Es
besteht mithin ein Bedarf an IR-reflektierenden Pigmenten, vorzugsweise
Metallpigmenten, welche ein weißes
Aussehen haben und bei denen ein etwaiger Metalleffekt unterdrückt ist.
Eine weitere Aufgabe ist es, IR-reflektierende Pigmente, vorzugsweise
Metallpigmente, bereitzustellen, die bei Verwendung in einem Applikationsmedium,
wie beispielsweise einer Farbe oder einem Lack für das menschliche Auge nicht
merklich sichtbar sind und zu keiner wesentlichen Vergrauung des
Applikationsmediums führen.
Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein IR-reflektierendes Pigment
bereitzustellen, dass gegenüber
dem Einfluss von Wasser und Alkalien korrosionsstabil ist. Das Pigment
soll in Dispersionsfarben sowohl in einer Wandinnenfarbe als auch
in einer Fassadenfarbe verwendbar sein.
Ferner
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges
Verfahren zur Herstellung derartiger Pigmente bereitzustellen.
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein IR-Strahlung reflektierendes
Pigment, umfassend einen IR-reflektierenden Kern, wobei der IR-Strahlung reflektierende
Kern mit einer für IR-Strahlung
im wesentlichen durchlässigen
und im wesentlichen umhüllenden
Beschichtung versehen ist und wobei das IR-Strahlung reflektierende
Pigment im wesentlichen weiß ist.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Pigmentes sind in den Unteransprüchen 2 bis
23 angegeben.
Die
Aufgabe wird ferner gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung eines IR-Strahlung reflektierenden Pigments nach
einem der Ansprüche
1 bis 23, wobei auf einen IR-reflektierenden Kern eine für IR-Strahlung im
wesentlichen durchlässige
Beschichtung zusammen mit Weißpigmenten
und/oder mit sichtbares Licht streuenden partikelartigen Beschichtungsauswüchsen aufgebracht
wird.
Bevorzugte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Unteransprüchen
25 bis 27 angegeben.
Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch die Verwendung
des erfindungsgemäßen Pigmentes
in Farben, Lacken, Druckfarben, Sicherheitsdruckfarben und Kosmetika
gelöst.
Eine
bevorzugte Weiterbildung ist in Unteranspruch 29 angegeben.
Die
Aufgabe wird auch durch eine Beschichtungszusammensetzung gelöst, die
ein erfindungsgemäßes Pigment
gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 23 enthält.
Eine
bevorzugte Weiterbildung ist im Unteranspruch 31 angegeben.
Die
Aufgabe wird ferner durch einen Gegenstand gelöst, der mit einem erfindungsgemäßen Pigment gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 23 oder mit einer erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung gemäß einem
der Ansprüche
30 oder 31 beschichtet ist.
Der
Gegenstand kann bspw. ein beschichtetes Wand- oder Deckenmaterial,
ein beschichtetes Baumaterial, wie bspw. Fassadenmaterial, etc.
sein.
Die
Erfinder haben überraschend
festgestellt, dass es möglich
ist, ein Pigment bereitzustellen, dass einen IR-reflektierenden
Kern aufweist und dabei für
das menschliche Auge im wesentlichen weiß erscheint.
Dabei
war insbesondere überraschend,
dass ein IR-reflektierender Kern, beispielsweise ein Substrat mit
einer metallischen Oberfläche,
die die IR-Strahlung äußerst effektiv
reflektiert, so beschichtet werden kann, dass zum einen das IR-Reflexionsvermögen nicht
wesentlich beeinträchtigt
wird und dass zum anderen das Pigment für das menschliche Auge weitgehend
weiß und
nicht metallisch erscheint.
Das
erfindungsgemäße Pigment
kann mithin in weißen
Applikationsmedien, wie beispielsweise Farben, Lacken oder Kosmetika,
verwendet werden, ohne dass es dabei zu einer deutlich merklichen
Vergrauung oder zu einem metallischen Glanz oder zu einem starken
Glitzereffekt ("Sparkle") des Applikationsmedium kommt.
Somit
eignet sich das erfindungsgemäße Pigment
insbesondere zur Verwendung in weißen Dispersionsfarben, die üblicherweise
zum Streichen von Rauminnenwänden
verwendet werden. Selbstverständlich können solche
Dispersionsfarben, die die erfindungsgemäßen Pigmente enthalten, auch
in üblicher
Weise durch Zugabe von weiteren Farbmitteln getönt werden.
Zur
Herstellung des erfindungsgemäßen Pigmentes
wird ein IR-reflektierender Kern mit im optischen Wellenlängenbereich
deckenden und dabei weitgehend IR-transparenten pigmentartigen Partikel
im wesentlichen gleichmäßig beschichtet.
Unter einem Kern wird im Sinne der Erfindung ein partikuläres, vorzugsweise sphärisches
oder plättchenförmiges,
Substrat verstanden. Ganz besonders bevorzugt besitzt das Substrat eine
plättchenförmige Form,
da bei dieser geometrisch-morphologischen Form die größte IR-Reflexion
bei gleichzeitig geringstem Materialverbrauch, d.h. einer geringeren
Pigmentierungshöhe,
gegeben ist.
Die
im wesentlichen IR-transparenten Pigmentpartikel können auf
der Oberfläche
des IR-reflektierenden Kerns fixiert sein, indem diese beispielsweise
in und/oder auf einer optisch transparenten Matrix ein- und/oder
angelagert sind. Die Matrix umhüllt
dabei den Kern vorzugsweise gleichmäßig. Diese vorzugsweise umhüllende Matrix
schützt
den Kern ferner vor dem korrosiven Einfluss von Wasser oder Atmosphärilien.
Unter
einer im wesentlichen umhüllenden
Beschichtung wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass der IR-reflektierende
Kern so von der Beschichtung umhüllt
ist, dass der Kern bei einem Betrachter keinen wahrnehmbaren glänzenden
Sinneseindruck hervorruft. Des weiteren ist der Grad der Umhüllung so
weitgehend, dass bei einem korrosionsanfälligen metallischen IR-reflektierenden
Kern das Auftreten von Korrosion unterdrückt oder vermieden wird.
Durch
die gleichmäßige Beschichtung
des IR-reflektierenden Kerns mit im optischen Wellenlängenbereich
deckenden und dabei weitgehend IR-transparenten pigmentartigen Partikeln
erhält
das erfindungsgemäße Pigment
insgesamt ein weitgehend weißes
Aussehen. Der vom IR-reflektierenden Kern herrührende optische Effekt wird
dabei weitgehend unterdrückt.
Aufgrund der weitgehenden IR-Transparenz
der pigmentartigen Partikel wird das IR-Reflexionsvermögen des
Kerns überraschenderweise
nicht wesentlich oder nicht beeinträchtigt.
Im
Rahmen dieser Erfindung sind unter "optische Eigenschaften" oder "optischer Effekt" immer jene dem menschlichen
Auge sichtbaren Eigenschaften der IR-Strahlung reflektierenden Pigmente gemeint.
Diese Eigenschaften werden physikalisch im wesentlichen von den
optischen Eigenschaften im Wellenlängenbereich von ca. 400 bis
ca. 800 nm bestimmt.
Bei
einer bevorzugten Variante handelt es sich bei den weißen optisch
deckenden und IR-transparenten pigmentartigen Partikel um Weißpigmente
mit einer mittleren Primärkorngröße von vorzugsweise
180 bis 400 nm, bevorzugt von 250 bis 350 nm weiter bevorzugt von
270 bis 330 nm. Derartige Pigmente besitzen gemäß der Mie'schen-Theorie für elektromagnetische Wellenlängen im
optischen Bereich von 400 bis 800 nm den höchsten Streuquerschnitt. Sowohl
kleinere wie auch größere Weißpigmente
haben weit geringere Streueigenschaften. Am geringsten streuen beispielsweise
Nanopartikel mit einer Primärkorngröße unterhalb
von 30 bis 40 nm, die praktisch vollständig transparent sind. Dadurch,
dass die Partikel vorzugsweise eine Partikelgröße mit dem höchsten Streuquerschnitt
aufweisen, wird bewirkt, dass sie im wesentlichen weiß erscheinen
und das optische Licht die Oberfläche des IR-reflektierenden Kernes fast nicht erreichen.
Dadurch wird der optische Effekt des Kernes, beispielsweise der
Metalleffekt im wesentlichen unterdrückt und das gesamte Pigment
erscheint im wesentlichen weiß.
Die
Weißpigmente
können
beispielsweise aus der Gruppe, die aus Titandioxid, Zinkoxid, Magnesiumoxid,
Zinksulfid, Calciumfluorid, Lithiumfluorid, Natriumfluorid, Kaliumfluorid,
Calciumcarbonat, Lithopone, Magnesiumcarbonat, Bariumsulfat, Bariumtitanat,
Bariumferrit und deren Mischungen besteht, ausgewählt werden.
Das
Weißpigment
ist dabei im wesentlichen transparent, vorzugsweise transparent,
für IR-Strahlen.
In Abhängigkeit
von dem verwendeten Weißpigment
wird die Partikelgröße sowie
die auf dem IR-reflektierenden Kern aufgebrachte Menge an Weißpigment
eingestellt.
Bevorzugt
verwendet man TiO2 in der Rutil- oder Anatasmodifikation,
Bariumsulfat, Zinkoxid und/oder Zinksulfid, wobei TiO2 und
ZnO aufgrund ihrer universellen Verfügbarkeit in allen Größen besonders
bevorzugt sind. Als sehr geeignet hat sich TiO2 in
der Rutilform erwiesen.
Unter
einer für
IR-Strahlung im wesentlichen durchlässigen Beschichtung wird im
Sinne der Erfindung verstanden, dass nur ein geringfügiger Anteil
an IR-Strahlung von der Beschichtung und/oder den Weißpigmenten
absorbiert wird. Zusammen mit den IR-reflektierenden Eigenschaften
des Kernes führt
dies zu einem hohen IR-Reflexionsgrad.
Der IR-Reflexionsgrad ρ
IR in Abhängigkeit
von der Temperatur T lässt
sich aus dem spektralen Reflexionsgrad R(λ) durch Integration über alle
Wellenlängen
mit der Planck-Funktion i(T) als Gewichtungsfunktion berechnen:
Die
Planck-Funktion i(T) gibt an, wie viel ein schwarzer Körper bei
einer gegebenen Temperatur T abstrahlen würde. Der relevante Spektralbereich
für Raumtemperatur
entspricht in guter Näherung
dem Wellenlängenbereich
von 1,4 bis 35 μm.
Vorzugsweise
weisen erfindungsgemäße IR-Strahlung
reflektierende Pigmente im Wellenlängenbereich von 2,5 bis 25 μm und einer
gerechneten Temperatur von 300 K einen IR-Reflexionsgrad von mehr
als 50% auf. Weiter bevorzugt beträgt der IR-Reflexionsgrad wenigstens 60% und noch
weiter bevorzugt wenigstens 70%. Sehr bevorzugt beträgt der IR-Reflexionsgrad
wenigstens 80%, und äußerst bevorzugt
beträgt
er wenigstens 85%.
Das
spektrale IR-Reflexionsvermögen
der erfindungsgemäßen Pigmente
kann durch eine diffuse Reflexionsmessung in einer KBr-Schüttung folgendermaßen bestimmt
werden. Zunächst
wird KBr-Pulver in einem Mörser
zerkleinert. Anschließend
wird das KBr-Pulver bis zu einer Konzentration von 1,5 Gew.-% mit
Pigment versetzt und homogen miteinander vermengt. Eine tablettenförmige Probenkammer
(Durchmesser: ca. 0,8 cm, Tiefe: ca. 2,2 mm) wird mit dem Pigment-KBr-Gemenge
aufgefüllt
und angedrückt.
Anschließend
vermisst man in einem Wellenlängenbereich
von 2,5 bis 25 μm
die diffuse Reflexion. Hierzu verwendet man als Meßeinheit
Selector (Fa. Specac). Dieses Gerät misst die diffuse IR-Reflexion
in einer Viertelkugelgeometrie. Als IR-Gerät wird ein Avatac 360 Spektrometer
der Fa. Thermo verwendet, der Detektor ist ein DTGS-Detektor. Es
wird stets als Backgroundspektrum ein reines KBr-Pulver vermessen
und das Spektrum des pigmentierten KBr hiergegen abgeglichen. Der
Vorgang wurde dreimal wiederholt und der Mittelwert der Messungen
genommen.
Aus
dem erhaltenen IR-Reflexionsspektrum lässt sich der IR-Reflexionsgrad ρIR nach
Formel (1) berechnen, wobei bei der Planck-Funktion eine Temperatur
von 300 K einzusetzen ist.
Um
die Absorption der im wesentlichen durchlässigen und im wesentlichen
umhüllenden
Beschichtung näher
zu charakterisieren, kann der oben beschriebene IR-Reflexionsgrad
eines erfindungsgemäßen beschichteten
Pigmentes ins prozentuale Verhältnis
gesetzt werden zu dem IR-Reflexionsgrad des unbeschichteten IR-reflektierenden
Kernes (Konzentration 1,5 Gew.-%). Dieses Verhältnis wird im Rahmen dieser
Erfindung als "IR-Reflexionsgrad
Beschichtung" bezeichnet.
Das
Verhältnis
liegt bevorzugt über
65%, besonders bevorzugt über
70% und besonders bevorzugt über
80%. Weiter bevorzugt liegt dieses Verhältnis über 85% und weiterhin bevorzugt über 90%.
Als Obergrenze liegt das Verhältnis
bei 99%.
Unter
einer im wesentlichen oder weitgehend transparenten umhüllenden
Beschichtung werden solche Beschichtungen verstanden, bei denen
das erfindungsgemäße IR-Strahlung
reflektierende Pigment die oben genannten Eigenschaften hinsichtlich
seines IR-Reflexionsgrades aufweist. Die im wesentlichen oder weitgehend
transparente umhüllende
Beschichtung weist dabei vorzugsweise die das weiße Erscheinungsbild verbessernden
oder hervorrufenden Weißpigmente
auf.
Die
verwendeten Weißpigmente
können
auch oberflächenbehandelt
sein und z.B. mit Metalloxiden beschichtet sein. Insbesondere können TiO2-Pigmente Beschichtungen mit beispielsweise
SiO2, Al2O3 und/oder Mangan- und/oder Ceroxiden aufweisen,
um die Photoaktivität
der TiO2-Pigmente zu unterdrücken. Vorteilhafterweise
wird jedoch die Photoaktivität
der TiO2-Pigmente durch die umhüllende Matrix
selbst, mit der die TiO2-Pigmente auf der
Oberfläche
des IR-reflektierenden
Kernes fixiert werden, unterdrückt.
Die
Menge des verwendeten Weißpigmentes
hängt ab
von der Art und Größe des Pigmentes
und vor allem von der spezifischen Oberfläche des IR-reflektierenden
Kerns. Unter der spezifischen Oberfläche des IR-reflektierenden
Kerns wird die Oberfläche
des IR-reflektierenden Kerns pro Gewicht verstanden. Die spezifische
Oberfläche
des IR-reflektierenden Kerns wird mit der bekannten BET-Methode
ermittelt.
Um
einen genügend
hohen Weißgrad
der erfindungsgemäßen IR-reflektierenden
Pigmente zu gewährleisten,
weisen diese vorzugsweise Weißpigmente
in einer Menge von 20 bis 80 Gew.-%, bevorzugt von 35 bis 70 Gew.-%
und besonders bevorzugt von 40 bis 60 Gew.-%, jeweils bezogen auf
das Gewicht des gesamten IR-reflektierenden
Pigmentes, auf. Hierbei wird vorzugsweise eine Menge von etwa 20
Gew.-% bei IR-reflektierenden Kernen mit niedrigen spezifischen
Oberflächen
und eine Menge von etwa 80 Gew.-% bei IR-reflektierenden Kernen
mit hohen spezifischen Oberflächen
verwendet.
Bei
Mengen von unter 20 Gew.-% an Weißpigmenten kann der Weißgrad der
IR-reflektierenden
Pigmente zu gering sein. Bei Mengen von mehr als 80 Gew.-% kann
es zu einer zu geringen IR-Reflexion kommen, da der Anteil des IR-reflektierenden
Kerns, bezogen auf das gesamte Pigment, zu gering sein kann. Um mit
letzteren Pigmenten eine gute IR-Reflexion in beispielsweise einer
Dispersionsfarbe zu erhalten, muss die Dispersionsfarbe entsprechend
hoch pigmentiert werden. Eine hohe Pigmentierung d.h. ein hoher
Gehalt von erfindungsgemäßem Pigment
in dem Applikationsmedium, führt
einerseits zu hohen Herstellungskosten. Andererseits kann es auch
zu Überpigmentierungen
und damit zu schlechten anwendungstechnischen Eigenschaften dieser
Dispersionsfarben kommen.
Als
IR-reflektierender Kern werden vorzugsweise Metallpulver und/oder
plättchenförmige Metallpigmente
und/oder geeignete Perlglanzpigmente verwendet. Besonders bevorzugt
sind hierbei plättchenförmige Metallpigmente,
da sie aufgrund ihrer Formgebung und ihren optischen Eigenschaften
bei vorzugsweise planparalleler Orientierung im Applikationsmedium
die höchste
IR-Reflexion aufweisen. Die Metallpigmente sind sowohl für das optische
Licht als auch für
IR-Strahlung opak.
Auch auf nicht ebenen Untergründen,
wie beispielsweise Raufasertapeten, bewirken plättchenförmige Metallpigmente die effektivste
gerichtete und/oder diffuse Reflexion einfallender IR-Strahlung.
Als
plättchenförmige Metallpigmente
oder Metallpulver werden bevorzugt Aluminium, Kupfer, Zink, Titan,
Eisen, Silber und/oder Legierungen dieser Metalle genommen. Besonders
bevorzugt sind Aluminium und Legierungen des Aluminiums aufgrund
von deren äußerst hohen
IR-Reflexion und der leichten Verfügbarkeit dieser Metallpigmente.
Die plättchenförmigen Metallpigmente
werden erfindungsgemäß auch als
Metalleffektpigmente bezeichnet.
Die
Dimensionen der Länge
und Breite der plättchenförmigen Pigmente,
bevorzugt Metallpigmente oder Metalleffektpigmente, liegen vorzugsweise
zwischen 3 und 200 μm,
bevorzugt zwischen 12 und 90 μm, weiter
bevorzugt zwischen 20 und 75 μm
und besonders bevorzugt zwischen 40 und 70 μm.
Die
mittlere Dicke der plättchenförmigen Pigmente,
bevorzugt Metallpigmente oder Metalleffektpigmente, liegt vorzugsweise
zwischen 0,04 und 4 μm,
bevorzugt zwischen 0,1 und 3 μm
und besonders bevorzugt zwischen 0,3 und 2 μm.
Die
plättchenförmigen Pigmente,
vorzugsweise Metalleffektpigmente, weisen vorzugsweise spezifische
Oberflächen
von ca. 0,2 bis ca. 15 m2/g auf. Metallpigmente
oder Metalleffektpigmente mit einer Länge bzw. Breite unter 3 μm haben eine
zu hohe Streuung im optischen Bereich und erscheinen daher auch
nach Einfärbung
mit einem Weißpigment
zu grau. Zudem wird von Pigmenten dieser Größe die IR-Strahlung nicht mehr
optimal reflektiert, da die Pigmente hier bereits kleiner als die
Wellenlänge
des zu reflektierenden IR-Lichtes sind. Außerdem lassen sich diese Metallpigmente
oder Metalleffektpigmente aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche nicht
mehr vollständig
mit Weißpigmenten
belegen oder die Weißpigmente
entsprechend in eine Beschichtung einbinden. Oberhalb einer Länge bzw.
einer Breite von 200 μm
ist die durch die Pigmente erreichte Deckung hinsichtlich des IR-reflektierenden
Metallanteils und damit die IR-Reflexion, beispielsweise in einer
aufgetragenen Wandfarbe oder einem Lack, zu gering. Außerdem kann
man Pigmente mit Größen von mehr
als 200 μm
trotz ihres weißen
Aussehens schon mit dem Auge als Partikel wahrnehmen, was unerwünscht ist.
Darüber
hinaus kann es bei einer Pigmentgröße von mehr als 200 μm leicht
zu Agglomeraten und damit zur Stippenbildung kommen.
Die
plättchenförmigen Metallpigmente
können
in einer bereits passivierten Form vorliegen. Beispiele hierfür sind mit
SiO2 beschichtete Aluminiumpigmente (Hydrolan®,
PCX oder PCS®,
Fa. Eckart) oder chromatierte Aluminiumpigmente (Hydrolux®,
Fa. Eckart). Bei Verwendung derart vorstabilisierter Substrate sind
maximale Stabilitäten
hinsichtlich der Gasungsstabilität
in einer wässrigen
Farbe, insbesondere Dispersionsfarbe wie eventuell auch der Korrosionsstabilitäten im Außenbereich
gegeben.
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
besitzen die plättchenförmigen Pigmente,
bevorzugt Metallpigmente, Längsdimensionen
von 5 bis 12 μm.
Derartige Pigmente werden vorwiegend als weiße, deckende Pigmente eingesetzt.
Hier verwendet man relativ kleine Metallpigmente als Kern, um eine
gute Deckung zu erzielen.
Bei
einem weiteren bevorzugten Fall von plättchenförmigen Metallpigmenten und
insbesondere von Aluminiumpigmenten als IR-reflektierender Kern
werden pro 1 m2 Oberfläche des IR-reflektierenden
Metallkerns vorzugsweise 0,3 bis 10 g, bevorzugt 0,5 bis 7 g, weiter
besonders bevorzugt 1 bis 3 g und besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5
g des Weißpigmentes
auf das vorzugsweise plättchenförmige Metallpigment
aufgebracht.
Unterhalb
von 0,3 g/m2 Substratoberfläche kann
die Belegung des vorzugsweise plättchenförmigen Metallpigmentes
mit dem Weißpigment
zu gering sein, um einen befriedigenden Weißeffekt zu geben. Oberhalb
von 10 g/m2 ist der Weißeffekt praktisch gesättigt und
der Anteil des IR-reflektierenden Kerns am Gesamtpigment kann zu
gering sein, so dass ein solches erfindungsgemäßes Pigment gegebenenfalls
kein ausreichendes IR-Reflexionsvermögen mehr aufweist.
Weiterhin
können
als IR-reflektierende Kerne Metallpulver verwendet werden. Geeignete
Pulver haben bevorzugt eine annährend
kugelförmige
Gestalt mit einem mittleren Durchmesser von vorzugsweise 8 bis 1.000 μm, bevorzugt
10 bis 500 μm
und besonders bevorzugt 20 bis 300 μm. Als IR-reflektierender Kern
können
aber auch irregulär
geformte Metallpartikel verwendet werden.
Als
IR-reflektierende Kerne können
auch Perlglanzpigmente verwendet werden. Diese Perlglanzpigmente
weisen vorzugsweise einen niedrig brechenden Kern wie Glimmer-,
Glas-, SiO2- oder Al2O3-Plättchen auf,
welche mit hochbrechenden Oxiden wie TiO2 und/oder
Fe2O3 beschichtet
sind. Beispiele für
mit TiO2 und/oder Fe2O3 beschichtete SiO2-Plättchen sind
unter dem Namen Colorstream® und Beispiele entsprechender
Al2O3-Plättchen unter
dem Namen Xirallic® bekannt und werden beide
von der Fa. Merck, Darmstadt, Deutschland hergestellt. Bei geeigneten
optischen Dicken der hochbrechenden Schicht findet aufgrund der
Interferenzbedingungen eine weitgehende Reflexion der IR-Strahlung
statt. Die geeigneten optischen Dicken werden in Abhängigkeit
der Brechungsindizes des hochbrechenden Oxides eingestellt.
Die
erfindungsgemäßen Pigmente
besitzen vorzugsweise im IR-Bereich von 4 bis 25 μm, bevorzugt von
5 bis 15 μm
und weiter bevorzugt von 8 bis 12 μm eine hohe Reflexion. Es hat
sich gezeigt, dass ein optimales Wohlfühlklima im Rauminneren erzeugt
wird, wenn in den vorgenannten Bereichen hohe Reflexionen, vorzugsweise
gar Reflexionsmaxima vorliegen, da dann die erfindungsgemäßen Pigmente
die IR-Strahlung des
Menschen optimal reflektieren. Somit eignen sich die erfindungsgemäßen Pigmente
insbesondere zur Verwendung für
Wandfarben, die in Innenräumen
aufgebracht werden.
Darüber hinaus
müssen äußerst vorteilhaft
Räume,
deren Innenwände
mit den erfindungsgemäßen Pigmenten
versehen sind, im Winter aufgrund des IR-Reflexionsvermögens der erfindungsgemäßen Pigmente weniger
stark beheizt werden. Somit ermöglichen
es die erfindungsgemäßen Pigmente,
Energie zu sparen, was insbesondere im Hinblick auf die knapper
werdenden Energieressourcen und die stetig steigenden Energiekosten
einen großen
Fortschritt sowohl in ökologischer
als auch in ökonomischer
Hinsicht bedeutet.
Beispiele
für als
IR-reflektierende Kerne verwendbare Perlglanzpigmente sind die von
der Firma Merck, Darmstadt, Deutschland, hergestellten und unter
den Marken Solarflair® oder Minatec® vertriebenen
Perlglanzpigmente.
Bei
Verwendung von plättchenförmigen Kernen
als IR-reflektierende Komponente in den erfindungsgemäßen Pigmenten
wird eine optimierte IR-Reflexion im Verhältnis zur eingesetzten Menge
des IR-reflektierenden Materials bewirkt. Bei plättchenförmigen Kernen sind zum einen
die Deckungseigenschaften von Pigmenten, bevorzugt von Metallpigmenten,
gegenüber
beispielsweise kugelförmigen
Pigmenten wie beispielsweise Metallgriess sehr viel besser. Zum
anderen ist bei plättchenförmigen Pigmenten,
bevorzugt Metallpigmenten, im Vergleich zu sphärischen Pigmenten das Reflexionsvermögen aufgrund
der größeren Reflexionsfläche größer.
Es
werden bevorzugt Effektpigmente als IR-reflektierende Kerne, beispielsweise
Metalleffektpigmente oder Perlglanzpigmente, verwendet, da diese
aufgrund ihrer Plättchenform
im Hinblick auf Deckung und Reflexionsvermögen bei der vorliegenden Erfindung
besonders geeignet sind.
Effektpigmente
weisen üblicherweise
ein vom Einfalls- und/oder Betrachtungswinkel abhängiges optisches
Erscheinungsbild auf. Die optischen Effekte können Helligkeitsänderungen
bei Metallpigmenten, die auch als „Flop" bezeichnet werden, und bei Perlglanzeffektpigmenten
Farbänderungen,
die auch als „Farbflops" bezeichnet werden,
umfassen.
Typisch
für Applikationsmedien,
wie Farben oder Lacke, die Effektpigmente enthalten, sind deren
hohen Glanzwerte. Metallpulver hingegen bewirken in Applikationsmedien
wie Farben oder Lacken optisch immer eine starke Vergrauung, was
mit niedrigen Helligkeiten einhergeht.
Diese üblicherweise
bei Verwendung von Effektpigmenten, beispielsweise Perlglanz- oder Metalleffektpigmenten,
oder Metallpulver auftretenden optischen Effekte sind bei den erfindungemäßen Pigmenten weitgehend
unterdrückt.
Die erfindungsgemäßen Pigmente
weisen für
das menschliche Auge ein weitgehend weißes Aussehen auf.
Es
hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung von Perlglanzpigmenten
als IR-reflektierender
Kern der gewünschte
Weißgrad
im Vergleich zu Metalleffektpigmenten relativ leicht zu erreichen
ist. Die IR-Reflexion ist jedoch bei Metalleffektpigmenten weitaus
höher.
Daher sind Metalleffektpigmente als IR-reflektierender Kern bei den erfindungsgemäßen Pigmenten
bevorzugt, auch wenn eine größere Menge
an IR-transparenten Weißpigmenten
auf die Metallpigmente aufzubringen ist. Plättchenförmige Aluminiumpigmente sind
dabei besonders bevorzugt.
Ein
erfindungsgemäßes, weitgehend
weißes
IR-reflektierendes Pigment, welches keinen für das menschliche Auge merklichen
Metalleffekt oder einen von der Farbe weiß verschiedenen Farbeffekt
aufweist, erfüllt
vorzugsweise folgende Kriterien:
Die Parameter Glanz, Chroma
C*, Flopindex und die Helligkeit L*, jeweils gemessen bei einem
konstanten Einfallswinkel von 45°,
liegen bei dem erfindungsgemäßen Pigment,
bevorzugt Metalleffektpigment, vorzugsweise innerhalb bestimmter
Wertebereiche. Auch der bei Effektpigmenten häufig auftretende Glitzereffekt
wird weitgehend unterdrückt.
Dieser Glitzereffekt ist allerdings farbmetrisch nicht messbar und
daher nur visuell zu beurteilen.
Um
diese Parameter vergleichsweise ermitteln zu können, wird folgendermaßen vorgegangen:
zum einen werden die erfindungsgemäßen Pigmente in einen handelsüblichen
Nitrolack, beispielsweise den Dr. Renger Erco Bronzemischlack 2615e;
Fa. Morton, eingearbeitet. Dem Lack werden keine Mattierungsmittel zugesetzt,
da diese die zu bestimmenden Parameter, insbesondere Glanz und Chroma,
beeinflussen würden. Als
Pigmentierungshöhe
werden 10 Gew.-% gewählt,
und der Pigment-haltige Lack wird auf einem schwarzen Untergrund
aufgerakelt. Die Rakeltiefe beträgt
50 μm und
bei sehr groben Pigmenten 100 μm.
Von
diesen Rakelabzügen
werden das Chroma, Helligkeitswerte und der Flopwert im Rahmen des CieLab-Farbsystems
ermittelt. Man misst mit einem Mehrwinkelfarbmessgerät, beispielsweise
M 682 der Firma X-Rite, gemäß Herstellerangaben
bei einem konstanten Einfallswinkel von 45° bei verschiedenen Beobachtungswinkeln
relativ zum Glanzwinkel und bestimmt die L*- und C*-Werte. Insbesondere
sind die Beobachtungswinkel bei 15°, 25°, 45° und 110° relevant.
Bei
der Bewertung der Farbsättigung,
dem so genannten Chroma, ist der Wert C*25° heranzuziehen.
Der
C*25°-Wert
der Rakelabzüge
der erfindungsgemäßen Pigmente
liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,0 bis 1,5, bevorzugt von
0,1 bis 1,0. Derartige Werte erreichen nur praktisch farblose Pigmente.
Da
im Prinzip auch bestimmte unbunte Metallpigmente sowie silberne
Perlglanzpigmente derartige C*25°-Werte
erreichen können,
werden vorzugsweise weitere Maßzahlen
zu Charakterisierung der erfindungsgemäßen Pigmente herangezogen.
Zur
Beurteilung der Helligkeit L* wird hier der Wert bei 45° herangezogen.
Effektpigmente werden hinsichtlich ihrer Helligkeit häufig durch
Werte nahe dem Glanzwinkel, d.h. bei 15° oder 20° charakterisiert. Die erfindungsgemäßen Pigmente
zeigen eine weitgehend winkelunabhängige Helligkeit, d.h. weisen
keinen signifikanten Helligkeitsflop auf. Eine bessere Differenzierung
gegenüber
reinen Metallpigmenten oder Metallpulver gelingt daher bei mittleren
Werten.
Die
L*45°-Werte
der erfindungsgemäßen Pigmente
liegen vorzugsweise bei 50 bis 90 Einheiten, bevorzugt bei 55 bis
80 Einheiten und besonders bevorzugt bei 60 bis 75 Einheiten.
Der
Helligkeitsflop ist dabei von DuPont nach folgender Formel festgelegt
(A.B.J. Rodriguez, JOCCA, (1992(4)) S. 150-153):
Der
Flopindex gibt den charakteristischen Helligkeitsflop insbesondere
von Metalleffektpigmenten wieder und gilt weniger bei Perlglanzpigmenten
oder Metallpulver.
Die
erfindungsgemäßen Pigmente
besitzen einen Helligkeitsflop von 0 bis 3, bevorzugt von 0,1 bis
2 und besonders bevorzugt von 0, 15 bis 1,0.
Diese äußerst geringen
Werte zeigen, dass beispielsweise bei Metalleffektpigmenten der
sonst so typische Helligkeitsflop mit einem Flopindex in einem Bereich
von ca. 4 bis 25 bei den erfindungsgemäßen Pigmenten vollständig oder
weitgehend unterdrückt
ist.
Ein
Charakteristikum insbesondere von Effektpigmenten ist der hohe Glanz
der Farb- oder Lackbeschichtung,
die die Effektpigmente enthalten Da die erfindungsgemäßen Pigmente
diese charakteristischen optischen Glanzeigenschaften der Effektpigmente
nicht mehr zeigen, besitzen die Nitrolackabzüge sehr geringe Glanzwerte.
Als
Kriterium wird hier der Glanz bei 60°, der mit einem Trigloss-Gerät der Fa.
Byk-Gardner, Deutschland
gemäß Herstellerangaben
gemessen wurde, herangezogen. Die erfindungsgemäßen Pigmente besitzen einen
Glanz von 1 bis 25, bevorzugt von 2 bis 20 Einheiten. Üblicherweise
liegt der Glanz bei Effektpigmenten in einem Bereich von ca. 40
bis 160.
Ein
weiteres Kriterium für
das weitgehend weiße
Erscheinungsbild des erfindungsgemäßen Pigmentes läßt sich
anhand von dessen Erscheinungsbild in einer kommerziell erhältlichen
weißen
Dispersionsfarbe ermitteln. Hierbei wird ein Vergleich zwischen
den erfindungsgemäßen Pigmenten
und den unbeschichteten und/oder ohne Weißpigment beschichteten IR-reflektierenden
Pigmenten vorgenommen. Man mißt
man die Helligkeit entsprechend pigmentierter Dispersionsfarben
in diffuser Reflexion. Die Pigmentierungshöhe des IR-reflektierten Kernes
beträgt
hierbei 10 Gew.-% bezogen auf die gesamte Dispersionsfarbe. Anschließend wird
die Differenz der entsprechenden Helligkeiten gebildet: ΔL*
diffUS = L*diffus,Weißpigment – L*diffus,ohneWeißpigment.
Diese
Differenz soll bevorzugt größer als
1,5 Einheiten, bevorzugt größer als
3 Einheiten und besonders bevorzugt größer als 7 Einheiten sein.
Die
für IR-Strahlung
im wesentlichen durchlässige
Beschichtung, welche sowohl den Kern als auch die Weißpigmente
weitgehend umhüllt,
stellt eine optisch weitgehend farblose Matrix dar. Sie umfasst
oder besteht vorzugsweise aus Metalloxiden und/oder organischen
Polymeren. Die Weißpigmente
können
auch auf der umhüllenden
Beschichtung oder Matrix aufgebracht sein. Die Matrix ist vorzugsweise
weitgehend farblos, um den durch die auf- oder eingebrachten Weißpigmente
erzeugten Weißeffekt
nicht zu beeinträchtigen.
Unter
weitgehend farblos wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Metalloxide
und/oder organischen Polymere keine wesentliche Eigenfärbung aufweisen,
die nicht von dem durch die Weißpigmente
erzeugten Weißeffekt überdeckt
werden kann.
Wenn
der Kern aus einem Metallpigment besteht, so ist das weitgehend
farblose Matrixmaterial bevorzugt ein Metalloxid, da auf diese Weise
der Kern sehr gut vor Korrosion geschützt werden kann. Das für das Matrixmaterial
zu verwendende Metalloxid sowie die Menge desselben werden insbesondere
unter dem Gesichtspunkt ausgewählt,
dass das erfindungsgemäße Pigment
möglichst
wenig IR-Strahlung
absorbiert. Jegliche IR-Absorption der erfindungsgemäßen Pigmente
führt zu
einer verminderten IR-Reflexion und schwächt damit die gewünschte Wirkung
der erfindungsgemäßen Pigmente.
Beispiele
für sehr
geeignete Metalloxide sind Titandioxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid/-hydroxid, Boroxid/-hydroxid,
Zirkonoxid oder deren Mischungen. Besonders bevorzugt ist Siliciumdioxid.
Als
organische Polymere werden bevorzugt diejenigen verwendet, die auch
als Bindemittel in Lacken, Dispersionsfarben oder Druckfarben eingesetzt
werden. Beispiele hierfür
sind Polyurethane, Polyester, Polyacrylate und/oder Polymethacrylate.
Es hat sich gezeigt, dass sich die erfindungsgemäßen Effektpigmente sehr gut
in Bindemittel einarbeiten lassen, wenn die organische Beschichtung
und das Bindemittel sehr ähnlich zueinander
oder identisch sind.
Die
optisch weitgehend farblose Matrix ist vorzugsweise in einem Anteil
von 4 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Pigments
vorhanden. Bevorzugt beträgt
der Anteil 5 bis 20 Gew.-% und besonders bevorzugt 6 bis 15 Gew.-%. Überraschenderweise
können
bei derart geringen Mengen an Matrixmaterial sowohl die Weißpigmente
fest und gleichmäßig auf
der Oberfläche
der Kerne verankert als auch bei metallischen Kernen eine Korrosionsstabilität dieser
Kerne erreicht werden. Bei einem Anteil unter 4 Gew.-% kann es sein,
dass die Pigmente nicht fest genug auf der Oberfläche des
IR-reflektierenden Kerns verankert sind. Zudem kann es sein, dass
bei metallischen Kernen die erforderliche Korrosionsstabilität, die eine
möglichst vollständige Umhüllung der
Kerne mit der Matrix erfordert, bei diesen geringen Mengen nicht
ausreichend gegeben ist. Bei Mengen über 40-Gew-% kann es sein,
dass sowohl die IR-Reflexion als auch der Weißgrad der Pigmente zu niedrig
ist. Ferner kann es sein, dass die IR-Absorption durch das Matrixmaterial
in ungünstiger Weise
zunimmt.
Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
bestehen der IR-reflektierende Kern aus Aluminium und die optisch
weitgehend farblose Matrix aus SiO2. Ferner
ist bevorzugt, dass das Weißpigment
TiO2 und/oder ZnO ist, welche vorzugsweise
eine mittlere Primärkorngröße von 250
bis 320 nm aufweisen.
Aluminium
besitzt die höchste
IR-Reflexion und ist kommerziell sehr gut verfügbar. SiO2 eignet
sich hervorragend zur Korrosionsstabilisierung des Aluminiums, und
TiO2 ist aufgrund seines hohen Brechungsindexes
ein sehr gutes Weißpigment
und ebenfalls kommerziell sehr gut verfügbar. Ferner hat sich überraschend gezeigt,
dass TiO2-Partikel oder ZnO-Partikel, insbesondere
mit einer Primärkorngröße im Bereich
von 250 bis 320 nm, die IR-Strahlung kaum absorbieren und mithin
bei der vorliegenden Erfindung besonders gut geeignet sind.
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weisen die erfindungsgemäßen Pigmente
eine organische Oberflächenmodifizierung
auf. Die erfindungsgemäßen Pigmente
sind vorzugsweise mit leafing-fördernden
Agenzien modifiziert. Die leafing-fördernden
Agenzien bewirken ein Aufschwimmen der erfindungsgemäßen Pigmente
an der Oberfläche
des Applikationsmediums, bspw. einer Farbe, bevorzugt einer Dispersionsfarbe,
eines Lackes oder eines Kosmetikums. Dadurch, dass sich die erfindungsgemäßen Pigmente
an der Oberfläche
des Applikationsmediums anordnen, wird das IR-Reflexionsvermögen im applizierten
Zustand verbessert, da die IR-Strahlung bereits an der Oberfläche des
Applikationsmediums reflektiert wird und nicht erst in das Applikationsmedium
eindringen muss, wodurch es zu Absorptionsverlusten kommen kann.
Vorzugsweise
werden die erfindungsgemäßen Pigmente
mit langkettigen gesättigten
Fettsäuren
wie beispielsweise Stearinsäure,
oder Palmitinsäure
oder langkettigen Alkylsilanen mit 8 bis 30 C-Atomen, vorzugsweise
12 bis 24 C-Atomen oder mit langkettigen Phosphorsäuren oder
Phosphonsäuren
oder deren Ester und/oder langkettigen Aminen oberflächenmodifiziert.
Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung
bestehen die pigmentartigen Partikel nicht aus individuellen, kommerziell
erhältlichen
Weißpigmenten,
sondern aus partikelartigen Auswüchsen
eines Beschichtungsmaterials mit einem Brechungsindex > 2,0. Die Beschichtung
kann hierbei zunächst
aus einer glatten Schicht dieses hochbrechenden Materials bestehen,
welche dann von seiner Morphologie auf der dem IR-reflektierenden
Kern abgewandten Seite der Beschichtung jedoch zunehmend eine partikuläre Form
annimmt. Derartige Formen können
sich beispielsweise in einer Art "Blumenkohlstruktur" darstellen, wenn man die Pigmente mittels
rasterelektronischen Methoden untersucht. Bevorzugt sind hierbei
Schichten und partikelartige Beschichtungsauswüchse aus TiO2.
Die
erfindungsgemäßen Pigmente
können
hergestellt werden, indem auf einen IR-reflektierenden Kern eine für IR-Strahlung
im wesentlichen durchlässige
Beschichtung zusammen mit Weißpigmenten und/oder
sichtbares Licht streuende partikelartige Beschichtungsauswüchse aufgebracht
wird.
Die
Beschichtung umhüllt
dabei vorzugsweise den IR-reflektierenden Kern im wesentlichen vollständig, weiter
bevorzugt vollständig.
Die für
IR-Strahlung im wesentlichen durchlässigen Weißpigmente und/oder sichtbares
Licht streuende partikelartige Beschichtungsauswüchse werden dabei in und/oder
auf der Beschichtung aufgebracht.
Zur
Vermeidung von Wiederholungen wird in Bezug auf das gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte erfindungsgemäße Pigment
auf die obigen Erläuterungen
verwiesen, die entsprechend für
das erfindungsgemäße Verfahren
gelten.
Bei
einer bevorzugten Verfahrensvariante werden die für IR-Strahlung
im wesentlichen durchlässigen Weißpigmente
zusammen mit Metalloxid unter Verwendung naßchemischer Sol-Gel-Verfahren
um den Kern umhüllend
aufgefällt,
so dass die Weißpigmente
in der Metalloxidschicht im wesentlichen eingebettet sind.
Ein
bevorzugte Verfahrensvariante umfaßt die folgenden Schritte:
- a) Dispergieren des plättchenförmigen IR-reflektierenden Pigmentkerns
in einem Lösemittel,
vorzugsweise in einem organischen Lösemittel,
- b) Zugabe von Wasser, einer Metallalkoxyverbindung und ggfs.
Katalysator, wobei optional erwärmt
wird, um die Reaktion zu beschleunigen,
- c) Zugabe des IR-transparenten Weißpigmentes, vorzugsweise als
Dispersion in einem Lösemittel,
bevorzugt in organischem Lösemittel.
Nach
Reaktionsende kann das erfindungsgemäße Pigment, d.h. der mit Weißpigmenten
und Metalloxid beschichtete plättchenförmige IR-reflektierende
Kern, von nicht umgesetzten Edukten und vom Lösemittel abgetrennt werden.
Danach kann eine Trocknung sowie optional eine Größenklassierung
erfolgen.
Als
Metallalkoxyverbindung werden bevorzugt Tetraalkoxysilane wie Tetramethoxysilan
oder Tetraethoxysilan verwendet, um eine SiO2-Schicht
mit vorzugsweise darin eingebetteten Weißpigmenten auf und vorzugsweise
den Kern umhüllend
zu fällen.
Als
organische Lösemittel
werden bevorzugt wassermischbare Lösemittel verwendet. Besonders
bevorzugt verwendet man Alkohole wie z.B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol,
n-Butanol, i-Butanol oder t-Butanol.
Die
Menge an Wasser sollte bevorzugt zwischen dem 1,5-fachen und 30-fachen
der für
die Sol-Gel-Reaktion stöchiometrisch
benötigten
Menge liegen. Bevorzugt liegt die Menge an Wasser zwischen dem 2-fachen
und 10-fachen der stöchiometrisch
benötigten
Menge.
Unterhalb
der 1,5-fachen stöchiometrisch
benötigten
Menge ist die Reaktionsgeschwindigkeit des Sol-Gel-Prozesses zu
langsam und oberhalb der 30-fachen
stöchiometrisch
benötigten
Menge kann die Schichtbildung nicht gleichmäßig genug sein.
Die
Reaktionstemperatur während
der Sol-Gel-Reaktion liegt vorzugsweise zwischen 40°C und der Siedetemperatur
des verwendeten Lösemittels.
Als
Katalysatoren können
bei der Sol-Gel-Reaktion schwache Säuren oder Basen verwendet werden.
Als
Säuren
werden bevorzugt organische Säuren
wie beispielsweise Essigsäure,
Oxalsäure,
Ameisensäure,
etc. verwendet.
Als
Basen werden bevorzugt Amine verwendet. Beispiele hierfür sind:
Ammoniak, Hydrazin, Methylamin, Ethylamin, Triethanolamin, Dimethylamin,
Diethylamin, Methylethylamin, Trimethylamin, Triethylamin, Ethylendiamin,
Trimethylendiamin, Tetramethylendiamin, 1-Propylamin, 2-Propylamin,
1-Butylamin, 2-Butylamin, 1-Propylmethylamin,
2-Propylmethylamin, 1-Butylmethylamin, 2-Butylmethylamin, 1-Propylethylamin, 2-Propylethylamin,
1-Butylethylamin, 2-Butylethylamin, Piperazin und/oder Pyridin.
Die
Weißpigmente
können,
bevorzugt vor der Zugabe zur Beschichtungssuspension, mechanisch
zerkleinert werden, um möglichst
viele Primärpartikel
vorliegen zu haben. Dies kann in üblicherweise in einem organischen
Lösemittel,
ggfs unter Zugabe geeigneter Dispergieradditive und/oder Bindemittel
geschehen. Die Zerkleinerung kann in den üblichen Aggregaten erfolgen,
wie beispielsweise Dreiwalzenstuhl, Co-Ball-Mill, Zahnraddispergiermühle etc..
Bei
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die erfindungsgemäßen Pigmente durch ein Sprühtrocknungsverfahren hergestellt.
Bei
dieser Verfahrensvariante wird eine Dispersion umfassend ein leicht
flüchtiges,
vorzugsweise organisches, Lösemittel,
IR-reflektierende Kerne, IR-transparente Weißpigmente mit einer mittleren
Größen von vorzugsweise
180 bis 400 nm und einem organischen, vorzugsweise filmbildenden,
Bindemittel zusammen versprüht
und während
des Sprühens
getrocknet. Vorzugsweise wird die Sprühtrocknung in einer bewegten Atmosphäre, beispielsweise
einer Wirbelschicht, durchgeführt,
um Agglomerationen zu vermeiden. Während des Sprühtrocknens
werden die Kerne gleichmäßig mit
dem organischen, vorzugsweise filmbildenden, Bindemittel und den
Weißpigmenten
beschichtet. Nach der Trocknung kann das organische, vorzugsweise
filmbildende, Bindemittel ausgehärtet
werden. Dies kann bevorzugt ebenfalls in der Sprühtrocknungsapparatur geschehen,
indem beispielsweise die Temperatur des Speisegases oberhalb der
Aushärtungstemperatur
des Bindemittels liegt.
Bei
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann das erfindungsgemäße IR-Strahlung
reflektierende, vorzugsweise plättchenförmige, Pigment
durch Beschichtung der IR-reflektierenden Kerne mit einer Matrix
aus geeigneten Ausgangsverbindungen und Weißpigmenten in einem Wirbelschichtverfahren
erhalten werden.
Die
erfindungsgemäßen, IR-Strahlung
reflektierenden, vorzugsweise plättchenförmigen,
Pigmente werden bevorzugt in Farben, Lacken, Druckfarben, Sicherheitsdruckfarben
und Kosmetika verwendet.
Bevorzugt
werden die erfindungsgemäßen, IR-Strahlung
reflektierenden, vorzugsweise plättchenförmigen,
Pigmente in Dispersionsfarben für
den Innen- oder Außenbereich
verwendet.
Mit
den erfindungsgemäßen Pigmenten
pigmentierte Applikationsmedien, beispielsweise Dispersionsfarben,
besitzen ein weitgehend weißes
Aussehen. Der Weißgrad
dieser Applikationsmedien kann gegebenenfalls durch weitere Zugabe
von Weißpigmenten
wie TiO2 oder auch von Füllstoffen weiter erhöht werden. Außerdem können durch
Abtönen
mit Farbmitteln wie organischen oder anorganischen Farbpigmenten
farbige Dispersionsfarben hergestellt werden.
Um
einen möglichst
hohen IR-Emissionsgrad einer beispielsweise mit einer Dispersionsfarbe
bestrichenen Wand zu erreichen, ist es bevorzugt, dass die Dispersionsfarbe
die erfindungsgemäßen Pigmente
in einer solchen Menge enthält,
so dass der Anteil der IR-reflektierenden Kerne, bezogen auf das
Gewicht aller nicht-flüchtigen
Komponenten der Dispersionsfarbe, bei 2 bis 30 Gew.-%, bevorzugt
bei 4 bis 20 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 7 bis 15 Gew.-%
liegt.
Mit
mit den erfindungsgemäßen Pigmenten
pigmentierten Dispersionsfarben sind Anstriche möglich, die IR-Emissionsgrade
von unter 0,5, bevorzugt unter 0,4 und besonders bevorzugt unter
0,3 besitzen. Die Untergrenze der Emission hierbei liegt bei ca.
0,2.
Der
IR-Emissionsgrad ist dabei definiert als: Emissionsgrad = 1 – Reflexionsgrad (3)
Zum
Vergleich hierzu besitzt eine konventionell gestrichene Wandfarbe
einen Emissionsgrad von ca. 0,9, d.h. nur etwa 10% der IR-Strahlung
werden reflektiert und 90% der IR-Strahlung werden von der Wandfarbe
aufgenommen bzw. durchgelassen und gehen letztendlich als Wärme verloren.
Um
möglichst
niedrige Emissionsgrade bzw. hohe Reflexionsgrade realisieren zu
können,
ist es bevorzugt, dass die weiteren Komponenten der Dispersionsfarbe
wie beispielsweise Bindemittel oder Füllstoffe ebenfalls eine möglichst
niedrige IR-Absorption
aufweisen. Auch können
die Pigmentierungshöhen
der Bindemittel, Füllstoffe
und/oder Weißpigmente
aufgrund der zusätzlichen
Pigmentierung durch die erfindungsgemäßen Pigmente deutlich niedriger,
als dies im Stand der Technik üblich
ist, ausfallen.
Die
erfindungsgemäßen, IR-Strahlung
reflektierenden, vorzugsweise plättchenförmigen,
Pigmente werden des weiteren bevorzugt als sehr gut deckendes, weißes Pigment
in Lacken, bevorzugt in farbigen Lacken und ganz besonders bevorzugt
in farbigen Industrielacken verwendet.
Bei
dieser Verwendung wird als Kern bevorzugt ein plättchenförmiges Aluminiumpigment mit
einer mittleren Größe von 5
bis 12 μm,
als Weißpigment bevorzugt
TiO2 und/oder ZnO mit einem bevorzugten
Durchmesser von 250 bis 320 nm und als Matrix bevorzugt SiO2 verwendet. Bei der Anwendung im Industrielack steht
neben den IR-reflektierenden Eigenschaften des Pigmentes insbesondere
auch die hervorragende Deckung des plättchenförmigen Aluminiumkernes im optischen
Bereich im Vordergrund.
Farbige
Industrielacke sind oft mit großen
Mengen teurer Farbpigmente pigmentiert und besitzen aufgrund der
Transparenz dieser Pigmente jedoch eine zu geringe Deckung. Eine
Zugabe von Weißpigmenten wie
TiO2 verbessert zwar die Deckung, führt aber
unweigerlich zu einem helleren Farbton. Setzt man einem Industrielack
die erfindungsgemäßen Pigmente
zu, so kann man bereits bei sehr geringen Pigmentierungen, d.h.
bei geringen Zugabemengen, die Deckung deutlich verbessern, ohne
eine wesentliche Aufhellung des Lackes in Kauf nehmen zu müssen. So
werden die erfindungsgemäßen Pigmente
bei Anwendungen im Lack oder Industrielack in Pigmentierungshöhen von
0,1 bis 4 Gew.-%, bevorzugt von 0, 2 bis 1,5 Gew.-% und besonders
bevorzugt von 0,3 bis 1,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht
der gesamten Formulierung, verwendet.
Die
folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung ohne
sie in irgend einer Weise zu beschränken.
Beispiele
Erfindungsgemäßes Beispiel
1:
100
g Aluminiumpulver (Reflexal 145, d50 = 145 μm) werden
in 250 ml Isopropanol unter Rühren
dispergiert und das Lösemittel
unter Rückfluß zum Sieden
gebracht. Anschließend
gibt man 17 g Tetraethoxysilan und 2 min später 1,7 g Ethylendiamin (EDA)
in 50 g vollentsalztes Wasser hinzu. In einem separaten Gefäß werden
200 g TiO2-Pigment (Kronos 2310, mittlere
Primärpartikelgröße: 300
nm; Fa. Kronos Titan, Friedrichstadt, Deutschland) in 50 g Tetraethoxysilan
unter Rühren
dispergiert. Diese Dispersion wird nach einer Stunde Reaktionszeit
innerhalb einer Stunde der Aluminiumpigmentsuspension kontinuierlich
zugegeben. Eine halbe Stunde später
setzt man 1 g Ethylendiamin gelöst
in 20 g Isopropanol hinzu. Eine Stunde später werden 2,5 g EDA gelöst in 20
g Isopropanol hinzugegeben. Man lässt das Reaktionsgemisch weitere
4 h lang kochen und kühlt
dann auf Raumtemperatur ab.
Am
nächsten
Tag wird das mit SiO2 und dem Weißpigment
beschichtete Aluminiumpigment über
einen Büchnertrichter
abfiltriert, mehrmals mit Isopropanol gewaschen und im Trockenschrank
bei 80°C
unter reduziertem Druck getrocknet.
Erfindungsgemäßes Beispiel
2:
141
g Aluminiumpaste (Stapa Metalux 274, d50 =
33 μm) werden
in 250 ml Isopropanol unter Rühren dispergiert
und das Lösemittel
unter Rückfluß zum Sieden
gebracht. Anschließend
gibt man 17 g Tetraethoxysilan und 2 min später 1,7 g Ethylendiamin (EDA)
in 50 g vollentsalztes Wasser hinzu. In einem separaten Gefäß werden
100 g TiO2-Pigment (Kronos 2310) in 50 g
Tetraethoxysilan unter Rühren
dispergiert. Diese Dispersion wird nach einer Stunde Reaktionszeit
innerhalb einer Stunde der Aluminiumpigmentsuspension kontinuierlich
zugegeben. Eine halbe Stunde später
setzt man 1 g Ethylendiamin gelöst
in 20 g Isopropanol hinzu. Eine Stunde später werden 2,5 g EDA gelöst in 20
g Isopropanol hinzugegeben. Man lässt das Reaktionsgemisch weitere
4 h lang kochen und kühlt
dann auf Raumtemperatur ab. Am nächsten
Tag wird das mit SiO2 und dem Weißpigment
beschichtete Aluminiumpigment über
einen Büchnertrichter
abfiltriert, mehrmals mit Isopropanol gewaschen und im Trockenschrank
bei 80°C
unter reduziertem Druck getrocknet.
Vergleichsbeispiel 3:
Kommerziell
erhältliches
Aluminiumpulver Reflexal 145, d50 = 145 μm (Fa. ECKART
GmbH&Co.KG). Ausgangsmaterial
f. erfindungsgemäßes Beispiel
1.
Vergleichsbeispiel 4:
Kommerziell
erhältliche
Aluminiumpaste Stapa Metalux 274, d50 =
33 μm (Fa.
ECKART GmbH&Co.KG).
Ausgangsmaterial f. erfindungsgemäßes Beispiel 2.
Vergleichsbeispiel 5:
Kommerziell
erhältliches
Aluminiumpulver PCS 3500 (Fa. Eckart). Hierbei handelt es sich um
ein mit SiO2 beschichtetes Aluminiumpigment
mit sehr ähnlichem
Kornband wie MEX 274 des Vergleichsbeispiels 4.
Die
Pigmente des erfindungsgemäßen Beispiels
2 und Vergleichsbeispiels 4 wurden in kommerziell erhältlichen
Nitrolack (Dr. Renger Erco Bronzemischlack 2615e; Fa. Morton) eingearbeitet.
Die Pigmentierungshöhe
betrugen jeweils 10 Gew.-% bezogen auf den gesamten Nitrolack. Mit
einer 50 μm
Rakel wurden Rakelabzüge
angefertigt und farbmetrisch vermessen. Glanzwerte wurden mittels
des Tri-Gloss Glanzmeßgerätes der
Fa. Byk-Gardner bei 60° bestimmt
und die L,a,b-Werte bei den Beobachtungswinkeln 15°, 25°, 45° und 110° (M 682,
Fa. X-Rite). Aus diesen Werten wurde der Flopindex gemäß Formel
(2) und in üblicher
Weise das Chroma bei 25° berechnet.
Die Ergebnisse zeigt Tabelle 1: Tab.
1: Farbmetrische Charakteristika der Beispiele im Nitroabzug.
Beide
Proben weisen ein ähnlich
niedriges Chroma C*25° auf,
da Metallpigmente aufgrund ihrer Unbuntheit per se über ein
geringes Chroma verfügen.
Im Helligkeitsflopindex und im Glanz weist das erfindungsgemäße Beispiel
2 deutlich niedrigere Werte auf, insbesondere der Helligkeitsflop
ist praktisch vollständig
verschwunden. Hingegen ist die Helligkeit L*45° beim erfindungsgemäßen Beispiel
deutlich höher.
Dies hat seinen Grund darin, dass mit einem weißen Pigment generell eine relativ
hohe Helligkeit verbunden ist und die Helligkeit bei einem Metallpigment
bei diesem Beobachtungswinkel aufgrund des Flops bereits deutlich
abgenommen hat.
Ferner
wurden alle Pigmente in eine kommerziell erhältliche Wandfarbe Krautol® bei
verschiedenen Pigmentierungshöhen
eingearbeitet. Von diesen Farben wurde jeweils ein optisch deckender
Rakelabzug erstellt (100 μm
Rakeltiefe) und als Nullmuster ein Rakelabzug ohne Pigmentierung
mit einem IR-reflektierenden Pigment. Zur Ermittlung des "Weißgrades" der Pigmente wurde
von allen Rakelabzügen
die Helligkeit in diffuser Reflexionsgeometrie gemessen (Minolta
CR 410, Fa. Minolta). Zum Vergleich wurde das unbeschichtete bzw.
ein mit SiO2 beschichtetes Aluminiumpigment
mit vergleichbarer Korngröße in die
Wandfarbe eingearbeitet (Pigmentierungshöhe: 10 Gew.-%). Beim Vergleichsbeispiel
4 musste das Pigment, welches in einer Testbenzinpaste vorlag, zuvor
mit Aceton gewaschen werden, da es andernfalls nicht in die wässrige Wandfarbe einzuarbeiten
war. Die Ergebnisse zeigt 1.
1 ist
zu entnehmen, dass die Helligkeit und damit der Weißgrad mit
zunehmender Konzentration der Pigmente abnehmen. Die Helligkeiten
der reinen, unbeschichteten (Vergleichsbeispiele 3 und 4) und der ohne
Weißpigment
beschichteten Pigmente (Vergleichsbeispiel 5) der Vergleichsbeispiele
sind stets kleiner als jene der erfindungsgemäßen Beispiele. Vor allem interessiert
der Vergleich der Helligkeiten bei insgesamt gleichem Metallgehalt
im Rakelabzug. Die Pfeile markieren jeweils diesen Vergleich. Hier
ist erkennbar, dass stets die erfindungsgemäßen Pigmente bei den erfindungsgemäßen Beispielen
eine mehr als eine Einheit höhere Helligkeit
besitzen. Visuell macht sich dies in einem deutlich höheren Weißgrad bemerkbar.
Diese Differenz sowie das visuelle wahrgenommene Glitzerverhalten
sind kurz in Tab. 2 dargestellt. Tab.
2: Diffuse Helligkeiten pigmentierter Dispersionsfarbe (Weißgrad)
Das
visuell empfundene Glitzerempfinden ist bei den erfindungsgemäßen Pigmenten
der erfindungsgemäßen Beispiele
schwach bzw. sehr schwach ausgeprägt. Die nicht weiß eingefärbten Metallpigmente
der Vergleichsbeispiele zeigen hingegen in den Rakelabzügen ein
ausgeprägtes
Glitzerverhalten. Dies ist dadurch bedingt, dass es sich um sehr
große
Pigmente handelt, die vom menschlichen Auge individuell innerhalb
einer Farbe wahrgenommen werden können.
Die
errechneten Helligkeitsdifferenzen liegen bei den erfindungsgemäßen Pigmenten
der erfindungsgemäßen Beispiele über einem
Wert von 1,5. Das Pigment des Vergleichsbeispiels 5 (Pigmente mit
SiO2-Beschichtung) zeigt gegenüber dem
völlig
unbeschichteten Metallpigment ebenfalls einen positiven ΔL*-Wert,
jedoch ist der Weißgrad
nicht ganz so hoch.
Die
gemessenen ΔL*-Werte
erscheinen gering, jedoch ist das menschliche Auge gerade für das Empfinden
eines Weißeindruckes
sehr empfindlich. Visuell können
daher sehr deutliche Unterschiede der mit den erfindungsgemäßen Pigmenten
und mit den unbeschichteten Pigmenten pigmentierten Dispersionsfarbe wahrgenommen
werden.
Messung der diffusen IR-Reflexion:
Bei
den Pigmenten des erfindungsgemäßen Beispiels
1 und des Vergleichsbeispieles 3 wurden IR-Spektren in diffuser
Reflexion vermessen. Hierzu wurde zunächst KBr-Pulver in einem Mörser zerkleinert. Anschließend wurden
dem KBr in einer Konzentration von 1,5 Gew.-% Pigment hinzu gegeben
und homogen miteinander vermengt. Eine tablettenförmige Probenkammer
(Durchmesser: ca. 0,8 cm, Tiefe: ca. 2,2 mm) wurde mit dem KBr-Pigment-Gemenge
befüllt
und dieses angedrückt.
Anschließend
vermaß man
in einem Wellenlängenbereich
von 2,5 bis 25 μm
die diffuse Reflexion. Hierzu verwendete man als Meßeinheit
Selector (Fa. Specac). Dieses Gerät misst die diffuse IR-Reflexion
in einer Viertelkugelgeometrie. Als IR-Gerät wurde ein Avatac 360 Spektrometer
der Fa. Thermo verwendet, der Detektor war ein DTGS-Detektor. Es
wurde stets als Backgroundspektrum ein reines KBr-Pulver vermessen
und das Spektrum des KBr-Pigment-Gemenges hiergegen abgeglichen.
Der Vorgang wird dreimal wiederholt und der Mittelwert der Messungen
genommen. In 3 sind die Spektren abgebildet
und zusätzlich
(maßstabslos)
die berechnete Plancksche Strahlungsfunktion bei 300 K eingetragen.
Ein
Vergleich der Spektren zeigt, dass die Pigmente des erfindungsgemäßen Beispiels
1 eine niedrigere Reflexion besitzen als das unbeschichtete Metallpigment
des Vergleichsbeispiels 3. Die ist auf eine gewisse IR-Absorption
durch die TiO2-Pigmente und die SiO2-Matrix
zurückzuführen. Dennoch
ist die Reflexion insgesamt hoch genug, um ein IR-Strahlung reflektierendes
Pigment zu ergeben.
Aus
dem erhaltenen spektralen IR-Reflexionsspektrum lässt sich
das IR-Reflexionsvermögen nach Formel
(1) berechnen, wobei bei der Planck-Funktion eine Temperatur von
300 K einzusetzen ist. Tab.
3: Auswertung diffuse IR-Spektren
Das
im wesentlichen weiß erscheinende
Pigment des erfindungsgemäßen Beispiels
1 besitzt einen IR-Reflexionsgrad von deutlich mehr als 50%. Der
Einfluss der Beschichtung auf das IR-Reflexionsvermögen ist
relativ gering, wie sich aus dem hohen Wert von 71% für den IR-Reflexionsgrad
Beschichtung ablesen lässt. Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Pigmentes
sind daher in der Zusammenschau von hohem IR-Reflexionsvermögen einerseits
und weißem
Eindruck andererseits zu sehen.
Das
Pigment des Vergleichsbeispiel 3 hingegen wirkt in einer weißen Wandfarbe
deutlich vergrauend. Es besitzt naturgemäß einen höheren IR-Reflexionsgrad als
das mit Tio2-Partikel und SiO2 beschichtete
Pigment, da hier keine Absorption durch die Beschichtung vorliegt.
Aufgrund seiner vergrauenden Wirkung und seines deutlichen Glitzereffektes
ist dieses Pigment jedoch nicht in einer Wandfarbeverwendbar.
Mithin
weisen die erfindungsgemäßen IR-reflektierenden
Pigmente ein im wesentlichen weißes Aussehen auf, da ein IR-reflektierender
Kern mit einer im wesentlichen IR-durchlässigen Beschichtung versehen wird.
