크릴레이트), 퍼플루오로알켄, 폴리테트라플루오로에틸렌(TEFLON), 플루오로화된 에틸렌 프로필렌(FEP), 및 이들의 조합물 등을 포함하여, 저반사율 물질로 사용될 수 있다. 유전코팅(24)은 물리적 두께가 50nm 내지 800nm, 양호하기로는 72nm 내지 760nm, 더욱 양호하기로는 200nm 내지 600nm인, 특정디자인의 파장에서 다수의 반파의 광학적 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
제1흡수층(26)은 유전코팅(24)을 실질적으로 둘러싸거나 에워싸도록 형성된다. 흡수코팅(26)에 적절한 물질로는 모든 금속이나 금속화합물을 포함하며, 이들은 가시 스펙트럼에서 균일한 흡수율 및 선택적 흡수율을 갖는다. 이러한 물질의 예로는 크롬, 니켈, 철, 티타늄, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀, 탄소, 및 실리콘과; 황화물, 질화물, 인화물 및 금속 산화물; 인코넬(Inconel)(Ni-Cr-Fe)과 같은 이들의 조합물 또는 합금; 철 산화물(예를 들어 Fe2O3)과 같은 흡수성 유전물질, 실리콘 일산화물(SiO), 크롬 이산화물(Cr2O3), 탄소, 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 아산화물(TiOx: x는 2.0 이하) 및 이들의 조합물; 또는 가시 스펙트럼에서 균일하거나 선택적인 흡수제로 작용할 수 있는 기타 다른 기질이 포함된다. 이러한 흡수성 기질은 0.1< η/κ< 10 을 만족시키는, 반사율(η)의 실제성분에 대한 가상 성분의 비율을 갖는다(κ는 흡광계수). 흡수코팅(26)은 2nm 내지 80nm, 양호하기로는 3nm 내지 30nm의 물리적 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 안료의 광학적 성능을 변화시키기 위하여, 유전코팅층 및 흡수코팅층에 대해 다른 두께가 사용될 수도 있다.
두께가 얇은 흡수코팅은 광흡수제로서 연속해서 가공될 필요가 없다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 흡수물질로 이루어진 점 또는 다수의 섬(island)이 흡수제로서 사용될 수도 있다.
유전코팅(24)과 흡수코팅(26)은 종래의 코팅처리에 의해 안료 입자(20a)의 코어 플레이크 부분(10)의 주위에 형성된다. 예를 들어, 유전 코팅을 형성하기 위 한 방법으로서는 증착, 졸-겔 가수분해, 플루오르화된 베드에서의 화학증착(CVD), 전기화학적 침착, 및 플레이크 표면에서의 유기성 모노머의 중합화 등과 같은 다른 적절한 방법이 사용될 수도 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 흡수 코팅을 형성하기 위한 방법으로서는 증착과, 본 발명에 참조인용되고 1999년 9월 3일자 출원되었으며 발명의 명칭이 "간섭이 강화된 안료의 제조방법 및 장치"이며 상업적으로 양도되어 계류중인 미국특허출원 제 09/389.962호에 개시된 바와 같이 진동하는 입자 베드상에서의 스퍼터링 등이 있지만, 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 상기 흡수코팅은 금속-유기 성분의 가수분해를 통한 분해 또는 관련의 CVD 처리에 의해 침착될 수 있으며, 이러한 CVD 처리는 본 발명에 참조인용되고 슈미드 등에 허여된 미국특허 제5.364.467호 및 제5.763.086호에 개시된 바와 같이 플루오르화된 베드에서 실행된다. 만일 연마처리가 더 이상 실행되지 않는다면, 이러한 방법들은 유전물질과 흡수물질이 주위에 배치된 포위형 코어 플레이크 부분을 형성한다. 안료 플레이크의 제조시 상술한 코팅 처리의 다양한 조합이 사용되어 주위에 복합 코팅이 형성될 수 있다.
도2b에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플레이크-기본형 안료 입자(20b)의 단면도가 도시되어 있다. 안료 입자(20b)는 CRF의 코어 플레이크 부분(10) 등을 포함하여, 상술한 안료 입자(20a)와 유사한 성분들을 포함하고 있다. 제1유전코팅(25)은 코어 플레이크 부분(10)을 실질적으로 둘러싸거나 에워싸도록 형성된다. 상기 유전코팅(25)은 약 1.65 이상으로 한정된 고반사율 물질로 구성된다. 유전코팅(25)에 적합한 고반사율 물질로는 아연 황화물(ZnS), 아연 산화물(ZnO), 지르코늄 산화물(ZrO2), 티타늄 산화물(TiO2), 탄소, 인듐 산화물(In2O3), 인듐-주석 산화물(ITO), 세륨 산화물(CeO2), 이트륨 산화물(Y 2O3), 유로퓸 산화물(Eu2O3), (Ⅱ)디론(Ⅲ) 산화물(Fe3O4) 및 제2철 산화물(Fe2O3)와 같은 철 산화물, 하프늄 질화물(HfN), 하프늄 탄화물(HfC), 하프늄 산화물(HfO2), 란탄 산화물(La2O3), 마그네슘 산화물(MgO), 네오디뮴 산화물(Nd2O3), 프라세오디뮴 산화물(Pr6O11), 사마륨 산화물(Sm2O3), 안티몬 삼산화물(Sb2 O3), 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 일산화물(SiO), 셀렌 삼산화물(Se2O3 ), 주석 산화물(SnO2), 텅스텐 삼산화물(WO3), 및 이들의 조합물 등이 있다. 상기 유전코팅(25)은 50nm 내지 800nm, 양호하기로는 72nm 내지 760nm의 물리적 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
흡수코팅(26)은 유전코팅(25)을 실질적으로 둘러싸거나 에웨싸도록 형성된다. 흡수코팅(26)은 입자(20a)에 대해 상술한 바와 같이 동일한 물질 및 동일한 두께범위로 형성될 수 있다. 유전코팅(25) 및 흡수코팅(26)은 입자(20a)에 대해 상술한 바와 같이 종래의 코팅처리에 의해 코어 플레이크 부분(10)을 둘러싸도록 형성된다.
도3a 내지 도3d에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플레이크-기본형 안료 입자의 단면도가 도시되어 있다. 도3a에 도시된 바와 같이, 안료 입자(30a)는 입자(20a)와 동일한 성분의 내부 구조를 갖는다. 이들은 CRF의 코어 플레이크 부분(10)과, 상기 코어 플레이크 부분(10)의 주위에 형성된 저반사율의 제1유전코팅(24)과, 상기 유전코팅(24)의 주위에 형성된 제1흡수코팅(26)을 포함한다. 안료 입자(30a)는 흡수코팅(26)의 주위에 형성된 저반사율의 제2유전코팅(34)과, 상기 유전코팅(34)의 주위에 형성된 제2흡수코팅(36)을 포함한다. 상기 제1 및 제2유전코팅은 약 1.65 이하의 반사율을 갖는다. 부가된 유전코팅 및 흡수코팅은 상술한 종래의 코팅 처리에 의해 입자(20a)에 대해 서술한 바와 같이 동일한 물질 및 동일한 두께로 형성된다.
도3b에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안료 입자(30b)가 도시되어 있다. 상기 안료 입자(30b)는 상술한 입자(20b)와 동일한 성분의 내구 구조를 갖는다. 이러한 입자는 CRF의 코어 플레이크 부분(10)과, 유전코팅(25)의 주위에 형성된 고반사율의 제1흡수코팅(25)과, 상기 유전코팅(25)의 주위에 형성된 제1흡수코팅(26)을 포함한다. 안료 입자(30b)는 흡수코팅(26)의 주위에 형성된 고반사율의 제2유전코팅(35)과, 상기 유전코팅(35)의 주위에 형성된 제2흡수코팅(36)을 포함한다. 상기 제1유전코팅 및 제2유전코팅은 약 1.65 이상의 반사율을 갖는다. 부가의 유전코팅 및 흡수코팅이 상술한 종래의 코팅처리에 의해 입자(20b)에 대해 서술한 바와 같은 동일한 물질 및 동일한 두께로 형성될 수 있도 있다.
도3c에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안료 입자(30c)가 도시되어 있다. 상기 안료 입자(30c)는 고반사율의 제2유전코팅(35)이 흡수코팅(36)의 주위에 형성되었다는 점을 제외하고는, 상술한 입자(30a)의 구조와 동일하다. 따라서, 유전코팅(24)은 약 1.65 이하의 반사율을 가지며, 유전코팅(35)은 약 1.65 이상의 반 사율을 갖는다.
도3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안료 입자(30d)를 도시하고 있다. 이러한 안료 입자(30d)는 저반사율의 제2유전층(34)이 흡수코팅(26)의 주위에 형성된다는 점을 제외하고는 상술의 입자(30b)와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 유전코팅(25)은 약 1.65 이상의 반사율을 가지며, 유전코팅(34)은 약 1.65 이하의 반사율을 갖는다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 다른 실시예에 다른 플레이크-기본형 안료 입자의 개략적인 단면도이다. 도4a에 도시된 바와 같이, 안료 입자(40a)는 도2a에 도시된 입자(20a)의 내부 구조와 동일한 성분의 내부구조를 갖는다. 이러한 입자들은 CRF의 코어 플레이크 부분(10)과, 상기 코어 플레이크 부분(10)의 주위에 형성된 저반사율물질의 제1유전코팅(24)을 포함한다. 또한, 안료 입자(40a)는 제1유전코팅(24)을 실질적으로 둘러싸는 제2유전코팅(44)을 포함한다. 제2유전코팅(44)은 흡수성 유전물질로 구성되어 있으며; 이러한 물질은 특정한 파장범위에 걸쳐 철 산화물(예를 들어, Fe2O3), 실리콘 일산화물, 크롬 산화물, 탄소, 티타늄 질화물, 티타늄 아산화물(TiOx, x는 2.0 이하) 및 이들의 조합물 등을 선택적으로 흡수한다.
도4b는 도2b의 입자(20b)의 내부 구조와 동일한 성분의 내부구조를 갖는 안료 입자(40b)를 도시하고 있다. 이러한 입자들은 CRF의 코어 플레이크 부분(10)과, 상기 코어 플레이크 부분(10)의 주위에 형성된 고반사율물질의 제1유전코팅(25)을 포함한다. 또한, 안료 입자(40b)는 상술한 바와 같이 제1유전코팅(25)을 실질적으로 둘러싸는 흡수성 물질의 제2유전코팅(44)을 포함한다.
도4a 및 도4b에서의 유전코팅은 상술한 바와 같은 종래의 코팅처리에 의해 형성될 수 있다.
도5a 및 도5b는 저반사율 코팅 및 고반사율 코팅이 선택적으로 형성된, 본 발명의 다른 실시예에 다른 플레이크-기본형 안료 입자의 개략적인 단면도이다. 도5a에 도시된 바와 같이, 안료 입자(50a)는 도4a에 도시된 입자(40a)의 내부 구조와 동일한 성분의 내부구조를 갖는다. 이러한 입자들은 CRF의 코어 플레이크 부분(10)과, 상기 코어 플레이크 부분(10)의 주위에 형성된 저반사율물질의 제1유전코팅(24)을 포함한다. 또한, 안료 입자(50a)는 제1유전코팅(24)을 실질적으로 둘러싸는 저반사율 물질의 제2유전코팅(53)과, 상기 제2유전코팅(53)을 실질적으로 둘러싸는 고반사율물질의 제3유전코팅(55)과, 상기 제3유전코팅(55)을 실질적으로 둘러싸는 저반사율물질의 제4유전코팅(57)을 포함한다.
도5a 및 도5b의 실시예에서 부가의 저반사율 및 고반사율 유전코팅은 입자(20a, 20b)에 대해 서술한 종래의 코팅처리에 의해 상술한 바와 동일한 두께 범위 및 동일한 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예(도2a 내지 도5b)의 안료 입자는 컬러 시프팅 특성, 비 시프팅 컬러 안료, 컬러 강화특성이 구비된 안료, 고반사율 특성, 자기특성, 및 컬러화된 금속성이 구비된 안료를 준비하는데 특히 유용한다. 예를 들어, 코팅층을 위해 고반사율 유전물질을 사용하면 순수한 컬러의 안료를 생산할 수 있으며, 저반사 율 유전물을 사용하면 컬러 이송특성이 구비된 안료를 생산할 수 있다.
도6은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 플레이크-기본형 안료 입자(60)의 개략적인 단면도이다. 이러한 안료 입자(60)는 CRF의 코어 플레이크 부분(10)과, 상기 코어 플레이크 부분(10)에 형성된 박막 코팅(62)을 포함한다. 상기 박막 코팅(62)은 하나이상의 층을 갖는 다수의 상이한 물질로 형성될 수 있다. 박막 코팅(62)은 상술한 바와 같은 종래의 코팅처리에 의해 3nm 내지 4000nm(4㎛), 양호하기로는 약 50nm 내지 800nm, 더욱 양호하기로는 200nm 내지 600nm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
일실시예에 있어서, 박막 코팅(62)은 안료에 대해 선택적인 태양에너지 흡수 특성을 제공하는 서멧(세라믹-금속) 물질(64)을 포함한다. 에이취 구레브에 의해 1979년 10월 18일자 출원된 발명의 명칭이 "선택적 태양에너지 흡수 및 구조체"인 미국특허출원 제86076호에는 서멧 물질을 형성하기 위한 방법 및 물질이 개시되어 있다.
다른 실시예에 따르면, 박막 코팅(62)은 자성물질(66)로 이루어진 적어도 하나의 층이 될 수도 있다. 상기 자성 코팅은 신용카드, 체크, 또는 바코드 패턴 등의 어플리케이션에 유용한 자성 컬러 시프팅 안료를 생산하는데 사용된다. 양호한 자성 코팅 디자인으로는 코발트와 니켈이 80중량% 및 20중량%인 코발트-니켈 합금의 대칭 어플리케이션으로서, 이들은 코어 플레이크 부분(10)의 주위에 침착된다. 코어 플레이크 부분(10)의 어플리케이션에 유용한 또 다른 자성 컬러 시프팅 코팅층은 본 발명에 참조인용된 미국특허 제4.838.648호에 개시되어 있다.
또 다른 실시예에서, 안료 입자(60)의 박막 코팅(62)은 적외선 반사물질(68)로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함한다. 적합한 적외선 반사물질로는 주석 안티몬, 알루미늄 등과 같이 다양한 도핑제를 함유한 인듐 산화물; 유로퓸 산화물(Eu2O3), 바나듐 오산화물(V2O5), 레늄 산화물(ReO3 ), 란탄 붕산화물(LaB6), 및 이들의 조합물 등이 있다.
도7은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 플레이크-기본형 안료 입자(70)의 단면도이다. 이러한 안료 입자(70)는 CRF의 코어 플레이크 부분(10)과, 상기 코어 플레이크 부분(10)에 형성된 방사선 흡수물질(예를 들어, 가시 방사선 또는 적외선 방사선)의 코팅(72)을 포함한다. 상기 코팅(72)은 하나이상의 층에서 다양한 흡수물질로 형성된다. 코팅(72)은 약 3nm 내지 400nm, 상술한 바와 같은 종래의 코팅처리에 의해 양호하기로는 50nm 내지 200nm의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
일실시예에서, 코팅(72)은 유기성 염료물질(74)로 형성된다. 적절한 유기 염료의 예로는 구리 프탈로시아닌, 페리렌, 안트라퀴논 등과; 알루미늄 레드 RLW, 알루미늄 구리, 알루미늄 보르도 RL, 알루미늄 파이어-레드 ML, 알루미늄 레드 GLW, 알루미늄 바이올렛 CLW 등과 같은 아조 염료 및 아조 금속염료를 포함한다.
다른 실시예에서, 코팅(72)은 졸-겔 처리에 의해 인가되는 실리콘 이산화물 또는 알루미늄 산화물로 형성되며, 유기 염료는 솔-겔 코팅에 흡수되거나 코팅의 표면에 결합된다. 졸-겔 코팅 처리에 사용된 적절한 유기 염료는 산도즈 컴퍼니의 상표명인 알루미늄로트 GLW(알루미늄 레드 GLW) 및 알루미늄바이올렛 CLW(알루미늄 바이올렛 CLW) 등을 포함한다. 상기 알루미늄 레드 GLW는 구리가 함유된 아조 금속 혼합물이며, 알루미늄 바이올렛 CLW는 순수 유기 아조염료이다. 본 발명에 유용한 졸-겔 코팅기법의 실시예는 브로달라 등에 허여된 미국특허 제4.756.771호(1988)와, "졸-겔 방법에 의해 준비된 알루미노실리케이트 유리의 광 탐침 및 특성", 폴리머 마스터 사이넌스 엔지니어링, 61권, 204-208페이지(1989)와, 맥키어난 등에 의한 "졸-겔 기법에 의해 준비된 알루미노실리케이트 유리 및 실리케이드에 도핑된 코마린 염료의 냉광 및 레이저 작용"[제이.인오거나이제이션, 오르가노멧, 폴리머, 1(1), 87-103페이지, 1991]에 개시되어 있다. 이러한 문헌들은 모두 본 발명에 참조인용되었다.
또 다른 실시예에서, 코팅(72)은 무기성 착색물질(76)로 형성될 수 있다. 적절한 무기성 착색제로는 티타늄 질화물, 크롬 질화물, 크롬 산화물, 철 산화물, 코발트도핑된 알루미나, 및 이들의 조합물 또는 혼합물 등이 있다. 유기 염료 및 무기 착색제는 밝은 색상의 염료를 얻는데 사용될 수 있다.
상술한 실시예는 본 발명의 범주내에서 다양한 변형과 조합이 가능하다. 예를 들어, 부가의 유전 흡수코팅 및/또는 기타 광학 코팅이 상술한 각각의 입자 주위나 또는 플레이크를 형성하기 전에 복합 반사성 필름에 형성되어, 필요로 하는 광학적 특성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 복합 반사성 플레이크에 인가된 다양한 코팅층은 상술한 바와 같은 다양한 코팅 처리에 의해 인가될 수 있다. 또한, 본 발명에서 코팅층을 형성하는데 사용하기에 적합한 다양한 코팅처리 및 장치는 상술한 미국특허출원 제09/389.962호에 개시되어 있다.
본 기술분야의 숙련자라면 복합 반사성 플레이크상에 다양한 코팅층이 형성되어 인접한 코팅층에는 일반적으로 상이한 물질로 구성될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제1유전층 및 이에 인접한 제2유전층 또는 흡수층으로 둘러싸인 복합 반사성 플레이크에서, 제1유전층은 제2유전층 또는 흡수층의 물질과는 상이한 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 플레이크-기본형 안료는 페인트, 잉크, 코팅 혼합물, 압출, 정전 코팅, 유리 및 세라믹과 같은 여러 어플리케이션에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 안료는 안료 플레이크를 페인트나 잉크로 사용된 액체 매질에 개재시키고, 이어서 다양한 물질들이 인가되므로써 여러 용도에서 착색제로서 사용될 수도 있다.
선택적으로, 본 발명의 안료 플레이크는 색깔과 색도 및 휘도가 각각 상이한 플레이크를 가하여 필요로 하는 컬러를 얻을 수 있도록, 또 다른 플레이크와 미리 혼합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 플레이크는 다른 컬러 범위를 생산하기 위하여 간섭형 또는 비간섭형의 종래의 안료와 혼합될 수 있다. 본 발명의 플레이크는 MgF2/Al/MgF2 판상체 또는 SiO2/Al/SiO2 판상체 등과 같은 독특한 컬러효과를 생성하기 위하여 색도가 높거나 반사율이 높은 판상체와 조합될 수도 있다. 본 발명의 플레이크와 혼합될 수 있는 다른 적절한 첨가제로는 알루미늄 플레이크, 그라파 이트 플레이크, 유리 플레이크, 철 산화물 플레이크, 붕소 질화물 플레이크, 운모 플레이크, 간섭계 TiO2코팅된 운모 플레이크, 복합코팅된 판형 규산염 기판에 기초한 간섭 안료, 금속-유전성 또는 모두 유전성인 간섭 안료 등과 같은 박판형 안료와; 알루미늄 분말, 카본 블랙, 군청색 블루(ultramarine blue), 코발트계 안료, 유기성 안료 및 염료, 금홍석 또는 첨정석계 유기성 안료, 천연 안료, 티타늄 이산화물과 활석 및 고령토 등과 같은 무기성 안료 등의 비박판형 안료를 포함한다. 미리 혼합된 플레이크는 종래의 방식에 따라 페인트, 잉크, 또는 기타 다른 폴리머 안료 운송수단과 같은 폴리머 매질에 분산될 수 있다.
본 발명의 안료를 사용하는 잉크 및 페인트와 같은 착색제는 여러 상이한 물체 및 서류에 가해질 수 있다. 이러한 물체 및 서류의 실시예로는 모터구동 차량, 화폐 및 보안서류, 가정용구, 건축 설비, 마루, 스포츠용품, 직물, 전자 패키징/하우징, 완구 등이 포함된다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

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  92. 안료로 사용중 고반사율을 제공하는 복합 반사성 플레이크(CRF)에 있어서,
    제1주면과 이에 대향하는 제2주면과 적어도 하나의 측면을 구비한 중앙의 지지층(14)과,
    지지층의 각각의 제1주면 및 제2주면에 형성되지만 적어도 하나의 측면에는 형성되지 않는 반사층(12,16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  93. 제92항에 있어서, 지지층의 두께는 50nm 내지 1000nm의 범위에 속하며, 각각의 반사층(12,16)은 10nm 내지 150nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  94. 제92항에 있어서, 지지층은 무기 물질로 구성되며, 반사층은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  95. 제92항에 있어서, 지지층은 금속 플루오르화물, 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 및 이들의 조합물로 구성된 집단에서 선택되는 유전물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  96. 제92항에 있어서, 지지층은 천연 판상 물질, 합성 판상 물질, 및 이들의 조합물로 구성된 집단에서 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  97. 제92항에 있어서, 지지층은 운모 회티탄석, 운모질 철 산화물, 코팅된 운모, 붕소 질화물, 붕소 탄화물, 탄소, 그라파이트, 유리, 알루미나, 실리콘 이산화물, 및 이들의 조합물로 구성된 집단에서 선택되는 프리플레이크를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  98. 제92항에 있어서, 지지층은 탄소, 그라파이트, 실리콘, 금속 규소물, Ⅲ족, Ⅳ족 또는 Ⅴ족 원소의 집단으로 형성된 반도체성 화합물, 3차원 결정구조로 중심잡힌 몸체를 갖는 금속, 서멧 조성물 또는 서멧 화합물, 반도체성 유리, 이들의 조합물 등으로 구성된 집단에서 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  99. 제92항에 있어서, 적어도 하나의 반사층상에 광 코팅(18)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  100. 제99항에 있어서, 광 코팅은 유전물질, 흡수물질, 및 이들의 조합물로 구성된 집단에서 선택되는 물질로 구성되는 하나이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  101. 제92항에 있어서, 적어도 하나의 반사층상에 보호층(17,19)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  102. 제101항에 있어서, 보호층은 금속 플루오르화물, 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 및 이들의 조합물로 구성된 집단에서 선택되는 유전물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  103. 제101항에 있어서, 보호층은 증기 및 가스 장벽 특성을 갖는 유기 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  104. 제92항에 있어서, 지지층은 실질적으로 취성 물질로 구성되고, 적어도 하나의 반사층은 각각의 제1주면 및 제2주면상에 실질적으로 가단성 물질로 구성되며,
    지지층의 두께와 반사층의 두께의 비율은 가단성 반사층의 실질적 취성 특성을 유발하지 않는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  105. 제104항에 있어서, 지지층의 두께는 50nm 내지 150nm의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  106. 제104항에 있어서, 반사층의 두께는 10nm 내지 150nm의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  107. 제92항에 있어서, 제1주면 및 제2주면은 평행하고, 적어도 하나의 반사층(12,16)은 연속한 박막이며, 복합 반사성 플레이크는 80% 이상의 반사도를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  108. 제107항에 있어서, 지지층은 50nm 내지 150nm의 범위에 속하는 두께를 가지며, 반사층은 10nm 내지 150nm의 범위에 속하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 반사성 플레이크.
  109. 고반사성 플레이크-기본형 안료(20a,20b,30a,30b,30c,30d)에 있어서,
    실질적인 강성을 갖는 다수의 복합 반사성 플레이크(CRF)와,
    지지층의 제1주면 및 제2주면상에는 형성되지만 적어도 하나의 측면에는 형성되지 않는 반사층(12,16)과,
    각각의 복합 반사성 플레이크를 실질적으로 둘러싸는 제1유전코팅(24,25)을 포함하며,
    각각의 복합 반사성 플레이크는 제1주면과 이에 대향하는 제2주면과 적어도 하나의 측면이 구비된 중앙 지지층(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  110. 제109항에 있어서, 제1유전코팅을 실질적으로 둘러싸고, 2nm 내지 80nm의 두께를 갖는 제1흡수코팅(26)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  111. 제109항에 있어서, 지지층은 마그네슘 플루오르화물, 실리콘 일산화물, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 이산화물, 아연 황화물, 텅스텐 산화물, 알루미늄 질화물, 붕소 질화물, 텅스텐 탄화물 티타늄 탄화물, 티타늄 질화물, 실리콘 질화물, 유리 플레이크, 다이아몬트형 탄소 및 이들의 조합물로 구성된 집단에서 선택되는 유전물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  112. 제109항에 있어서, 제1유전코팅은 50nm 내지 800nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  113. 제109항에 있어서, 복합 반사성 플레이크는 단축의 인장강도에 비해 적어도 6배의 단축 압축강도를 갖는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  114. 제110항에 있어서, 제1흡수코팅을 실질적으로 둘러싸는 제2유전코팅(34,35)과, 제2유전코팅을 실질적으로 둘러싸는 제2흡수코팅(36)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  115. 제109항에 있어서, 제1유전코팅을 실질적으로 둘러싸는 제2유전코팅(44)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  116. 제115항에 있어서, 제2유전코팅(52)을 실질적으로 둘러싸는 제3유전코팅(54,55)과, 제3유전코팅을 실질적으로 둘러싸는 제4유전코팅(56,57)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  117. 제109항에 있어서, 지지층(14)은 50nm 내지 1000nm의 범위에 속하는 두께를 가지며, 각각의 반사층(12,16)은 10nm 내지 150nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  118. 제109항에 있어서, 각각의 복합 반사성 플레이크를 실질적으로 둘러싸는 필름 코팅(62,72)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  119. 제118항에 있어서, 필름 코팅은 서멧물질(64)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  120. 제118항에 있어서, 필름 코팅은 자성 물질(66)로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  121. 제118항에 있어서, 필름 코팅은 적외선 반사물질(68)로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료.
  122. 고반사성 플레이크-기본형 안료를 제조하는 방법에 있어서,
    웨브 물질(11)의 상면상에 제1반사층(12)을 형성하는 단계와,
    제1반사층상에 중앙 지지층(14)을 형성하는 단계와,
    코어 플레이크 필름을 생산하기 위하여 중앙 지지층상에 제2반사층(16)을 형성하는 단계와,
    다수의 복합 반사성 플레이크를 생산하기 위하여 웨브물질로부터 코어 플레이크 필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료 제조방법.
  123. 제122항에 있어서, 복합 반사성 플레이크의 주위에 하나이상의 코팅층(62,72)을 형성하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료 제조방법.
  124. 제123항에 있어서, 하나이상의 코팅층은 증착, 화학증착, 전기화학 침착, 졸-겔 가수분해, 스퍼터링, 열분해, 및 이들의 조합처리에서 선택된 하나의 처리에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고반사성 플레이크-기본형 안료 제조방법.
  125. 폴리머 매질과,
    폴리머 매질내 분산되고, 이러한 폴리머 매질주위에 형성되는 하나이상의 코팅층을 포함하는 다수의 복합 반사성 플레이크를 포함하며,
    각각의 복합 반사성 플레이크는 제1주면과 이에 대향하는 제2주면과 적어도 하나의 측면이 구비되는 중앙 지지층과, 지지층의 제1주면 및 제2주면에는 형성되지만 적어도 하나의 측면에는 형성되지 않는 반사층을 포함하며; 지지층은 50nm 내지 1000nm의 두께를 가지며, 각각의 반사층은 10nm 내지 150nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 착색제 조성물.
  126. 제125항에 있어서, 하나이상의 코팅층은 각각의 복합 반사성 플레이크를 실질적으로 둘러싸는 적어도 하나의 유전코팅과, 유전코팅을 실질적으로 둘러싸는 적어도 하나의 흡수코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 착색제 조성물.
  127. 제125항에 있어서, 하나이상의 코팅층은 각각의 복합 반사성 플레이크를 실질적으로 둘러싸는 제1유전코팅과, 제1유전코팅을 실질적으로 둘러싸는 제2유전코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 착색제 조성물.
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