DE102005060018A1 - Effect pigment for use in e.g. coatings, cosmetics, printing inks, plastics, papers, food dye, medicament coating and as tracers, comprises that it is based on structured plate-forming substrates - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Effektpigmente auf der Basis von strukturierten plättchenförmigen Substraten, wobei die Effektpigmente bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung retroreflektiv sind, Verfahren zur Herstellung der retroreflektiven Pigmente und deren Verwendung in Beschichtungen, Kosmetika, Lacken, Farben, Druckfarben, Tonern, in keramischen Materialien, Gläsern, Papier, in Kunststoffen, Folien, im Sicherheitsdruck, in Sicherheitsmerkmalen, in Dokumenten und Ausweisen, zur Lebensmitteleinfärbung, als Tracer oder in Arzneimittelüberzügen sowie zur Herstellung von Pigmentpräparationen und Trockenpräparaten.The The present invention relates to effect pigments based on structured platelet-shaped substrates, wherein the effect pigments when irradiated with electromagnetic Radiation retroreflective, methods of making the retroreflective Pigments and their use in coatings, cosmetics, lacquers, Inks, inks, toners, in ceramic materials, glasses, paper, in Plastics, foils, in security printing, in security features, in documents and passports, for food coloring, as Tracer or in drug coatings as well for the preparation of pigment preparations and dry preparations.
Der Einsatz von Glanz- oder Effektpigmenten ist weit verbreitet. Bei Automobillacken, dekorativen Beschichtungen aller Art sowie bei der Einfärbung von Kunststoffen, bei Anstrich- und Druckfarben, insbesondere Farben für den Sicherheitsdruck, sowie bei Anwendungen in der dekorativen Kosmetik sind derartige Pigmente unverzichtbar geworden. In der sie umgebenden Matrix richten sich diese Pigmente idealerweise parallel zur Oberfläche der Beschichtung aus und entfalten durch ein kompliziertes Zusammenspiel von Brechung an Grenzschichten unterschiedlicher Materialien, Interferenz, Reflexion und Absorption des auffallenden Lichtes ihre optische Wirkung. Dabei stehen für die verschiedenen Anwendungsfälle eine brillante Farbgebung, Wechsel zwischen verschiedenen Farben in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel, so genannte Farbflops, oder wechselnde Helligkeitseindrücke im Mittelpunkt des Interesses.Of the Use of luster or effect pigments is widespread. at Automotive paints, decorative coatings of all kinds and in the coloring of plastics, paints and inks, in particular paints for the Security printing, as well as in applications in decorative cosmetics are Such pigments have become indispensable. In the surrounding Matrix, these pigments are ideally aligned parallel to the surface of the Coating and unfold by a complicated interaction of refraction at boundary layers of different materials, interference, Reflection and absorption of the striking light their optical Effect. It stands for the different use cases a brilliant color scheme, change between different colors depending on Viewing angles, so-called color flops, or changing brightness impressions are the focus of attention Interest.
Die optischen Effekte basieren auf unterschiedlichen Wechselwirkungen des einfallenden Lichtes mit den einzelnen Effektpigmentpartikeln. So wird ein Teil der einfallenden Strahlung, insbesondere bei metallischen Effektpigmenten, glatt oder diffus reflektiert, das heißt die Oberflächen der Pigmente reflektieren das einfallende Licht in eine Richtung oder in gestreuter Form gleichmäßig (diffus) in alle Richtungen. Dabei trifft nur ein kleiner Teil des reflektierten Lichtes auf einen Beobachter. Daneben gibt es Mischformen der einzelnen Reflexionen, das heißt gerichtete und diffuse Reflexion liegen gleichermaßen vor. Darüber hinaus treten, insbesondere bei Effektpigmenten aus mehrfach beschichteten Substraten, Brechungen des Lichtes an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten auf.The optical effects are based on different interactions the incident light with the individual effect pigment particles. So part of the incident radiation, especially in metallic Effect pigments, smooth or diffusely reflected, that is reflect the surfaces of the pigments the incident light in one direction or in scattered form uniformly (diffused) in all directions. It only affects a small part of the reflected Light on an observer. There are also mixed forms of the individual Reflections, that is directed and diffuse reflection are equally present. Furthermore occur, especially with effect pigments of multi-coated Substrates, refractions of light at the interfaces between to the individual layers.
Effektpigmente der oben genannten Typen sind gängig und lange bekannt. Hierunter fallen insbesondere Metalleffektpigmente und Effektpigmente auf der Basis von schichtförmigen Materialien, wie z.B. Glimmer, die mit Metalloxiden beschichtet sind. Durch den Aufbau mehrschichtiger Systeme werden an den Grenzflächen der einzelnen Schichten, neben Brechungsphänomenen, zusätzliche Reflexionsebenen erzeugt, die den Glanz in der Summe verstärken können. Auch hierbei handelt es sich aber um Systeme, deren wahrnehmbarer Glanz vornehmlich auf gerichteter oder diffuser Reflexion beruht.effect pigments The above types are common and long known. These include, in particular, metallic effect pigments and effect pigments based on layered materials, e.g. Mica coated with metal oxides. By the construction multilayer systems become at the interfaces of the individual layers, in addition to refraction phenomena, additional Creates reflection levels that can enhance the shine in the sum. Also but these are systems whose perceptible gloss primarily based on directional or diffuse reflection.
Ein
anderer optischer Effekt kann bei Pigmenten mit gleichmäßig angeordneten
Strukturen beobachtet werden. Wegen der Wellennatur des Lichtes
kommt es an diesen Strukturen zur Beugung, die auch als Diffraktion
bezeichnet wird. Der Größenbereich
der Strukturen liegt im Bereich von 1 μm und weniger. Insbesondere
können
derartige Beugungsphänomene
immer dann beobachtet werden, wenn die geometrischen Strukturen
eine Größe aufweisen, die
mit der Wellenlänge
der eingestrahlten Strahlung vergleichbar ist. Die physikalische
Grundlage für
die Beugung ist die Interferenz von Wellen, das heißt ihre Überlagerung,
die zu einer gegenseitigen Verstärkung
(konstruktive Interferenz) oder zu einer gegenseitigen Abschwächung (destruktive
Interferenz) oder gar zur Auslöschung
führt.
Bei entsprechend ausgewählten
Größen für die Strukturen
können
optische Effekte beobachtet werden, die mit dem Auftreten von Regenbogenfarben
verbunden sind. Diffraktive Pigmente dieses Typs sind bekannt und
finden sich beispielsweise in
Eine besondere Art der Reflexion ist die Retroreflexion. Bei der Retroreflexion, auch Rückstrahlung genannt, wird die einfallende Strahlung zu einem großen Anteil wieder in Richtung der Lichtquelle zurückgestrahlt. Retroreflektierende Körper reflektieren daher das Licht immer zur Lichtquelle zurück, unabhängig von dem Winkel, in dem der Lichtstrahl auf die Oberfläche trifft und der Richtung des Lichtstrahls. Befindet sich ein Beobachter in der Nähe der Lichtquelle, erscheint das angestrahlte Material daher besonders hell. Beobachter abseits der Lichtquelle nehmen die angestrahlte Oberfläche hingegen als dunkel wahr, da kein Licht zu ihnen zurückgestrahlt wird.A special type of reflection is retroreflection. In retroreflection, also reflection called, the incident radiation is a large proportion reflected back towards the light source. Retroreflective body therefore reflect the light always back to the light source, regardless of the angle at which the light beam strikes the surface and the direction of the light beam. There is an observer near the light source, the illuminated material therefore appears special bright. Observers away from the light source take the illuminated one surface however, true as dark, since no light is reflected back to them becomes.
Retroreflektive Gegenstände sind allgemein bekannt. Hierbei handelt es sich in der Regel um Folien aus mehreren Schichten, wobei üblicherweise auf einer möglichst gut reflektierenden Schicht eine große Anzahl transparenter Kugeln, in den meisten Fällen Glaskugeln, aufgebracht sind. Die Kugeln brechen das auftreffende Licht, bündeln den Strahl und leiten ihn zur darunter liegenden Reflexionsschicht weiter. Diese Schicht reflektiert den gebündelten Strahl zurück, er wird erneut an den Glaskugeln gebrochen und zur Lichtquelle zurückgesandt. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass bei der Einbettung der Glaskugeln in die meist polymere Matrix nur ein geringer Unterschied zwischen den Brechzahlen der einzelnen Materialien vorliegt, die die Funktionsweise der oben genannten Materialien einschränkt. Zur Umgehung wurden alternative retroreflektive Systeme vorgeschlagen, die ebenfalls einen komplexen mehrschichtigen Aufbau umfassen. Dabei werden die Kugeln nur partiell eingebettet, wodurch eine Luft/Glas-Grenzschicht erzeugt wird, die zu einer Erhöhung der Brechzahldifferenz im System Glas/Luft führt.Retroreflective items are well known. These are generally films of several layers, usually on a reflective layer as possible, a large number of transparent balls, glass beads are applied in most cases. The balls break the incident light, focus the beam and pass it on to the underlying reflective layer. This layer reflects the collimated beam back, it is refracted on the glass beads and sent back to the light source. This arrangement has the disadvantage that when embedding the glass spheres in the usually polymeric matrix only one There is little difference between the refractive indices of the individual materials, which limits the functioning of the above materials. As a by-pass, alternative retroreflective systems have been proposed which also include a complex multilayer construction. The balls are only partially embedded, whereby an air / glass boundary layer is generated, which leads to an increase in the refractive index difference in the system glass / air.
Retroreflektive Lacke beschreibt die WO 03/016964. Hierbei wird auf eine konventionelle Schicht von Absorptions- oder Effektpigmenten eine Schicht aus Mikrokugeln aufgebracht. Die retroreflektierenden Eigenschaften der Mikrokugeln werden mit den Farbeigenschaften der Pigmente kombiniert.retroreflective Paints describes WO 03/016964. This is based on a conventional layer of absorption or effect pigments a layer of microspheres applied. The retroreflective properties of the microspheres are combined with the color properties of the pigments.
Ein
anderer Zugang zu retroreflektierenden Systemen ist der Einsatz
von Tripelspiegeln. Ein Tripelspiegel ist eine rechtwinklige Anordnung
von drei reflektierenden Oberflächen,
zum Beispiel von Spiegeln, die wegen der besonderen geometrischen
Anordnung die einfallenden Lichtstrahlen in dieselbe Richtung zurückwerfen
aus der sie gekommen sind. Prinzipbedingt tritt meistens ein kleiner
seitlicher Versatz auf. Der Betrag des Versatzes ist abhängig von der
Kantenlänge
der Spiegel. Die Funktionsweise eines Tripelspiegels kann auch ohne
hochreflektierende Beschichtung – üblicherweise Aluminium oder
Silber – gewährleistet
sein, wenn die geometrische Anordnung der Gestalt geändert wird,
dass das Prinzip der Totalreflexion genutzt wird.
Die
Totalreflexion ist ein optisches Phänomen, bei dem Licht beim Auftreffen
auf eine Grenzschicht zwischen zwei Medien mit verschiedenen Brechzahlen
nicht gebrochen, sondern vollständig reflektiert
wird. Totalreflexion tritt dabei nur dann auf, wenn der Winkel des
einfallenden Lichtes zum Einfallslot, der sogenannte Einfallswinkel θ, größer als der
sogenannte Grenzwinkel der Totalreflexion ist, und die Brechzahl des
ersten Mediums n1 größer ist als die des zweiten
Mediums n2
Für Einfallswinkel,
die größer als θc sind, müsste
der Ausfallswinkel gemäß dem Snellius'schen Gesetz größer als
90 Grad werden, was allerdings im Widerspruch zur wesentlichen Voraussetzung
steht, nämlich
dass der ausfallende Strahl immer durch die Oberfläche hindurchgeht.
Daher wird das Licht vollständig
reflektiert. Bei Tripelspiegeln wird nun senkrecht auf ein optisch
dichteres Medium eintreffendes Licht (Grenzschicht Luft/Glas) wegen der
Totalreflexion am Austritt aus dem optisch dichteren Medium gehindert
und, bedingt durch die 90 Grad Anordnung der Würfelecke, parallel zum eintreffenden
Strahl versetzt, reflektiert.
Aus dem Stand der Technik sind retroreflektive Systeme mit Tripelspiegeln bekannt, z.B. im Bereich der passiven Sicherheit die „Katzenaugen", beispielsweise in Leitpfosten zur Fahrbahnbegrenzung. Diese Formkörper werden zumeist per Spritzguss aus PMMA oder anderen geeigneten Polymeren, z.T. auch aus Glas, hergestellt. Bei all diesen Retroreflektoren wird zumeist das Prinzip der Totalreflexion genutzt, d.h. als hochwirksame Reflektorschicht dient die Grenzfläche vom optisch dichteren (Polymer oder Glas) zum optisch dünneren Medium (Luft). Wird diese Grenzfläche z.B. durch Betauung (Niederschlag feinster Wassertröpfchen) gestört, sinkt die Wirksamkeit dieser Anordnung z.T. sehr drastisch, weil der Brechzahlunterschied durch Ankopplung eines optisch dichteren Mediums – im Beispiel Wasser – nun deutlich geringer wird. Noch dramatischere Folgen hat das Lackieren solcher Teile.Out the prior art are retroreflective systems with triple mirrors known, e.g. in the field of passive safety the "cat's eyes", for example in guide posts to the road boundary. These moldings are mostly by injection molding of PMMA or other suitable polymers, z.T. also made of glass. With all these retroreflectors For the most part, the principle of total reflection is used, i. as highly effective Reflector layer serves the interface of the optically denser (polymer or glass) to the optically thinner Medium (air). If this interface is e.g. by condensation (precipitation finest Water droplets) disturbed, the effectiveness of this arrangement decreases z.T. very drastically because the refractive index difference by coupling a visually denser Medium - im Example water - now clearly becomes smaller. Even more dramatic consequences have the painting of such Parts.
Für viele Anwendungen ist es deshalb wichtig, die Rückseite der Tripelspiegel zu versiegeln. Dies kann prinzipiell rein mechanisch durch den Einbau in ein Gehäuse, durch Aufbringung einer Schutzfolie oder ähnliches realisiert werden. Prinzipiell kann auch eine Bedampfung mit einer hochreflektiven Schicht dieses Problem verhindern. Für viele Anwendungen ist dieser zusätzliche Beschichtungschritt jedoch zu teuer.For many Applications, it is therefore important to the back of the triple mirror too to seal. This can in principle purely mechanically by the installation in a housing, be realized by applying a protective film or the like. In principle, a vapor deposition with a highly reflective layer prevent this problem. For many applications is this extra Coating step, however, too expensive.
Aus
Die im Stand der Technik beschriebenen retroreflektiven Folien sind in ihren Anwendungen und der Verarbeitbarkeit prinzipiellen Beschränkungen unterworfen. Die Folien lassen sich nur auf gerade oder bestenfalls 2-dimensional gewölbte Oberflächen aufbringen. 3-dimensionale Strukturen wie z.B. Kugeln oder mit Vertiefungen versehene Oberflächen wie beispielsweise Autobleche sind damit nicht vernünftig beschichtbar. Etwas komplexere Strukturen lassen sich zudem nur durch Ausschneiden aus größeren Bögen der Folien, z.B. mit Hilfe eines Schneidplotters, realisieren. Diese Vorgehensweise wird u.a. für die Herstellung von Verkehrsschildern angewendet. Dabei fällt sehr viel Schneideabfall an und komplexere Strukturen, wie z.B. mehrzeilige Texte, sind sehr schwierig zu handhaben.The are retroreflective sheeting described in the prior art subject to fundamental restrictions in their applications and processability. The films can be applied only on straight or at best 2-dimensional curved surfaces. 3-dimensional structures such as e.g. Balls or with depressions provided surfaces like For example, car plates are not reasonably coatable. Something more complex Structures can also be cut only by cutting larger sheets of paper Foils, e.g. with the help of a cutting plotter. These Procedure is u.a. For the production of traffic signs applied. It falls very much a lot of cutting waste and more complex structures, e.g. multiline Texts are very difficult to handle.
Ein weiteres Problem besteht in dem polymeren Aufbau dieser Folien. Anwendungsbedingt sind diese Materialien der Witterung, insbesondere dem Sonnenlicht, meist vollständig ausgesetzt. Die in den Folien eingesetzten organischen Materialien können im Sonnenlicht degradieren. Die Geschwindigkeit des Abbaus ist prinzipiell vom verwendeten Material (Polymertyp), den ggf. eingesetzten Stabilisatoren, wie z.B. UV-Absorber, und der Strahlungsintensität bzw. -dauer abhängig. Nur durch den Einsatz sehr hochwertiger Rohstoffe und Stabilisatoren ist es möglich, dass Lebensdauergarantien von bis zu 10 Jahren auf diese Materialien vom Hersteller gegeben werden. In vielen Anwendungen sind jedoch auch diese Lebensdauergarantien zu kurz. So werden beispielsweise in der Automobilindustrie für eine Pkw-Lackierung Lebensdauergarantien von bis zu 30 Jahren gefordert.One Another problem is the polymeric structure of these films. Depending on the application, these materials of the weather, especially the Sunlight, mostly complete exposed. The organic materials used in the films can be used in the Degrade sunlight. The speed of the degradation is in principle the material used (polymer type), the optionally used stabilizers, such as. UV absorber, and the radiation intensity or duration dependent. Just through the use of very high quality raw materials and stabilizers Is it possible, Lifetime warranties of up to 10 years on these materials be given by the manufacturer. In many applications, however These lifetime guarantees too short. For example in the automotive industry for a car paint lifetime warranties of up to 30 years required.
Das in der WO 03/016964 beschriebene System, weist ebenfalls einige systembedingte Nachteile auf. So ist beispielsweise zur Herstellung einer retroreflektierenden Beschichtung eine doppelte Beschichtung notwendig. Zuerst wird dabei der sogenannte „basecoat film" bestehend aus einer farbgebenden Schicht, z.B. ein Farbpigment in einem Lack, aufgetragen. Anschließend wird in einem zweiten Prozessschritt auf diese Schicht eine Schicht von Glaskugeln mit einem Durchmesser im Bereich von 10–100 μm aufgebracht. Das erhaltene mehrlagige Schichtsystem ist in der erreichbaren Effizienz der Retroreflexion stark eingeschränkt, da es vom Aufbau her dem einfachsten Typ der retroreflektiven Folien prinzipiell gleicht.The in WO 03/016964 also has some systemic disadvantages. For example, to make a retroreflective Coating a double coating necessary. First, it will be there the so-called "basecoat film "consisting from a coloring layer, e.g. a color pigment in a paint, applied. Subsequently In a second process step, a layer is applied to this layer applied glass beads with a diameter in the range of 10-100 microns. The resulting multilayer coating system is in the achievable efficiency The retroreflection severely limited, since it is the structure of the The simplest type of retroreflective sheeting resembles in principle.
Es bestand daher die Aufgabe, Gegenständen und Formkörpern einen retroreflektiven Effekt zu verleihen, ohne die oben genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Diese Aufgabe wird durch Pigmente gemäß der vorliegenden Erfindung überraschend und in vorteilhafter Weise gelöst.It Therefore, the task was to give objects and moldings a to confer retroreflective effect without the above-mentioned disadvantages to have to accept. This object is surprising by pigments according to the present invention and solved in an advantageous manner.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind demgemäss Effektpigmente auf der Basis von strukturierten plättchenförmigen Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass die Effektpigmente bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung retroreflektiv sind.object Accordingly, the present invention is based on effect pigments structured platelet-shaped substrates, characterized in that the effect pigments when irradiated are retroreflective with electromagnetic radiation.
Damit die Effektpigmente gemäß der vorliegenden Erfindung bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung retroreflektiv sind, besteht die Oberfläche der strukturierten plättchenförmigen Substrate aus regelmäßig angeordneten Tripelspiegeln. Die Tripelspiegel können dabei trigonal, tetragonal, quadratisch, pentagonal oder hexagonal facettiert sein. Die Facettierung im Sinne der vorliegenden Erfindung meint die Form der einzelnen Spiegelebenen innerhalb eines Tripelspiegels. Die Form der Spiegelebenen innerhalb eines Tripelspiegels hat Einfluss auf das Rückstrahlvermögen (Quotient aus rückgestrahlter und eingestrahlter Lichtmenge). Insbesondere in den Außenbereichen der Tripelspiegel können – je nach gewählter Geometrie – Lichtanteile nicht mehr retroreflektiv zurückgestrahlt werden. Diese Lichtanteile werden dann seitlich, beispielsweise durch einfache Reflexion, abgestrahlt. Beispiele für die genannten Strukturierungen finden sich beispielsweise in US 2003/0133194, deren Offenbarung hiermit unter Bezugnahme mit eingeschlossen ist.In order to the effect pigments according to the present invention Invention retroreflective when irradiated with electromagnetic radiation are, is the surface the structured platelet-shaped substrates arranged from regularly Triple mirrors. The triple mirrors can be trigonal, tetragonal, square, be pentagonal or hexagonal faceted. The faceting in the sense The present invention means the shape of the individual mirror planes within a triple mirror. The shape of the mirror planes within a Triple mirror has an influence on the retroreflectivity (quotient from re-radiated and irradiated amount of light). Especially in the outdoor areas The triple mirror can - depending on selected Geometry - no light more retroreflective reflected become. These light components are then laterally, for example by simple reflection, emitted. Examples of the mentioned structuring can be found, for example, in US 2003/0133194, the disclosure of which hereby incorporated by reference.
Die einzelnen Tripelspiegel können bei den Effektpigmenten beliebig zueinander angeordnet sein, vorzugsweise sind die Tripelspiegel trigonal, tetragonal, quadratisch, pentagonal oder hexagonal angeordnet. Je nach Auswahl der Anordnung können in sich geschlossene Strukturierungen erreicht werden, insbesondere bei der hexagonalen Anordnung, in anderen Fällen kann eine nicht deckende Anordnung erreicht werden, das heißt zwischen den Tripelspiegeln liegen unstrukturierte Bereiche vor, die keinen Beitrag zur Retroreflektivität leisten. Bevorzugt liegt eine hexagonale Anordnung der Tripelspiegel vor, da auf diese Weise der retroreflektive Effekt optimiert werden kann.The single triple mirror can be arranged arbitrarily to each other in the effect pigments, preferably the triple mirrors are trigonal, tetragonal, square, pentagonal or arranged hexagonally. Depending on the selection of the arrangement can be in closed structuring can be achieved, in particular in the hexagonal arrangement, in other cases, a non-opaque Arrangement can be achieved, that is between the triple mirrors There are unstructured areas that do not contribute to retroreflectivity. Preferably there is a hexagonal arrangement of the triple mirrors, because in this way the retroreflective effect can be optimized.
Kombinationen aus unterschiedlichen Facettierungen und Anordnungen sind dabei ebenfalls möglich. So können quadratische Facettierungen mit hexagonaler Anordnung bei Bestrahlung einen retroreflektiven Effekt zeigen.combinations from different faceting and arrangements are there also possible. So can square faceting with hexagonal arrangement under irradiation show a retroreflective effect.
Die Kantenlänge der Tripelspiegel liegt im Bereich von 1 bis 25 μm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 μm und insbesondere bei 2 bis 5 μm. Bei Kantenlängen unter 1 μm werden zunehmend diffraktive Effekte beobachtet, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung unerwünscht sind. Kantenlängen über 25 μm führen zu sehr groben Strukturierungen, die die Eignung der damit erhaltenen Effektpigmente in den gängigen Systemen, wie z.B. Lacken oder im Druckbereich, zunehmend erschweren.The edge length the cusp mirror is in the range of 1 to 25 μm, preferably in the range of 1 to 10 μm and especially at 2 to 5 μm. At edge lengths below 1 μm increasingly diffractive effects are observed, which in the context of present invention undesirable are. Edge lengths over 25 μm lead to very rough structuring, which is the suitability of the resulting Effect pigments in the common ones Systems such as e.g. Paints or in the printing area, increasingly difficult.
Die oben beschriebene Strukturierung kann nur auf einer Seite der Substrate vorliegen, das heißt eine Seite weist die Strukturierung auf, und die der strukturierten Seite gegenüberliegende Fläche ist glatt.The The structuring described above can only on one side of the substrates exist, that is one Page has the structuring, and that of the structured page opposing area is smooth.
Effektpigmente dieses Typs zeigen nur bei Einstrahlung von einer Seite Retroreflektivität. Die Strahlung muss auf der unstrukturierten Seite in das Effektpigment einstrahlen, um an der strukturierten Seite durch Totalreflexion an der Grenzfläche Pigmentumgebendes Medium Retroreflektivität zu zeigen. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass beide Seiten der erfindungsgemäßen Effektpigmente strukturiert sind. In diesem Falle müssen die Strukturierungen aber gegeneinander versetzt vorliegen, das heißt, die Areale der Oberflächen, die auf einer Seite strukturiert sind, müssen auf der gegenüberliegenden Seite unstrukturiert sein und umgekehrt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei Einstrahlung von Licht von jeder Seite Retroreflexion auftritt.Effect pigments of this type show retroreflectivity only when irradiated from one side. The radiation must radiate into the effect pigment on the unstructured side in order to show retroreflectivity on the structured side by total reflection at the pigment-surrounding medium interface. Moreover, it is also possible that both sides of the effect pigments according to the invention are structured. In this case, the structuring must but are offset from each other, that is, the areas of the surfaces that are structured on one side must be unstructured on the opposite side and vice versa. This ensures that retroreflection occurs on each side as light is received.
Die Effektpigmente gemäß der vorliegenden Erfindung basieren auf strukturierten plättchenförmigen Substraten, wobei die Substrate aus Metalloxiden, Metalloxidhydraten, Metallsuboxiden, Metallen, Metallfluoriden, Metallnitriden, Metalloxynitriden, Polymeren oder Mischungen dieser Materialien bestehen können. Vorzugsweise bestehen die Substrate aus Metalloxiden, insbesondere aus Glas, synthetischem Glimmer, Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, SnO2, Eisenoxiden, aus Metallen, insbesondere Aluminium, Titan, Nickel, Chrom, Silber oder Legierungen, oder aus Metallfluoriden, insbesondere aus Magnesiumfluorid oder Calciumfluorid, Polymeren oder aus Mischungen dieser Materialien.The effect pigments according to the present invention are based on structured platelet-shaped substrates, the substrates being able to consist of metal oxides, metal oxide hydrates, metal suboxides, metals, metal fluorides, metal nitrides, metal oxynitrides, polymers or mixtures of these materials. The substrates are preferably composed of metal oxides, in particular of glass, synthetic mica, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , SnO 2 , iron oxides, of metals, in particular aluminum, titanium, nickel, chromium, silver or alloys, or from metal fluorides, in particular magnesium fluoride or calcium fluoride, polymers or mixtures of these materials.
Für den Einsatz als Substrate geeignete Polymere sind beispielsweise Melamin-Formaldehyd-Harze.For use Polymers suitable as substrates are, for example, melamine-formaldehyde resins.
Als Gläser eignen sich alle dem Fachmann bekannten hoch- oder niedrigbrechenden Gläser, z.B. E-Glas oder C-Glas. Vorzugsweise werden hochbrechende Gläser eingesetzt, um eine möglichst hohen Anteil an Totalreflexion in dem umgebenden Medium, z.B. einem Lack, zu erreichen.When glasses are all known in the art high or low refractive Glasses, e.g. E-glass or C-glass. Preferably, high-index glasses are used, to the highest possible Proportion of total reflection in the surrounding medium, e.g. a paint, to reach.
Der Durchmesser der Substrate liegt üblicherweise zwischen 1 und 250 μm, vorzugsweise zwischen 2 und 150 μm. Bei Anwendungen im Automobilbereich und in Industrielacken beträgt der Durchmesser vorzugsweise 5 bis 45 μm, im Druckbereich 10 bis 25 μm und in der Kosmetik vorzugsweise 50 bis 150 μm.Of the Diameter of the substrates is usually between 1 and 250 μm, preferably between 2 and 150 microns. For automotive applications and industrial coatings, the diameter is preferably 5 to 45 μm, in the pressure range 10 to 25 μm and in cosmetics preferably 50 to 150 microns.
Die Dicke der Pigmentplättchen kann in weiten Bereichen variieren und ist für die auftretenden Effekte unkritisch. Bevorzugt beträgt die Dicke 0.3 bis 2 μm. Das mittlere Aspektverhältnis der plättchenförmigen Substrate, das heißt das Verhältnis vom mittleren Längenmesswert, der hier dem mittleren Durchmesser entspricht, zum mittleren Dickenmesswert, beträgt üblicherweise 5 bis 200, bevorzugt 20 bis 150 und besonders bevorzugt 30 bis 120.The Thickness of the pigment platelets can vary widely and is responsible for the effects that occur critical. Preferred is the thickness 0.3 to 2 microns. The mean aspect ratio the platelet-shaped substrates, this means The relationship from the mean length measurement, which here corresponds to the mean diameter, to the mean thickness measured value, is usually 5 to 200, preferably 20 to 150 and particularly preferably 30 to 120.
Strukturierte Effektpigmente auf der Basis der oben genannten Materialien zeigen bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung Retroreflektivität. Die Intensität der retroreflektiv reflektierten Strahlung hängt dabei neben der Art der Strukturierung auch von dem eingesetzten Material und dem umgebenden Medium ab. Wird beispielsweise ein niedrigbrechendes Material, z.B. SiO2, oder MgF2, eingesetzt, so werden aus diesem Material bestehende Effektpigmente vorzugsweise in hochbrechenden Lacken eingesetzt. Durch den Brechzahlunterschied von Pigmentmaterial und umgebenden Medium kommt es an der Grenzfläche zu der erwünschten Totalreflexion an den Tripelspiegeln und damit zu Retroreflektivität.Structured effect pigments based on the above-mentioned materials exhibit retroreflectivity upon irradiation with electromagnetic radiation. The intensity of the retroreflectively reflected radiation depends not only on the type of structuring but also on the material used and the surrounding medium. For example, a low refractive index material such as SiO 2 or MgF 2, is used, consisting of this material effect pigments are preferably used in the high refractive index coatings. Due to the refractive index difference between the pigment material and the surrounding medium, the desired total reflection at the triple mirrors and thus retroreflectivity occurs at the interface.
Zur Verstärkung der retroreflektiven Eigenschaften können die strukturierten plättchenförmigen Substrate zusätzlich beschichtet sein. Demgemäss sind in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Effektpigmente zusätzlich mit einer oder mehreren transparenten, semitransparenten und/oder opaken Schichten enthaltend Metalloxide, Metalloxidhydrate, Metallsuboxide, Metalle, Metallfluoride, Metallnitride, Metalloxynitride oder Mischungen dieser Materialien beschichtet. Die Metalloxid-, Metalloxidhydrat-, Metallsuboxid-, Metall-, Metallfluorid-, Metallnitrid-, Metalloxynitridschichten oder die Mischungen hieraus können niedrig- (Brechzahl < 1.8) oder hochbrechend (Brechzahl > 1.8) sein. Als Metalloxide und Metalloxidhydrate eignen sich alle dem Fachmann bekannten Metalloxide oder Metalloxidhydrate, wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumoxidhydrat, Siliziumoxid, Siliziumoxidhydrat, Eisenoxid, Zinnoxid, Ceroxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Chromoxid, Titanoxid, insbesondere Titandioxid, Titanoxidhydrat sowie Mischungen hieraus, wie z.B. Ilmenit oder Pseudobrookit. Als Metallsuboxide können beispielsweise die Titansuboxide eingesetzt werden. Als Metalle eignen sich z.B. Chrom, Aluminium, Nickel, Silber, Gold, Platin, Blei, Germanium, Titan, Kupfer oder Legierungen, als Metallfluorid eignet sich beispielsweise Magnesiumfluorid. Als Metallnitride oder Metalloxynitride können beispielsweise die Nitride oder Oxynitride der Metalle Titan, Zirkonium und/oder Tantal eingesetzt werden. Bevorzugt werden Metalloxid-, Metall-, Metallfluorid und/oder Metalloxidhydratschichten und ganz besonders bevorzugt Metalloxid- und/oder Metalloxidhydratschichten auf den strukturierten Substraten aufgebracht. Weiterhin können auch Mehrschichtaufbauten aus hoch- und niedrigbrechenden Metalloxid-, Metalloxidhydrat-, Metall- oder Metallfluoridschichten vorliegen, wobei sich vorzugsweise hoch- und niedrigbrechende Schichten abwechseln. Insbesondere bevorzugt sind Schichtpakete aus einer hoch- und einer niedrigbrechenden Schicht, wobei auf den Effektpigmenten eines oder mehrere dieser Schichtpakete aufgebracht sein können. Die Reihenfolge der hoch- und niedrigbrechenden Schichten kann dabei an das Material der strukturierten Substrate angepasst werden, um die Substrate in den Mehrschichtaufbau mit einzubeziehen. In einer weiteren Ausführungsform können die Metalloxid-, Metalloxidhydrat-, Metallsuboxid-, Metall-, Metallfluorid-, Metallnitrid-, Metalloxynitridschichten bzw. Mischungen hieraus mit Farbmitteln und/oder anderen Elementen versetzt oder dotiert sein. Als Farbmittel oder andere Elemente eignen sich beispielsweise organische oder anorganische Farbpigmente wie farbige Metalloxide, z.B. Magnetit, Chromoxid oder Farbpigmente wie z.B. Berliner Blau, Ultramarin, Bismutvanadat, Thenards Blau, oder aber organische Farbpigmente wie z.B. Indigo, Azopigmente, Phthalocyanine oder auch Karminrot oder Elemente wie z.B. Yttrium oder Antimon. Effektpigmente enthaltend diese Schichten zeigen eine hohe Farbenvielfalt in bezug auf ihre Körperfarbe und können in vielen Fällen zusätzlich eine winkelabhängige Änderung der Farbe (Farbflop) durch Interferenz zeigen.To enhance the retroreflective properties, the structured platelet-shaped substrates may additionally be coated. Accordingly, in a further embodiment of the present invention, the effect pigments are additionally coated with one or more transparent, semitransparent and / or opaque layers comprising metal oxides, metal oxide hydrates, metal suboxides, metals, metal fluorides, metal nitrides, metal oxynitrides or mixtures of these materials. The metal oxide, metal oxide hydrate, metal suboxide, metal, metal fluoride, metal nitride, metal oxynitride layers or mixtures thereof may be low (refractive index <1.8) or high refractive index (refractive index> 1.8). Suitable metal oxides and metal oxide hydrates are all metal oxides or metal oxide hydrates known to the person skilled in the art, such as, for example, Example, alumina, alumina hydrate, silica, Siliziumoxidhydrat, iron oxide, tin oxide, cerium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, chromium oxide, titanium oxide, in particular titanium dioxide, titanium oxide and mixtures thereof, such as ilmenite or pseudobrookite. As metal suboxides, for example, the titanium suboxides can be used. Chromium, aluminum, nickel, silver, gold, platinum, lead, germanium, titanium, copper or alloys are suitable metals, for example, magnesium fluoride is suitable as the metal fluoride. As metal nitrides or metal oxynitrides, for example, the nitrides or oxynitrides of the metals titanium, zirconium and / or tantalum can be used. Preference is given to applying metal oxide, metal, metal fluoride and / or metal oxide hydrate layers and very particularly preferably metal oxide and / or metal oxide hydrate layers to the structured substrates. Furthermore, multi-layer constructions of high-refractive and low-refractive index metal oxide, metal oxide hydrate, metal or metal fluoride layers can also be present, alternating preferably high and low refractive index layers. Particularly preferred are layer packages of a high and a low-refractive layer, wherein one or more of these layer packages can be applied to the effect pigments. The order of the high- and low-index layers can be adapted to the material of the structured substrates in order to include the substrates in the multi-layer structure. In a further embodiment, the metal oxide, metal oxide hydrate, metal suboxide, metal, metal fluoride, metal nitride, metal oxynitride layers or mixtures thereof may be mixed or doped with colorants and / or other elements. Suitable colorants or other elements are, for example, organic or anorgani color pigments such as colored metal oxides, for example magnetite, chromium oxide or color pigments such as Berlin blue, ultramarine, bismuth vanadate, thenard blue, or organic color pigments such as indigo, azo pigments, phthalocyanines or carmine red or elements such as yttrium or antimony. Effect pigments containing these layers show a high color diversity with respect to their body color and in many cases can additionally show an angle-dependent change in color (color flop) due to interference.
Die äußere Schicht der Effektpigmente ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein hochbrechendes Metalloxid oder ein Metall. Diese äußere Schicht kann zusätzlich auf den oben genannten Schichtpaketen oder bei hochbrechenden Substraten Teil eines Schichtpaketes sein und z.B. aus TiO2, Titansuboxiden, Fe2O3, SnO2, ZnO, ZrO2, Ce2O3, CoO, Co3O4, V2O5, Cr2O3 und/oder Mischungen davon, wie zum Beispiel Ilmenit oder Pseudobrookit, bestehen. TiO2 ist besonders bevorzugt. Als Metalle sind insbesondere Chrom, Aluminium, Nickel, Silber, Gold, Platin, Blei, Germanium, Titan, Kupfer, uns ganz besonders bevorzugt Chrom, Aluminium, Nickel, Silber, Gold geeignet.The outer layer of the effect pigments in a preferred embodiment is a high refractive index metal oxide or a metal. This outer layer may additionally be part of a layer package on the abovementioned layer packages or, for high-index substrates, for example of TiO 2 , titanium suboxides, Fe 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, ZrO 2 , Ce 2 O 3 , CoO, Co 3 O 4 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 and / or mixtures thereof, such as ilmenite or pseudobrookite exist. TiO 2 is particularly preferred. As metals, in particular chromium, aluminum, nickel, silver, gold, platinum, lead, germanium, titanium, copper, very particularly preferably chromium, aluminum, nickel, silver, gold are suitable.
Die zusätzliche Beschichtung kann dabei mindestens auf einer Seite der strukturierten Substrate vorliegen. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die zusätzlich aufgebrachten ein oder mehreren Schichten die strukturierten Substrate umhüllen. Die Auswahl der Beschichtungsmaterialien und zwischen einer einseitigen oder umhüllenden Beschichtung richtet sich nach der Art der Strukturierung und der Auswahl des Mediums, in das die Effektpigmente eingearbeitet werden sollen.The additional Coating can be at least on one side of the structured Substrate present. About that In addition, it is also possible that the additional applied one or more layers of the structured substrates envelop. The choice of coating materials and between a one-sided or enveloping Coating depends on the type of structuring and the selection of the medium into which the effect pigments are to be incorporated.
Werden beispielweise niedrigbrechende Materialien für die strukturierten Substrate eingesetzt, so kann eine zusätzliche Beschichtung mit einem hochbrechenden Material, z.B. TiO2, sowohl einseitig, z.B. auf der strukturierten Seite, als auch umhüllend erfolgen. In beiden Fällen werden die für das Auftreten von Totalreflexion nötigen Brechzahlunterschiede vergrößert und der damit auftretende retroreflektive Effekt verstärkt. Werden Metalle für die zusätzliche Beschichtung eingesetzt, so empfiehlt sich eine einseitige Beschichtung auf der strukturierten Seite. Auf diese Weise wird eine Art Verspiegelung erzeugt, die bei Einstrahlung auf der unstrukturierten Seite zu einer Erhöhung der Retroreflektivität führt.If, for example, low-index materials are used for the structured substrates, then an additional coating with a high-index material, eg TiO 2 , can take place both on one side, eg on the structured side, and enveloping. In both cases, the refractive index differences necessary for the occurrence of total reflection are increased and the resulting retroreflective effect is enhanced. If metals are used for the additional coating, then a one-sided coating on the structured side is recommended. In this way, a kind of mirroring is produced, which leads to an increase in the retroreflectivity when irradiated on the unstructured side.
In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weisen die Effektpigmente eine einheitliche
Form und Größe auf.
Die Effektpigmente können
dabei eine Kreis- oder Ellipsenform haben oder ein Vieleck Vn sein, mit
n = der Anzahl der Ecken
und
n ≥ 3.In a further embodiment of the present invention, the effect pigments have a uniform shape and size. The effect pigments may have a circular or elliptical shape or be a polygon V n , with
n = the number of corners and
n ≥ 3.
Die Effektpigmente dieser Ausführungsform weisen eine einheitliche Partikelgröße und -geometrie auf, die es erlauben, die Farbstärke und das Deckvermögen der Pigmente individuell einzustellen. Durch die in dieser Ausführungsform vorliegende gleichmäßige Größenverteilung der Pigmente entfallen die herkömmlichen aufwendigen Klassierungsvorgänge, die nur eine unzureichende Auftrennung der Größenfraktionen ermöglichen. Die einheitliche Partikelgröße verhindert die Blockierung von Filtern, Sieben und Düsen bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Pigmente. Darüber hinaus zeigen die erfindungsgemäßen Effektpigmente einen verbesserten Glanz auf Grund fehlender Lichtstreuung an Partikeln unterschiedlicher Größe. Ferner lassen sich die erfindungsgemäßen Pigmente auf einfache Weise herstellen und in einer Vielzahl von Applikationen anwenden.The Effect pigments of this embodiment have a uniform particle size and geometry on, which allow the color strength and the hiding power to adjust the pigments individually. By in this embodiment present uniform size distribution the pigments account for the conventional ones elaborate classification operations, which allow only an insufficient separation of the size fractions. The uniform particle size prevents the blocking of filters, sieves and nozzles when using the pigments of the invention. About that In addition, the effect pigments of the invention show an improved gloss due to lack of light scattering on particles different size. Further let the pigments of the invention Produce in a simple way and in a variety of applications apply.
Vorzugsweise weisen die Effektpigmente die Form eines Vielecks Vn auf, wobei n die Anzahl der Ecken wiedergibt und n ≥ 3 ist. Dabei stellt n eine ganze Zahl dar, wobei vorzugsweise n = 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 ist. Die Vielecke können hierbei regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein. Ganz besonders bevorzugt ist n = 4 (Vierecke) und n = 6 (Sechseck), wobei für das Viereck alle denkbaren Formen wie z.B. Quadrat, Trapez, Rhombus, Raute oder Rechtecke mit dabei unterschiedlichen Kantenlängen der Vielecke mit eingeschlossen sind. Darüber hinaus sind aber auch Kombinationen mehrerer Formen und Größen denkbar, wie z.B. die Kombination aus Kreisen und Rauten.The effect pigments preferably have the shape of a polygon V n , where n represents the number of corners and n ≥ 3. In this case, n represents an integer, wherein preferably n = 3, 4, 5, 6, 7 or 8. The polygons can be formed regularly or irregularly. Very particular preference is given to n = 4 (quadrilaterals) and n = 6 (hexagon), whereby all conceivable shapes such as square, trapezoid, rhombus, rhombus or rectangles with different edge lengths of the polygons are included for the quadrilateral. In addition, combinations of several shapes and sizes are conceivable, such as the combination of circles and diamonds.
In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
die erfindungsgemäßen Effektpigmente
weiterhin mit einer zusätzlichen
stabilisierenden organischen Beschichtung als äußere Schicht versehen sein.
Beispiele für
derartige Beschichtungen finden sich z.B. in
Als
Organosilane für
die zusätzliche
stabilisierende Beschichtung eignen sich beispielsweise Silane der
allgemeinen Formel
- X
- = OH, Halogen, Alkoxy, Aryloxy
- Z
- = Si
- R
- = Alkyl, Phenyl oder Wasserstoff
- B
- = organische, zumindest bifunktionelle Gruppe (Alkylen, Alkylenoxyalkylen)
- Y
- = Alkyl-, Amino-, substituierte Amino-, Hydroxy-, Hydroxyalkyl-, Siloxan-, Acetoxy, Isocyanat-, Vinyl-, Acryloyl-, Epoxy-, Epoxypropyloxy-, Imidazol- oder Ureidogruppe
- n, m
- = 0,1,2,3 mit n+m ≤ 3 bestehen.
- X
- = OH, halogen, alkoxy, aryloxy
- Z
- = Si
- R
- = Alkyl, phenyl or hydrogen
- B
- = organic, at least bifunctional group (alkylene, alkyleneoxyalkylene)
- Y
- = Alkyl, amino, substituted amino, hydroxy, hydroxyalkyl, siloxane, acetoxy, isocyanate, vinyl, acryloyl, epoxy, epoxypropyloxy, imidazole or ureido group
- n, m
- = 0,1,2,3 with n + m ≤ 3.
Die Organosilane bestehen aus einer Ankergruppe (X4-n-mZ), die z. B. an die Oberfläche des Pigmentes binden kann, wenigstens einer hydrophoben Gruppe (R,B) sowie einer oder mehrerer Alkyl- bzw. funktioneller Gruppen (Y). Bevorzugt besteht die Ankergruppe aus Alkoxysilanen, die durch hydrolytische Reaktionsbedingungen in entsprechende Hydroxygruppen überführt werden können.The organosilanes consist of an anchor group (X 4 nm Z), the z. B. can bind to the surface of the pigment, at least one hydrophobic group (R, B) and one or more alkyl or functional groups (Y). Preferably, the anchor group consists of alkoxysilanes, which can be converted by hydrolytic reaction conditions into corresponding hydroxyl groups.
Durch die Wahl geeigneter funktioneller Gruppen kann das Organosilan den Anforderungen angepasst werden. Darüber hinaus können, je nach Beschichtungsreihenfolge, durch Reaktion der funktionellen Gruppen mit entsprechenden Funktionalitäten in den Applikationsmedien zusätzliche Bindungen zwischen Pigment und Medium über das Organosilan erzeugt werden. In einer besonderen Ausführungsform wird die Oberfläche der erfindungsgemäßen Effektpigmente mit einer dem Einsatzmedium angepassten Kombination von organischen Funktionalitäten modifiziert. Hierzu eignet sich auch der Einsatz von Mischungen verschiedener Organosilane. Die Hydrophobie der Partikeloberfläche kann durch Integration von alkylhaltigen Kupplungsreagenzien, wie z. B. Alkylsilanen, ebenfalls angepasst werden. Neben den Organosilanen ist auch der Einsatz ihrer Hydrolysate sowie ihrer homogenen und heterogenen Oligomere und/oder Polymere bevorzugt, die ebenfalls alleinig oder in Kombination mit den bereits beschriebenen Silanen eingesetzt werden können. Im besonderen bevorzugt sind Mischungen verschiedener Organosilane, insbesondere mit voneinander unterschiedlichen funktionellen Gruppen Y, deren Einsatz eine besondere Anwendungsbreite gewährleistet.By the choice of suitable functional groups, the organosilane the Requirements are adjusted. In addition, depending by coating order, by reaction of the functional Groups with corresponding functionalities in the application media additional Bonds between pigment and medium via the organosilane produced become. In a particular embodiment becomes the surface the effect pigments of the invention with a combination of organic adapted to the feed functionalities modified. For this purpose, the use of mixtures is also suitable different organosilanes. The hydrophobicity of the particle surface can by integration of alkyl-containing coupling reagents, such as. As alkyl silanes, also be adjusted. In addition to the organosilanes is also the use of their hydrolysates and their homogeneous and heterogeneous oligomers and / or polymers are preferred, which also alone or in combination with the silanes already described can be used. in the Particular preference is given to mixtures of different organosilanes, in particular with mutually different functional groups Y, whose use ensures a special scope.
Beispiele für Organosilane sind Propyltrimethoxysilan, Propyltriethoxysilan, Isobutyltrimethoxysilan, n-Octyltrimethoxysilan, i-Octyltrimethoxysilan, n-Octyltriethoxysilan, n-Decyltrimethoxysilan, Dodecyltrimethoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Octadecyltrimethoxysilan vorzugsweise Vinyltrimethoxysilan. Als oligomere, alkoholfreie Organosilanhydrolysate eignen sich unter anderem die unter dem Handelsnamen „Dynasylan®" von der Fa. Sivento vertriebenen Produkte, wie z. B. Dynasylan HS 2926, Dynasylan HS 2909, Dynasylan HS2907, Dynasylan HS 2781, Dynasylan HS 2776, Dynasylan HS 2627. Darüber hinaus eignet sich oligomeres Vinylsilan als auch Aminosilanhydrolysat als organische Beschichtung. Funktionalisierte Organosilane sind beispielsweise 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxytrimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilan, gamma-Isocyanatopropyltrimethoxysilan, 1,3-bis(3-glycidoxypropyl)-1,1,3,3,-tetramethyldisiloxan, Ureidopropyltriethoxysilan, bevorzugt sind 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxytrimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)-ethyltrimethoxysilan, gamma-Isocyanatopropyltrimethoxysilan. Beispiele für polymere Silansysteme sind in WO 98/13426 beschrieben und werden z. B. von der Fa. Sivento unter dem Warenzeichen Hydrosil® vertrieben.Examples of organosilanes are propyltrimethoxysilane, propyltriethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, n-octyltrimethoxysilane, i-octyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, n-decyltrimethoxysilane, dodecyltrimethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, octadecyltrimethoxysilane, preferably vinyltrimethoxysilane. Suitable oligomeric, alcohol-free organosilane are, among others, those sold under the trade name "Dynasylan ®" by the company. Sivento products, such. As Dynasylan HS 2926, Dynasylan HS 2909, Dynasylan HS2907, Dynasylan HS 2781, Dynasylan HS 2776, Dynasylan HS 2627. In addition, oligomeric vinylsilane and aminosilane hydrolyzate are suitable as organic coating.Functionalized organosilanes are, for example, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxytrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, beta- (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyltrimethoxysilane, gamma-isocyanatopropyltrimethoxysilane, 1, 3-bis (3-glycidoxypropyl) -1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, ureidopropyltriethoxysilane, preferred are 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxytrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, beta- (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyltrimethoxysilane, gamma- Isocyanatopropyltrimethoxysilane Examples of polymeric silane systems are described in WO 98/13426 and are described, for example, in US Pat B. sold by the company. Sivento under the trademark Hydrosil ® .
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Effektpigmente, wobei eine Strukturierung in ein plättchenförmiges Substrat mittels eines strukturierten Körpers geprägt wird, wobei die Strukturierung des Körpers derart gewählt ist, dass das geprägte Substrat bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung retroreflektiv ist.Also The present invention relates to processes for the preparation the effect pigments according to the invention, wherein structuring into a platelet-shaped substrate by means of a structured body embossed is, with the structuring of the body is chosen such that the embossed Substrate upon irradiation with electromagnetic radiation retroreflective is.
Als Substrate für die Prägung der Strukturierung eignen sich insbesondere Metalle, wie z.B. Aluminium oder Titan, oder andere Materialien, die eine ausreichende Formbarkeit aufweisen, insbesondere Glas, das auf eine Temperatur um den Erweichungspunkt des Glases erwärmt wurde oder Polymere. Geeignete Beispiele für die Materialien sind bereits vorab genannt.When Substrates for the imprint The structuring is particularly suitable metals such. aluminum or titanium, or other materials that have sufficient moldability in particular glass, which is at a temperature around the softening point of the glass was or polymers. Suitable examples of the materials are already called in advance.
Die
Prägung
erfolgt mit einem Prägewerkzeug,
das die zu prägende
Strukturierung als Negativbild aufweist. Das Prägewerkzeug kann dabei jede beliebige
Form aufweisen, z.B. als Stempel oder in Form einer Rolle oder Walze.
Vorzugsweise ist das Prägewerkzeug
eine strukturierte Walze oder Rolle, mit der große Flächen des Substrates mit der
Strukturierung versehen werden können.
Verfahren zur direkten Prägung
sind dem Fachmann allgemein bekannt und finden sich beispielsweise
in
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren wird das strukturierte Substrat auf einem Träger erzeugt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind demgemäß ebenfalls Verfahren zur Herstellung von Effektpigmenten enthaltend die Verfahrensschritte:
- a) Aufbringung eines Films enthaltend einen Substratprecursor auf einen strukturierten Träger,
- b) Verfestigung des Films durch Trocknung,
- c) Entwicklung eines Substrates durch chemische Reaktion aus dem Substratprecursor,
- d) Abtrennung des Substrates vom strukturierten Träger und
- e) gegebenenfalls Waschen, Trocknung, Calcinierung, Zerkleinerung und/oder Klassierung des Substrates,
- a) application of a film comprising a substrate precursor to a structured support,
- b) solidification of the film by drying,
- c) development of a substrate by chemical reaction from the substrate precursor,
- d) separation of the substrate from the structured support and
- e) optionally washing, drying, calcining, comminution and / or classification of the substrate,
Darüber hinaus sind Verfahren zur Herstellung von Effektpigmenten enthaltend die Verfahrensschritte:
- a) Aufbringung eines Films enthaltend einen Substratprecursor auf einen strukturierten Träger,
- b) gegebenenfalls Verfestigung des Films durch Trocknung,
- c) ein- oder mehrmaliges Wiederholen der Schritte a) und b), wobei jeweils voneinander verschiedene Substratprecursor eingesetzt werden,
- d) Verfestigung des Films durch Trocknung,
- e) Entwicklung eines Substrates durch chemische Reaktion aus dem Substratprecursor,
- f) Abtrennung des Substrates vom strukturierten Träger und
- g) gegebenenfalls Waschen, Trocknung, Calcinierung, Zerkleinerung und/oder Klassierung des Substrates,
- a) application of a film comprising a substrate precursor to a structured support,
- b) optionally solidifying the film by drying,
- c) repeating steps a) and b) one or more times, using mutually different substrate precursors,
- d) solidification of the film by drying,
- e) development of a substrate by chemical reaction from the substrate precursor,
- f) separation of the substrate from the structured support and
- g) optionally washing, drying, calcination, comminution and / or classification of the substrate,
In dieser besonderen Ausführungsform werden gemäß Schritt c) die Schritte a) und b) ein- oder mehrfach wiederholt. Hierdurch lassen sich Substrate aus voneinander verschiedenen Substratprecursoren herstellen, z.B. zunächst durch Verwendung von Wasserglas und weiterhin durch Verwendung von Alkoxysilanen. Alternativ lassen sich Effektpigmente auf der Basis von Substraten aus Materialgemischen herstellen, z.B. Silizium/Aluminium-, Silizium/Bor-, Aluminium/Borgemische. Die Mischung kann dabei als Gradient oder in Form diskreter Schichten vorliegen. Im letzteren Falle ist die Durchführung einer Zwischentrocknung gemäß Schritt b) bevorzugt.In this particular embodiment be in step c) steps a) and b) one or more times. hereby Substrates can be made of mutually different substrate precursors produce, e.g. first by using water glass and further by using alkoxysilanes. Alternatively, effect pigments based on substrates can be used from material mixtures, e.g. Silicon / aluminum, silicon / boron, aluminum / boron mixtures. The mixture can be used as a gradient or in the form of discrete layers available. In the latter case, the implementation of an intermediate drying according to step b) preferred.
Analoge Bandverfahren unter Verwendung unstrukturierter Bänder sind aus dem Stand der Technik bekannt und z.B. in WO 93/08237 und dort genannten Referenzen beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme in dieser Anmeldung enthalten sind.analog Tape methods using unstructured tapes are known in the art and e.g. in WO 93/08237 and mentioned there References, which are hereby incorporated by reference in this application are included.
Der strukturierte Träger in der vorliegenden Erfindung kann aus allen gängigen Materialien bestehen, wie z.B. Metallen, Kunststoffen oder anderen Materialien. Vorzugsweise besteht der Träger aus Kunststoffen, wie z.B. Polyethylenterephthalat, Polyestern oder Polyacrylaten und liegt in Form eines endlosen Bandes vor, das die Strukturierung aufweist. Bevorzugt wird Polyethylenterephthalat als Bandmaterial verwendet. Die Strukturierung des strukturierten Trägers ist ein Negativabbild der herzustellenden Struktur des Effektpigmentes. Die Herstellung eines geeigneten Trägers erfolgt üblicherweise ebenfalls durch Prägung mittels eines Prägewerkzeugs. Hierbei weist das Prägewerkzeug aber ein Positivbild der gewünschten Strukturierung auf. Mit diesem Prägewerkzeug wird dann der in den erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Träger strukturiert, der dann ein Negativabbild aufweist. Die mit Hilfe dieses Trägers herzustellenden Pigmente zeigen dann die gewünschte Strukturierung als Positiv.Of the structured carrier in the present invention may consist of all common materials, such as. Metals, plastics or other materials. Preferably is the carrier made of plastics, such as Polyethylene terephthalate, polyesters or Polyacrylates and is in the form of an endless belt that the Has structuring. Preference is given to polyethylene terephthalate used as a band material. The structuring of the structured carrier is a negative image of the structure of the effect pigment to be produced. The preparation of a suitable carrier usually also takes place by imprinting by means of a stamping tool. Here, the embossing tool but a positive image of the desired Structuring on. With this embossing tool is then the in the inventive method structured carriers to be used, which then has a negative image. The to be produced with the help of this carrier Pigments then show the desired Structuring as a positive.
Entsprechende
Prägewerkzeuge
sind auf unterschiedliche Arten und Weisen erhältlich, die dem Fachmann allgemein
zugänglich
sind. So können
geeignete Prägewerkzeuge
durch Mikro- bzw. Nanostrukturierung, beispielsweise mittels fokussierter
Ionenstrahlen, durch holographische Verfahren oder durch Laserstrukturierung,
erhalten werden. Verfahren zur Herstellung entsprechend geeigneter Prägewerkzeuge
finden sich beispielsweise in US 2003/0223830, US 2003/0133194,
US 2003/0035231, US 2003/0058553, US 2003/0088946 oder US 2003/0133194.
Beispiele für die
Herstellung der strukturierten Träger finden sich unter anderem
in WO 95/11464,
Als Substratprecursor in den oben genannten Verfahren können vorzugsweise Lösungen oder Suspensionen enthaltend eine oder mehrere anorganische oder organische Verbindungen der Elemente Silizium, Aluminium, Bor, Titan, Zirkonium und/oder Eisen verwendet werden. Als anorganische Verbindungen können die entsprechenden Salze wie z.B. Halogenide, Nitrate, Sulfate, Phosphate, Oxide oder Oxidhydrate, aber auch Borate, Aluminate und/oder Silikate eingesetzt werden. Organische Verbindungen können z.B. Alkoxyverbindungen der jeweiligen Elemente sein. Vorzugsweise enthält der Substratprecursor anorganische Verbindungen der Elemente Silizium und/oder Aluminium und insbesondere Silikate, wobei Wasserglas ganz besonders bevorzugt ist.When Substrate precursors in the above-mentioned methods may preferably solutions or suspensions containing one or more inorganic or organic compounds of the elements silicon, aluminum, boron, titanium, Zirconium and / or iron are used. As inorganic compounds can the corresponding salts, e.g. Halides, nitrates, sulfates, Phosphates, oxides or oxide hydrates, but also borates, aluminates and / or silicates be used. Organic compounds can e.g. alkoxy be the respective elements. Preferably, the substrate precursor contains inorganic Compounds of the elements silicon and / or aluminum and in particular Silicates, with water glass being particularly preferred.
Weiterhin kann der Substratprecursor Netzwerkbildner, vorzugsweise in Form löslicher Salze, enthalten, wie z.B. Aluminate und/oder Borste, die sich vorteilhaft auf die Ausbildung und Stabilität der Substrate auswirken. Bevorzugte Netzwerkbildner sind Natriumaluminat und/oder Natriumborat. Die Anteile der Netzwerkbildner betragen 0.1–30 Gew.-%, vorzugsweise 1–20 Gew.-%, bezogen auf das Substrat.Farther For example, the substrate precursor can be a network former, preferably in the form of soluble Salts, e.g. Aluminates and / or bristles that are beneficial on education and stability affect the substrates. Preferred network formers are sodium aluminate and / or sodium borate. The proportions of the network formers amount 0.1-30 Wt .-%, preferably 1-20 Wt .-%, based on the substrate.
Als Benetzungs- und Netzmittel zur Verbesserung der Benetzung des strukturierten Trägers mit dem Substratprecursor kommen alle dem Fachmann bekannten Netzmittel in Frage, wobei diese ionisch und nichtionisch sein können. Weder der Typ noch die Menge des zugesetzten Netzmittels sind kritisch, aber im allgemeinen liegt der Anteil des Netzmittels maximal bei bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf den Substratprecursor.When Wetting and wetting agents to improve the wetting of the structured carrier All the wetting agents known to the person skilled in the art come with the substrate precursor in question, which may be ionic and nonionic. Neither the type still the amount of wetting agent added is critical, but In general, the proportion of wetting agent is a maximum of up to 2% by weight, based on the substrate precursor.
Auf den strukturierten Träger wird ein Film enthaltend den Substratprecusor aufgebracht, wobei durch die Menge des aufgebrachten Substratprecursors die später erhaltene Dicke des Substrates variiert werden kann. Die Aufbringung des Films kann gemäß dem oben beschriebenen Bandverfahren, aber auch über alternative Methoden wie z.B. das Tauchgießverfahren aufgetragen werden. Vorzugsweise ist der erhaltene Film so dick, dass der strukturierte Träger vollständig und durchgängig mit dem Film bedeckt ist. Der Film weist in dieser Vorzugsform in Richtung des strukturierten Trägers ein Abbild der Strukturierung und auf der der Strukturierung gegenüberliegenden Seite eine glatte Oberfläche auf.On the structured carrier a film containing the Substratprecusor is applied, wherein the amount of deposited substrate precursor that was later obtained Thickness of the substrate can be varied. The application of the film can according to the above described band method, but also on alternative methods such as e.g. the immersion casting process be applied. Preferably, the resulting film is so thick that the structured carrier Completely and consistently covered with the film. The film features in this preferred form in Direction of the structured vehicle an image of the structuring and on the structuring opposite Side a smooth surface on.
Die durch Trocknung initiierte chemische Reaktion führt zur Entwicklung eines festen, strukturierten Substrates. Bei der chemischen Reaktion handelt es sich vorzugsweise um Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen, die zu einer Vernetzung des Substratprecursors führt.The drying initiated chemical reaction leads to the development of a solid, structured substrate. The chemical reaction is preferably hydrolysis and condensation reactions, the leads to a crosslinking of the substrate precursor.
Die Abtrennung, das Waschen, die Trocknung, Calcinierung, Zerkleinerung und/oder Klassierung der erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen nach den für den Fachmann gängigen Methoden, wie sie z.B. auch in WO 93/08327 beschrieben sind und können in fachmännischer Weise an das jeweilige System angepasst werden. Vorzugsweise wird das Substrat mittels eines Flüssigkeits- oder Gasstrahls abgetrennt. Bei diesem Verfahrensschritt kann es bereits zu einer Zerkleinerung der Substrate kommen. Darüber hinaus kann die Zerkleinerung auch durch Mahlen, z.B. mittels einer Kugelmühle, erfolgen. Andere Zerkleinerungsverfahren bzw. Mühlen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und können ebenfalls eingesetzt werden. Die Klassierung dient der Größenfraktionierung der erhaltenen Pigmente und kann durch Sedimentation, Dekantierung, Windsichtung und/oder Siebung erfolgen, je nach gewünschter Korngröße und Größenverteilung.The Separation, washing, drying, calcination, comminution and / or classifying the method according to the invention the for the expert Methods such as e.g. are also described in WO 93/08327 and can in expert Be adapted to the respective system. Preferably the substrate by means of a liquid or gas jet separated. In this process step it can already come to a crushing of the substrates. Furthermore the comminution may also be carried out by grinding, e.g. by means of a ball mill. Other comminution methods or mills are well known to the person skilled in the art and can also be used. The classification is for size fractionation the pigments obtained and can be removed by sedimentation, decantation, Air classification and / or screening, depending on the desired grain size and size distribution.
Retroreflektive Pigmente, die auf beiden Seiten der Plättchen eine Strukturierung zeigen sind ebenfalls nach den oben genannten Verfahren herstellbar. Hierzu können beispielsweise strukturierte Substrate nach den beschriebenen Bandverfahren hergestellt werden und anschließend auf der unstrukturierten Seite eine Strukturierung durch Prägung aufgebracht werden. Alternativ lassen sich beidseitig strukturierte Pigmente durch beidseitiges Prägen herstellen, wobei die Prägung der beiden Seiten simultan, z.B. durch Einsatz gegenüberliegender strukturierter Walzen, oder in aufeinanderfolgenden Schritten erfolgen kann. Dabei ist zu beachten, dass die Strukturierung jeweils gegeneinander versetzt erfolgt, das heißt, die Areale der Oberflächen, die auf einer Seite strukturiert sind, müssen auf der gegenüberliegenden Seite unstrukturiert sein und umgekehrt.retroreflective Pigments that are structuring on both sides of the platelets show are also produced by the above method. You can do this For example, structured substrates prepared by the tape method described and then structuring by embossing are applied on the unstructured side. Alternatively, pigments structured on both sides can be applied on both sides Produce embossing, the imprint the two sides simultaneously, e.g. by use of opposite structured rolls, or in successive steps can. It should be noted that the structuring each against each other offset occurs, that is, the areas of the surfaces, which are structured on one side, must be on the opposite Page unstructured and vice versa.
In
einer weiteren Ausführungsform
können die
strukturierten Träger
eine zusätzliche Überstruktur
zur Erzeugung von Sollbruchkanten aufweisen. Diese Überstruktur
hat Kreis- oder Ellipsenform oder liegt in Form von Vielecken Vn vor, mit
n = der Anzahl der Ecken
und
n ≥ 3.In a further embodiment, the structured carriers can have an additional superstructure for generating predetermined breaking edges. This superstructure has a circular or elliptical shape or is in the form of polygons V n , with
n = the number of corners and
n ≥ 3.
Die Überstruktur
erzeugt durch gezielte Überhöhungen einzelner
Kanten in der Struktur Sollbruchkanten in den späteren Effektpigmenten (
In
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann das Substrat mit einer oder mehreren Schichten enthaltend Metalloxide, Metalloxidhydrate,
Metallsuboxide, Metalle, Metallfluoride, Metallnitride, Metalloxynitride
oder Mischungen dieser Materialien beschichtet werden. Beispiele für derartige
Materialien sind vorab bei dem Aufbau der erfindungsgemäßen Pigmente
beschrieben worden. Die Beschichtung kann sowohl nasschemisch, mittels
Sol-Gel-Verfahrens aber auch über
CVD bzw. PVD-Verfahren erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung
nasschemisch oder über
CVD bzw. PVD-Verfahren und ganz besonders bevorzugt nasschemisch.
Bei den nasschemischen Verfahren eignen sich sowohl Fällungsreaktionen,
z.B. entsprechender Metalloxide, als auch Reduktionsreaktionen unter
Abscheidung von z.B. Metallen auf der Oberfläche der Effektpigmente. Beispiele
der genannten Verfahren und der dabei einsetzbaren Verbindungen und
Vorstufen finden sich beispielsweise in
Darüber hinaus
kann in einem ebenfalls erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich als äußere Schicht
eine organische Beschichtung aufgebracht werden. Beispiele für derartige
Beschichtungsverfahren finden sich unter anderem in
Die erfindungsgemäßen Effektpigmente sind vielseitig einsetzbar. Demgemäss ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Pigmente in Beschichtungen, Kosmetika, Lacken, Farben, Druckfarben, Tonern, in keramischen Materialien, Gläsern, Papier, in Kunststoffen, Folien, im Sicherheitsdruck, in Sicherheitsmerkmalen in Dokumenten und Ausweisen, zur Lebensmitteleinfärbung, als Tracer oder in Arzneimittelüberzügen sowie zur Herstellung von Pigmentpräparationen und Trockenpräparaten ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The effect pigments of the invention are versatile. Accordingly, the use of the pigments of the invention in coatings, cosmetics, paints, inks, inks, toners, in ceramic materials, glasses, Paper, in plastics, foils, in security printing, in security features in documents and passports, for food coloring, as Tracer or in drug coatings as well for the preparation of pigment preparations and dry preparations also the subject of the present invention.
Im Falle von Kosmetika eignen sich die erfindungsgemäßen Effektpigmente besonders für Produkte und Formulierungen der dekorativen Kosmetik, wie z.B. Nagellacke, farbgebende Puder, Lippenstifte oder Lidschatten, Seifen, Zahnpasten etc. Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Effektpigmente in den Formulierungen auch mit jeder Art von kosmetischen Roh- und Hilfsstoffen kombiniert werden. Dazu gehören u.a. Öle, Fette, Wachse, Filmbildner, Konservierungsmittel und allgemein anwendungstechnische Eigenschaften bestimmende Hilfsstoffe, wie z.B. Verdicker und rheologische Zusatzstoffe wie etwa Bentonite, Hektorite, Siliziumdioxid, Ca-Silikate, Gelatine, hochmolekulare Kohlenhydrate und/oder oberflächenaktive Hilfsmittel, etc. Die erfindungsgemäßen Effektpigmente enthaltenden Formulierungen können dem lipophilen, hydrophilen oder hydrophoben Typ angehören. Bei heterogenen Formulierungen mit diskreten wässrigen und nicht-wässrigen Phasen können die erfindungsgemäßen Partikel in jeweils nur einer der beiden Phasen enthalten oder auch über beide Phasen verteilt sein.in the In the case of cosmetics, the effect pigments according to the invention are suitable especially for Products and formulations of decorative cosmetics, e.g. Nail polishes coloring powders, lipsticks or eyeshadows, soaps, toothpastes etc. Of course can the effect pigments of the invention in the formulations also with any kind of cosmetic raw and Excipients are combined. These include u.a. Oils, fats, waxes, film formers, Preservatives and general application properties determining adjuvants, e.g. Thickener and rheological additives such as bentonites, hectorites, silica, ca silicates, gelatin, high molecular weight carbohydrates and / or surface-active adjuvants, etc. The effect pigments of the invention containing formulations belong to the lipophilic, hydrophilic or hydrophobic type. at heterogeneous formulations with discrete aqueous and non-aqueous Phases can the particles of the invention in each case contain only one of the two phases or over both Be distributed phases.
Die pH-Werte der wässrigen Formulierungen können zwischen 1 und 14, bevorzugt zwischen 2 und 11 und besonders bevorzugt zwischen 5 und 8 liegen. Den Konzentrationen der erfindungsgemäßen Effektpigmente in der Formulierung sind keine Grenzen gesetzt. Sie können – je nach Anwendungsfall – zwischen 0,001 (rinse-off-Produkte, z.B. Duschgele) – 99% (z.B. Glanzeffekt-Artikel für besondere Anwendungen) liegen. Die erfindungsgemäßen Effektpigmente können weiterhin auch mit kosmetischen Wirkstoffen kombiniert werden. Geeignete Wirkstoffe sind z.B. Insect Repellents, UV A/BC-Schutzfilter (z.B. OMC, B3, MBC), Anti-Ageing-Wirkstoffe, Vitamine und deren Derivate (z.B. Vitamin A, C, E etc.), Selbstbräuner (z.B. DNA, Erythrolose u.a.) sowie weitere kosmetische Wirkstoffe wie z.B. Bisabolol, LPO, Ectoin, Emblica, Allantoin, Bioflavanoide und deren Derivate.The pH values of the aqueous Formulations can between 1 and 14, preferably between 2 and 11 and particularly preferred between 5 and 8 lie. The concentrations of the effect pigments of the invention There are no limits in the formulation. You can - depending on Use case - between 0.001 (rinse-off products, e.g., shower gels) - 99% (e.g., gloss effect article for special Applications) are. The effect pigments of the invention can furthermore can also be combined with cosmetic active ingredients. Suitable active ingredients are e.g. Insect Repellents, UV A / BC protection filters (e.g., OMC, B3, MBC), Anti-aging agents, Vitamins and their derivatives (e.g., vitamins A, C, E, etc.), self-tanner (e.g. DNA, erythrolose, etc.) as well as other cosmetic agents, such as e.g. Bisabolol, LPO, ectoine, emblica, allantoin, bioflavanoids and theirs Derivatives.
Bei Einsatz der Effektpigmente in Lacken und Farben sind alle dem Fachmann bekannten Anwendungsbereiche möglich, wie z.B. Pulverlacke, Automobillacke, Druckfarben für den Tief-, Offset-, Sieb- oder Flexodruck sowie für Lacke in Außenanwendungen. Die erfindungsgemäß pigmentierten Lacke lassen sich auf Formkörper jeglicher Form aufbringen, was mit den aus dem Stand der Technik bekannten retroreflektierenden Folien nicht möglich ist. Somit können auch stark dreidimensional gekrümmte Flächen, wie z.B. Kugeln, Kotflügel, beschichtet und mit einem retroreflektiven Effekt ausgestattet werden. Die Anwendungsfelder sind hierbei weit gestreut und umfassen auch Anwendungen in der passiven Sicherheit, wie z.B. Straßenschilder, Nummernschilder, Reflektoren für Bekleidung oder in Straßenmarkierungen. Die Lacke und Farben können hierbei beispielsweise strahlungshärtend, physikalisch trocknend oder chemisch härtend sein. Für die Herstellung der Druckfarben oder Flüssiglacke ist eine Vielzahl von Bindern, z.B. auf der Basis von Acrylaten, Methacrylaten, Polyestern, Polyurethanen, Nitrocellulose, Ethylcellulose, Polyamid, Polyvinylbutyrat, Phenolharzen, Maleinharzen, Stärke oder Polyvinylalkohol, Aminharzen, Alkydharzen, Epoxidharzen, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluoriden, Polyvinylchlorid oder Mischungen hieraus geeignet, insbesondere wasserlösliche Typen. Bei den Lacken kann es sich um Pulverlacke oder wasser- oder lösemittelbasierte Lacke handeln, wobei die Auswahl der Lackbestandteile dem Allgemeinwissen des Fachmanns unterliegt. Gängige polymere Bindemittel für Pulverlacke sind beispielsweise Polyester, Epoxide, Polyurethane, Acrylate oder Mischungen hieraus.When using the effect pigments in paints and coatings, all applications known to the person skilled in the art are possible, such as, for example, powder coatings, automotive coatings, printing inks for gravure, offset, screen or flexographic printing and for coatings in outdoor applications. The inventively pigmented coatings can be applied to moldings of any shape, which is not possible with the known from the prior art retroreflective films. Thus, even strongly three-dimensionally curved surfaces, such as balls, fenders, coated and can be equipped with a retroreflective effect. The fields of application are widely scattered and include applications in passive safety, such as street signs, number plates, Reflectors for clothing or in road markings. The paints and paints can be, for example, radiation-curing, physically drying or chemically curing. For the production of printing inks or liquid coatings is a variety of binders, for example based on acrylates, methacrylates, polyesters, polyurethanes, nitrocellulose, ethylcellulose, polyamide, polyvinyl butyrate, phenolic resins, maleic resins, starch or polyvinyl alcohol, amine resins, alkyd resins, epoxy resins, polytetrafluoroethylene, Polyvinylidene fluorides, polyvinyl chloride or mixtures thereof, in particular water-soluble types. The paints may be powder paints or water- or solvent-based paints, the selection of the paint components is subject to the general knowledge of the skilled person. Common polymeric binders for powder coatings are, for example, polyesters, epoxies, polyurethanes, acrylates or mixtures thereof.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Effektpigmente in Folien und Kunststoffen verwendet werden, so z.B. in Agrarfolien, infrarotreflektierenden Folien und Scheiben, Geschenkfolien, Kunststoffbehältnissen und Formkörpern für alle dem Fachmann bekannten Anwendungen. Infrarotreflektierende Folien enthaltend Effektpigmente gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich für Anwendungen im Bereich Wärmeschutz und Wärmemanagement. Die retroreflektierende Beschichtung erscheint, außer bei der Betrachtung mit einer Lichtquelle die sich in Richtung des Betrachters befindet, grau-schwarz, ist aber für die gesamte auftreffende Strahlung IR und VIS hochreflektierend. Ähnliche Effekte lassen sich nur mit hochspiegelnden Oberflächen (Reflexion) oder weißen, stark dispersiven Oberflächen erreichen. Durch die Eigenschaft, Infrarotstrahlung an ihren Ausgangspunkt zurück zu strahlen, können retroreflektive Pigmente auch zur Beschichtung von Hitze-Isolatoren verwendet werden. Hierbei wird die Wärmestrahlung, im Gegensatz zu einer einfachen Verspiegelung, unmittelbar zurück zur Quelle reflektiert. Als Kunststoffe eignen sich alle gängigen Kunststoffe für die Einarbeitung der erfindungsgemäßen Effektpigmente, z.B. Duromere oder thermoplastische Kunststoffe. Die Beschreibung der Anwendungsmöglichkeiten und der einsetzbaren Kunststoffe, Verarbeitungsverfahren und Additive finden sich z.B. in der RD 472005 oder in R. Glausch, M. Kieser, R. Maisch, G. Pfaff, J. Weitzel, Perlglanzpigmente, Curt R. Vincentz Verlag, 1996, 83 ff., deren Offenbarungsgehalt hier mit umfasst ist.Furthermore can the effect pigments of the invention used in films and plastics, e.g. in agricultural films, infrared-reflective films and discs, gift foils, plastic containers and moldings for all known in the art applications. Infrared reflecting films containing effect pigments according to the present invention Invention are suitable for Applications in the field of thermal insulation and thermal management. The retroreflective coating appears except at looking at it with a light source pointing towards the viewer is gray-black, but is for the entire incident radiation IR and VIS highly reflective. Similar Effects can only be achieved with highly reflective surfaces (reflection) or white, highly dispersive surfaces to reach. By the property, infrared radiation to its starting point back to radiate, can retroreflective pigments also for coating heat insulators be used. This is the heat radiation, as opposed to a simple mirroring, reflected directly back to the source. Suitable plastics are all common plastics for incorporation the effect pigments according to the invention, e.g. Duromeric or thermoplastic plastics. The description the application possibilities and the applicable plastics, processing methods and additives can be found e.g. in RD 472005 or in R. Glausch, M. Kieser, R. Maisch, G. Pfaff, J. Weitzel, Pearlescent Pigments, Curt R. Vincentz Verlag, 1996, 83 ff., The disclosure content of which includes here is.
Beschichtungen enthaltend Effektpigmente gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich ebenfalls vorteilhaft als Projektionsoberflächen. Für Projektionsoberflächen, wie sie beispielsweise in Kinos und Video-Projektionssystemen angewendet werden, ist eine Beschichtung mit retroreflektierenden Pigmenten sehr vorteilhaft. Über den im Herstellprozess einstellbaren geometrischen Fehler, d.h. die Abweichung der Winkel innerhalb der Würfelecken vom Idealwert 90°, kann zudem die Abstrahlcharakteristik den notwendigen Gegebenheiten angepasst werden. Gegenüber einer diffus reflektierenden Leinwand werden für den Betrachter erheblich hellere Projektionen erhalten. Auch gegenüber Projektionsleinwänden die mit Glaskugel-Beschichtungen ausgestattet sind, wird ein deutlich helleres Projektionsbild erhalten.coatings containing effect pigments according to the present invention Invention are also advantageously suitable as projection surfaces. For projection surfaces, such as they are used for example in cinemas and video projection systems, a coating with retroreflective pigments is very advantageous. On the in the manufacturing process adjustable geometrical errors, i. the Deviation of the angles within the cube corners of the ideal value 90 °, can also the emission characteristics adapted to the necessary conditions become. Across from A diffusely reflecting screen becomes significant for the viewer get brighter projections. Also opposite projection screens the with glass ball coatings are a clear get a brighter projection image.
Darüber hinaus eignen sich die erfindungsgemäßen Effektpigmente auch für den Einsatz im Sicherheitsdruck und in sicherheitsrelevanten Merkmalen für z.B. fälschungssichere Karten und Ausweise, wie z.B. Eintrittskarten, Personalausweise, Geldscheine, Schecks und Scheckkarten sowie für andere fälschungssichere Dokumente. Im Lebensmittelbereich können die Effektpigmente zur Einfärbung von Lebensmitteln verwendet werden. Zur Pigmentierung von Überzügen in Arzneimitteln wie z.B. Tabletten oder Dragees sind die erfindungsgemäßen Effektpigmente ebenfalls einsetzbar.Furthermore the effect pigments of the invention are suitable also for the use in security printing and in safety-relevant features for e.g. tamper-proof Cards and passes, such as Tickets, identity cards, Banknotes, checks and check cards as well as other forgery-proof documents. In the food sector can the effect pigments for coloring Be used for food. For pigmentation of coatings in medicaments such as. Tablets or dragées are the effect pigments of the invention also usable.
Die erfindungsgemäßen Effektpigmente eignen sich in den oben genannten Anwendungsgebieten ebenso zur Verwendung in Abmischungen mit organischen Farbstoffen und/oder Pigmenten, wie z.B. transparenten und deckenden Weiß-, Bunt- und Schwarzpigmenten sowie mit plättchenförmigen Eisenoxiden, organischen Pigmenten, holographischen Pigmenten, LCPs (Liquid Crystal Polymers) und herkömmlichen transparenten, bunten und schwarzen Glanzpigmenten auf der Basis von metalloxidbeschichteten Plättchen auf Basis von Glimmer, Glas, Al2O3, Fe2O3, SiO2, etc. Die erfindungsgemäßen Effektpigmente können in jedem Verhältnis mit handelsüblichen Pigmenten und Füllern gemischt werden.The effect pigments according to the invention are also suitable for use in blends with organic dyes and / or pigments, such as transparent and opaque white, colored and black pigments and platelet-shaped iron oxides, organic pigments, holographic pigments, LCPs (Liquid Crystal Polymers) and conventional transparent, colored and black luster pigments on the basis of metal oxide-coated platelets based on mica, glass, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , SiO 2 , etc. The effect pigments of the invention can be used in any ratio with commercially available pigments and fillers be mixed.
Als Füllstoffe sind z.B. natürlicher und synthetischer Glimmer, Nylon Powder, reine oder gefüllte Melaninharze, Talcum, Gläser, Kaolin, Oxide oder Hydroxide von Aluminium, Magnesium, Calcium, Zink, BiOCl, Bariumsulfat, Calciumsulfat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Kohlenstoff, sowie physikalische oder chemische Kombinationen dieser Stoffe zu nennen. Bezüglich der Partikelform des Füllstoffes gibt es keine Einschränkungen. Sie kann den Anforderungen gemäß z.B. plättchenförmig, sphärisch oder nadelförmig sein.When fillers are e.g. naturally and synthetic mica, nylon powder, pure or filled melanin resins, Talcum, glasses, Kaolin, oxides or hydroxides of aluminum, magnesium, calcium, zinc, BiOCl, barium sulfate, calcium sulfate, calcium carbonate, magnesium carbonate, Carbon, as well as physical or chemical combinations of these substances to call. In terms of the particle shape of the filler there are no restrictions. It can meet the requirements according to e.g. platy, spherical or acicular be.
Die erfindungsgemäßen Effektpigmente sind weiterhin geeignet zur Herstellung von fließfähigen Pigmentpräparationen und Trockenpräparaten enthaltend ein oder mehrere erfindungsgemäße Partikel, Bindemittel und optional ein oder mehrere Additive. Unter Trockenpräparate sind auch Präparate zu verstehen, die 0 bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-%, insbesondere 3 bis 6 Gew.-%, an Wasser und/oder eines Lösemittels oder Lösemittelgemisches enthalten. Die Trockenpräparate liegen vorzugsweise als Pellets, Granulate, Chips, Würstchen oder Briketts vor und weisen Teilchengrößen von 0.2–80 mm auf. Die Trockenpräparate finden insbesondere Anwendung bei der Herstellung von Druckfarben und in kosmetischen Formulierungen.The effect pigments according to the invention are furthermore suitable for the preparation of flowable pigment preparations and dry preparations containing one or more particles according to the invention, binders and optionally one or more additives. Dry preparations are also to be understood as preparations which contain from 0 to 8% by weight, preferably from 2 to 8% by weight, in particular from 3 to 6% by weight, of water and / or a solvent or solvent mixture. The dry preparations are preferably in the form of pellets, granules, chips, sausages or briquettes and have particle sizes of 0.2-80 mm. The dry preparations are used in particular in the production of printing inks and in cosmetic formulations.
Eine besondere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Effektpigmente besteht in ihrem Einsatz als Tracer in Mischungen mit weiteren organischen und/oder anorganischen Farbmitteln, z.B. zur Markierung von Farben, Lacken, Druckfarben, Kunststoffen, Textilien, kosmetischen Formulierungen, Lebensmitteln, pharmazeutischen Produkten, keramischen Materialien, Gläsern, Papier, Sicherheitsmaterialien, Trockenpräparaten, Pigmentpräparationen. Dies gilt insbesondere für Effektpigmente gemäß der vorliegenden Erfindung mit einheitlicher Form und Größe.A special application the effect pigments of the invention consists in its use as a tracer in mixtures with other organic and / or inorganic colorants, e.g. for marking colors, Paints, printing inks, plastics, textiles, cosmetic formulations, Food, pharmaceutical products, ceramic materials, glasses, Paper, safety materials, dry preparations, pigment preparations. This is especially true for Effect pigments according to the present invention Invention with uniform shape and size.
Tracer werden in modernen Produkten vielfach als Identifizierungsmittel eingesetzt. Mit ihrer Hilfe soll die Echtheit eines Produktes nachgewiesen bzw. die Herkunft eines Produktes rekonstruiert werden. Gängige Tracer basieren auf fluoreszierenden, radioaktiven oder lumineszierenden Stoffen, die dem zu schützenden Produkt als Pulver, Suspension oder Flüssigkeit zugesetzt werden. Diese Stoffe sind vielfach toxikologisch und umwelttechnisch bedenklich bzw. benötigen zu ihrer Nachweisbarkeit spezielle Apparaturen und Geräte.tracer are often used as identification means in modern products used. With their help, the authenticity of a product is demonstrated or the origin of a product can be reconstructed. Common tracers are based on fluorescent, radioactive or luminescent Substances to be protected Product may be added as a powder, suspension or liquid. These substances are often toxicologically and environmentally questionable or need for their traceability special equipment and devices.
Die erfindungsgemäßen Effektpigmente können den zu markierenden Farbmitteln oder daraus hergestellten Produkten, wie z.B. Lacken, Pulvern, Farben oder Suspensionen unter Anwendung aller dem Fachmann bekannten Methoden zugegeben werden. Der Anteil des Tracers in dem zu markierenden Produkt beträgt üblicherweise ≤ 5 Gew.-%, bezogen auf das markierte Produkt und vorzugsweise < 2 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 0.1–1 Gew.-%.The effect pigments of the invention can the colorants to be marked or products made therefrom, such as. Paints, powders, paints or suspensions under application all methods known in the art are added. The amount of the tracer in the product to be labeled is usually ≦ 5% by weight, based on the labeled product and preferably <2 wt .-% and completely particularly preferably 0.1-1% by weight.
Je nach Größe bzw. Geometrie der erfindungsgemäßen Effektpigmente kann der Tracer in den Mischungen mit Pigmenten anderer Form sehr einfach mittels eines Mikroskops oder mit dem Rasterelektronenmikroskop detektiert werden. Chemisch und toxikologisch verhalten sich diese Tracer wie andere Effektpigmente und sind somit chemisch inert und toxikologisch unbedenklich. Besonders vorteilhaft ist das Mischen der erfindungsgemäßen Pigmente mit unstrukturierten Effektpigmenten, die denselben Schichtaufbau, jedoch nicht dieselbe Form bzw. dieselbe Größe aufweisen. Da die für diese Anwendung auf die Kundenwünsche speziell abgestimmten erfindungsgemäßen Effektpigmente kommerziell nicht verfügbar sind, wird ein ausreichender Kopierschutz der zu markierenden Mischung gewährleistet.ever according to size or Geometry of the effect pigments according to the invention The tracer in mixtures with pigments of other form can be very simple by means of a microscope or with the scanning electron microscope be detected. Chemically and toxicologically, these behave Tracers like other effect pigments and are thus chemically inert and toxicologically harmless. Particularly advantageous is the mixing the pigments of the invention with unstructured effect pigments, the same layer structure, but not the same shape or size. As for this Application to the customer requirements specially adapted effect pigments of the invention commercially not available are sufficient copy protection of the mixture to be marked guaranteed.
Die vollständige Offenbarung aller vorstehend genannten Patentanmeldungen, Patente und Veröffentlichungen ist durch Bezugnahme in dieser Anmeldung enthalten.The full Disclosure of all the above-mentioned patent applications, patents and publications is incorporated by reference in this application.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch zu begrenzen.The The following examples are intended to explain the invention in more detail without, however, limiting it.
Beispiel 1: Herstellung der Pigment-GrundkörperExample 1: Preparation the pigment base
Auf einer mit Tripelspiegelgeometrien (Kantenlänge 5μm) in hexagonaler Facettierung versehenen strukturierten Folie aus PET, wird im Tauchgießverfahren eine verdünnte wässrige Natronwasserglaslösung (ca. 20 % Natriumorthosilicat), die als Benetzungsmittel 0,1 Gew.-% Triton X-100 enthält, gleichmäßig verteilt. Der Natronwasserglasfilm wird in einem Umluftofen bei 50°C getrocknet und von der Folie abgetrennt. Anschließend wird der erhaltene Feststoff bei 700°C geglüht und die groben Pigmentteilchen in einem Mörser vorsichtig auf 20–100 μm zerstoßen.On one with triple mirror geometries (edge length 5μm) in hexagonal faceting provided structured film made of PET, is by dip casting a diluted one aqueous sodium silicate solution (about 20% sodium orthosilicate), which as wetting agent 0.1 wt .-% Contains Triton X-100, evenly distributed. The soda water glass film is dried in a circulating air oven at 50 ° C. and separated from the film. Subsequently, the obtained solid at 700 ° C annealed and gently crush the coarse pigment particles to 20-100 μm in a mortar.
Beispiel 2: Verspiegelung der Pigment-GrundkörperExample 2: Mirroring the pigment base
Das in Beispiel 1 erhaltene Pigment wird in einer frisch angesetzten 0.1 molaren ammoniakalischen Silbernitratlösung suspendiert. Zu der Suspension wird bei Raumtemperatur eine 10 Gew. %-ige Glukoselösung unter leichtem Rühren gegeben. Das durch die dem Fachmann bekannte Silberspiegel-Reaktion freigesetzte Silber schlägt sich auf den Pigmentpartikeln nieder. Die verspiegelten Pigmentpartikel werden abgesaugt und mit vollentsalztem Wasser gewaschenThe obtained in Example 1 is in a freshly prepared 0.1 molar ammoniacal silver nitrate solution suspended. To the suspension At room temperature, a 10 wt.% Glucose solution under gentle stirring given. This is due to the silver mirror reaction known to those skilled in the art released silver beats settling on the pigment particles. The mirrored pigment particles are filtered off with suction and washed with demineralized water
Beispiel 3: Verarbeitung verspiegelter retroreflektierender PigmenteExample 3: Processing mirrored retroreflective pigments
100 mg der in Beispiel 2 erhaltenen Pigmentpartikel werden langsam in 5 ml Beckopox EP 140 (nicht modifiziertes flüssiges Epoxidharz der Fa. UCB) eingerührt. Zu dem mit Pigmentpartikeln versetzten Epoxidharz werden nun 0.5 ml Triethylentetramin als Härter zugegeben und homogen mit dem Harz verteilt. Sofort nach der Homogenisierung werden schwarz eloxierte Aluminiumprüfbleche mit dem Harz/Härter/Pigment-Gemisch dünn mit einem Pinsel bestrichen. Zur Beschleunigung des Härtungsprozesses werden die bestrichenen Prüfkörper 2 Stunden bei 85°C gelagert. Die Prüfbleche zeigen bei der Bestrahlung mit einer Lichtquelle in einem abgedunkelten Raum, in einem weiten Winkelbereich deutlich retroreflektierende Eigenschaften. Wichtig ist bei der visuellen Beurteilung, dass sich Beobachter, Lichtquelle und Prüfkörper auf einer gedachten Geraden befinden.100 mg of the pigment particles obtained in Example 2 are slowly stirred into 5 ml of Beckopox EP 140 (unmodified liquid epoxy resin from UCB). 0.5 ml of triethylenetetramine as curing agent are now added to the epoxy resin mixed with pigment particles and homogeneously distributed with the resin. Immediately after homogenization, black anodized aluminum test panels are lightly brushed with the resin / hardener / pigment mixture. To accelerate the curing process, the coated test specimens are stored at 85 ° C for 2 hours. The test panels show in the irradiation with a light source in a darkened room, in a wide angular range significantly retroreflective properties. It is important in the visual assessment that observers, light sources and test specimens on an imaginary line are located.
Beispiel 4: Verarbeitung nicht verspiegelter retroreflektierender PigmenteExample 4: Processing non-mirrored retroreflective pigments
100 mg der aus Beispiel 1 erhaltenen Pigmentpartikel werden in gleicher Weise wie in Beispiel 3 in das Epoxidharz und den Härter eingearbeitet. Die Prüfkörper werden in gleicher Weise verarbeitet. Die erhaltene Beschichtung zeigt ebenfalls retoreflektierende Eigenschaften. Der Effekt ist jedoch weniger stark als in Beispiel 3. Die Ursache hierfür liegt in dem relativ geringen Unterschied der Brechzahlen (delta n = ca. 0.1), der nur unter bestimmten Winkeln zu einer Totalreflexion an der Grenzfläche Lack (hohe Brechzahl) zu Pigment (niedrigere Brechzahl) führt.100 mg of the pigment particles obtained from Example 1 are in the same As in Example 3 incorporated into the epoxy resin and the hardener. The Be test specimen processed in the same way. The resulting coating shows also retoreflective properties. The effect is however less strong than in example 3. The reason for this is in the relatively small difference of the refractive indices (delta n = ca. 0.1), which only at certain angles to a total reflection the interface Paint (high refractive index) leads to pigment (lower refractive index).
Durch höherbrechende Lacke, die beispielsweise durch Zusätze hochbrechender Nanopartikel erhalten werden können, lässt sich die Retroreflexion deutlich steigern. Auf gleiche Weise wirkt eine Beschichtung der Pigmentpartikel mit einer niedrigbrechenden Schicht, beispielsweise aus Magnesiumfluorid. Auf diese Weise ist es möglich die Retroreflexion durch Totalreflexion des Lackes an der Grenzfläche zum Pigment erheblich zu erhöhen. Vorteilhaft ist hierbei, dass Pigmentpartikel ohne metallische Beschichtung verwendet werden können.By higher refractive index Paints obtained, for example, by additions of high-index nanoparticles can be let yourself significantly increase retroreflection. In the same way one works Coating the pigment particles with a low-refractive layer, for example, magnesium fluoride. In this way it is possible the Retroreflection by total reflection of the paint at the interface to the Significantly increase pigment. It is advantageous here that pigment particles without metallic coating can be used.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |