特許 6395987 紫外線遮蔽材、並びに、それを配合した組成物及び塗装体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6395987

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】紫外線遮蔽材、並びに、それを配合した組成物及び塗装体

(51)【国際特許分類】

   C09K 3/00 20060101AFI20180913BHJP

   C09C 1/28 20060101ALI20180913BHJP

   C09C 3/06 20060101ALI20180913BHJP

   C09D 7/62 20180101ALI20180913BHJP

   C09D 201/00 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   C09K3/00 U

   C09C1/28

   C09C3/06

   C09D7/62

   C09D201/00

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-526280(P2018-526280)

(86)(22)【出願日】2018年3月2日

(86)【国際出願番号】JP2018008055

【審査請求日】2018年5月18日

(31)【優先権主張番号】特願2017-75832(P2017-75832)

(32)【優先日】2017年4月6日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004008

【氏名又は名称】日本板硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107641

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 耕一

(72)【発明者】

【氏名】中村 浩一郎

【審査官】 吉岡 沙織

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２０７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０７１４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３３０３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３３０５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０７４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１１６７６９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｋ ３／００

Ｃ０９Ｃ １／２８

Ｃ０９Ｃ ３／０６

Ｃ０９Ｄ １／００−２０１／１０

Ａ６１Ｋ ８／００−９９

Ａ６１Ｑ １／００−９０／００

Ｃ０３Ｃ １／００−１４／００

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ／ＷＰＩＤＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレーク状ガラスと、前記フレーク状ガラス上にこの順に形成された酸化チタン層及び酸化鉄層と、を備え、
前記フレーク状ガラスの厚みが３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、
前記酸化チタン層の厚みが８０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記酸化鉄層の厚みが３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、紫外線遮蔽材。

【請求項2】

前記酸化チタン層及び前記酸化鉄層は、前記フレーク状ガラスの互いに反対側にある第１主面上及び第２主面上に形成されている、請求項１に記載の紫外線遮蔽材。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の紫外線遮蔽材を含む、組成物。

【請求項4】

基材と、
請求項１又は２に記載の紫外線遮蔽材を含む、前記基材上に形成された塗膜と、を備えた塗装体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、紫外線遮蔽材、具体的にはフレーク状ガラスを基体として含む紫外線遮蔽材に関し、より具体的には輝度が高い白色系の反射光を提供できる紫外線遮蔽材に関する。本発明はさらに、紫外線遮蔽材を含有する組成物、及び、塗膜が紫外線遮蔽材を含む塗装体に関する。

【背景技術】

【0002】

紫外線は、中波長紫外線（ＵＶＢ）及び長波長紫外線（ＵＶＡ）を含む。ＵＶＢは、２８０〜３２０ｎｍの波長を有する紫外線である。ＵＶＢによって、ヒトの皮膚は、赤くなり、発熱、水泡、痛み等が生じる。ＵＶＡは、３２０〜４００ｎｍの波長を有する紫外線である。ＵＶＡは、ヒトの真皮の深部まで到達し、シワ、たるみ等の原因になる。そのため、ＵＶＢ及びＵＶＡの両方を効率的に遮蔽できる紫外線遮蔽材が求められている。

【0003】

化粧料には、有機系紫外線遮蔽材が広く用いられている。例えば、特許文献１には、化粧料用の有機系紫外線遮蔽材として、ビス（レソルシニル）トリアジンが開示されている。

【0004】

特許文献２には、無機系紫外線遮蔽材として酸化鉄の微粒子が分散したフレーク状ガラスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−２１２７１１号公報

【特許文献2】特開平７−３３０３６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

無機物である酸化鉄は、紫外線遮蔽効果の持続性等では有機系紫外線遮蔽材よりも優れている。しかし、酸化鉄は、紫外線だけでなく、可視光の一部を吸収するため、それが分散する化粧料等のマトリックスを着色させる傾向がある。特許文献２には、得られたフレーク状ガラスが赤褐色であったことが報告されている（実施例１）。そのため、酸化鉄は、着色が望ましくない用途、特に輝度が高い白色系の反射光が求められる用途、には適さないと考えられていた。

【0007】

そこで本発明は、酸化鉄を含みながらも、輝度が高い白色系の反射光を提供することに適した紫外線遮蔽材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者は、鋭意検討した結果、フレーク状ガラス上に酸化チタン層及び酸化鉄層を形成し、かつ、ガラス及び層の厚みを調節することによって、十分に紫外線を遮蔽することができ、かつ、輝度が高い白色系の反射光を提供することができる紫外線遮蔽材が得られることを見出した。

【0009】

本発明は、
フレーク状ガラスと、前記フレーク状ガラス上にこの順に形成された酸化チタン層及び酸化鉄層と、を備え、
前記フレーク状ガラスの厚みが３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、
前記酸化チタン層の厚みが８０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記酸化鉄層の厚みが３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、紫外線遮蔽材を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、酸化鉄を含みながらも、輝度が高い白色系の反射光を提供することに適した紫外線遮蔽材が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明による紫外線遮蔽材の一形態の構成を示す断面図である。

【図2】フレーク状ガラスの一形態を示す斜視図である。

【図3】フレーク状ガラスの製造装置の一例を示す模式図である。

【図4】フレーク状ガラスの製造装置の別の例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の詳細を説明するが、以下の説明は、本発明を特定の実施形態に制限する趣旨ではない。

【0013】

［紫外線遮蔽材の層構成］
図１に示した一形態において、紫外線遮蔽材１０は、フレーク状ガラス１と、フレーク状ガラス１上にこの順に形成された酸化チタン層２及び酸化鉄層３と、を備えている。より詳しくは、酸化チタン層２及び酸化鉄層３は、フレーク状ガラス１の互いに反対側にある第１主面１ａ及び第２主面１ｂ上に形成され、さらに側面１ｓ上にも形成されている。言い換えると、酸化チタン層２と酸化鉄層３とからなる酸化物膜は、フレーク状ガラス１の全体を覆っている。酸化鉄層３は、フレーク状ガラス１を被覆する酸化物膜の最外層であって、外部雰囲気、典型的には空気、に接している。ただし、紫外線遮蔽材１０は、付加的な層を酸化鉄層３の上に有していてもよい。この付加的な層は、例えば保護層である。付加的な層は、好ましくはその光学膜厚が可視域の波長を超えている。第１主面１ａ及び第２主面１ｂは、互いに実質的に平行な一対の面であって、その間隔はフレーク状ガラス１の厚みｔに相当する。

【0014】

フレーク状ガラス１の典型的な形状を図２に示す。図２に示したように、フレーク状ガラス１は、例えば鱗片状の薄片である。

【0015】

紫外線遮蔽材１０は、フレーク状ガラス１の厚みｔに沿った方向について、酸化鉄層３／酸化チタン層２／フレーク状ガラス１／酸化チタン層２／酸化鉄層３がこの順に積層している５層構成の光学干渉系を有している。本明細書において、「光学干渉系」とは、光学膜厚が可視域の波長上限である７８０ｎｍ以下にある層が厚み方向に連続して堆積することにより構成された層のユニットを意味する。ただし、厚みが２５ｎｍ以下の薄い層、特に１５ｎｍ以下のごく薄い層や、層を構成しない微小な島状の付着物、は、光学的な影響がごく限定されているため、光学干渉系を構成する層から除外して考える。したがって、上述の光学干渉系の層の間に厚みが上述の上限以下の微小な層が介在していたとしても、その光学干渉系の構成は５層のままである。一般に、光学干渉系を構成する層の数が増えるほど、可視域の透過又は反射特性を制御するための光学設計の自由度は高くなる。

【0016】

光学干渉系の各層の厚みを調整することによって、白色系の反射光が得られる。本明細書において、「厚み」は、特に断らない限り、光学膜厚（厚み）ではなく物理膜厚（厚み）を意味する。「白色系」とは、Ｌ^*ａ^*ｂ^*表色系において、ａ^*及びｂ^*の絶対値が共に、３０以下、好ましくは２５以下、より好ましくは２０以下、特に好ましくは１５以下、であることをいう。

【0017】

光学干渉系の各層の厚みは以下のように調整される。
・フレーク状ガラス：３００〜４００ｎｍ
・酸化チタン層：８０〜１００ｎｍ
・酸化鉄層：３０〜５０ｎｍ

【0018】

上記の範囲の各層の厚みは、紫外線遮蔽材の周囲の物質によらず、輝度が高い白色系の反射光を実現することに適している。

【0019】

紫外線遮蔽材１０では、２層構成の膜２、３とフレーク状ガラス１とが全体として１つの５層構成の光学干渉系を形成している。この５層構成の光学干渉系を構成する各層からの反射によって、紫外線遮蔽材１０からは白色系の反射光が提供される。より詳しくは、第１主面１ａ又は第２主面１ｂに実質的に垂直な方向から入射する光Ｌについての反射光が白色系（上述のとおりＬ^*ａ^*ｂ^*表色系においてａ^*及びｂ^*の絶対値が共に３０以下）となる。形成された層は２層であるものの５層構成の光学干渉系を利用できるため、紫外線遮蔽材１０は、輝度が高い白色系の反射光を生じさせる観点からは、光学設計上、２層構成の光学干渉系を基材の両側に有する紫外線遮蔽材よりも相対的に有利である。

【0020】

光学膜厚が可視域の波長上限である７８０ｎｍ以下にあるフレーク状ガラスの物理膜厚（物理厚み）は、５００ｎｍ程度以下である。汎用のフレーク状ガラスの厚みは５００ｎｍ以上であるが、厚さが５００ｎｍ未満程度のフレーク状ガラスも知られている。しかし、従来、薄いフレーク状ガラスを含む光学干渉系は、白色系の反射光ではなく、着色された反射光を得るために用いられていた。これに対し、本実施形態による光学干渉系は、白色系の反射光を提供する。

【0021】

本実施形態による５層構成の光学干渉系を利用すれば、光学シミュレーションによって算出される紫外線遮蔽材からの白色系反射光のＬ^*ａ^*ｂ^*表色系におけるＬ^*値を、例えば６６以上、好ましくは６９以上、より好ましくは７０以上、さらに好ましくは７２以上、特に好ましくは７４以上、にまで高くすることが可能となる。このＬ^*値は紫外線遮蔽材１枚からの反射光であるから、複数枚の紫外線遮蔽材から光が反射する実際の塗膜等からは、これよりも相対的に大きい、例えば８０以上、さらには８２以上、特に８５以上程度のＬ^*値が得られることもある。なお、この段落で記述しているＬ^*値は、紫外線遮蔽材が単体として存在する場合、言い換えると塗膜等の固体又は液体マトリックスに囲まれず周囲の雰囲気を空気としている状態での値である。

【0022】

本実施形態による５層構成の光学干渉系を利用すれば、光学シミュレーションによって算出される紫外線遮蔽材１枚についての入射光Ｌの波長５５０ｎｍにおける反射率Ｒを、３５％以上、さらに３７％以上、特に４０％以上、場合によっては４４％以上にまで高くすることが可能となる。ここで、「波長５５０ｎｍ」は視感度が高い波長として選択されている。なお、この段落以降の段落において、特に断らない限り、光学シミュレーションによって算出される紫外線遮蔽材１枚についての入射光Ｌの特定の波長における反射率及び透過率は、紫外線遮蔽材が単体として存在する場合、言い換えると塗膜等のマトリックスに囲まれず周囲の雰囲気を空気としている状態での値を記述している。

【0023】

本実施形態による５層構成の光学干渉系を利用すれば、光学シミュレーションによって算出される紫外線遮蔽材１枚についての入射光Ｌの波長３０５ｎｍにおける反射率を３０％以上、さらに３２％以上、特に３６％以上にまで高くすることが可能となる。また、本実施形態による５層構成の光学干渉系を利用すれば、光学シミュレーションによって算出される紫外線遮蔽材１枚についての入射光Ｌの波長３０５ｎｍにおける透過率を２％以下又は０％にまで低くすることが可能になる。ここで、「波長３０５ｎｍ」はＵＶＢの指標となる波長として選択されている。

【0024】

本実施形態による５層構成の光学干渉系を利用すれば、光学シミュレーションによって算出される紫外線遮蔽材１枚についての入射光Ｌの波長３８０ｎｍにおける反射率を１２％以上、さらに２５％以上、特に３９％以上、場合によっては４２％以上にまで高くすることが可能となる。本実施形態による５層構成の光学干渉系を利用すれば、光学シミュレーションによって算出される紫外線遮蔽材１枚についての入射光Ｌの波長３８０ｎｍにおける透過率を７％以下、さらに６％以下、特に４％以下、場合によっては１％以下にまで低くすることが可能になる。ここで、「波長３８０ｎｍ」はＵＶＡの指標となる波長として選択されている。

【0025】

本実施形態による５層構成の光学干渉系は、周囲の雰囲気が空気である場合のみならず周囲が樹脂等の固形物又は流動物である場合、言い換えると化粧料、樹脂等のマトリックス中に分散している場合も考慮して、各層の膜厚が設計されている。そのため、本実施形態による５層構成の光学干渉系は、幅広い用途で輝度が高い白色系の反射光を提供することができる。

【0026】

［フレーク状ガラス］
フレーク状ガラスは、量産されているために入手が容易であって、安定した酸化物により構成されている。フレーク状ガラスは、鱗片状ガラス等とも呼ばれる微細な板状のガラス基体である。フレーク状ガラスを構成するガラス組成物は、特に制限はないが、通常、二酸化珪素を主成分とし、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム等その他の金属酸化物成分をさらに含むものが用いられる。なお、ここでは、「主成分」を質量基準で含有率が最大となる成分を意味する用語として用いている。用い得るガラス組成物としては、ソーダライムガラス、Ａガラス、Ｃガラス、Ｅガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等を例示できる。これらのガラス組成物の屈折率は、その主成分が同一（二酸化ケイ素）であることから、多少の相違はあるが概ね１．５０〜１．６０の範囲内にある。ガラス組成物としては、ソーダライムガラス、Ｃガラス、Ｅガラス、ホウケイ酸ガラスが好ましく、これらの屈折率は１．５２〜１．５８の範囲内にある。

【0027】

フレーク状ガラスの好ましい平均粒径は、１〜１０００μｍ、さらに３〜５００μｍ、特に５〜２００μｍである。なお、フレーク状ガラスの平均粒径は、レーザ回折法により測定した光散乱相当径の粒度分布において、粒径が小さい側からの体積累積が５０％に相当する粒径（Ｄ５０）により定めることとする。

【0028】

フレーク状ガラスの厚みは、汎用品については０．５〜５μｍ程度である。しかし、酸化チタン層と酸化鉄層との積層膜との組み合わせにおいて輝度が高い白色系の反射光を得るために、フレーク状ガラスの厚みは上述したごく狭い範囲（３００〜４００ｎｍ）に設定される。この範囲の厚みを有するフレーク状ガラスは、従来から知られている方法、例えばブロー法、ロータリー法により、製造することができる。

【0029】

図３に、ブロー法によりフレーク状ガラスを製造するための装置の一例を示す。この製造装置は、耐火窯槽１２、ブローノズル１５及び押圧ロール１７を備えている。耐火窯槽１２（溶解槽）で溶融されたガラス素地１１は、ブローノズル１５に送り込まれたガスによって、風船状に膨らまされ、中空状ガラス膜１６となる。中空状ガラス膜１６を押圧ロール１７により粉砕することにより、フレーク状ガラス１が得られる。中空状ガラス膜１６の引張速度、ブローノズル１５から送り込むガスの流量等を調節することにより、フレーク状ガラス１の厚みを制御できる。

【0030】

図４に、ロータリー法によりフレーク状ガラスを製造するための装置の一例を示す。この装置は、回転カップ２２、１組の環状プレート２３及び環状サイクロン型捕集機２４を備えている。溶融ガラス素地１１は、回転カップ２２に流し込まれ、遠心力によって回転カップ２２の上縁部から放射状に流出し、環状プレート２３の間を通って空気流で吸引され、環状サイクロン型捕集機２４に導入される。環状プレート２３を通過する間に、ガラスが薄膜の形で冷却及び固化し、さらに微小片に破砕されることにより、フレーク状ガラス１が得られる。環状プレート２３の間隔、空気流の速度等を調節することによって、フレーク状ガラス１の厚みを制御できる。

【0031】

［酸化チタン層と酸化鉄層との積層膜］
フレーク状ガラス上には酸化チタン層と酸化鉄層とがこの順に積層される。これらの層は、それぞれ上述した厚みとなるように形成される。これらの層の成膜技術は既に確立されており、所望の膜厚となるように形成することそれ自体は容易である。

【0032】

酸化チタン層は、ルチル型酸化チタンにより構成されていることが好ましい。酸化チタンの結晶形態としてはアナターゼ型も知られている。しかし、アナターゼ型の酸化チタンは光触媒としての活性が高く、周囲の有機物を分解することがある。光学干渉ユニットを構成する酸化チタン層には、相対的に安定な結晶形態であって屈折率が高いルチル型が適している。

【0033】

ルチル型酸化チタン層は、アナターゼ型酸化チタンを８００℃程度以上の高温に加熱してルチル型へと転移させることにより形成することができる。また、酸化チタン層を形成するべき表面にスズ化合物を付着させて酸化チタンを析出させることにより、高温での加熱を要することなく、ルチル型酸化チタン層を形成することができる。後者の方法の詳細は、特表２００６−５１０７９７号公報、特開２００１−３１４２１号公報等に開示されている。

【0034】

なお、酸化チタン層が表面に形成されたフレーク状ガラスは、酸化チタン層による光干渉により、酸化チタン層の厚みに応じた色調に発色する。フレーク状ガラス上に成膜した酸化チタンの単層膜は、例えば、厚み１００ｎｍ程度で黄色を、厚み１３０ｎｍ程度で赤色を、厚み１６０ｎｍ程度で青色を、厚み１７５ｎｍ程度で緑色をそれぞれ呈する。ただし、成膜条件その他によっては、酸化チタン膜の膜厚が同じであっても色調が微妙に異なることはある。

【0035】

酸化鉄層は、三価の酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）により構成されていることが好ましい。Ｆｅ₂Ｏ₃は、二価の酸化鉄（ＦｅＯ）に比べて、紫外線の遮蔽能に優れている。

【0036】

酸化鉄層は、酸化鉄層を形成するべき表面にＦｅ₂Ｏ₃のコロイド溶液を塗布し、乾燥することにより形成することができる。また、酸化鉄層を形成するべき表面を有する基材を塩化鉄（ＦｅＣｌ₃）水溶液に分散させ、塩基存在下で塩化鉄水溶液を加熱処理することにより酸化鉄層を形成することもできる。Ｆｅ₂Ｏ₃のコロイド溶液の詳細は、特許文献２等に開示されている。後者の方法の詳細は、特表２００９−５１６０３５号公報、特表平１１−５１０５５２号公報等に開示されている。

【0037】

［紫外線遮蔽材を配合した組成物及び塗装体］
本発明による紫外線遮蔽材は、各種組成物に配合されることにより鮮やかな白色系の発色を示す。本発明は、その別の側面から、本発明による紫外線遮蔽材を含む組成物を提供する。組成物は、化粧料、塗料、インキ及び樹脂組成物から選ばれる少なくとも１つであってもよい。組成物としては、化粧料が好適である。化粧料としては、紫外線遮蔽材と共に、油性成分を含むものを例示できる。化粧料は、顔料、ｐＨ調整剤、保湿剤、増粘剤、界面活性剤、分散剤、安定化剤、着色剤、防腐剤、酸化防止剤、香料等をさらに含んでいてもよい。化粧料は、ファンデーションであってもよい。樹脂組成物としては、紫外線遮蔽材と共に、ＰＭＭＡ等の樹脂を含むものを例示できる。樹脂組成物は、人造大理石成型品であってもよい。

【0038】

本実施形態による紫外線遮蔽材を含む化粧料によれば、ＳＰＦ値を４０以上、さらに５０以上（５０＋）にまで高くすることができる。また、本実施形態による紫外線遮蔽材を含む化粧料によれば、ＰＦＡ値を１６以上にまで高くすることができる。なお、ＳＰＦ値は、ＵＶＢを遮蔽する効果の程度を表す指標である。ＰＦＡ値は、ＵＶＡを遮蔽する効果の程度を表す指標である。

【0039】

また、本発明は、さらに別の側面から、基材と、本発明による紫外線遮蔽材を含む、基材上に形成された塗膜とを備えた塗装体を提供する。塗装体は塗装紙であってもよい。この場合の基材は紙であるが、基材は紙に限られるわけでなく、金属、樹脂、セラミックスその他であってもよい。塗膜は、本発明による組成物から構成されていてもよく、本発明による組成物を基材上に塗布することによって形成されていてもよい。

【0040】

本実施形態による紫外線遮蔽材では、フレーク状ガラスの厚みが薄いため、フレーク状ガラスの重量に対する酸化鉄層の重量の比率が高い。そのため、組成物又は塗膜における紫外線遮蔽材の含有率が従来に比べて低い値であっても、十分に紫外線を遮蔽する効果が得られる。例えば、紫外線遮蔽材が厚み４００ｎｍのフレーク状ガラスを含み、かつ、基材の表面１ｃｍ²に対して２ｍｇの組成物又は塗膜を配置する場合、組成物又は塗膜における紫外線遮蔽材の含有率が５重量％以上であれば、基材の表面全体を紫外線遮蔽材によって被覆できる。紫外線遮蔽材が厚み３００ｎｍのフレーク状ガラスを含み、かつ、基材の表面１ｃｍ²に対して２ｍｇの組成物又は塗膜を配置する場合、組成物又は塗膜における紫外線遮蔽材の含有率が４重量％以上であれば、基材の表面全体を紫外線遮蔽材で被覆できる。このように、フレーク状ガラスの厚みが薄いほど、組成物又は塗膜における紫外線遮蔽材の含有率を低くすることができる。組成物又は塗膜における本実施形態の紫外線遮蔽材の含有率は、１５重量％以下、さらには１０重量％以下、特に８重量％以下であってもよい。組成物又は塗膜における紫外線遮蔽材の含有率を低下させる観点から、フレーク状ガラスの厚みは、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であってもよい。

【0041】

［光学シミュレーション］
フレーク状ガラス上に酸化チタン層と酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）層とがこの順に形成され、フレーク状ガラスと共に光学干渉系を構成している紫外線遮蔽材におけるフレーク状ガラス及び層の厚みと反射特性との関係を計算した。反射特性を含む光学特性は、よく知られているとおり、積層構造（フレーク状ガラス及び層）を構成する材料の各波長における屈折率（ｎ）及び消衰係数（ｋ）と厚みとから、光の直進性と反射や屈折（スネル）の法則とに基づいて計算することができる。幾何光学の理論により計算される反射特性が実際の製品の特性に高いレベルで一致することは周知である。酸化鉄層／酸化チタン層／フレーク状ガラス／酸化チタン層／酸化鉄層の構成においても、シミュレーションの結果が実際の製品によく一致することは実験により確認されている。

【0042】

今回の計算に用いた構成のモデルは、周囲（外部環境）／Ｆｅ₂Ｏ₃／ＴｉＯ₂／フレーク状ガラス／ＴｉＯ₂／Ｆｅ₂Ｏ₃／周囲（外部環境）である。フレーク状ガラスとしてはソーダライムガラスを想定した。酸化チタン層はルチル型とした。周囲は、空気（屈折率１．０）又は樹脂とした。樹脂としては、代表的な透明樹脂であるＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート；屈折率１．４９）を想定した。想定した光源はＤ６５光源であり、想定した光の入射角は５度であり、想定した反射光の測定位置は反射角５度の方向である。反射光学特性及び紫外線遮蔽特性についての計算結果を表１〜６に示す。Ｒは波長５５０ｎｍにおける反射率（％）であり、Ｌ^*、ａ^*及びｂ^*の数値はＬ^*ａ^*ｂ^*表色系に基づく。紫外線遮蔽特性としては、波長３０５ｎｍにおける反射率及び透過率と、波長３８０ｎｍにおける反射率及び透過率とを算出した。

【0043】

表１〜６のＳＰＦ値は、次のようにして計算した。市販の化粧料について、波長３０５ｎｍにおける透過率とＳＰＦ値とを測定した。市販の化粧料は、紫外線遮蔽材として酸化チタン及び酸化亜鉛を含んでいた。市販の化粧料における酸化チタン及び酸化亜鉛のそれぞれの含有率を変え、波長３０５ｎｍにおける透過率とＳＰＦ値とを再度測定した。この操作を繰り返し、得られた複数のデータに基づいて、波長３０５ｎｍにおける透過率とＳＰＦ値との相関を求めたところ、以下の関係式（１）が得られた。関係式（１）に、光学シミュレーションで得られた紫外線遮蔽材の波長３０５ｎｍにおける透過率を代入することによって、表１〜６のＳＰＦ値を計算した。
ｙ＝７４．０４９ｘ^-0.888 （１）
ここで、関係式（１）において、ｙはＳＰＦ値を示しており、ｘは波長３０５ｎｍにおける透過率（％）を示している。

【0044】

表１〜６のＰＦＡ値は、次のようにして計算した。市販の化粧料について、波長３８０ｎｍにおける透過率とＰＦＡ値とを測定した。市販の化粧料における酸化チタン及び酸化亜鉛のそれぞれの含有率を変え、波長３８０ｎｍにおける透過率とＰＦＡ値とを再度測定した。この操作を繰り返し、得られた複数のデータに基づいて、波長３８０ｎｍにおける透過率とＰＦＡ値との相関を求めたところ、以下の関係式（２）が得られた。関係式（２）に、光学シミュレーションで得られた紫外線遮蔽材の波長３８０ｎｍにおける透過率を代入することによって、表１〜６のＰＦＡ値を計算した。
ｙ＝２０８．１７ｘ^-1.062 （２）
ここで、関係式（２）において、ｙはＰＦＡ値を示しており、ｘは波長３８０ｎｍにおける透過率（％）を示している。

【0045】

【表1】

【0046】

表１からわかるとおり、酸化チタン層を有さない場合には、周囲が空気であっても透明樹脂であっても、紫外線遮蔽材からａ^*及びｂ^*の絶対値が３０以下である反射光を得ることは容易でない。また、表１より、酸化鉄層の厚みが３０ｎｍ以上であれば、十分に高いＳＰＦ値及びＰＦＡ値が得られることが確認できる。

【0047】

【表2】

【0048】

【表3】

【0049】

【表4】

【0050】

【表5】

【0051】

表２〜５より、周囲が空気であっても透明樹脂であっても、ａ^*及びｂ^*の絶対値が３０以下である反射光が得られるフレーク状ガラス及び各層の厚みは以下の範囲が適切であることが確認できる。
・フレーク状ガラス：３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下
・酸化チタン層：８０ｎｍ以上１００ｎｍ以下
・酸化鉄層：３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下

【0052】

【表6】

【0053】

表６に示すように、周囲が空気である場合、酸化鉄層の厚みが５０ｎｍより厚くても、酸化チタン層の厚みを調節することによって、ａ^*及びｂ^*の絶対値が３０以下である反射光を得ることは可能である。しかし、酸化鉄層の厚みを５０ｎｍより厚くすると、反射光のＬ^*値が大幅に低下する。例えば、厚み３００ｎｍのフレーク状ガラス、及び、厚み８０ｎｍの酸化チタン層の組み合わせにおいて、酸化鉄層の厚みが３０ｎｍであるときに反射光のＬ^*値は７２であり、酸化鉄層の厚みが５０ｎｍであるときに反射光のＬ^*値は７１である（表２参照）。これに対して、表６からわかるとおり、上記の厚みのフレーク状ガラス及び酸化チタン層の組み合わせにおいて、酸化鉄層の厚みが９０ｎｍであるときには、反射光のＬ^*値は５６まで低下する。このように、酸化鉄層の厚みが５０ｎｍ以下であることによって、輝度が高い反射光を提供することができる。

【0054】

以上の光学シミュレーションではすべて紫外線遮蔽材１枚からの反射光の特性が算出されることになる。しかし、実際の塗膜等には紫外線遮蔽材が光線の透過方向に複数枚存在するため、反射光の輝度がこれよりも高く観察される。塗膜中では３〜６枚程度の紫外線遮蔽材からの反射光が観察されることはよく経験される。

【要約】

本発明は、輝度が高い白色系の反射光の提供に適した新たな紫外線遮蔽材を提供する。本発明による紫外線遮蔽材１０は、フレーク状ガラス１と、フレーク状ガラス１上にこの順に形成された酸化チタン層２及び酸化鉄層３と、を備え、フレーク状ガラス１の厚みが３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、酸化チタン層２の厚みが８０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、酸化鉄層３の厚みが３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。例えば、酸化チタン層２及び酸化鉄層３は、フレーク状ガラス１の互いに反対側にある第１主面１ａ上及び第２主面１ｂ上に形成されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】