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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen geschichteten Beschichtungsfilm und ein beschichtetes Erzeugnis.
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Technischer Hintergrund
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Bei der Beschichtung von Kraftfahrzeugkarosserien und anderen Erzeugnissen wird verbreitet ein Beschichtungsaufbau verwendet, bei dem eine Unterschicht aus einem Rostschutz-Elektrotauchlack, eine Zwischenschicht mit der Fähigkeit, die Unterschicht zu verbergen, und eine Deckschicht (eine Grundschicht und eine transparente Schicht) in dieser Reihenfolge aufeinander aufgeschichtet sind. Um z. B. Ressourcen einzusparen, wurde ein Versuch unternommen, eine Deckschicht ohne Zwischenschicht direkt über einer Unterschicht aufzubringen. Zum Beispiel wird eine Grundschicht mit der Fähigkeit, eine Unterschicht zu verbergen, auf einer kationischen Elektrotauchschicht ausgebildet, und auf dieser Grundschicht wird eine transparente Schicht ausgebildet.
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Aus dem Stand der Technik sind Versuche bekannt, Kraftfahrzeugbeschichtungen ein beispielloses bestechendes Aussehen aufweisen zu lassen, indem die Brechungsindizes von Grundschichten und transparenten Schichten angepasst werden. Patentschrift 1 offenbart zum Beispiel eine Technik, um ein Ändern der Helligkeit einer Beschichtung abhängig vom Betrachtungswinkel zu ermöglichen, indem der Brechungsindex der transparenten Schicht auf 1,522 eingestellt wird, während eine Differenz des Brechungsindexes der Grundschicht und der transparenten Schicht auf 0,015 oder mehr eingestellt wird. Zudem lehrt Patentschrift 1 auch, dass ein Acrylharz mit 50 Massenprozent oder mehr t-Butylmethacrylat einen niedrigen Brechungsindex aufweist und dass ein Acrylharz mit 40 Massenprozent oder mehr Styrol einen hohen Brechungsindex aufweist.
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Patentschrift 2 besagt, dass bei Dispergieren von ZnO2-Nanopartikeln in einem Harz das Harz einen erhöhten Brechungsindex aufweisen kann, und lehrt auch das Verwenden eines solchen Harzes als Beschichtungszusammensetzung.
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Liste zitierter Schriften
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Patentschriften
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- Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-007006
- Patentschrift 2: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-044835
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Beschichtungen werden vorrangig zum Zweck des Verleihens eines beispiellose bestechenden Designs des zu beschichtenden Erzeugnisses aufgebracht. In den letzten Jahren ist die Bandbreite des persönlichen Geschmacks größer geworden. Wenn es aber um Farbpräferenzen geht, bevorzugen relativ viele Menschen brillante Farben. Aus den vorstehend angeführten Patentschriften lässt sich aber eine Technik zum Steuern der Entwicklung einer solchen brillanten Farbe nicht richtig ableiten.
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Im Hinblick auf den vorstehenden Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher darin, einen geschichteten Beschichtungsfilm und ein beschichtetes Erzeugnis, der/das eine brillante Farbe aufweist, vorzusehen.
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Lösung des Problems
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Ein erfindungsgemäßer geschichteter Beschichtungsfilm umfasst: eine untere Schicht, die ein erstes farbgebendes Material und ein helles Material umfasst; und eine obere Schicht, die die untere Schicht überlagert und ein zweites farbgebendes Material umfasst. Die obere Schicht und die untere Schicht weisen ähnliche Farben auf. Der geschichtete Beschichtungsfilm ist so ausgelegt, dass der Brechungsindex eines anderen Filmbestandteils der unteren Schicht als das erste farbgebende Material höher als der Brechungsindex eines anderen Filmbestandteils der oberen Schicht als das zweite farbgebende Material ist. Wie hierin verwendet bezeichnet der Begriff ”farbgebendes Material” eine Komponente wie etwa ein Pigment oder einen Farbstoff, der einer Beschichtung Farbe verleiht.
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Gemäß dieser Konfiguration weist der geschichtete Beschichtungsfilm aufgrund einer Kombination von farbigem Licht, das von einem hellen Material in der unteren Schicht reflektiert wird, so dass es aus dem geschichteten Beschichtungsfilm austritt, und farbigem Licht, das von einer Grenzfläche zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht reflektiert wird, so dass es aus dem geschichteten Beschichtungsfilm austritt, eine brillante Farbe auf.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein anderer Filmbestandteil der oberen Schicht als das zweite farbgebende Material ein Harz und Nanopartikel mit einem niedrigeren Brechungsindex als das Harz. Somit kann der Brechungsindex der oberen Schicht mühelos auf einen niedrigeren Wert angepasst werden.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein anderer Filmbestandteil der unteren Schicht als das erste farbgebende Material ein Harz und Nanopartikel mit einem höheren Brechungsindex als das Harz. Somit kann der Brechungsindex der unteren Schicht mühelos auf einen höheren Wert angepasst werden.
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In einer noch anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf der oberen Schicht eine Schutzschicht vorgesehen. Somit kann die obere Schicht zuverlässig geschützt werden.
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In einer noch anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das zweite farbgebende Material das gleiche farbgebende Material wie das ersten farbgebende Material. Somit weist ein farbiger Lichtstrahl, der aus der oberen Schicht austritt, die gleiche Farbe wie ein farbiger Lichtstrahl, der aus der unteren Schicht austritt, auf, so dass der geschichtete Beschichtungsfilm eine noch brillantere Farbe aufweist.
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Ein erfindungsgemäßes beschichtetes Erzeugnis umfasst einen geschichteten Beschichtungsfilm nach einer der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen.
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Vorteile der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßer geschichteter Beschichtungsfilm lässt zwei farbige Lichtstrahlen von ähnlichen Farben mittels zwei verschiedenen Strahlengängen aus diesem austreten, wodurch er eine brillante Farbe aufweist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Querschnittansicht eines geschichteten Beschichtungsfilms gemäß einer Ausführungsform.
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2 ist eine schematische Querschnittansicht eines geschichteten Beschichtungsfilms gemäß einem Vergleichsbeispiel.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Begleitzeichnungen eingehend beschrieben. Zu beachten ist, dass in den folgenden Zeichnungen Komponenten mit im Wesentlichen den gleichen Funktionen der Einfachheit halber durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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(Erste Ausführungsform)
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Wie in 1 gezeigt weist ein geschichteter Beschichtungsfilm nach einer ersten Ausführungsform einen Zweischichtaufbau auf, der von oben nach unten aus einer oberen Schicht 20 und einer unteren Schicht 30 besteht. Die obere Schicht 20 ist farbig und transparent und kann zum Beispiel aus einem Kunstharz bestehen, das ein zweites farbgebendes Material enthält. Die untere Schicht 30 ist farbig und transparent, enthält ein helles Material 32, das Licht reflektiert, und kann aus einem Kunstharz bestehen, das zum Beispiel ein erstes farbgebendes Material und das helle Material 32 enthält.
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Das zweite farbgebende Material, das in der oberen Schicht 20 enthalten ist, enthält ein Pigment. Das erste farbgebende Material, das in der unteren Schicht 30 enthalten ist, enthält ebenfalls ein Pigment. Die obere Schicht 20 und die untere Schicht 30 weisen ähnliche Farben auf. Damit diese Schichten ähnliche Farben aufweisen können, können die obere Schicht 20 und die untere Schicht 30 mindestens ein Pigment der gleichen Art gemeinsam aufweisen. Diese Schichten könnten aber auch ähnliche Farben aufweisen, selbst wenn sie unterschiedliche Pigmente enthalten.
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Die obere Schicht 20 und die untere Schicht 30 weisen geeigneterweise nahezu die gleichen, ähnlichen Farben auf, damit der geschichtete Beschichtungsfilm insgesamt eine brillante Farbe aufweisen kann. Wie hierin verwendet können die ”ähnlichen Farben” zum Beispiel gemäß dem Practical Color Coordinate System (PCCS, = Praktisches Farbkoordinatensystem) des Japan Color Research Institute als Farben des gleichen Farbtons definiert sein.
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Der Brechungsindex eines Acrylharzes, das häufig für das Beschichten von Kraftfahrzeugkarosserien verwendet wird, liegt bei 1,5. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Brechungsindex eines Filmbestandteils der oberen Schicht 20 wie in 1 gezeigt 1,3, was niedriger als der des Acrylharzes ist. Vorteilhafterweise ist der Brechungsindex eines anderen Filmbestandteils der unteren Schicht 30 als das erste farbgebende Material und das helle Material 32 höher als der des Filmbestandteils der oberen Schicht 20 und kann in dieser Ausführungsform 1,8 betragen.
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Der Brechungsindex eines Filmbestandteils der oberen Schicht 20 ist vorteilhafterweise größer oder gleich 1,2 und kleiner als 1,5, noch vorteilhafter in dem Bereich von 1,2 bis 1,4. Wenn auf diese Weise der Brechungsindex des Filmbestandteils der oberen Schicht 20 niedriger als der eines gewöhnlichen Acrylharzes ist, reflektiert die Oberfläche der oberen Schicht 20 eine kleinere Lichtmenge als eine Schicht aus einem gewöhnlichen Acrylharz. Somit kann mehr Licht in den geschichteten Beschichtungsfilm einfallen und dadurch können mehr farbige Lichtstrahlen aus dem geschichteten Beschichtungsfilm austreten. Der Brechungsindex eines Filmbestandteils der unteren Schicht 30 ist vorteilhafterweise höher als 1,5 und vorteilhafter größer oder gleich 1,6. Wenn eine signifikante Differenz des Brechungsindexes zwischen dem Filmbestandteil der unteren Lage 30 und dem der oberen Lage 20 besteht, nimmt der Reflexionsgrad an der Grenzfläche zwischen diesen zwei Schichten 20, 30 zu.
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Um solche Brechungsindizes zu erreichen, besteht der Filmbestandteil der unteren Schicht 30 in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Kunstharz, etwa einem Acrylharz, einem Urethanharz oder einem Epoxidharz, wobei ihm anorganische Nanpartikel zugegeben sind, um den Brechungsindex zu steuern (anzuheben). Der Filmbestandteil der oberen Schicht 20 besteht ebenfalls aus einem Kunstharz, wie etwa einem Acrylharz, einem Urethanharz oder einem Epoxidharz, wobei ihm eine andere Art von anorganischen Nanopartikeln zugegeben ist, um den Brechungsindex zu steuern (senken). Beispiele für anorganische Nanopartikel, die den Brechungsindex anheben, umfassen ZrO2-, TiO2- und ZnO-Nanopartikel. Beispiele für anorganische Nanopartikel, die den Brechungsindex senken, umfassen SiO2-, CaF2- und MgF-Nanopartikel. Der Wert des Brechungsindexes eines Filmbestandteils kann durch die Art und die Menge der zugegebenen Nanopartikel gesteuert werden.
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Auch wenn die Partikelgröße der Nanopartikel nicht besonders beschränkt ist, solange ihre Größe als Nanometerbereich betrachtet werden kann, weisen diese Nanopartikel für gewöhnlich eine Größe von 20 nm oder weniger auf. Wenn die Partikelgröße 20 nm übersteigt, könnte die Transparenz abnehmen, z. B. wenn die Nanopartikel in einem Harz dispergiert sind. Die Nanopartikel weisen geeigneterweise eine Partikelgröße von 1 nm bis 19 nm auf und weisen geeigneter eine Partikelgröße von 2 nm bis 18 nm auf.
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Zum Messen der Partikelgröße der Nanopartikel kann eine übliche Messmethode genutzt werden. Die Nanopartikel können mit Vergrößerung durch z. B. ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM), ein Feldemissions-Transmissionselektronenmikroskop (FE-TEM) oder ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM) untersucht werden, und die Längen von 100 willkürlich gewählten Partikeln können in der Hauptachsenrichtung derselben gemessen werden. Der mittlere Wert der so gemessenen Längen kann als ihre Partikelgröße definiert werden. Die Partikel können in verschiedenen unterschiedlichen Formen vorliegen, etwa als Kugeln, Ellipsoide, Würfel, Quader, Pyramiden, nadelartige Formen, säulenartige Formen, Stäbe, Zylinder, Schuppen, Platten oder Blättchen. Bei Messen der Partikelgröße der Partikel soll aber ihre Länge in ihrer Hauptachsenrichtung gemessen werden.
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Vorteilhafterweise weist die untere Schicht 30 ein höheres Verhältnis des Anteils des farbgebenden Materials bezüglich des Kunstharzes als die obere Schicht 20 auf. Wenn die obere Schicht 20 ein Verhältnis des Anteils von größer oder gleich dem der unteren Schicht 30 aufweist, steigt der Lichtabsorptionsgrad an der oberen Schicht 20. Folglich kann die Farbe des geschichteten Beschichtungsfilms selbst dunkler werden und ihre Helligkeit verlieren. Wenn in einem Versuch, dieses Ergebnis zu vermeiden, das farbgebende Material des gesamten geschichteten Beschichtungsfilms in der Menge verringert wird, könnte eine Farbe einer erwünschten Tiefe nicht erhalten werden.
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Optional kann zwischen einem zu beschichtenden Erzeugnis und einer unteren Schicht 30 eine Grundschicht vorgesehen werden. Die Grundschicht kann eine zweilagige Schicht sein, die eine Unterschicht und eine auf die Unterschicht überlagerte Zwischenschicht umfasst. Die Unterschicht kann ein epoxidbasierter kationischer Elektrotauchlack sein, der zum Beispiel auf einer Oberfläche eines beschichteten Stahlerzeugnisses (z. B. einem Außenblech einer Kraftfahrzeugkarosserie) ausgebildet wird. Die Zwischenschicht kann die Fähigkeit aufweisen, die Unterschicht zu verbergen, um die Lichtzersetzungsbeständigkeit, Beständigkeit gegen Abplatzen und Farbgebungseigenschaft der Grundlage zu verbessern.
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Bei dem geschichteten Beschichtungsfilm gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Teil von auftreffendem Licht 60 von der Oberfläche der oberen Schicht 20 über einen gesamten Wellenlängenbereich desselben reflektiert. Somit ist der reflektierte Lichtstrahl 70 ein Weißlichtstrahl. Der Rest des auftreffenden Lichts 60 dringt in die obere Schicht 20 ein. Ein Teil des Lichts mit einer Wellenlänge, die außerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs fällt, wird in das farbgebende Material absorbiert und wird somit zu Licht einer bestimmten Farbe (z. B. eine Farbe Rot). Dann wird ein Teil des Lichts der bestimmten Farbe von der Grenzfläche zwischen der oberen Schicht 20 und der unteren Schicht 30 reflektiert und tritt als reflektierter Lichtstrahl 82 aus dem geschichteten Beschichtungsfilm aus. Der Rest des Lichts der bestimmten Farbe dringt in die untere Schicht 30 ein und wird von dem hellen Material 32 von der unteren Schicht 30 hin zur oberen Schicht 20 reflektiert. Schließlich tritt das Licht der bestimmten Farbe durch die obere Schicht 20 und tritt als austretender Lichtstrahl 84 aus dem geschichteten Beschichtungsfilm aus. Zu beachten ist, dass der austretende Lichtstrahl 84 Licht einer tieferen Farbe als der reflektierte Lichtstrahl 82 ist.
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Wenn eine Person den geschichteten Beschichtungsfilm der vorliegenden Ausführungsform von außen betrachtet, kann die Person zwei sich überlagernde Lichtstrahlen einer bestimmten Farbe sehen, nämlich den reflektierten Lichtstrahl 82 und den austretenden Lichtstrahl 84, und kann somit die Farbe des geschichteten Beschichtungsfilms als hell wahrnehmen. Da der Brechungsindex der unteren Schicht 30 höher als der der oberen Schicht 20 ist, nimmt das von der Grenzfläche zwischen der oberen Schicht 20 und der unteren Schicht 30 reflektierte Licht mengenmäßig zu. Da zudem die Brechungsindizes der Schichten durch Zugeben von anorganischen Nanopartikeln zu diesen gesteuert werden, kann ein erwünschter Brechungsindex mühelos erreicht werden.
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<Beispiel und Vergleichsbeispiel>
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Als geschichteter Beschichtungsfilm nach einem Beispiel wurde ein geschichteter Beschichtungsfilm mit dem in
1 gezeigten Aufbau und der in der folgenden Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung gebildet. [Tabelle 1]
Beispiel | | Feststoffgehalt nach
Masse (%) |
Obere Schicht | Harz: acrylbasiertes Harz | 52,7 |
Farbgebendes Material: Perylen | 1,7 |
Farbgebendes Material: Eisenoxid | 5,6 |
Nanopartikel: SiO2 | 40 |
Untere Schicht | Harz: acrylbasiertes Harz | 17,6 |
Farbgebendes Material: Chinacridon-Magenta | 17 |
Farbgebendes Material: Perylen | 12 |
Farbgebendes Material: Carbon Black | 1,4 |
Helles Material: Aluminiumblättchen | 12 |
Nanopartikel: ZrO2 | 40 |
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Als ”acrylbasiertes Harz” in Tabelle 1 wurde ein Acrylharz (Säurezahl: 20 mg KOH/g; Hydroxylwert: 75 mg KOH/g; zahlengemittelte Molekülmasse: 5000; und Feststoffgehalt: 60 Massenprozent), hergestellt von NIPPONPAINT Co., Ltd., verwendet. Als in der unteren Schicht 30 enthaltene Nanopartikel wurde eine ZrO2-Nanopartikeldispersionsflüssigkeit (ZrO2-Feststoffgehalt: 20 Massenprozent), hergestellt von Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., verwendet. Als in der oberen Schicht 20 enthaltene Nanopartikel wurden SiO2-Nanopartikel (Nano Tek Slurry (SiO2-Feststoffgehalt: 20 Massenprozent), hergestellt von C. I. Kasei Co., Ltd.) verwendet. Als in der unteren Schicht 30 und in der oberen Schicht 20 enthaltenes Pigment wurden ferner Chinacridon-Magenta (Chromofine, hergestellt von Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. Co., Ltd.), Perylen (Paliogen Maroon L3920, hergestellt von BASF), Eisenoxid (IPJ-218H, hergestellt von Toda Kogyo Corp.) und Carbon Black (Carbon Black #2650, hergestellt von Mitsubishi Chemical Corporation) genutzt. Aluminiumblättchen (76 Series, hergestellt von Toyo Aluminium K. K.) wurden als in der unteren Schicht 30 enthaltenes helles Material verwendet. Die Brechungsindizes der oberen Schicht 20 und der unteren Schicht 30 betrugen 1,3 bzw. 1,8.
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Als Vergleichsbeispiel wurde dagegen ein geschichteter Beschichtungsfilm mit dem in
2 gezeigten Aufbau und mit Schichten, die die in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzungen aufweisen, ausgebildet. Zu beachten ist, dass sich der geschichtete Beschichtungsfilm gemäß dem Vergleichsbeispiel in zwei Punkten von dem Gegenstück des Beispiels unterscheidet. Im Einzelnen ist seine obere Schicht
21 farblos und transparent, enthält kein farbgebendes Material und weist einen Brechungsindex von 1,5 auf und seine untere Schicht
31 weist einen Brechungsindex von 1,5 auf. [Tabelle 2]
Vergleichsbeispiel | | Feststoffgehalt nach
Masse (%) |
Obere Schicht | Harz: acrylbasiertes Harz | 100 |
Untere Schicht | Harz: acrylbasiertes Harz | 29,33 |
Farbgebendes Material: Chinacridon-Magenta | 28,33 |
Farbgebendes Material: Perylen | 20 |
Farbgebendes Material: Carbon Black | 2,33 |
Helles Material: Aluminiumblättchen | 20 |
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Die in Tabelle 2 aufgeführten Einsatzmaterialien sind die gleichen wie die in Tabelle 1.
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In dem Vergleichsbeispiel weisen die obere Schicht 21 und die untere Schicht 31 den gleichen Brechungsindex auf, weshalb an der Grenzfläche zwischen der oberen Schicht 21 und der unteren Schicht 31 keine Reflexion auftritt. Somit ist nur der austretende Lichtstrahl 85, der aus der unteren Schicht 31 austritt, ein durch das Pigment erzeugter roter Lichtstrahl.
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Die obere Schicht 21 gemäß dem Vergleichsbeispiel weist einen Brechungsindex von 1,5 auf, weshalb das Licht von ihrer Oberfläche bei einem senkrechten Reflexionsgrad von 4,0% reflektiert wird und entsprechend zu einem reflektierten Lichtstrahl 71. Die obere Schicht 20 gemäß dem Beispiel umfasst dagegen einen Filmbestandteil mit einem Brechungsindex von 1,3, weshalb das Licht von ihrer Oberfläche bei einem senkrechten Reflexionsgrad von 1,7% reflektiert wird. Der Betrag des reflektierten Lichtstrahls 70 liegt somit bei in etwa 40% des Betrags des reflektierten Lichtstrahls 71 des Vergleichsbeispiels. Gemäß dem Beispiel dringt daher eine größere Lichtmenge in den geschichteten Beschichtungsfilm ein und folglich tritt eine größere Lichtmenge aus dem geschichteten Beschichtungsfilm aus.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wirkt der geschichtete Beschichtungsfilm gemäß dem Beispiel verglichen mit dem geschichteten Beschichtungsfilm gemäß dem Vergleichsbeispiel stärker hellrot.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele der beanspruchten Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt. Diese Beispiele können stattdessen mit einem gut bekannten, häufig verwendeten oder öffentlich bekannten Stand der Technik kombiniert oder teilweise durch diesen ersetzt werden. Ferner sind Abwandlungen, die für einen Fachmann ohne weiteres nahe liegen, ebenfalls im Schutzumfang der beanspruchten Erfindung enthalten.
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Auf der oberen Schicht kann eine transparente Schutzschicht ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann die Schutzschicht aus einem Harz bestehen und kann den gleichen Brechungsindex wie die obere Schicht aufweisen.
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Einsatzmaterialien, die die geschichteten Beschichtungsfilme gemäß den Ausführungsformen und Beispielen bilden, können durch andere Materialien ersetzt werden. Zum Beispiel kann ein anderes Harz als ein acrylbasiertes Harz verwendet werden, und es kann auch ein Pigment einer anderen Farbe und Art eingesetzt werden. Auch können ferner Nanopartikel einer anderen Art genutzt werden. Zudem sind auch die Brechungsindizes der jeweiligen Lagen nicht auf die vorstehenden Werte beschränkt. Als helles Material können ebenso Kupferplättchen verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- obere Schicht
- 30
- untere Schicht
- 32
- helles Material