Formkörper oder Überzug
Es sind bereits faserige Materialien, wie z. B. Asbest, nadelförmiges Zinkoxyd und Glas, in Zubereitungen für Üb er- züge und in Kunststoffe eingelagert worden, um diese dauerhaft zu machen und sie mechanisch zu verstärken. Die Verwendung derartiger Pigmentmaterialien ist in D. H. Parker, Principles of Surface Coating Technology , Verlag Interscience 1965, Seiten 11,76 und 84 erwähnt. Ihre Wirkungen sind hauptsächlich mechanischer Art und es wurden ihrer Gegenwart in solchen Überzügen bisher keine besonders erwünschten optischen Effekte zugeschrieben.
Die zur Verwendung in den erfindungsgemässen Gegenständen geeigneten faserförmigen Alkalititanate sind bereits bekannt. Die Eigenschaften und die Herstellung einiger dieser Verbindungen sind in den USA-Patentschriften Nummern 2 833 620 und 2 841 470 beschrieben. Diese verschiedenartigen faserförmigen Titanate sind bisher von Interesse bei Wärmeisolierungen und als Zusatz zur nassen Pülpe bei der Papierfabrikation gewesen. Im allgemeinen geben faserartige Pigmentmaterialien die bekannten sichtbaren Effekte des Mattglänzens von Überzügen und der Mattierung von Kunstfaserstoffen.
Es wurde nun gefunden, dass wenn bestimmte faserartige Aikalimetallpolytitanatteilchen in Form einer Dispersion in ein viskoses flüssiges Medium eingelagert sind, welches ein zu einem transparenten Festkörper erstarrungsfähiges Bindemittel mit einem Brechungsindex, der geringer ist als derjenige der Titanatteilchen, enthält und wenn in der so hergestellten Zubereitung lediglich feste und flüssige Phasen anwesend sind und die Zubereitung zum viskosen Fliessen gebracht wird, so dass eine parallele Ausrichtung der Teilchen bewirkt wird, und das Bindemittel sodann verfestigt wird, während die Parallelausrichtung bestehen bleibt, ein Gegenstand erhalten wird, der eine Vielzahl von bei seitlicher Betrachtung erkennbaren, langgestreckten Alkalimetallpolytitanat-Pigmentteilchen enthält, wodurch er eine ungewöhnliche optische Eigenschaft erhält,
die nachfolgend als anisopanoramische Lichtstreuung bezeichnet werden soll, d. h. die Eigenschaft, dass verschiedene Mengen einfallenden Lichts in wechselnde Beobachtungslagen reflektiert werden. Die erfindungsgemässen Gegenstände besitzen die Eigenschaft der anisopanoramischen Lichtstreuung in einem Ausmass, dass der Differenz-Streuungsindex des Lichts (D. S. I.), wie nachfolgend definiert, wenigstens 10 beträgt. Die faserartigen Alkalimetallpolytitanate, die dieses Phänomen verursachen, sind diejenigen einer Zusammensetzung M2TinO2n+," wobei M Natrium oder Kalium bedeutet und n zwischen 3 und 60 liegt, und die ein Verhältnis der Länge zur Breite von wenigstens 10, vorzugsweise mehr als 25 haben.
Die Gegenstände können beispielsweise die Form von Farbfilmen auf einer Unterlage von Oberflächenbeschichtungen oder von Überzügen oder einer unterlagenfreien Folie, Platte, eines Fadens oder Stabs oder einer anderen körperlichen Form haben, sollten aber frei von einer dispergierten Gasphase sein.
Die Erfindung ist weiter insbesonders auf Zubereitungen gerichtet, die für die Herstellung der neuartigen Gegenstände geeignet sind, wobei die Zubereitungen lediglich feste und flüssige Phasen mit einer Vielzahl Polytitanatpartikel des oben erwähnten Typs enthalten, die dispers in einem viskosen, flüssigen Medium eingelagert sind, welches ein Bindemittel enthält, das zu einem transparenten Feststoff verfestigt werden kann mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als derjenige der Titanatteilchen.
In den Zubereitungen und Gegenständen gemäss der Erfindung können andere Pigmentteilchen zusätzlich zu den bereits genannten faserartigen Alkalimetallpolytitanaten enthalten sein; jedoch sollte im Fall der Anwesenheit derartiger Pigmente von diesen nicht mehr vorhanden sein, als für eine Verminderung des Differenz-Streuungsindex auf weniger als etwa 10 ausreichend ist.
In Fig. 1 ist auf Polarkoordinaten die Lichtreflexion einer Farbtafel gemäss der Erfindung gegen die Beobachtungslage in einem üblichen Reflektometer graphisch dargestellt und in Fig. 2 die bildliche Wiedergabe einer anderen erfindungsgemässen Farbtafel, die den optischen Effekt spiraliger Pinselstrichlinien zeigt, im Vergleich zur Abwesenheit eines solchen Effekts bei einer in gleichartiger Weise bepinselten üblichen Farbtafel.
Es ist auch wichtig, dass die Polytitanarfasern bei seitlicher Betrachtung erkennbar sind, wenn sie von Licht erreicht werden, das auf die Stirnfläche oder Seite der Parallelausrichtung einfällt. Wenn die Partikeln nur von den Enden her erkennbar sind, kann es sein, dass die anisopanoramische Streuung nicht gesehen wird. Ausserdem kann ein erfindungsgemässer Gegenstand von einem vollständig transparenten Überzug eingeschlossen oder damit bedeckt sein, wie zum Beispiel mit klarem Glas; in diesem Fall würden die ausgerichteten Partikeln bei seitlicher Betrachtung erkennbar sein, obwohl die Beobachtung durch den Überzug des klaren Glases erfolgen müsste.
Der sichtbare Teil kann aus einer einzelnen Fläche oder eine Vielzahl von benachbarten kleineren Flächen mit gemeinsamer Ausrichtung bestehen, die zusammen einen sichtbaren Teil der Fläche bilden, d. h. die Partikeln sind dispergiert und zumindest örtlich zueinander in dem transparenten Feststoff solcher Flächen ausgerichtet.
Als weitere Abänderung des Verfahrens kann der ausgerichtete Teil einer weiteren Bewegung unterworfen werden, und zwar entweder einem unterschiedlichen viskosen Fluss, um die langgestreckten Partikeln in einer unterschiedlichen Richtung auszurichten, oder einer die Ausrichtung störenden Bewegung, die die Partikeln verschiebt. In jedem Fall wird durch das Verfahren erreicht, dass wenigstens ein Flächengebiet des Gegenstands die anisopanoramische Streuung aufweist und Muster und Texturen geschaffen werden.
Anisopanoramische Lichtstreuung
Das Phänomen der anisopanoramischen Lichtstreuung wird wie folgt beschrieben. Wenn langgestreckte Polytitanatpartikel gemäss der Erfindung mit ihren Längsachsen parallel ausgerichtet werden, in einer Richtung senkrecht zum sichtbaren Teil der Oberfläche, in der sie ausgerichtet sind, beleuchtet und aus einem Winkel von weniger als 90" zur Beleuchtungsrichtung betrachtet werden, so wird eine Änderung der Flächenhelligkeit beobachtet, wenn sich der Beobachtungspunkt um die Beleuchtungslinie als Achse dreht oder wenn das Probestück in ähnlicher Weise gedreht wird. Der Wechsel der Flächenhelligkeit ist oft ungemein auffallend.
Der Wechsel kann durch einfache Anpassung vorhandener Helligkeitsmesser oder Reflektometer gemessen werden die geeignet sind, vergleichende Reflexionsmessungen bei einem vorgegebenen Winkel durchzuführen.
Die Darstellung in einem Kreisdiagramm gemäss Fig. 1 zeigt die Ergebnisse einer derartigen Messung, die mit einem Hunter Reflektometer D 40 zur Bestimmung des Weissgrades mittels eines Grünfilters zur Angleichung an die Augenempfindlichkeit aufgenommen wurde. Dieses Gerät ist von Richard S. Hunter in Journal of the Optical Society of America , Band 50, Nr. 1, Januar 1960, Seite 44 bis 48 beschrieben. Die Beleuchtung erfolgte senkrecht auf ein flaches Probestück, die Reflexion wurde mit einem Nullpunktphotometer unter einem Winkel von 45" gemessen. Eine beschichtete Tafel, die nach einem Aufstrichverfahren, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, hergestellt wurde, wurde in der Prüfstellung festgeklemmt und Massnahmen getroffen, sie um die Beleuchtungsachse in Stufen von 10 zu drehen.
Die erste oder Null-Lage wurde derart gesetzt, dass die Reflexionslinie zur Photozelle im rechten Winkel zur Längsachse der Partikel und der Aufstrichrichtung lag. Diese Lage ergab eine Maximalreflexion von 108 %, bezogen auf den MgO-Weiss-Standard, wie in dem Diagramm oben und unten also um 1800 aus der ersten Lage verdreht. Als das Probestück gedreht wurde, ging die Reflexion durch ein Minimum, wenn sich die Reflexionslinie zur Photozelle durch eine Ebene parallel zu den Achsen der Polytitanatpartikel bewegte.
Die Lichtstreuung dieser ausgerichteten Partikel ist am grössten in einer Richtung, die rechtwinklig zu deren Längsachsen liegt, und am geringsten bei Richtungen von annähernd 90" aus der Phasenrichtung mit diesem Maximum. Die beobachtete Flächenhelligkeit einer solchen Oberfläche ist deshalb nicht konstant, wenn der Beobachtungspunkt rund um den Umfang des beobachteten Gebiets bewegt wird. Dieses optische Verhalten der ausgerichteten Partikeln wird als anisopanoramische Lichtstreuung bezeichnet. In geeigneter Weise kann dieses Phänomen quantitativ durch die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Reflexion ausgedrückt werden. Demnach ist für den in Fig. 1 dargestellten Versuch der Differenz-Streuungsindex (D. S.
I.) 108-74,8 oder 33,2%, wenn er in einem Winkel von 45" zur Oberfläche beobachtet wird.
Die Alkalititanatpartikel
Die für die Erfindung geeigneten Partikel sind Alkalimetallpolytitanate. Besondere Kristallarten sind die Tetratitanate M2Ti4Og und die Hexatitanate M2Ti6O. Im allgemeinen sind die Alkalipolytitanate, von denen viele weniger charakteristische Kristallstrukturen besitzen, aber eine Zusammensetzung im Bereich M2Ti0O20+1 aufweisen, wobei n von 3 bis 60 reicht und M Natrium oder Kalium ist, geeignet. Diese können einzelne Verbindungen oder Mischungen sein. Sie werden unter Bedingungen hergestellt, die einen überwiegenden Teil des Produkts in Form der hier spezifizierten langgestreckten Partikel ergeben. Derartige Verfahren sind in den eingangs benannten Patentschriften dargelegt.
Gewöhnlich herrscht eine merkliche Variationsbreite in der Morphologie des durch diese Methoden erhaltenen Produkte, so dass es oft zweckmässig ist, bestimmte Ansätze im Hinblick auf die Partikelgrösse mittels elektronenmikroskopischer Bestimmung oder durch Versuche für den Gebrauch gemäss der Erfindung auszuwählen. Der Ausdruck Titanate wird der Kürze halber im folgenden verwendet und soll dem Ausdruck Polytitanat gleichwertig sein, wenn die verschiedenen verwendeten Partikelarten behandelt werden. Die bevorzugten Titanate sind die Kaliumtitanate der Zusammensetzung K2Ti0O20+1, wobei n im Bereich von 3 bis 16 liegt und insbesondere von 4 bis 16.
Die langgestreckte Gestalt der Titanatpartikel ist wesentlich. Sie erlaubt die parallele Ausrichtung durch Fliessen und ist ebenfalls wesentlich, um die anisopanoramische Lichtstreuung zu erhalten. Um ein hohes Mass an Steuung derjenigen Art zu erhalten, die eine Deckkraft ergibt, wurde gefunden, dass wenigstens eine Dimension im Bereich von 0,1 bis 1,0 cm liegen muss, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,4 po.
Derartige Partikeln werden hier als pigmentartig bezeichnet.
Damit man eine gute Ausrichtung erhält, ist es wichtig, dass die Längsausdehnung wenigstens das Zehnfache der Breite, vorzugsweise das 25fache oder mehr, ausmacht. Eine obere Grenze der Länge ist für die Erfindung nicht bekannt.
Partikeln mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von 100 oder mehr zeigen gute Ergebnisse. Selbst längere Partikeln schmälern die Wirkung nicht; aber es wird erwartet, dass irgendein zusätzlicher Vorteil klein ist. In der Praxis ist es nicht einfach, das Brechen von Fasern, die über 100 1 lang sind, zu vermeiden. Die meisten Partikelzubereitungen enthalten, wie gefunden wurde, eine Vielfalt von Formen und Grössen. Die Gegenwart von anderen als der die besondere Morphologie aufweisenden Partikeln schmälert wahrscheinlich den maximalen Effekt, erlaubt aber noch einen ungewöhnlichen Ausrichtungseffekt, wenn wenigstens 50 Gew. % der Partikeln in die spezifizierte Kategorie fallen.
Es muss bemerkt werden, dass die breite Spezifikation der Partikelmorphologie zwei Klassen umfasst. In der einen Klasse, die hier als grob bezeichnet wird, sind eine oder beide der kleinsten Abmessungen im Bereich von 0,1 bis 1,0,u. Die andere, als fein bezeichnete Klasse besitzt ihre Längsausdehnung in diesem Bereich. Die Spezifizierung des Verhältnisses Länge zu Breite ist für beide Klassen die gleiche. Die Parti keln der ersten Klasse sind daher wenigstens eine Grössen ordnung grösser als diejenigen der zweiten Klasse. Die grösseren Partikeln sind bevorzugt, da sie leichter herstellbar sind, besser bei gewöhnlichen Überzugsmassen anwendbar sind und besser dispergieren.
Die feinen Partikeln haben anscheinend einen Streuungseffekt, der umgekehrt ist zu dem der grösseren Partikeln, da die maximale Reflexien beobachtet wird, wenn die Betrachtung längs der Länge der ausgerichteten Partikeln erfolgt. Die erhaltene Streuung ist anisopanoramisch, aber etwa 90" zu derjenigen der Klasse der grösseren Partikeln verlagert.
In der groben Klasse können die Partikeln innerhalb bestimmter Grenzen eine unterschiedliche Form haben. Sie können lange, dünne Streifen oder Bänder darstellen, deren Breite oder Dicke im Bereich von 0,1 bis 10M liegt. Vorzugsweise sind die Partikeln nadelig, d. h. nadelförmig, wobei das Verhältnis von Breite zur Dicke im Bereich von 1:1 bis 5:1 liegt. Der Querschnitt der bevorzugten Nadeln ist in den meisten Fällen anscheinend rechteckig. Jedoch ist dies kein wesentliches Erfordernis, da der Schnitt ein Parallelpipedon sein kann oder eine wechselnde Anzahl Seiten haben kann, je nach der Herstellungsmethode, was wahrscheinlich mit den kleinen Unterschieden in den Kristallgitterparametern zusammenhängt, wenn sich die chemische Zusammensetzung ändert.
Die Partikeln sind jedes für sich transparent und besitzen einen geschätzten durchschnittlichen Brechungsindex bei der Kalium enthaltenden Sorte von etwa 2,3.
Die Alkalipolytitanatpartikel, die bei der Erfindung anwendbar sind, werden in einer Art und Weise hergestellt, die eine ziemlich breite Vielfalt von Formen und Grössen ergibt.
Die meisten von ihnen sind gewöhnlich nadelig, aber viele liegen nicht innerhalb der bevorzugten Spezifikation. Derartige Mischungen entstehen, weil der Herstellungsprozess solche zu regellosen Produkten führende Arbeitsstufen umfasst wie das Kristallzüchten aus einer Schmelze und das Rühren, das einen schwachen Zerkleinerungseffekt hat. Es wurde nun gefunden, dass, weil die nadelige Beschaffenheit anscheinend vorherrscht, die Partikel ungewöhnlich gut geeignet sind, den gewünschten Lichtstreuungseffekt bei den erfindungsgemässen Gegenständen zu ergeben, wenn wenigstens 50 Gew. No der Partikeln innerhalb der Erfordernisse für die Form und Grösse fallen. Der kleinere Gewichtsanteil kann ein Verhältnis von Länge zu Breite von weniger als 10 haben und feiner oder gröber als die bevorzugten Partikeln sein.
Gute Effekte wurden erhalten, wenn ein grosser Anteil der langgestreckten Partikeln 2 M oder mehr dick waren, insbesondere in den transparenteren Massen wie z. B. in den Kunststoffplatten.
Ausrichtung in einem transparenten Medium
Die wichtige Parallelausrichtung der Polytitanatpartikel geschieht im flüssigen Medium, jedoch wird zur Beibehaltung der Ausrichtung für den Gebrauch die Partikelanordnung in einem transparenten, normalerweise festen Bindemittel fixiert. Dieses Bindemittel muss eine Substanz sein, die in der ersten Stufe des Verfahrens unter dem Einfluss von Wärme oder Druck oder beidem zum viskosen Fliessen gebracht werden kann. Ein derartiges Fliessen kann durch die Verwendung eines Trägers, der gegebenenfalls ein Lösungsmittel enthalten kann, wie es bei den gewöhnlichen Anstrichmassen der Fall ist, unterstützt werden. Im einzelnen werden die Verfahren und Produkte nachfolgend beschrieben und in den Beispielen erläutert.
Das Bindemittel muss natürlich fähig sein, letztlich in einen festen, transparenten Zustand überzugehen, nachdem die Partikeln ausgerichtet sind. Derartige Substanzen sind in der Anstrich-, Druck- und Kunststoff Technik bekannt.
Die in den Überzugszubereitungen angewandten Bindemittel umfassen trocknende Öle, Lacke, polymere Substanzen wie z. B. Latex, Polyvinylacetat und -alkohol u. dgl., die härten oder zu einem transparenten Feststoff erstarren, wenn das Lösungsmittel oder Wasser, in welchem sie anfänglich dispergiert sind, verdampft. In derartigen Massen ist der flüssige Zustand die viskose Beschaffenheit des Bindemittels; die Ausrichtung der Partikeln wird gewöhnlich im nassen Film vor dem Härten oder Trocknen durchgeführt. In den Fällen, in denen die Partikeln in einem unterlagenfreien Medium, wie z. B. in Kunststoffplatten, Folien oder Fäden, ohne Hilfe eines Lösungsmittels ausgerichtet werden müssen, werden sie in der Masse dispergiert und die Ausrichtung durch Fliessen erreicht, zu dem das Medium veranlasst wird, z. B.
durch Extrudieren, Walzen, Prägen, Ziehen oder Recken. Die einfacheren Verfahren zur Erzeugung eines viskosen Fliessens neigen zu einer parallelen Partikelausrichtung über geradlinige Wege. Eine geradlinige Ausrichtung ist jedoch nicht notwendig, da ein Fliessen in gewundenen Wegen die gewünschte Ausrichtung ergibt und sehr dekorative Wirkungen erzeugt, von denen einige in Fig. 2 dargestellt sind.
Eine Transparenz des schliesslich verfestigten Bindemittels ist notwendig, aber diese braucht nicht eine absolute Klarheit zu sein. Der maximale Grad der Differenz-Streuung einer bestimmten Probe von Partikeln wird in einem sehr klaren Medium wie z. B. reinem Polyvinylalkohol beobachtet. Jedoch ist der Effekt noch befriedigend in Medien, deren Durchsichtigkeit nur noch einem Durchscheinen nahekommt. Solange das feste Medium etwas Transparenz aufweist, ist der Prozess durchführbar. Man kann beispielsweise viele im Bindemittel in dessen flüssigem Zustand lösliche Substanzen anwenden, wie z. B. Farbstoffe zur Änderung der Farbe oder Mittel zur Regelung der Dispersion der Partikeln.
Mittel für die Einstellung der Viskosität und der Erstarrungsgeschwindigkeit der Bindemittel und fluoreszierende Farbstoffe, die die Lichtstreuung in bekannter Weise verstärken, können ebenfalls verwendet werden. Wenn diese Mittel flüchtig sind oder in anderer Weise entfernt werden können, werden sie nicht zu wirksamen Bestandteilen des Bindemittels im Endzustand.
Jedoch sind sie unter den Herstellungsbedingungen gewöhnlich nicht flüchtig und verbleiben somit als Teil des Bindemittels. Sie sollten daher bezüglich ihrer Eigenschaften ausgesucht werden; die verwendete Menge sollte begrenzt sein, damit nicht das Bindemittel lichtundurchlässig wird.
Ein weiteres wichtiges Kennzeichen des Verfahrens ist das Aufrechterhalten einer guten Dispersion der langgestreckten Partikeln während und nach der Ausrichtung. Das Ausflocken der Partikeln ergibt anscheinend ein Verklumpen miteinander ohne Parallelausrichtung und soll daher vermieden werden. Es ist bevorzugt, dass in den flüssigen Bestandteilen der Überzugsmassen eine gute Dispersion erzielt wird. Wenn die Partikeln in einer derartigen Zusammensetzung im dispergierten Zustand sind, so dass sie durch die während des Beschichtens aufgewendete Energie und Bewegung zur Dispergierung veranlasst werden, so sind sie dispers eingelagert und das Ergebnis ist zufriedenstellend.
Die Gegenwart einer dispersen Gasphase in den flüssigen Zusammensetzungen stört die saubere Ausrichtung der Polytitanatpartikeln und soll deshalb vermieden werden. Eine Dispersion der Polytitanatfasern wird manchmal durch kräftiges Rühren erzielt, und wenn in solchen Fällen das flüssige Medium zum Einschluss von Luftblasen neigt, wird die gewünschte Ausrichtung nicht erreicht. In einem flüssigen System aus Polyvinylalkohol und Wasser beispielsweise, in dem das Bindemittel Polyvinylalkohol durch Verdampfen des Wassers verfestigt wird, wird ein schaumhemmendes Mittel im System verwendet, um die Gegenwart einer dispersen Gasphase in dem Gegenstand zu verhindern, der durch die Verfestigung in Gegenwart der Polytitanatpartikel ausgeformt wird.
Andere Pigmentkomponenten
Die Zusammensetzungen, die erfindungsgemäss verwendet werden, enthalten als wichtige Pigmentkomponenten die langgestreckten Alkalititanatpartikel. Zusätzlich können beschränkte Mengen anderer Pigmentsubstanzen mitverwendet werden. Die sehr feinen Trockenfarben, die eine hohe Färbekraft besitzen, wie z. B. Chromgelb, Molybdatorange, Eisenblau u. dgl. können in kleinen Mengen, bezogen auf das anwesende Titanat verwendet werden. Grundierpigmente, wie z. B. Rutil, Anatas, Zinksulfid, Zinkoxyd u. dgl. ebenso wie Streckmittel, wie z. B. Baryte, Calciumcarbonat, asbestartige Streckmittel und andere können in begrenzten Mengen verwendet werden, insbesondere in Überzugsmassen zur Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften.
Jedenfalls sollten andere Pigmentmaterialien als das Titanat nicht mehr vorhanden sein, als zur Verminderung des Differenz-Streuungsindex, wie er gemäss der in Beispiel 2 genannten oder einer gleichwertigen Methode bestimmt wird, auf einen Wert von 10 ausreichend ist.
Gewöhnlich werden diese anderen weissen Pigmente zugesetzt, um den Grad der Differenz-Streuung zu ändern und zu vermindern, und es wird die Menge experimentell bestimmt. Die Verwendung von Pigmenten oder Streckmitteln, die eine koagulierende oder ausflockende Wirkung auf das Titanat im System ausüben, sollten vermieden werden. Die Verwendung von groben Streckmitteln, die zum Austreten aus der Oberfläche neigen oder die Ausrichtung der Titanatpartikeln stören, ist im allgemeinen nicht erwünscht. Bis zu einem gleichen Gewichtsteil eines weissen Pigments, bezogen auf das Titanat, kann in einigen Fällen zugesetzt werden, jedoch ist die Menge gewöhnlich geringer. Eine angenäherte Definition der oberen Grenze von zugesetztem weissem Pigment, wie z. B.
TiO2, ist eine Menge, die eine Reflexion von 85% der Maximalreflexion ergibt, welche dem Titanat des Produkts zukommt. Diese getrennten Reflexionswerte für die beiden Pigmente, das Titanat und das andere Pigment, können in getrennten, analogen Produkten gemessen werden, wobei das Verhältnis von Bindemittel zu Pigment demjenigen entspricht, welches das Produkt aufweist, in dem beide Pigmente enthalten sind. Dies ist ein Näherungsverfahren und es wird in der Praxis vorgezogen, das Verfahren der experimentellen Formulierung und des Ausprobierens anzuwenden.
Überzugsmassen und Überzüge Überzugsmassen gemäss der Erfindung sind im allgemeinen flüssige Formulierungen, in denen die Alkalititanatpartikel, ein transparentes Bindemittel und gewöhnlich ein Lösungsmittel als Komponenten enthalten sind. Im typischen Fall stellen sie Anstrichstoffe dar und werden als solche gebraucht mit dem zusätzlichen Kennzeichen der Ausrichtung der Partikeln im Überzugsfilm während und/oder nach dem Aufbringen und vor dem Erstarren des Bindemittels. Das Bindemittel kann eine beliebige Substanz sein, die trocknet oder zu einem Medium erhärtet, das die Partikeln in ihrer endgültigen Ausrichtung festhält, wobei es den eingangs spezifizierten Transparenzgrad aufweist.
Die Überzugsarten, auf die die Erfindung angewendet werden kann, können in Anstrichstoffe eingeteilt werden, bei denen ein Faktor die gute Deckkraft ist, oder in die transparenteren Lackstoffe, wobei ein Abdecken nicht besonders erwünscht ist, sondern der anisopanoramische Streuungseffekt einem unterlegten Muster oder einer Oberfläche überlagert wird. Diese Zusammensetzungen können auch derart formuliert werden, dass sie abwaschbare oder nicht abwaschbare Überzüge ergeben. Sowohl auf Basis von Wasser als auch auf Ölbasis beruhende Systeme können leicht der Formulierung angepasst werden. Derartige Formulierungsverfahren benutzen die übliche Technologie bei Farbstoffen und Trägerstoffen, unter angemessener Berücksichtigung der Erstarrungs- oder Trocknungszeit und der Viskosität oder Beschaffenheit.
Die sehr schnell trocknenden Formulierungen sind gewöhnlich nicht erwünscht, weil oft mehr Zeit gewünscht wird, um nach dem Auftragen des Überzugs die Partikeln in einem Muster oder einer Textur neu auszurichten.
Da die Vorzüge der Erfindung davon abhängen, dass die erste Ausrichtung fixiert wird und im Fall der Erzeugung von Mustern und Texturen ebenfalls die zweite Ausrichtung, muss die Überzugsmasse nicht zu durchsichtig sein. Körperstoffe können zur Verhinderung eines unerwünschten Fliessens, beispielsweise an senkrechten Wänden, zugesetzt werden, insbesondere wenn ein Muster durch Neuanordnung von Teilen des nassen Films aufgetragen werden soll; jedoch kann eine Parallelausrichtung der nadeligen Partikeln dadurch hervorgerufen werden, dass man den Anstrich tropfen oder unter dem Einfluss der Schwerkraft fliessen lässt, wobei interessante Effekte erhalten werden.
Die in der Anstrichformulierungstechnik bekannten Zusätze können angewendet werden, um die gewünschte Konsistenz zu erhalten, solange die vorher festgelegte Transparenz des letztlich festen Bindemittels und die Dispergierbarkeit der langgestreckten Polytitanatpartikel erhalten bleibt. Hinsichtlich der Transparenz muss bemerkt werden, dass viele Farbträger im flüssigen Zustand, insbesondere die Emulsionsfarben, ziemlich lichtundurchlässig sind.
Dieses ist jedoch ein vorübergehender Zustand und bei der Verdampfung des flüchtigen Teils wird die Emulsion gebrochen und das Bindemittel gerinnt zu einem transparenten Feststoff.
Die Anteile der Titanatpartikel, des Bindemittels und des flüchtigen Lösungsmittels können in derartigen Massen weit variieren. Die Lösungsmittelmenge wird in erster Linie variiert, um die schliessliche Dicke des getrockneten Über zugs festzulegen. Der getrocknete Film, der aus Titanat und nicht flüchtigem, festem, transparentem Bindemittel besteht, kann 0,1 bis 96% Vol. % Polytitanatpartikel enthalten, um dem Film Dauerhaftigkeit zu verleihen. Selbst weniger Bindemittel in zur blossen Haftung der ausgerichteten Partikeln an der
Oberfläche ausreichenden Mengen kann bei der Herstellung künstlerischer Objekte ausreichend sein.
Die Bindemittel selbst sind in der Überzugstechnik gut bekannt. Die meisten sind organischer Herkunft und umfassen die natürlichen trocknenden Öle, Schellack usw., synthetische trocknende Öle wie z. B. die Alkydharze und deren Modifikationen, die Acrylharze, Polyvinylalkohol, Carboxymethylzellulose, Latex (natürlichen und synthetischen) und viele andere. Transparente anorganische Bindemittel wie z. B. Wasserglas können auch verwendet werden.
Die flüssigen Überzüge gemäss der Erfindung können anfangs in irgendeiner Weise, einschliesslich des Aufsprühens, auf eine Oberfläche gebracht werden. Der aufgesprühte Überzug ist fast ganz ohne eine Parallelausrichtung der Titanatpartikel, aber im nassen Zustand kann er zum Fliessen gebracht werden, um eine derartige Ausrichtung hervorzurufen.
Dieser Sekundärfluss kann in örtlichen Bereichen geschehen, um Muster oder Texturen zu erzeugen, wobei solche Mittel wie Pinseln, Verschmieren, Betupfen mit verschiedenen Materialien, Walzen oder Zeichnen unter Verwendung der bekannten Techniken für die Handhabung eines nassen Films verwendet werden können. Gemusterte Gummiwalzen sind besonders nützlich. Texturierte Oberflächen mit anisopanoramischer Streuung, die von einem kleinen Flächengebiet zum anderen wechselt, werden mit Filz oder langhaarigen Rollen oder Pinseln erzeugt. Selbst wenn man den nassen Anstrich unter der Einwirkung der Schwerkraft fliessen lässt, wird eine Ausrichtung mit künstlerischem Wert erzeugt.
Die Primaranwendung kann auch mittels ausrichtender Mittel durchgeführt werden. Derartige Mittel umfassen prak tisch ausser dem Versprühen sämtliche verfügbaren Mittel.
Der maximale Grad der Differenz-Streuung wird wahrscheinlich durch Auftragen eines dünnen Films mittels paralleler Pinselstriche oder mit einer Ziehklinge erhalten, wie in den Beispielen ausgeführt. Einige der schönsten dekorativen Effekte werden dadurch erhalten, dass erst die Oberfläche mit einem Fluss in einer Richtung beschichtet wird (paralleles Pinseln), und dann die Ausrichtung in verschiedenen Gebieten neu erfolgt, um ein Muster zu erzeugen. Dies kann mit einer Musterwalze oder einem ähnlichen Instrument oder einem Pinsel geschehen. Diese Gebiete zeigen wegen der unterschiedlichen Fliessrichtung eine anisopanoramische Streuung, die sich vom Untergrund phasenverschieden abhebt, und das Ganze ergibt einen überraschenden dreidimensionalen oder tapetenartigen Effekt.
Derartig gemusterte Oberflächen besitzen oft ein stark geprägtes Aussehen und sind überraschenderweise doch unter einer Berührung glatt.
Kunststoffgegenstände
Transparente Gegenstände, bei denen die langgestreckten Partikeln in Parallelausrichtung wegen des Fliessens der Mischung unter Wärme und/oder Druck eingebettet sind, bilden weitere Erzeugnisse gemäss der Erfindung. Derartige Gegenstände werden gewöhnlich nicht unter Verwendung eines Lösungsmittels hergestellt, obwohl die Titanatpartikeln in den ersten Stufen des Herstellungsprozesses des Kunststoffs eingelagert werden könnten, beispielsweise vor der Polymerisation, wobei ein Lösungsmittel anwesend sein kann.
Das Titanat kann mit dem Kunststoff vermischt werden, während dieser im Zustand des Presspulvers ist, oder zusammen mit dem geschmolzenen Kunststoff.
Sind die Partikeln einmal im Kunststoff eingelagert, der ein Analoges zum Bindemittel der Überzugsmassen darstellt, ist es für die Erzeugung des neuen Streuungseffekts lediglich notwendig, den gewünschten viskosen Fluss zu erzeugen, bevor der Kunststoff erstarrt. Dieser Fluss wird mit Mitteln wie Pressen, Walzen oder Extrudieren erhalten. Auch hier ist die Differenz-Streuung am grössten in dünnen, klaren Filmen, jedoch können die Kunststoffzusammensetzungen auch durch Zusetzen von Farbstoffen und anderen Pigmenten innerhalb der gegebenen Grenzen modifiziert werden. Kunststoffzusammensetzungen, die langsam erstarren oder geschmolzen werden können, können ebenfalls als lösungsmittelfreie Oberflächenbeschichtungen verwendet werden. Zum Beispiel können Epoxydharze, die durch eine kontrollierte katalytische Reaktion erstarren, verwendet werden.
Das Titanat kann in derartige Harze vor der Zugabe des Katalysators eingelagert werden und stabile Mischungen bilden, die später mit dem Katalysator vermischt, angewendet und ausgerichtet werden können, bevor der katalytische Härtungsprozess einsetzt.
Anorganische Kunststoffe können, obwohl nur wenige, ebenfalls als transparenter Feststoff verwendet werden. Die Titanate können in einem niedrig schmelzenden Glas dispergiert und manipuliert werden, um die gewünschte Ausrichtung zu erzeugen. Diese Zusammensetzungen sind gut geeignet zum dekorativen Bedrucken oder Aufbringen von Dessins auf Glas.
Die Kunststoffilme gemäss der Erfindung sind insbesondere gut geeignet für die Verwendung als Filter zur Lichtpolaristation. Titanatpartikel, vorzugsweise die mit einem hohen Grad nadelartiger Ausbildung, werden in einer Richtung, vorzugsweise parallel zur Oberfläche des Films oder der Platte, eingelagert und ausgerichtet. Es ist eine relativ gute Transparenz erwünscht, weshalb Partikeln mit ziemlich grobem Durchmesser und daher mangelnder starker Fähig keit zum Undurchlässigmachen verwendet werden. Licht, das durch solche Filme hindurchgeht, wird polarisiert. Zwei solcher übereinander gelegter und derart orientierter Filme, dass die Richtungen der Ausrichtung im rechten Winkel zueinander stehen, sind relativ lichtundurchlässig.
Dieser Polarisierungseffekt ist, wie man annimmt, artverwandt mit der Lichtstreuung, da Lichtwellen, bei denen der elektrische Vektor in einer Ebene liegt, durchgelassen werden, während andere gestreut und vielleicht absorbiert werden. Es ist nicht bekannt, ob das Phänomen der wechselnden Flächenhelligkeit, das bei den Gegenständen der Erfindung gefunden wird, wenigstens zum Teil einem Polarisierungsmechanismus zugeschrieben werden muss oder eine andere Art der Lichtstreuung einschliesst. Es erscheint ziemlich wahrscheinlich, dass beide Mechanismen beim Auftreten der beobachteten Lichtstreuung zusammenwirken, und der Ausdruck anisopanoramisch wird hier unter Einschluss beider Möglichkeiten verwendet.
Die Gegenstände gemäss der Erfindung, zeigen nach der Ausrichtung der Partikeln eine einzigartige Reaktion auf polarisiertes Licht. Der anisopanoramische Effekt wird über den bei unpolarisiertem Licht beobachteten hinaus verstärkt.
In einer Ebene polarisiertes Licht scheint bevorzugt zu sein.
Ein noch dynamischeres Phänomen wird beobachtet, wenn die ausgerichtete Zusammensetzung von einem rotierenden Strahl von in einer Ebene polarisiertem Licht beleuchtet wird.
Ein derartiger Lichtstrahl kann dadurch erhalten werden, dass ein Polaroidfilter vor eine Lichtquelle gebracht, wie zum Beispiel einen Diaprojektor, und der Filter in Umdrehung versetzt wird. Beispielsweise kann eine Oberfläche mit einer erfindungsgemässen Masse durch Aufpinseln mit geraden, parallelen Strichen überzogen und durch rotierendes, einfallendes polarisiertes Licht beleuchtet werden, wobei die Oberfläche abwechselnd hell und dunkel erscheinen. Wenn die Partikeln in der Oberflächenbeschichtung in gekrümmter Parallelausrichtung angeordnet sind, werden die gleichen Helligkeitsunterschiede gesehen, aber zusätzlich gibt es eine ausgeprägte Variation der erkennbaren Grösse der hellen und dunklen Gebiete. Hierdurch wird der Eindruck einer Bewegung erhalten, die gewöhnlich als Ausdehnung und Zusammenziehung verläuft.
Im Fall von transparenten Materialien, wenn die Partikeln beispielsweise in einer Platte eines klaren Kunststoffs ausgerichtet sind, wird dieser Effekt des polarisierten Lichts sowohl bei der Beleuchtung von der Vorderseite als auch von der Rückseite erkannt. Der Effekt erscheint in jedem Fall ausgeprägter, wenn der Einfallswinkel des Lichts weniger als 90 beträgt. Dieses Demonstrationsverfahren ist leicht für den Gebrauch auf dem Gebiet der Kunst, insbesondere im Reklamewesen und der Dekoration, anzupassen.
Verwendung als ein Mittel der Kunstgestaltung
Obwohl Gegenstände mit dünnem Querschnitt den stärksten Effekt zeigen, sind sie gemäss der Erfindung nicht darauf beschränkt, da der Effekt an der Oberfläche eines sonst undurchsichtigen Obejekts sichtbar ist. Die Verwendung derartiger Überzugsmassen als ein Mittel der Kunstgestaltung verdient Aufmerksamkeit. Bei Gemälden beispielsweise bringen die Unterschiede in der Lichtstreuung an den verschiedenen, auf unterschiedliche Weise vorbehandelten Gebieten eine neue Art des Malens hervor, obwohl die Filme von Farbe ziemlich dick sind. Ist der Film einmal aufgetragen und noch im nassen Zustand, so wird beinahe jede Bewegung oder ein von einer Berührung stammender Fluss eine Fläche hervorbringen, die mit Licht in einer zu den angrenzenden Flächen kontrastierenden Weise zusammenwirkt.
Es ist lediglich notwendig, dass jede Fläche oder jede nahe miteinander verbundene Flächengruppe, die derart behandelt wurde, gross genug ist, so dass man sie erkennen kann. Farben, die die nadeligen Polytitanate enthalten, sind der modernen Kunst besonders anpassbar, weil die veränderliche Wechselwirkung des Lichts, die durch unregelmässiges Manipulieren, wie z. B.
durch Betupfen, sogar mit einem Schwamm, Tiefe und wechselnde Schatten ergibt, was mit bekannten Anstrichmitteln selbst durch erschöpfende Arbeits nicht zu erreichen ist.
Andere Verwendungsarten
Die neuartigen Zusammensetzungen können als Farben, insbesondere für den Kupfertiefdruck, für Druckpressen, Seidenrasterdruck, Anilindruck und lithographische Verfahren formuliert werden, wobei die Ausrichtung durch die relative Bewegung der zu übertragenden Flächen erzeugt werden kann. Sie können auch bei Papierbeschichtungen angewendet werden. Insbesondere können Tapeten und Täfelungen beschichtet und mit attraktiven Mustern dekoriert werden.
Solche Beschichtungsarbeiten im grossen Massstab könnnen nach Art mechanisierter Produktionsgänge ausgeführt werden.
Einer der ungewöhnlichsten Effekte, die durch diese Beschichtungsmassen erhalten werden, ist das Auftreten dreidimensionaler Effekte wie der in Beispiel 2 beschriebene, und dann, wenn eine im allgemeinen parallel ausgerichtete nasse Grundierbeschichtung mit einer Texturwalze oder einer solchen, die dem nassen Film ein Muster aufdrückt, gewalzt wird. Während die Ills'simon der Tiefe stark ausgeprägt ist, ist die Oberfläche ganz eben oder glatt und kann leicht übermalt werden. Es werden daher die Vorteile bekannter Texturfarben zur Schau gestellt, ohne die Nachteile des schwierigen Übermalens und der Schmutzansammlung. Die neuartigen Textureffekte sind besonders nützlich, um Defekte des Untergrunds von Wandflächen zu kaschieren, wie z. B. Verbindungsstellen beim Bau von Fertigwandkonstruktionen.
Wasserlösliche Farben für die Handmalerei u. dgl. werden enorm verbessert durch eine Pigmentierung mit den erfindungsgemässen Alkalititanaten. Die transparenteren Überzugsmassen können auf einen transparenten Untergrund, wie z. B. Glas oder Kunststoffplatten, aufgebracht werden, wobei eine ungewöhnliche optische Wirkung sowohl durch das reflektierte als auch durch das durchgelassene Licht erhalten wird. Kunststoffgegenstände, die derartige nadelige Partikeln in Ausrichtung enthalten, können Spritzgussteile und Kunstgegenstände umfassen. Kunststoffäden, die durch den Fluss während der Extrusion und des Ziehens längs ausgerichtete Titanate enthalten, zeigen den neuartigen Effekt und eröffnen die Möglichkeit, aus ihnen gemusterte Stoffe zu weben.
Zeichenstifte, die die Titanate enthalten, können hergestellt werden, wobei damit ausgeführte Striche einen Grad des neuen Lichtstreuungseffekts aufweisen, der durch die Ausrichtung bei der Ausführung des Strichs bedingt ist.
Die Anwendung der Erfindung auf Produkte, die mit Prägeverfahren behandelt werden, ist möglich. Kunststofffolien für die Verwendung in Kraftfahrzeugen als Polster und Schonbezüge, Duschbadvorhänge, Tischtücher u. dgl. sind Beispiele dafür. Um derartige Produkte herzustellen, wird das nadelige Titanat in das Kunststoffmedium eingelagert und die Folien hergestellt, gewöhnlich durch Walzen. Die Titanatpartikeln werden in Walzrichtung ausgerichtet und verursachen den anisopanoramischen Effekt über die ganze Fläche.
Durch Ausprägen der Folie mittels Walzen oder Platten wird eine Sekundärausrichtung der Partikeln je nach dem Muster auf den Walzen oder Platten erhalten.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung zum besseren Verständnis.
Beispiel 1
Dieses Beispiel erläutert quantitativ den Grad der anisopanoramischen Lichtstreuung, der anhand einer auf Wasser basierenden Zusammensetzung gemessen wurde, die als einzige Pigmentsubstanz nadelige Kaliumhexatitanatpartikel enthält, von denen der grösste Teil durchschnittliche kleinste Ausdehnungen im Bereich von 0,2 bis 0,8 po besitzt und die etwa 10 bis 15 cm lang sind. Die Zubereitung wurde einmal durch ein Mikropulverisiergerät zur Dispergierung von Klumpen gegeben und in diesem Arbeitsgang viele ursprünglich längere Nadeln gebrochen. Das Produkt zeigt einen mittleren Differenz-Streuungsindex.
Die Zusammensetzung wurde hergestellt durch Zusammengeben der folgenden Stoffe in der angegebenen Reihenfolge in einem laufenden Cowles-Lösegerät.
Gramm Destilliertes Wasser 2900 Kaliumtitanat 160 (innerhalb 15
Min. zugesetzt) Dispergierungsmittel Victamide (25 %ige Lösung) 30,7 Antischaummittel Colloid 581 B 4,0 Polyglykol P 1200 5,0 Methylzellulose Methocel (50000 cPp) als Bindemittel 38,1 Lösungsvermittler Igepal CO 630 16,0 cm3 Die Gesamtrührzeit betrug 30 Minuten.
Diese Zusammensetzung hatte eine Viskosität von 120 KU, gemessen nach Gardner Paint Testing Manual , 12. Auflage 1962, Seiten 178 und 179.
Es wurde eine Tafel mit einer matten weissen Lackschicht versehen, die eine Reflexion von 80% gegen den MgO-Stan lard aufwies, und getrocknet. Ein Film der obigen Zusammensetzung wurde sodann über diese Grundierung mittels eines Satzes von Ziehklingen im Abstand von 0,15 mm über dem Grundfilm aufgetragen und luftgetrocknet. Die Tafel wurde dann in einen Hunter Weiss-Reflektometer wie eingangs beschrieben eingespannt und in Umdrehungen versetzt, bis eine Maximalablesung von 108% gegen den MgO Standard erhalten wurde. Diese Stellung der maximalen Reflexion war derart, dass die Ziehrichtung zur Richtung des zur Photozelle reflektierten Lichts so nahe an senkrecht kam, wie es nur beobachtet werden konnte.
Die Tafel wurde darauf gedreht und jede 10 Grad abgelesen und die Ablesungen auf das Vollkreiskoordinatengitter gemäss Fig. 1 aufgetragen.
Die gefundenen Daten sind die folgenden, wobei die Einstellungen in Grad und die Prozentwerte gegen den MgO Standard angegeben werden.
Grad % Grad % Grad % Grad %
0 108,0t 100 75,4 190 102,5* 280 74,8
10 104,5* 110 75,6 200 93 290 74,8
20 95,3 120 76,5 210 85,8 300 75,6
30 86,6 130 78,2 220 80,8 310 77,8
40 80,5 140 81,2 230 77,7 320 81,5
50 77,2 150 86,9 240 76,1 330 88,1
60 75,4 160 94,5 250 75,5 340 97,1
70 74,8 170 103,1 260 75,3 350 105,7*
Tabelle (Fortsetzung) Grad % Grad % Grad % Grad %
80 74,8 180 108,0* 270 75,1 360 108,0*
90 75,1 * Diese hohen Werte lagen ausserhalb der Skala des Instru ments und wurden durch Kalibrierung der Nadelneigung vom
Nullpunkt extrapoliert. Die gemessene Differenz war auffallend sichtbar, wenn die Tafel beobachtet und über 90 C gedreht wurde und wechselte von glänzendem Weiss zu Grau.
Beispiel 2
Dieses Beispiel erläutert eine Methode, Titanatpartikel in einem nassen Überzug neu auszurichten und zeigt den starken dreidimensionalen Effekt einer parallelen Neuausrichtung längs eines gewundenen Weges im Vergleich zum gleichen Verfahren unter Verwendung eines gewöhnlichen Anstrichs.
Es wurden zwei Formulierungen hergestellt unter Verwendung eines dem Verfahren gemäss Beispiel 1 sehr ähnlichen Verfahrens, mit der Ausnahme, dass die letzten drei Komponenten unter sanfterem Rühren zugegeben wurden.
Proben jedes Anstrichmittels wurden mit einem in Wasser dispergierbaren Monastral -Blaufarbstoff angefärbt für die Verwendung in einem Ausstrichtest mit dem Pinsel.
Nr. 1 Nr. 2
Gramm Gramm Kaliumtitanat T-2S 480,0 Wasser 2870,0 2870,0 TiO2.-Pigment (handelsüblich) - 480,0 Victamide, 25 %ige Lösung 96,0 96,0 Colloid 581 B 8,6 8,6 Polyglykol P 1200 11,0 11,0 Methocel 50000 30,0 30,0 Vermindertes Rühren Äthylenglykol 82,0 82,0 Acrylharz-Emulsion B-60 A 683,0 683,0 Schimnaelverhütungsmittel
Super-Ad-It 13,6 13,6 Viskosität 86 KU 81 KU Differenz-Streuungsindex 24,2 0,3
Die gefärbten Proben wurden auf Kartons von
111,8x71,1 cm (44x28 Zoll), die mit weisser Grundierung versehen waren, jedesmal unter Verwendung paralleler Pinselstriche aufgetragen. Ebenso wurden jedesmal auf den frischen Film Spiralmuster mit einem 7,6-cm-Pinsel (3 Zoll) unter Benutzung eines Einzelstrichs für jede Spirale in gleicher Weise auf jede Tafel angebracht.
Die Tafeln wurden luftgetrocknet.
Die linke Hälfte der Fig. 2 zeigt den überraschenden optischen Effekt, der mit der Formulierung mit dem Kaliumtitanat als Pigment hervorgerufen wird, während die rechte Hälfte nur ein schwaches Anzeichen der Spiralen als Pinselstrichmarkierung in dem üblichen TiO2-Anstrich zeigt. Da Fig. 2 eine lithographische Reproduktion einer Photographie der Tafeln ist, entbehrt sie den dynamischen Charakter des Zusammenspiels von Licht und Schatten, das bei der Bewegung des Auges des Beobachters über die Tafel gesehen wird.
Beispiel 3
Dieses Beispiel zeigt die Wirkung einer guten Dispersion auf den Differenz-Streuungsindex.
Ein Anstrichmittel wurde formuliert unter Verwendung von Kaliumtitanat, wie es annähernd als Tetratitanat hergestellt und mit Wasser zur Entfernung von Kaliumoxyd ausgelaugt wurde, wobei ein Produkt erhalten wurde, dessen Hauptbestandteil nadelig war und eine Zusammensetzung hatte, die annähernd dem Hexatitanat entsprach.
Gramm
Wasser 283
Kaliumtitanat 50 Calgon 1
Acrylharz ASE-60 , 28 %mg 40
Die gut gemischte Zusammensetzung wurde auf eine weisse Kartontafel mit einer Ziehklinge zu einem 0,15 mm dicken nassen Film aufgetragen. Der Film wurde getrocknet und der Differenz-Streuungsindex gemessen, welcher 30 betrug.
Beispiel 4
Dieses Beispiel vergleicht den Differenz-Streuungsindex (D. S. I.) der Alkalititanate, die erfindungsgemäss brauchbar sind, mit anderen nadeligen Partikeln, die so ausgewählt wurden, dass sie so nahe wie möglich an Grösse und Form der Alkalititanate herankamen. Die Überzüge wurden unter Verwendung von Methylzellulose als transparentes Bindemittel formuliert, wobei das Volumverhältnis von Pigment zu Bindemittel derart gewählt wurde, dass das Pigment 60% des Volumens des getrockneten Dberzugs ausmachte. Die verschiedenen Partikelarten wurden in den Medien dispergiert, wobei, falls nötig, mehr oder andere Dispergierungsmittel verwendet wurden. Die charakteristischen Dimensionen sind, wo vorhanden, angegeben. Sie wurden aus Photographien abgeschätzt. Das ausgewählte Trägermaterial war eine wässrige Lösung von Methylzellulose.
In den Fällen, in denen die Dimensionen der Partikeln nicht gemessen wurden, waren sie als faserartig und von annehmbarer Grösse für die Verwendung in handelsüblichen Anstrichen bekannt. Die Anstrichmittel wurden angesetzt, auf Tafeln abgestrichen und der Differenz-Streuungsindex wie vorher beschrieben gemessen. Die Ergebnisse zeigt folgende Tabelle.
Pigment Charakteristische Dimensionen D.S.I.
Kaliumtitanat D = 0,20 L/D = +100 40
Kaliumtitanat D = 0,40 L/D = 15 21,7
Natriumtitanat D = 0,30 L/D = 15 15,7
Kaliumtitanat D = 1,2 L/D = 20 15,0 Calciumsilikat (Wollastonit) nicht gemessen 2,3 Magnesiumsilikat D = 0,2 L/D = +100 1,5 Asbestart 625 nicht gemessen 0,8 Nadeliger Rutil L/D = 10 0,0
D = durchschnittlicher Durchmesser, L = durchschnittliche
Länge. Die Partikel waren alle nadelförmig, wobei beide kleinsten Dimensionen annähernd gleich waren.
Beispiel 5
Dieses Beispiel erläutert den Effekt von nadeligem Kaliumtitanat mit einem sehr niedrigen Verhältnis des Pigments zum Bindemittel in einem transparenten Film, d. h. es ist nicht nur das Bindemittel transparent, sondern der fertige Film lässt die Farbe des Untergrunds durchschimmern.
Es wurde eine Menge von 0,495 g nadeliges Kaliumtitanat mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,25 ist und einer durchschnittlichen Teilchenlänge von 40,t mit 4,0 g Wasser, das 0,03 g Calgon enthielt, gemischt.
Diese Aufschlämmung wurde darauf mit 900 g einer wässrigen Emulsion von Polyvinylacetat (55% Feststoffe) und 0,5 g Monastral Grünpaste GW 749-P (DuPont) vermischt.
Diese flüssige Zusammensetzung wurde auf Aluminiumfolie mittels eines Bird-Filmauftragegeräts (0,3 mm Abstand) aufgetragen und der Film luftgetrocknet. Der Überzug erschien allgemein als glänzendes, transparentes hellgrün. Der Diffe renz-Streuungsindex,gemessen bei 45" betrug 40. Das Blatt wurde in Quadrate von 5,08 cm (2 Zoll) Seitenlänge zerschnitten und auf Karton geklebt, wobei die Quadrate in Ziehrichtung schachbrettartig angeordnet wurden. Bei der Beobachtung bei etwa 45" gegen die Oberflächenebene und beim Drehen um eine senkrecht zur Oberfläche stehenden Achse wurden die abwechselnden Quadrate derart gesehen, dass sie ganz plötzlich von einem glänzenden silbrigen Grün zu einer dunkleren Grüntönung wechselten.
Beispiel 6
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von faserartigem Kaliumtitanat in einer Anstrichformulierung für einen matten, abwaschbaren, getrockneten Film. Die folgenden Inhaltsstoffe wurden in einem Cowles-Lösungsgerät gemischt.
Gramm
Wasser 2862
Kaliumtitanat (D = 0,25,t, L = 40 cm) 480
Victamide, 25 %, Dispergierungsmittel 115
Colloid 581 B 8,6
Polyglykol P 1200 7,5
Methocel 90 HG, DGS (50 000 op) Emulgator 35,0 Äthylenglykol 67,0
Acrylharzemulsion B60A, Rohm & Haas 672,5
Super-Ad-It, Schimmelverhütungsmittel 13,6
Nachdem diese Stoffe intensiv gemischt und das Titanat gut dispergiert waren, wurde die Zusammensetzung unter Verwendung von geraden, parallelen Pinselstrichen in einer Richtung während des abschliessenden Ausstreichens des nassen Films auf eine Tafel gepinselt. Nach der Lufttrocknung wurde der Differenz-Streuungsindex unter 45" mit 20 bestimmt. Dieser Film wurde ausserdem, obwohl er eine matte Oberfläche zeigte, als widerstandsfähig gegen gründliches Waschen befunden, bevor er seine Eigenschaften verlor.
Beispiel 7
Dieses Beispiel beschreibt eine Verwendungsweise dieser neuen Überzugsmassen zur Erzielung ungewöhnlicher künstlerischer Effekte. Das verwendete Kaliumtitanat besass die charakteristischen Partikeldimensionen: durchschnittlicher Durchmesser 0,25 , Bereich der Längen von 10 bis 100,t beim grössten Gewichtsanteil der Probe. Ein kleinerer Anteil von feinen Partikeln einer durchschnittlichen Länge von nicht über 10,u war anwesend. Die gleichen wie in Beispiel 1 verwendeten Komponenten wurden in einem Cowles-Lösungsgerät in den gleichen Mengenverhältnissen gemischt, ausser dass 14 g Super-Ad-It Schimmelverhütungsmittel dazu gegeben wurden.
Anteile des erhaltenen Anstrichmittels wurden blau, rot, gelb und fast schwarz getönt und ein Anteil weiss belassen.
Diese Farben wurden einzeln oder in Kombinationen in mehr oder weniger unregelmässigen Flecken durch einfaches Ausgiessen oder Tropfen auf Whatman-Pappe aufgebracht. Als zusammengesetzte Filme dieser Art getrocknet waren, ergab die Ausrichtung der Titanatfasern wegen des viskosen Flusses interessante Reflexionsmuster und ein dreidimensionales Aussehen, das bei gewöhnlichen Farben nicht zu erkennen ist.
Ein derartiger nasser, zusämmengesetzter Film wurde mit einem Schwamm betupft und trocknen gelassen. Als Ergebnis nahmen zahlreiche kleine ausgerichtete Flächen vom Fluss an Stelle wo der Schwamm von Film abgehoben wurde, ein gedämpftes szintillierendes Aussehen an, wenn sich der Beobachter vor dem Gemälde bewegte. Eine Figur, die in normaler Weise auf diesen Hintergrund gemalt wurde, ergab den Gesamteindruck einer Figur, die in einer tiefen, sich bewegenden Landschaft plaziert war. In einem in ähnlicher Weise ausgeführten Gemälde wurde einem dunkelgrauen Hintergrundgebiet ein starker kubischer Effekt gegeben mittels ein paar kurzen, geraden Pinselstrichen mit verschiedenen Winkeln in angrenzenden Flächen, bevor der Film trocknete.
Ein anderer Karton wurde für eine Szenerie verwendet, die aus einer Menge von Flächen bestand, die den rohen Eindruck von Wolken, Meer, Klippen und Bäumen machte. Dies wurde sehr schnell durchgeführt ohne den Versuch, irgendein Detail auszuführen. Während der Film noch nass war, wurde ein Stück Zeichenpapier in Berührung mit dem nassen Film aufgelegt und darauf abgehoben. Die kleinen getrennten Fliessflächen, die durch die Trennung vom Papier bedingt waren, verursachten eine interessante Ausrichtung der Fasern und eine bemerkenswerte Wirkung von interessanten Detailfeinheiten im getrockneten Bild.
Die Wirkung von Licht und Schatten gab den verschiedenen Objekten nicht nur ein gefälliges Detail oder eine Textur, sondern das durch die anisopanoramische Streuung von den vielen Punkten verschiedenartiger Ausrichtung bedingte Wechselspiel des Lichtes ergab einen dynamischen Tiefeneindruck, der mit gewöhnlichen Farben nicht erzielbar ist, selbst mit einer ungeheuren Menge an Detailarbeit. An diesen Ergebnissen zeigte sich deutlich, dass ein Künstler, der im Gebrauch dieses neuen Medium geübt ist, ein neues Gebiet schöpferischer Kunst betreten könnte.
Beispiel 8
Dieses Beispiel erläutert die Einlagerung von nadeligem Kaliumtitanat in thermoplastische Materialien und die Herstellung von dekorativen Effekten in flächigen Gegenständen, die auf die Ausrichtung der Titanatpartikel zurückzuführen sind.
Die folgenden Bestandteile wurden durch Durcharbeiten auf einem Zweiwalzenstuhl nach Bolling für Gummi bei einer Walzentemperatur von 171" C gründlich gemischt. Die Umfangsgeschwindigkeit der vorderen Walze betrug 22,8 cm/sec, die der Hinterwalze 17,8 cm/sec.
Gramm
Polyvinylchloridpulver 100
Dioctylphthalat (Weichmacher) 40 Paraplex G62 10
X-54 (Stabilisiermittel) 3,0
Stearinsäure (Schmiermittel) 0,25
Russ (Dispersion mit 20% Feststoff) 0,30
Kaliumtitanat (durchschnittlicher
Durchmesser 0,25 Dx40 L, in Mikron) 5,0
Nach dem Mischen wurde das Material aus dem Walzenstuhl genommen in Form einer Platte von 35 mil (0,89 mm) Dicke. Der anisopanoramische Streuungseffekt war deutlich sichtbar. Die Differenz-Streuung wurde in einem Reflektometer nach Gardner unter Verwendung eines Grünfilters gemessen, durch welches die Beleuchtung auf den Film bei 45" gerichtet war, und das reflektierte Licht in senkrechter Richtung zum Film gemessen. Es wurde ein maximaler Differenzindex von 27,1 gemessen.
Die geringste Reflexion wurde erhalten, wenn das einfallende Licht den Film ganz allgemein entlang der Walzrichtung berührte. Ein ähnlicher Ansatz unter Verwendung von handelsüblichem Rutilpigment anstelle des Kaliumtitanats ergab eine Streuungsdifferenz von Null.
Beispiel 9
Es wurde ein Film in der gleichen Weise hergestellt, wie im Beispiel 8 beschrieben, mit folgenden Abweichungen:
1. Es wurde kein Russ als Farbstoff verwendet.
2. Sieben anstatt fünf Gramm Kaliumtitanat wurden ver wendet.
3. Die Kaliumtitanatpartikeln waren grösser, mit Durch schnittdimensionen von etwa 1,u Dicke und 100 LL
Länge.
4. Der hergestellte Film war 6,5 mil (0,16 mm) dick.
Ein Anteil dieses Films wurde über eine weisse keramische Platte gelegt und die Reflexion wie in Beispiel 8 gemessen.
Die maximale Reflexionsdifferenz betrug 31,1. Die Differenz für die Grundplatte allein war Null. Dieser Film war ziem lich transparent und es wurde bemerkt, dass Licht beim
Durchgang polarisiert wurde. Wenn das durchfallende Licht mit einem Nicolschen Prisma betrachtet wurde, wurde es nahezu ausgelöscht, wenn das Prisma zur Erzeugung einer minimalen Durchlässigkeit gedreht wurde. Der Film verhält sich demnach wie ein Polarisationsfilter und könnte entweder als Polarisator oder als Analysator eines optischen Polari meters verwendet werden.
Beispiel 10
Dieses Beispiel erläutert die Anwendung der Erfindung auf ein Anstrichmittel auf Öl-Basis, insbesondere ein lufttrocknendes mit Sojabohnenöl modifiziertes Alkydharz-Anstrichmittel.
Die folgende Formulierung wurde durch gutes Mischen in einem langsam gehenden Anstrichmischer für Laboratorien hergestellt.
Gewichtsteile
Nadeliges Kaliumtitanat 257 Aroplaz 2502 567 24%ges Bleinaphthenat 4,1 6%ges Kobaltnaphthenat 22
Petroleumsolvent 131
Mittel zur Verhinderung der
Hautbildung 1,0
Das erhaltene Anstrichmittel wurde auf einer Tafel zu einem Film von 6 mil (0,15 mm) Dicke ausgezogen. Nach dem Trocknen wurde ein Differenz-Streuungsindex von 18 gefunden. Es ist dies ein niedriger Wert, der die Tatsache illustriert, dass glänzende Anstriche, bei denen das Verhältnis von Pigment zum Bindemittel niedrig ist, das Phänomen in einem geringeren Grad zeigen als matte Anstriche.
Beispiel 11
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Kaliumtitanat in einem Lack. Die folgende Zubereitung wurde wie in Beispiel 10 hergestellt.
Gewichtsteile
Nadeliges Kaliumtitanat 500 Acryloid BX4 (Acrylharz als 40%ige
Lösung in Toluol) 1780
Toluol (zur Einstellung einer
Anstrichkonsistenz)
Ein Film dieses Lacks auf Glas zeigte einen niedrigen Index, ähnlich dem in Beispiel 10. Durchgelassenes Licht wurde jedoch stark polarisiert.