DE4243163A1 - Pale conductive pigment with outer coating of tin or titanium di:oxide - Google Patents
Pale conductive pigment with outer coating of tin or titanium di:oxideInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitfähiges, gelblich weißes Pigment auf Basis plättchenförmiger Trägermaterialien.The invention relates to an electrically conductive, yellowish white pigment based on platelet-shaped carrier materials.
In vielen Bereichen der Technik besteht ein Bedarf an leit fähigen Pigmenten, mit denen z. B. elektrisch leitfähige, antistatische oder elektromagnetische Wellen abschirmende Kunststoffe, Lacke, Beschichtungen oder Fasern hergestellt werden können. In großen Mengen wird dazu leitfähiger Ruß eingesetzt, der jedoch auf Grund seiner hohen Lichtabsorption im sichtbaren Spektralbereich nicht für transparente, helle oder farbige Beschichtungen eingesetzt werden kann. Ein weiteres Problem ist die starke Absorption von Ruß im IR-Bereich, was z. B. bei Sonneneinstrahlung zu einer vielfach unerwünschten Erwärmung der beschichteten Gegenstände führt. Für helle Beschichtungen werden deshalb mit Nickel beschich teter Graphit, Metallplättchen und Mischoxide, wie zum Bei spiel Antimon dotiertes Zinndioxid, verwendet. Die genannten Mischoxide können dabei auch auf Trägern, beispielsweise auf plättchenförmigem Glimmer oder kugelförmigem Bariumsulfat, aufgebracht sein.There is a need for lead in many areas of technology capable pigments with which e.g. B. electrically conductive, shielding against antistatic or electromagnetic waves Plastics, paints, coatings or fibers can be. In large quantities, soot becomes conductive used, however, due to its high light absorption in the visible spectral range not for transparent, bright or colored coatings can be used. A Another problem is the strong absorption of soot in the IR range, what z. B. in sunlight to a multiple leads to undesired heating of the coated objects. Nickel is therefore coated for light coatings graphite, metal platelets and mixed oxides, such as for example game Antimony-doped tin dioxide, used. The above Mixed oxides can also be carried on carriers, for example platelet-shaped mica or spherical barium sulfate, be upset.
In EP-A-0 373 575 werden leitfähige plättchenförmige Pigmente beschrieben, bei denen ein plättchenförmiges, mit einem oder mehreren Metalloxidschichten beschichtetes Substrat mit einer leitfähigen Schicht aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid überzogen ist, wobei zwischen der leitfähigen Schicht und der Metalloxidschicht eine dünne SiO2-Schicht angeordnet ist. EP-A-0 373 575 describes conductive platelet-shaped pigments in which a platelet-shaped substrate coated with one or more metal oxide layers is coated with a conductive layer of tin oxide doped with antimony, a thin SiO 2 between the conductive layer and the metal oxide layer Layer is arranged.
US-A-4 431 764 beschreibt eine Zusammenfassung für die Bil dung transparenter, elektrisch leitfähiger Überzüge, die aus einem filmbildenden Bindemittel und fein verteiltem Zinnoxid besteht, das mit 0,1 bis 20 Gew.-% Antimon in Form von Sb2O3 oder Sb2O5 dotiert ist.US-A-4 431 764 describes a summary for the formation of transparent, electrically conductive coatings, which consists of a film-forming binder and finely divided tin oxide containing 0.1 to 20% by weight of antimony in the form of Sb 2 O 3 or Sb 2 O 5 is doped.
Solche elektrisch leitfähigen Zinnoxide haben aber den Nach teil, daß sie je nach Antimongehalt und Glühtemperatur unter schiedlich stark blau eingefärbt sind. Hinzu kommt, daß antimonhaltige Zinnoxide sowie allgemein antimonoxidhaltige Stoffe heute arbeitsmedizinisch nicht unbedenklich erschei nen. Um möglichst hellfarbene Produkte zu erhalten und Antimon als Dotierstoff zu ersetzen, werden neuerdings halogendotierte Zinnoxide eingesetzt.Such electrically conductive tin oxides have the aftermath partly that depending on the antimony content and annealing temperature below are colored differently strong blue. On top of that tin oxides containing antimony and antimony oxide in general Fabrics do not appear safe in occupational medicine today nen. In order to receive products as light as possible and Antimony as a dopant has recently become available halogen-doped tin oxides are used.
In der deutschen Patentanmeldung P 42 13 747 werden elek trisch leitfähige Pigmente beschrieben, deren äußere Schicht aus mit Halogen dotiertem Zinn- und/oder Titanoxid besteht. Die Herstellung erfolgt entweder in einem Wirbelbettreaktor durch thermische Hydrolyse von Zinn- und/oder Titanchloriden in Anwesenheit von Anirnoniumhalogeniden, bevorzugt Ammonium fluorid.In the German patent application P 42 13 747 elek tric conductive pigments described, the outer layer consists of tin and / or titanium oxide doped with halogen. The production takes place either in a fluidized bed reactor by thermal hydrolysis of tin and / or titanium chlorides in the presence of ammonium halides, preferably ammonium fluoride.
Die äußere leitfähige Schicht kann aber auch naßchemisch aufgebracht werden, indem zweiwertige und vierwertige Zinn verbindungen bzw. drei- und vierwertige Titanverbindungen im stark sauren pH-Bereich hydrolysiert und die Oxidhydrate auf das im Wasser suspendierte Trägermaterial aufgefällt werden. The outer conductive layer can also be wet-chemical be applied by divalent and tetravalent tin compounds or trivalent and tetravalent titanium compounds in strongly acidic pH range hydrolyzed and the oxide hydrates the carrier material suspended in water can be noticed.
Die elektrische Leitfähigkeit wird durch Fremdionen in den jeweiligen Zinnoxidschichten erzeugt. Im Falle von Fluorid nimmt man an, daß Sn-F- Bindungen ausgebildet werden. Durch die Dotierung werden nur wenig unterhalb des Leitungsbandes von SnO2 Donatorniveaus erzeugt, aus denen gegebenenfalls unter geringem Energieaufwand Elektronen in das Leitungsband gebracht werden können. Dieser Effekt wird durch Alkaliionen sowie zweiwertiges Zinn gestört, weil diese eine Gegendotie rung darstellen.The electrical conductivity is generated by foreign ions in the respective tin oxide layers. In the case of fluoride, it is believed that Sn-F bonds are formed. The doping produces donor levels just below the conduction band of SnO 2 , from which, if necessary, electrons can be brought into the conduction band with little expenditure of energy. This effect is disturbed by alkali ions and divalent tin, because they represent a counter-doping.
EP-A-0 448 946 offenbart elektrisch leitfähige, halogen dotierte Zinn-IV-oxide mit höchstens 2 Gew.-% zweiwertigem Zinn und 0,1 bis 2,5 Gew.-% Halogeniden. Sie werden als Füllstoff oder Pigment in Kunststoffen, Lacken, Farben, Papier, Textilien und Tonern verwendet. Der spezifische Widerstand der Zinn-IV-oxide beträgt weniger als 50 Ω · m.EP-A-0 448 946 discloses electrically conductive, halogen doped tin IV oxides with a maximum of 2% by weight divalent Tin and 0.1 to 2.5% by weight halides. They are considered Filler or pigment in plastics, lacquers, paints, Paper, textiles and toners used. The specific one The resistance of the tin IV oxides is less than 50 Ω · m.
Nachteilig jedoch ist, daß je nach Herstellung, Art und Menge der Dotierung die erhaltenen Produkte grau bis hellfarben sind. Außerdem lassen sich die annähernd kugelförmigen Zinn oxidpartikel nur mit erheblichem Aufwand in die in Frage kommenden Anwendungssysteme einarbeiten. Weiterhin ist bekannt, daß einem Anwendungssystem eine hohe elektrische Leitfähigkeit nur erteilt werden kann, wenn ihm eine so große Pigmentmenge zugesetzt wird, daß alle einander benachbarten Teilchen sich berühren. Das erfordert bei einem kugelförmigen Material besonders hohe Einsatzmengen, die die Eigenschaften des Anwendungssystems negativ beeinflussen können.The disadvantage, however, is that depending on the manufacture, type and quantity the doping the products obtained are gray to light colored are. In addition, the approximately spherical tin oxide particles only with considerable effort in the question incorporate upcoming application systems. Still is known that an application system has a high electrical Conductivity can only be granted if it is of such a large size Amount of pigment is added that all adjacent to each other Particles touch each other. That requires a spherical one Material particularly high amounts of use, the properties can negatively influence the application system.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein leitfähiges Pigment bereit zustellen, das hell ist, kein zweiwertiges Zinn enthält und eine geometrische Struktur besitzt, durch die es in das Anwendungssystem gut einarbeitbar ist und durch die es ihm eine optimale Leitfähigkeit verleiht.The object of the present invention is to be a conductive To provide pigment that is bright, not divalent tin contains and has a geometric structure through which it is easy to incorporate into the application system and through which it gives it optimal conductivity.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein helles, leitfähiges Pigment auf der Basis eines plättchen förmigen, gegebenenfalls mit einer oder mehreren Metalloxid schichten überzogenen Trägermaterials und mit Zinnoxid als leitfähiger Schicht, das mit mindestens einem Halogenid dotiert ist.This object is achieved according to the invention by a bright, conductive pigment based on a plate shaped, optionally with one or more metal oxide layers coated carrier material and with tin oxide as conductive layer containing at least one halide is endowed.
Gegenstand der Erfindung sind auch Lacke, Druckfarben, Kunst stoffe oder Coatings, welche mit dem erfindungsgemäßen Pigment pigmentiert sind.The invention also relates to paints, printing inks and art fabrics or coatings, which with the invention Pigment are pigmented.
Als plättchenförmige Trägermaterialien können natürlicher oder synthetischer Glimmer und andere Schichtsilikate, wie Talk, Kaolin, Sericit oder Glasplättchen verwendet werden. Die Leitfähigkeit wird dabei durch die Teilchengröße beein flußt. Sie nimmt zu, wenn die mittlere Teilchengröße abnimmt.As platelet-shaped carrier materials can be more natural or synthetic mica and other layered silicates, such as Talc, kaolin, sericit or glass plates can be used. The conductivity is influenced by the particle size flows. It increases as the average particle size decreases.
Diese Trägermaterialien können auch mit einer oder mehreren Metalloxidschichten überzogen sein. Als Metalloxide werden dabei sowohl farblose hochbrechende Metalloxide, wie insbe sondere Titandioxid und/oder Zirkoniumdioxid, als auch far bige Metalloxide, wie z. B. Chromoxid, Nickeloxid, Kupferoxid, Kobaltoxid und insbesondere Eisenoxide, wie z. B. Fe2O3 oder Fe3O4 oder Mischungen solcher Metalloxide verwendet. Solche Metalloxid/Glimmerpigmente sind unter den Handelsnamen Afflair® und Iriodin® (hergestellt durch E. Merck, Darmstadt) im Handel erhältlich.These carrier materials can also be coated with one or more metal oxide layers. As metal oxides, both colorless, high-index metal oxides, such as, in particular, special titanium dioxide and / or zirconium dioxide, and also colored metal oxides, such as, for. B. chromium oxide, nickel oxide, copper oxide, cobalt oxide and in particular iron oxides, such as. B. Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 or mixtures of such metal oxides are used. Such metal oxide / mica pigments are commercially available under the trade names Afflair® and Iriodin® (manufactured by E. Merck, Darmstadt).
Besonders bevorzugt als Trägermaterialien sind Glimmer und plättchenförmige Pigmente, die gemäß der internationalen Anmeldung PCT/EP 92/02 351 hergestellt werden.Mica and. Are particularly preferred as carrier materials platelet-shaped pigments according to the international Application PCT / EP 92/02 351 can be produced.
Sie bestehen aus einer transparenten, anorganischen plättchenförmigen Matrix, vorzugsweise Siliciumdioxid, die ein nichtlösliches Farbmittel enthalten kann. Wenn zum Bei spiel ein hochtransparentes leitfähiges Pigment hergestellt werden soll, wird ein plättchenförmiges Trägermaterial einge setzt, dessen Matrix lediglich aus Siliciumdioxid besteht.They consist of a transparent, inorganic platelet-shaped matrix, preferably silicon dioxide, the may contain an insoluble colorant. If at made a highly transparent conductive pigment should be, a platelet-shaped carrier material is inserted sets, whose matrix consists only of silicon dioxide.
Diese leitfähigen Pigmente sind besonders geeignet zur Herstellung von elektrisch leitfähigen Klarlacken oder trans parenten Elektrodenschichten.These conductive pigments are particularly suitable for Production of electrically conductive clearcoats or trans parent electrode layers.
Wird aber ein helles, leitfähiges Pigment mit hohem Deck vermögen verlangt, werden in die transparente Matrix nicht lösliche Farbmittel, beispielsweise Titandioxidpartikel, eingearbeitet. Der Vorteil dieses bevorzugten Trägermaterials besteht darin, daß man bereits für die Herstellung des erfin dungsgemäßen Pigmentes von einem Trägermaterial mit hohem Deckvermögen ausgehen kann. But becomes a bright, conductive pigment with a high deck assets are not required in the transparent matrix soluble colorants, for example titanium dioxide particles, incorporated. The advantage of this preferred carrier material consists in the fact that one is already responsible for the production of the invent pigment according to the invention from a carrier material with high Opacity can run out.
Die leitfähige Schicht des erfindungsgemäßen Pigmentes besteht aus Zinn-IV-oxid, das mit mindestens einem Halogenid, vorzugsweise Fluorid, dotiert ist. Daneben können auch Chloride, Bromide und Jodide als Dotierstoffe verwendet werden. Zweckmäßigerweise werden die Dotierstoffe als Zinn-IV- oder Ammoniumhalogenide eingesetzt. Die leitfähige Schicht enthält kein zweiwertiges Zinn.The conductive layer of the pigment according to the invention consists of tin IV oxide mixed with at least one halide, preferably fluoride. Besides that, too Chlorides, bromides and iodides are used as dopants become. The dopants are expediently used as Tin IV or ammonium halides are used. The conductive Layer does not contain divalent tin.
Der Anteil der leitfähigen Schicht beträgt 20 bis 200 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 150 Gew.-%, bezogen auf das Träger material. Der Gehalt an Halogeniden, einzeln oder im Gemisch, in der leitfähigen Schicht beträgt 0,1 bis 2,5 Gew.-%, vor zugsweise 0,5 bis 1 Gew.-%.The proportion of the conductive layer is 20 to 200% by weight, preferably 60 to 150 wt .-%, based on the carrier material. The content of halides, individually or in a mixture, in the conductive layer is 0.1 to 2.5% by weight preferably 0.5 to 1 wt .-%.
Die erfindungsgemäßen Pigmente weisen einen spezifischen Widerstand von weniger als 30 kΩ · cm auf.The pigments according to the invention have a specific one Resistance of less than 30 kΩ · cm.
Zur Messung des spezifischen Widerstandes der Pigmente wird in einem Acrylglas-Rohr mit dem Durchmesser von 2 cm eine kleine Menge von etwa 0,5 g Pigment mit Hilfe eines Gewichts von 10 kg zwischen zwei Metallstempel zusammengepreßt. Von den so verpreßten Pigmenten wird der elektrische Widerstand R gemessen. Aus der Schichtdicke L des komprimierten Pigments ergibt sich der spezifische Widerstand ρ nach der BeziehungTo measure the specific resistance of the pigments in an acrylic glass tube with a diameter of 2 cm small amount of about 0.5 g pigment using a weight of 10 kg pressed between two metal stamps. From the pigments pressed in this way become the electrical resistance R measured. From the layer thickness L of the compressed pigment the specific resistance ρ results from the relationship
Die gewünschte homogene Verteilung von Zinn und Halogeniden in der leitfähigen Schicht läßt sich problemlos dadurch erreichen, daß die alkoholische Lösung eines Zinnsalzes, z. B. Zinntetrachlorid, und die jeweiligen Ammoniumhalogenide der wäßrigen Suspension des Trägermaterials bei einem pH-Wert von 1,0 bis 7,0, vorzugsweise von 1,8 bis 3,5 und einer Tempera tur im Bereich von 40 bis 90°C, vorzugsweise von 60°C bis 90°C so zudosiert werden, daß jeweils unmittelbar eine Hydrolyse und Abscheidung auf dem plättchenförmigen Träger material erfolgt.The desired homogeneous distribution of tin and halides in the conductive layer can be easily achieve that the alcoholic solution of a tin salt, e.g. B. Tin tetrachloride, and the respective ammonium halides aqueous suspension of the carrier material at a pH of 1.0 to 7.0, preferably from 1.8 to 3.5 and a tempera tur in the range of 40 to 90 ° C, preferably from 60 ° C to 90 ° C are metered in such a way that one immediately Hydrolysis and deposition on the platelet-shaped carrier material is made.
Das beschichtete Trägermaterial wird abgetrennt und bei 300°C bis 900°C für 5 min bis 120 min kalziniert.The coated carrier material is separated off and at 300 ° C. calcined to 900 ° C for 5 min to 120 min.
Gegebenenfalls erweist sich in Abhängigkeit vom Träger material eine zusätzliche Vorbelegung des Trägermaterials mit Zinndioxid nach bekannten Verfahren als zweckmäßig.If necessary, it turns out depending on the carrier additional pre-assignment of the carrier material Tin dioxide as appropriate by known methods.
Die erfindungsgemäßen Pigmente haben den Vorteil, daß sie sich aufgrund ihrer Plättchenstruktur gut in die in Frage kommenden Anwendungssysteme einarbeiten lassen. Im Vergleich zu leitfähigen Pigmenten mit kugelförmiger Struktur werden mit den plättchenförmigen, erfindungsgemäßen Pigmenten aus reichende Leitfähigkeiten schon mit erheblich niedrigeren Konzentrationen im Anwendungssystem erreicht.The pigments according to the invention have the advantage that they themselves well into question due to their platelet structure have upcoming application systems incorporated. Compared become conductive pigments with a spherical structure with the platelet-shaped pigments of the invention sufficient conductivities with considerably lower ones Concentrations in the application system reached.
Im Falle der Verwendung von nach dem Bandverfahren herge stellten Trägermaterialien werden helle, leitfähige Pigmente erhalten, deren Deckvermögen oder deren Transparenz je nach Anwendungszweck eingestellt werden kann. Da diese Träger materialien nur sehr geringe Mengen an Alkaliionen enthalten, kann das als Dotierstoff verwendete Halogenid während der Kalzinierung nicht durch Alkaliionen gebunden werden. In the case of using the tape method The carrier materials used are bright, conductive pigments get their opacity or their transparency depending on Application can be set. Because this carrier materials contain only very small amounts of alkali ions, the halide used as a dopant during the Calcination cannot be bound by alkali ions.
So enthält z. B. Muskovit-Glimmer 0,6 Gew.-% Natriumionen, dagegen die nach dem Bandverfahren hergestellten Träger materialien nur 0,006 Gew.-%.For example, B. muscovite mica 0.6% by weight sodium ions, on the other hand, the carriers produced by the belt process materials only 0.006% by weight.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.The following examples are intended to explain the invention, without limiting it.
50 g mit TiO2 pigmentierte SiO2-Plättchen, hergestellt gemäß der internationalen Anwendung PCT/EP 92/02 351, wurden durch Rühren mit einer Geschwindigkeit von 600 UpM in 1 l Wasser suspendiert, auf 75°C erhitzt, durch Zugabe von verdünnter Salzsäure ein pH-Wert von 1,8 eingestellt und eine wäßrige Zinntetrachloridlösung, bestehend aus 2,95 g SnCl4·5 H2O und 5 ml konzentrierter Salzsäure in 50 ml Wasser, mit einer Geschwindigkeit von 2 ml/min zudosiert. Der pH-Wert wurde durch Zugabe von NH3-Lösung konstant gehalten. Anschließend wurde eine Ammoniumfluoridlösung, bestehend aus 30 g NH4F in 150 ml Wasser zugegeben, auf 85°C erhitzt und der pH-Wert mit verdünnter Salzsäure auf 3,5 eingestellt. Danach erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 2 ml/min die Zugabe einer Lösung von 25 g wasserfreiem Zinntetrachlorid in 500 ml Ethanol. Durch Zugabe von NH3-Lösung wurde der pH-Wert konstant gehal ten. Anschließend wurde die Suspension abgesaugt, salzfrei gewaschen, im Trockenschrank getrocknet und bei 500°C an Luft für 15 min kalziniert.50 g of TiO 2 pigmented SiO 2 platelets, produced in accordance with the international application PCT / EP 92/02 351, were suspended in 1 l of water by stirring at a speed of 600 rpm, heated to 75 ° C. by adding dilute hydrochloric acid a pH of 1.8 was set and an aqueous tin tetrachloride solution consisting of 2.95 g of SnCl 4 .5 H 2 O and 5 ml of concentrated hydrochloric acid in 50 ml of water was metered in at a rate of 2 ml / min. The pH was kept constant by adding NH 3 solution. Then an ammonium fluoride solution consisting of 30 g of NH 4 F in 150 ml of water was added, the mixture was heated to 85 ° C. and the pH was adjusted to 3.5 with dilute hydrochloric acid. A solution of 25 g of anhydrous tin tetrachloride in 500 ml of ethanol was then added at a rate of 2 ml / min. The pH was kept constant by adding NH 3 solution. The suspension was then filtered off with suction, washed free of salt, dried in a drying cabinet and calcined at 500 ° C. in air for 15 min.
Man erhielt ein gelblich-weißes Pigment mit einem Pulver widerstand von 420 kOhm · cm. A yellowish-white pigment with a powder was obtained resistance of 420 kOhm · cm.
50 g mit TiO2 pigmentierte SiO2-Plättchen wurden in 500 ml Wasser suspendiert. Anschließend wurde bei 75°C, pH von 1,8, einer Rührgeschwindigkeit von 500 UpM und einer Dosierrate von 0,8 ml/min eine Lösung von 2,9 g SnCl4·5 H2O und 5 ml konz. HCl in 40 ml Wasser zugegeben, um die Oberfläche mit SnO2 zu belegen. Der pH-Wert wurde durch Zugabe von 25%iger NH3-Lösung konstant gehalten. Nach Ende der ersten Belegung wurden 25 g NH4F zugegeben und mit HCl ein pH von 3,5 einge stellt. Danach erfolgte mit einer Dosierrate von 2 ml/min die Zugabe einer Lösung von 55 g SnCl4 in 400 ml Ethanol in die jetzt auf 85°C erwärmte Suspension, wobei der pH ebenfalls mit 25%iger NH3-Lösung konstant gehalten wurde. Nach Ende der Zugabe wurde etwas abkühlen gelassen und die Suspension abgenutscht. Die im Trockenschrank getrocknete Probe wurde bei 500°C für 30 min geglüht; davon eine Probe unter Stick stoff, eine Probe an Luft. Drei Wochen nach der Herstellung wiesen beide Proben einen Pulverwiderstand von etwa 20 kOhm · cm auf.50 g of SiO 2 platelets pigmented with TiO 2 were suspended in 500 ml of water. A solution of 2.9 g of SnCl 4 .5H 2 O and 5 ml of conc. Was then at 75.degree. C., pH of 1.8, a stirring speed of 500 rpm and a metering rate of 0.8 ml / min. HCl in 40 ml of water was added to cover the surface with SnO 2 . The pH was kept constant by adding 25% NH 3 solution. After the first occupancy, 25 g of NH 4 F were added and a pH of 3.5 was set with HCl. A solution of 55 g of SnCl 4 in 400 ml of ethanol was then added at a metering rate of 2 ml / min to the suspension, which had now been heated to 85 ° C., the pH also being kept constant with 25% NH 3 solution. After the addition had ended, the mixture was allowed to cool somewhat and the suspension was filtered off with suction. The sample dried in the drying cabinet was annealed at 500 ° C for 30 min; of which a sample under nitrogen, a sample in air. Three weeks after production, both samples had a powder resistance of approximately 20 kOhm · cm.
Claims (7)
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