DE19618569A1 - Mehrschichtige Interferenzpigmente - Google Patents

Mehrschichtige Interferenzpigmente

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DE19618569A1
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pigment
carrier material
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Hans-Dieter Dr Brueckner
Christoph Dr Schmidt
Claudia Seibel
Andrea Heyland
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Merck Patent GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft mehrschichtige Interferenzpigmente, bestehend aus einem transparentem Trägermaterial, das mit alternierenden Schichten eines Metalloxides mit niedriger Brechzahl und eines Metalloxides mit hoher Brechzahl beschichtet ist.
Mehrschichtige Pigmente mit niedriger Transparenz und ähnlichem Schichtaufbau sind bekannt. Die Metalloxidschichten werden entweder im Naßverfahren durch Auffällen der Metalloxidhydrate aus einer Metallsalz­ lösung auf ein Trägermaterial oder durch Aufdampfen oder Sputtern im Vakuum hergestellt. Generell sind die Aufdampfverfahren für eine Massenproduktion von Pigmenten zu aufwendig und kostspielig. So beschreibt US 4 434 010 ein mehrschichtiges Interferenzpigment, bestehend aus einer zentralen Schicht eines reflektierenden Materials (Aluminium) und alternierenden Schichten zweier transparenter, dielek­ trischer Materialien mit hoher und niedriger Brechzahl, beispielsweise Titandioxid und Siliziumdioxid beiderseits der zentralen Aluminiumschicht. Dieses Pigment wird für den Druck von Wertpapieren eingesetzt.
JP H7-759 (Kokoku) beschreibt ein mehrschichtiges Interferenzpigment mit metallischem Glanz. Es besteht aus einem Substrat, das mit alter­ nierenden Schichten von Titandioxid und Siliziumdioxid beschichtet ist. Das Substrat wird aus Aluminium-, Gold- oder Silberplättchen oder Plätt­ chen aus Glimmer und Glas, die mit Metallen beschichtet sind, gebildet. Es handelt sich demnach um ein typisches Metalleffektpigment. Dieses Pigment besitzt hohes Deckvermögen. Für Anwendungen, bei denen eine hohe Transparenz des pigmentierten Materials gefordert wird, beispiels­ weise für Agrarfolien, ist das Pigment ungeeignet. Weiterhin hat es den Nachteil, daß der typische Tiefeneffekt von Interferenzpigmenten nicht erzeugt wird, da durch die hohe Reflexion des Lichtes an der den Kern bildenden Metallschicht, tiefer im Anwendungsmedium liegende Pigment­ teilchen nicht zum optischen Erscheinungsbild beitragen können. Der Interferenzeffekt bleibt deshalb auf die sich auf der Metallschicht befindenden Schichten begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein im wesentlichen transparentes Inter­ ferenzpigment mit kräftigen Interferenzfarben und/oder einer starken Winkelabhängigkeit der Interferenzfarben zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Pigmente mit speziellen, spektralen Charakteristiken im sichtbaren Bereich und im Infrarot-Bereich zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein mehrschich­ tiges Interferenzpigment, bestehend aus einem transparenten Träger­ material, das mit alternierenden Schichten von Metalloxiden mit niedriger und hoher Brechzahl beschichtet ist, wobei die Differenz der Brechzahlen mindestens 0,1 beträgt, erhältlich durch alternierende Beschichtung des transparenten Trägermaterials mit einem Metalloxid mit hoher Brechzahl und einem Metalloxid mit niedriger Brechzahl im Naßverfahren durch Hydrolyse der entsprechenden, wasserlöslichen Metallverbindungen, Abtrennung, Trocknung und gegebenenfalls Kalzination des erhaltenen Pigmentes.
Das transparente Trägermaterial ist Glimmer, ein anderes Schichtsilikat, Glasplättchen, PbCO₃ × Pb(OH)₂ sowie BiOCl in Plättchenform oder plättchenförmiges Siliziumdioxid, hergestellt nach dem in WO 93108237 beschriebenen Verfahren.
Bei dem Metalloxid mit hoher Brechzahl kann es sich um ein Oxid oder Mischungen von Oxiden mit oder ohne absorbierende Eigenschaften handeln, wie z. B. TiO₂, ZrO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cr₂O₃ oder ZnO, oder um eine Verbindung mit hoher Brechzahl, wie z. B. Eisentitanaten, Eisenoxid­ hydraten und Titansuboxiden oder Mischungen bzw. Mischphasen dieser Verbindungen untereinander oder mit anderen Metalloxiden.
Das Metalloxid mit niedriger Brechzahl ist SiO₂, Al₂O₃, AlOOH, B₂O₃ oder eine Mischung daraus und kann ebenfalls absorbierende oder nicht absorbierende Eigenschaften haben. Gegebenenfalls kann die Oxid­ schicht mit niedriger Brechzahl Alkali- und Erdalkalioxide als Bestandteile enthalten.
Weiterhin wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Pigmente gelöst, indem das trans­ parente Trägermaterial in Wasser suspendiert und abwechselnd mit einem Metalloxidhydrat mit hoher Brechzahl und einem Metalloxidhydrat mit niedriger Brechzahl durch Zugabe und Hydrolyse der entsprechenden, wasserlöslichen Metallverbindungen beschichtet wird, wobei durch gleich­ zeitige Zugabe von Säure oder Base der für die Fällung des jeweiligen Metalloxidhydrates notwendige pH-Wert eingestellt und konstant gehalten wird und anschließend das beschichtete Trägermaterial aus der wäßrigen Suspension abgetrennt, getrocknet und gegebenenfalls kalziniert wird.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Verwendung der erfindungs­ gemäßen Pigmente zur Pigmentierung von Lacken, Druckfarben, Kunst­ stoffen, Glasuren für Keramiken und Gläser, Kosmetika und insbesondere zur Herstellung von Agrarfolien.
Hierfür können sie als Mischungen mit handelsüblichen Pigmenten, beispielsweise anorganischen und organischen Absorptionspigmenten, Metalleffektpigmenten und LCP-Pigmenten, eingesetzt werden.
Die Dicke der Schichten der Metalloxide mit hoher und niedriger Brechzahl ist wesentlich für die optischen Eigenschaften des Pigmentes. Da ein Produkt mit kräftigen Interferenzfarben erwünscht ist, muß die Dicke der Schichten aufeinander eingestellt werden. Wenn n die Brechzahl einer Schicht und d ihre Dicke ist, ergibt sich die Interferenzfarbe, in der eine dünne Schicht erscheint, aus dem Produkt von n und d, d. h. der optischen Dicke. Die bei Normallichteinfall im reflektierten Licht entstehenden Farben eines solchen Filmes ergeben sich aus einer Verstärkung des Lichtes der Wellenlänge
und durch Schwächung von Licht der Wellenlänge
wobei N eine positive ganze Zahl ist. Die bei zunehmender Filmdicke erfolgende Variation der Farbe ergibt sich aus der Verstärkung bzw. Schwächung bestimmter Wellenlängen des Lichtes durch Interferenz. Beispielsweise hat ein 115 nm dicker Film aus Titan­ dioxid mit der Brechzahl 1,94 eine optische Dicke von 115 × 1,94 = 223 nm, und Licht der Wellenlänge 2 × 223 nm = 446 nm (blau) wird bei der Reflexion geschwächt, so daß das reflektierte Licht gelb ist. Bei mehr­ schichtigen Pigmenten wird die Interferenzfarbe durch die Verstärkung bestimmter Wellenlängen bestimmt und wenn mehrere Schichten in einem vielschichtigen Pigment gleiche optische Dicke besitzen, wird die Farbe des reflektierten Lichtes mit zunehmender Zahl der Schichten intensiver und satter. Darüber hinaus kann durch geeignete Wahl der Schichtdicken eine besondere starke Variation der Farbe in Abhängigkeit vom Betrach­ tungswinkel erreicht werden. Es bildet sich ein ausgeprägter Farbflop aus, der für die Pigmente gemäß der Erfindung erwünscht sein kann. Die Dicke der einzelnen Metalloxidschichten, unabhängig von ihrer Brechzahl beträgt deshalb 20 bis 500 nm, vorzugsweise 50 bis 300 nm.
Die Anzahl und Dicke der Schichten ist abhängig vom gewünschten Effekt und dem verwendeten Substrat. Auf Glimmer erreicht man die gewünsch­ ten Effekte, wenn man das 3-Schichtsystem TiO₂/ SiO₂/ TiO₂ aufbaut und die Dicke der einzelnen Schichten optisch aufeinander abstimmt. Bei Verwendung optisch relativ dünner TiO₂- und SiO₂-Schichten (Schicht­ dicke <100 nm) lassen sich z. B. Pigmente mit blauer Interferenzfarbe herstellen, die bei einem wesentlich geringeren TiO₂-Gehalt farbkräftiger und transparenter sind als reine TiO₂-Glimmerpigmente. Die Einsparung an TiO₂ beträgt bis zu 50 Gew.-%.
Durch die Auffällung dicker SiO₂-Schichten (Schichtdicke <100 nm) werden Pigmente mit einer stark ausgeprägten Winkelabhängigkeit der Interferenzfarbe erhalten.
Durch Auffällen weiterer TiO₂- und SiO₂-Schichten lassen sich auch 5-Schichtsysteme und höhere Systeme erhalten, die Anzahl der Schichten wird aber dann durch die Wirtschaftlichkeit des Pigmentes begrenzt.
Verwendet man jedoch anstelle des Glimmers SiO₂-Plättchen einheitlicher Schichtdicke als Substrat, so lassen sich weitere, besonders gut definierte Interferenzeffekte erzielen.
In diesem Fall erhält man durch die Belegung des Substrates mit z. B. 3 Schichten des oben erwähnten Aufbaus ein Interferenzsystem aus 7 dünnen Schichten scharf definierter Dicken. Das Reflexions- bzw. Transmissionsspektrum eines solchen Pigmentes weist feinere und genauer abstimmbare Strukturen auf als das Spektrum eines ent­ sprechenden Pigments, das auf einem Substrat mit breiter Dicken­ verteilung, z. B. Glimmer, beruht.
Diese Pigmente zeigen bereits mit extrem dünnen TiO₂-Schichten (Schichtdicke: <50 nm) kräftige Interferenzfarben. Besonders ausgeprägt ist auch die Winkelabhängigkeit der Interferenzfarbe. Dieser extreme Farbflop wird bei konventionellen MetaIloxid-Glimmerpigmenten nicht beobachtet.
Die SiO₂-Plättchen werden z. B. gemäß der internationalen Anmeldung WO 93108237 auf einem endlosen Band durch Verfestigung und Hydrolyse einer Wasserglaslösung hergestellt.
Die Metalloxidschichten werden vorzugsweise naßchemisch aufgebracht, wobei die zur Herstellung von Perlglanzpigmenten entwickelten naß­ chemischen Beschichtungsverfahren angewendet werden können; der­ artige Verfahren sind z. B. beschrieben in DE 14 67 468, DE 19 59 988, DE 20 09 566, DE 22 14 545, DE 22 15 191, DE 22 44 298, DE 23 13 331, DE 25 22 572, DE 31 37 808, DE 31 37 809, DE 31 51 343, DE 31 51 354, DE 31 51 355, DE 32 11 602, DE 32 35 017 oder auch in weiteren Patent­ dokumenten und sonstigen Publikationen.
Zur Beschichtung werden die Substratpartikel in Wasser suspendiert und mit einem oder mehreren hydrolysierbaren Metallsalzen bei einem für die Hydrolyse geeigneten pH-Wert versetzt der so gewählt wird, daß die Metalloxide bzw. Metalloxidhydrate direkt auf den Partikeln nieder­ geschlagen werden, ohne daß es zu Nebenfällungen kommt. Der pH-Wert wird üblicherweise durch gleichzeitiges Zudosieren einer Base konstant gehalten. Anschließend werden die Pigmente abgetrennt, gewaschen und getrocknet und gegebenenfalls geglüht, wobei die Glühtemperatur im Hinblick auf die jeweils vorliegende Beschichtung optimiert werden kann. Falls gewünscht können die Pigmente nach Aufbringen einzelner Beschichtungen abgetrennt, getrocknet und ggf. geglüht werden, um dann zur Auffällung der weiteren Schichten wieder resuspendiert zu werden.
Weiterhin kann die Beschichtung auch in einem Wirbelbettreaktor durch Gasphasenbeschichtung erfolgen, wobei z. B. die in EP 0,045,851 und EP 0,106,235 zur Herstellung von Perlglanzpigmenten vorgeschlagenen Verfahren entsprechend angewendet werden können.
Als Metalloxid mit hoher Brechzahl wird bevorzugt Titandioxid und als Metalloxid mit niedriger Brechzahl Siliziumdioxid verwendet.
Für das Aufbringen der Titandioxidschichten wird das im US 3 553 001 beschriebene Verfahren bevorzugt.
Zu einer auf etwa 50-100°C, insbesondere 70-80°C erhitzten Suspension des zu beschichtenden Materials wird langsam eine wäßrige Titansalz­ lösung zugegeben, und es wird durch gleichzeitiges Zudosieren einer Base, wie z. B. wäßrige Ammoniaklösung oder wäßrige Alkalilauge, ein weitgehend konstanter pH-Wert von etwa 0,5-5, insbesondere etwa 1,5-2,5 eingehalten. Sobald die gewünschte Schichtdicke der TiO₂-Fällung erreicht ist, wird die Zugabe der Titansalzlösung und der Base gestoppt.
Dieses, auch als Titrationsverfahren bezeichnete Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Überschuß an Titansalz vermieden wird. Das wird dadurch erreicht, daß man pro Zeiteinheit nur eine solche Menge der Hydrolyse zuführt, wie sie für eine gleichmäßige Beschichtung mit dem hydratisierten TiO₂ erforderlich ist und wie pro Zeiteinheit von der verfüg­ baren Oberfläche der zu beschichtenden Teilchen aufgenommen werden kann. Es entstehen deshalb keine hydratisierten Titandioxidteilchen, die nicht auf der zu beschichtenden Oberfläche niedergeschlagen sind.
Für das Aufbringen der Siliziumdioxidschichten ist folgendes Verfahren anzuwenden: Zu einer auf etwa 50-100°C, insbesondere 70-80 C erhitzten Suspension des zu beschichtenden Materials wird eine Natron­ wasserglaslösung zudosiert. Durch gleichzeitige Zugabe von 10%iger Salzsäure wird der pH-Wert bei 4 bis 10, vorzugsweise bei 6,5 bis 8,5 konstant gehalten. Nach Zugabe der Wasserglaslösung wird noch 30 min nachgerührt.
Es ist zusätzlich möglich, die Pulverfarbe des Pigmentes zu verändern, durch Aufbringen weiterer Schichten, wie z. B. farbige Metalloxide oder Berliner Blau, Verbindungen der Übergangsmetalle wie z. B. Fe, Cu, Ni, Co, Cr oder organische Verbindungen wie Farbstoffe oder Farblacke.
Die naßchemische Erzeugung von 2 oder mehr Interferenzschichten unterschiedlicher Brechzahl mit genau definierten Dicken auf feinteiligen, plättchenförmigen Substraten ist in wäßrigem Medium mit rein anorgani­ schen Ausgangsstoffen bisher nicht bekannt.
Es ist weiterhin möglich, das fertige Pigment einer Nachbeschichtung oder Nachbehandlung zu unterziehen, die die Licht-, Wetter- und chemische Stabilität weiter erhöht, oder die Handhabung des Pigments, insbesondere die Einarbeitung in unterschiedliche Medien, erleichtert. Als Nach­ beschichtungen bzw. Nachbehandlungen kommen beispielsweise die in den DE-PS 22 15 191, DE-OS 31 51 354, DE-OS 32 35 017 oder DE-OS 33 34 598 beschriebenen Verfahren in Frage.
Die zusätzlich aufgebrachten Stoffe machen nur etwa 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,5 bis 3 Gew.-%, des gesamten Pigmentes aus.
Das erfindungsgemäße Pigment kann noch zusätzlich mit schwerlöslichen, fest haftenden anorganischen oder organischen Farbmitteln beschichtet werden. Bevorzugt werden Farblacke und insbesondere Aluminiumfarb­ lacke verwendet. Dazu wird eine Aluminiumhydroxidschicht aufgefällt, die in einem zweiten Schritt mit einem Farblack verlackt wird. Das Verfahren ist in DE 24 29 762 und DE 29 28 287 näher beschrieben.
Bevorzugt ist auch eine zusätzliche Beschichtung mit Komplexsalzpig­ menten, insbesondere Cyanoferratkomplexen, wie zum Beispiel Berliner Blau und Turnbulls Blau, wie sie in EP 0 141173 und DE 23 13 332 beschrieben ist.
Das erfindungsgemäße Pigment kann auch mit organischen Farbstoffen und insbesondere mit Phthalocyanin- oder Metallphthalocyanin- und/oder Indanthrenfarbstoffen nach DE 40 09 567 beschichtet werden. Dazu wird eine Suspension des Pigmentes in einer Lösung des Farbstoffes herge­ stellt und diese dann mit einem Lösungsmittel zusammengebracht, in welchem der Farbstoff schwer löslich oder unlöslich ist.
Weiterhin können auch Metallchalkogenide bzw. Metallchalkogenidhydrate und Ruß für eine zusätzliche Beschichtung eingesetzt werden.
Das Pigment kann auf übliche Weise zur Pigmentierung von Lacken Druckfarben, Kunststoffen, Kosmetika und Glasuren für Keramiken und Gläser verwendet werden. Bevorzugt wird es zur Pigmentierung von Agrarfolien eingesetzt.
Agrarfolien werden vielfach mit Pigmenten ausgerüstet, um die Infrarot­ strahlung der Sonne fern zu halten und so eine übermäßige Erwärmung, z. B. eines Gewächshauses, zu verhindern.
Bei den bisher in Agrarfolien verwendeten Pigmenten handelt es sich fast ausschließlich um Farbpigmente. Daher absorbieren bzw. reflektieren sie einen wesentlichen Anteil des sichtbaren Lichtes, das aber die unter der Folie lebenden Pflanzen für ihr Wachstum benötigen. Daher wirken sich die bisher in Agrarfolien verwendeten Pigmente negativ auf das Wachs­ tumsverhalten der Pflanzen aus.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Interferenz­ pigment zur Verfügung zu stellen, das im sichtbaren Bereich des Lichtes eine hohe Durchlässigkeit und im NIR-Bereich eine hohe Reflektivität besitzt. Derartige Pigmente können in ihren Eigenschaften auch in der Weise eingestellt werden, daß sie andere bzw. zusätzliche Funktionen, wie z. B. die gezielte Beeinflussung der Morphogenese von Pflanzen, besitzen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie zu begrenzen.
Beispiel 1 3-Schicht-System mit dünner SiO₂-Schicht
1) Erste TiO₂-Schicht:
150 g Glimmer (Teilchengröße 10-40 µm) werden in 2 l vollent­ salztem Wasser (VE-Wasser) suspendiert und auf 75°C erhitzt. Zu dieser Suspension werden 175 ml einer wäßrigen TiCl₄-Lösung (400 g TiCl₄) innerhalb von 60 min hinzudosiert. Der pH-Wert wird während der gesamten Zugabe mit 32%iger NaOH-Lösung bei 2,2 konstant gehalten. Nach beendeter Zugabe wird zur Vervollständi­ gung der Fällung 30 min bei 75°C nachgerührt.
2) SiO₂-Schicht:
Der pH-Wert der Suspension wird mit NaOH-Lösung auf 7,5 erhöht und innerhalb von 90 min werden 250 ml einer Natronwasserglas-Lösung (125 g SiO₂/l) bei 75°C zudosiert. Dabei wird der pH-Wert mit 10%iger Salzsäure konstant gehalten. Nach beendeter Zugabe wird zur Vervollständigung der Fällung erneut 30 min bei 75°C nach­ gerührt.
3) Zweite TiO₂-Schicht:
Der pH-Wert wird mit 10%iger Salzsäure wieder auf 2,2 abgesenkt und erneut TiO₂ aus weiteren 175 ml TiCl₄-Lösung, wie in Schritt 1) beschrieben, aufgefällt.
Anschließend läßt man auf Raumtemperatur abkühlen, filtriert das erhaltene Pigment ab, wäscht mit VE-Wasser salzfrei und trocknet bei 110°C. Danach wird das Pigment 30 min bei 850°C geglüht.
Das so erhaltene Pigment zeichnet sich durch eine intensivere blaue Interferenzfarbe und höhere Transparenz als vergleichbare reine TiO₂-Glimmer-Pigmente aus.
Beispiel 2 3-Schicht-System mit dicker SiO₂-Schicht
1) Erste TiO₂-Schicht:
150 g Glimmer (Teilchengröße 10-40 µm) werden in 2 l (VE-Wasser) suspendiert und auf 75°C erhitzt. Zu dieser Suspension werden 300 ml einer wäßrigen TiCl₄-Lösung (400 g TiCl₄/l) innerhalb von 100 min hinzudosiert. Der pH-Wert wird während der gesamten Zugabe mit 32%iger NaOH-Lösung bei 2,2 konstant gehalten. Nach beendeter Zugabe wird zur Vervollständigung der Fällung noch 30 min bei 75°C nachgerührt.
2) SiO₂-Schicht:
Der pH-Wert der Suspension wird mit NaOH-Lösung auf 7,5 erhöht und innerhalb von 7,5 h werden 1350 ml einer Natronwasserglas-Lösung (125 g SiO₂/l) bei 75°C zudosiert. Dabei wird der pH-Wert mit 10%iger Salzsäure konstant gehalten. Nach beendeter Zugabe wird zur Vervollständigung der Fällung erneut 30 min bei 75°C nach­ gerührt.
3) Zweite TiO₂-Schicht:
Der pH-Wert wird wieder auf 2,2 abgesenkt und erneut TiO₂ aus weiteren 250 ml TiCl₄-Lösung, wie in Schritt 1) beschrieben, aufgefällt.
Anschließend läßt man auf Raumtemperarur abkühlen, filtriert das erhaltene Pigment ab, wäscht mit VE-Wasser salzfrei und trocknet bei 110°C. Danach wird das Pigment 30 min bei 850°C geglüht.
Das so erhaltene Pigment zeigt bei senkrechter Betrachtung eine intensive blaugrüne Interferenzfarbe, die beim Abkippen über violett in rot übergeht.
Beispiel 3 3-Schicht-System mit Fe₂O₃-Schicht
In diesem Beispiel wird ein Schichtaufbau beschrieben, in dem die 3. Schicht nicht erneut TiO₂ sondern Fe₂O₃ ist.
  • 1) TiO₂-Schicht:
    wie in Beispiel 1 beschrieben.
  • 2) SiO₂-Schicht:
    wie in Beispiel 1 beschrieben.
  • 3) Fe₂O₃-Schicht:
    Der pH-Wert der Suspension des mit TiO₂ und SiO₂ beschichteten Glimmers mit wird mit 10%iger Salzsäure auf 3,0 eingestellt. Nun werden bei 75°C 1750 ml einer wäßrigen FeCl₃-Lösung (35 g Fe/l) innerhalb von 5 h unter Konstanthaltung des pH-Wertes durch gleich­ zeitige Zugabe von 32%iger NaOH zudosiert. Zur Vervollständigung der Fällung wird noch 45 min bei 75°C nachgerührt.
Anschließend läßt man auf Raumtemperatur abkühlen, filtriert das erhaltene rotbraune Pigment ab, wäscht mit VE-Wasser salzfrei und trocknet bei 110°C. Danach wird das Pigment 30 min bei 850*C geglüht. Man erhält ein orangebraunes Perlglanzpigment mit kupfer­ ner Interferenzfarbe.
Beispiel 4 Mehrschichtsystem aus 5 alternierenden TiO₂- und SiO₂-Schichten
Wie in Beispiel 1 beschrieben, wird Glimmer mit TiO₂, SiO₂ und TiO₂ beschichtet. Danach werden erneut eine SiO₂-Schicht und eine abschließende TiO₂-Schicht aufgebracht. Die Aufarbeitung erfolgt wie oben beschrieben.
Das erhaltene Pigment hat eine klarere blaue Interferenzfarbe und höhere Transparenz als dasjenige von Beispiel 1.
Beispiel 5 3-Schicht-System mit hoher Transparenz im sichtbaren Bereich und hoher Reflexion im nahen Infrarot-Bereich
100 g Glimmer (Teilchengröße 10-60 µm) werden in 2 l vollentsalztem Wasser suspendiert und unter starkem Rühren auf 80°C erhitzt. Zu dieser Mischung wird bei pH 2,0 eine Lösung von 3 g SnCl₄ × 5 H₂O und 10 ml Salzsäure (37%) in 90 ml vollentsalztem Wasser mit einer Geschwindig­ keit von 4 ml/min. zudosiert. Anschließend wird bei einem pH-Wert von 1,8 eine Menge von 481 ml TiCl₄-Lösung (400 g TiCl₄/l) mit einer Geschwin­ digkeit von 2 ml/min. zudosiert. Danach wird der pH-Wert mit Natronlauge (32%) auf 7,5 eingestellt und bei diesem pH-Wert eine Lösung von 230 ml Natronwasserglaslösung (Fa. Merck; Best.-Nr. 5621) in 314 ml vollent­ salztem Wasser mit einer Geschwindigkeit von 2 ml/min. zudosiert. Der pH-Wert wird dabei mit Salzsäure (10%) konstant gehalten. Anschließend wird bei pH 2,0 eine Lösung von 3 g SnCl₄ × 5 H₂O und 10 ml Salzsäure (32%) in 90 ml vollentsalztem Wasser mit einer Geschwindigkeit von 4 ml/min. zudosiert. Anschließend werden bei einem pH-Wert von 1,8 481 ml TiCl₄-Lösung (400 g TiCl₄/l) mit einer Geschwindigkeit von 2 ml/min. zudosiert.
Der pH-Wert wird bei der Zugabe der SnCl₄ × 5 H₂O-Lösungen und TiCl₄-Lösungen jeweils mit NaOH-Lösung (32%) konstant gehalten.
Zur Aufarbeitung wird das Pigment abfiltriert, mit 20 l vollentsalztem Wasser gewaschen, bei 110°C getrocknet und 30 min. bei 850°C geglüht.
Von diesem Pigment wurde ein Lackfilm hergestellt, dessen Trans­ missionsspektrum in Fig. 1 wiedergegeben ist. Das Pigment zeichnet sich durch eine sehr gute Transparenz im sichtbaren Bereich des Lichtes und eine sehr hohe Reflexion im nahen Infrarot-Bereich aus, die mit herkömmlichen Interferenzpigmenten nicht zu erreichen sind. Daher ist dieses Pigment insbesondere für die Anwendung in Agrarfolien geeignet.
Beispiel 6 Pigment mit hoher Winkelabhängigkeit der Farbe
100 g eines TiO₂-Glimmer-Pigmentes (Teilchengröße 10-60 µm, 35% TiO₂) werden in 2 l vollentsalztem Wasser suspendiert und unter starkem Rühren auf 80°C erhitzt. Anschließend wird der pH-Wert mit Natronlauge (32%) auf 7,5 eingestellt und bei diesem pH-Wert eine Lösung von 296 ml Natronwasserglaslösung (Fa. Merck; Best.-Nr. 5621) in 300 ml vollent­ salztem Wasser mit einer Geschwindigkeit von 2 ml/min. zudosiert. Der pH-Wert wird dabei mit Salzsäure (10%) konstant gehalten. Danach wird zu dieser Mischung bei pH 2,0 eine Lösung von 3 g SnCl₄ × 5 H₂O und 10 ml Salzsäure (37%) in 90 ml vollentsalztem Wasser mit einer Geschwindigkeit von 4 ml/min. zudosiert. Anschließend wird bei pH-Wert 1,8 eine Menge von 238 ml TiCl₄-Lösung (400 g TiCl₄/l) mit einer Geschwindigkeit von 2 ml/min. zudosiert.
Der pH-Wert wird bei der Zugabe der SnCl₄ × 5 H₂O-Lösung und der TiCl₄-Lösung jeweils mit NaOH-Lösung (32%) konstant gehalten.
Zur Aufarbeitung wird das Pigment abfiltriert, mit 20 l vollentsalztem Wasser gewaschen, bei 110°C getrocknet und 30 min. bei 850°C geglüht.
Das geglühte Pigment wird in einen Klarlack eingerührt (Konzentration 1,7%) und auf einer Schwarz/Weiß-Karte ausgestrichen.
Insbesondere auf der Schwarzkarte tritt die Interferenzfarbe des Pigmen­ tes deutlich hervor. Beim Abkippen der Karte von einem steilen zu einem flachen Betrachtungswinkel ändert sich die reflektierte Farbe von intensiv Blau nach intensiv Violett. Das Reflexionsspektrum der Schwarzkarte wurde unter verschiedenen steilen (80°/100°) und flachen (25°/155°) Beobachtungswinkeln gemessen. Die Reflexionskurven sind in Fig. 2 wiedergegeben.
Beispiel 7 3-Schichtsystem mit SiO₂-Plättchen als Trägermaterial
1) Erste TiO₂-Schicht:
100 g SiO₂-Flakes (Teilchengröße 20-70 µm) werden in 1,5 l voll­ entsalztem Wasser suspendiert und auf 75°C erhitzt. Zu dieser Suspension werden 160 ml einer wäßrigen TiCl₄-Lösung (400 g TiCl₄/l) innerhalb von 90 min hinzudosiert. Der pH-Wert wird während der gesamten Zugabe mit 32%iger NaOH-Lösung bei 2,2 konstant gehalten. Nach beendeter Zugabe wird zur Vervollständigung der Fällung noch 30 min bei 75°C nachgerührt.
2) SiO₂-Schicht:
Der pH-Wert der Suspension wird mit NaOH-Lösung auf 7,5 erhöht und innerhalb von 3,5 h werden 720 ml einer Natronwasserglas-Lösung (125 g SiO₂/l) bei 75°C zudosiert. Dabei wird der pH-Wert mit 10%iger Salzsäure konstant gehalten. Nach beendeter Zugabe wird zur Vervollständigung der Fällung erneut 30 min bei 70°C nach­ gerührt.
3) Zweite TiO₂-Schicht:
Der pH-Wert wird wieder auf 2,2 abgesenkt und erneut TiO₂ aus weiteren 235 ml TiCl₄-Lösung, wie in Schritt 1) beschrieben, aufgefällt.
Anschließend läßt man auf Raumtemperatur abkühlen, filtriert das erhaltene Pigment ab, wäscht mit vollentsalztem Wasser salzfrei und trocknet bei 110°C. Danach wird das Pigment 30 min bei 850°C geglüht. Das so erhaltene Pigment zeigt bei senkrechter Betrachtung eine leuchtende gelb-grüne Interferenzfarbe, die beim Abkippen über blau-grün nach dunkel violett übergeht.

Claims (14)

1. Mehrschichtiges Interferenzpigment, bestehend aus einem trans­ parenten Trägermaterial, das mit alternierenden Schichten von Metalloxiden mit niedriger und hoher Brechzahl beschichtet ist, wobei die Differenz der Brechzahlen mindestens 0,1 beträgt, erhältlich durch alternierende Beschichtung des transparenten Trägermaterials mit einem Metalloxid mit hoher Brechzahl und einem Metalloxid mit niedriger Brechzahl im Naßverfahren durch Hydrolyse der ent­ sprechenden, wasserlöslichen Metallverbindungen, Abtrennung, Trocknung und gegebenenfalls Kalzination des erhaltenen Pig­ mentes.
2. Interferenzpigment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Trägermaterial Glimmer, ein anderes Schichtsilikat, Glasplättchen, PbCO₃ × Pb(OH)₂, BiOCl oder plättchenförmiges SiO₂ ist.
3. Interferenzpigment nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Oxid mit hoher Brechzahl TiO₂, ZrO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cr₂O₃, ZnO oder ein Gemisch aus diesen Oxiden oder ein Eisentitanat, ein Eisenoxidhydrat, ein Titansuboxid oder eine Mischung bzw. Mischphase dieser Verbindungen ist.
4. Interferenzpigment nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid mit niedriger Brechzahl SiO₂, Al₂O₃, AlOOH, B₂O₃ oder eine Mischung daraus ist, wobei gegebenenfalls Alkali- oder Erdalkalioxide als zusätzliche Bestand­ teile enthalten sein können.
5. Verfahren zur Herstellung des Interferenzpigmentes nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Trägermaterial in Wasser suspendiert und abwechselnd mit einem Metalloxidhydrat mit hoher Brechzahl und einem Metalloxidhydrat mit niedriger Brechzahl durch Zugabe und Hydrolyse der entsprechen­ den, wasserlöslichen Metallverbindungen beschichtet wird, wobei durch gleichzeitige Zugabe von Säure oder Base der für die Fällung des jeweiligen Metalloxidhydrates notwendige pH-Wert eingestellt und konstant gehalten wird und anschließend das beschichtete Trägermaterial aus der wäßrigen Suspension abgetrennt, getrocknet und gegebenenfalls kalziniert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Trägermaterial Glimmer, ein anderes Schichtsilikat, PbCO₃ × Pb(OH)₂, BiOCl oder plättchenförmiges SiO₂ eingesetzt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid mit hoher Brechzahl TiO₂, ZrO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cr₂O₃ oder ZnO ist.
8. Interferenzpigment nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid mit niedriger Brechzahl SiO₂, Al₂O₃, AlOOH, B₂O₃ oder eine Mischung daraus ist, wobei gegebenenfalls Alkali- und Erdalkalioxide als zusätzliche Bestand­ teile enthalten sein können.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide nach Zwischentrocknung des zu beschichtenden Materials in einem Wirbelbettreaktor durch CVD aufgebracht werden.
10. Verwendung der Pigmente nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Pigmen­ tierung von Lacken, Druckfarben, Kunststoffen, Kosmetika, Glasuren für Keramiken und Gläser.
11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pigmente als Mischungen mit handelsüblichen Pigmenten eingesetzt werden.
12. Verwendung der Pigmente nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Laser­ markierung von Kunststoffen.
13. Lacke, Druckfarben, Kunststoffe, Kosmetika, Keramiken und Gläser, welche mit einem Pigment nach den Ansprüchen 1 bis 4 pigmentiert sind.
14. Lasermarkierbare Kunststoffe enthaltend Pigmente nach den Ansprüchen 1 bis 4.
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