11

色の科学入門―色の見えかた･使いかた

1 ｜ 色はなぜ見える見本

2 ｜ 色を数値化する，色を測定する
3 ｜ 顔料の混色，調色の科学
4 ｜ 商品設計における色彩効果

Column

色彩の JIS

Column

色票を使って色を表示する方法

Column

新しい色差式 CIEDE2000

橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
https://www.sankyoshuppan.co.jp/products/detail.php?product̲id=689

21

色の科学入門─色の見え方，使い方

1 色はなぜ見える■キーワード：物体色の三要素，光の正体，光電効果，光の波長とエネルギー，光の吸収，電子遷移■ 物体色の三要素のはなし
物体に色がついて見えるのは何故なのでしょう。そもそも，色とは何なのでしょう。まずは，色が存在するための条件について考えてみます。ただし，ここで扱う色は物理的な現象としての色に限定します。

見本

まっ暗闇では色は見えませんので，光が介在していることは直感的にわかります。色が存在するための条件としてのその 1 は「光」です。「光がなければ色はない」ということです。そして，「物体もなければ色もない」ので，色が存在するための条件その 2 は「物体」です。もう 1 つ，条件があります。「目」です。いま，前提にしているのは物理的な現象としての「色」ですから，心の眼ではなく，顔にある２つの目です。厳密にいうと目と脳の働きによる「視覚」です。さて，これで色が存在するための３つの条件がそろいました。光（光源），物体，目（眼，視覚）の３つです。これらを物体色の三要素といいます。
光（光源）

目（眼，視覚）

物体

図1

物体色の三要素橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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色はなぜ見える3■ 光の正体（光はエネルギー）
光→物体→目（視覚）という要素のつながりにおいて，最初の要素である光の正体に迫ります。ここで登場していただく科学者は皆さんがよくご存知のニュートンです。ニュートンは，万有引力の発見で有名ですが，実は光を科学的なアプローチで解明した先駆的な学者でもあります。
ニュートンは太陽光（白色光）と白いスクリーンの間にプリズムを置くと，スクリーン上に赤橙黄緑青藍紫（せきとうおうりょくせいらんし）と並んだ色の帯（単色スペクトル）が現れることを実験で確認しています（図 2）。このスペクトルは太陽光の中に含まれる可視光線がプリズムで屈折し，その波長の順に並んだものです。波長

見本と色の関係は図 3 のようになっています。

白色光プリズム

図2

380 400500

プリズムによる分光

600

図3

スペクトル

700780(nm)電磁波・光の波長と色橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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472

顔料総論―
色材としての顔料

1 ｜顔料とは―顔料と染料の違い

見本

2 ｜顔料の歴史

3 ｜顔料の種類と用途
4 ｜顔料の発色機構

5 ｜顔料が色におよぼす粉体としての特性6 ｜顔料分散の基本的な考えかた

7 ｜顔料の安全性と法規制

8 ｜顔料の一般的な性能と試験方法

Column

カラーインデックスによる顔料の識別

Column顔料の今昔橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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482

顔料総論─色材としての顔料

1

顔料とは―
顔料と染料の違い■キーワード：色素の分類、染料との違い、色素粒子の分散■ 染料との違いから顔料を考える
可視光線を選択的に吸収して固有の色を発現する物質を総称して色素といいます。私たちがおもに着色のための材料 (色材) として使用する色素の代表例は染料と顔料です。それぞれに，天然物から得られるものと人工的に合成して見本得られるものがあります（図 1）。さて，染料と顔料の違いは何でしょう。

鉱物性

天然色素

色素

天然無機顔料

動物性(有機色素)

動物性染料

植物性(有機色素)

植物性染料
染料

顔料

不溶性の金属塩として体質顔料上に固着して染付けレーキ顔料

有機色素

有機顔料

合成色素

アゾ系顔料

フタロシアニン系顔料

溶性アゾ（アゾレーキ）
不溶性アゾ顔料
縮合アゾ顔料縮合多環系顔料

その他

炭素

金属粉
無機色素

無機顔料

酸化物
複合金属酸化物
水酸化物
その他

図1

色素の分類（筆者作成）

橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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顔料とは─顔料と染料の違い

49

染料と顔料 - 用途の違い？
一般的には「繊維や紙の染色に使用される色素が染料で，塗料やプラスチッ
ク着色などに用いられるのが顔料」といわれていますが，果たして，用途による明確な区別は可能でしょうか。繊維の着色では染料を使用する方法（染色）が一般的ですが，樹脂捺染や原液着色という顔料を使う着色方法もあります（第 3 章 9，10 を参照）
。プラスチックの場合も顔料による着色が一般的ですが，染料も使える例（PMMA, PS, PC, PET, 硬質 PVC など）があります。このように，用途による区別は十分ではありません。
一部のプラスチックに染料が使えることの理由を説明します 1)。プラスチックの高分子（ポリマー）の構造には，高分子が規則正しく密に並んでいる結晶部分と不定形の非晶部分があります（図 2）。
プラスチックの分子はある温度以上になると見本運動（ブラウン運動）を始めますが，非晶部結晶部分分の分子が運動を始める温度をガラス転移温度（T g）といい，結晶部分の分子が運動を始める温度（融点 T m）とは区別されます（T g＜ T m）(表 1)。

表1

図2

高分子の結晶部分（イメージ図）おもなプラスチックのガラス転移温度と融点 1)

プラスチック名
略号 ガラス転移温度Tg（℃） 融点Tm（℃）
結晶性 低密度ポリエチレン
LDPE－30，－45，－125110
HDPE－66，－85130
高密度ポリエチレン－10160～170
ポリプロピレン(アイソタクチック） PP
150～160
PP－18,－20
ポリプロピレン（ランダム）
ポリアミド ナイロン6PA650220
ポリアミド ナイロン66
PA66
50260
ポリエチレンテレフタレート
PET
69256
ポリブチレンテレフタレート
PBT22227
非晶性 ポリ塩化ビニル
PVC
78180
ポリスチレン
PS90230
ポリカーボネート
PC130～150
225
エチレン‐酢酸ビニル共重合体
EVA
6965～90

プラスチックによっては T g が常温域あるいは常温以下という場合もあり，そのような場合は，プラスチックの一般的な使用温度においても非結晶部分の橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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1233

顔料はどのように使われているか

1 ｜化粧品
2 ｜画材（油絵具, 水彩絵具, 岩絵具, パステル, クレヨン）

見本

3 ｜文具・筆記具

4 ｜インクジェット印刷
5 ｜印刷インキ
6 ｜塗料

7 ｜プラスチック

8 ｜ゴム・エラストマー（1）捺染
9 ｜繊維の着色

10 ｜繊維の着色
（2）
原液着色法

11 ｜顔料の機能的な使われかた
（1）
機能性色素
（2）
遮熱（近赤外反射）顔料
12 ｜顔料の機能的な使われかた
13 ｜顔料の機能的な使われかた（3）酸化チタンの光触媒機能
14 ｜顔料を効果的に使うために（1）
顔料の分散加工機械（2）
湿潤･分散剤の作用機構と選択
15 ｜顔料を効果的に使うために
Column2.5D プリント・３D プリントの世界

Column塗装技術の進歩と自動車塗膜の意匠性

Column

カラータイヤの可能性

橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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1243

顔料はどのように使われているか

1 化粧品■キーワード：化粧品，薬機法，粒子径，形状，屈折率，パール顔料，機能性顔料，複合化，酸化亜鉛蛍光体，高アスペクト比合成マイカ，フォトクロミック酸化チタン，六方晶窒化ホウ素■ メーキャップ化粧品の歴史
人間の歴史において古代よりメーキャップ化粧がなされていました。呪術的な意味合いや権威の象徴の要素もありましたが，より魅力的に見せるための化見本

粧の歴史は長いのです。顔を白く，唇は赤く，眉は黒く着色されました。素材
くれないとして白は塩基性炭酸鉛やタルクなどの鉱物，赤はベンガラ，ベニバナ（紅藍），えん じ臙脂，などの鉱物や植物，昆虫，黒は木炭，コール，鉄タンニンなどの天然由来のものが使われていました。時が経ち素材は変わっても顔に化粧料を塗布するといった行為は基本的には変わっていません。しかし，その機能は素材の進歩，製造方法の進歩とともに確実に進化しています。

■ メーキャップ化粧品の組成と使用される顔料 2）① メーキャップ化粧品の組成
メーキャップ化粧品は基本的には粉末，油分，保湿剤，水によって構成されています。その中でも粉末は多量に使表 1 メーキャップ化粧品の組成
粉末

油分 保湿剤

水

おしろい

９５５００

パウダリ－ファンデーション

９０１０００える粉末が使用されています。そのた

油性ファンデーション

５０５０００

め，仕上がり感や使用感には粉末の物

乳化ファンデーション

２０２０１０５０性の寄与率が高いのです。化粧品技術

サンスクリーン２０↓

４５５３０

者はこういう観点から粉末素材を吟味

口紅

５９５００

われていて，とくにパウダリーファン
デーションやおしろいには 90％を越橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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化粧品

125

しながら処方を組み立てていきます。
② 化粧品に使われる顔料
化粧品で使われる顔料は天然の粘土鉱物，合成の無機顔料，高分子粉末など塗料やインキ，紙やゴムといった産業で使われているものと共通するものが多いです。しかし，化粧品は常に皮膚上に塗布されているので安全性が重視されます。さまざまな安全性確認を経て必要な規格を取り決め使用が決定されます。
表 2 化粧品で使われる顔料
分 類
粘土鉱物
体質顔料

無機粉末

有機粉末

原 料
タルク マイカ セリサイト カオリン
ベントナイト炭酸カルシウム シリカ、合成マイカ
ケイ酸アルミニウム 硫酸バリウム
窒化ホウ素 アルミナ
ナイロン ポリエチレン，テフロン
セルロース ＰＭＭＡ，ウレタン
シリコーンレジン・ゴム 金属石鹸
超微粒子酸化チタン・酸化亜鉛

見本

白色顔料

無機着色顔料

有機配合目的のび 透明感 成型性

紫外線防御

酸化チタン 酸化亜鉛

カバー効果

ベンガラ 黄酸化鉄 黒酸化鉄
焼結顔料 群青 紺青

着色

赤色２０２，２２６ 黄４０１
カーボンブラック

パール剤

雲母チタン オキシ塩化ビスマス

パール感 肌の美しさ

ラメ剤

アルミ蒸着ＰＥＴ 積層樹脂フィルム

ラメ効果■ 薬機法と化粧品 3),4),5）

化粧品は従来「薬事法」とよばれていた法律が，2014 年 11 月に改訂され医薬品，医薬部外品，化粧品，医療機器を定義する「医薬品，医療機器等の品質，有効性及び安全性の確保等に関する法律」（薬機法）により定められています。その前の 2001 年 4 月には国際的な規制の整合性をとることを目的に大幅な規制緩和がなされました。それまでは化粧品の原料はすべて旧厚生省に申請し許可を得てはじめて使用できるようになっていましたが，規制緩和後は原料の安全性確保は企業の自己責任であるという考え方に変わり，基本的には多くの原料が自由に使えるようになりました。それに相まって，配合されるすべての成分を表示することが義務化されました。ただし，化粧品に配合される成分は配合禁止成分リスト（ネガティブリスト）（今までの日本での禁止成分＋橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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265

4

顔料はどのように作られているか

1 ｜二酸化チタン
2 ｜カーボンブラック

見本

3 ｜酸化鉄系顔料（鉄黒, 黄色酸化鉄, べんがら）
4 ｜紺

青

5 ｜群

青

6 ｜酸化クロム

7 ｜複合酸化物顔料

8 ｜体質顔料

9 ｜金属粉顔料

10 ｜パール光沢顔料

11 ｜蛍光顔料・蓄光顔料

12 ｜フタロシアニン系顔料
13 ｜縮合多環系顔料
14 ｜縮合アゾ顔料
15 ｜不溶性アゾ顔料
16 ｜溶性アゾ顔料
17 ｜染付レーキ顔料
Column

アニリンブラック

Column新しい顔料 YInMn( インミン) ブルー橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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266

4

顔料はどのように作られているか

1 二酸化チタン■キーワード：酸化チタン，結晶形（アナタース，ブルッカイト，ルチル），製造プ
ロセス（硫酸法，塩素法）■ 酸化チタンの結晶構造
酸化チタン (TiO2, titanium dioxide, 二酸化Tiチタン) は白色顔料の中で最も屈折率が高
いんぺい

く，優れた隠蔽力，着色力を有し，化学的O見本に安定であることから，「白色顔料の王様」とよばれています。

酸化チタンにはアナタース（Anatase），

ブ ル ッ カ イ ト（Brookite）， ル チ ル（Rutile）の 3 種類の結晶形があります。顔料として

アナタース

図1

ルチル

酸化チタンの結晶構造 1）

工業的に製造されているものはアナタースとルチルであり，両者とも，正方晶系に属しますが，ルチルはアナタースよりも結晶のユニット・セルの原子の配列が緻密です1）。この違いにより，表１に示すような物性に差異がでてきます。
また，顔料として使用される酸化チタンは，最適な物性を得るために，0.1 ～0.4 μm 程度の平均粒子径を有しています。
表1酸化チタンの結晶構造と物性 2）

物性

ルチル比

重4.2

3.9

屈折率

2.71

2.52

硬度 ( 旧モース )
融点/℃

アナタース

6～7

5.5～6

1,858

高温でルチルに転移

相対隠蔽力125100

着色力

1,700

1,300

紫外線吸収 (360 nm)

9067

反射率 (%) 400 nm

47～50

88～90

反射率 (%) 500 nm

95～96

94～95

橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
https://www.sankyoshuppan.co.jp/products/detail.php?product̲id=689二酸化チタン267■ 酸化チタンの２つの製造プロセス
酸化チタン顔料は現在，硫酸法と塩素法の 2 種の工業的プロセスによって製造が行われています 3）。以降，製造プロセスの代表例について述べます。
① 硫酸法
原料鉱石としては，北南米，インド，オーストラリア，マレー，スリランカ，アフリカなどで産出されるイルメナイト（TiO2 品位 50～60%），また，イルメナイトを脱鉄，濃縮したチタンスラグ（TiO2 品位 75～85%）が使用されています。
1) 蒸解工程：FeTiO3 ＋ 2H2SO4 → FeSO4 ＋ TiOSO4 ＋ 2H2O2) 加水分解工程：TiOSO4 ＋ nH2O → TiO2・m H2O↓＋ H2SO43) 焼成工程：TiO2・m H2O → TiO2 ＋ m H2O↑
4) 仕上げ工程見本

反応性を高めるために粉砕した原料鉱石を硫酸で蒸解し，Ti，Fe などを硫酸塩として水抽出します。全量イルメナイトを使用する場合，不純物である鉄分は硫酸鉄 (FeSO4・7H2O) として晶析分離して取り除きます。
残りの硫酸チタニル溶液をろ過精製した後，酸化チタンの結晶を生成するための核となる物質（結晶核）を添加し，昇温速度を制御しながら熱加水分解を行うと，含水酸化チタンが沈殿します。この加水分解条件は，後の焼成工程で決定される粒子径，粒度分布などに大きく影響します。また，添加する結晶核の種類によって，焼成後の結晶形がルチルであるのかアナタースであるのかを決定します。

きょう

生成した含水酸化チタンから硫酸を取り除き，ろ過洗浄して Fe やほかの夾ざつ雑不純物を除去した後，種々の焼成調整剤を添加し，800 ～ 1,000℃で 10 時間程度焼成すれば酸化チタンの粗顔料が得られます。粗顔料は，ルチルでは 0.2～ 0.4 μm，アナタースでは 0.1 ～ 0.2 μm の一次粒子が焼結凝集したものです。
粗顔料に，顔料的性質を付与するため，仕上げが行われます。粗顔料を水に懸濁させてスラリー化し，湿式粉砕，分級により，焼結凝集粒子をほぐし，整粒します。この整粒した粒子の表面に，酸・アルカリの中和反応を利用して，アルミニウム，ケイ素，ジルコニウムなどの含水酸化物をコーティングし，分ろ散性や耐候性などの顔料物性を付与します。コーティング後のスラリーを濾
橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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No. の（）付き記載は染料での分類を意味する。

炭酸カルシウム
炭酸カルシウム

沈降性炭酸カルシウム

重質炭酸カルシウム

二酸化チタン

化合物名・成分

炭 酸 カ ル シ ウ ム，クレー，タルク

顔料名・一般名・呼称

酸化チタン

色調

二酸化チタン

一般的な分類

77220

77220

77891

C.I. No.

Pigment White 18

Pigment White 18Pigment White 6

C.I. Name―1-1221-558

既存化学
物質番号471-34-1

471-34-1

13463-67-7

CAS No.

色を意味します。
6．色調見本に添えられている文字 M は金属（Metal) 光沢色を，文字 P は真珠（Pearl) 光沢色を，文字 F は蛍光（fluorescence）

5．色調見本は実際の顔料の色調を忠実に再現したものではありません。あくまでも参考イメージとしてご覧ください。

4．染付レーキ，蛍光顔料において，C.I.No. ～ CAS

複雑な反応生成物，生物物質などであることを意味します。

3．アスタリスク「＊」付きの CAS No. は，この化学物質がある特定の分子式や構造を持った化学物質ではなく組成不明もしくは可変物質，化合物名に 2 種以上の化合物を「／」で結んでいるものは，両者の混合物を意味します。

化合物名に 2 種以上の化合物を「・」で結んでいるものは，両者の混晶を意味します。

2．化合物名に 2 種以上の化合物を併記しているものは，各々のケースがあることを意味します。

（註） 1．C.I. No. の 2 つ以上の併記は，各化合物の混晶または混合物であることを示します。

見本

顔料一覧表

顔料一覧表

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金属粉顔料

パール系顔料

ホワイトカーボン

沈降性硫酸バリウム
およびバライト粉

炭 酸 カ ル シ ウ ム，
クレー，タルク

一般的な分類

化合物名・成分

塩基性炭酸鉛（鉛白）酸化チタン被覆雲母

アルミニウム粉

銅粉

真鍮粉

PP

M

MM

含水珪酸アルミニウム

珪酸アルミニウム

77597

77163

77005

77230

77811

77120

77120

77718

77005

C.I. No.

Pigment White 1

Pigment White 14

Pigment White 19Pigment White 28

Pigment White 27

Pigment White 22

Pigment White 21

Pigment White 26

Pigment White 19

C.I. Name

銅・亜鉛

銅

アルミニウム―7740077000―

Pigment Metal 2

Pigment Metal 1

二酸化チタン／アルミノ珪
Pigment White 6／77019／77891
酸塩
Pigment White 20

塩基性炭酸鉛

オキシ塩化ビスマス

含水珪酸カルシウム

珪酸カルシウム

オキシ塩化ビスマス

含水珪酸

硫酸バリウム

バライト粉

シリカ粉

硫酸バリウム

含水珪酸マグネシウム

タルク

沈降性硫酸バリウム

含水珪酸アルミニウム

クレー（カオリン）見本

顔料名・一般名・呼称

P

色調

―

―

―

1-558

1-148

1-95

1-26

1-194

1-548

1-89

1-89

―

―

既存化学
物質番号

7440-50-8
7440-66-6

7440-50-8

7429-90-5

12001-26-2
13463-67-7

1319-46-6

7787-59-912141-46-7

1344-95-2

7631-86-9

7727-43-7

7727-43-7

14807-96-6

1332-58-7

CAS No.

410

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酸化亜鉛

硫化亜鉛

硫化亜鉛／硫酸バリウム

ニッケル粉

ステンレス粉

酸化亜鉛

硫化亜鉛

リ卜ポン

MM

酸化亜鉛

硫化亜鉛顔料カドミウム系顔料

77115

77975

77947

――

77945

77860

硫化カドミウム／硫酸バリ
77199:1
ウム

カドミウムリトポンイエロー

Pigment Yellow 37:1

Pigment Yellow 3777199

硫化カドミウム

カドミウムイエロー

Pigment Yellow 35

Pigment White 5

Pigment White 7

Pigment White 4――

Pigment Metal 6

Pigment Metal 5

Pigment Metal 4

Pigment Metal 3

C.I. Name

Pigment Yellow 35:1

硫化カドミウム・硫化亜鉛 77205

ニッケル

亜鉛

錫7757577480

C.I. No.

カドミウムリトポンイエロー（緑 硫化カドミウム・硫化亜鉛77205:1
味）／硫酸バリウム

カドミウムイエロー（緑味）

鉄・クロム・ニッケル・モ
リブデン・マンガン・珪素

亜鉛粉

M

見本

錫粉

鉛M

金属粉顔料

鉛粉

金

化合物名・成分M

顔料名・一般名・呼称

金粉

色調

M

一般的な分類5-5162
1-89

5-51625-5162
1-89

1306-23-6
7727-43-7

1306-23-6

12442-27-2
7727-43-7

12442-27-2

1314-98-3
7727-43-7

1-572
1-89
5-51621314-98-3

1314-13-2―7440-02-0

7440-66-6

7440-31-5

7439-92-1

7440-57-5

CAS No.

1-572

1-561

―

――

―

―

―

既存化学
物質番号

顔料一覧表

橋本和明［監修］，顔料技術研究会［編］，『色と顔料の世界（新版）』，三共出版（2020）
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