MXPA98008851A - Pigmento de interferencia en multicapas con una capa intermedia transparente - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere:describe un pigmento de interferencia en multicapas que consiste de una capa central de un material transparente o semitransparente de bajoíndice de refracción y capas alternantes de un metal o de un material de altoíndice de refracción y de un material de bajoíndice de refracción ya sea en un lado u otro de la capa central, el material de bajoíndice de refracción es de preferencia fluoruro de magnesio o acrilato y el metal consiste de preferencia de aluminio o cromo.

Description

PIGMENTO DE INTERFERENCIA EN MULTICAPAS CON UNA CAPA INTERMEDIA TRANSPARENTE Descripción de la invención La invención se relaciona con los pigmentos de interferencia en multicapas que consisten de capas alternantes de un material de bajo Índice de refracción y de un metal o de un material de alto índice de refracción, la capa central se forma a partir de un material transparente o semitransparente de bajo índice de refracción. Son conocidos los pigmentos en multicapas que tienen capas alternantes de un material de alto índice de refracción y un material de bajo índice de refracción. Consisten predominantemente de óxidos de metal. Sin embargo, el material de alto índice de refracción también puede ser reemplazado por una capa de metal semitransparente. Las capas de óxido de metal se producen ya sea mediante un método en húmedo, mediante precipitación de los hidratos de óxido de metal a partir de una solución salina de metal sobre un material de sustrato o mediante deposición en vapor o bombardeo iónico en vacío. Por ejemplo, la patente norteamericana 4,434,010 describe un pigmento de interferencia en multicapas que consiste de una capa central de un material reflector (aluminio) y capas alternantes de dos materiales dieléctricos transparentes, de alto y bajo índice de refracción, por ejemplo, dióxido de titanio y dióxido de silicio, ya sea en un lado u otro de la capa de REF.: 28557 aluminio central. En una modalidad adicional del pigmento, las capas que siguen a la capa de aluminio central se forman mediante fluoruro de magnesio y cromo. Este pigmento se emplea para la impresión de títulos. El documento JP H7-759 (A) describe un pigmento de interferencia en multicapas con un lustre metálico. Consiste de un sustrato que se recubre con capas alternantes de dióxido de titanio y dióxido de silicio. El sustrato se forma a partir de plaquetas de aluminio, oro o plata o a partir de plaquetas de mica y vidrio, las cuales se recubren con metales. Este pigmento tiene un alto poder cubridor. Para aplicaciones en donde se requiere la alta transparencia del material pigmentado, por ejemplo para películas agrícolas, el pigmento no es apropiado. Además, tiene la desventaja de que el efecto de profundidad típico del experimento de interferencia no se produce, puesto que el alto nivel de reflexión de la luz en la capa de metal que forma los medios del núcleo o centro, que las partículas del pigmento se encuentran a más profundidad dentro del medio de ubicación son capaces de hacer solamente una contribución muy pequeña a la apariencia óptica. Por consiguiente, el efecto de interferencia es limitado a las capas localizadas sobre la capa de metal. El objeto de la invención es proveer un pigmento de interferencia sustancialmente transparente que tiene fuertes colores de interferencia y una dependencia angular estrecha de los colores de interferencia. Además, el objeto de la invención es proveer pigmentos que tienen características espectrales especiales en el rango visible y en el rango infrarrojo. Este objeto se obtiene de acuerdo a la invención mediante un pigmento de interferencia en multicapas que consiste de una capa central de un material transparente o semitransparente de bajo índice de refracción y capas alternantes de un metal o de un material de alto índice de refracción y de un material de bajo índice de refracción ya sea en un lado u otro de la capa central. Este objeto se obtiene, de acuerdo con la invención mediante un proceso para preparar el nuevo pigmento que consiste de: - aplicar una capa de liberación que comprende un material soluble en agua o soluble en disolvente a un sustrato, - depositar un sistema de capas que comprende capas alternantes de un material de bajo índice de refracción y de un metal o de un material de alto índice de refracción sobre la capa de liberación, la capa central aplicada consiste de una capa de un material transparente o semitransparente de bajo índice de refracción, - retirar el sistema de capas formado a partir del sustrato al disolver la capa de liberación y lavar y secar el pigmento de interferencia en forma de plaquetas resultantes, - tratar térmicamente el pigmento en una corriente de nitrógeno a una temperatura de 100 a 300 °C, y - triturar y clasificar el pigmento tratado. La invención también provee el uso de los nuevos pigmentos para pinturas de pigmentación, tintas de impresión, plásticos y cosméticos y para producir películas. El material de alto índice de refracción es un óxido de metal o mezclas de óxidos de metal con o sin propiedades absorbentes, por ejemplo, Ti02, Zr02, Fe203, Fe304, Cr203 o ZnO, o un compuesto de alto índice de refracción, por ejemplo, titanatos de hierro, hidratos de óxido de hierro o subóxidos de titanio y sus mezclas y/o fases mezcladas de estos compuestos entre sí o con otros óxidos de metal. El metal es de preferencia aluminio, cromo, níquel, una aleación de cromo-níquel o plata. El cromo y el aluminio son preferidos en este contexto, puesto que son fáciles de depositar. Además, las capas en la presente tienen una reflectividad la cual es fácil de controlar y una alta resistencia a la corrosión.

El material de bajo índice de refracción es MgF2 o un óxido de metal tal como Si02, A1203 o una mezcla de los mismos y puede asimismo tener propiedades absorbentes o no absorbentes. Si se desea, el material de bajo índice de refracción puede incluir óxidos de metal alcalino y óxidos de metal alcalinotérreo como constituyentes. Como el material de bajo índice de refracción, se prefiere emplear polímeros, por ejemplo acrilatos. Los monómeros empleados tienen un peso molecular de 200 a 1000 y están disponibles como mono-, di- o triacrilatos . En términos de grupos funcionales, están disponibles como hidrocarburos, polioles, poliéteres, siliconas o como monómeros semejantes a Teflon fluorados. Estos monómeros pueden ser polimerizados por medio de haces de electrones o radiación UV. Las capas resultantes poseen estabilidad a la temperatura de hasta 250°C. Los índices de refracción de las capas de acrilato están en el rango de 1.35 a 1.60. Detalles adicionales se pueden encontrar en David G. Shaw and Marc G. Langlois: Use of a new high spedd acrylate deposition process to make novel multilayer structures, MRS Conference in San Francisco in 1995; A new high speed process for vapor depositing fluoro and silicone acrylates for reléase coating applications, Conference of the Society of Vacuum Coaters in Chicago, Illinois, 1995.

La diferencia en índices de refracción entre una capa de alto índice de refracción y una capa de bajo índice de refracción debe ser de por lo menos 0.1. El espesor de capa de las capas de bajo y alto índice de refracción se ajusta a valores de entre 20 nm y 700 nm, de preferencia entre 60 nm y 500 nm. El espesor de capa de las capas de metal se ajusta a 5 a 20 nm con el fin de dar semitransparencia. La reflexión máxima obtenible que es posible con un sistema en multicapas depende del número de capas y de los índices de refracción de las capas: En esta fórmula, nH es el índice de refracción de la capa de alto índice de refracción, nL es el índice de refracción de la capa de bajo índice de refracción y p es el número de capas (conteo de capas) . Esta ecuación es válida para un conteo de capas de 2p + 1. El espesor de capa para la máxima reflexión es en cada caso d = ?/4n o un múltiplo del mismo con la longitud de onda ?. El espesor y número de capas depende del efecto deseado en términos de color de interferencia y dependencia angular del color de interferencia, ? varía dentro del rango de entre 400 nm (luz violeta) a aproximadamente 750 nm (región del rojo) . Con el fin de obtener colores apropiados, el espesor de capa se debe ajustar dependiendo del índice de refracción del medio ópticamente más delgado. Además, los nuevos pigmentos también se pueden emplear para producir pigmentos apropiados los cuales reflejan selectivamente en regiones de longitud de onda adjuntas (ultravioleta infrarrojo) . En componentes ópticos de precisión, por ejemplo, en la producción de capas de espejo, divisores de haz o filtros, se emplean conteos de capa de hasta 100 o más. Los conteos de capa de esta magnitud no son necesarios para la preparación de pigmentos. El número de capas es normalmente menor de 10. Las capas individuales se producen de acuerdo con técnicas conocidas mediante bombardeo iónico de metales, por ejemplo, de aluminio o de cromo o de aleaciones, por ejemplo, aleaciones Cr-Ni y de óxidos de metal, por ejemplo, óxido de titanio, óxido de silicio u óxido de indio-estaño o mediante vaporización térmica de metales, óxidos de metal o acrilatos . Para preparar los nuevos pigmentos se da preferencia al recubrimiento en banda al vacío, como se describe en la patente norteamericana 5,440,446, para la producción de capacitores de alto voltaje y en el documento EP O 733 919 para la producción de filtros de color de interferencia . El sustrato empleado para el sistema de capas de interferencia es una tira flexible de tereftalato de polietileno (PET) , otros poliésteres, poliacrilatos, polietileno (PE) o polipropileno (PP) . La capa de liberación que se aplica al sustrato con el fin de permitir que el sistema de capa de interferencia se separe de la tira flexible después que se ha llevado a cabo la deposición, consiste de un material soluble en agua o soluble en disolvente, por ejemplo, polietilenglicol, cera o silicona. El disolvente empleado es agua o acetona. En el texto a continuación, la aplicación de las capas de interferencia mediante deposición de vapor se describe en más detalle: En la técnica de deposición de vapor, las sustancias a ser vaporizadas se calientan en un vacío y se vaporizan. Los vapores se condensan sobre las superficies frías del sustrato, para proporcionar las capas delgadas deseadas. La vaporización se lleva a cabo ya sea en recipientes de metal (botes de tungsteno, molibdeno u hoja de metal de tantalio) , los cuales se calientan directamente mediante el paso de una corriente o mediante bombardeo con haces de electrones.

? El sistema de capa de interferencia se puede preparar al emplear una unidad de deposición de vapor mediante banda convencional. La unidad de deposición de vapor consiste de los componentes acostumbrados, tales como 5 un hervidor al vacío, sistema de bomba de vacío, medidores y unidades de control de presión, dispositivos de vaporizador, tales como vaporizadores por resistencia (botes) o vaporizadores de haz de electrones, un sistema de medición y control del espesor de capa, un dispositivo para establecer las condiciones de presión definidas y un sistema de entrada y regulación de gas para oxígeno. La técnica de deposición de vapor a alto vacío se describe en detalle en Vakuum-Beschichtung, volúmenes 1-5; Editors Frey, Kienel and Lóbl, VDI Verlag 1995. 15 La aplicación de las capas mediante la técnica de bombardeo iónico es como sigue: En el caso de la técnica de bombardeo iónico o en el caso de atomización del cátodo, una descarga de gas (plasma) se somete a ignición entre el sustrato y el material de recubrimiento (objetivo) el cual se encuentra en forma de placas. El material de recubrimiento se bombardea con iones de alta energía del plasma, por ejemplo iones de argón y mediante esto se somete a abrasión o se atomiza. Los átomos y moléculas del material de recubrimiento atomizado se depositan sobre el sustrato y forman la capa delgada deseada. Metales o aleaciones son particularmente apropiados para las técnicas de bombardeo iónico. Pueden ser atomizados a velocidades comparativamente altas, especialmente en el proceso llamado DC Magnetrón. Compuestos tales como óxidos o subóxidos o mezclas de óxidos pueden asimismo ser atomizados al emplear bombardeo iónico de alta frecuencia. La composición química de las capas es determinada por la composición del material de recubrimiento (objetivo) . Sin embargo, también puede ser influenciada por la adición de sustancias al gas que forma el plasma. Capas de óxido o nitruro, en particular, se producen mediante adición de oxígeno o nitrógeno al espacio de gas. La estructura de las capas puede ser influenciada mediante medidas apropiadas, tales como bombardeo de la capa de cultivo o crecimiento mediante iones del plasma. La técnica de bombardeo iónico se describe asimismo en Vakuum-Beschichtung, volúmenes 1-5; Editors Frey, Kienel and Lóbl, VDI Verlag 1995. El principio de la aplicación de las capas se describe en la patente norteamericana No. 5,440,446 y en el documento EP 0 733 y se lleva a la práctica como sigue: Toda la unidad de recubrimiento se localiza dentro de una cámara 1 de vacío convencional. Una tjra 3 de poliéster se enrolla sobre un rodillo 2 de surtido y ya lleva una capa de metal sobre un lado. Antes de la metalización, se le proporciona a la tira de poliéster una capa de liberación. La tira 3 de poliéster es guiada vía un tambor rotatorio 4 y enrollada hasta el rodillo aceptor 5. Los rodillos 6 y 7 sirven como rodillos de tensión y rodillos de guía. La tira pasa a través de la estación de metalización 8, en donde una capa de metal semitransparente se deposita mediante deposición por vapor al vacío o bombardeo iónico. Luego, la tira pasa a través del vaporizador 9 de alta velocidad. En el vaporizador, hay un monómero de acrilato gaseoso el cual se deposita como una capa delgada sobre la capa de metal que está localizada sobre la tira del sustrato. Luego, la tira pasa a través de una estación 10 de irradiación, en donde es irradiada con electrones o con luz ultravioleta. La irradiación inicia la polimerización del monómero de acrilato. Subsecuentemente, la tira pasa a través de la segunda estación de metalización 11. En la estación 12, se aplica una capa de monómero de acrilato adicional, que se polimeriza en la estación 13 de irradiación, de manera análoga a las etapas las cuales se llevan a cabo en la estaciones 9 y 10. Después de esto, la tira que se recubre con dos capas de metal semitransparentes y dos capas de acrilato arregladas entre las mismas, se enrolla después de pasar por el rodillo de tensión 7. La tira pasa subsecuentemente una segunda vez a través de la unidad de vacío, en donde las capas de metal y la capa de acrilato se depositan de la misma forma como durante el primer paso, aunque esta vez las estaciones 12 y 13 se dejan fuera de operación. Para un sistema de 7 capas que consiste de una capa de absorción central y dos capas de metal y una capa de acrilato ya sea sobre un lado u otro de la capa central, se requieren dos pasos a través de la unidad de recubrimiento al vacío . Después de la operación de recubrimiento, el recubrimiento múltiple se separa al disolver la capa de liberación en un baño de agua, posiblemente, a una temperatura relativamente alta o en un disolvente, posiblemente a una temperatura relativamente alta, mediante cepillado, raspado o de preferencia mediante enjuague. En donde se emplean acrilatos como el material de bajo índice de refracción, es necesario triturar el pigmento a temperaturas relativamente bajas en el rango de 90 °K a 273°K. Los ejemplos siguientes se proponen ilustrar la invención. Ejemplo 1 Un pigmento de interferencia que consiste de 7 capas se produce mediante deposición de vapor alternante de cromo y aluminio y acrilato sobre una tira de poliéster en una unidad de deposición de vapor al vacío, de acuerdo con la figura 1. La tira de poliéster se recubre con una capa de liberación de estearina. Enseguida de la deposición de vapor de dos capas de cromo y dos de acrilato, la tira es enviada una segunda vez a través de la unidad de vacío, en donde, en contraste con el primer paso, dos capas de cromo y solamente una capa de acrilato se depositan.

Estructura de capa del pigmento No. de capa Material Espesor de capa, nm 1 cromo 17 2 acrilato 325 3 cromo 17 4 acrilato 325 5 cromo 17 6 acrilato 325 7 cromo 17 El sistema de capas se separa de la tira del sustrato al utilizar acetona, se lava con acetona y se seca.

Subsecuentemente, el pigmento resultante es calentado a una temperatura de 300 °C, en una corriente de nitrógeno, durante 90 minutos y luego se tritura a un tamaño de partícula promedio de 40 µm en un molino de mortero Netsch durante 30 minutos, se mezcla con hielo seco de dióxido de carbono a una temperatura de -5 a -10 °C.

Ejemplo 2 Se produce un pigmento de interferencia que consiste de 7 capas mediante deposición mediante vapor alternativa de cromo y plata y fluoruro de magnesio sobre una película de tereftalato de polietileno. La película se recubre con un recubrimiento de liberación de estearina. La deposición de vapor se lleva a cabo en una unidad de deposición a alto vacío A 700 Q de la compañía Leybold AG.

Estructura de capa de pigmento No. de capa Material Espesor de capa, nm 1 Cr 5 2 MgF2 453 3 Ag 10 4 MgF2 90 5 Ag 10 6 MgF2 453 7 Cr 5 El sistema de capas se separa con acetona de la película, se lava con acetona y se seca y se muele o tritura en un molino de mortero Netsch durante 30 minutos. Se obtiene un pigmento que tiene un tamaño de partícula promedio de 40 µm. El espectro de reflexión se muestra en la figura 2. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (15)

1. Reivindicaciones 1. Un pigmento de interferencia en multicapas, caracterizado porque comprende una capa central de un material transparente o semitransparente de bajo índice de refracción y capas alternantes de un metal o de un material de alto índice de refracción y de un material de bajo índice de refracción ya sea sobre un lado u otro de la capa central .
2. 2. El pigmento de interferencia de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de bajo índice de refracción es MgF2, un óxido de metal o un polímero .
3. 3. El pigmento de interferencia de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el polímero es un acrilato.
4. 4. El pigmento de interferencia de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el óxido de metal es Si02, A1203 o una mezcla de los mismos.
5. 5. El pigmento de interferencia de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el metal es aluminio, cromo, níquel, una aleación de Ni-Cr o plata.
6. 6. El pigmento de interferencia de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de alto índice de refracción es Ti02, Zr02, Fe203, Cr203, ZnO o una mezcla de estos óxidos o es un titanato de hierro, un subóxido de titanio o una mezcla o fase mezclada de estos compuestos .
7. 7. Un proceso para la preparación del pigmento de interferencia de conformidad con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque: - una capa de liberación que comprende un material soluble en agua o soluble en disolvente se aplica a un sustrato, un sistema de capas que comprende capas alternantes de un material de bajo índice de refracción y de un metal o de un material de alto índice de refracción se deposita sobre la capa de liberación, la capa central aplicada es una capa de un material transparente o semitransparente de bajo índice de refracción, - el sistema de capas formado se separa del sustrato mediante disolución de la capa de liberación y el pigmento de interferencia en forma de plaquetas resultante se lava y se seca, - el pigmento se somete a tratamiento térmico a una temperatura de 100 a 300 °C, en una corriente de nitrógeno y - el pigmento tratado se tritura y clasifica.
8. 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el material de bajo índice de refracción es MgF2, un óxido de metal o un polímero.
9. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el polímero es un acrilato.
10. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el óxido de metal es Si02, A1203 o una mezcla de los mismos.
11. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el metal es aluminio, cromo, níquel, una aleación de Ni-Cr o plata.
12. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el material de alto índice de refracción es Ti02, Zr02, Fe203, Cr203, ZnO o una mezcla de estos óxidos o es un titanato de hierro, un subóxido de titanio o una mezcla o fase mezclada de esos compuestos .
13. 13. Los pigmentos de conformidad con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizados porque se usan en pinturas de pigmentación, tintas de impresión, plásticos y cosméticos .
14. 14. Los pigmentos de conformidad con la reivindicación 12, caracterizados porque se usan como mezclas con pigmentos convencionales y con otros pigmentos de efectos especiales.
15. 15. Un pigmento de conformidad con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se usa en la pigmentación de pinturas, tintas de impresión, plásticos y cosméticos, los cuales se han pigmentado.