DE4200925A1

DE4200925A1 - Bismutvanadatpigmente

Info

Publication number: DE4200925A1
Application number: DE4200925A
Authority: DE
Inventors: Egon Dr Liedek; Helmut Dr Knittel; Hans-Ulrich Dr Reisacher; Norbert Dr Mronga; Harald Dr Ochmann; Henning Dr Wienand
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1992-01-16
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1993-07-22
Also published as: DE59202344D1; MX9300173A; JP3479094B2; EP0551637A1; ES2072689T3; JPH05270834A; EP0551637B1; US5273577A

Description

Aus den US-Patentschriften 41 15 141 und 41 15 142 sind monokline Bismutvanadatpigmente und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. Die gemäß den Angaben dieser Patent schriften hergestellten Produkte entsprechen jedoch nicht den heutigen koloristischen Anforderungen.

Weiterhin sind in der US-Patentschrift 42 51 283 und der EP-A-4 41 101 Bismutvanadatpigmente beschrieben, die phos phorhaltig sind und über eine Festkörperreaktion erhalten werden. Auch diese Produkte entsprechen koloristisch nicht den Anforderungen.

In den Schutzrechten EP-A-2 39 526, EP-A-74 049 und DE-A-31 06 625 sind tetragonale Bismutvanadatpigmente be schrieben, die nicht die Brillanz der monoklinen Produkte erreichen.

Aus der DE-OS 40 37 878 sind Versuche bekannt, Bismut vanadate gegenüber dem Angriff von Salzsäure zu stabili sieren und aus der EP-A-3 04 399 ergibt sich das Bemühen, koloristisch verbesserte Produkte zu gewinnen.

Da der Stand der Technik noch keine Möglichkeit bietet, alle koloristischen und anwendungstechnischen Wünsche zu be friedigen, bestand die Aufgabe, weiterhin verbesserte Bismutvanadatpigmente zu entwickeln.

Diese Aufgabe wurde gelöst durch röntgenographisch im wesentlichen monoklines Bismutvanadat der Formel Bi[(V_1-xP_x)O₄] in der X 0 bis 0,1 bedeutet, gekennzeichnet durch ein Chroma von 85, eine Helligkeit von 80, einen Farbwinkel von 89 bis 95 und eine Photochromie mit einem ΔEWert von 2 im CIE LAB-System.

Die im CIELAB-System verwendeten Begriffe Chroma, Helligkeit und Farbwinkel sind aus der Literatur bekannt, beispiels weise sei Hans G. Völz, Industrielle Farbprüfung Grundlagen und Methoden, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1990 sowie R.W.G. Hunt, Measuring Colour, Ellis Horwood Limited, West Sussex (England) 1987, als Referenz erwähnt.

Unter Photochromie wird entsprechend Römpps Chemie-Lexikon Bd. 4 (1985), die durch sichtbares oder ultraviolettes Licht hervorgerufene, reversible Umwandlung eines Stoffes in einen anderen, der sich von der Ausgangsverbindung durch seine Farbe (Absorptionsspektrum) unterscheidet, verstanden.

Die erfindungsgemäßen Produkte haben vorzugsweise X-Werte von 0.001 bis 0.08 und insbesondere solche von 0.01 bis 0.06.

Weiterhin sind bevorzugt Pigmente mit X 0.002 bis 0.01.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Produkte geht man zweckmäßigerweise so vor, daß man eine alkalische Lösung von Alkali- oder Ammoniumvanadat in Gegenwart eines löslichen Phosphates

a) mit einer sauren Bismutsalzlösung versetzt, mit Alkali den pH-Wert auf 3 bis 6,5 einstellt und ihn dort durch weitere Alkalizugabe während des anschließenden Erhitzens auf bis zu 100°C hält, bis er nicht mehr absinkt, nach 0,5 bis 5 Stunden das Produkt isoliert, salzfrei wäscht, trocknet und bei 300 bis 500°C tempert oder
b) zu einer sauren Bismutsalzlösung zugibt, den pH-Wert auf 2 bis 5 einstellt, ungefähr 1 Stunde unter diesen Be dingungen rührt, dann den pH-Wert auf 5 bis 8 erhöht, unter Einhaltung dieses pH-Wertes auf Rückflußtemperatur erhitzt, anschließend ungefähr 0,5 bis 2 Stunden weiter erhitzt, das Produkt isoliert, wäscht und trocknet.

Einzelheiten der Herstellung können den Beispielen entnommen werden, in denen sich Angaben über Teile und Prozente, so fern nicht anders vermerkt, auf das Gewicht beziehen.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Pigmente kann man eine weitere Verbesserung der Eigenschaften erzielen, wenn man vor der Umsetzung Alkali- oder Erdalkalisulfat, -borat oder -perborat zur alkalischen Vanadatlösung zugibt, und zwar in Mengen von 5 bis 50, vorzugsweise 5 bis 30 Mol-%, bezo gen auf die Bismut-Konzentration.

Als Alkaliionen für die Vanadate und die vorstehend ge nannten Anionen sind insbesondere Natrium und Kalium zu nennen, Bismut wird vorzugsweise als Nitrat verwendet.

Vor dem Erhitzen der Pigmente in der wäßrigen Suspension kann es zweckmäßig sein, eine hydrothermale Behandlungsstufe einzuschieben, weil dadurch die Kristallinität verbessert werden kann. Üblicherweise werden dabei Temperaturen von 110 bis 300, vorzugsweise 150 bis 250°C, angewendet.

Anschließend an die erfindungsgemäße Herstellung kann man die Pigmente noch einer Stabilisierungsbehandlung unter ziehen, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 40 63 956 beschrieben ist. Es erhöhen sich dadurch die thermische Stabilität und die Resistanz gegenüber Säuren und reduzierenden Agenzien.

Die erfindungsgemäßen Pigmente eignen sich beispielsweise zum Färben von Kunststoffen, Lacken und kosmetischen Präparaten, wobei der Lackbereich hervorzuheben ist.

Die Lackierungen für die koloristische Beurteilung der Pig mente werden so hergestellt, daß zunächst 20 g Pigment in 80 g Alkyd-Melamin-Einbrennlack (45% Festkörperanteil) mit 150 g Glaskugeln (3 mm Durchmesser) 60 Minuten mit einem Skandexgerät - geschüttelt und anschließend auf Aluminium-Q-Panels deckend appliziert (Spritzverfahren) und bei 130°C 30 Minuten lang eingebrannt werden. Diese Lackierungen werden dann mit einem Zeiss-Spektralphotometer RFC 16 zur Ermittlung der koloristischen Daten vermessen.

Die Photochromie wird durch Abdeckung der einen Hälfte des Panels mit einer Blechblende und anschließender drei stündiger Bestrahlung mit einem 1000-Watt-Flutlichtstrahler (Sylvania, 1000-W-Halogenlampe Code-Nr. 21 625 9, bündelt) mit 45 cm Belichtungsabstand und direkt anschließender, ver gleichender Vermessung des belichteten und des unbelichteten Teils des jeweiligen Panels mittels oben genannten Geräts ermittelt (Differenz der Mittelwerte aus jeweils drei Meß werten).

Beispiele Beispiel 1

121,25 g Bi(NO₃)₃ _* 5H₂O werden in 600 ml 1N HNO₃ gelöst. Dazu wird unter Rühren eine Lösung aus 34,9 g NaVO₃ _* H₂O und 22 g NaOH in 598 ml H₂O gegeben. Anschließend wird mit 30%iger NaOH ein pH von 3,5 eingestellt, danach 1 Stunde bei Raum temperatur gerührt.

Danach wird mit 1N NaOH der pH-Wert innerhalb von einer Stunde von 3,5 auf 6,0 erhöht und anschließend auf Rückfluß temperatur erhitzt, wobei der pH durch Zugabe von 1N Natron lauge auf 6 gehalten wird. Nach drei Stunden wird auf Raum temperatur abgekühlt, das Produkt abfiltriert, salzfrei ge waschen und bei 90°C im Vakuum getrocknet. Das Röntgen pulverdiagramm zeigt die Linien der monoklinen Kristall modifikation des Bismutvanadats.

Das Pigment wird nach oben beschriebenem Verfahren geprüft, die koloristischen Daten sind: H°=90,5; C*=86,8; L*=80,0; Photochromie ΔE=1,3.

Beispiel 2

Verfahren wie in Beispiel 1, es werden jedoch 60,6 g Bi(NO₃)₃ _* 5H₂O in 240 ml 1N HNO₃ gelöst und eine Lösung, be stehend aus 17,45 g NaVO₃ _* H₂O und 10 g NaOH in 274 ml H₂O, die zusätzlich noch 11,4 g Na₃ PO₄ _* 12H₂O enthält, zugege ben.

Kristallsystem:
monoklin
Phosphorgehalt:	<0,03%
Koloristik:	H°=90,77; C^=91,2; L^=83,0;
Photochromie:	ΔE=0,2

Beispiel 3

Verfahren wie Beispiel 2, jedoch wird als Bismutkomponente eine Mischung auf 237,2 g einer elfprozentigen Bismutnitrat lösung mit 5,4 g 65%iger Salpetersäure und 45 g Wasser ein gesetzt.

Kristallsystem:
monoklin
Phosphorgehalt:	<0,03%
Koloristik:	H°=90,7; C^=92,3; L^=82,9;
Photochromie:	ΔE=0,6

Beispiel 4

Einsatzstoffe und Verfahren wie Beispiel 3, aber die Ab kühlung erfolgt nicht bereits nach 3 sondern erst nach 5 Stunden Rückfluß.

Kristallsystem:
monoklin
Phosphorgehalt:	<0,03%
Koloristik:	H°=90,7; C^=90,7; L^=82,2;
Photochromie:	ΔE=0,3

Beispiel 5

Verfahren wie Beispiel 3, es wird aber nur die Hälfte, d. h. 5,7 g Na₃ PO₄ _* H₂O eingesetzt.

Kristallsystem:
monoklin
Phosphorgehalt:	<0,03%
Koloristik:	H°=90,9; C^=91,4; L^=82,6;
Photochromie:	ΔE=1,4

Beispiel 6

Verfahren wie Beispiel 3, es werden aber der Bismutlösung mehr als die doppelte Menge Salpetersäure, d. h. 11,9 g, und der Vanadatlösung anstelle von Na₃ PO₄ _* H₂O 4,62 g NaBO₂ _* H₂O₂ _* 3H₂O zugesetzt.

Kristallsystem:
monoklin
Borgehalt:	<0,01%
Koloristik:	H°=92,0; C^=92,2; L^=83,9;
Photochromie:	ΔE=1,8

Beispiel 7

Verfahren wie Beispiel 5, es werden aber der Bismutlösung die doppelte Menge Salpetersäure, d. h. 10,8 g, und der Vanadatlösung zusätzlich 2,31 g NaBO₂ _* H₂O₂ _* 3H₂O zugesetzt.

Kristallsystem:
monoklin
Phosphorgehalt:	<0,01%
Borgehalt:	<0,01%
Koloristik:	H°=91,4; C^=92,4; L^=83,4;
Photochromie:	ΔE=0,1

Beispiel 8

Verfahren wie Beispiel 7, es wird aber die eineinhalbfache Ansatzmenge verwendet und der Vanadatlösung werden nur 4,28 g Natriumphosphat zugesetzt.

Kristallsystem:
monoklin
Phosphorgehalt:	<0,01%
Borgehalt:	<0,01%
Koloristik:	H°=90,8; C^=93,4; L^=83,7;
Photochromie:	ΔE=0,6

Beispiel 9

Verfahren und Einsatzstoffe wie Beispiel 7, aber anstelle von pH 3,5 wird pH 4 eingestellt und dort eine Stunde bei Raumtemperatur belassen.

Kristallsystem:
monoklin
Phosphorgehalt:	<0,02%
Borgehalt:	<0,01%
Koloristik:	H°=91,6; C^=92,4; L^=84,3;
Photochromie:	ΔE=0,5

Beispiel 10

15,7 g V 196,5 ml Natriumvanadatlösung mit einem Gehalt von 79,92 g Vanadin pro Liter werden mit 500 ml Wasser ver dünnt und mit 2,3 g H₃PO₄ (85%ig) versetzt. Zu dieser Mi schung werden unter Rühren 68,7 g Bi621,7 g Bismut nitratlösung mit einem Gehalt von 11,05% Bi in ca. 40 Min. zugegeben.

Anschließend wird mit 30%iger NaOH in ca. 1 Std. auf pH 4,5 (NaOH-Verbrauch ca. 140 ml) und anschließend mit 5%iger NaOH in ca. 10 Min. auf pH 5 gestellt.

Es wird 1 Std. gerührt und der pH bei 5 gehalten.

Danach wird die hellbraune Suspension unter Einhaltung von pH 5 auf 95°C erhitzt. Nach ca. 1 Std. wird die Suspension gelb und der pH steigt zügig auf pH 7,6. Es wird bis zur pH-Konstanz gerührt, dann wird das Produkt abfiltriert und salzfrei gewaschen. Das Filtergut wird mit Wasser auf 800 ml gebracht und auf 80°C erhitzt. Zu dieser Suspension gibt man eine Lösung von 15,4 g Al (NO₃)₃·9H₂O in 100 ml Wasser, wo bei der pH mit 10%iger Sodalösung bei pH 7 gehalten wird. Danach wird eine Suspension von 2,6 g Ca(OH)₂ in 100 ml Was ser gleichzeitig mit 2,7 g H₃PO₄ (85%ig) in 100 ml Wasser zugegeben und der pH mit Sodalösung (10%ig) bei 6,5 gehal ten (Sodaverbrauch ca. 48 ml).

Das Produkt wird abfiltriert, salzfrei gewaschen und bei 110°C getrocknet. Das Röntgenpulverdiagramm zeigt die Linien der monoklinen Kristallmodifikation des Bismutvanadats. Das getrocknete Produkt wird auf 400°C erhitzt und 30 Min. bei dieser Temperatur gehalten. Das Pigment zeigt folgende koloristische Daten:
H°= 93,6; C*= 93,2; L*=88,5
Photochromie: ΔE = 0,2

Claims

1. Röntgenographisch im wesentlichen monoklines Bismut vanadat der Formel Bi[(V_1-xP_x)O₄] in der X 0 bis 0,1 be deutet, gekennzeichnet durch ein Chroma von 85, eine Helligkeit von 80, einen Farbwinkel von 89 bis 95 und eine Photochromie mit einem ΔE-Wert von 2 im CIE LAB-System.

2. Bismutvanadat gemäß Anspruch 1 mit X = 0,001 bis 0,08.

3. Bismutvanadat gemäß Anspruch 1 mit X = 0,01 bis 0,06.

4. Bismutvanadat gemäß Anspruch 1 mit X = 0,002 bis 0,01.

5. Verfahren zur Herstellung von Bismutvandadat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine alkalische Lösung von Alkali- oder Ammoniumvanadat in Gegenwart eines löslichen Phosphates

a) mit einer sauren Bismutsalzlösung versetzt, mit Alkali den pH-Wert auf 3 bis 6,5 einstellt und ihn dort durch weitere Alkalizugabe während des an schließenden Erhitzens auf bis zu 100°C hält, bis er nicht mehr absinkt, nach 0,5 bis 5 Stunden das Produkt isoliert, salzfrei wäscht, trocknet und bei 300 bis 500°C tempert oder
b) zu einer sauren Bismutsalzlösung zugibt, den pH-Wert auf 2 bis 5 einstellt, ungefähr 1 Stunde unter diesen Bedingungen rührt, dann den pH-Wert auf 5 bis 8 erhöht, unter Einhaltung dieses pH-Wertes auf Rückflußtemperatur erhitzt, an schließend ungefähr 0,5 bis 5 Stunden weiter er hitzt, das Produkt isoliert, wäscht und trocknet.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Umsetzung Alkali- oder Erdalkalisulfat, -borat oder -perborat zur alkalischen Vanadatlösung zugibt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man 5 bis 50 Molprozent an Zusatzstoffen zur Vanadat lösung zusetzt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeich net, daß man die nach der Umsetzung erhaltene Suspension unter hydrothermalen Bedingungen 0,1 bis 5 Stunden bei 110 bis 300°C behandelt.