ПОРОШКОВЫЕ PVD-ПИГМЕНТЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ
POWDER PVD PIGMENTS WITH METAL EFFECT

Изобретение относится к порошку покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом, к высококонцентрированным суспензиям покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом, а также к их применению в порошковых лаках и маточных смесях. Кроме того, изобретение относится к их применению для лазерной маркировки синтетических материалов.
Пигменты с металлическим эффектом часто используются в лаках, красках, печатных красках, порошковых лаках, косметике или пластмассах для окрашивания и, в частности, для создания металлического эффекта.
Классические пигменты с металлическим эффектом представляют собой чешуйчатые металлические пигменты, причем металлический эффект основан на направленном отражении падающего света на металлические пигменты планарной структуры, которые в покрытии выровнены параллельно.
Наряду с классическими пигментами с металлическим эффектом уже давно известны пигменты с металлическим эффектом, которые получены способом PVD (от Physical Vapor Deposition - физическое осаждение из паровой фазы). Получение металлических пигментов способом PVD-напыления описано, например, в патенте US 2,839,378. Согласно этому способу, на основу, снабженную "Release Layer" (отделяемый слой), способом PVD напыляют очень тонкий металлический слой. После нанесения металлического слоя и отделения пленки в растворителе пигменты измельчают до желательного размера частиц, обычно путем механической или ультразвуковой обработки. Такие пигменты с металлическим эффектом отличаются исключительным блеском и неповторимыми оптическими свойствами. PVD-пигменты имеют относительно однородную малую толщину (в интервале от 5 нм до 70 нм) и очень гладкую поверхность с очень незначительным числом поверхностных дефектов, а также обеспечивают высокую степень отражения света. В частности, на гладкой грунтовке, на которой они могут ориентироваться очень однородно, нанесение PVD-пигментов ведет к зеркальному внешнему виду. Кроме того, PVD-пигменты отличаются высокой укрывистостью.
В настоящее время в продаже имеются только алюминиевые эффектные PVD-пигменты. Обычно они предлагаются в виде дисперсий с содержанием алюминиевого пигмента 10-20 вес.% в расчете на сухое вещество. Примеры таких имеющихся в продаже алюминиевых пигментов, которые получены способом PVD, являются, в частности, Decomet (фирма Schlenk), а также Metasheen или Metalure.
Как указывалось выше, PVD-пигменты с эффектом алюминия обычно имеют вид низкоконцентрированных суспензий с содержанием сухих алюминиевых пигментов от 10 до 20 вес.%.
Из-за их исключительной тонкодисперсности и связанными с этим высокой поверхностью и агломерационными свойствами порошки PVD-пигментов и высококонцентрированные суспензии PVD-пигментов с концентрациями 70 вес.% или больше до настоящего времени были неизвестны.
С учетом экологических проблем и требований законодательства представляет большой интерес создание дисперсий PVD-пигментов в высококонцентрированной форме с малым содержанием растворителя или не содержащих растворителя вариантов в виде порошкового PVD-пигмента. Создание таких порошковых PVD-пигментов открывает новые возможности применения, такие как применение в порошковых лаках или в маточных смесях синтетических материалов.
Задачей настоящего изобретения является разработать PVD-пигменты с металлическим эффектом, которые находятся в форме порошка или в высококонцентрированной форме. Порошковые PVD-пигменты должны получаться по существу без агломератов и обладать хорошей редиспергируемостью. Кроме того, задачей изобретения является разработка способа получения такого порошкового PVD-пигмента с металлическим эффектом и высококонцентрированных суспензий.
Эта задача решена посредством порошка покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом, причем покрытый PVD-пигмент с металлическим эффектом содержит PVD-пигмент с металлическим эффектом и металлоксидный слой, причем металлоксидный слой составляет от 5 до 45 вес.% от полного веса покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом.
Далее, указанная задача решена посредством способа, включающего этапы:
a) покрытие пигмента с металлическим эффектом, полученного PVD-способом, оксидом металла посредством золь-гель способа, причем металлоксидный слой составляет от 5 до 45 вес.% от полного веса покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом,
b) отделение покрытых пигментов с металлическим эффектом от реакционной смеси способом разделения твердое-жидкость,
c) сушка полученных покрытых пигментов с металлическим эффектом при температуре от 100°C до 140°C, в результате чего получают порошок.
2
Неожиданно оказалось, что при нанесении на пигмент, полученный способом PVD, металлоксидного покрытия в количестве от 5 до 45 вес.% и сушки выделенных пигментов при температуре от 100°C до 140°C можно получить порошок, который имеет очень узкое гранулометрическое распределение, по существу не содержит агломератов и является очень хорошо сыпучим. Неожиданно оказалось, что покрытые оксидом металла (предпочтительно покрытые SiO) PVD-пигменты с металлическим эффектом, несмотря на их высокую поверхность и их склонность к агломерации, очень хорошо сушатся, в результате чего можно получить порошок с очень хорошими свойствами.
Предлагаемый изобретением порошок покрытых PVD-пигментов с металлическим эффектом отличается очень хорошей редиспергируемостью и особенно хорошо подходит, в частности, для получения высококонцентрированных суспензий. Кроме того, он является хорошо сыпучим, по существу не содержит агломератов и ведет к покрытиям с замечательным металлическим блеском.
Пигмент с металлическим эффектом в порошке согласно изобретению или в суспензии согласно изобретению получен физическим осаждением из паровой фазы (PVD, от Physical Vapor Deposition) и в рамках настоящего изобретения называется также PVD-пигментом с металлическим эффектом. Металл предпочтительно выбран из группы, состоящей из алюминия, магния, хрома, серебра, меди, цинка, олова, марганца, железа, кобальта, циркония, золота, титана, железа, платины, палладия, никеля, тантала, молибдена, стали, а также их смесей и сплавов, в частности, из алюминия, титана, хрома, циркония, меди, цинка, золота, серебра, олова, стали, железа, а также их сплавов и/или их смесей, более предпочтительно из алюминия, титана, хрома, циркония, меди, цинка, золота, серебра, олова, а также их сплавов и/или смесей.
Металл в пигменте с металлическим эффектом особенно предпочтительно является алюминием и его сплавами, а также хромом, в высшей степени предпочтительно алюминием. Получение PVD-пигментов с металлическим эффектом осуществляют обычными в уровне техники способами, смотри, например, патент US 2,941,894, а также US 4,321,087, или же распространенным PVD-способом, какой описан в "Vakuumbeschichtung Band 1-5" (VDI-Verlag, Hrsg. Kienel), в частности, способом с или без реактивного газа, способом резистивного или радиационного нагрева, электронно-лучевой технологией и т.д.
Согласно изобретению, покрытый PVD-пигмент с металлическим эффектом содержит металлоксидный слой, т.е. PVD-пигмент с металлическим эффектом покрыт металлоксидным слоем. При этом речь идет, в частности, о слое оксида кремния, оксида алюминия, диоксида титана, оксида железа, оксида олова, оксида цинка или их смесей. Предпочтительно оксид металла представляет собой оксид кремния, который в рамках настоящего изобретения относится к оксидам металла, так как оксид металла в рамках настоящего изобретения в самом широком смысле включает также оксиды полуметаллов. Можно нанести также два или более слоев из разных оксидов. Предпочтительно, металлоксидный слой является бесцветным. Металлоксидный слой предпочтительно наносят мокрым химическим способом, в частности, способом золь-гель.
Металлоксидный слой наносят после получения PVD-пигментов с металлическим эффектом, т.е. PVD-пигменты с металлическим эффектом согласно изобретению представляют собой так называемые дополнительно покрытые PVD-пигменты с металлическим эффектом. Металлоксидный слой предпочтительно наносят мокрым химическим способом. Предлагаемые изобретением PVD-пигменты с металлическим эффектом не являются многослойными эффектными PVD-пигментами, у которых как металлический слой, так и диэлектрический слой (например, металлоксидный слой) нанесены способом PVD, как описано, например, в WO2006/069663. Кроме того, PVD-пигменты с металлическим эффектом согласно изобретению предпочтительно не имеют следующей слоистой структуры: полученный мокрым химическим окислением слой, содержащий оксид алюминия или оксид/гидроксид алюминия, высокопреломляющий слой халькогенида металла с показателем преломления больше 1,95 и факультативный промежуточный оксидный слой из материала с показателем преломления менее 1,8, причем слой, содержащий оксид алюминия или оксид/гидроксид алюминия, и высокопреломляющий слой халькогенида металла, или слой, содержащий оксид алюминия или оксид/гидроксид алюминия, и оксидный слой из материала с показателем преломления менее 1,8, или все три слоя вместе образуют один смешанный слой.
Эти слои служат как для защиты от коррозии, так и для химической и физической стабилизации. Особенно предпочтительны слои оксида кремния, которые наносят способом золь-гель и которые, в частности, полностью окружают также края излома металла. Этот способ включает в себя диспергирование металлических пигментов в растворе алкоксида металла, такого как тетраэтилортосиликат (обычно в растворе органического растворителя или смеси органического растворителя и воды с содержанием органического растворителя, такого как короткоцепочечный спирт, по меньшей мере 50 вес.%), и добавление слабого основания или кислоты для гидролиза алкоксида металла, в результате чего на поверхности пигментов образуется пленка оксида металла. Такие золь-гель способы являются общеизвестными, смотри, например, "The chemistry of Silica", Ralph Her, Wiley and Sons, 1979, или Gerhard Jonschker, "Praxis der Sol-Gel-Technologie", Vincnetz Verlag, 2012. Особенно предпочтительно использовать пигменты Decomet серии 1000. При этом речь идет об алюминиевых PVD-пигментах.
Металлоксидный слой, который, с одной стороны, способствует пассивации высокореакционно-способного PVD-пигмента с металлическим эффектом, а с другой стороны, позволяет хорошую сушку с получением пигментного порошка, составляет от 5 до 45 вес.%, предпочтительно от 30 до 44 вес.%, в частности, от 35 до 43 вес.%, особенно предпочтительно от 37 до 42 и в высшей степени предпочтительно от 39 до 40 вес.% от полного веса покрытого пигмента с металлическим эффектом. Толщина этого металлоксидного слоя составляет обычно от 2 до 100 нм.
Кроме того, можно осуществить модификацию металлоксидного слоя органическими соединениями, такими как силаны, сложные эфиры фосфорной кислоты, титанаты, бораты или карбоновые кислоты, причем эти органические соединения связываются с металлоксидным слоем. Под органическими соединениями предпочтительно имеются в виду функциональные силановые соединения, которые могут связываться с металлоксидным слоем. При этом речь может идти как о моно-, так и о бифункциональных соединениях. Примерами бифункциональных органических соединений являются метакрилоксипропенилтриметоксисилан, 3-метакрил-оксипропилтриметоксисилан, 3-акрилоксипропилтриметоксисилан, 2-акрилоксиэтилтриметоксисилан, 3-метакрилоксипропил-триэтоксисилан, 3-акрилоксипропилтриметоксисилан, 2-метакрилоксиэтилтриэтоксисилан, 2-акрилоксиэтилтриэтоксисилан, 3-метакрилоксипропилтрис(метоксиэтокси)силан, 3-метакрилокси-пропилтрис(бутоксиэтокси)силан, 3-метакрилоксипропил-трис(пропокси)силан, 3-метакрилоксипропилтрис(бутокси)силан, 3-акрилоксипропилтрис(метоксиэтокси)силан, 3-акрилоксипропил-трис(бутоксиэтокси)силан, 3-акрилоксипропилтрис(бутокси)силан, винилтриметоксисилан, винилтриэтоксисилан, винилэтилдихлорсилан, винилметилдиацетоксисилан, винилметилдихлорсилан, винилметил-диэтоксисилан, винилтриацетоксисилан, винилтрихлорсилан, фенилвинилдиэтоксисилан или фенилаллилдихлорсилан.
Кроме того, можно осуществить модификацию посредством монофункционального силана, в частности, алкилсилана или арилсилана. Он содержит всего одну функциональную группу, которая может ковалентно связываться с поверхностью дополнительно покрытого металлического пигмента (т.е. с металлоксидным слоем) или, при не совсем полном покрытии, с металлической поверхностью. Углеводородный остаток силана отделяется от пигмента. В зависимости от типа и структуры углеводородного остатка силана достигается разная степень гидрофобизации пигмента. Примерами таких силанов являются гексадецилтриметоксисилан, пропилтриметоксисилан и т.д.
Особенно предпочтительными являются покрытые оксидом кремния алюминиевые эффектные пигменты в порошке согласно изобретению или в суспензии согласно изобретению, которые поверхностно модифицированы монофункциональным силаном. Особенно предпочтительны октилтриметоксисилан, октитриэтоксисилан, декадецилтриметоксисилан, а также декадецилтриэтоксисилан. Благодаря модифицированным поверхностным свойствам (гидрофобизации) можно достичь улучшения сушки без образования агломератов, а также лучшей ориентации при применении.
Кроме того, покрытые PVD-пигменты с металлическим эффектом могут быть также покрыты дополнительным слоем, предпочтительно полимерным слоем, в частности, из (мет)акриловых смол. Применение полимерного слоя, который предпочтительно плохо растворяется в воде и растворителях, может дополнительно улучшить химическую стойкость пигментов, а также, при необходимости, введение в лаки.
Средний размер зерна (значение D50) у покрытых пигментов с металлическим эффектом по изобретению обычно лежит в интервале от 1 до 250 микрон, предпочтительно от 2 до 150 микрон, в частности, от 5 до 50 микрон.
2
2
2
Поверхность по БЭТ у покрытых PVD-пигментов с металлическим эффектом согласно изобретению является очень высокой по сравнению с обычными пигментами "серебряный доллар" или пигментами "кукурузные хлопья" и предпочтительно составляет от 15 до 90 м/г, в частности, 18-40 м/г, более предпочтительно 22-35 м/г. Под поверхностью по БЭТ понимается удельная поверхность, измеренная методом БЭТ (DIN 66132). Из-за очень высокой поверхности PVD-пигмента с металлическим эффектом (называемого также VMP) по сравнению с обычным пигментом получение VMP-порошка или VMP-пасты является очень сложным. Тем не менее, в рамках настоящего изобретения удалось получить PVD-порошок или PVD-пасту или суспензию с исключительными свойствами.
Предлагаемый изобретением порошок покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом характеризуется отличной редиспергируемостью (оцениваемой визуально через однородность замеса или с помощью гриндометра) и сыпучестью (выводимой из кажущейся плотности согласно DIN 53466, насыпного веса согласно DIN EN ISO 3923-1, длительности течения в соответствии с DIN EN ISO 4490).
Редиспергируемость оценивают следующим образом. Редиспергирование высушенного порошка в связующем (например, среде A) осуществляют в высокоскоростной мешалке (прибор DAC 250 SP) в течение 80 сек при определенных скоростях вращения (10 сек на 1000 об/мин; 15 сек на 2000 об/мин; 30 сек на 2500 об/мин; 10 сек на 2000 об/мин; 5 сек на 1000 об/мин). Замес наносят с ракли 24 или 38 мкм и оптически исследуют на наличие агломератов. Чем меньше образуется агломератов, тем лучше редиспергируемость. Кроме того, с повышением редиспергируемости наблюдается также усиление блеска. Блеск полученных покрытий определяют измерением (Tri-Gloss от Byk-Garner) или путем визуального сравнения с покрытием без сушки, получаемым сразу после нанесения суспензии, и с сухим материалом.
Кроме того, полученный порошок анализировали в отношении гранулометрического состава (например, с помощью прибора для измерения размеров частиц Helos фирмы Sympatec, применения лазерной дифракции, измерения в жидкой среде определены значения d50; например, D10=6,58 мкм, D50=14,77 мкм; D90=26,66 мкм, ширина=1,36). Для дополнительной оценки подходящим оказалось также покрытие с ракли, эта методика будет более подробно описана в экспериментальном разделе. Из анализа покрытия с ракли и из гранулометрического распределения можно узнать, присутствуют ли агломераты в сухом порошке. Кроме того, по диспергируемости порошка можно судить о качестве полученного порошка покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом.
Порошок согласно настоящему изобретению представляет собой однородный тонкодисперсный порошок. Покрытия, в которых применялся предлагаемый изобретением порошок покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом в форме порошка или в форме суспензии, отличается очень хорошим металлическим блеском. Таким образом, настоящее изобретение предлагает новое, очень выгодный с экологической и производственно-технической точки зрения, содержащий мало или вовсе не содержащий растворителя вариант PVD-пигментов с металлическим эффектом, при этом можно достичь металлического блеска как у PVD-пигментов с металлическим эффектом из низкоконцентрированных суспензий.
Понятно, что указанные выше, а также поясняемые далее отличительные признаки можно применять не только в указанных комбинациях, но и в других комбинациях или самостоятельно, не выходя за рамки настоящего изобретения. В частности, это справедливо для конкретно названных пигментов с металлическим эффектом, металлоксидных слоев, модифицирующих агентов, технологических параметров и количеств различных признаков, различные комбинации которых следует считать раскрытыми согласно изобретению.
Предпочтительно, предлагаемый изобретением порошок PVD-пигмента с металлическим эффектом используется в порошковых лаках. Порошковые лаки представляют собой органические, главным образом термореактивные порошки для покрытий с содержанием сухих веществ 100%. Для порошковых лаков применяются реакционно-способные связующие полимеры, которые могут сшиваться либо друг с другом, либо посредством сшивающего агента с образованием разветвленных макромолекул. В рамках настоящего изобретения можно использовать обычные связующие для порошковых лаков, в частности, эпоксидные смолы, сложные полиэфиры, содержащие карбоксильные и гидроксиксильные группы, OH-функциональные акрилатные смолы и глицидилметакрилатные смолы, а также модифицированные смолы специального назначения. Кроме того, можно использовать обычные добавки, такие как добавки, повышающие текучесть, структурообразователи, воски, наполнители. Количество предлагаемого изобретением порошка покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом составляет от 0,01 до 2 вес.%, предпочтительно 0,2-0,8%. Фиксации порошковых лаков на основе можно достичь путем обжига или с помощью лучистой энергии.
Эти порошковые лаки можно применять, в частности, для покрытия металлов, бытовых приборов, облицовки фасадов, лакировки мебели и покраски автомобилей.
Изобретение относится также к суспензии покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом в растворителе (предпочтительно в медицинском белом масле), причем покрытый PVD-пигмент с металлическим эффектом содержит PVD-пигмент с металлическим эффектом и металлоксидный слой, причем металлоксидный слой составляет от 5 до 45 вес.% от полного веса покрытого пигмента с металлическим эффектом, характеризующийся тем, что суспензия содержит 70 вес.% или более покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом. Предпочтительно, содержание покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом составляет 75 вес.% или больше, более предпочтительно от 80 вес.% до 99 вес.%, или предпочтительно от 85 вес.% до 97 вес.%, предпочтительно от 90 вес.% до 95 вес.%. В качестве растворителя для суспензии можно использовать обычные растворители, как медицинские белые масла, например, масло Shell Ondina 941. Неожиданно оказалось, что такие высококонцентрированные суспензии можно без проблем получать из порошка согласно изобретению, и они отличаются хорошими характеристиками дисперсности и стабильности и ведут к покрытиям с очень хорошим металлическим блеском. Такие высококонцентрированные суспензии можно также назвать пастами. Поэтому объектом изобретения является также паста покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом в растворителе (предпочтительно медицинском белом масле), причем покрытый PVD-пигмент с металлическим эффектом содержит PVD-пигмент с металлическим эффектом и металлоксидный слой, причем металлоксидный слой составляет от 5 до 45 вес.% от полного веса покрытого пигмента с металлическим эффектом, характеризующийся тем, что паста содержит 70 вес.% или более покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом.
Следующими предпочтительными применениями суспензии PVD-пигментов с металлическим эффектом или порошка PVD-пигментов с металлическим эффектом являются краски, лаки, маточные смеси, печатные краски, пластмассы, косметические препараты, печать для нанесения защитных знаков или печать ценных бумаг. Благодаря их декоративному металлическому блеску (блеск хромированной поверхности) они предназначаются, в частности, для полиграфической промышленности, области декоративных лаков, косметики и области безопасности.
Далее, объектом изобретения являются порошковые лаки, содержащие порошок PVD-пигмента с металлическим эффектом согласно одному из предыдущих пунктов.
Изобретение испрашивает также защиту на маточную смесь, содержащую порошок PVD-пигмента с металлическим эффектом, согласно одному из предыдущих пунктов, и синтетический материал. Под термином маточная смесь принято понимать добавки синтетического материала в виде гранул с содержанием красителей выше, чем при конечном применении. По сравнению с пастами, порошками или жидкими добавками маточные смеси повышают надежность технологического процесса и очень хорошо обрабатываются. Их примешивают к синтетическому материалу (необработанный полимер) для окрашивания. В качестве синтетических материалов в рамках настоящего изобретения годятся все натуральные или синтетические полимеры, которые можно смешать с пигментом с металлическим эффектом. Известными примерами являются, например, полиолефины, в частности, PE, PP, полиамиды, полиэфиры, полиакрилаты, поликарбонаты и т.д. Особенно хорошо подходят полипропилены (PP). Такие маточные смеси можно применять, в частности, для упаковочных материалов, как, например, упаковки для косметики, когда достигаемый эффект хромирования особенно желателен.
Количество покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом (в форме порошка или высококонцентрированной суспензии в масле) в маточной смеси по изобретению составляет от 1,5 до 5 вес.%, предпочтительно от 2,5 до 3 вес.%, в расчете на сухое вещество.
Неожиданно оказалось, что покрытые PVD-пигменты с металлическим эффектом имеют неожиданно хорошую ориентацию в синтетическом материале. В частности, по сравнению с применением в лаках, не было установлено никаких свертываний/волнистости покрытых PVD-пигментов с металлическим эффектом в синтетическом материале (СЭМ-анализ).
Тем самым, объектом изобретения является также синтетический материал, причем порошок согласно изобретению или суспензия согласно изобретению (или паста согласно изобретению) содержится в синтетическом материале (необработанный полимер). Его можно получить путем смешения вышеописанной маточной смеси с синтетическим материалом или путем смешения синтетического материала с порошком согласно изобретению или суспензией согласно изобретению.
Далее, оказалось, что покрытые PVD-пигменты с металлическим эффектом в синтетическом материале замечательно подходят для лазерной маркировки, в частности, типа холодной маркировки. При использовании прозрачного полимера в качестве синтетического материала и покрытых PVD-пигментов с металлическим эффектом (введенных в форме маточной смеси) в качестве чувствительного к лазерному излучению компонента, в результате облучения лазером в полимерной матрице инициируется карбонизация, которая вызывает что-то типа вспенивания, так что всплывают пузырьки газа. Этим обусловлена маркировка, которая, однако, не ощутима на поверхности (холодная маркировка). При этом в качестве полимеров подходят, например, полипропилены. Подходящие лазеры вполне известны специалисту и включают в себя, например, YAG-лазер (1064 нм).
2
Таким образом, объектом изобретения является также применение маточной смеси по п. 13 или 14 или синтетического материала по п. 15 для лазерной маркировки синтетических материалов. Кроме того, объектом изобретения является также способ лазерной маркировки синтетических материалов, включающий приготовление маточной смеси по п. 13 или 14 или синтетического материала по п. 15, и облучение лазером выбранной зоны синтетического материала, чтобы по меньше мере частично модифицировать в этой зоне чувствительные к лазерному излучению покрытые PVD-пигменты с металлическим эффектом (предпочтительно алюминиевые PVD-пигменты, покрытые SiO). Описанные выше предпочтительные варианты осуществления порошка по изобретению, суспензии по изобретению, маточной смеси по изобретению и используемые в них PVD-пигменты с металлическим эффектом, покрытые согласно изобретению, годятся, в частности, как по отдельности, так и в комбинации, для применения для лазерной маркировки и для способа лазерной маркировки синтетических материалов. Речь идет о чувствительном к лазерному излучению покрытому PVD-пигменту с металлическим эффектом, который содержит PVD-пигмент с металлическим эффектом и металлоксидный слой, причем металлоксидный слой составляет от 5 до 45 вес.%, предпочтительно 30-44 вес.% от полного веса покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом. Особенно предпочтительно использовать алюминиевый эффектный PVD-пигмент со слоем оксида кремния в качестве металлоксидного слоя, который составляет от 5 до 45 вес.%, предпочтительно 30-44 вес.% от полного веса покрытого PVD-пигмента с алюминиевым эффектом.
2
2
2
А именно, было установлено, что покрытые согласно изобретению PVD-пигменты с металлическим эффектом, которые предпочтительно представляют собой алюминиевые PVD-пигменты, покрытые SiO, намного лучше подходят для лазерной обработки, чем непокрытые алюминиевые PVD-пигменты. При облучении лазером из покрытых SiO алюминиевых PVD-пигментов в полипропиленовой матрице образуются так называемые "каплевидные оплавления" с диапазоном размеров примерно от 5 до 150 нм, которые очень слабо рассеивают в видимой области спектра. В результате этого маркированная область, например, в форме надписи, является по существу прозрачной. Напротив, непокрытые алюминиевые чешуйки ведут к каплевиденым оплавлениям с диапазоном размеров примерно от 5 до 600 нм, которые сильнее рассеивают в видимом диапазоне спектра. В этом случае маркированные лазером зоны являются полупрозрачными. Не желая ограничиваться этим, согласно энергодисперсионному рентгеновскому анализу каплевидных оплавлений покрытых SiO алюминиевых PVD-пигментов можно полагать, что в каплевидных оплавлениях имеется по существу однородное распределение Al, Si, Ca и O, чтобы может быть указанием на наличие третичной или четвертичной фазы A-Si-O-(Ca). Далее, каплевидные оплавления представляют собой преимущественно сферические образования, которые частично имеют чашеобразную структуру. В известных случаях третичная или четвертичная фаза A-Si-O-(Ca) может быть ответственной за меньший размер гранул в результате меньшего укрупнения за счет более сильной диссипации энергии. Напротив, непокрытые алюминиевые чешуйки демонстрируют, согласно энергодисперсионному рентгеновскому анализу, по существу однородное распределение Al и O и лишь незначительные следы Si и Ca.
Покрытые согласно изобретению алюминиевые пигменты при лазерной маркировке синтетических материалов демонстрируют удивительный новый механизм. Преимущество этого состоит в том, что обработанные лазером зоны выглядят по существу прозрачными и имеют гладкую поверхность, т.е. не отличаются на ощупь от окружающих, не маркированных лазером зон. В качестве синтетических материалов подходят полиолефины, в частности, PE и PP, полиамиды, сложные полиэфиры, полиакрилаты, поликарбонаты и т.д., а также термостойкие полимеры, как полиэфирсульфоны, полиамидимиды и полиэфирэфиркетоны. Особенно хорошо подходят полипропилены (PP). Синтетические материалы могут содержать обычные присадки, такие как стабилизаторы, пластификаторы, наполнители, усиливающие наполнители и другие красители или красящие пигменты.
Такая маркировка в виде надписей, графических или символьных меток подходит для самых разных применений. Особенно хорошо подходит она для упаковки любого рода, в частности, для упаковки косметических товаров и продуктов питания. Подлежащие маркировке синтетические материалы могут представлять собой, например, формованное изделие (глубоковытянутое, выдувное или же снятое), а также пленку или лак. Когда синтетический материал помимо предлагаемого изобретением покрытого пигмента с металлическим эффектом содержит дополнительные красящие пигменты или красители, то можно получить, например, очень высококачественные, цветные и отливающие металлом маркированные предметы.
Поэтому объектом изобретения является также маркированные лазером синтетические материалы, полученные способом по изобретению и находящиеся по выбору в виде формованных изделий, пленок, лаков или покрытий.
Кроме того, объектом изобретения является способ получения порошка PVD-пигмента с металлическим эффектом, включающий этапы:
a) покрытие пигмента с металлическим эффектом, полученного PVD-способом, оксидом металла способом золь-гель, причем металлоксидный слой составляет от 5 до 45 вес.% от полного веса покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом,
b) отделение покрытых пигментов с металлическим эффектом от реакционной смеси способом разделения твердое-жидкость,
c) сушка полученных покрытых пигментов с металлическим эффектом при температуре от 100°C до 140°C, в результате чего получают порошок.
2
На этапе a) PVD-пигменты с металлическим эффектом, полученные известным из уровня техники способом, покрывают с помощью золь-гель способа, предпочтительно слоем SiO. Этот способ включает диспергирование металлических пигментов в растворе алкоксида металла, как тетраэтилортосиликат (обычно в растворе органического растворителя или смеси органического растворителя и воды с содержанием органического растворителя, такого как короткоцепочечный спирт, по меньшей мере 50 вес.%), и добавление слабого основания для гидролиза алкоксида металла, в результате чего на поверхности пигмента образуется металлоксидная пленка. Как уже упоминалось, золь-гель способы специалисту известны. Особенно предпочтительно использовать пигменты Decomet серии 1000. Примеры осуществления, описанные выше в связи с продуктом, предпочтительные в отношении компонентов, способов модификации и весовых данных, применимы и к указанному способу.
На этапе b) способа по изобретению частицы покрытого пигмента отделяют с помощью способа разделения твердое-жидкость. Это можно осуществить различными методами, в частности, центрифугированием, декантированием и фильтрацией. Предпочтительно, пигментные частицы отделяют фильтрацией. Фильтрацию предпочтительно проводят с помощью нутч-фильтра (в частности, из стеклофритты) при комнатной температуре. В результате приложения вакуума на период от 1 мин до 60 мин получают содержание твердых веществ 5-35% (доля сухих веществ в составе суспензии).
Полученные частицы можно дополнительно промыть этанолом или другими растворителями, или сразу подвергнуть этапу сушки c).
Сушку осуществляют при температуре от 100°C до 140°C, предпочтительно от 110°C до 130°C, особенно предпочтительно от 115°C до 125°C, в высшей степени предпочтительно при 120°C. Предпочтительно использовать печь, в частности, вращающуюся трубчатую печь и т.п., но можно применять также и другие сушильные шкафы или лабораторную печь, как лабораторная печь фирмы Memmert (сушильный шкаф UF1 10 Plus) или Ultramat M35 фирмы Sartorius. Продолжительность сушки предпочтительно составляет 6-18 ч, в частности, от 10 до 14 ч.
2
Было установлено, что сушка при температуре ниже 100°C может привести к нежелательному образованию агломератов, тогда как при сушке при температуре выше 140°C прилипшие остатки антиадгезионного покрытия с процесса получения эффектного PVD-пигмента, все еще остающиеся в известных случаях, могут привести к нежелательным побочным эффектам. Неожиданно оказалось, что покрытые оксидом металла (предпочтительно покрытые SiO) PVD-пигменты с металлическим эффектом, несмотря на их высокую поверхность и их склонность к агломерации, сохнут очень хорошо, благодаря чему можно получить порошок с очень хорошими свойствами.
Предлагаемый изобретением порошок из покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом характеризуется, как обсуждалось выше, отличной редиспергируемостью и текучестью.
Следующие примеры дополнительно поясняют изобретение.
Сравнительный пример 1:
200 г Decomet 1002/10 (с содержанием сухих веществ 10%) фирмы Schlenk Metallic Pigments GmbH суспендировали в 400 г изопропанола. К этой смеси добавляли 47 г тетраэтоксисилана и смесь нагревали до 60°C. Потом добавляли 100 г воды и затем 6 г аммиака и смесь перемешивали еще 4 ч. После этого смесь фильтровали через стеклофритту. Полученный осадок на фильтре разбавляли изопропанолом до 10%. Металлоксидный слой составляет 40 вес.% от полного веса покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом.
Пример 2:
200 г Decomet 1002/10 фирмы Schlenk Metallic Pigments GmbH суспендировали в 400 г изопропанола. К этой смеси добавляли 47 г тетраэтоксисилана и смесь нагревали до 60°C. Затем добавляли 100 г воды и сразу после этого 6 г аммиака, и смесь перемешивали еще 4 ч. После этого смесь фильтровали через стеклофритту. Полученный осадок на фильтре сушили затем в сушильном шкафу 12 ч при 120°C. Металлоксидный слой составляет 40 вес.% от полного веса покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом.
Пример 3:
200 г Decomet 1002/10 фирмы Schlenk Metallic Pigments GmbH суспендировали в 400 г изопропанола. К этой смеси добавляли 47 г тетраэтоксисилана и смесь нагревали до 60°C. Затем добавляли 100 г воды и сразу после этого 6 г аммиака, и смесь перемешивали еще 4 ч. После этого смесь фильтровали через стеклофритту. Полученный осадок на фильтре сушили затем в сушильном шкафу 12 ч при 120°C. Металлоксидный слой составляет 40 вес.% от полного веса покрытого PVD-пигмента с металлическим эффектом.
После этого пигмент растирали в пасту в высокоскоростной мешалке с маслом Ondina с получением 80%-ной суспензии (эту высококонцентрированную суспензию можно также назвать пастой).
Затем полученные порошки, высоко- и низкоконцентрированные суспензии анализировали.
Инструкция по нанесению с ракли полученных порошков/суспензий из примеров 2 и 3:
0,2 г сухого порошка соединяли в пластмассовом стаканчике на 25 мл с 1,8 г изопропанола. Эту дисперсию смешивали с 3 г связующей среды A (лак на основе нитроцеллюлозы). Смесь диспергировали в высокоскоростной мешалке (прибор: DAC 250 SP) в цикле вращения (10 сек на 1000 об/мин; 15 сек на 2000 об/мин; 30 сек на 2500 об/мин; 10 сек на 2000 об/мин; 5 сек на 1000 об/мин), еще раз кратковременно перемешивали лопаточкой и затем наносили на основу с помощью винтовой ракли 24 мкм на мелованную бумагу. Покрытие с ракли сушили пять минут при комнатной температуре, после чего его можно было анализировать на блескомере (Tri-Gloss от Byk-Gardner). Образование агломератов определяли визуально.
Инструкция по нанесению с ракли 10%-ной суспензии из сравнительного примера 1:
2 г суспензии (10%-ной) соединяли с 3 г связующей среды A. Смесь диспергировали в высокоскоростной мешалке (прибор: DAC 250 SP) в цикле вращения (10 сек на 1000 об/мин; 15 сек на 2000 об/мин; 30 сек на 2500 об/мин; 10 сек на 2000 об/мин; 5 сек на 1000 об/мин), еще раз короткое время перемешивали лопаточкой и затем наносили с помощью винтовой ракли 24 мкм на основу из мелованной бумаги. Покрытие с ракли сушили пять минут при комнатной температуре, после чего его можно было анализировать на блескомере (Tri-Gloss от Byk-Gardner). Образование агломератов определяли визуально.
Инструкция по определению насыпного веса:
3
Насыпной вес или кажущую плотность в единицах г/мл или г/см определяли путем измерения веса заданного объема алюминиевого порошка.
2
Мерный цилиндр из латуни (вместимость 50 мл) устанавливали на весы и тарировали на 0. Достаточное количество алюминиевого порошка подавали на весовую бумагу (Pergamyn Echo, 35 г/м, небеленая, лощеная) и осторожно распределяли лопаточкой в перекрестных направлениях (трижды). Затем порошок медленно засыпали в металлический цилиндр, стоящий на бумаге, снимали с листа и взвешивали.
Оценку проводили с помощью следующего уравнения:
Были получены следующие результаты эксперимента.
Сравнение блеска и насыпного веса
Блеск при 60°
Насыпной вес
Сравн. пример 1
109,8
-
Пример 2
95,3
0,0384
Пример 3
93,5
-
Сравнение распределения по размерам
D10
D50
D90
Ширина
Сравн. пример 1
6,06 мкм
13,35 мкм
22,75 мкм
1,25
Пример 2
6,58 мкм
14,77 мкм
26,66 мкм
1,36
Пример 3
6,21 мкм
13,50 мкм
23,18 мкм
1,26
2
Сравнение значений блеска показывает, что при сушке 40%-ного покрытого материала согласно изобретению (примеры 2 и 3) происходит лишь незначительное уменьшение блеска по сравнению с эталонным материалом из сравнительного примера 1. При малых количествах покрытия, менее 5 вес.%, оказалось, что при сушке материала происходит заметное снижение блеска по сравнению с невысушенным материалом. Это указывает, что 40%-ный покрытый материал по существу сохраняет оптические свойства исходного материала, тогда как при сушке материала с покрытием, составляющем менее 5%, происходит заметное снижение блеска в сравнении с невысушенным материалом. Кроме того, покрытый и высушенный материал согласно изобретению впечатляет своим узким распределением по размерам и хорошей редиспергируемостью. Из параметров гранулометрического распределения видно, что в случае 40%-ного покрытия SiO не происходит также существенного увеличения размеров частиц.
Таким образом, настоящему изобретению позволяет достичь преимуществ порошковых форм и высококонцентрированных суспензий, при этом хорошие оптические свойства таких пигментов по существу сохраняются.
Как уже отмечалось выше, из-за очень высокой поверхности PVD-пигментов по сравнению с обычными пигментами получение PVD-порошка или PVD-пасты является очень сложным. В следующей таблице для иллюстрации этого факта приведены удельные поверхности высококонцентрированного PVD-порошка в сравнении с обычными пигментными порошками "серебряный доллар" и пигментами "кукурузные хлопья".
Пигмент
Удельная поверхность по БЭТ (м<sup>2</sup>/г)
Powda3200 (серебряный доллар)
1,17
Powda3400 (серебряный доллар)
1,57
Powda2900 (кукурузные хлопья)
10,9
Decomet SiO<sub>2</sub> (из примера 2)
24,4