CN114096623A - 薄片状效果颜料用于增强深色或黑色层状复合材料的红外反射的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及薄片状效果颜料用于增强由基材和基材上的涂层组成的深色或黑色层状复合材料的红外反射的用途,以及这种类型的与仅包含含碳黑色颜料的传统深色或黑色层状复合材料相比,具有增强的红外(特别是在近红外(NIR)中)反射的深色或黑色层状复合材料。
Description
本发明涉及薄片状效果颜料用于增强由基材和基材上的涂层组成的深色或黑色层状复合材料的红外反射的用途,以及这种类型的与仅包含含碳黑色颜料的传统深色或黑色层状复合材料相比,具有增强的红外(特别是在近红外(NIR)中)反射的深色或黑色层状复合材料。
对于道路交通中的光学距离和速度测量,以及其他应用领域,所谓的激光雷达系统(光探测和测距)已经频繁使用一段时间了。通过发射激光脉冲并随后检测散射回来的光,这些例如参考光传输时间来确定物体与激光脉冲的递送部位的距离。为了能够被这种类型的系统识别,待检测的物体必须能够在一定程度上反射激光源发出的光束,否则激光雷达系统将无法可靠地定位物体或障碍物。特别是对于越来越多的配备现代驾驶辅助系统的机动车,以及当前和未来的自动控制机动车,需要及时和可靠地快速识别其他机动车、交通控制装置或行车道上的障碍物,并且可以分析它们的速度。
对于此类激光支持系统的机动车辆的可识别性而言,最重要的是用于外部车辆部件的车漆,在理想情况下,它可以以高比例地反射激光雷达系统发射的激光脉冲,因此配备其的机动车辆被激光雷达系统识别,并可以被评估距离和速度。浅色机动车漆通常包含已经满足相应条件的成分,特别是着色颜料。然而,仍然流行的是深色或黑色车漆,其通常含有大量的炭黑颜料,然而,其在红外波长范围内,特别是在此处常用的近红外波长范围内的反射非常低或几乎无法检测到,因此配备其的机动车辆无法被当前使用的在约900nm的波长区域内,在某些情况下也在约1550nm的波长区域内发射激光脉冲的激光雷达系统检测到。
显然,驾驶辅助系统的进一步增强和自动驾驶领域未来的进一步发展要求所有交通障碍物,无论其类型和颜色如何,都可以被相应的检测系统检测到并进行可靠的评估。因此,需要在可能代表交通障碍物的物体上使用深色或黑色机动车漆或涂层,其包含具有几乎不变的颜色、以散射回来的光可以被相应的检测系统检测到并进行评估的程度反射激光辐射发出的红外光的成分。
因此,本发明的目的在于提供用于例如由机动车辆部件或其他物体上的涂层形成的深色或黑色层状复合材料的成分,与常规的这种类型的深色或黑色层状复合材料相比,其能够增强红外反射,尤其是在NIR波长范围内。
本发明的另一目的在于提供深色或黑色层状复合材料,其由机动车辆部件或其他物体上的涂层组成,与市售的相同颜色的对比的层状复合材料相比,其具有增强的红外反射,特别是NIR波长范围内,以使得它们可以被相应的检测系统(优选被激光雷达系统)检测到,并进行评估。
本发明的目的通过使用薄片状效果颜料来增强由基材和基材上的涂层组成的深色或黑色层状复合材料的红外反射来实现,其中所述涂层除了含碳黑色颜料之外或作为含碳黑色颜料的替代物,包含至少一种薄片状效果颜料,所述薄片状效果颜料在薄片状Al2O3或SiO2载体上具有至少一个含Fe3O4层或含FeTiO3层,其中所述层状复合材料的L*15值在1至60的范围内,并且所述层状复合材料的红外反射至少在850nm至1570nm的波长范围被增强,与由基材和涂层组成的、包含含碳黑色颜料、L*15值在所述范围内且不包含至少一种薄片状效果颜料的深色或黑色层状复合材料相比。
此外,本发明的目的还通过由基材和涂层组成的具有增强的红外反射的深色或黑色层状复合材料实现,其中该涂层除了含碳黑色颜料之外或作为含碳黑色颜料的替代物,包含至少一种薄片状效果颜料,其在薄片状Al2O3或SiO2载体上具有至少一个含Fe3O4层或含FeTiO3层,其中该深色或黑色层状复合材料的L*15值在1至60的范围内,并且其中至少在850nm至1570nm的波长范围内,涂层的红外反射高于包含含碳黑色颜料、L*15值在所述范围内并且不包含至少一种薄片状效果颜料的对比的层状复合材料的红外反射。
因此,本发明涉及特定薄片状效果颜料用于增强由基材和位于基材上的涂层组成的深色或黑色层状复合材料的红外反射的用途。
红外光是指从波长780nm的光。与可见光区域(至多约780nm)直接相邻的波长范围称为近红外(NIR),并且包括部分范围IR-A(780至1400nm)和IR-B(1400至3000nm)。当前的激光雷达系统通常使用900±50nm范围内的激光脉冲工作,但一些使用1550±20nm的更长波长工作的激光雷达系统也已经是已知的。因此,希望具有能够增强由基材和布置在其上的涂层组成的深色或黑色层状复合材料的在约900nm区域和/或在约1550nm区域的红外反射的可用材料。
本发明人惊奇地发现,如果某些薄片状效果颜料专门用于基材上的涂层并且根据需要改变组成,则它们能够满足这些要求。
在深色或黑色层状复合材料的涂层中使用的薄片状效果颜料应基本上尽可能地同样具有深色或黑色的主色调,该主色调由任何干涉色补充但不减少。在本发明的深色或黑色层状复合材料的涂层中使用的薄片状效果颜料相应地在每种情况下具有至少一个含Fe3O4层或含FeTiO3层,其为在薄片状载体颗粒上的效果颜料提供深灰色或黑色吸收色(主色调)。载体颗粒上存在的通常由金属氧化物和/或金属氧化物水合物组成的任何附加层不应减轻主色调。
然而,现在已经发现,效果颜料的薄片状载体颗粒对于在深色或黑色层状复合材料中包含薄片状效果颜料的涂层的红外反射并且因此整个层状复合材料的红外反射的目标设计特别重要。这些载体颗粒必须由有助于在载体颗粒的整个范围内形成均匀层厚的材料组成,此外,应该可以在载体颗粒的生产过程中专门设定该层厚度,并且在批次中不会有很大差异。此外,已经发现只有某些材料适合用作特定效果颜料的载体颗粒,同时它们本身有助于增强红外反射,特别是在目标NIR波长范围内。
在本发明的意义上,用于要使用的薄片状效果颜料的合适载体材料已证明是氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2),基于载体颗粒的重量,它们以至少80重量%的比例存在于薄片状载体颗粒中。基于载体颗粒的重量,二氧化硅或氧化铝的比例优选为至少90重量%,特别优选至少95重量%。
在Al2O3载体颗粒的情况下,基于载体颗粒的重量,它们可以包含0.1至10重量%,优选0.1至5重量%的外来成分。这些是Ti、Sn、Si、Ce、Ca、Zn、In和/或Mg的氧化物或氧化物水合物。优选使用Al2O3载体颗粒,其除Al2O3外还包含基于载体颗粒重量的0.1至5重量%的TiO2。在SiO2载体颗粒的情况下,这些颗粒由至少80重量%的SiO2组成,并且可以包含0至20重量%的氧化硅水合物和可能痕量的外来离子,这些成分的总和为100重量%。
所有所述的载体,虽然它们可以包含一定重量比例的其他材料,但在下文中被称为Al2O3载体或SiO2载体。对于在涂层中包含薄片状效果颜料的深色或黑色层状复合材料,在850nm至1570nm波长范围内的红外反射的最大值可以通过薄片状载体颗粒的厚度来具体设定。
平均几何厚度为120至400nm的薄片状Al2O3载体适合用作根据本发明使用的薄片状效果颜料的载体颗粒。在载体颗粒的平均几何厚度在120至150nm范围内的情况下,900±50nm和1550±20nm波长区域内的红外反射的增强可以使用所得的薄片状效果颜料实现,重点在900±50nm波长区域,在200至350nm范围内的载体颗粒的平均几何厚度在1550±20nm波长区域内产生高红外反射,而在平均几何厚度在350至400nm范围内的情况下,红外反射的最大值移入900±50nm的波长区域。因为,如上文已经提到的,在待使用的载体颗粒群中各个Al2O3载体颗粒的几何厚度分布应该仅在窄范围内变化,所以所使用的Al2O3载体优选是单晶载体颗粒,在其生产中颗粒的层厚变化和粒径的变化都可以通过生产工艺进行精确控制。在这个意义上,通过EP 763 573 A2中描述的方法生产的Al2O3载体颗粒特别适用于本发明。
平均几何厚度在150至500nm范围内的薄片状SiO2载体适合用作根据本发明使用的薄片状效果颜料的载体颗粒。在此,待使用的载体颗粒群中各个载体颗粒的几何厚度分布应该是低的,并且载体颗粒的几何层厚度应该可以通过生产工艺精确控制。出于这个原因,根据下面描述的WO 93/08237 A1的带式工艺特别适用于SiO2载体颗粒的生产并且因此是优选的。
在SiO2载体的情况下,红外反射的最大值根据载体颗粒的平均几何厚度略有变化,以与Al2O3载体类似的方式,但是对于波长区域900±50nm和1550±20nm中增加的反射值,范围稍微偏移150至200nm,重点在波长区域900±50nm,对于1550±20nm波长区域内的高反射值,平均几何厚度为250至400nm,对于900±50nm波长区域内的最大红外反射,平均几何厚度为450至500nm。
除了至少一个含Fe3O4层或含FeTiO3层之外,根据本发明使用的薄片状效果颜料还可在载体颗粒上具有其它层。这些优选由金属氧化物、金属氧化物水合物或混合金属氧化物组成并且选自二氧化硅、二氧化硅水合物、二氧化钛、二氧化钛水合物、二氧化锡、二氧化锡水合物、氧化铁(III)、针铁矿(FeOOH)和/或包含二氧化钛与二氧化锡或包含二氧化钛与氧化铁(III)的混合氧化物。
这些层既可以位于载体颗粒与含Fe3O4层或含FeTiO3层之间,或者也可以位于载体颗粒上的该层之上,然而或者,所述类型的彼此不同的层是位于载体颗粒与相应的含Fe3O4层或含FeTiO3层之间,此外还位于该层之上。
此外,待使用的薄片状效果颜料还可具有所谓的后涂层,其可为无机和/或有机性质,作为其各自表面上的最终层。这种后涂层在效果颜料领域是众所周知的。它们被施加到效果颜料的表面,以改进它们的化学或机械稳定性,以简化其与各种应用介质的结合,以实现所需的浮动行为或出于更好的处理能力和耐用性的各种其他原因。这些后涂层通常基于无机金属氧化物或金属氧化物水合物或基于合适的有机物质,并以仅几纳米(通常为1至20nm)的层厚施加到效果颜料的表面。它们通常不影响效果颜料的颜色、光泽和随角异色特性,或仅在很小程度上影响,因此对效果颜料的功能和色彩特性的重要性较低。
在专利说明书DE10201403975 A1、WO 2012/076110 A1和本专利申请人先前提交的专利申请EP 19163126.6中更详细地描述了适用于根据本发明的用途的薄片状效果颜料,特别是关于构建在Al2O3载体上的薄片状效果颜料。所指出的专利说明书公开了载体颗粒上合适的层顺序和层厚度以及各自优选的粒径范围,以及相应的生产工艺。为此,这里将不给出详细描述,并且在此范围内明确参考所述专利文件,其在这方面的公开内容旨在以其全部范围并入本文。
构建在Al2O3载体颗粒上的这种类型的薄片状效果颜料优选用于根据本发明的用途。
关于在SiO2载体颗粒上构建的薄片状效果颜料,载体薄片优选借助于带法生产,其更详细地描述于WO 93/08237 A1中。在此工艺中,载体薄片从无机SiO2前体材料(例如钠水玻璃溶液)生产,其中前体被施加到带上,使用酸转化为氧化形式或氧化水合物,固化并随后从带上分离。薄片的几何层厚度通过前体层的施加量或湿层厚度来设定,这可能非常精确。SiO2薄片随后以相同的方式涂覆有后续层,包括含Fe3O4层或含FeTiO3层,如本专利申请人的上述专利申请中对于基于Al2O3薄片的效果颜料所描述的。
根据本发明使用的薄片状效果颜料通常具有1至200μm范围内的粒径,特别优选粒径在5至150μm之间,优选7至100μm,特别是7至50μm之间。优选平均粒径(d50)在12至25μm的范围内。粒径被认为是颜料颗粒最长轴的长度。
薄片状效果颜料的粒径优选通过激光衍射法确定,其通常是熟悉的并且具有也能够确定效果颜料的粒径分布的优点。对于根据本发明使用的效果颜料,使用MalvernMastersizer 3000,APA 300(来自Malvern Instruments,Ltd.,UK的产品)确定粒径。
根据本发明使用的薄片状效果颜料通常具有在5至200范围内的形状因子(颗粒的平均粒径与平均厚度之比)。
然而,根据已设定的相应载体颗粒的几何厚度,特定效果颜料的粒径和形状因子可以在此处描述的范围内在更窄的范围内变化,如在本专利申请人的上述专利申请中具体描述的。再次明确参考所述专利申请中的相应细节。
因此,例如,WO 2012/076110 A1描述了基于薄片状氧化铝载体颗粒的黑色薄片状效果颜料,该载体颗粒具有至少85的纵横比并涂有金属氧化物,其中涂层中的一层由Fe3O4组成。Fe3O4层的几何厚度在50至250nm的范围内。这些效果颜料的载体颗粒的平均几何厚度在50至200nm的范围内,平均粒径小于20μm。根据本发明,当它们用于涂层时,这些薄片状效果颜料尤其适用于增强由基材和基材上的涂层组成的深色或黑色层状复合材料在波长区域900±50nm的红外反射。
专利申请人在文件参考号为EP 19163126.6的尚未公开的专利申请中描述了蓝黑色薄片状效果颜料,尤其是基于薄片状氧化铝载体颗粒,其中未涂覆的载体颗粒具有固有的绿色干涉色。这些载体颗粒同样涂有金属氧化物,其中涂层具有磁铁矿层。该磁铁矿层的几何厚度在80至230nm的范围内。其Al2O3载体颗粒的平均几何厚度在180至260nm的范围内且粒径在5至200μm的范围内的这种类型的蓝黑色薄片状效果颜料优选适用于本发明。当用于基材上的涂层时,这些效果颜料特别适用于增强波长区域1550±20nm内深色或黑色层状复合材料的红外反射。
载体颗粒或载体颗粒上的层的几何厚度被认为是指载体颗粒或层从载体颗粒或薄片状效果颜料的横截面的电子显微SEM显微照片可直接测量的厚度。载体颗粒的几何厚度或载体颗粒上的层的几何层厚度通常以nm表示。通过测量至少1000个粒子来确定平均值。
根据本发明使用的载体颗粒的几何厚度或薄片状效果颜料的载体颗粒上的层的几何层厚度通过该方法确定。
出于本发明的目的,深色或黑色层状复合材料是指由基材和位于基材上的涂层组成的层状复合材料,其包含任选地在基材本身中以及此外在基材上的单层涂层或在基材上的涂层的一层在另一层之上的两层系统中的着色组分,在CIELAB L*a*,b*颜色空间体系中L*15值在1至60的范围内,优选在5至50的范围内,从涂层侧测量。这里的L*15值涉及在光源方向上与使用测角分光光度计在45°照明角下测量的样品的镜面反射角分离15度的视角处的亮度值。为了本发明的目的,含碳黑色颜料和薄片状效果颜料被视为对定义起决定性作用的着色组分。其他着色组分可以任选地以无机和/或有机吸收颜料、染料的形式或以其他效果颜料的形式存在于涂层中,只要满足层状复合材料的L*15值的要求。CIELAB系统中的L*15值代表样品接近镜面反射角的亮度值,因此通常具有该样品可具有的最高亮度值,取决于视角。该值越高,样品的色彩印象越浅。相反,具有低L*15值的样品表现出深色或黑色印象。在要求保护的范围内,样品的视觉颜色印象是深色或黑色。
(对于本发明,如下生产样品:来自Leneta的黑色和白色涂层测试板(Leneta T12GMetopac,黑色涂层中存在含碳黑色颜料)在每种情况下都在整个区域上涂覆有涂料组合物,除了市售的粘合剂和溶剂(来自MIPA SE,Germany的清漆WBC000)之外,还包含18%的颜料质量浓度PMC的本发明的薄片状效果颜料。涂覆是借助于气动喷涂工艺进行的,干层厚度在12至15μm范围内。该漆层热固化后,在漆层(干层厚度约50μm)上施加无色透明涂层(MIPACC4、MIPA SE)。使用BYK-mac i测角分光光度计(BYK Gardner GmbH,DE)在SMC 5模式下在已经预涂覆黑色的测试板部分上测量以这种方式获得的样品。为了比较目的,通过相同的工艺生产样品,但具有不同的颜料质量浓度)。
根据本发明使用的基材是由塑料、金属或复合材料制成的膜、板或模制品,其中相应的基材可以任选地已经过预处理和/或预涂覆,例如借助于静电预处理和/或一个或多个底漆层。根据本发明使用的基材通常在基材材料本身或存在的任何预涂层中不包含含碳黑色颜料。然而,根据本发明,含碳黑色颜料可以存在于基材材料中(例如在塑料膜、板或模制品已被大量着色为黑色的情况下)和/或存在于底漆层。
除了含碳黑色颜料(任选存在的)和至少一种所述类型的薄片状效果颜料之外,作为干燥固体涂层的深色或黑色层状复合材料的涂层还包含至少一种粘合剂。取决于层状复合材料的预期应用,可以使用所有已知类型的水性、含溶剂或辐射固化粘合剂体系。这里唯一的限制因素是粘合剂体系必须适合于层状复合材料的特定预期应用以及用于将涂层施加到基材上的方法。由于根据本发明的层状复合材料的预期效果的实现与所使用的粘合剂体系无关,因此将省略对可能的粘合剂体系的进一步描述。
除了至少一种粘合剂之外,根据本发明的层状复合材料的涂层还可包含通常用于各种涂料组合物中的常规添加剂、助剂、填料和任选的着色剂。此处仅必须确保必须保留深色或黑色复合层状材料的颜色印象,该颜色印象主要由位于基材上的涂层决定,并通过相应的L*15值定义,以使得所有另外使用的可能影响涂层着色的物质必须符合遵守L*15值的要求。否则,另外引入的物质可以与在每种情况下产生的涂层所需的光学、机械或功能特性相匹配。
相应的涂层可以借助于任何常规的涂覆方法施加到基材上。在此可以通过例举的方式提及:静电或气动喷涂方法、卷涂方法、浸涂方法、旋涂、保持涂布方法以及各种印刷工艺(丝网、移印、喷墨印刷)。根据深色或黑色层状复合材料的所需应用选择适合特定情况的适当涂覆方法,并且对涂层的预期作用没有重要作用。不言而喻,除了上述成分外,用于特定施加方法的涂料组合物还可任选地包含然而已不再存在于固体化的、干燥的或固化的涂层中的溶剂或溶剂混合物。
此外,取决于需要,涂层还可以借助于注塑成型工艺或反向注塑成型工艺施加到基材上。在这种情况下,除了任选使用的含碳黑色颜料和至少一种薄片状效果颜料之外,特定涂料组合物的必要成分与特定工艺相匹配并根据本领域技术人员的知识常规选择。
一起形成根据本发明的层状复合材料的基底上的涂层具有至少30μm、优选地在50至230μm的范围内的总厚度。它可以具有单层或多层结构并且优选具有多层结构。至少包含薄片状效果颜料的涂层的层具有1至60μm,优选3至30μm,特别是10至20μm的范围内的厚度。如果多层体系的其中一层仅包含含碳黑色颜料,而不包含至少一种薄片状效果颜料,则该层的厚度通常为3至20μm,优选7至12μm。
通常可形成多层体系的最外层的未着色的透明涂层的层厚至少为35μm,可扩展至高达150μm的范围。
所有层厚的指示自然地与相应的干层厚度相关。
与同样由基材和涂层组成并包含含碳黑色颜料但不包含所述薄片状效果颜料的深色或黑色层状复合材料相比,在每种情况下,在薄片状载体颗粒上具有至少一层含Fe3O4层或含FeTiO3层,其中载体颗粒在每种情况下是薄片状Al2O3或SiO2载体的薄片状效果颜料的使用至少在850至1550nm的波长范围内增强相应的深色或黑色层状复合材料的红外反射。
在所述波长范围内红外反射的增强程度取决于薄片状效果颜料的具体类型、薄片状效果颜料的混合比(如果这些颜料用于混合物中),或者还取决于除了薄片状效果颜料之外,在相应的涂料组合物中是否存在含碳黑色颜料。可以预期在所述目标波长范围内红外反射增强至少10%。
由基材上的涂层组成的根据本发明的深色或黑色层状复合材料的涂层侧的NIR反射借助于Ulbricht球和PerkinElmer,Inc.,Lambda 900UV/VIS/NIR分光光度计与角度无关地确定,并使用集成软件进行评估。
工业涂料中使用的含碳黑色颜料经常是各种粒径的色素炭黑。就本发明而言,色素炭黑也被认为是优选的含碳黑色颜料。此处可以通过例举的方式提及用于实验和对比实验的商品名为2000(Worlée-GmbH)、Spezial6和Spezial100(Orion Engineered Carbons)的市售色素炭黑等级。
然而,使用苝黑(颜料黑32)作为含碳黑色颜料也被证明对本发明特别有利,因为这种颜料在NIR区域甚至在涂料中表现出高反射,因此进一步增强了通过根据本发明使用的特定薄片状效果颜料实现的红外反射(特别是在NIR波长范围内)的增强。
用于根据本发明的层状复合材料的基材上的深色或黑色涂层可以具有单层或多层结构。它们优选是基材上多层体系的一部分,除了单层或两层深色或黑色涂层外,其还可在基材上具有例如最终的透明涂层和/或其他夹层。
这产生了根据本发明的层状复合材料的多个基本实施方案。层厚度和层重量的所有指示分别与干层厚度或特定干层的重量相关。
在第一实施方案中,深色或黑色层状复合材料不包含含碳黑色颜料。基材(包括存在的任何预涂层)和涂层都不包含含碳黑色颜料,但是涂层仅包含至少一种所述类型的薄片状效果颜料。在该实施方案中,涂层中相应薄片状效果颜料的高颜料质量浓度对于实现层状复合材料的深色或黑色印象是必不可少的。基于包含薄片状效果颜料的涂层的层的重量,薄片状效果颜料的颜料质量浓度因此应为至少15重量%。此处的涂层可以任选地是多层体系。
在第二实施方案中,含碳黑色颜料存在于基材中,但不存在于层状复合材料的涂层中。此处术语“基材”包括基材的主体(例如以大量着色的塑料膜或模制品的形式)以及存在的任何预涂层(底漆层)。相比之下,基材上的涂层仅包含至少一种所述类型的薄片状效果颜料(自然是一种类型,而不是单个颜料颗粒)。此处的涂层可以任选地是多层体系。
在第三实施方案中,含碳黑色颜料和至少一种薄片状效果颜料一起存在于涂层的层中。此处可以但不是必须地,根据本发明的涂层被施加到其上的基材本身包含含碳黑色颜料或预先涂覆有包含这种类型的黑色颜料的层。其他层和有利地最终的透明涂层可以任选地是涂层的一部分,只要层状复合材料的L*15值在1至60的范围内并且因此层状复合材料作为整体满足深色或黑色层状复合材料的要求。
在第四实施方案中,含碳黑色颜料和至少一种薄片状效果颜料在每种情况下存在于涂层的彼此分开并且优选直接在基材上彼此重叠的两层中。此处可以但不是必须地,涂层被施加到其上的基材本身包含含碳黑色颜料。首先,包含含碳黑色颜料,不包含所述薄片状效果颜料,并且如果用其涂覆的基材如上所述测量的话,在CIELAB L*;a*,b*颜色空间中产生<10的L*15值的层作为涂层被施加到基材上。包含至少一种(一种类型)上述薄片状效果颜料的彩色涂层优选直接施加到这种类型的黑色底涂层上。在该实施方案中,彩色涂层不包含含碳黑色颜料。多种不同类型的所述薄片状效果颜料可用于彩色涂层,这在某些情况下也是有利的,如下所述。此处也可以任选地施加其他层和有利地最终的透明涂层作为涂层的一部分,只要整个层状复合材料的L*15值在1至60的范围内并且因此层状复合材料作为整体满足深色或黑色层状复合材料的要求。
在每个所述实施方案中,包含薄片状效果颜料的层还可以包含至少两种彼此不同的所述类型的薄片状效果颜料。根据本发明,如果它们的载体材料(Al2O3或SiO2)、载体的平均几何厚度、含铁层(含Fe3O4或含FeTiO3)材料或粒径不同,则这些是彼此不同的薄片状效果颜料。两个或更多个区别特征同时存在也是可能的。
例如,已证明两种彼此不同的薄片状效果颜料在包含薄片状效果颜料的基材上的层中一起使用是有利的,所述两种彼此不同的薄片状效果颜料在每种情况下在Al2O3载体上具有一层Fe3O4,但载体的平均几何厚度不同,粒径也不同。在这种情况下,载体的不同平均几何厚度应在每种情况下属于上述范围之一,该范围可以具体影响900±50nm或1550±20nm波长区域内的反射最大值。
如上所述,通过所得薄片状效果颜料,载体颗粒的平均几何厚度为120至150nm的薄片状含Al2O3载体适合用于增强900±50nm和1550±20nm波长区域中的红外反射,重点在900±50nm波长区域,而在1550±20nm波长区域中的高红外反射可以通过载体颗粒的平均几何厚度350至400nm范围内获得并且900±50nm波长区域中的最大红外反射可以通过200至350nm范围内的平均几何厚度获得。
例如,如果现在采用了在每种情况下Al2O3载体颗粒的平均几何厚度一方面在120至150nm范围内,另一方面在200至350nm范围内的具有窄载体颗粒的层厚变化的两种不同类型的薄片状效果颜料,900±50nm或1550±20nm的期望反射最大值可以通过在包含它们的层中的两种薄片状效果颜料的总重量中相应薄片状效果颜料的相对重量百分比来具体设置。
以此方式,或者也通过使用彼此不同的所述类型的其他薄片状效果颜料,在波长区域900±50nm或波长区域1550±20nm中的反射最大值可以根据本发明通过在基材上的特定涂层而具体设置,以使得相应地产生的层状复合材料可以根据需要与相应的检测系统相匹配。
同样有利的是,在涂层的层内将在Al2O3或SiO2载体上具有FeTiO3层的薄片状效果颜料与含碳黑色颜料和/或在Al2O3或SiO2载体上具有Fe3O4层的薄片状效果颜料一起使用,因为所得层状复合材料的L*15值因此可以通过涂层容易地设置在目标范围内。
本发明还涉及深色或黑色层状复合材料,其由基材上的涂层组成,该涂层具有增强的红外反射,其中除了含碳黑色颜料之外或作为含碳黑色颜料的替代物,该涂层包含至少一种薄片状效果颜料,该薄片状效果颜料在薄片状Al2O3或SiO2载体上具有至少一个含Fe3O4层或含FeTiO3层,其中深色或黑色层状复合材料的L*15值在1至60的范围内,并且其中层状复合材料的至少在850至1570nm的波长范围内红外反射高于包含含碳黑色颜料、L*15值在所述范围内并且不包含至少一种薄片状效果颜料的对比的层状复合材料的红外反射。
根据本发明,由基材和涂层组成的层状复合材料,如果从涂层侧测量,其L*15值在1至60范围内,优选在5至50范围内,则视为黑色或黑色。如上所述,L*15值涉及在光源方向上与使用测角分光光度计在45°照明角下测量的样品的镜面反射角分离15度的视角下的亮度值。
CIELAB体系中的L*15值表示接近镜面反射角的样品亮度值,因此通常具有该样品可具有的最高亮度值,取决于视角。在要求保护的范围内,样品的视觉颜色印象是深色或黑色。
样品的测量可以使用任何市售的测角分光光度计进行。对于本发明,测量结果基于使用BYK-mac i测角分光光度计(BYK Gardner GmbH,DE)在SMC 5模式下对已预涂黑色的测试板部分进行的测量,如上文已经描述的。
根据本发明的深色或黑色层状复合材料的红外反射至少在850至1570nm的波长范围内高于包含含碳黑色颜料但不含薄片状效果颜料的对比的层状复合材料的红外反射,另外具有对比的结构和对比的组成,此外具有在1至60范围内的L*15值。然而,根据本发明的层状复合材料的红外反射也可以任选地在超出所述极限值的红外光的波长范围内被增强,这可能是重要的,特别是对于机动车辆内部的组件,在这种情况下,与市售的深色或黑色对比的组件相比,这将导致相应机动车辆内部的较少加热的结果。
根据本发明的层状复合材料的红外反射优选至少在波长区域900±50nm或区域1550±20nm内高于相应的对比的层状复合材料的红外反射。然而,在波长区域900±50nm和波长区域1550±20nm中,根据本发明的层状复合材料的红外反射同样可以高于相应的对比的层状复合材料的红外反射。
如上所述,可通过特定薄片状效果颜料的适当选择来具体预定各所得层状复合材料的反射最大值,特别是通过适当选择载体颗粒的几何厚度,并通过在所选涂层中以适当的混合比使用不同类型的特定薄片状效果颜料。不言而喻,如果将倾向于导致不同反射最大值的不同薄片状效果颜料一起使用,则相应薄片状效果颜料的较大相对重量比例决定了所得层状复合材料反射最大值的位置。此处相对重量比可以设置为任何可能的比率。
因此,在根据本发明的深色或黑色层状复合材料的涂层中使用彼此不同的薄片状效果颜料可以是特别有利的。这是本发明的优选实施方案之一。
对于根据本发明的深色或黑色层状复合材料,原则上可以采用四个彼此不同并且已经在上面更详细描述的实施方案。因此将省略重复。
基于该(干)层的重量,包含薄片状效果颜料的基材涂层层以1至60重量%,优选5至35重量%的重量比例包含它们,无论该层中是否存在含碳黑色颜料。
根据本发明的由基材上的涂层组成的深色或黑色层状复合材料可有利地用于任何地方,其中在任何所需基材上的深色或黑色涂层旨在在红外区域,特别是在NIR波长区域中具有与市售的对比的涂料相比的增强的反射。这种增强的IR反射使得包含基材和已经提供有具有根据本发明的组成的涂层的相应的层状复合材料适合于借助于常规激光检测系统例如已知的激光雷达方法进行识别。来自太阳辐射的热能也可以通过增强的红外反射以减少的形式被吸收。因此,根据本发明的层状复合材料特别适合用作所有类型的机动车辆内部和外部部件,而且也用作交通控制装置或其部件。这些可以是任何期望类型的机动车辆。
然而,根据本发明的层状复合材料特别用作机动车辆的车身部件和/或其他外部部件,其中机动车辆具有驾驶辅助系统或被自动控制。在此,根据本发明的层状复合材料借助于激光控制的检测系统促进了此类机动车辆的相互识别。
下文将参考实施例更详细地解释本发明,但并不意在仅限于此。
实施例:
各种涂层样品如下生产:
在每种情况下,来自Leneta的黑色和白色涂层测试板(Leneta T12G Metopac,黑色涂层中存在含碳黑色颜料)都在整个区域上涂有涂料组合物,其除了市售的粘合剂和溶剂(来自MIPA SE,Germany的清漆WBC000)之外,还包含颜料质量浓度PMC为干重的18%的根据本发明的薄片状效果颜料。涂覆借助于气动喷涂工艺进行,干层厚度在12至15μm范围内。在该色层热固化后,将无色透明涂层(MIPA CC4、MIPA SE)施加到色层上(干层厚度约为50μm)。使用BYK-maci测角分光光度计(BYK Gardner GmbH,DE)以SMC 5模式在已预先涂黑的测试板的部分表面上测量以这种方式获得的样品。出于比较目的,样品由相同的工艺生产,但具有不同的颜料质量浓度。
实施例1:
仅包含含碳黑色颜料的样品和仅包含薄片状效果颜料的样品在波长区域900±50nm和1550±20nm波长区域中的L15*值和IR反射值的比较。结果如表1所示。
表1:
结果表明,具有市售色素黑的涂层的层状复合材料可以稳定地实现低L*15值,但在波长区域900±50nm和1550±20nm中的光反射百分比非常弱。相比之下,根据本发明使用的薄片状效果颜料的单独使用(载体的平均几何厚度和含铁层的类型被指出)仍然确保满足“深色或黑色”要求的亮度值L*15,但在限定波长区域中会显著改进反射值。
实施例2:
研究了当含碳黑色颜料和薄片状效果颜料一起存在于涂层的单层中时,根据本发明使用的薄片状效果颜料对亮度值L*15和相应层状复合材料在限定波长区域中的反射行为的影响。结果如表2所示。
表2:
测量结果表明,随着涂层中薄片状效果颜料的重量比例增加,亮度L*15增强,但位于满足“深色或黑色”要求的必要值范围内。相比之下,与具有仅包含色素黑的涂层的层状复合材料相比,在某些情况下目标波长区域中的IR反射值可以显著增强。
实施例3:
研究了当涂层的层中仅存在两种彼此不同的薄片状效果颜料,但不含含碳黑色颜料时,各种薄片状效果颜料的配比对测量结果的影响。结果如表3所示。
表3:
结果表明,随着相对重量比例增大,具有载体颗粒的平均几何厚度在120至150nm范围内的根据本发明使用的薄片状效果颜料将层状复合材料的反射最大值移动到波长区域900±50nm中。
总的来说,可以看出,如果在层状复合材料的涂层的单层中使用等重量份的至少两种不同的薄片状效果颜料,任选地与低比例的含碳黑色颜料组合,则实现了对于本发明的目的而言的最佳结果。在这些条件下,与对比的层状复合材料相比,可以获得在目标波长区域中红外反射的高到非常高的增强,同时具有良好的L*15值。
Claims (18)
1.薄片状效果颜料用于增强由基材和基材上的涂层组成的深色或黑色层状复合材料的红外反射的用途,其中所述涂层除了含碳黑色颜料外还包含至少一种薄片状效果颜料,或作为含碳黑色颜料的替代物包含至少一种薄片状效果颜料,所述薄片状效果颜料在薄片状Al2O3或SiO2载体上具有至少一个含Fe3O4层或含FeTiO3层,其中所述层状复合材料的L*15值在1至60的范围内,并且所述层状复合材料的红外反射至少在850nm至1570nm的波长范围被增强,与由基材和涂层组成的、包含含碳黑色颜料、L*15值在所述范围内且不包含至少一种薄片状效果颜料的深色或黑色层状复合材料相比。
2.根据权利要求1的用途,其特征在于,所述深色或黑色层状复合材料不包含含碳黑色颜料。
3.根据权利要求1的用途,其特征在于,所述含碳黑色颜料存在于所述基材中,并且所述涂层不包含含碳黑色颜料。
4.根据权利要求1的用途,其特征在于,所述含碳黑色颜料和所述至少一种薄片状效果颜料一起存在于所述涂层的一层中。
5.根据权利要求1的用途,其特征在于,所述含碳黑色颜料和所述至少一种薄片状效果颜料各自存在于所述涂层的彼此分开的两层中。
6.根据权利要求1至5中一项或多项的用途,其特征在于,所述涂层中存在至少两种彼此不同且具有彼此不同的薄片状载体的薄片状效果颜料。
7.根据权利要求1至6中一项或多项的用途,其特征在于,所层状复合材料的红外反射针对性地在波长区域900±50nm中或在区域1550±20nm中被增强。
8.根据权利要求1至7中一项或多项的用途,其特征在于,使用具有薄片状Al2O3载体的薄片状效果颜料。
9.根据权利要求1至8中一项或多项的用途,其特征在于,所述基材是膜、板或模制品,各自由塑料、金属或复合材料制成,其中所述基材可任选地已被预处理或已预涂覆并且所述基材和/或预涂层任选地包含含碳黑色颜料。
10.由基材和基材上的涂层组成的具有增强的红外反射的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,所述涂层除了含碳黑色颜料之外还包含至少一种薄片状效果颜料,或作为含碳黑色颜料的替代物包含至少一种薄片状效果颜料,所述薄片状效果颜料在薄片状Al2O3或SiO2载体上具有至少一个含Fe3O4层或含FeTiO3层,其中所述深色或黑色层状复合材料的L*15值在1至60的范围内,并且其中至少在850nm至1570nm的波长范围内,所述深色或黑色层状复合材料的红外反射高于包含含碳黑色颜料、L*15值在所述范围内并且不包含至少一种薄片状效果颜料的对比的层状复合材料的红外反射。
11.根据权利要求10的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,至少在波长区域900±50nm或波长区域1550±20nm中的红外反射高于对比的涂层的红外反射。
12.根据权利要求10或11的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,所述涂层中存在至少两种彼此不同且具有彼此不同的薄片状载体的薄片状效果颜料。
13.根据权利要求10至12中一项或多项的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,所述涂层不包含含碳黑色颜料。
14.根据权利要求10至13中的一项或多项的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,所述涂层在单层中包含所述含碳黑色颜料和所述至少一种薄片状效果颜料,所述单层任选地是多层体系的一部分。
15.根据权利要求10至14中的一项或多项的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,所述涂层各自在多层体系的彼此分开的层中包含所述含碳黑色颜料和所述至少一种薄片状效果颜料。
16.根据权利要求10至15中的一项或多项的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,基于所述层的重量计,所述至少一种薄片状效果颜料以1至60重量%的比例存在于包含所述至少一种薄片状效果颜料的涂层的层中。
17.根据权利要求10至16中的一项或多项的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,它是机动车辆部件或交通控制装置。
18.根据权利要求17所述的深色或黑色层状复合材料,其特征在于,所述机动车辆部件为机动车辆的外部车身部件或组件,并且所述机动车辆具有驾驶辅助系统或被自动控制。
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