JPH11509888A - 小板状二酸化チタン顔料 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
熱的に加水分解し得るチタン化合物の水溶液を連続ベルトの上で固化し、得られた層を脱落させ、生じた二酸化チタン小板状体を、途中で乾燥し、又は乾燥することなく、更に二酸化チタンで湿式法により被覆し、そして得られたものを分離し、乾燥し、そしてカ焼することにより得ることのできる、基材を含まない小板状の二酸化チタン顔料。
Description
【発明の詳細な説明】
小板状二酸化チタン顔料
本発明は小板状二酸化チタンをベースとする非常に薄い二酸化チタン真珠光沢
顔料に関する。
二酸化チタンを含む真珠光沢顔料は多年にわたり成功裏に用いられている。そ
れらは層基材の原理に従って構成され、基材としてはほぼ例外なく雲母が用いら
れる。
このTiO2層の析出のためには2つの主な方法が公知である。第1は、析出
を、US3,087,828号に記述されているように、硫酸で酸性化したオキ
シ硫酸チタンの溶液を雲母の懸濁液に添加し、そして約100℃に加熱すること
により加水分解を行なう。層の厚さ及び関連する干渉色はオキシ硫酸チタンの存
在量によって決定される。
第2に、例えばDE2009566号に記述されているように析出を行なうこ
とができる。その場合に、雲母の懸濁液を約50ないし100℃、特に70ない
し80℃に加熱し、チタン塩水溶液をゆっくりと添加し、そして例えばアンモニ
ア水溶液又はアルカリ金属水酸化物水溶液のような塩基の同時的計量添加によっ
て約0.5ないし5、特に約1.5ないし2.5の実質的に一定のpHに維持す
る。そのTiO2析出物の所望の層厚さに達したならば直ちにこのチタン塩溶液
の添加を停止する。
雲母には次のような欠点がある。すなわち、雲母は比較的高い屈折率及びその
他の好ましい諸性質を有するルチル変態が通常望まれるが、二酸化チタンの形成
の間にアナターゼ変態を引き起こすという欠点がある。従って外部イオン、特に
錫(IV)イオンを添加することによってルチル変態を生じさせることが必要で
ある。
この類のいくつかの方法が、例えばDE2214545号及び同252257
2号に記述されており、ここではルチル化は、雲母の近傍に、又はTiO2の間
の不連続層の中に二酸化錫を取入れることによってもたらされる。しかしながら
他のいくつかの方法も公知である。例えばCS208,578号に従い酸化亜鉛
を、又はDE1959998号に従い鉄(III)をそのTiO2層の中へ取り
入れる方法があり、これらの方法はルチル層に導く。
種々の雲母顔料が印刷及び塗料工業において、化粧品において、そしてポリマ
ー加工において広く用いられている。それらは干渉色及び高い光沢によって際立
っている。しかしながら極端に薄いいくつかの層を形成するためには雲母顔料は
好適ではない。顔料の金属−酸化物層のための基材としての雲母自身が200n
mから1200nmまでの厚さを有しているからである。雲母のもうひとつの欠
点として、雲母小板状体の大きさによって規定される或るフラクションの範囲内
であっても、その厚みは平均値の周辺で著しく異なる値をとる場合があることで
ある。また、雲母は種々の外部イオンにより汚染されている天然産の物質である
。更に、特に磨砕及び分級を含む技術的に高度に複雑で時間のかかる加工プロセ
スが必要となる。
厚い雲母小板状体をベースとした金属酸化物で被覆されている種々の真珠光沢
顔料は、縁部に厚みを有するため、特に20μm以下の比較的微細な粒度分布の
場合、際だった散乱成分を有する。
雲母の代替物として、ガラス溶融物をロールがけし、次いで磨砕することによ
って得られる薄いガラスフレークを用いることが提案されている。実際に、その
ような物質に基づく干渉性顔料は通常の雲母をベースとする顔料よりも優れた色
彩効果を示す。しかしながら欠点は、干渉性顔料の厚さが典型的には3μmを超
えないのに対して、これらのガラスフレークが約10−15μmの非常に大きな
平均厚さ及び厚さの非常に広い分布(通常、4μmと20μmとの間)を有する
と言うことである。
EP0384596は水和されたアルカリ金属珪酸塩を480−500℃の温
度において空気ジェットの作用にさらし、薄い壁を有する気泡を形成させ、これ
らの気泡を次に、小板状の、3μmよりも薄い厚さのアルカリ金属珪酸塩基材と
なるように微粉砕する方法を記述している。しかしながらこの方法は複雑であり
、そして得られた小板状体の厚さの分布は比較的広い。
DE1136042号は周期律表の第IV及び第V族の金属及び鉄族の金属の
小板状または光輝粒状の酸化物または水和酸化物を製造する連続ベルト法を記述
している。この方法においては、所望に応じ、例えばシリコーン被覆を含む離型
層をまず最初に連続ベルトに塗布し、後の金属酸化物層の離脱を促進させる。次
に、所望の酸化物に転化する金属の加水分解可能な化合物の溶液を含む液膜を塗
布し、この膜を乾燥させ、引き続いて振動装置を用いて離脱させる。この得られ
た小板状体の層厚は、その具体例はなんらあげられていないが0.2ないし2μ
mであるとされている。
EP0240952及びEP0236952は二酸化珪素、酸化アルミニウム
及び二酸化チタンを含む種々の小板状物質を製造する連続ベルト法を提案してい
る。この方法においてはその小板状物質の前駆物質の特定の厚さの薄い液膜をロ
ーラ系を介して平滑なベルトに塗布し、この膜を乾燥してベルトから離脱させ、
それにより小板状の粒子を形成している。この小板状体は次に所望の場合、カ焼
し、磨砕し、そして分級される。
EP0240952号に記述された方法に従って得られる小板状体の厚さは、
その液膜が例えば或るローラ系を介して非常に均一にその連続ベルトに適用され
るので、比較的よく特定されている。この小板状体の層厚さはそのいくつかの実
施例において0.3ないし3.0μmであるとあげられている。例1によれば、
第1ローラを、このローラをその用いた前駆物質で満たされている貯蔵容器の中
に部分的に浸漬することによりこの前駆物質で湿潤させている。その膜をこのロ
ーラから第2の、第1ローラと非常に緊密に接触している一緒に回転しているロ
ーラへ移す。最後に、この膜は、第2ローラから連続ベルトの上に移される。
しかしながら欠点は、非常に高価な前駆物質を使用すること、及び、特に有機
金属化合物を使用する場合に遵守すべき作業場安全性についての高水準の基準を
満たさなければならないことである。この前駆物質を所望の層状物質に完全に化
学的に転化するには、一般に、この膜及びベルト材料を高温に加熱することを必
要とする。そのベルト材料の上に加えられる著しい熱応力に加えて、高いエネル
ギー消費量及びプロセススピードについての制約は、この方法の経済性にとって
大いに不利である。
WO93/08327号は、二酸化珪素を含む小板状母材よりなり、そして可
溶性又は不溶性の種々の着色材を含んでいてもよく、かつ1つ以上の金属酸化物
の、又は金属の反射層で被覆されている小板状顔料について記述している。その
小板状母材は連続ベルトの上で水ガラスの固化によって作製される。
DE1273098号は、真珠を母体とする顔料をZnS、MgF2、ZnO
、CaF2及びTiO2を連続ベルトの上に蒸着させることによって製造すること
を記述している。しかしながらこの方法は、US4,879,140号に記述さ
れている方法、すなわち、Si及びSiO2の各層を有する小板状顔料が、Si
H4及びSiCl4からプラズマ蒸着によって得られるという方法と同様に、装置
について非常に大きな出費を伴う。
多くの試みにもかかわらず、これまで、500nmよりも薄い層厚を有する非
常に薄い小板状二酸化チタン顔料を製造するためのなんらの経済的な方法も開発
することができなかった。
本発明の目的は、500nmよりも薄い層厚と、10%よりも小さい層厚許容
範囲とを有する、高度に光輝性の二酸化チタン真珠光沢顔料を提供することであ
る。ここで、上記顔料は実質的になんらの外部イオンも含まず、そしてルチル型
であるか、又はアナターゼ型である。
この目的は本発明に従い、熱的に加水分解し得るチタン化合物の水溶液を連続
ベルトの上で固化し、得られた層を離脱させ、得られた二酸化チタン小板状体を
、途中で乾燥し又は乾燥することなく、更に二酸化チタンで湿式法により被覆し
、得られたものを分離し、乾燥し、そしてカ焼することにより得ることのできる
、基材を含まない小板状の二酸化チタン顔料によって達成される。
その使用される熱的に加水分解し得るチタン化合物は、好ましくは4塩化チタ
ン水溶液の形をとる。このような水溶液の中のチタン塩の濃度は7ないし30重
量%、好ましくは8ないし15重量%である。
この目的はまた本発明に従い更に、この新規な顔料を製造する方法によって達
成される。この方法は、
− 熱的に加水分解し得るチタンの化合物の水溶液を連続したベルトの上に薄膜
として塗布し、
− この液膜を乾燥により固化させ、その間に二酸化チタンが化学反応によって
発現させ、
− 得られた層を次にそのベルトから離脱させて洗浄し、
− 得られた二酸化チタン小板状体を、途中で乾燥し、又は乾燥することなく、
水中に懸濁させて更に二酸化チタンで被覆し、そして
− その得られた二酸化チタン小板状体をその水性懸濁液から分離し、乾燥し、
そして所望の場合カ焼する。
乾燥の後で、この二酸化チタンはアナターゼ変態の形である。600℃以上の
温度でのカ焼によってこのものは外部イオンの存在なしにルチル型へ転化させる
ことができる。このことは非常に純粋な二酸化チタン顔料がルチル型で得られ、
これが多くの点で雲母をベースとする通常の二酸化チタン顔料よりも優れている
ということを意味する。
TiO2母材の中に錫を組み入れた場合に、乾燥の間に実際にルチル型への転
移が110℃から起こる。
本発明は更にまた、このような新規な顔料を種々の塗料、印刷インキ、プラス
チック類、化粧品及びセラミック材やガラスの上薬に顔料添加する使用方法に関
する。
この目的のためにそれらは、例えば無機及び有機の吸収性顔料、金属効果顔料
及びLCP顔料のような市販で入手できる顔料との混合物として使用することが
できる。
この新規な顔料は小板状の二酸化チタン粒子よりなる。この小板状体は10n
mと500nmとの間、好ましくは40nmと300nmとの間の厚さを有する
。他の2つのディメンジョンの寸法は、2μmと200μmとの間、特に5μm
と50μmとの間である。
この新規な顔料は2段階法で作られる。第1段階においては連続ベルトを用い
て二酸化チタン小板状体が作られる。
まず初めに、このベルト法を第1図を参照して説明する。
ローラ系2を介して案内されている連続ベルト1はアプリケータ装置3を通過
し、この中でこれは前駆物質の薄い膜で被覆される。使用することのできる好適
なアプリケータ装置はローラアプリケータ及びフロータイプ装置である。ベルト
の速度は2m/分と400m/分との間、好ましくは5ないし200m/分であ
る。
プラスチックのベルトの均一な湿潤を達成するために、市販で入手できる湿潤
剤をその被覆溶液に加えるか、又はそのベルトの表面を火炎処理、コロナ処理又
はイオン化によって活性化させるのが好都合である。
その被覆されたベルトは次に乾燥区間4を通過するが、この中でこのベルトは
30℃と200℃との間の温度において乾燥される。乾燥装置として、例えば市
販で入手できる赤外線、循環空気ジェット及び紫外線乾燥機を使用することがで
きる。
この乾燥区間を通過した後でそのベルトは、例えば完全脱イオン水のような適
当な離脱媒体を含む離脱浴5を通過し、ここでその乾燥された層がベルトから除
去される。この離脱操作は、例えばジェット、ブラシ又は超音波のような追加的
な手段によって支援される。
次の乾燥機6の中でこのベルトは乾燥された後、再び被覆される。
この連続ベルトは化学的及び熱的に抵抗性のあるプラスチック材料で作られて
いて、好適な運転寿命及び高い乾燥温度を確保する必要がある。このベルトのた
めの適当な材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)又はその他の
ポリエステル類及びポリアクリレート類を含む。
その膜の幅は典型的には数センチメートルから2メートル以上の間である。そ
の厚さは10μmから数ミリメートルの間であり、これら2つのパラメータはそ
れぞれの特別な要求条件について最適化される。
連続ベルト法のそれ以上の詳細はUS3,138,475号及びEP0240
952号並びにWO93/08237号より知れるところである。
第2段階においては、そのベルトから離脱した二酸化チタン小板状体は予め乾
燥されることなく公知の方法に従って更に二酸化チタンで被覆される。US3,
553,001に記述されている方法を用いるのが好ましい。
チタン塩の水溶液をその約50ないし100℃、特に70ないし80℃に加熱
された二酸化チタン小板状体の懸濁液にゆっくりと加え、そして例えばアンモニ
ア水溶液又はアルカリ金属水酸化物水溶液のような塩基を同時計量添加すること
によって実質的に一定の、約0.5ないし5、特には約1.5ないし2.5のp
Hを維持する。所望のTiO2析出の層厚に達したならば直ちに、チタン塩溶液
の添加を停止する。
滴定法とも呼ばれるこの方法は、これが過剰のチタン塩を避けることのために
注目すべきである。これは、水和したTiO2で均一に被覆するのに必要で、か
つその被覆されるべき粒子の被覆可能表面によって単位時間当り吸着され得るよ
うな量(チタン塩の)だけをその加水分解に単位時間当り供給することによって
達成される。従って、処理されるべき表面の上に析出されないような二酸化チタ
ン水和物の粒子の形成は実質的に存在しない。この場合に、毎分当り加えられる
チタン塩の量はその被覆されるべき表面の1m2当り約0.01から2×10-4
モルまでのオーダーである。
更に加えて、この二酸化チタン小板状体は乾燥の後で更に二酸化チタンにより
ガス相被覆によって流動床反応器の中で被覆されてもよく、この場合には、例え
ばEP0045851及び同EP0106235に真珠光沢顔料の製造について
提案されている技術を好適に用いることができる。
この新規な顔料は更に、低い溶解度の無機又は有機の、強固に付着する着色剤
で被覆されてもよい。カラーレーキを使用するのが好ましく、そして特にアルミ
ニウムカラーレーキを用いるのが好ましい。この目的のために、水酸化アルミニ
ウムの被覆を析出によって適用し、そして第2段階においてカラーレーキでレー
キ処理する。この方法はDE2429762号及び同2928287号により詳
細に記述されている。
同様に好ましいものは錯塩顔料、特にシアノ鉄酸錯塩、例えばEP01411
73及びDE2313332に記述されているようなプルシアンブルー及びター
ンブル青等による追加的な被覆である。
この新規な顔料は、有機染料、そして特にDE4009567に従うフタロシ
アニン又は金属フタロシアニン及び/又はインダンスレン染料によって被覆され
てもよい。この目的のためには、その染料の溶液の中の顔料懸濁液を調製し、そ
してこの懸濁液を次に、その染料の溶解度が低いか又はゼロであるような溶媒と
一緒に混合する。
追加的な被覆のためには更に、金属カルコゲン化物又は水和金属カルコゲン化
物及びカーボンブラックを使用することも可能である。
更にまた、この顔料を、光安定性、耐候性及び化学的安定性を更に上昇させ、
或いはその顔料の取り扱い性、特にこれを種々異なった媒体の中へ導入するのを
促進するように後被覆又は後処理することができる。適当な後被覆及び/又は後
処理の方法の例は、例えばDE−C 2215191、DE−A 315135
4、DE−A 3235017又はDE−A 3334598に記述されている
。
それら追加的に適用される物質は全顔料のおよそ0.5重量%から5重量%ま
で、好ましくはおよそ1重量%から3重量%までを占めるに過ぎない。
この顔料は通常の態様で食品、塗料、印刷インキ、プラスチック類、化粧品及
びセラミックやガラスのための上薬に顔料添加するために用いることができる。
しかしがら、この顔料は、330nm以下の範囲において実質上全ての紫外線を
遮蔽することから、化粧品調剤における紫外線防護のため、あるいは種々の工業
的用途にも使用できる。すなわち、この顔料は市販で得られる光防護フィルター
よりも著しく優れている。
これらの調剤の中のこの顔料の濃度は0.1重量%から30重量%まで、好ま
しくは1重量%から10重量%までである。
この新規な顔料の紫外線についての遮蔽作用を、市販で入手できる太陽光線遮
蔽剤の1つ、Luxelen Silk D(メーカー:Presperse,
Inc.)のそれと比較した。この目的のために、この顔料(層厚:130n
m)と比較品とをNCラッカー(顔料含有量1.7%)の中に混入してこれをナ
イフでガラス板の上に塗布した。乾燥の後、その塗膜を基材から離脱させ、そし
て組み込み積分球(拡大Specacarol ダイアフラム、30nm)を備
えたPE Lambda 19装置を用いて200nmから2500nmまでの
範囲において透過、反射及び吸収について測定した。この新規な顔料を含んだ膜
の透過率は330nm以下において0%であり、350nmにおいて約5%であ
り、380nmにおいて35%であり、そして400nmにおいて40%であっ
た。従って350nm以下の紫外線に対する透過性は比較品のそれよりも大いに
低い。
厚さについて、この新規な顔料は、真珠光沢顔料により達成することのできる
最高のものである理想的な状態を示す。
本発明の場合にはその小板状体の厚さは光学的に機能性のTiO2層について
必要な層厚さに相当する。これに対して従来の真珠光沢顔料の場合、その小板状
体厚さはファクターで25も大きい。これは、基材、例えば雲母の層厚さがその
機能性層に加わるからである。
工業的利用について、この顔料は従来の真珠光沢顔料によっては達成すること
のできない、いくつかの特有の利点をもたらす。
例えば、塗料の塗装をより薄くすることができ、そして必要な顔料の量を低下
させることができる。これは支持物質「フィラー」が存在しないため、この顔料
は光学的により効果的となるからである。
以下にあげる諸例は本発明を制限することなく説明するものである。実施例1
循環しているポリエチレンテレフタレートのベルト(幅0.3m、速度20m
/分)を逆回転しているアプリケータローラによって20%濃度の4塩化チタン
の溶液で被覆する。この被覆溶液は0.3重量%の界面活性剤(DISPERSE-AYDW-
28、メーカー:DANIEL PRODUCTS COMPANY)を含む。このベルトの上の水性膜を
、これを70℃において乾燥区間の中で熱空気にさらすことにより乾燥させ、そ
して形成された層を、完全脱イオン水で満たした離脱槽の中でそのベルトから離
脱させる。その二酸化チタン小板状体を濾過し、そして完全脱イオン水で洗浄す
る。これらの小板状体は銀のような光沢を有し、100±10nmの層厚を有す
る。二酸化チタンによって追加的に被覆するためにそれらを再び完全脱イオン水
の中に分散させる。
実施例1により得られたTiO2小板状体分散液(固型分含有量:TiO2 1
5g)2リットルを75℃に加熱し、希塩酸でpH2.2に調節する。
次に40%濃度の4塩化チタン水溶液を3ml/分の量で計量添加し、そして
そのpHを32%濃度NaOHを用いてなお2.2に一定に保つ。
TiCl4の添加を、所望の1次又は高次の干渉色を呈するようになるまで続
ける。得られた顔料を濾過分離し、脱イオン水で塩分がなくなるまで洗浄し、乾
燥し、そして750℃においてカ焼する。その色彩特性はカ焼温度の関数として
は大きく変化せず、これについては、約600℃において開始し750℃におい
て完了するアナターゼ/ルチル転移が重要な役割を演ずる。実施例2
日焼け防止クリーム
組成
成分A:流動パラフィン 20.0%
セチルアルコール 1.5%
密蝋 6.0%
ステアリン酸 20.0%
PEO(5.5)セチルエーテル 1.5%
ソルビトールモノステアレート 2.5%
成分B:10%濃度NaOH 1.0%
蒸留水 36.5%
成分C:グリセロール 6.0%
TiO2顔料 5.0%
調剤
顔料をグリセロールの中に分散させる。成分A及びBを別々に75℃に加熱し
て高速攪拌機を用いてゲルの形において混合する。最後にA及びBのエマルジョ
ンの中に成分Cを50℃において乳化させる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
C09D 7/12 C09D 7/12 Z
(72)発明者 バウア,ゲルト
ドイツ連邦共和国 デー−63801 クレイ
ノストハイム バルバラシュトラーセ 12
ベー
(72)発明者 ブレナー,ギュンター
ドイツ連邦共和国 デー−64347 グリー
スハイム ヤーンシュトラーセ 37アー
(72)発明者 ブリュックナー,ディーター
ドイツ連邦共和国 デー−64289 ダルム
シュタット シーメンスシュトラーセ 10
(72)発明者 ハイラント,アンドレア
ドイツ連邦共和国 デー−64385 オベー
ル−カインズバッハ トールシュトラーセ
25
(72)発明者 クンツ,マティアス
ドイツ連邦共和国 デー−64342 シーハ
イム イム ベルクガルテン 16
(72)発明者 オスターリート,カール
ドイツ連邦共和国 デー−64807 ディー
ブルク メッセラー ベーク 20 ベー
(72)発明者 パッフ,ゲルハルト
ドイツ連邦共和国 64839 ミュンスター
トラウテナウアー シュトラーセ 41
(72)発明者 シュメルツ,ミハエル
ドイツ連邦共和国 デー−65830 クリフ
テル ケーニヒスベルガー シュトラーセ
51
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 熱的に加水分解し得るチタン化合物の水溶液を連続ベルトの上で固化し、 得られた層を離脱させ、得られた二酸化チタン小板状体を、途中で乾燥し又は乾 燥することなく、更に二酸化チタンで湿式法により被覆し、得られたものを分離 し、乾燥し、そしてカ焼することにより得ることのできる、基材を含まない小板 状の二酸化チタン顔料。 2. 使用される熱的に加水分解し得るチタン化合物が、4塩化チタンの水溶液 であることを特徴とする請求項1に記載の二酸化チタン顔料。 3. − 熱的に加水分解し得るチタンの化合物の水溶液を連続したベルトの上 に薄膜として塗布し、 − この液膜を乾燥により固化させ、その間に二酸化チタンが化学反応によって 発現させ、 − 次に得られた層をそのベルトから離脱させて洗浄し、 − 得られた二酸化チタン小板状体を、途中で乾燥し、又は乾燥することなく、 水中に懸濁させて更に二酸化チタンで被覆し、そして − その得られた二酸化チタン小板状体をその水性懸濁液から分離し、乾燥し、 そして所望の場合カ焼する、 ことを特徴とする請求項1および2に記載の二酸化チタン顔料を製造する方法。 4. 使用される熱的に加水分解し得るチタン化合物の水溶液が4塩化チタンの 水溶液であることを特徴とする請求項3に記載の二酸化チタン顔料。 5. 追加的な二酸化チタンをCVDにより流動床反応器の中で前記乾燥した二 酸化チタン小板状体に被覆することを特徴とする請求項3および4に記載の方法 。 6. 請求項1および2に記載の顔料を塗料、印刷インキ、プラスチック、化粧 品及びセラミックやガラスの上薬の顔料添加のため、および食料品用に、および 遮光材として使用する方法。 7. この顔料を、市販で入手できる顔料との混合物として使用することを特徴 とする請求項6に記載の使用方法。 8. 請求項1および2に記載の顔料が加えられた塗料、印刷インキ、プラスチ ック、化粧品、セラミック及びガラス。
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