DE2627428B2

DE2627428B2 - Verfahren zur Herstellung von gefärbtem Aluminiumpulver

Info

Publication number: DE2627428B2
Application number: DE2627428A
Authority: DE
Inventors: Minoru Hasegawa; Hiroshi Matsumoto; Tatsuo Ootsuka; Toshimitsu Uchiyama
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1975-06-19
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS51150532A; DE2627428A1; CH603816A5; ATA444876A; GB1546426A; AT346438B; JPS534004B2; DE2627428C3; CA1071510A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gefärbtem Aluminiumpulver, durch Aufbringen von farbigen Stoffen auf die Oberfläche der Aluminiumteilchen.

Der hier und im folgenden verwendete Ausdruck »Aluminium« umfaßt reines Aluminium, technisches Aluminium mit kleinen Mengen an Verunreinigungen sowie Aluminiumlegierungen, in denen Aluminium vorherrscht.

Es ist bekannt, zu Beschichtungsmassen feine Metallteilchen als Pigment zuzusetzen, um eine metallische Farbe zu erzielen. Für Silberbronzen wird Aluminiumpulver benutzt, für Goldbronzen Messingpulver. Letzteres ist jedoch sehr teuer, darf wegen seiner Giftigkeit nicht für Gegenstände verwendet werden, die mit Getränken und Nahrungsmitteln zusammenkommen können, verfärbt sich leicht je nach der Umgebung, verliert schnell an Glanz und verändert seine Farbe in grau bei einer Temperatur von 300-500⁰C.

Man hat bereits versucht, zur Erzielung verschiedener metallischer Farbtöne zu den Beschichtungsmassen gefärbte Aluminiumpulver zuzusetzen. Für diesen Zweck wurden Verfahren zum Färben von Aluminiumteilchen untersucht, die sich im wesentlichen in zwei Gruppen einteilen lassen: Nach den Verfahren der einen Gruppe wird ein auf der Oberfläche von Aluminiumteilchen gebildeter Oxidfilm mit einem organischen Farbstoff gefärbt, während nach den Verfahren der anderen Gruppe ein gefärbter Kunststoffilm im Vakuum mit Aluminium bedampft und anschließend zerkleinert wird. Diese Verfahren sind jedoch unbefriedigend, weil im ersten Fall die gefärbten Aluminiumteilchen nicht vollkommen wetterbeständig sind und im zweiten Fall für die Vakuumbedampfung eine sehr teure Anlage benötigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von gefärbten Aluminiumpulver zu schaffen, das leicht, schnell und preiswert durchgeführt werden kann und zu einem farbbeständigen Produkt führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die gegebenenfalls in einer ersten Behandlungsstufe mit einem oberflächlichen Böhmitfilm versehenen Aluminiumteilchen in eine schwach alkalische Lösung taucht, die ein Metallsalz und einen organischen Chelatbildner enthält, bis die gewünschte Farbe erzielt ist. Anschließend werden die Teilchen von der Lösung abgetrennt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.

Man erhält nach dem Verfahren der Erfindung Goldtöne und verschiedene andere Farben. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene goldfarbene Aluminiumpulver ist dem Messingpulver insofern überlegen, als es aus einem weniger teuren Ausgangsmaterial herzustellen ist, nur ein Drittel des spezifischen Gewichtes von Messingpulver hat und deshalb in entsprechend geringeren Gewichtsmengen eingesetzt werden kann und sich praktisch für jeden Gegenstand eignet, weil Aluminium nicht giftig ist und eine höhere Beständigkeit gegen Wetter, Wärme und Korrosion aufweist. Verglichen mit den beiden vorgenannten Verfahren zur Herstellung von gefärbtem Aluminiumpulver ist das Verfahren der Erfindung überlegen, weil es einerseits Produkte höherer Wetterfestigkeit ergibt und andererseits zu seiner Durchführung keine teure Anlage erfordert.

Als Beispiele für erfindungsgemäß brauchbare Metallsalze sind Salze von Zink, Kupfer und ähnlichen Metallen zu nennen, die eine Koordinationszahl 4 haben, sowie Salze von Eisen, Nickel, Cobalt, Chrom und ähnlichen Metallen mit einer Koordinationszahl von 6.

Beispiele organischer Verbindungen, die zur Chela tbildnung befähigt sind, sind O-Koordinations-Chelatbildner, z. B. Dicarbonsäuren, etwa Oxalsäure, Malonsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure usw. und Derivate davon, Hydroxycarbonsäuren, wie Apfelsäure, Weinsäure, Zitronensäure, Milchsäure usw. und Derivate davon, aromatische Dicarbonsäuren z. B. Phthalsäure, Tere-

phthalsäure usw. und Derivate davon, Polyhydroxyalkohole, z. B, Glycerin usw.; N-Koordinations-Chelatbildner, z. B. aliphatische Amine, etwa Methylamin, Dimethylamin, Äthylamin usw. und Derivate davon; und Chelatbildner, die sowohl N- als auch O-!Coordinationsgruppen aufweisen, z. B. aliphatische Amine mit einer oder mehreren OH-Gruppen, Monoäthanolamin, Diethanolamin, Triäthanolamin usw. und Derivate davon, und Aminosäuren sowie Amide wie Asparaginsäure, Glutaminsäure, Formamid usw. und Derivate davon. Diese Chelatbildner können einzeln oder in Mischungen von zwei oder mehr eingesetzt werden.

Der organische Chelatbildner verhindert, daß das Metallsalz aus der schwach alkalischen Lösung in Form eines hydratisierten Oxides ausgefällt wird, d. h. das Salz wird chelatisiert, so daß die Metallkomponente in Form von Ionen gehalten wird. Die Art der als Chelatbildner zu verwendenden organischen Verbindung richtet sich nach der Art des in Kombination damit einzusetzenden Metallsalzes. Wenn man fein zerteiltes Aluminium beispielsweise mit Eisenionen färben will, verwendet man vorzugsweise Triäthanolamin allein oder in Mischung mit Oxalsäure. Die benötigte Menge an organischem Chelatbildner richtet sich ebenfalls nach der Art und der Konzentration des Metallsalzes, dem Grad der für die Aluminiumteilchen gewünschten Färbung und der Stärke des auf der Oberfläche der Aluminiumteilchen auszubildenden Filmes. Bei Verwendung von Eisenionen für die Färbung enthält die Lösung nach einem bevorzugten Beispiel pro Liter 2 χ ΙΟ"⁵ bis 0,1 Mol Ferrinitrat, 0,005 bis 0,5 Mol Triäthanolamin und 2 χ ΙΟ-⁵ bis 0,1 Mol Oxalsäure. Wenn die Konzentration an Triäthanolamin und Oxalsäure die vorgenannten oberen Grenzen überschreitet, wird das Eisenchelat zu stark stabilisiert und die Ausbildung eines Films von Eisenoxidhydrat auf der Oberfläche der Aluminiumteilchen verhindert. Wenn umgekehrt die Mengen unter den angegebenen Mindestmengen liegen; wird die Stabilität des Chelates beeinträchtigt.

Der Ausdruck »schwach alkalische Lösung« bezeichnet eine Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 8—13. Ist der pH-Wert niedriger als 8, so hat das entstandene Chelat eine geringe Stabilität, während bei einem pH-Wert über 13 eine zu starke Anätzung des Aluminiums durch das Alkali einiritt.

Die Behandlungslösung kann jede geeignete Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis zum Siedepunkt der Lösung haben. Das fein zerteilte Aluminiummaterial kann 30 bis 90 Minuten in die Lösung eingetaucht werden.

Beim Färben des Aluminiums mit Eisenionen wird vorzugsweise eine schwach alkalische Lösung verwendet, die pro Liter 0,0001 bis 0,02 Mol Ferrinitrat, 0,005 bis 0,05 Mol Triäthanolamin und 0,0001 bis 0,02 Mol Oxalsäure enthält und einen pH-Wert von etwa 9 bis etwa 11 hat. Diese Lösung stellt die Gleichmäßigkeit der Farbe des Films von hydratisierten Eisenoxid auf der Oberfläche der Aluminiumteilchen sicher.

Wenn das fein zerteilte Aluminiummaterial in die Lösung eingetaucht wird, bildet sich auf der Oberfläche bo der Aluminiumteilchen ein Film von gefärbten, hydratisiertem Eisenoxid.

Wenn dagegen das fein zerteilte Aluminiummaterial in die obige, auf einer Temperatur von etwa 6O⁰C bis zu ihrem Siedepunkt gehaltene Lösung eingetaucht wird, entsteht auf der Oberfläche der Aluminiumteilchen ein Film von hydratisiertem Aluminiumoxid und ein Film von hydratisiertem Eisenoxid im Zustand eines Verbundes.

Die Farbe des erfindungsgemäß erzeugten Oxidhydrat-Filmes auf der Oberfläche der Aluminiumteilchen ist wetterfester und korrosionsbeständiger als die eines Oxidfilmes, der auf der Oberfläche von Aluminiumteilchen erzeugt und mit einem organischen Farbstoff angefärbt worden ist. Da die Farbe nach der Erfindung auf einem Metalloxid beruht, hat sie auch eine größere thermische Stabilität, d. h. ist wärmebeständiger.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das fein zerteilte Aluminiummaterial zur Ausbildung eines Böhmitfilms auf der Oberfläche der Teilchen in eine wäßrige Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 4 bis 12 eingetaucht, bevor es dem eigentlichen Färbeverfahren unterworfen wird. Dadurch lassen sich die Aluminiumteilchen auf ihrer Oberfläche mit einem gefärbten Film versehen, dessen Farbe eine erhöhte Gleichmäßigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wetterfestigkeit hat.

Die gefärbten Aluminiumteilchen werden von der Behandlungslösung im allgemeinen durch Filtration abgetrennt. Die Trennung kann jedoch selbstverständlich auch durch Zentrifugieren erfolgen.

Wenn die Behandlungslösung erschöpft ist oder in ihrer Wirksamkeit nachläßt, kann sie durch Zusetzen des jeweiligen Metallsalzes und Einstellung des pH-Wertes regeneriert werden.

Durch geeignete Auswahl der Kombination von Metallsalz und organischem Chelatbildner lassen sich dem Film auf der Oberfläche der Aluminiumteilchen verschiedene Farben wie gold, schwarzbraun, grauweiß usw. geben. Ferner können durch Verändern der Zusammensetzung der schwachen Alkalilösung auch die Helligkeit, Dichte und Sättigung der Farbe beeinflußt werden.

Ein magnetisches Aluminiumpulver läßt sich herstellen, indem unter ausgewählten Behandlungsbedingungen als Metallsalz ein Salz von Eisen, Nickel oder Cobalt verwendet wird. Das magnetische gefärbte Aluminiumpulver eröffnet dem Aluminium neue Anwendungsgebiete.

Die Erfindung ist im nachstehenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Fein zerteiltes Aluminium wurde in Teilmengen von je 10 g unter variierenden Bedingungen in verschiedene Behandlungslösungen eingetaucht, und die behandelten Aluminiumteilchen wurden durch Filtration von der betreffenden Lösung abgetrennt. Die Zusammensetzung der Lösungen, die Behandlungsbedingungen und die erzielten Farben sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt.

Metallsalz

Organischer
Chelat-Bildner

pH Behandlungs- Eintauch- Farbe

temperatur zeit

Kupferacetat
0.0015 Mol/l

Athylendiamin
0,02 Mol/l

10,0 Kp.

15 min

gleichmäßig
schwarzbraun

Fortsetzung

Metallsalz

Organischer Chelat-Bildr.sr

3H	Behandlungs temperatur	Eintauch zeil	Farbe
10,2 10,1	Kp. K-P.	15 min 15 min	gleichmäßig grauweiß gleichmäßig goldfarben
10,1	Kp.	15 min	gleichmäßig goldfarben
10,1	30 C	1 h	gleichmäßig schwarzbraun
10,1	60 C	30 min	dunkel goldfarben

Zinkacetat Äthylendiamin

0,0015 Mol/l 0,02 Mol/l

Cobaltacetat Oxalsäure

0,0015 Mol/l 0,08 Mol/l

Triäthanolamin

0,02 Mol/l

Nickelacetat Oxalsäure

0,0015 Mol/l 0,08 Mol/l

Triäthanolamin

0,02 Mol/l

Ferrinitrat Oxalsäure

0,0015 Mol/l 0,0008 Mol/l

Triäthanolarnin

0,02 MoU)

Ferrinitrat Oxalsäure

0,0015 Mol/l 0,0008 Mol/l

Triäthanolamin

0,02 Mol/l

Ferrinitrat Oxalsäure

0,0015 Mol/l 0,0008 Mol/l

Triäthanolamin

0,02 Mol/l

Ferrinitrat Oxalsäure

0,0015 Mol/l 0,0008 Mol/l

Triäthanolamin

0,02 Mol/l

Ferrinitrat Äthylendiamin

0,0015 Mol/l 0,02 Mol/l

Ferrinitrat Dimethylamin

0,02 Mol/l

Ferrinitrat Oxalsäure

0,02 Mol/l

Ferrinitrat Maleinsäure

0,02 Mol/l

Ferrinitrat Malonsäure

0,02 Mol/l Ferrinitrat Monoäthylamin

0,02 Mol/l Ferrinitrat Diäthanolamin

0,02 Mol/l Ferrinitrat Triäthanolamin

0,02 Mol/l

Beispiel 2

Zur Vorbehandlung und Hydratisierung wurden 10 g fein zerteiltes Aluminium 15 Minuten in eine wäßrige Lösung eingetaucht, die 0,01 Mol/Liter Triäthanolamin und 0,01 Mol/Liter Natriumhydroxid enthielt, einen pH-Wert von 10,3 hatte und 90°C warm war. Anschließend wurden die Aluminiumteilchen durch Filtration von der Lösung abgetrennt.

Durch diese Behandlung hatte sich auf der Oberfläche der Aluminiumteilchen ein Böhmitfilm gebildet. Die Teilchen wurden 15 Minuten in 1 Liter einer Lösung getaucht, die 0,01 Mol/Liter Ferrinitrat, 0,04 Mol/Liter Natriumoxalat und 0,01 Mol/Liter Triäthanolamin enthielt, einen pH-Wert von 10,5 hatte und 90°C warm war. Anschließend wurden die Aluminiumteilchen durch C

C

30 min leich schwärzlich
goldfarben

30 min goldfarben

15 min goldfarben
15 min hell goldfarben

15 min gleichmäßig
goldfarben

15 min hell goldfarben

15 min gleichmäßig
goldfarben

Filtration von der Lösung abgetrennt. Sie hatten eine gleichmäßige Goldfarbe angenommen.

Beispiel 3

Die in Beispiel 2 verwendete und als Filtrat zurückgehaltene Färbelösung wurde mit 0,01 Mol/Liter Ferrinitrat und 0,03 Mol/Liter Natriumhydroxid versetzt, um sie zu regenerieren und auf einen pH-Wert von 10,5 zu bringen. 10 g Aluminiumteilchen, die in gleicher Weise wie in Beispiel 2 oberflächlich mit einer Böhmitschicht versehen worden waren, wurden 15 Minuten in die regenerierte, 90°C warme Lösung eingetaucht und anschließend von dieser durch Filtration abgetrennt. Die Aluminiumteilchen hatten eine gleichmäßige Goldfarbe angenommen.

10,3	Kp.
10,0	Kp.
10,3	Kp.
10,5	Kp.
10,1	Kp.
9,8	Kp.
10,3	Kp.
10,1	Kp.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gefärbtem Aluminiumpulver, durch Aufbringen von farbigen Stoffen auf die Oberfläche der Aluminiumteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls in einer ersten Behandlungsstufe mit einem oberflächlichen Böhmitfilm versehenen Aluminiumteilchen in eine schwach alkalische Lösung, die ein Metallsalz und einen organischen Chelatbildner enthält, getaucht werden, bis die gewünschte Farbe erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Chelatbildner mit einer oder mehreren O- oder/und N-Koordinationsgruppen verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung verwendet wird, die einen pH-Wert im Bereich von 8 — 13 hat.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung verwendet wird, die wenigstens eine der Basen Alkalihydroxide, Ammoniak, Amine, Alkalicarbonate und Alkalialuminate enthält

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung bei Raumtemperatur verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung bei einer jo Temperatur von 60°C bis zu ihrem Siedepunkt verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallsalz ein Salz eines Metalls mit den Koordinationszahlen 4 oder 6 verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall mit der Koordinationszahl 6 Eisen verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fein zerteilte Aluminium zur Vorbehandlung in eine wäßrige Lösung mit einem pH-Wert von 4—12 eingetaucht wird, bis sich auf der Oberfläche der Aluminiumteilchen ein Böhmitfilm ausgebildet hat.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fein zerteilten Aluminiumteilchen 3 bis 90 Min. in die Lösung aus Metallsalz und Chelatbildner eingetaucht werden.