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KR20050120815A - 색-일치 코팅 조성물의 제조방법 및 여기에 사용되는 장치 - Google Patents

색-일치 코팅 조성물의 제조방법 및 여기에 사용되는 장치 Download PDF

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KR20050120815A
KR20050120815A KR1020057020953A KR20057020953A KR20050120815A KR 20050120815 A KR20050120815 A KR 20050120815A KR 1020057020953 A KR1020057020953 A KR 1020057020953A KR 20057020953 A KR20057020953 A KR 20057020953A KR 20050120815 A KR20050120815 A KR 20050120815A
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Inventor
알란 블라세 조셉 로드리게스
데이비드 리 그리퍼스
미첼 그레이스 와드
마크 알란 깁슨
Original Assignee
이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 색-일치될 자동차 차체와 같은 기재 상의 목표 코팅의 색의 분광 측정값을 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 방법은, 코팅으로서 도포되면, 목표 코팅과 겉보기에 색-일치하면서도 내구성, 광택 및 부착성과 같은 기타 바람직한 코팅성을 제공하는 색-일치 코팅 조성물을 제조하는데에 안료 혼합물 모델을 사용한다. 목표색의 분광곡선과 실질적으로 일치하는 근사 분광곡선을 얻기 위해 다양한 색소 조합을 분석한다. 이어서 색소 최적화 함수를 사용하여 최적 배합비를 밝혀낸다. 이러한 함수는 허용도 인자, 예를 들면 색 허용도 방정식을 근거로 한 색-일치의 근접도, 메타머리즘 지수, 분광곡선의 형상, 가격, 안료 내구성을 사용한다. 각 인자는 조성물의 특정 최종 용도에 따라 가중치를 할당받는다. 본 발명의 방법은, 자동차 차체의 미-손상 부분과 색-일치되므로 자동차 차체의 손상 부분에 도포될 수 있는 색-일치 재도장 도료를 제조하는 자동차 재도장 용도에서 사용되는 자동차 재도장 도료의 제조에 매우 적합하다.

Description

색-일치 코팅 조성물의 제조방법 및 여기에 사용되는 장치{METHOD OF PRODUCING MATCHED COATING COMPOSITION AND DEVICE USED THEREFOR}
본 발명은 일반적으로 목표 코팅과 색-일치되는 코팅 조성물의 제조방법 및 여기에 사용되는 장치에 관한 것이다. 이 방법은 특히 자동차 재도장 용도에 사용되기에 적합한 색-일치 코팅 조성물을 제조하는데에 적합하다.
많은 산업에서, 특히 자동차 재도장 산업에서, 소비자들은 특수한 색 효과 및 우수한 색-일치 뿐만 아니라, 매우 우수한 외관 및 내구성을 요구한다. 현장에서 자동차를 재도장하는 경우, 통상적으로는 휴대용 측색계를 사용하여, 수리되는 자동차 차체 상의 코팅의 목표 색값을 측정하고, 이어서 자동차 차체 상의 측정된 색값과 가장 근접하게 일치하는 기존 도료 배합비를 찾기 위해 도료 배합비의 저장 데이타베이스를 검색한다. 이러한 방법을 사용하여, 자동차 수리점은 수리되는 자동차의 색과 일치하는 가장 좋은 도료 배합비를 직접 찾을 수 있다. 그러나, 이러한 현재의 방법에서는, 과도한 검색을 한 후에야 목표 코팅과 가장 근접한 색-일치를 선택할 수 있게 하는, 수천가지의 재도장 자동차 색을 함유하는 광범위한 데이타베이스를 생성하고 관리해야 한다. 더우기, 전술된 선택 과정은, 재도장공이 목표 코팅에 근접한 색-일치를 달성하기 전에 여러가지의 도료 샘플을 제조하고 시험해야 하기 때문에, 비용이 많이 든다. 본 발명은 광범위한 색-데이타베이스를 생성 및 관리할 필요없이, 비용-효과적인 방식으로, 가장 근접한 색-일치를 달성하는 것을 돕는다.
자동차 차체와 같은 표면 상의 유색 코팅을 특성화하는 방법은 미국특허 제 5,231,472 호에 개시되어 있다. 이 방법은 금속성 도료에 전형적으로 사용되는 금속 플레이크의 존재에 의해 감쇠된 반사광의 반사율을 측정한다. 몇몇 해법이 복사선 전달 방정식 S이다. 찬트라세카(Chandrasekhar)는 목표 금속성 코팅으로부터 측정된 감쇠 반사율을, 상기 방정식에 의해 예상되는 반사율과 상관시킴으로써, 목표 금속성 코팅에 근접한 색-일치를 달성한다.
발명의 요약
본 발명은, (i) 코팅 특성화 장치의 분광광도계를 사용하여, 사전에 설정된 한 세트의 파장에서, 목표 코팅의 목표 부분의 반사율을 측정함으로써, 상기 목표 부분의 목표 분광곡선을 도시하고; (ii) 상기 목표 부분의 목표 분광곡선으로부터 목표 부분의 목표 색값(L, a, b 또는 L, C, h)을 계산하고; (iii) 상기 목표 색값과 일치하는 조합 선택 기준에 따라, 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 선택하고; (iv) 색-일치 기준에 따라, 상기 각 예비 색소 조합에서 각 공지된 색소의 농도를 결정하고(여기서, 상기 공지된 색소의 농도는 상기 각 예비 색소 조합의 색값과 상기 목표 색값의 최적 일치를 위하여 최적화됨); (v) 색-일치 코팅 조성물내에 비-색소 성분이 존재하도록 상기 예비 색소 조합을 균형맞춤(balance)으로써, 특정 최종 용도에 맞도록 개발된 혼합 및 규제 기준에 따라 최적화된 하나 이상의 실행가능한 조합을 만들고; (vi) 특정 최종 용도에 대한 허용도(acceptability) 방정식에 따라, 상기 실행가능한 조합으로부터 특정 최종 용도를 위한 최적 허용도 값을 갖는 최적 실행가능한 조합을 선택함(여기서, 상기 공지된 색소와 비-색소 성분은 상기 최적 실행가능한 조합에 따라 혼합되면, 색-일치 코팅으로서 도포시 상기 목표 코팅의 외관과 시각적으로 색-일치하는 상기 색-일치 코팅 조성물을 형성함)을 포함하는, 특정 최종 용도를 위한 색-일치 코팅 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 추가로, (i) 분광광도계를 목표 코팅의 목표 부분상에 배치시키기 위한 저부를 갖는 색 특성화 장치의 분광광도계; (ii) 상기 목표 부분의 목표 색값(L, a, b 또는 L, C, h)을 계산하기 위한 수단; (iii) (a) 상기 목표 색공간값과 일치하는 조합 선택 기준에 따라, 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 컴퓨터로 하여금 선택하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; (b) 색-일치 기준에 따라, 상기 각각의 예비 색소 조합에서 각각의 예비 색소 조합의 색값과 상기 목표 색값을 최적으로 일치시키기에 가장 좋은 각각의 공지된 색소의 농도를 컴퓨터로 하여금 결정하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; (c) 색-일치 코팅 조성물내에 비-색소 성분이 존재하도록 상기 예비 색소 조합을 컴퓨터로 하여금 균형을 맞추게 함으로써, 특정 최종 용도에 맞도록 개발된 혼합 및 규제 기준에 따라 최적화된 하나 이상의 실행가능한 조합을 생성하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; 및 (d) 특정 최종 용도에 대한 허용도 방정식에 따라, 상기 특정 최종 용도를 위한 최적 허용도 값을 갖는 최적 실행가능한 조합을 컴퓨터로 하여금 상기 실행가능한 조합으로부터 선택(여기서, 상기 공지된 색소와 비-색소 성분은 상기 최적 실행가능한 조합에 따라 혼합되면, 색-일치 코팅으로서 도포시 상기 목표 코팅의 외관과 시각적으로 색-일치하는 상기 색-일치 코팅 조성물을 형성함)하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단을 포함하는 컴퓨터 판독 프로그램 코드 수단을 갖는 본 발명의 장치의 컴퓨터내에 위치한 컴퓨터용 저장 매체를 포함하는, 특정 최종 용도를 위한 색-일치 코팅 조성물을 제조하기 위한 색 특성화 장치에 관한 것이다.
본 발명은 추가로, (i) (사용자가) 코팅 특성화 장치의 분광광도계를 사용하여, 사전에 설정된 한 세트의 파장에서, 목표 기재의 목표 부분의 반사율을 측정함으로써, 상기 목표 부분의 목표 분광곡선을 도시하고; (ii) (사용자가) 상기 목표 부분의 목표 분광곡선으로부터 목표 부분의 목표 색값(L, a, b 또는 L, C, h)을 계산하고; (iii) (장치/컴퓨터가) 상기 목표 색값과 일치하는 조합 선택 기준에 따라 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 선택하고; (iv) 색-일치 기준에 따라, 상기 각 예비 색소 조합에서 각 공지된 색소의 농도를 결정함으로써, 상기 목표 색값과 최적으로 일치되도록 최적화된, 공지된 색소로 이루어진 하나 이상의 중간 색소 조합을 만들고; (v) 색-일치 코팅 조성물내에 비-색소 성분이 존재하도록 상기 중간 색소 조합을 균형맞춤으로써, 특정 최종 용도에 맞도록 개발된 혼합 및 규제 기준에 따라 최적화된, 상기 공지된 색소로 이루어진 하나 이상의 실행가능한 조합을 만들고; (vi) 특정 최종 용도에 대한 허용도 방정식에 따라, 상기 실행가능한 조합으로부터 특정 용도를 위한 최적 허용도 값을 갖는 최적 실행가능한 조합을 선택함(여기서, 상기 최적 실행가능한 조합내의 성분들은 혼합되면, 색-일치 기재로서 형성시 상기 목표 기재의 외관과 시각적으로 색-일치하는 색-일치 수지를 형성함)을 포함하는, 특정 최종 용도를 위한 색-일치 수지의 제조방법에 관한 것이다.
본원에서 언급된 용어는, 미국 팬실바니아주 웨스트 콘쇼호켄 소재의 ASTM 인터네셔널(ASTM International)에 의해 출판된, ASTM 간행물 E284-03a에 정의되어 있다.
조사 각도: 견본에 대한 법선과 광원축 사이의 각도(1991).
입사 각도: 한 지점에서 표면에 부딪치는 광선과 그 지점에서 표면에 대한 수직선과의 각도. 빔에 대한 설명에서는, 빔의 중심부에서 광선의 입사 각도.
흡수계수 α: 부게르(Bouguer) 법칙, P = P0e-αb(여기서 b는 샘플의 광로길이임)에 따라, 입사빔(P0)이 흡수매체를 통과할 때 입사빔으로부터의 복사에너지의 흡수의 척도(1988).
반사 각도: 한 지점에서 표면으로부터 반사된 광선과 그 지점에서 표면에 대한 수직선과의 각도.
관측 각도: 견본의 표면에 대한 법선과 수신기(receiver)축 사이의 각도(1988).
외관: (1) 물체를 인식하는 시각적 경험의 양태(1990), (2) 정신신체학 연구에서는, 시각적 자극의 분광적 및 기하학적 양태가 그것의 조사 및 관측 환경과 통합된 인지(1993).
인공 일광: 자연 일광의 분광출력분포와 유사한 분광출력분포를 갖는 인공 일광(1995).
비-거울반사(aspecular): 거울반사(specular) 방향이 아닌 것(1995).
비-거울반사 각도: 달리 언급이 없는 한, 광원 평면에서, 거울반사 방향으로부터 멀어지는 방향으로 측정된 관측 각도(1995). 유의사항: 양의 비-거울반사 각도는 광원축을 향한 방향으로 측정됨.
색의 속성: (1) 물체 외관의 측면에서, 색상, 명도 및 채도. 먼셀(Munsell) 시스템에서는, 먼셀 휴(Munsell Hue), 먼셀 밸류(Munsell Value) 및 먼셀 크로마(Munsell Chroma), (2) 광원 및 구경의 측면에서, 색상, 명도 및 채도.
기본색명: 완전히 발달된 언어로 널리 사용되는 인류학 개론에서 발견되는 11가지 색의 명칭: 백색, 흑색, 적색, 녹색, 황색, 청색, 갈색, 회색, 주황색, 보라색, 분홍색(1990).
특성화: 측정 장치 또는 방법의 척도 또는 성능을 구체화하는 수단. 예를 들면, 외관을 측정하는 경우, 척도는 광원 및 수신기의 기하학적 및 분광적 본질을 포함하고, 성능은 신뢰도, 정확도 및 편차(bias)에 의해 구체화될 수 있다(1994).
크로마: (1) 동일한 명도의 회색으로부터 멀어지는 정도를 나타내는데 사용 되는 색 속성. 먼셀 크로마(Munsell chroma)를 참고하도록 한다(1989).
(2) C*, (CIE 1976에서는 L*, a*, b* 또는 L*, u*, v* 시스템)
양 C*ab = (a*2 + b*2)1/2 또는 C* uv = (u*2 + v*2)1/2(1989).
(3) 무채색의 양과는 상관없이, 존재하는 순수 유채색의 양에 의해 이루어지는 판단을 허용하는 물체색에 의해 형성되는 시각적 인지의 속성(1995).
CIE: 국제 조명위원회의 프랑스어 명칭인 "Commission Internationale de l"Eclairage"의 약자.
CIE 분광 삼자극값: CIE(XYZ) 시스템에서 동일-에너지 분광곡선의 분광 성분의 삼자극값 또는 색-일치 함수. 색-일치 함수는 CIE 1931 표색 시스템에서 라는 기호로 나타내어지며, CIE 1964 보조 표색 시스템에서는 로 나타내어진다(1990).
CIE 1964(x 10 , y 10 ) 색도도: x10를 가로좌표로 하고 y10를 세로좌표로 하는, CIE 1964 색도좌표를 도시하는, CIE 1964 보조 표준 관측자에 대한 색도도(1993).
색: (1) 형태, 형상, 크기, 위치 또는 광택과는 구별되는, 입사광의 분광 조성, 물체의 분광 반사율 또는 투과율, 관측자의 분광적 반응 뿐만 아니라 조사 및 관측 기하학에 따라 달라지는 물체 외관의 양태인 물체색(1987).
(2) 백색, 회색, 흑색, 황색, 갈색, 선명한 적색, 진자주색 또는 이러한 것들의 조합과 같은 색명으로써 표현될 수 있는 시각적 인지의 속성인 지각색. 지각색은 색자극의 분광출력분포 뿐만 아니라, 자극 영역의 크기, 형상, 구조 및 주변 환경, 관측자의 시각의 적응 상태, 및 유사한 관측에 대한 관측자의 경험에 따라 크게 달라진다.
(3) 삼자극값과 같은 3가지 값을 사용한 표색 시스템에 의해 표시되는 색자극의 표색계 특성. 삼자극값은 때로는 절대적 기준보다는 상대적 기준을 근거로 유도된다. 이 경우, 이것은 적합한 절대적 측광량에 의해 보완될 필요가 있을 수 있다. 색의 외관은 그것의 절대적 삼자극값 뿐만 아니라, 그 주변 환경의 본질을 포함하는 관측 조건에 따라 달라지지만, 동일한 절대적 삼자극값을 갖는 색은 동일한 관측 조건하에서는 동일하게 보인다. 분광적으로 상이한 색자극은 동일한 절대적 삼자극값을 가질 수 있다.
색차: (1) 지각 색차 - "보다 붉은, 보다 푸른, 보다 밝은, 보다 어두운, 보다 회색인 또는 보다 깨끗한"과 같은 말로써 표현되는, 2가지 색들 사이의 차이의 크기 및 특성. (2) 계산 색차 - 특정 색차 방정식에 의해 계산된, 두 정신신체학적 색자극 및 삼자극값으로부터 계산된 성분 또는 색도좌표 및 휘도 인자의 차이의 크기 및 방향.
색-일치: (1) 색이 특정한 또는 합의된 허용도 내에서 일치할 때 존재하는 조건. 때로는 통상적(commercial) 색-일치라고 불린다. 허용-순응도는 장치에 의해서 또는 시각적으로 결정될 수 있다. 순응도 시험이 시각에 의한 것일 경우, 물리적 색 허용도 기준이 참고로 사용될 수 있다. (2) 색들이 구별불가능한 경우 존재하는 조건. 보통의 관측자를 통상적으로 조건으로 한다. 때로는 엄밀한(exact) 색-일치라고 불린다(1988).
색-일치화: 특정 조건하에서 특정 표준색과 구별불가능하거나 특정 허용도내에 포함되는 시험색을 선택, 배합, 조정 또는 기타 수단에 의해 제공하는 과정.
보색: 첨가되는 방식으로 적당하게 혼합되면, 특정 무채색 자극을 형성하는 색자극.
광택: 물체의 반사된 하이라이트 또는 이미지가 표면 상에 겹친 것처럼 보이는 정도와 관련된, 표면-반사광을 포함하는, 반사의 각도 선택성(이미지-구별광택(distinctness-of-image gloss), (반사의 경우) 흐림도(haze), 윤기(luster), 광채(sheen), 거울 광택(specular gloss)을 참고).
고니오어패런트(gonioapparent): 조사 각도 또는 관측 각도가 변함에 따른 외관 변화와 관련됨
은폐력(hiding power): (1) 특정 불투명도를 달성함으로써, 코팅된 표면을 은폐하는 코팅 물질의 능력. (2) 특정량의 도료를 피복함으로써, 흑색인 영역과 백색인 영역 사이에 특정 색대비 Cc를 형성할 수 있는 영역.
광원: 분광출력분포에 의해 구체화될 수 있는, 물체에 조사되는 경우, 이 물체의 지각색에 영향을 미칠 수 있는 복사속(radiant flux).
일치: 특정 조건하에서 특정 표준색과 구별불가능하거나 특정 허용도에 속하는 시험색을, 선택, 배합, 조정 또는 기타 수단에 의해 제공함(1991).
금속성: 금속 플레이크를 함유하는 고니오어패런트 물질의 외관과 관련된 것.
메타머릭(metameric): (1) 동일한 삼자극값을 갖는, 분광적으로 상이한 물체 또는 색자극에 관련된 것(1988). (2) 하나 이상의 특정 분광 조성물에 의해 조사되고 특정 관측자에 의해 관측될 때에 일치하는, 상이한 분광분석을 갖는 물체와 관련된 것(파라머릭(parameric)을 참고)(1988).
메타머리즘(metamerism): 특정 광원 및 특정 관측자의 조건하에서 일치하는, 가시광선 파장 범위에서 상이한 분광 반사율 또는 투과율을 갖는 두 견본의 성질. 광원 메타머리즘, 관측자 메타머리즘, 파라머리즘(paramerism)을 참고하도록 한다. 분광적 차이로 인해, 두 견본은 상이한 광원 또는 상이한 관측자의 조건하에서는 일치하지 않을 수 있다. 유사한 개념이, 특정 관측자의 경우에는 일치하지만 다른 관측자의 경우에는 일치하지 않는 두 광에도 적용된다. 메타머리즘 지수(1991)
메타머(metamer): (1) 동일한 자극값을 갖는 분광적으로 상이한 물체 또는 색자극(1988).
반사율 ρ: 일정 조건하에서 입사속에 대한 반사 복사속 또는 광속의 비. 반사율이라는 용어는 종종 일반상식으로 사용되거나 반사 인자에 대한 약자로서 사용된다. 상기 정의가 문맥상 구체적으로 요구되지 않는 한, 이러한 정의가 사용될 수 있다(1989).
세이드(shade): (1) 흑색 염료 또는 안료를 포함하는 염료 또는 안료 혼합물에 의해 형성되는 색. 세이딩 및 틴트를 참고하도록 한다. (2) 또다른 염료를 첨가하여 색-일치를 달성하도록, 기준 염료와의 색차를 표현하는 용어. (3) 기준색과 약간 다른 색. "세이드"는 색소 공업에서 색 및 색차를 표현하는데 가장 흔히 사용되는 용어로서, 때로는 심지어는 "색"과 일반 동의어로 사용된다.
세이딩(shading): 이는 시험 견본의 색을, 표준물과 보다 근접하게 색-일치되도록 조정함을 의미한다. 틴트를 참고하도록 한다(1990).
분광(spectral): (1) 양을 수식하는 경우에는, 양을 파장의 함수로서 나타내는 기술어. (2) 복사량(radiometric quantity)의 경우, 특정 파장에서의 단색 복사에너지, 또는 외연적으로는 특정 파장 주위의 좁은 파장띠내의 복사에너지와 관련됨.
분광분석: 파장의 함수로서의 반사성 또는 투과성의 정량적 측정.
거울반사: 거울반사 각도에서 확산 없이 물체의 표면으로부터 반사된 복사속과 관련됨(1988).
거울반사 각도: 입사 각도와 반대되며 동일한 반사 각도. 고니어어패런트 현상에서, 이는 작은 각도를 서브텐딩(subtending)하는 광원을 의미한다(1995).
틴트: 백색 안료 또는 도료와 유채색 안료 또는 도료의 혼합물에 의해 형성된 색. 따라서 유채색의 틴트는 유채색보다 더 밝고 덜 포화되어 있다(saturated)(세이드를 참고).
삼자극값: 색을 일치시키는데 요구되는 3가지 특정 자극의 양. CIE 시스템에서, 이것은 X, Y 및 Z라는 기호로 나타내어진다(CIE 분광 삼자극값을 참고).
관측 조건: 눈에서의 견본의 대향각도, 광원과 견본과 눈의 기하학적 관계, 및 광원의 측광 및 분광 특성, 및 견본을 둘러싼 시야의 측광 및 분광 특성, 및 눈의 적응 상태를 포함한, 시각적 관찰이 이루어지는 조건,
전자기파의 파장, X: 전기적 벡터가 동일한 상을 갖는 가장 근접한 지점들 사이의 전파 방향으로의 거리(보색 파장, 주 파장을 참고)(1990).
본 발명은 전형적인 자동차 충돌 수리점 환경에서, 자동차 차체의 미-손상 부분과 같은 목표 코팅을 신속하게 색-일치시키는데 적합하다. 본 발명의 방법은 충돌 수리점에서 전형적으로 겪는 다양한 조건하에서 조차도 색-일치 과정을 실질적으로 자동화시킨다. 전형적인 충돌 수리점에서는, 자동차 차체의 손상 부분을 수리, 연마 및 상도도장한 후에, 분무, 딥 코팅, 롤러 코팅 또는 브러시에 의해 코팅 조성물을 도포한다. 코팅 조성물의 색과 자동차 차체의 미-손상 부분의 색을 일치시킴으로써, 매우 소량의 색-일치 코팅 조성물을 사용해서 자동차 차체의 손상 부분을 도장할 수 있다. 그 결과, 자동차 수리 비용을 최소화시키면서도 자동차 차체의 손상 부분의 색을 자동차 차체의 미-손상 부분의 색과 시각적으로 일치시킬 수 있다.
본 발명의 방법에서 널리 언급되는 바, 목표 코팅의 색은 (바람직하게는 휴대용인) 분광광도계에 의해 판독되고, 분광 측정값은 컴퓨터로 전송되며, 안료 혼합물 모델에 따라 최적 도료 배합비가 결정되며, 수리공이 칭량 및 분무할 수 있도록 이것이 컴퓨터 스크린 상에 표시되거나 출력된다. 사용자는 측정과 배합비의 출력 사이의 모든 단계를 명백하게 볼 수 있다.
본 발명은 바람직하게는 자동차 재도장 업소에서 사용되지만, 기타 적합한 분야에서의 색-일치, 예를 들면 플라스틱 기재 또는 유색 플라스틱 기재; 선박 기재, 예를 들면 선체; 알루미늄 기재, 예를 들면 항공기 기체; 건축용 코팅; 섬유, 직물 및 부직물; 및 종이 상에서의 색-일치에도 사용될 수 있다. 본 발명은 미-숙련 인력에 의해 실험실 환경에서 사용될 수도 있다. 본 발명의 장치는 휴대가 가능하므로, 현장에서 사용하기에 이상적이다.
본 발명의 방법은 목표 코팅의 목표 부분과 겉보기에 시각적으로 색-일치하는 특정 최종 용도를 위한 색-일치 코팅 조성물을 제조하는 것에 관한 것이다. 특정 용도의 몇몇 예는 자동차 차체에 도포되는 자동차 재도장 코팅, 자동차 OEM 마감재, 건축용 코팅, 산업용 코팅, 분말 코팅, 항공기 코팅, 선박 코팅, 상업 및 숙박 설비용 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 코팅은 강철, 알루미늄, 목재, 플라스틱 수지, 유리, 종이, 섬유, 직물, 부직물 및 시멘트와 같은 다양한 기재 상에 도포되는 코팅을 포함한다.
본 발명의 방법의 단계(i)는 본 발명의 코팅 특성화 장치의 분광광도계를 사용하여, 도포된 목표 코팅의 목표 부분의 반사율을 측정함을 포함한다. 임의의 적합한 분광광도계, 예를 들면 미국 미시간주 그랜드빌 소재의 엑스-라이트(X-Rite)에 의해 제조된 모델 MA68II 또는 모델 SP64를 사용할 수 있다. 휴대용 분광광도계는, 다양한 형상 및 크기의 피도면 상에 배치하기가 용이하므로, 바람직하다. 원한다면, 목표 코팅의 여러 부분에서의 반사율을 측정하여 목표 코팅의 반사율을 평균낼 수도 있다. 전형적인 분광광도계에서는, 세기(intensity)가 공지되어 있는 광빔을 목표 부분을 향해 조사하고, 목표 부분으로부터의 반사율을, 사전에 설정된 파장에서 하나 이상, 바람직하게는 3가지의 비-거울반사 각도에서 순차적으로 측정한다. 또다르게는, 세기가 공지되어 있는 광빔을 하나 이상, 바람직하게는 3가지의 입사 각도에서 목표 부분을 향해 순차적으로 조사하고, 이어서 목표 부분으로부터의 반사율을 단일 검출 장치로써 사전에 설정된 파장에서 측정하여, 조사 각도에 따른 상이한 비-거울반사 각도에서의 측정값을 제공한다. 고니오어패런트 색을 여러 각도, 바람직하게는 3 내지 5 가지의 각도에서 측정해야 한다. 단색의 경우, 단일 비-거울반사 각도, 전형적으로 45도가 충분하다. 단색에 대한 통상적인 실시예는, 단일 각도에서 조사를 수행하고, 모든 각도에서 목표 부분으로부터 반사되는 광을 포착하는 적분구를 사용하여 확산 반사율을 측정하는 것이다. 확산 조사한 후 단일 각도에서 측정하는 역-방법은 동일한 결과를 달성한다. 목표 부분이 조직감 있는 표면을 가질 경우, 확산 반사율이 바람직하다.
전자기 분광곡선의 가시광선 범위에 걸쳐 각 파장에서 반사된 광의 백분율을 측정하는 분광광도계를 사용하여 색을 측정한 지는 오래되었다. 전형적으로 400㎚로부터 700 ㎚까지 10㎚의 간격으로 판독을 수행한다. 파장의 함수로서의 % 반사율을 도시한 것을 "분광곡선"이라고 한다. 예를 들면, 표 1은, 엑스-라이트 MA 68II 분광광도계를 사용하여, 10㎚의 간격으로 400㎚로부터 700 ㎚까지 이르는 가시광선 분광곡선내 파장에서 측정된 목표 부분의 반사율을 보여준다. 여기서, 목표 부분을 법선에 대해 45˚에서 조사시키고 반사율을 직각에서 측정하였다. 단색(비-플레이크 또는 비-고니오어패런트 색, 예를 들면 금속 플레이크를 함유하지 않는 것)의 경우, 단색 성질을 측정하는데에는 단 하나의 분광곡선이면 전형적으로 충분하다. 다른 통상적인 측정 방법은 0˚ 또는 8˚ 관측 각도에서 확산 조사를 수행하거나 그 역-방법이다. 금속성 색, 즉 고니오어패런트 색을 갖는 목표 부분을 색-일치시킬 경우, 추가의 각도에서 반사율을 측정할 필요가 있다. ASTM E-2194는 거울반사에서 벗어난 3가지 각도인 15˚, 45˚ 및 110˚를 권장한다. DIN 6175-2는 이것과 동일한 각도 범위에 속하는 5가지 이하의 각도를 권장한다. 엑스-라이트 MA68II는 15˚, 25˚, 45˚, 75˚ 및 110˚에서의 측정값을 제공할 수 있다.
본 발명의 단계(ii)는 목표 부분의 목표 분광곡선으로부터 목표 부분의 목표 색값을 계산함을 포함한다. 분광값을, 일정한 광-조사 조건하에서 인간 관측자가 색을 바라보는 방식을 나타내는 수치로 환원시키는 몇몇 대체 방정식이 개발되었다. 이것은 통상적으로 L, a, b 또는 L, C, h 값으로서 표현된다.
분광곡선으로부터, 곡선의 봉우리(peak)에 의해 나타내어지는 색상(hue)을 결정할 수 있다(예를 들면 청색 파장에서는 청색의 분광곡선이 봉우리를 갖는다). 보다 밝은 색은 분광곡선에서 보다 많은 광을 반사하고 보다 어두운 색은 보다 적은 광을 반사한다. 채도가 높은 색은 보다 예리한 봉우리를 나타내고 다른 파장에서 훨씬 적은 광을 반사한다. 채도가 낮은 색은 봉우리와 골짜기(trough) 사이에 거의 차이가 없는 곡선을 갖는다. 회색은 매우 평평한 경향이 있다. 따라서 분광곡선으로부터 색을 정성적으로 평가할 수가 있다. 그러나, 인간 관측자에 의해 관찰되는 색은, 그것의 분광곡선 뿐만 아니라, 그것의 관측 조건하에서의 광원의 분광 특성 및 관측자의 분광 민감도에 따라서도 달라진다. 인간의 눈은 색에 대한 3가지의 감지기(적색 감지기(X), 녹색 감지기(Y) 및 청색 감지기(Z))를 갖는다. 1931년에, 국제조명위원회(CIE)는, 색, 광원 및 관측자의 분광 특성을 허용하도록, 색을 3차원적 X, Y, Z 공간으로 맵핑(mapping)하는 것을 표준화하였다. 그러나 삼자극값 X, Y, Z로부터 색을 가시화하는 것은 여전히 어렵다. 또한, 이러한 값은 시각적으로 균등한 색의 3차원적 맵핑을 제공하지 않는다. 삼자극값 X, Y, Z는 하기 행렬 방정식을 통해 계산될 수 있다:
= (A)
는 삼자극값 X, Y, Z의 벡터이고,
는 미국재료시험학회(ASTM)의 간행물인 E-308로부터 수득될 수 있는, 표준 관측자 가중함수의 벡터이고,
는 ASTM E-308로부터 수득될 수 있는 광원 함수의 상대적 분광에너지분포의 벡터이고(일광을 대표하는 광원 D65이 통상적으로 사용됨),
은 반사율 값의 벡터이다.
상기 X, Y 및 Z 삼자극값은 보다 편리하게는 L, a, b 값으로서 공지되어 있는 "균등 색공간"으로 수학적으로 변환됨으로써 표현될 수 있고, 이는 문헌[Theory and Implementation of Modern Techniques of Color Conception, Matching and Control, A.B.J. Rodrigues at Fifth International Conference in Organic Coatings Science and Technology Proceedings, Vol.3, Advances in Organic Coatings Science and Technology Series, 273 내지 275 페이지(1979)]에 기술되어 있다. 이 문헌은 본원에서 참고로 인용된다. 색의 L, a, b 값은 그 색의 위치를 기술한다. 각 색의 L, a, b 값은 직교좌표에서 색공간의 3차원적 표현이며, 이 좌표에서 명도축(L*), 적색-녹색 축(a*), 및 황색-청색 축(b*)은 하기 방정식에 의해 기술된다:
L* = 116(Y/Y0)1/3-16 ..................(1)
a* = 500[(X/X0)1/3-(Y/Y0)1/3]...........(2)
b* = 200[(Y/Y0)1/3-(Z/Z0)1/3]...........(3)
X/X0, Y/Y0, Z/Z0가 0.008856보다 큰 경우(10˚에서 D65의 경우, X0는 94.825이고, Y0는 100.000이고, Z0는 107.381임)
X/X0, Y/Y0, Z/Z0가 0.008856보다 작은 경우, L*은 903.3(Y/Y0)이다.
a*, b*에 대한 방정식에서, 세제곱근 함수는 하기 상응하는 함수에 의해 대체된다.
f(X/X0) = 7.787(X/X0) + 0.1379
f(Y/Y0) = 7.787(Y/Y0) + 0.1379
f(Z/Z0) = 7.787(Z/Z0) + 0.1379
상기 방정식에서, X0, Y0 및 Z0는 일정 광원에서 완벽한 백색의 삼자극값이고, X, Y 및 Z는 평가되는 색의 삼자극값이다. 따라서, L, a, b 값을, 색의 분광반사율 곡선, 광원, 전형적으로는 광원 D65 의 분광분포, 및 사람 눈의 수용체의 분광 민감도(모두 ASTM 표준 E-308에 수록된 표에 기재되어 있음)를 수학적으로 적분함으로써 수득한다. 전술된 적분 과정은 일반적으로 X, Y 및 Z라고 불리는 3가지 척도를 통해 색을 특성화하게 한다. 상기 수학적 변환은 X, Y 및 Z를 보다 이해하기 쉬운 L, a, b 값으로 용이하게 전환하게 한다.
하기 표 1은 목표 부분의 색의 분광 반사율 및 L, a, b 값을 보여준다. L = 30.62란, 이것이 중간 내지 어두운 색이라는 것을 보여주며; a = 49.87이란, 이것이 완전히 포화된 적색이라는 것을 보여주며; b = 28.57이란 이것이 황색을 띤 적색이라는 것을 보여준다.
파장(㎚) 목표 부분의 반사율
400 0.0320
410 0.0330
420 0.0290
430 0.0250
440 0.0200
450 0.0160
460 0.0140
470 0.0120
480 0.0110
490 0.0100
500 0.0098
510 0.0098
520 0.0098
530 0.0100
540 0.0100
550 0.0110
560 0.0130
570 0.0180
580 0.0370
590 0.0960
600 0.1880
610 0.2730
620 0.3240
630 0.3500
640 0.3650
650 0.3730
660 0.3790
670 0.3820
680 0.3840
690 0.3860
700 0.3870
L 30.62
a 49.87
b 28.57
L, a, b 값 대신에 허용되는 값은, 목표색과 이 목표색에 일치하는 색 사이의 색차(ΔE)를 보다 정확하고 균등하게 알려주기 위해, CIE94 또는 CMC 방정식을 사용하여, 직교좌표에 표현된 상기 색값을 원기둥좌표로 변환시킴으로써 얻은 L, C, h 값이다. 이러한 방정식은 공지되어 있으며, 본원에서 참고로 인용된 문헌[Berns, R.S., "Billmeyer and Saltzman's Principles of Color Technology", 3rd. Ed., 120 내지 121 페이지 및 117 내지 118 페이지, John Wiley & Sons, Inc.]에 개시되어 있다. CIE94 방정식은 L, a, b 값을 사용하며, 이것을 하기 방정식을 사용하여 L, c, h 값으로 전환시킨다.
목표 코팅 및 색-일치 조성물에 대한 L, a, b를, 방정식 1, 2 및 3을 사용하여 계산할 수 있고, 목표 코팅과 색-일치 코팅의 차이를 고려하여, 색차 ΔL, Δa, Δb를 결정한다. 이러한 차이를 상이한 광원에 대해 결정할 수 있다. L, C, h 값에서, "C"는 하기 방정식에 의해 결정된다:
(4)
그리고 "h" 값은 하기 방정식에 의해 결정된다:
색상 = h = tan-1(b*/a*) (5)
h는 색상 각도(hue angle)라고도 공지되어 있다.
목표 코팅과 색-일치 코팅의 색차는 다음과 같이 표현된다:
ΔL* = L* b - L* s
Δa* = a* b - a* s
Δb* = b* b - b* s
ΔC* = C* b - C* s
(상기 방정식에서 아래첨자 s 및 b는 목표 코팅 및 색-일치 코팅을 말함).
목표 코팅과 색-일치 코팅 사이의 총 색차 ΔE*는 다음 방정식에 의해서 계산된다:
(6)
(메트릭 색상차(metric hue difference)라고도 함).
목표 코팅과 색-일치 코팅 사이의 색차를 표현하는 일반적 방정식은 다음과 같다:
(7)
L, C, h 값을 계산하기 위한 방정식 7을 풀기 위해 몇 가지의 대안이 개발되었으며, 예를 들면 잘 공지된 하기 CIE94 및 CMC 방정식이다:
CIE94 방정식 CMC 방정식
CR & A, 18, 137-139(1993)
단색의 경우: SL = 1.0
금속성 색의 경우:
SL = 0.034 L*;
L*이 29.4 이하일 경우, SL =1.0 L* ≤ 16의 경우, SL = 0.511
SC = 1 + 0.045 C*ab
여기서, C* ab는 표준물의 것이다.
SH = 1 + 0.015 C*ab SH = (FT + 1 - R) SC
여기서,
및
T = 0.36 + abs[0.4 cos (35 + hab)]
h가 164˚와 345˚사이의 값이 아니면,
T = 0.56 + abs[0.2 cos (168 + hab)]
KL:KC:KH가 1:1:1이면 일반적으로 만족스럽다.
그러나, 명도가 덜 중요할 경우에, KL:KC:KH는 2:1:1일 수 있다.
금속성 색의 경우에, SL 함수는 본원에서 참고로 인용된 문헌[Rodrigues A.B.J., Locke, J.S., SPIE 제 4421 권, 편집인 Robert Chung 및 Allan Rodrigues, 658 내지 661 페이지]에 기술되어 있다.
목표 부분의 반사율 및 색차 ΔE로부터 L, a, b 또는 L, C, h 및 ΔE 색값을 얻기 위한 기타 방정식이 개발되었고 계속 개발되고 있다는 점을 알아야 한다. 본 발명의 방법은 임의의 특정 방정식에만 제한되지 않는다.
일단 목표 부분의 목표 색값을 결정하고 나면, 본 발명의 방법의 단계(iii)는 상기 목표 색값과 일치하는 조합 선택 기준에 따라, 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 선택함을 포함한다.
상기 언급된 색소의 저장 목록을 생성하는데에는 많은 방법이 있다. 저장 목록은 바람직하게는 모든 색소, 예를 들면 안료, 분산제, 틴트, 염료, 금속 플레이크(유색 알루미늄 플레이크) 또는 색-일치 조성물을 제조하는데 필요할 수 있는 이것들의 조합을 포함한다. 각 색소는 광학 계수의 데이타베이스와 연관된다. 일반적으로, 목표 부분의 분광곡선과 일치하는 분광곡선을 생성하는 공지된 광학 계수를 갖는 몇가지의 색소의 혼합물에서 농도를 조정함으로써, 색-일치 코팅 조성물을 제조할 수 있다. 광학 계수는 전형적으로 흡수계수(K) 및 산란계수(S)를 포함하는데, 이것은 안료 혼합물 농도를 이 혼합물에 대한 분광곡선과 상관시키는 안료 혼합물 모델(예를 들면 쿠벨카-멍크(Kubelka-Munk) 및 복사선 전달 이론에 근거한 기타 모델)에서 사용될 수 있다.
잘 공지된 쿠벨카-뭉크 모델은, 전형적으로는 가시광선 분광곡선상에서 사전에 설정된 파장 간격으로, 전형적으로는 10㎚으로 측정된, 완전한 은폐시의 반사율을 색소에 대한 흡수계수 및 산란계수와 상관시킨다:
K/S = (1-R)2/2R (8)
상기 식에서,
K는 코팅 물질의 내부 흡수를 나타내는 흡수계수이고, S는 단위 두께의 코팅 물질을 통과할 때 산란되는 광 부분인 산란계수이고, R은 코팅 물질의 완전 은폐시의 반사율이다. 10㎚의 간격으로 각 파장에서 결정된 목표 부분에서의 코팅의 반사율이 표 1에 도시되어 있다. 색소 혼합물에 대한 K/S 값은 하기 방정식으로 표현될 수 있다:
(K/S)mix = (c1K1 + c2K2 + .....)/(c1S1 + c2S2 + .....) (9)
상기 식에서, c는 농도이고, 1, 2는 색소 혼합물내에 존재하는 색소 1, 2 등을 나타낸다.
백색 색소(이산화티탄 안료)와 같은 밝은 색 색소를 함유하는 시험 코팅 조성물을 전형적으로 데이타베이스를 생성하는데에 사용한다. 백색 색소로부터 제조된 시험 코팅 조성물을, 전형적으로 회색인 시험 패널 자체의 색을 완전히 은폐시키에 충분한 건조 코팅 두께로, 시험 패널에 분무하였다. 이어서, 백색 코팅의 반사율을 가시광선 분광곡선상의 사전에 설정된 파장 간격으로, 전형적으로는 400㎚로부터 시작하여 700 ㎚까지 10㎚의 간격으로 측정하였다. 임의의 통상적인 분광광도계, 예를 들면 미국 미시간주 그랜드빌 소재의 엑스-라이트에 의해 제조된 모델 MA100B, MA68II 또는 SP64를 사용하여 반사율을 측정할 수 있다. 파장의 함수로서의 이러한 반사율을 이러한 백색 코팅의 분광 반사율 또는 분광곡선이라고 한다. 측정된 반사율 R을 방정식 8에 대입하여 각 파장에서의 K/S를 계산하였다. 각 파장에서 백색 색소의 산란계수(S)를 1.0으로 하는 것이 편리하다. 따라서, S에 1.0을 대입하여 K값을 얻는다.
예를 들면, 하기 표 2는 400 내지 700 ㎚의 범위에서 10㎚의 간격으로 측정된 백색 시험 코팅 조성물의 반사율을 명시한다. 이 백색 코팅 조성물에 사용된 색소는 이산화티탄이었다. 표 2에서, 420㎚에서 측정된 백색 코팅의 실측 반사율은 77.28%이다. 방정식 8에서 R에 0.7728을 대입하면, K/S는 0.0334였다. S는 1.0이기 때문에, K는 0.0334이다. 마찬가지로 각 파장에서 K를 계산할 수 있다. K/S에 대한 결과는 표 2의 "100% 백색, K/S" 칼럼에 명시되어 있다. 백색 색소에 대한 개별적인 K 및 S 값은 이후의 표 3에 명시되어 있다.
50% 흑색 색소와 50% 백색 색소의 혼합물을 함유하는 코팅 조성물을 도료로 만들고, 분무하고, 이것의 반사율을 각 파장에서 측정하였다. 100% 흑색인 또다른 도료를 마찬가지로 분무하고 측정하였다. 흑색 코팅 조성물을 카본블랙으로 착색시켰다. 이러한 측정값이, 방정식 8에 의해 계산된 상응하는 K/S값과 함께, 표 2에 기록되어 있다.
색소와 백색의 2원 혼합물의 경우, 방정식 9는 다음과 같을 수 있다:
(K/S)mix = (cwKw + ccKc)/(cwSw + ccSc) (10)
420㎚에서, Kw 및 Sw 값을 방정식 10에 대입한다:
(K/S)mix = (0.0334 cw + ccKc)/(cw + ccSc)
420㎚에서, 50/50 혼합물(cw = cc = 0.5)의 경우 (상기 표 2에 명시된 바와 같이) R은 0.4248이고, 100% 흑색의 경우 R은 0.0031이다. 이것들을 방정식 8에 대입하여 해당 농도(50/50 혼합물 및 100% 흑색)에서 (K/S)mix를 얻는다. 이어서 이 (K/S)mix 값을 방정식 8에 대입하여, 두 비-공지된 Kc 및 Sc 값을 동시에 제공할 수 있는 두 방정식을 풀면, Kc는 0.3568이고 Sc는 0.0022이다. 마찬가지로 흑색의 K 및 S를 각 파장에서 결정할 수 있다.
동일한 과정을 통해, 사용된 각 색소에 대한 K 및 S를 결정한다. 이는 하기 표 3 및 4에, 몇몇 기타 색소에 대한 K 및 S 값과 함께 명시되어 있다. 실제로, 각 색소와 백색의 몇몇 블렌드의 경우에, 잘 공지된 통계학적 과정을 통해 K 및 S값을 결정할 수 있다는 것을 알아야 한다.
목표 색값과 일치하는 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 선택하는 조합 선택 기준은 실용성을 염두에 둔 것이다. 다시 말해 이러한 예비 조합을 만드는 것이 실용적이라는 것이다. 예를 들면 사용된 색소가 백색(W), 흑색(B), 적색 산화물(RO), 황색(Y), 적색 1(R1), 적색 2(R2), 적색 3(R3)인 경우, 5-안료 일치를 하는 것이 바람직하다. 시도되는 각 색소 조합에 W 및 B를 포함시키는 것이 필수적인 것은 아니지만 통상적이다. 나머지 5가지 색소의 모든 조합을, 한 번에 3가지씩, W 및 B와 함께 취해서, 색-일치를 시도한다. 이러한 과정을 통해 10가지의 가능한 5-안료 조합 선택 기준을 얻는다.
W, B, RO, Y, R1
W, B, RO, Y, R2
W, B, RO, Y, R3
W, B, RO, R1, R2
W, B, RO, R1, R3
W, B, RO, R2, R3
W, B, Y, R1, R2
W, B, Y, R1, R3
W, B, Y, R2, R3
W, B, R1, R2, R3
예를 들면, 목표 부분이 적색인 경우, 예비 조합은 녹색을 포함해서는 안 되는데, 왜냐하면 그 조합은 두 보색 색소에 의해 세이딩(조정)되기 때문이다. 그러나, 적색과 녹색을 함께 사용하여 색을 불포화시키고 어둡게 만들 수 있다. 일반적으로 덜 비싼 색소인 흑색을 사용해서도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 그러나, 통상적인 실시예에서는 보색 색소를 사용하여 세이딩하는 것을 피한다.
단색(비-플레이크)의 경우, 5가지 또는 6가지 색소를 사용하여 색-일치를 개선할 수 있을지를 확인하기 위해 4-색소 조합 선택 기준으로부터 시작하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 안료의 개수가 적을수록, 그 결과 얻어진 예비 조합은 더 실용적인데, 왜냐하면 전형적인 재도장 업소에서는 5-색소 또는 6-색소 자동차 도료보다는 4-색소 자동차 도료를 칭량하는데 더 적은 시간이 소요되기 때문이다.
따라서 예를 들면, 표 2, 3 및 4에 있는 저장 목록으로부터 선택된, 하기 표 5에 명시된 하기 배합비는 전술된 조합 선택 기준을 충족시키며 목표 색값 및 반사율과 근접하게 일치한다. 표 5에는 목표 색값 및 반사율과 일치하는, 저장 목록으로부터 조합 선택 기준에 따라 선택된 3가지 예비 색소 조합(배합비 1, 2 및 3)이 명시되어 있다:
하기 그래프는 배합비 1, 2 및 3의 예비 색소 조합을 함유하는 색-일치 코팅을 사용하여 얻은 이론적 분광곡선(점이 찍힌 선)과, 목표 코팅의 목표 부분으로부터 얻은 실측 분광곡선(점이 찍히지 않은 실선)을 비교한 것이다.
<배합비 1>
<배합비 2>
<배합비 3>
일단 공지된 색소의 저장 목록으로부터 예비 색소 조합을 선택하고 나면, 본 발명의 방법의 단계(iv)에서는, 색-일치 기준에 따라, 상기 각 예비 색소 조합내의, 상기 각 예비 색소 조합의 색값과 상기 목표 색값을 최적으로 일치시키기에 가장 좋은 상기 각 공지된 색소의 농도를 결정한다.
예비 색소 조합내의 각 공지된 색소의 농도를 결정하게 할 수 있는 색-일치 기준은, 본원에서 참고로 인용된 문헌[E.A.Allen, Basic equations used in computer color matching, J.Opt.Soc.Am., 56, 1256-1259(1966)](이하 Allen 문헌 I이라 함)에 기술되어 있다. 색-일치 기준은 음의 농도를 갖는 배합비를 제거하도록 조정될 수 있다는 것을 알아야 한다. 목표 코팅과 색-일치된 코팅 조성물로부터 유래된 색-일치 코팅의 정확한 색-일치를 달성하기 위해서, 예비 색소 조합내의 색소의 농도는 목표 코팅의 분광곡선과 근접하게 일치하는 분광곡선을 생성해야 한다. 이를, 적합한 안료 조합 및 농도를 추측하는 단순 시행착오 과정, 및 각 파장에서 혼합물의 K/S를 계산하는 방정식 9를 통해 달성할 수 있다. 이어서 방정식 8을 사용하여 혼합물의 K/S를 이것의 반사율(R)로 전환시킬 수 있다. 색-일치도를 알기 위해, 이렇게 얻어진 분광곡선을 목표 분광곡선과 비교할 수 있다. 곡선의 전체적인 형상이 유사하면, 적합한 색소가 선택된 것이다. 이어서 이 농도를 조정하여 곡선을 서로 보다 더 근접하게 만들어야 한다. 분광곡선 일치의 근접도(closeness)를, 그것의 L, a, b 값을 계산함으로써, 판단할 수 있다. 이러한 반복적 과정을, 공지된 색소 혼합물과 목표 코팅 사이의 L, a, b 값의 차가 작아질 때까지, 반복할 수 있다. 그러나, 이러한 과정은 지루하고 시간이 많이 소모된다. 더욱이, 이것은 자동화되기 쉽다. 전술된 Allen 문헌 I에 기재된 하기 색-일치 방정식은, K와 S를 분리하기 보다는 조합된 K/S 비를 사용함으로써, 각 예비 색소 조합내 각 공지된 색소의 농도를 직접 구할 수 있게 한다:
(11)
상기 식에서,
는 각 예비 색소 조합내 각 공지된 색소의 농도의 벡터이고,
는 미국재료시험학회(ASTM)의 간행물인 E-308로부터 수득될 수 있는, 표준 관측자 가중함수의 행렬이고,
는 ASTM E-308으로부터 수득될 수 있는 광원 함수의 상대적 분광에너지분포의 벡터이고(일광을 대표하는 광원 D65이 통상적으로 사용됨),
는 방정식 8의 편도함수(dR/d(K/S) = -2R2/(1-R2))를 계산함으로써 수득된 dR/d(K/S) 함수의 행렬이고,
는 각 예비 색소 조합의 모든 색소에 대한 K/S 값의 행렬이고,
는 목표 부분(t)에 대한 K/S의 벡터이다.
는 염료 혼합물 또는 파스텔 색조 코팅 조성물용 백색 색소의 경우, 하부 기재에 대한 K/S의 벡터이다.
방정식 11은 직물과 같은 기재 상의 염료 혼합물의 경우에 적합한데, 왜냐하면 염료는 전형적으로 높은 흡수계수(K) 및 낮은 산란계수(S)를 갖는 반면, 염료가 도포된 기재는 전형적으로 높은 산란계수(S) 및 낮은 흡수계수(K)를 갖기 때문이다. 다시 말해 방정식 11은 산란성이 강한 이산화티탄 안료를 다량으로 함유하고 흡수성이 강한 안료를 훨씬 더 적은 양으로 함유하는 파스텔 색조 도료의 경우에 유효하다.
방정식 11에 의해 제공된 농도는, 선택된 색소 조합이 비-메타머릭 일치를 허용하는 경우에 유용하다. 선택된 색소 조합이 메타머릭 일치만을 허용하는 경우, 방정식 11에 의해 제공된 농도를, 목표색과의 색차가 허용할 정도로 낮은 메타머릭 일치를 달성하도록, 반복적으로 조정할 수 있다. 그러나, 또다른 방법을 비-파스텔 색의 경우에 사용할 수 있으며, 이것은 문헌[E.A.Allen, Basic Equations used in computer color matching, II. Tristmulus matching, two-constant theory, J.Opt.Soc.Am., 64, 991-993(1974)](이하 Allen 문헌 II라고 함)에 보고되어 있다.
또다른 방법이 문헌[Rodrigues(7th Congress of the International Colour Association(AIC), Budapest, June 1993](이하 Rodrigues 문헌이라 함)에서 제공되었고, 이는 하기 행렬 방정식을 사용한다:
(12)
상기 식에서,
Ψj은 각 파장에 대한 Kj - K1 - θs(Sj - S1)이고,
θt는 (K/S)t이고,
θ1는 Ψj(여기서 Kj = Sj = 0)이다.
아래첨자 j는 예비 색소 조합내 색소 그룹의 색소 j를 말하며, 1은 예비 색소 조합내 색소 1을 말하며, 아래첨자 t는 목표 코팅을 말한다.
선택된 색소가 비-메타머릭 일치를 허용하는 경우, 방정식 12는 근접한 색-일치를 위한 농도를 제공한다. 그러나, 방정식 11과 마찬가지로, 선택된 색소가 메타머릭 일치만을 허용하는 경우, 방정식 12는 근사한 일치만을 제공할 뿐이다. 방정식 12에서 일치를 개선하기 위해서, 색-일치 조성물내 색소의 농도를, 하기 행렬 방정식을 사용하여, 허용가능한 일치를 제공하도록 반복적으로 조정할 수 있다:
(13)
상기 식에서,
Ψ'j는 Ψj/∑SjCj이고, 이 합계는 각 예비 색소 조합내 모든 색소를 포함하며,
는 방정식 12의 C 행렬에 대한 농도 조정값의 벡터이고,
는 목표 코팅과 방정식 12에 의해 주어진 농도 C의 근사 일치 사이의 삼자극 색차의 벡터이다.
방정식 13에 의해 수득된 농도 조정값은 방정식 12에 의해 수득된 농도에 적용된다. 이어서 이러한 새로운 농도를 방정식 9에 대입시켜 각 파장에서의 새로운 (K/S)mix를 계산하고, 이것을 방정식 8에서 사용하여 새로운 분광곡선을 얻는다. 새로운 분광곡선과 목표 코팅의 분광곡선 사이의 색차를 전술된 방정식 A를 사용하여 계산한다. 이러한 과정을, 색차가 특정 최종 용도를 위해 허용가능할 정도로 작게 될 때까지, 반복한다.
전술된 색-일치 기준은, 컴퓨터 프로그램으로 하여금 다양한 예비 색소 조합을 선택하고, 이러한 각 예비 색소 조합내 각 색소의 이론적 농도를 계산할 수 있게 한다. 방정식 12 및 방정식 13은 음의 농도를 제공할 수도 있다. 예를 들면, 전술된 황색을 띤 적색 실시예를 색-일치시키려는 시도에 청색 안료를 포함시킬 경우, 이를 색-일치시키는 유일한 방법은 음의 양의 청색(황색의 보색)을 사용하는 것인데, 이는 물리적으로 불가능하기 때문에 이러한 색-일치 기준은 이러한 조합을 자동적으로 제거하도록 조정될 수 있다. 방정식 12 및 13에 표현된 색-일치 기준을 통해 결정된 배합비 1, 2 및 3의 예비 색소 조합내 색소의 이론적 농도가 하기 표 6에 명시되어 있다:
색소 색소 농도
배합비 1 배합비 2 배합비 3
백색 0.52 0.34 0.34
흑색 1.61 0.16 0.42
적색 산화물 2.75 1.38
적색 1 7.23
황색 1.79 1.12 0.9
적색 2 4.18
적색 3 1.47
금속성 색을 유사한 과정을 통해 일치시킬 수도 있다. 이어서 이 색소에 대한 흡수계수 및 산란계수를 일반적으로, 백색 대신에 알루미늄 플레이크 분산액에 대해 결정한다. 각 안료에 대한 K 및 S 값을 각 실측 각도에서 개별적으로 결정해야 한다. 매우 밝은 색의 경우 반사율(R)이 1.0을 초과할 수 있는 낮은 비-거울반사 각도(예를 들면 15 또는 25 도)에서는, 제곱 항목 때문에 방정식 8이 모호해지는 문제점이 발생할 수 있다. 다시 말해, 두 상이한 R 값에 대해 동일한 K/S 값이 수득될 수 있다. R값은 1.0보다 클 수 있는데, 왜냐하면 반사율(ASTM E-284에서 반사율 인자로서 칭해짐)은 동일한 측정 조건에서 완벽한 확산체의 것에 비교된 특정 실측 각도에서 유색 샘플의 반사율로서 결정되기 때문이다. 압축 황산바륨이 완벽한 확산체의 우수한 유사체이다. 이러한 거의 거울반사 각도인 각도에서는, 밝은 색의 알루미늄 플레이크는 동일한 각도에서 측정된 완벽한 확산체의 명도를 초과할 수 있다. 금속성 플레이크를 포함하는 예비 색소 조합내 농도를 결정하는 방법중 하나가 미국특허 제 5,231,472 호의 청구항 제 8 항 및 9번째 칼럼, 55번째 줄 내지 10번째 칼럼 61번째 줄, 및 18번째 칼럼 9번째 줄 내지 28번째 칼럼 5번째 줄에 제공되어 있다. 고니오어패런트 색을 위한 또다른 모델이 문헌[Kettler, W.H., Kolb, M., "Numerical evaluation of optical single-scattering properties of reflective pigments using multiple-scattering inverse transport methods", Die Farbe, Vol.43, 167 페이지(1997)] 및 문헌[Kettler, W.H., Kolb, M., "Inverse multiple scattering calculations for plane-parallel turbid media: application to color recipe formulation", Proceedings of the International Workshop, Electromagnetic Light Scattering, Theory and Application, Lomonosov State University, Moscow, 편집인 Y.Eremin 및 Th.Wriedt(1997)]에 논의되어 있다. 모든 상기 문헌은 본원에서 참고로 인용된다.
이러한 색-일치 조성물을, 원하는 필름 성질을 달성하도록 균형맞출 필요가 있기 때문에, 본 발명의 방법의 단계(v)는 색-일치 코팅 조성물내에 비-색소 성분(예를 들면 결합제 중합체 또는 용매)이 존재하도록 상기 예비 색소 조합을 균형맞춤으로써, 특정 최종 용도에 맞도록 개발된 혼합 및 규제 기준에 따라 최적화된 하나 이상의 실행가능한 조합을 만드는 것을 포함한다.
코팅 조성물내 다양한 성분들을 원하는 특정 최종 용도에 근거하여 균형맞추는 것이 코팅 분야에 잘 인식되어 있다. 예를 들면, 옥내용 코팅, 예를 들면 주택의 내벽에 도포되는 벽 코팅의 내구성 요건은, 일광 자외선에 노출되는 주택 외벽에 도포되는 옥외용 코팅의 내구성 요건보다는 덜 중요할 것이다. 마찬가지로, 지리학적으로 이질적인 곳, 예를 들면 캐나다처럼 춥고 습한 기후를 갖는 곳에서 사용되는 코팅 조성물의 코팅성 요건은 사하라 사막처럼 덥고 메마른 기후를 갖는 곳에서 사용되는 코팅 조성물의 코팅성 요건과 많이 다를 것이다. 또다른 예를 들자면, 자동차용 코팅의 부착성은 가전용품용 코팅의 것과 다를 것이다. 코팅 분야의 숙련자들은 특정 최종 용도에 맞춘 자신들만의 혼합 및 규제 기준을 경험적으로 개발하였다.
따라서 기재 표면상에 도포된 코팅 조성물의 층이 경화되어 코팅이 되는 경우, 도포성 및 우수한 코팅성, 예를 들면 부착성, 광택 및 내구성을 갖는 코팅 조성물을 제공하기 위해, 기타 비-색소 성분이 존재할 필요가 있다. "오렌지 껍질" 표면 또는 수직 표면상에서의 늘어짐(sagging) 없이 분무 후 균일한 유동을 달성하도록 도포성을 개선하기 위해서, 비-색소 성분, 예를 들면 용매를 전형적으로는 코팅 조성물에 포함시킨다.
따라서, 너무 얇은 필름 형성은 코팅에 의해 달성되는 은폐성에 나쁜 영향을 미칠 수 있고, 너무 두꺼운 필름 형성은 도료층으로 하여금 건조되어 코팅이 되면서 늘어지게 할 수 있다. 자동차 재도장공은 기재를 2층의 코팅으로 피복하는 것을 선호하는데, 왜냐하면 1층 코팅은 얼룩지게 보일 수 있기 때문이다. 그러나 3층 이상의 코팅을 도포하는 것은 자동차 수리를 하는데 요구되는 인건비 및 도료 비용을 증가시키므로 바람직하지 않다.
다른 비-색소 성분, 예를 들면 결합제 중합체도 예를 들면 코팅의 하부 기재에 대한 부착성을 개선하기 위해 코팅 조성물에 포함시킬 수 있다. 예를 들면 코팅 조성물의 휘발성유기화합물 함량(VOC)을 감소시켜야 하는 것과 같은 규제 요건을 충족시키기 위해서, 코팅 조성물에 용매와 같은 비-색소 성분을 첨가하는 것이 바람직하다. 사용되는 기타 비-색소 성분은 첨가제, 예를 들면 자외선 차단제, 내구성을 개선하기 위한 입체 장애 아민 광 안정화제, 유동성 조절제, 유동화제, 부착증진제, 촉매 및 크레이터 방지제(anti-crater agent)를 포함한다. 통상적인 요건의 또다른 예는 코팅 조성물의 고체 함량을 조절하는 것이다. 코팅의 고체 함량은 코팅 조성물의 필름 형성 속도, 유동성, VOC 및 가격과 같은 성질에 영향을 미친다. 전형적으로, 고체 함량은 보다 좁은 범위로 한정되며, 예를 들면 높은 고체 함량을 갖는 재도장 코팅 조성물의 코팅 고체 함량은 약 60%±1%이다.
코팅의 % 고체 함량은 하기 공식에 의해 표현될 수 있다:
100 * (∑SWi/∑TWi) (14)
상기 식에서는, 코팅 조성물내의 각 성분 SW1 내지 SWi의 고체 중량을 합한 후 각 개별 성분 TW1 내지 TWi(즉 각 개별 성분의 고체 부분 및 사용된다면 액체 부분을 포함)의 총 중량의 합으로 나눈다.
해당 분야의 숙련자라면, 본원에서 사용된 고체 중량(SW)은, 코팅 조성물내에서 액체 형태로 존재한다 할지라도, 최종 코팅의 일부를 구성하는 모든 성분들을 포함한다는 것을 알 것이다. 예를 들면, 종종 저분자량이고 코팅 조성물내에서 액체로서 존재할 수 있는 가교제는 도포 후 코팅 조성물내에서 가교될 때에는 코팅 구조물의 일부를 형성하게 된다. 따라서 원하는 고체 함량 요건(사용된 용매의 양 및/또는 사용된 결합제 중합체의 양 및 유형), 예를 들면 낮거나 높은 고체 함량을 갖는 색-일치 코팅 조성물의 고체 함량 요건을, 전술된 방정식 14를 사용하여 수득할 수 있다.
색-일치 코팅 조성물은, 환경 규제 요건, 예를 들면 미국 환경보호청과 같은 다양한 정부기관에서 때때로 공표되는 색-일치 코팅 조성물의 VOC의 제한을 충족시킬 필요가 있다. 전형적으로 다양한 법령 및 법규를 통해 규정되는 제한 중 하나는 특정 부피의 코팅 조성물에 함유된 용매의 중량을 제한하라는 것이다. VOC는 통상적으로는 코팅 조성물 1ℓ당 용매 ㎏으로 표현되거나 미국에서는 코팅 조성물 1 갤론당 용매 파운드로서 표현될 수 있다. 이러한 제한은 의도된 용도에 따라 변할 수 있다. 전술된 VOC 제한은 하기 공식에 의해 표현될 수 있다:
∑Si/V (15)
상기 식에서는, 각 성분 S1 내지 Si에 대한 용매의 중량(㎏)을 합한 후 이것을 최종 코팅 조성물의 부피(ℓ)로 나눈다. 따라서, 특정 최종 용도에 대한 요건을 충족시키는데 요구되는 비-색소 성분의 유형 및 양을 근거로 색 배합비를 균형맞추는 적합하게 개발된 배합비를 사용함으로써 색-일치 코팅 조성물에 대한 다른 요건들도 프로그래밍화할 수 있다는 것이 명백하다.
하기 표 7은 특정 최종 용도에 대한 혼합 및 규제 기준을 충족시키는데 필요한 균형맞춤 성분을 특정량으로 포함시킴으로써, 예비 색소 조합을 실행가능한 색소 조합(배합비* 1, 2 및 3)으로 최적화하는데 사용되는 전술된 균형맞춤 단계의 결과를 보여준다.
색소 색소 농도
배합비* 1 배합비* 2 배합비* 3
백색 0.52 0.34 0.34
흑색 1.61 0.16 0.42
적색 산화물 2.75 1.38
적색 1 7.23
황색 1.79 1.12 0.9
적색 2 4.18
적색 3 1.47
균형맞춤 성분 86.1 92.81 96.86
합계 100 100 100
본 발명의 방법의 단계(vi)는, 특정 최종 용도에 대한 허용도 방정식에 따르는, 특정 최종 용도를 위한 최적 허용도 값을 갖는 최적 실행가능한 조합을, 상기 실행가능한 색소 조합(상기 표 7의 배합비* 1, 2 및 3)로부터 선택함(상기 공지된 색소와 비-색소 성분은 상기 최적 실행가능한 조합에 따라 혼합되면, 색-일치 코팅으로서 도포시 상기 목표 코팅의 외관과 시각적으로 색-일치하는 색-일치 코팅 조성물을 형성함)을 포함한다.
특정 최종 용도에 대한 전술된 허용도 방정식은 다음과 같이 표현된다:
허용도 값 = ∑ 허용도 인자i * 가중치i (16)
특정 최종 용도에 따라서, 가중치는 허용도 값을 계산하는데 사용되는 다음의 각 허용도 인자에 대해 경험적으로 개발될 수 있다. 허용도 인자의 합을 이러한 각 인자에 대해 할당된 가중치와 곱함으로써, 전술된 방정식 16에 따르는 색-일치 조성물의 허용도 값을 얻는다. 특정 최종 용도를 위한 허용도 값이 작을수록, 그 실행가능한 조성물은 보다 최적이다.
다음의 허용도 인자 중 몇개를 각 실행가능한 색소 조합에 대해 계산할 수 있다:
1. 색차: 이 인자는, 목표 코팅과, 각 실행가능한 색소 조합(배합비* 1, 2 및 3)에 따라 배합된 코팅 조성물로부터 제조된 색-일치 코팅 사이의 색차에 관한 것이다. 문헌에 기재된 몇몇 색차 방정식을 사용할 수 있다. 1994년 국제조명위원회(CIE)는, 현재는 전술된 바와 같은 "CIE94 방정식" 또는 "CMC 방정식"이라고 칭해지는 메트릭 색차를 사용할 것을 권장한다. 이러한 방정식은, 일정한 광-조사 조건, 전형적으로는 평균 일광을 대표하는 D65 광원하에서, 보통의 관측자에 의해 관측된 색-일치 정확도를 수학적으로 평가한다.
2. 메타머리즘: 색-일치는 어떤 광원하에서는 허용가능한 것처럼 보이나, 또다른 광원 또는 상이한 관측자의 경우에는 허용불가능하게 보일 수 있다. 메타머리즘 지수는 두 상이한 광원(통상적으로, 보통의 백열등 또는 형광등일 수 있는 D65 및 A)하에서의 색차를 계산한다. 이러한 두 색차들 사이의 백터차가 메타머리즘 지수로서 계산된다. 하기 방정식을 사용하여 메타머리즘을 결정할 수 있다.
타넨바움(Tannenbaum) 메타머리즘 지수는 하기 방정식에 의해 결정될 수 있다:
G0 = -0.4632 X0 + 1.3677 Y0 + 0.0955 Z0 (17)
B0 = -0.4632 X0 + 1.3677 Y0 + 0.0955 Z0 (18)
R0 = 0.7584 X0 + 0.3980 Y0 - 0.1564 Z0 (19)
상기 식에서, X0, Y0 및 Z0는 광원의 X, Y 및 Z이다.
R = (0.7584 X + 0.3980 Y - 0.1564 Z) * 100/G0 (18)
G = (-0.4632 X + 1.3677 Y0 + 0.0955 Z) * 100/G0 (19)
B = (-0.1220 X + 0.3605 Y + 0.7615 Z) * 100/G0 (20)
L = 25 G1/3 - 16 (21)
a = a' - (Y/100)1/3a0 (22)
b = b' - (Y/100)1/3b0 (23)
상기 식에서,
(24)
(25)
a0, b0는 R0, G0, B0를 사용하여 이러한 방정식으로부터 계산되고, 따라서 메타머리즘 지수 MI는 하기 방정식에 의해 제공된다:
(26)
메타머리즘 지수(MI)가 낮을수록, 다양한 광-조사 조건하에서 색-일치는 더 좋다.
3. 분광곡선-일치의 근접도: 목표 코팅과 색-일치 코팅에서 동일한 안료 및 농도를 사용하는 경우, 이것들의 분광곡선들은 동일할 것이다. 이는 색 정확도의 측면에서 이상적인 일치일 수 있다. 따라서 분광곡선 일치의 근접도의 지수도 유용한 지수이다. 때때로 레일리 메타머리즘 포텐셜(Reilly Metamerism Potential)이라고 칭해지는 이러한 허용도 인자의 예가 아래에 기술되어 있다. 역시 적합한 분광곡선 일치의 근접도의 또다른 척도가 본원에서 참고로 인용된 문헌[Nimeroff,I., 및 Yurow, J.A., "Degree of Metamerism", J.Opt.Soc.Am., 제 55 권, 185 내지 190(1965)]에 기술되어 있다.
레일리 메타머리즘 포텐셜은 하기 방정식에 의해 수득된다:
상기 식에서,
, 및
이고;
, , ,
R = X/X0, G = Y/Y0, B = Z/Z0;
;
는 삼자극 관측자 가중 함수이고, X, Y 및 Z는 목표 코팅 또는 색-일치 코팅의 삼자극값이다.
상기 식에서, 아래첨자 "0"은 광원에 대한 상응하는 X, Y 및 Z를 말한다.
KL은 25.00이고, Ka는 107.72이고, Kb는 43.09이며, 이것들은 CIELAB 좌표 비례계수이다.
ρλ는 파장 λ에서의 분광 반사율이고, 아래첨자 s는 목표 코팅을 말하고 b는 색-일치 코팅을 말하며, R(X/X0), G(Y/Y0), B(Z/Z0)는 바람직하게는 표준 관측자 및 동일한 에너지 분광곡선에 대해 계산된다.
4. 내구성: 최종 용도에 따라서, 코팅 조성물의 이러한 허용도 인자는 중요한 인자일 수 있다. 어떤 색소는 다른 색소보다 더 내구성이 높다. 각 색소는 플로리다 노출 연구와 같은 경험적 내구성 시험을 근거로 "내구성 지수"를 가질 수 있다. 실행가능한 색소 조합내의 각 색소의 농도-가중 지수의 합이 그 배합비의 내구성 지수로서 사용될 수 있다.
5: 가격: 최종 용도에 따라서, 이러한 허용도 인자는 중요한 인자일 수도 있고 아닐 수도 있다. 예를 들면 자동차 재도장 용도에서, 내구성 및 색-일치의 정확도는 코팅 조성물의 가격보다 중요하다. 더욱이, 이러한 코팅 조성물의 가격은 자동차의 수리시 초래되는 인건비에 비해 덜 중요하다. 부정확한 색-일치는 자동차 수리를 완결하는데에 있어 인건비를 증가시키고, 자동차 도료의 낮은 내구성은 피보증인의 불평을 초래할 수 있기 때문에, 이러한 인자는 도료의 가격보다 훨씬 중요하다. 전술된 내용을 보면, 자동차 재도장 용도에서 최종 코팅 조성물의 가격은 내구성 및 색-일치의 정확도와 같은 기타 인자보다 훨씬 덜 중요할 것이다. 그러나, 이와 대조적으로, 옥내용 벽 도료인 경우, 이러한 도료는 일반적으로 강한 일광 또는 부식성 대기에 노출되지 않기 때문에, 내구성 인자는 덜 중요하다. 색-일치의 정확도 역시, 색이 배치(batch)들 사이에 일정하게 유지된다면, 크게 중요하지는 않다. 그러나 가격은 벽 도료인 경우에는 중요한 인자이다. 성분의 가격 및 성분의 밀도를, 본 발명의 특성화 장치에 의해 사용되는 컴퓨터의 데이타베이스에 저장시켜, 단위 부피 도료당 가격을 배합비로부터 계산할 수 있다.
예를 들면, 자동차 소비자는 통상적으로, 가격에 상관없이, 우수한 색-일치를 요구하는 한편, 내구성도 중요하다. 따라서 색차에는 가중치 30을 할당하고, 분광곡선-일치의 근접도에는 가중치 30을 할당하고, 메타머리즘에는 가중치 25를 할당하고, 내구성에는 가중치 15를 할당하며 가격에는 가중치 0을 할당한다.
이렇게 하면, 허용도 값은, 배합비* 1의 경우 46.5, 배합비* 2의 경우 193.6, 배합비* 3의 경우 257.5가 되며, 이로써 배합비* 1을 자동차 재도장 용도에 사용해야 함을 명백하게 알 수 있다.
표 8은 가격이 저렴하다는 것이 중요한 경우의 가중치를 보여준다(이 경우 배합비* 3을 선택하고; 높은 내구성이 가장 중요한 경우에는 배합비* 2를 선택함). 이러한 가중치를 코팅 조성물의 특정 소비자 또는 특정 최종 용도에 따라 조정할 수 있다.
고니오어패런트 색의 경우, 색차, 메타머리즘 및 분광곡선-일치의 근접도를 여러가지(바람직하게는 3 내지 5 가지)의 각도에서 계산한 후 합한다. 각도에는, 공지된 경우, 사용자 또는 소비자의 선호도에 따라, 가중치를 할당할 수 있다.
내구성 및 가격 지수의 계산
D.I. 배합비* 1 배합비* 2 배합비* 3
C. A.F. C. A.F. C. A.F.
백색 0 0.52 0 0.34 0 0.34 0
흑색 0 1.61 0 0.16 0 0.42 0
적색 산화물 0 2.75 0 1.38 0 0
적색 1 2 7.23 14.46 0 0
황색 1 1.79 1.79 1.12 1.12 0.9 0.9
적색 2 1 0 4.18 4.18 0
적색 3 2 0 0 1.47 2.94
B.C. 86.1 92.81 96.86
합계 100 16.25 100 5.3 100 3.84
합계(색소 중량만) 13.9 7.18 3.13
내구성 지수 1.17 0.74 1.23
0.2ℓ당 가격 $3.61 $2.90 $2.42
유의사항:
1. D.I.는 내구성 지수를 의미한다.
2. C는 농도를 의미한다.
3. A.F.는 허용도 인자를 의미한다.
4. B.C.는 용매 및 결합제 중합체와 같은 균형맞춤 성분을 의미한다.
5. 각 성분의 농도를 그것의 내구성 지수와 곱하여, 각 성분에 대한 허용도 인자를 얻는다.
6. 이러한 허용도 인자들을 합하고 색소의 총 중량으로 나누어 그 배합비의 내구성 지수를 얻는다.
7. 가격을 다른 인자와 동일 선상에서 비교하기 위해서, 0.2ℓ당 US 달러로 표현한다.
인자 가중치
배합비* 1 배합비* 2 배합비* 3 보다 근접한 색-일치 보다 낮은 가격 보다 높은 내구성
CIE94 ΔE 0.08 1.13 1.89 30 10 10
레일리 포텐셜 0.67 4.32 4.82 30 0 0
T.M.I. 0.26 0.76 1.51 25 5 10
내구성 1.17 0.74 1.23 15 5 80
비용/0.02ℓ 3.61 2.90 2.42 0 80 0
합계 100 100 100
T.M.I는 타넨바움 메타머리즘 지수를 의미한다.
인자 계산된 허용도 값
목표 코팅과 배합비로 제조된 색-일치 코팅 사이의 일치도 배합비로 제조된 코팅 조성물의 가격 배합비로 제조된 색-일치 코팅의 내구성
Rx1 Rx2 Rx3 Rx1 Rx2 Rx3 Rx1 Rx2 Rx3
CIE94 ΔE 2.4 33.9 56.7 0.8 11.3 18.9 0.8 11.3 18.9
레일리 포텐셜 20.1 129.6 144.6 0 0 0 0 0 0
T.M.I. 6.5 19 37.75 1.3 3.8 7.55 2.6 7.6 15.1
내구성 17.5 11.1 18.4 5.8 3.7 6.1 93.5 59.1 98.1
가격/0.02ℓ 0.0 0.0 0.0 288.7 232.1 194.0 0.0 0.0 0.0
합계 46.5 193.6 257.5 296.7 250.9 226.5 96.9 78.0 132.1
Rx는 배합비*를 뜻한다.
허용도 값의 계산예:
배합비* 1은 표 9에 명시된 바와 같이 0.08의 CIE94 ΔE를 갖는 것으로 밝혀졌다. "최상의 색-일치" 배합비에 대해 할당된 가중치는 30이었다. 따라서 CIE94ΔE 허용도는 0.08 × 30 = 2.4였다(표 10에 명시됨). 마찬가지로 레일리 포텐셜 허용도는 0.67 × 30 = 20.1이었다. PMT 지수 허용도는 0.26 × 25 = 6.5였다. 내구성 허용도는 1.17 × 15 = 17.5였다(표 10에 명시됨). 가격/0.02ℓ 허용도는 3.61 × 0 = 0이었다(표 10에 명시됨). 가중치와 허용도 인자의 곱을 모두 합하여, 46.5의 배합비* 1의 허용도 값을 얻는다.
표 10에 명시된 바와 같이, 배합비* 2와 배합비* 3은 유사할 수 있다. 배합비 1에 대한 색-일치 허용도 값이 최저이기 때문에, 색-일치가 가격 또는 내구성보다 중요한 경우에는 이것이 최상의 배합비로서 선택될 것이다.
다른 것도 마찬가지로 계산한 결과, 가격이 보다 중요할 때에는 배합비* 3이 최상이고, 내구성이 보다 중요할 때에는 배합비* 2가 최상임을 알 수 있다.
본 발명의 방법은 추가로 최상의 허용도 값(즉 특정 최종 용도를 위한 최저 허용도 값)을 갖는 최적 실행가능한 조합을 본 발명의 장치의 모니터 스크린 상에 표시함을 포함한다.
본 발명의 방법은, 성분들, 예를 들면 최적 실행가능한 조합에 열거된 색소, 용매, 결합제 중합체 및 첨가제를, 통상적인 혼합기를 사용하여 혼합하여, 색-일치 코팅 조성물을 제조함을 포함한다.
본 발명의 방법은 또한 색-일치 코팅 조성물을, 기재, 예를 들면 자동차 차체 상에, 통상적인 도포 방법, 예를 들면 분무, 롤러 코팅 또는 딥 코팅으로 도포하여, 목표 코팅의 외관과 시각적으로 색-일치되는 색-일치 코팅을 제조함을 포함한다.
본 발명의 방법에 따라 제조 또는 수득된 색-일치 코팅 조성물은 OEM 자동차 도료, 재도장용 자동차 도료, 건축용 도료, 산업용 코팅 조성물, 분말 코팅 조성물, 인쇄 잉크, 잉크젯 잉크, 손톱광택제, 식용색소, 아이새도우 또는 염모제일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 예를 들면 사출성형, 블로우 성형, 회전 성형, 열성형 또는 압출됨으로써, 특정 최종 용도, 예를 들면 자동차의 계기판, 내부 문 패널 또는 범퍼 가드; 또는 소비자 제품을 제조하는데 사용되는 것과 같은 색-일치 수지를 제조함을 포함한다. 이러한 공정은 상기 특정 최종 용도에 대해 최적인 실행가능한 조합을 갖는 배합비를 제공할 수 있어서, 예를 들면 상기 최적 실행가능한 조합내 성분들은 혼합되면, 색-일치 기재로서 형성시 자동차 내부 장식품 또는 자동차 차체와 같은 목표 기재의 외관과 시각적으로 색-일치하는 색-일치 수지를 제공한다.
상기 방법은 추가로 (a) 최적 실행가능한 조합내 성분들을 수지와 혼합하여 색-일치 수지를 제조하고; (b) 이 색-일치 수지를 색-일치 기재로 가공함을 포함할 수 있다.
상기 혼합 단계를 통상적으로는, 성분들을 통상적인 압출기를 통해 용융시키고 압출시켜 색-일치 수지를 얻고 이어서 이것을 분말 또는 펠렛 형태로 전환시킴으로써, 수행할 수 있다.
본 발명은 또한 특정 최종 용도를 위한 색-일치 코팅 조성물을 제조하기 위한 색 특성화 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 (i) 분광광도계를 목표 코팅의 목표 부분상에 배치시키기 위한 저부를 갖는, 통상적인 다각도 분광광도계 또는 구형 분광광도계와 같은 색 특성화 장치의 분광광도계; (ii) 상기 목표 부분의 목표 색값(L, a, b 또는 L, C, h)을 계산하기 위한 수단; (iii) (a) 컴퓨터로 하여금, 상기 목표 색공간값과 일치하는 조합 선택 기준에 따라, 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 선택하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; (b) 컴퓨터로 하여금, 색-일치 기준에 따라, 상기 각 예비 색소 조합내의, 상기 각 예비 색소 조합의 색값과 상기 목표 색값을 최적으로 일치시키기에 가장 좋은 상기 각 공지된 색소의 농도를 결정하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; (c) 컴퓨터로 하여금, 색-일치 코팅 조성물내에 비-색소 성분이 존재하도록 예비 색소 조합을 균형맞춤으로써, 특정 최종 용도에 맞도록 개발된 혼합 및 규제 기준에 따라 최적화된 하나 이상의 실행가능한 조합을 만들게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; 및 (d) 컴퓨터로 하여금, 상기 특정 최종 용도에 대한 허용도 방정식에 따르는, 상기 특정 최종 용도를 위한 최적 허용도 값을 갖는 최적 실행가능한 조합을 상기 실행가능한 조합으로부터 선택(상기 공지된 색소와 비-색소 성분은 상기 최적 실행가능한 조합에 따라 혼합되면, 색-일치 코팅으로서 도포시 상기 목표 코팅의 외관과 시각적으로 색-일치하는 상기 색-일치 코팅 조성물을 형성함)하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단을 포함하는 컴퓨터 판독 프로그램 코드 수단을 갖는 본 발명의 장치의 컴퓨터내에 위치한 컴퓨터용 저장 매체를 포함한다.
본 발명의 장치는 추가로 컴퓨터로 하여금 장치의 모니터 스크린 상에 최적 실행가능한 조성물을 표시하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단을 포함한다. 이 장치는 추가로 (a) 컴퓨터로 하여금, 원하는 양의 색-일치 코팅 조성물을 만들기 위해, 최적 실행가능한 조합에 따라, 성분들을 분배하라는 신호를 생성하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; (b) 컴퓨터와 연결되어 있는, 성분들을 용기에 분배시키는 분배기; (c) 컴퓨터로 하여금, 원하는 양의 색-일치 코팅 조성물의 제조가 완결되었다는 신호를 생성하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; 및 (d) 컴퓨터로 하여금, 성분의 분배를 중단하라는 신호를 분배기에게 전달하게 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단을 포함할 수 있다.
이러한 장치는 추가로 용기에 분배된 성분들을 혼합하기 위한 혼합기를 포함할 수 있다.
본 발명의 장치는 바람직하게는 다양한 형상의 기재(예를 들면 자동차 차체) 상에 본 발명의 장치의 분광광도계를 용이하게 배치할 수 있게 하는 휴대용 장치이다.
일반적으로, 본 발명의 컴퓨터 판독 프로그램 코드 수단은 CD-롬과 같은 통상적인 휴대용 컴퓨터용 저장 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터 판독 프로그램 코드는 통상적인 프로그래밍화 소프트웨어, 예를 들면 미국 캘리포니아주 스코츠 밸리 소재의 볼랜드 코포레이션(Borland Corporation)에 의해 공급되는 C++ 빌더(C++ Builder) 버젼 5 또는 델파이(Delphi) 버젼 6에 의해 프로그래밍화될 수 있다.
본 발명에 사용되기에 적합한 컴퓨터는 임의의 통상적인 컴퓨터/프로세서, 예를 들면 통상적인 컴퓨터 프로그램 코드를 실행시키도록 조정될 수 있는, 미국 텍사스주 라운드록 소재의 델 컴퓨터 코포레이션(Dell Computer Corporation) 또는 미국 뉴욕주 아몬크 소재의 아이비엠 코포레이션(IBM Corporation)에 의해 공급되는 것일 수 있다. 예를 들면 미국 워싱톤주 레드몬드 소재의 마이크로소프트 코포레이션(Microsoft Corporation)에 의해 공급되는 윈도우즈(Windows, 등록상표) XP 운영 시스템을 사용하는 델 컴퓨터 코포레이션의 모델 디멘젼(Dimension, 등록상표) 4100을 사용할 수 있다.
본 발명의 방법은 본 장치의 컴퓨터와 호스트 컴퓨터가 연결된 컴퓨터 세트를 사용하여 수행하기에도 매우 적합하다. 호스트 컴퓨터와 본 장치의 컴퓨터의 연결은 모뎀 또는 웹사이트를 통할 수 있다는 것을 알 것이다. 더욱이 공지된 색소의 저장 목록의 데이타베이스는 본 장치의 컴퓨터의 저장 장치 또는 호스트 컴퓨터의 저장 장치에 존재할 수 있다. 본 장치의 컴퓨터와 호스트 컴퓨터는 어떤 장소에도 있을 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 본 장치의 컴퓨터가 미국 또는 기타 국가와 같은 어떤 국가에 있고, 호스트 컴퓨터가 캐나다 또는 기타 국가와 같은 또다른 국가에 있을 수 있다. 한편, 호스트 컴퓨터가 미국 또는 기타 국가와 같은 어떤 국가에 있고, 본 장치의 컴퓨터가 캐나다 또는 기타 국가와 같은 또다른 국가에 있을 수 있다. 추가로, 호스트 컴퓨터는 다수의 본 장치의 컴퓨터와 연결될 수 있다는 것을 알아야 한다.
관련 출원에 대한 교차참조
본 출원은 본원에서 참고로 인용된, 2003년 5월 7일자로 출원된 미국가출원 제 60/468,595 호를 근거로 우선권을 주장한다.

Claims (25)

  1. (i) 코팅 특성화 장치의 분광광도계를 사용하여, 사전에 설정된 한 세트의 파장에서, 목표 코팅의 목표 부분의 반사율을 측정함으로써, 상기 목표 부분의 목표 분광곡선을 도시하고;
    (ii) 상기 목표 부분의 목표 분광곡선으로부터 목표 부분의 목표 색값(L, a, b 또는 L, C, h)을 계산하고;
    (iii) 상기 목표 색값과 일치하는 조합 선택 기준에 따라, 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 선택하고;
    (iv) 색-일치 기준에 따라, 상기 예비 색소 조합의 각각에서 각각의 공지된 색소의 농도를 결정하고(여기서, 상기 공지된 색소의 농도는 상기 각 예비 색소 조합의 색값과 상기 목표 색값의 최적 일치를 위하여 최적화됨);
    (v) 색-일치 코팅 조성물내에 비-색소 성분이 존재하도록 상기 예비 색소 조합을 균형맞춤으로써, 특정 최종 용도에 맞도록 개발된 혼합 및 규제 기준에 따라 최적화된 하나 이상의 실행가능한 조합을 만들고;
    (vi) 특정 최종 용도에 대한 허용도 방정식에 따라, 상기 실행가능한 조합으로부터 특정 최종 용도를 위한 최적 허용도 값을 갖는 최적 실행가능한 조합을 선택하는 것(여기서, 상기 공지된 색소와 비-색소 성분은 상기 최적 실행가능한 조합에 따라 혼합되면, 색-일치 코팅으로서 도포시 상기 목표 코팅의 외관과 시각적으로 색-일치하는 색-일치 코팅 조성물을 형성함)
    을 포함하는 특정 최종 용도를 위한 색-일치 코팅 조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치의 모니터 스크린 상에 상기 최적 실행가능한 조합을 표시하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 최적 실행가능한 조합의 상기 성분들을 혼합하여 상기 색-일치 코팅 조성물을 제조하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 색-일치 조성물을 기재 상에 도포하여 상기 목표 코팅의 외관과 시각적으로 일치하는 코팅을 형성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기재가 자동차 차체인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 색-일치 코팅 조성물이 OEM 자동차 도료, 재도장용 자동차 도료, 건축용 도료, 산업용 코팅 조성물, 분말 코팅 조성물, 인쇄 잉크, 잉크젯 잉크, 손톱광택제, 식용색소, 아이새도우 또는 염모제인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 각 예비 색소 조합이 1 내지 7 가지의 공지된 색소를 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단계(ii)가 (a) 세기가 공지되어 있는 하나의 광빔을 상기 목표 부분을 향해 조사하고, (b) 사전에 설정된 상기 한 세트의 파장에서 상기 목표 부분의 반사율을 하나 이상의 비-거울반사 각도에서 순차적으로 측정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단계(ii)가 (a) 세기가 공지되어 있는 하나 이상의 광빔을 하나 이상의 입사 각도로 상기 목표 부분을 향해 순차적으로 조사하고, (b) 사전에 설정된 상기 한 세트의 파장에서 상기 목표 부분의 반사율을 하나의 비-거울반사 각도에서 순차적으로 측정하는 것을 포함하는 것인 방법.
  10. 제1항의 방법에 의해 제조된 색-일치 코팅 조성물.
  11. (i) 분광광도계를 목표 코팅의 목표 부분상에 배치시키기 위한 저부를 갖는 색 특성화 장치의 분광광도계;
    (ii) 상기 목표 부분의 목표 색값(L, a, b 또는 L, C, h)을 계산하기 위한 수단;
    (iii) (a) 목표 색공간값과 일치하는 조합 선택 기준에 따라서, 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 컴퓨터로 하여금 선택하도록 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; (b) 색-일치 기준에 따라서, 상기 예비 색소 조합의 각각에서 각각의 공지된 색소의 농도를 컴퓨터로 하여금 결정하도록 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단(여기서, 상기 공지된 색소의 농도는 상기 각 예비 색소 조합의 색값과 상기 목표 색값의 최적 일치를 위하여 최적화됨); (c) 색-일치 코팅 조성물내에 비-색소 성분이 존재하도록 상기 예비 색소 조합을 컴퓨터로 하여금 균형을 맞추게 함으로써, 특정 최종 용도에 맞도록 개발된 혼합 및 규제 기준에 따라 최적화된 하나 이상의 실행가능한 조합을 생성하도록 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; 및 (d) 특정 최종 용도에 대한 허용도 방정식에 따라서, 상기 실행가능한 조합으로부터 특정 최종 용도를 위한 최적 허용도 값을 갖는 최적 실행가능한 조합을 컴퓨터로 하여금 선택하도록 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단(여기서, 상기 공지된 색소와 비-색소 성분은 상기 최적 실행가능한 조합에 따라 혼합되면, 색-일치 코팅으로서 도포시 상기 목표 코팅의 외관과 시각적으로 색-일치하는 색-일치 코팅 조성물을 형성함)을 포함하는 컴퓨터 판독 프로그램 코드 수단을 갖는, 색 특성화 장치의 컴퓨터내에 위치한 컴퓨터용 저장 매체
    를 포함하는 특정 최종 용도를 위한 색-일치 코팅 조성물을 제조하기 위한 색 특성화 장치.
  12. 제11항에 있어서, 장치의 모니터 스크린 상에 최적 실행가능한 조합을 컴퓨터로 하여금 표시하도록 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단을 추가로 포함하는 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    (a) 원하는 양의 상기 색-일치 코팅 조성물을 만들기 위해, 상기 최적 실행가능한 조합에 따라 상기 성분들을 분배하라는 신호를 컴퓨터가 생성하도록 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단;
    (b) 컴퓨터와 연결되어 있는, 상기 성분들을 용기에 분배시키는 분배기;
    (c) 상기 원하는 양의 색-일치 코팅 조성물의 제조가 완결되었다는 신호를 컴퓨터가 생성하도록 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단; 및
    (d) 컴퓨터가 상기 분배기에 대하여 상기 성분의 분배를 중단하도록 하는 신호를 생성하도록 컴퓨터 판독 프로그램 코드 장치를 설정하는 수단
    을 추가로 포함하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 용기에 분배된 상기 성분들을 혼합하기 위한 혼합기를 추가로 포함하는 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 장치가 휴대용 장치인 장치.
  16. 제1항의 컴퓨터 판독 프로그램 코드 수단이 저장되어 있는 휴대용 컴퓨터용 저장 매체.
  17. 제8항에 있어서, 상기 매체가 CD-롬인 휴대용 컴퓨터용 저장 매체.
  18. 제11항에 있어서, 상기 분광광도계가 다각도 분광광도계인 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 분광광도계가 구형 분광광도계인 장치.
  20. (i) (사용자가) 코팅 특성화 장치의 분광광도계를 사용하여, 사전에 설정된 한 세트의 파장에서, 목표 기재의 목표 부분의 반사율을 측정함으로써, 상기 목표 부분의 목표 분광곡선을 도시하고;
    (ii) (사용자가) 상기 목표 부분의 목표 분광곡선으로부터 목표 부분의 목표 색값(L, a, b 또는 L, C, h)을 계산하고;
    (iii) (장치/컴퓨터가) 상기 목표 색값과 일치하는 조합 선택 기준에 따라, 공지된 색소의 저장 목록으로부터 하나 이상의 예비 색소 조합을 선택하고;
    (iv) 색-일치 기준에 따라, 상기 각 예비 색소 조합에서 각 공지된 색소의 농도를 결정함으로써 공지된 색소의 하나 이상의 중간 색소 조합을 생성하고(여기서, 각 상기 중간 색소 조합은 상기 목표 색값과 최적 색-일치를 위하여 최적화됨);
    (v) 색-일치 코팅 조성물내에 비-색소 성분이 존재하도록 상기 중간 색소 조합을 균형맞춤으로써, 특정 최종 용도에 맞도록 개발된 혼합 및 규제 기준에 따라 최적화된, 상기 공지된 색소로 이루어진 하나 이상의 실행가능한 조합을 만들고;
    (vi) 특정 최종 용도에 대한 허용도 방정식에 따라, 상기 실행가능한 조합으로부터 상기 특정 용도를 위한 최적 허용도 값을 갖는 최적 실행가능한 조합을 선택하는 것(여기서, 상기 최적 실행가능한 조합내의 성분들은 혼합되면, 색-일치 기재로서 형성시 상기 목표 기재의 외관과 시각적으로 색-일치하는 색-일치 수지를 형성함)
    을 포함하는 특정 최종 용도를 위한 색-일치 수지의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, (a) 상기 최적 실행가능한 조합내 상기 성분들을 수지와 혼합하여 색-일치 수지를 제조하고; (b) 상기 색-일치 수지를 색-일치 기재로 가공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 가공 단계가 상기 색-일치 수지의 사출 성형, 블로우 성형, 회전 성형, 열성형 또는 압출을 포함하는 것인 방법.
  23. 제20항의 방법에 의해 제조된 색-일치 수지.
  24. 제20항에 있어서, 상기 색-일치 기재가 자동차의 계기판 또는 내부 문 패널이고 상기 목표 기재가 자동차 내부 장식품인 방법.
  25. 제20항에 있어서, 상기 색-일치 기재가 자동차 범퍼 가드이고 상기 목표 기재가 자동차 차체인 방법.
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