KR20050038619A - 아연을 포함하는 구리계 금속 플레이크 및 그 제조방법 - Google Patents

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슈타이너 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 바쿠오(vacuo)에 증착된 금속 필름의 스트리핑 및 분쇄에 의해 생산되며, 구리계 합금과 첨가적 금속 합금성분, 양호하기로는 아연을 포함하는 고광택 금색 금속효과 안료에 관한 것이다.

Description

아연을 포함하는 구리계 금속 플레이크 및 그 제조방법{COPPER-BASED METAL FLAKES, IN PARTICULAR COMPRISING ZINC AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
금속효과 안료는 펑탄하게 지향된 입자상에서 거울 반사를 나타내는 안료이다(DIN 55944). 특히 인쇄, 래커, 페인트 코팅, 플라스틱 착색, 화장품 및 유리 착색 등의 분야에서 반짝거리는 금색 효과 안료에 대한 관심이 집중되고 있는데, 그 이유는 금 형태의 제품이 심미안적 효과가 높고 이러한 코팅되거나 각인된 또는 착색된 물질에 값비싼 느낌을 부여하기 때문이다. 일찌기, 장식분야에서는 상기 안료가 비용면에서 매우 효과적인 대체물로, 값비싼 순금 플레이크를 대체하기 시작하였다.
가장 널리 알려져 있는 순금 플레이크 기질 안료는 이른바 금-청동 분말로서, 이들은 주로 구리/아연 합금으로 구성되어 있으며, 그 성분에 따라 적금색으로부터 리치 골드(rich gold)의 범위까지 상이한 색조를 갖는다(안료 핸드북 제1권, 제2판, 805페이지 ff, 윌리). 금-청동 안료는 용융된 구리/아연 합금의 세분화와, 이러한 세분화에 의해 생성된 알갱이의 연마에 의해 생산된다. 연마과정중, 상기 합금 입자는 플레이크 형태로 변형되어 분쇄된다. 실제로, 금-청동 안료는 주로 지면건조된다. 냉각 용접을 방지하기 위하여, 사용될 알갱이에는 스테아린산 등과 같은 윤활제가 첨가된다. 특수한 볼 밀에서의 얌전한 밀링이나 브러싱에 의한 지면 생산품의 전처리에 의해 금속 안료의 광택이 개선되며, 이러한 작업들은 폴리싱으로 언급되고 있다. 금속 플레이크 표면상의 불균일은 광택감소 효과를 갖는다. 연마처리중에는 플레이크 표면구조에서의 불균일 발생과 상이한 플레이크 두께를 피할 수 없기 때문에, 이러한 방식에 의해 생산된 금-청동 안료는 합금의 반사력으로부터 연산될 수 있는 광택을 나타내지 못한다. 또한, 실제로 연마처리에 의해 생산된 모든 금-청동 안료는 매질에 부양되어 연마처리중 첨가된 윤활제에 부착될 수 있는 리핑(leafing) 특성을 나타낸다. 리핑 특성이 없는 금-청동 안료의 제조는 윤활제를 필요로 하지 않는 값비싼 과정을 필요로 한다.
철 산화물 코팅된 운모 안료(지.파프 앤드 알.메이샤, 파르베+렉, 제2권, 1955년, 89-93페이지) 또는 철 산화물 코팅된 알루미늄 운모(더블유. 오스테르택, 엔.므로가 앤드 피.하우저, 파르베_랙, 제12권 1987년, 973-976페이지)를 통해 순금 플레이크를 대체하려는 시도는 필요로 하는 휘도에 대해서는 그 목적을 달성하지 못한다. 간섭효과를 통해 적색 금으로부터 녹색 금 범위의 색조는 이룰 수 있지만, 산화 반사면을 통해서는 금속의 고광택 결정 반사값을 달성할 수 없음을 나타내고 있다.
미국 특허 제4.321.087호에는 캐리어 시트상에 증착되는 금속과, 스트리핑 및 분쇄후에 얻어지는 안료가 개시되어 있다.
금속화층을 생산하기 위한 방법으로서는 통상적인 증착법(전자 비임 기법, 저항 복사가열 처리)이 사용되며, 이러한 방법은 예를 들어 VDI-Verlag 1995년, 지.키넬(편집자), "Vakuumbeschichtung 제1권 내지 제5권"에 상세히 개시되어 있다.
2개 이상의 성분으로 구성된 합금인 경우, 상이한 증기압력으로 인해 분별증류가 이루어진다. 상이한 증발법(플래시 증발, 동시 증발, 또는 점핑 비임법)이 있으며, 이에 따라 필요로 하는 성분의 균질 합금층이 생산될 수 있다(지.키넬).
본 발명의 목적은 종래의 금-청동 안료(구리/아연)에 의해 포함되어 있는 것처럼, 합금성분에 필요할 수 있는 고광택 금색 고휘도 금속효과 안료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안료가 모든 그래픽 산업 특히 옵셋 인쇄에 적용될 수 있도록, 면평행 표면과 균질성이 낮은 입자 두께를 갖는 광택성 금색 금속효과 안료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적색 금으로부터 녹색 금까지 색조가 다양한, 광택성 금색 고휘도 금속효과 안료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 통상의 적용분야에서 광택성과 제품의 색조를 손상시키지 않도록, 내식성을 갖는 광택성 금색 고휘도 금속효과 안료를 제공하는 것이다.
또한, 경제적으로 지지될 수 있는 비용으로 생산가능한 것도 인식해야 한다.
이러한 목적들은 증기상으로부터 응축에 의해 증착된 구리계 합금으로 구성된 면평행 반사면을 갖는, 단층 플레이크형 금속 안료에 의해 달성될 수 있다. 적절한 합금으로서는 아연을 들 수 있다. 신규한 광택성 금색 안료의 색채는 주로 아연에 대한 구리의 비율에 의해 결정된다. 구리의 비율이 높을수록, 플레이크는 적색 금이 많아진다. 적색 금 내지 황색 금 또는 녹색 금 광택을 갖는 전형적인 플레이크 성분은 구리와 함께, 2% 내지 40% 아연과, 선택적으로 0.1% 내지 6%의 실리콘 및/또는 알루미늄을 포함한다. 플레이크의 두께는 10nm 내지 100nm, 양호하기로는 20nm 내지 60nm 이며; 어려움없이 변화될 수 있다. 매우 얇은 플레이크는 부분적으로 투명하다.
광택성 금색 안료의 한가지 특징적인 특성은 완벽한 면평행 표면과, 평온한 구조적 성분, 및 균일한 플레이크 두께이며; 이에 의해, 가장 큰 반사값을 허용한다.
가장 중요한 처리과정은 선택적으로 캐리어 시트상에 해제 코팅의 인가단계와, 해제 코팅 또는 캐리어 시트상에 필름으로서의 합금 응축단계와, 금속 필름의 스트리핑 단계와, 필름의 분쇄단계와, 선택적으로 안료 입자의 크기분류 과정이다. 진공하에서의 금속 증발은 이미 제조된 합금이나 각각의 금속을 사용하여, 공지된 방법에 따라 실행된다. 금속 필름의 스트리핑은 해제 코팅을 용해하거나 캐리어 시트를 용해하므로써 실행된다.
본 발명의 안료는 가장 높은 휘도를 나타내며, 적용분야에서 내식성이 뛰어나다. 만일 만일 특수한 내식성이 요구된다면, 표면 코팅을 통해 고광택 안료의 안정성을 개선시킬 수 있다. 상기 표면 코팅은 일반적으로 매우 얇으며, 실질적으로 금속 플레이크의 광택성에 영향을 미치지 않는다. 내식성을 개선하기 위한 표면 코팅은 금속 필름 증착중에 예를 들어 금속 필름의 양측에서 SiOx의 증착을 통해 또는 필름의 분쇄중이나 분쇄후 습식 화학법을 통해 진공챔버에 가해진다. 필요에 따라, SiO2, Al2O3, 인산, 인산 에스테르, 포스핀 산, 실란, 또는 이러한 성분들의 조합의 보호성 코팅이 효과적인 것으로 판명되었다.
광택성 금색 금속 플레이크는 래커, 페인트, 염료, 프린터 잉크, 플라스틱 착색, 화장품, 유리 및 세라믹 등에 사용된다.
이에 대해 하기에 상세히 서술하기로 한다.
본 발명은 구리/아연 합금으로 구성된 신규한 효과 안료에 관한 것이다. 놀랍게도, 진공속에서 증기상으로부터 색조에 적합한 합금을 증착할 수 있다. 합금으로 구성되고 금속 증기의 동시 응축에 의해 생산된 안료는 지금까지 공지되어 있지 않았다.
PVD 처리를 통해 반짝이는 순금 기질 안료의 발전에 적합한 안료는 구리계로서, 선택적으로 알루미늄 및/또는 은, 팔라듐 및 실리콘과 마찬가지로, 예를 들어 부가적으로 합금 성분, 아연을 포함하고 있다.
증착된 합금의 성분을 통해, 적색 금, 희미한 금 및 녹색 금 사이의 광범위한 색채가 생성될 수 있다. 컬러 부여 구리는 이러한 내용에서 주요한 역할을 실행한다. 95중량% 구리의 안료 표면은 예를 들어 적색 금 광택을 갖는 반면에, 단지 70중량% 구리의 안료 표면은 녹색 금으로 나타난다.
색채적으로 관심있는 성분은 예를 들어 70% 내지 98% 구리, 30% 내지 2% 아연이다. 만일 매우 얇은 플레이크가 제공되는 경우에는 부분적인 투명도를 나타낼 것이다. 간섭효과는 상술한 바와 같은 색조에 악영향을 미친다.
광택성 금색 금속 플레이크의 두께는 금속의 증발율 및 벨트속도를 통해 용이하게 조정 및 제어될수 있다. 경제적인 이유로 인하여, 상기 벨트속도는 일반적으로 2m/sec 내지 5m/sec 범위에서 선택된다. 필요에 따라, 처리과정에서는 10nm 내지 100nm 범위의 금속 필름 두께가 선택될 수도 있다. 광택성 금색 금속 플레이크의 제조에서는 20nm 내지 60nm의 두께가 선택될 수도 있다. 입자 크기는 필름 조각의 기계적 분쇄를 통해 캐리어 시트로부터 금속 필름의 스트리핑후 조정된다. 상기 분쇄과정은 적절한 교반기, 펌프, 또는 용제에 현탁되어 있는 초음파 필름 조각 유니트에 의해 실행된다. 일반적으로는 2㎛ 내지 150㎛, 양호하기로는 5㎛ 내지 50㎛의 입자크기가 관심의 대상이 된다. 모든 효과 안료에 있어서, 광학적 외관은 크기분류에 의해, 즉 평균직경이 상이한 협소한 입자크기의 분배에 의해 변화될 수 있다. 상기 크기분류는 예를 들어 디캔터에 의해 실행될 수 있다.
금색 금속 플레이크의 특징적 특성은 높은 반사력과, 적용시 안료의 높은 착색력에 있다. 상기 높은 반사력은 거울처럼 부드럽고 거칠지 않은 표면과 플레이크의 균일한 두께에 기초한다. 잠재적 분산 중심은 최소한으로 감소된다. 안료의 높은 착색력은 각각의 입자의 작은 두께에 기초하므로, 소량의 안료로도 충분한 도포가 달성될 수 있다.
본 발명의 안료는 캐리어 시트, 예를 들어 PET 필름이나 연속한 금속 벨트가 선택적으로 해제 코팅으로 도포되는 방식으로 생산된다. 가용성 수지 또는 왁스에 의한 캐리어 시트의 코팅은 디핑 또는 각인법에 의해 실행된다.
그후, 적절한 금속들이 증발기에서 고진공하에 개별적으로 증발되어, 캐리어 시트상에 응축된다.
이어서, 이소프로판올, 이소프로피라세테이트, 에틸라세테이트 또는 글리콜 등과 같은 용도에 적합한 용제에서, 적절한 교반기 또는 고전단력을 발휘하는 펌프에 의해 해제 코트 또는 캐리어 시트가 용해된 후 안료 입자 크기로 분쇄되는 방식으로, 금속 필름이 연속적으로 스트리핑된다. 초음파 분쇄가 선택적으로 또는 함께 사용될 수도 있다. 선택적으로, 안료 입자는 크기에 따라 분류될 수 있다.
본 발명의 안료를 부식으로부터 보호하기 위하여, 추가 처리단계에서 이들에 내식층을 제공할 수도 있다. 이러한 층들은 얇고 저굴절이기 때문에, 실질적으로 안료의 광 동작에 영향을 미치지 않는다. 원칙적으로, 내식층을 인가하는 방법은 2가지가 사용될 수 있는데, 그중 한가지는 증발단계중 양측 보호층을 증착하는 방법과, 또 다른 한가지 방법은 필름 조각의 분쇄중이나 분쇄후 패시베이트층을 침전시키는 방법이 있다. 증착 처리과정중 일련의 보호층과, 합금 필름, 보호층에는 보호층의 증착이 실행되며; 일반적으로는 SiOX 또는 MgF2 처럼 저용해성이지만 증착이 용이한 물질이 선택된다. 습식 화학반응으로서 패시베이션층의 침전이 실행된다. 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 인산염, 인산, 인산 에스테르, 포스핀 산, 실란, 유기변형된 실리케이트, 티탄산염, 지르콘산염 또는 메타크릴레이트계 폴리머층 또는 이들의 조합 등과 마찬가지로, 실란 및 일련의 실라놀 처리의 가수분해에 의한 졸-겔 처리를 통해 얇은 SiO2 층의 침전이 적합한 것으로 판명되었다.
하기의 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것이다.
실시예1
스타이너 게엠베하 운트 코 카게에 의한 롤 코터에 있어서, 해제 코트로 코팅된 24㎛의 PET 캐리어 필름이 고진공하에서 구리/아연 합금으로 코팅된다. 상기 해제 코트는 아세톤에 용해되는 메틸메타크릴레이트 수지로 구성되어 있으며, 별도의 처리단계에서 미리 프린팅된다. 진공은 5.10-4 mbar로 조정된다.
캐리어 시트의 길이가 풀리는 속도는 3m/s 이다. 구리 및 아연은 별도의 증발기에서 이동 캐리어 시트상에 40nm의 금속 필름두께가 형성되는 비율로 증발된다. 코팅이 완료된 후, 롤 코터는 질소에 잠기며, 금속화된 PET 롤이 벗겨져서, 스트리핑 스테이지에서 아세톤으로 처리된다. 해제 코트의 용해를 통해, 금속 필름이 캐리어 시트로부터 분리된다. 금속 필름조각은 원심분리기에 수집되어, 아세톤 용액이 함유된 해제-코트로부터 분리된다. 그후, 이소프로판올 용액에 필터 케이크가 인입되고, 필름은 20분 이상 분쇄된다. 금속 플레이크는 12% 현탁액에 제공된다.
이렇게 얻어진 안료 현탁액은 가장 높은 휘도를 갖는 고광택 금색 안료 입자가 된다. 플레이크의 평균 입자크기는 10㎛(Cilas) 이다. 화학적 분석에 따르면, 안료는 70%의 구리와, 30%의 아연을 포함하는 것으로 나타난다. X선 분석에 따르면, 균질의 합금 형태로 제공되는 것으로 밝혀졌다.
안정화
이소프로판올에 상술한 바에 의해 생산된 12% 안료 현탁액 1000g이 비등점으로 가열되고, 테트라에톡시실란 11g과 물 10g이 첨가된다. pH 8에 도달될 때까지, 선량계를 사용하여 10% 수용액 DMEA가 연속적으로 첨가된다. 혼합물은 상기 pH를 유지하면서 2시간동안 교반된다.
그후, 12g 이소프로판올에서 용해되는 1.4g 디페닐 디메톡시실란이 교반되면서 4시간 이상 균일하게 도포된다. 이어서, 0.3g 3아미노프로필트리메톡시실란(다이나실란 AMMO)이 첨가되고, 그 혼합물은 교반되면서 10시간동안 냉각된다.
그후 금속 안료는 내식성 형태로 제공된다.

Claims (12)

  1. 구리와 함께 적어도 하나의 첨가적 금속 합금성분을 포함하는 고광택 구리계 금속 플레이크는 캐리어 시트상에 금속 필름의 진공 증착과, 상기 캐리어 시트로부터 필름의 스트리핑과, 상기 필름의 일련의 분쇄에 의해 생산되는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플레이크는 적어도 60%의 구리와, 1% 내지 40%의 아연을 포함하는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플레이크는 첨가적 합금성분으로 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 플레이크형 효과 안료는 면평행 표면을 가지며; 10nm 내지 100nm 사이의 두께, 양호하기로는 20nm 내지 60nm 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 안료 입자의 표면은 내식층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 내식층은 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 인산염, 인산, 인산 에스테르, 포스핀 산, 실란, 유기변형된 실리케이트, 티탄산염, 지르콘산염 또는 메타크릴레이트계 폴리머층 또는 이들 성분의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크.
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 따른 고광택 구리계 금속 플레이크를 생산하는 방법에 있어서,
    캐리어 시트상에 해제 코트를 선택적으로 인가하는 단계와,
    해제 코트나 캐리어 시트상에 금속 필름을 인가하는 단계와,
    금속 필름을 스트리핑하는 단계와,
    안료 입자를 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크 생산방법.
  8. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 따른 고광택 구리계 금속 플레이크를 생산하는 방법에 있어서,
    캐리어 시트상에 금속 필름을 인가하는 단계와,
    상기 캐리어 시트를 용해하는 단계와,
    금속 필름을 안료 입자로 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크 생산방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 금속 필름을 인가하는 단계는 합금성분의 별도의 증발에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크 생산방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 금속 필름을 인가하는 단계는 합금과 하나이상의 부가된 성분의 증발에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크 생산방법.
  11. 제7항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 필름을 인가하는 단계는 전자 비임, 저항 가열, 또는 복사 가열에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크 생산방법.
  12. 제7항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 필름을 인가하는 단계는 플래시 증발, 동시 증발, 또는 점핑 비임 증발에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 고광택 구리계 금속 플레이크 생산방법.
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