AT405838B - Verwendung von plättchenförmigen luftspaltinterferenzpigmenten - Google Patents

Description

AT 405 838 B

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung plättchenförmiger Pigmente, die sich durch einen neuen, charakteristischen Aufbau von bisher bekannten Pigmenten unterscheiden.

Gemäß DIN 55944 werden Farbmittel in anorganische und organische Farbmittel eingeteilt. Zu den anorganischen Farbmitteln zählen die anorganischen Pigmente, die weiter in anorganische Weißpigmente (z.B. Bariumsulphat, Titandioxid, Zinkoxid), anorganische Buntpigmente (z.B. Chromgelb, Eisenoxid, Cobaltblau), anorganische Schwarzpigmente (z.B.Eisenoxidschwarz, Pigmentruß), anorganische Leuchtpigmente (z.B.phosphoreszierende Pigmente, fluorszierende Pigmente) und anorganische Glanzpigmente unterteilt werden. Zu der letztgenannten Gruppe gehören die folgenden Untergruppen:

Metalleffektpigmente:

Diese Pigmente basieren im wesentlichen auf rein metallischer Reflexion. Ohne im einzelnen auf die Theorie der metallischen Reflexion einzugehen, ist diese auch als Brechung aufzufassen, doch tritt infolge des sehr hohen Brechungsquotienten des Metalies das Licht nur einen sehr kurzen Weg, in der Größenordnung weniger Angström, in die Oberfläche ein und wird dann zurückgeworfen. Beispiele für derartige Metalleffektpigmente sind Aluminium sowie KupferZink-Legierungen.

Perlglanzpigmente:

Perlglanzpigmente weisen ein plättchenförmiges Substrat auf, das ein Durchmesser/Dicken-Verhältnis von mindestens 1:50, meistens jedoch 1:100 und darüber aufweist und das mit einer dünnen Schicht eines hoch-lichtbrechenden Oxids bedeckt ist. Zwischen dem plättchenförmigen Substrat und der aufgebrachten Oxidschicht muß ein hoher Brechungsquotientenunterschied gegen sein, etwa wie bei Glimmer 1,5 und Rutil 2,6 bis 2,9 oder anderen Metalloxiden bis 3. Weiterhin muß die auf des plättchenförmige Substrat aufgebrachte Oxidschicht dicht und ohne Luftschicht anliegen. Die Dicke der Oxidschicht muß so beschaffen sein, daß oberflächig infolge der hohen Brechungsquotientenunterschiede reflektierte Lichtstrahlen zur Interferenz gelangen. Beispiele für derartige Perlglan2pigmente sind Titandioxid auf Glimmer, siehe hiezu beispielsweise - DE 31 51 354 A1, - DE 31 51 355 A1, - DE 32 35 017 A1, - EP 01 142 695 A1 und - DE 35 1 7 430 A1.

Die Perlglanzpigmente stellen somit Interferenzpigmente dar, in welchen die vorstehend angeführten Merkmale verwirklicht sind. Der Effekt der Perlglanzpigmente ist wesentlich von der Korngröße bzw. vom Plättchendurchmesser abhängig. Bei einem Durchmesser unter 15 um weisen die Perlglanzpigmente nur einen matten, diffusen, nicht sehr starken Perieffekt und ein gutes Deckvermögen auf, bei Korngrößen zwischen 5 und 25 um haben sie einen Seidenglanz und ein mäßiges Deckvermögen, bei einer Korngröße zwischen 10 und 40 um haben sie einen ausgeprägten Perlglanz und ein mittleres Deckvermögen, bei einer Korngröße zwischen 3 und 10 um haben sie einen schimmernden Perlglanz mit einem geringen Deckvermögen und bei einer Korngröße zwischen 20 und 200 um haben sie einen Flitterglanz mit einem schlechten Deckvermögen. Unter Deckvermögen wird hiebei die Deckkraft auf einer normativen Unterlage bei Einrühren des jeweiligen Pigmentes in ein durchsichtiges oder filmbildendes organisches Bindemittel verstanden, wobei festzuhaiten ist, daß derartige Pigmente nur in organischen Bindmitteln Anwendung finden können, nicht aber in anorganischen Bindemitteln.

Bunte Interferenzpigmente:

Die bunten Interferenzpigmente können in zwei Gruppen Unterteilt werden:

Feuergefärbte Metallbronzen, die dadurch erhalten werden, daß Metalle durch oxidative Behandlung der Oberfläche mit einer dünnen metalloxidischen Schicht überzogen werden, welche wegen der geringen Dicke lichtdurchlässig ist. Der metallreflektierende Untergrund reflektiert das durch die Oxidschicht durchtretende Licht nahezu vollständig und es tritt im eindringenden und reflektierten Strahl eine Interferenz ein, die im Zusammenhang mit der Oxidfarbe zu Farbeffekten führt. Bei den feuergefärbten Metallbronzen treten Interferenzfarben klarer Art auf, die etwa einen Goldton, einen Silberton, einen Rotton, einen Grünton usw. hervorrufen, wogegen die zuvor erwähnten Perlglanzpigmente einen Buntperlglanz zeigen. 2

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Bunt-Perlglanzpigmente (Mehrschichtinterferenz-Absorptions-Pigmente):

Hier treffen die gleichen Voraussetzungen zu wie bei den Perlglanzpigmenten, zusätzlich zur Titandioxidschicht kommt jedoch noch eine weitere Schicht eines lichtdurchlässigen, aber lichtabsorbierenden 5 Oxids, wie Eisenoxid oder Chromoxid, hinzu. Beispiele für derartige Pigmente sind Eisenoxid über Titanoxid auf Glimmer. Je nach der Dicke der Oxidschichten entstehen Interferenzpigmente mit einem ausgesprochenen Metallcharakter, wie Silber, Gold, Bronze, oder auch ausgesprochen farbige Pigmente.

Luftpalt-Interferenzpigmente: io

Die Luftspalt-Intereferenzpigmente unterscheiden sich von den Perlglanzpigmenten und den bunten Interferenzpigmenten dadurch, daß die Farben durch zwischen liegende Luftspalten, die sehr klein sind, etwa im Bereich von 1/10 um und noch wesentlich darunter, hervorgerufen werden. Die über und unter den Luftspalten liegende Materialschicht kann durchaus aus dem gleichen Material bestehen und damit auch 75 den gleichen Brechungsquotienten aufweisen. Der Brechungsquotient selbst kann klein sein und etwa in der Größenordnung von 1,5 bis 1,6 liegen (Biotit 1,6 bis 1,66; Muskovit 1,55 bis 1,64; Vermikulit 1,58; Pyrophyllit 1,55 bis 1,6; Talk 1,58 bis 1,54). Das Durchmesser/Dicken-Verhältnis des plättchenförmigen Substrats kann bis zu 1:50 betragen. Charakteristisch für die neuen Luftspaltinterferenzpigmente sind die folgenden Parameter: Das Substrat muß plättchenförmig sein; das Durchmesser/Dicken-Verhältnis des 20 Plättchens kann deutlich unter 50 liegen; im Plättchen selbst müssen feine Luftspalten mit deutlich unter 1 lim Stärke vorhanden sein, sodaß das Plättchen aufgebaut ist aus plättchenförmiger Festsubstanz-Luftspaltplättchenförmiger Festsubstanz; der Brechungsquotient des plättchenfömigen Substrats kann niedrig sein, etwa um 1,5 oder darunter liegen; im Gegensatz zu den Perlglanzpigmenten und den bunten Interferenzpigmenten können nach der Herstellung der Luftspaltinterferenzpigmente diese einer Nachmahlung unterzogen 25 werden, wobei mit den Korngrößen bis an die kleinste Einheit herangegangen werden kann, in welcher noch mindestens ein Schichtpaket aus Festsubstanz-Luftspalt-Festsubstanz enthalten ist. Ferner muß keine so hohe Planparallelität zwischen Ober- und Unterseite des Plättchens vorhanden sein wie bei Perlglanzpigmenten oder Bunt-Perlglanzpigmenten.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung von plättchenförmigen Luftspaltinter-30 ferenzpigmenten mit eng aneinanderliegenden Schichten mittel- bis niedrigbrechender Minerale mit zwischengelagerten Luftspalten von unter 1 um Stärke zur Pigmentierung, Effektgebung, Farbgebung und Ausnutzung der Plättchenstruktur bei Pigmentpasten, Farben und Lacken auf Basis organischer und anorganischer Bindemittel, Papier und Pappe, Baustoffen, Kunststoffen, Legierungen und Schmelzungen, Keramiken und Gläsern, Dachbeschichtungen und Körperpflegemitteln. 35 Im erfindungsgemäß verwendeten Luftspalt-Interferenzpigment tritt dann, wenn das jeweilige Substrat gefärbt ist, bei den Interferenzen Festsubstanz-Luftspalt-Festsubstanz oder Festkörper-Gas-Festkörper eine bestimmte additive Farbe hinzu. Wenn etwa das Substrat mit niedrigem Brechungsquotienten eine etwa graue bis bläuliche Tönung hat, so entsteht ein Silbereffekt, weist das Substrat eine bräunliche Tönung auf, so entsteht ein Goldeffekt, hat das Substrat eine grünliche Tönung, so entsteht ein Silber-Bronze-Effekt. 40 Wie bereits erwähnt, darf der Luftspalt 1 um nicht überschreiten. Würde er zu groß, so tritt bei der Einbettung des Pigments in ein Bindemittel dieses in den Luftspalt ein. Mit dem Eintreten des oragnischen Bindemittels in den Luftspalt würde dieser jedoch eliminiert und dadurch der angestrebte Glanzeffekt zwangsläufig verschwinden.

Obgleich es Minerale mit betont plättchenförmiger Ausbildung in den verschiedenen Mineralgruppen 45 gibt, ist diejenige der Silikate von besonderer Bedeutung. Innerhalb der Gruppe der Silikate kommt wiederum im vorliegenden Zusammenhang den Phyllosilikaten (Blattsilikaten) spezielles Interesse zu, bei denen der wesentliche Baustein der Silikate, der SiO*-Tetraeder, in Ringen zweidimensional vernetzt ist. Phyllosilikate zeichnen sich durch eine plättchenförmige Ausbildung und eine vorzügliche Spaltbarkeit senkrecht zur Plättchenachse aus. Grundsätzlich lassen sich bei den Phyllosilikaten zwei Strukturelemente so unterscheiden, nämlich eine Tetraederschicht (Si, AI, Fe3) und eine Oktaederschicht mit oktaedrischen mittelgroßen Kationen. Durch variable Kombination der Oktaeder- und der Tetraederschichten können die Phyllosilikate systematisch aufgebaut werden, wobei es zur Einteilung in Zweischicht-, Dreischicht- und Vierschichtminerale kommt. Spezifische Beispiele für erfindungsgemäß ersetzbare Phyllosilikate sind Glimmer, Hydroglimmer, lllite, Muskovit, Biotit, Phlogopit, Pyrophyllit, Chlorite und Talk. 55 Die erfindungswesentliche Ausbildung eng aneinander liegender Schichten mittel- bis niedrigbrechender Minerale mit zwischengelagerten, höchstens 1 um starken dünnen Luftspalten kann dadurch herbeigeführt werden, daß Drei- und Vierschichtphyllosilikate einer Temperaturbehandlung oberhalb der H2O-, OH- oder Fluor-OH-Entweichungstemperatur unterzogen werden. Bei einer Temperaturbehandlung wird zuerst ledig- 3

AT 405 838 B lieh Wasser bis zu einer Temperatur von etwa 250 *C ausgetrieben, ab einer Temperatur im größeren Bereich von 400 bis 500 *C dann auch OH und F. Später entstehen neue Phasen, wobei zwischen dem Austritt der OH-Ionen aus dem Gitter und dem Entstehen der neuen Phasen auch mehrere 100 · Temperaturdifferenz bestehen können. Wesentlich ist es, daß weder durch den Austritt des Wassers noch durch den Austritt von OH und F ein radikaler Gitterzusammenbruch und eine Neuorientierung eintreten muß. Gleichzeitig mit dem Austritt des H20, OH und F gehen farbliche Veränderungen vor sich (Goldeffekte, Silbereffekte, Perlmuttereffekte). Untersuchungen im Rasterelektornenmikroskop haben gezeigt, daß beispielsweise eine Temperaturbehandlung von Chloriten bei 900 bis 1.000'C zu Phasenneubildungen führt, webei die Chlorite in dünne laminare Blättebüschel aufgebrochen sind, d.h., die einzelnen Plättchen weisen sehr dünne, kleine Luftspaltschichten auf. Es kommt oft zur Ausbildung orientierter Enstatitschichten mit kleinen Glimmer- und/oder Quarzzwischenlagen, welche paketweise durch dünne Luftschichten getrennt sind. Eine Goldfärbung tritt dadurch ein, daß an den einzelnen Luftschichten Reflexionen auftreten, welche zu Phasendifferenzen führen, die Phasendifferenzfarbe durch die Absorption des bräunlichen Enstatits beeinflußt wird, sodaß letztendlich ein Goldschimmer entsteht.

Durch Variation des Brechungsquotienten, Variation der einzelnen Schichtpaketdicken zwischen dem Luftspalt und Variation der Absorptionsverhältnisse (Durchlichtfarben) lassen sich Farbeffekte in breitem Spiele erzeugen.

In weiterer Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens hat sich gezeigt, daß eine Manipulation der Farbe durch Behandlung der Phyllosilikate mit Chemikalen bewirkt werden kann. Die Behandlung kann vor und/oder nach der Temperaturbehandlung erfolgen und kann mit Säuren, bevorzugt Salzsäure, oder durch Zuführung von Fremdionen vorgenommen werden, zweckmäßig als Behandlung in entsprechenden Salzlösungen, als hydrothermale Behandlung oder als Druckbehandlung oder Vakuumbehandlung in derartigen Salzlösungen.

Die Temperaturbehandlung kann sowohl in normaler Luft, in inerten Gasen, in reduzierender Atmosphäre oder in reiner Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden. Durch Anwendung verschiedener Atmosphären bei der Temperaturbehandlung entstehen besondere Effekte dadurch, daß lonensorten mit mehreren Wertigkeiten in bestimmte Wertigkeiten gezwungen werden. Beispielsweise kann bei einem Chlorit, der bei einer Temperaturbehandlung in oxidierender Atmospäre (Luft) einen Goldeffekt annimmt (dreiwertiges Eisen), durch Temperaturbehandlung in inerter Atmosphäre ein Silbereffekt (zweiwertiges Eisen) erreicht werden.

Die erfindungsgemäß verwendeten plättchenförmigen Luftspaltinterferenzpigmente geben beim Mahlen keine Veränderung. Sie sind verwitterungsbeständig und chemisch inert und eignen sich daher zur Anwendung auf den verschiedensten Gebieten, insbesondere zur Pigmentierung, Effektgebung, Farbgebung und Ausnutzung der Plättchenstruktur bei Pigmentpasten, Farben und Lacken auf Basis organischer und anorganischer Bindemittel, Papier und Pappe, Baustoffen, Kunststoffen, Legierungen und Schmelzungen, Keramiken und Gläsern, Dachbeschichtungen und Kosmetika (Körperpflegemittel). Infolge des niedrigen Brechungsquotienten und der geringen Lichtdispersion treten Bindmittelzersetzungen wie bei Titandioxid-modifikationen nicht auf.

Zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten plättchenförmigen Luftspaltinterferenzpigmente kann wie folgt vorgegangen werden:

Aus dem bergmännisch gewonnen Rohgut wird die Kornfraktion 0,125 bis 0,5 mm ausgesiebt und einer Schwerkraftsortierung unterworfen. Die Fraktion mit vorwiegend plättchenförmigem Material wird einer Starkfeld-Magnetscheidung aufgegeben und die magnetische Fraktion wird abgetrennt. Dieses Konzentrat wird bei 500 bis 1.100*C kalziniert; die Brenndauer richtet sich nach Komverteilung und Zusammensetzung. Das kalzinierte Produkt wird gemahlen und in die gewünschten Kornfraktionen gesiebt.

Die Anwendung der neuen Luftspaltinterferenzpigmente wird in den nachfolgenden Beispielen veranschaulicht: BEISPIEL 1 -Lack für Fußbodenbeschichtungen 20 Gew.-% 50 Gew.-% 20 Gew.-% 10 Gew.-%

Luftspaltinterferenzpigment verschiedener Feinheit, je nach Effekt Säurenhärtendes Bindemittel, z.B. Viamin HP 364 (Formeldehydharz) Lösungsmittel

Paratoluolsulfonsäure (Härter) 4

Claims (4)

1. AT 405 838 B BEISPIEL
2. 2 -Effektlack für Wandbeschichtungen 20 Gew.-% 15 Gew.-% 0,2 Gew.-% 0,2 Gew.-% 0,1 Gew.-% 0,4 Gew.-% 0,3 Gew.-% 1 Gew.-% 62,8 Gew.-% Luftspaltinterferenzpigment verschiedener Feinheit, je nach Effekt H20 Pigmentverteiler A (Netzmittel) NH3 Preventol (Fungizid) Tylose MH 2000 XP (Verdicker) Nopco 8034 E (Entschäumer) Texanol (Filmbildehilfsmittel) Acronal 290 D (Bindemittel auf Basis Polymersäureester) BEISPIEL
3. 3 - Effektbeschichtung für Dekorpiatten auf anorganischer Bindemittelbasis·. 15.6 Gew.-% Wasser 18.6 Gew.-% Natrosoi 250 H
4. 4 BR,2 %ige Lösung (Bindemittel auf Basis Hydroxyethylcellulose) 0,5 Gew.-% VP Hydropalat 3043 (Netzmittel) 0,2 Gew.-% Nopco 8034 E (Entschäumer) 1,0Gew.-% Texanol (Koalescent) 0,6 Gew.-% Betolin Quart 10 (Stabilisator) 8,5 Gew.-% Acronal 290 D (Dispersion, Bindemittel) 30 Gew.-% Betolin EP 219 (Wasserglas, Bindemittel) 25 Gew.-% Luftspaltinterferenzpigment (gold, Silber) Kunststoffe und Gießharze lassen sich beispielsweise aus 70 Gew.-% Polyesterharz und 30 Gew.-% Luftspaltinterferenzpigment formulieren. Ein Dekorharz, beispielsweise für Surfbretter, kann aus 98 Gew.-% Gießharz und 2 Gew.-% Luftspaltinterferenzpigment aufgebaut werden. Im Papier- und Pappesektor lassen sich die neuen Luftspaltinterferenzpigmente beispielsweise als Abstreumittel von Tapeten anwenden, auf dem Keramikgebiet können die neuen Pigmente in die Glasur oder direkt in den Scherben eingelagert werden. Patentansprüche 1. Verwendung von plättchenförmigen Luftspaltinterferenzpigmenten mit eng aneinanderliegenden Schichten mittel- bis niedrigbrechender Minerale mit zwischengelagerten Luftspalten von unter 1 um Stärke zur Pigmentierung, Effektgebung, Farbgebung und Ausnutzung der Plättchenstruktur bei Pigmentpasten, Farben und Lacken auf Basis organischer und anorganischer Bindemittel, Papier und Pappe, Baustoffen, Kunststoffen, Legierungen und Schmelzungen, Keramiken und Gläsern, Dachbeschichtungen und Körperpflegemitteln. 5