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Die vorliegende Erfindung betrifft
Interferenzpigmente auf der Basis von mehrfach beschichteten plättchenförmigen Substraten
sowie deren Verwendung, u.a. in Farben, Lacken, Druckfarben, Kunststoffen
und in kosmetischen Formulierungen.
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Interferenzpigmente werden als Glanz-
oder Effektpigmente in vielen Bereichen der Technik eingesetzt,
insbesondere in der dekorativen Beschichtung, im Kunststoff, in
Farben, Lacken, Druckfarben sowie in kosmetischen Formulierungen.
Pigmente, die einen winkelabhängigen
Farbwechsel zwischen mehreren Interferenzfarben zeigen, sind aufgrund
ihres Farbenspiels von besonderem Interesse für Autolacke, fälschungssicheren
Wertschriften und in der dekorativen Kosmetik.
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Interferenzpigmente bestehen in der
Regel aus plättchenförmigen Trägern, die
mit dünnen
Metalloxidschichten belegt sind. Die optische Wirkung dieser Pigmente
beruht auf der gerichteten Reflexion von Licht an den vorwiegend
parallel ausgerichteten Plättchen.
Dabei entstehen durch Reflexion des Lichtes and den Grenzflächen von
Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex Interferenzfarben
(G. Pfaff in High Performance Pigments, Wiley-VCH Verlag, Weinheim,
2002, Kap. 7, Special Effect Pigments).
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In der
U.S.
3,331,699 werden Perlglanzpigmente mit brillanten Interferenzfarben
und intensivem Glitzereffekt beschrieben. Die Pigmente basieren
auf Glasplättchen,
die mit einer durchscheinenden hochbrechenden Metalloxidschicht
beschichtet sind. Als Metalloxide kommen ZrO
2,
TiO
2, Cr
2O
3 in Frage. Die Farbe der Pigmente ist dabei
abhängig
vom gewählten
Metalloxid und von der Dicke der Metalloxidschicht. Viele Interferenzfarben
von Silber über
Gold, Violett, Blau und Grün
lassen sich durch unterschiedliche Schichtdicken erzeugen. Die Glaszusammensetzung
ist dabei unkritisch für
die Beschichtung mit einem Metalloxid. Damit überhaupt eine Belegung erzielt
wird, ist aber die Anwesenheit eines Keimbildners, wie z.B. Zinndioxid
oder Boehmit, auf der Glasoberfläche
zwingend erforderlich.
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In der WO 97/46624 werden Perlglanzpigmente
beschrieben, die auf Glasplättchen
basieren und mit TiO2 oder Fe2O3 beschichtet sind.
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Glänzende Pigmente werden nur
dann erhalten, wenn die dünne
Metallschicht auf dem Träger
sehr glatt und gleichmäßig ist.
In der WO 97/46624 wird ausgeführt,
dass die Beschichtung stark auf dem Träger haften muss, damit es bei
der Verarbeitung nicht zu Bruch und/oder Ablösung der Beschichtung kommt.
Vom Anwender wird eine nicht ausreichende Haftung der Metalloxidschicht
auf dem Träger
als mangelnde mechanische Stabilität des Pigmentes wahrgenommen,
da bei mechanischer Belastung, z. B. durch Scherkräfte beim Verreiben
des Pigmentes in einer kosmetischen Zubereitung auf der Haut, im
Druckprozess, bei der Herstellung von Pigmentgranulaten oder beim
Umpumpen in der Ringleitung einer Lackierstraße der Glanz stark abnimmt.
Schon ein geringer Anteil von beschädigten Pigmentteilchen verursacht
eine deutliche Verschlechterung der Koloristik der Pigmentanwendung.
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Pigmente aus
U.S. 3,331,699 und WO 97/46624 können aufgrund
der verwendeten Glassorten nur bei Temperaturen unterhalb von 600 °C geglüht werden.
Die Temperatur von 600 °C
stellt hier aber keine scharfe Grenze dar, sondern ist ein Kompromiss
aus schwer zu vereinbarenden anwendungstechnischen Anforderungen.
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Bei niedriger Temperatur geglühte Pigmente
mit TiO2-Schichten zeigen erhöhte Photoaktivität, insbesondere
bei der Einarbeitung in Kunststoffsystemen und sind für Artikel,
die intensiver oder dauerhafter Lichteinwirkung ausgesetzt sind,
nicht geeignet. Ursache hierfür
sind die Porositäten
und die großen
aktiven Oberflächen
der aufgefällten
Metalloxidschichten, die erst bei Glühtemperaturen ab 700 °C verdichten.
Dies führt zu
einer verminderten Porosität
der Metalloxidschichten und gleichzeitig zu einer Erhöhung der
Brechungsindices und damit zu verbesserten optischen Eigenschaften
der Pigmente.
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Bei höheren Temperaturen werden aber
die Pigmente durch die starke Erweichung der Glaskerne und damit
einhergehende Deformation der Plättchen
sowie Bruch und/oder Ablösung
der Beschichtung zerstört. Auch
bei Glühtemperaturen
von 600 °C
und weniger kann es zu einer Verminderung der Schichthaftung auf dem
Träger
kommen, wodurch die mechanische Stabilität der Pigmente beeinträchtigt wird.
Solche Pigmente sind in der Praxis nur bedingt einsetzbar.
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Aus der
EP 0 753 545 A2 sind goniochromatische
Glanzpigmente auf der Basis hochbrechender transparenter, nichtmetallischer
plättchenförmiger Substrate
bekannt, die mindestens ein Schichtpaket aus einer farblosen Beschichtung
mit einer Brechzahl von n ≤ 1,8
und einer reflektierenden, selektiv oder nichtselektiv absorbierenden
Beschichtung enthalten.
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Geeignete Substrate, wie z.B. plättchenförmiges Eisenoxid,
BiOCl, mit TiO2 oder ZrO2 beschichteter Glimmer,
weisen einen Brechungsindex von n ≥ 2
auf. Die goniochromatischen Glanzpigmente zeigen einen winkelabhängigen Farbwechsel
zwischenmehreren intensiven Interferenzfarben und damit einen ausgeprägten Farbflop,
der in vielen technischen Anwendungen von Vorteil, in dekorativen
Anwendungen häufig
erwünscht,
in der großen
Masse der Anwendungen von Perlglanzpigmenten jedoch nicht gewünscht wird.
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Aus der WO 01/30920 sind deckende
gold- und orangefarbene Interferenzpigmente bekannt, die sich dadurch
auszeichnen, dass plättchenförmige Substrate
mit mindestens zwei Schichtfolgen aus einer niedrigbrechenden Schicht
und einer hochbrechenden Schicht aus einem Metalloxidgemisch aus
Fe2O3 und TiO2 belegt sind.
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Als Materialien für die niedrigbrechende Beschichtung
werden SiO2, Al2O3, AlO(OH), B2O3, MgF2, MgSiO3 oder Gemische dieser Oxide genannt. Wesentliche
Merkmale bei den Pigmenten aus WO 01/30920 sind jedoch die Körperfarbe
und das Deckvermögen
durch die hohe Eigenabsorption der Mischoxdischichten. Damit sind
nur deckende gold- und orangefarbene Pigmente zugänglich.
Silberweiße
Pigmente mit hohem Glanz sind ebenso wenig zugänglich wie hochglänzende Pigmente
mit brillanten Interferenzfarben und hoher Transparenz. Besonders
an silberweißen
Pigmenten mit verbessertem Glanz besteht ein großer Bedarf seitens der Drucktechnik,
in Kunststoffen, für
Lacke und in der Kosmetik.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, silberweiße
Interferenzpigmente mit hohem Glanz sowie hochglänzende Interferenzpigmente
mit brillanten Interferenzfarben zur Verfügung zu stellen, die mechanisch stabil
und einfach herstellbar sind und sich durch weitere vorteilhafte
Anwendungseigenschaften auszeichnen.
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Überraschenderweise
wurde nun gefunden, dass Interferenzpigmente auf der Basis von transparenten
plättchenförmigen Substraten
einen verbesserten Glanz, und intensivere Farben zeigen, wenn die
Plättchen
mit einer ersten Schicht aus SiO2 belegt
werden, auf die dann eine hochbrechende Oxidschicht aus Titandioxid,
Titansuboxid, Zirkonoxid, Zinnoxid, Chromoxid, Fe2O3 oder Fe3O4 aufgebracht wird.
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Erfindungsgemäße Pigmente mit Glasplättchen als
Träger
zeichnen sich gegenüber
den beschichteten Glasplättchen
aus dem Stand der Technik zusätzlich
zu ihrem höheren
Glanz noch durch ein deutlich verbessertes Glühverhalten aus. Die erfindungsgemäßen Interferenzpigmente
auf Basis von Glasplättchen
können
bei Temperaturen > 700 °C geglüht werden,
ohne dass es zu Deformationen oder zur Zerstörung der Plättchenstruktur kommt.
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Die erfindungsgemäßen Interferenzpigmente sind
dadurch den Pigmenten aus dem Stand nicht nur hinsichtlich ihrer
optischen Eigenschaften wie Glanz und Farbstärke, sondern auch in ihren
anwendungstechnischen Eigenschaften, wie z.B. der mechanischen Stabilität und der
Photostabilität,
deutlich überlegen.
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Gegenstand der Erfindung sind daher
Interferenzpigmente auf der Basis von plättchenförmigen Substraten, die sich
dadurch auszeichnen, dass sie
- (A) eine Schicht
aus SiO2 mit einer Schichtdicke von 5–150 nm
- (B) eine hochbrechende Beschichtung aus Titanoxid, Titansuboxid,
Zirkonoxid, Zinnoxid, Eisenoxid (Fe2O3 oder Fe3O4) oder Chromoxid
und/oder
- (C) ein Interferenzsystem bestehend aus alternierenden
hoch- und niedrigbrechenden Schichten
und optional - (D) eine äußere Schutzschicht
enthalten.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin
die Verwendung der erfindungsgemäßen Interferenzpigmente in
Farben, Lacken, insbesondere Automobillacken, Pulverlacken, Druckfarben,
Sicherheitsdruckfarben, Kunststoffen, keramischen Materialien, Gläsern, Papier,
in Tonern für
elektrophotographische Druckverfahren, im Saatgut, in Gewächshausfolien
und Zeltplanen, als Absorber bei der Lasermarkierung von Papier
und Kunststoffen, in kosmetischen Formulierungen. Weiterhin sind
die erfindungsgemäßen Pigmente
auch zur Herstellung von Pigmentanteigungen mit Wasser, organischen
und/oder wässrigen
Lösemitteln,
Pigmentpräparationen
sowie zur Herstellung von Trockenpräparaten, wie z.B. Granulaten,
Chips, Pellets, Briketts, etc., geeignet. Die Trockenpräparate sind
insbesondere für
Druckfarben geeignet.
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Geeignete Basissubstrate für die erfindungsgemäßen Interferenzpigmente
sind farblose oder selektiv oder nicht selektiv absorbierende plättchenförmige Substrate.
Geeignete Substrate sind insbesondere natürlicher und/oder synthetischer
Glimmer, plättchenförmiges Aluminiumoxid,
Glas- oder SiO2-Plättchen, BiOCl, oder andere
vergleichbare Materialien. Besonders bevorzugte Substrate sind Glasplättchen,
Schichtsilikate und Al2O3-Plättchen.
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Insbesondere bevorzugt sind Glasplättchen aufgrund
ihrer besonders glatten Oberfläche
und ihres sehr hohen Reflexionsvermögens.
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Die Größe der Basissubstrate ist an
sich nicht kritisch und kann auf den jeweiligen Anwendungszweck abgestimmt
werden. In der Regel haben die plättchenförmigen Substrate eine Dicke
zwischen 0,005 und 10 μm,
ins besondere zwischen 0,1 und 5 μm.
Die Ausdehnung in den beiden anderen Bereichen beträgt üblicherweise
zwischen 1 und 500 μm,
vorzugsweise zwischen 2 und 200 μm
und insbesondere zwischen 5 und 60 μm.
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Besonders bevorzugt sind Glasplättchen mit
einer durchschnittlichen Dicke von < 2 μm.
Dickere Plättchen
können
in den gängigen
Druckverfahren und bei anspruchsvollen Lackierungen in der Regel
nicht eingesetzt werden. Vorzugsweise besitzen die Glasplättchen Dicken
von < 1 μm, insbesondere
von < 0,7 μm. Insbesondere
sind bevorzugt Glasplättchen
mit Dicken von 0,25–0,5 μm. Der Durchmesser
der Glasplättchen liegt
vorzugsweise bei 5–250 μm, insbesondere
bevorzugt bei 10–100 μm. Glasplättchen mit
diesen Dimensionen können
z.B. nach dem in der
EP 0 289
240 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
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Die Glasplättchen können aus allen dem Fachmann
bekannten Glastypen bestehen, wie z.B. Fensterglas, C-Glas, E-Glas,
ECR-Glas, Duran®-Glas,
Laborgeräteglas
oder optisches Glas. Insbesondere bevorzugt ist E-Glas und ECR-Glas.
Der Brechungsindex der Glasplättchen
liegt vorzugsweise bei 1,45–1,80,
insbesondere bei 1,50–1,70.
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Die chemische Zusammensetzung der
Glasplättchen
ist aufgrund der Belegung mit einer SiO2-Schicht (Schicht
(A) ) allerdings von untergeordneter Bedeutung für die weiteren Beschichtungen
und die resultierenden anwendungstechnischen Eigenschaften der Pigmente.
Durch die SiO2-Belegung wird die Glasoberfläche vor
chemischer Veränderung
wie Quellung, Auslaugen von Glasbestandteilen oder Auflösung in
den aggresiven sauren Belegungslösungen
geschützt.
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Während
des Glühprozesses
kommt es im Fall der Glasplättchen
an der Grenzfläche
zwischen Glaskörper
und aufgefälltem
SiO2 zu einem innigen Verbund der chemisch
verwandten Materialien. Aufgrund der hohen Erweichungstemperatur
gibt die aufgefällte
SiO2-Hülle
den Substraten auch beim Glühen
oberhalb von 700 °C
die erforderliche mechanische Stabilität. Auch die Haftung der auf
die SiO2-Schichten folgenden hochbrechenden
Beschichtungen) ist sehr gut, auch oberhalb 700 °C.
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Die Dicke der Schicht (A) auf dem
Substrat kann in Abhängigkeit
vom gewünschten
Effekt in weiten Bereichen variiert werden. Die Schicht (A) weist
Dicken von 5-–50
nm auf. Für
die Steuerung von Glanz und Farbstärke sind Schichtdicken von
30–100
nm bevorzugt.
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Die SiO2-Schicht
kann auch mit Rußpartikeln,
Farbpigmenten, und/oder Metallpartikeln dotiert sein. Der Anteil
an Dotiermittel in der SiO2-Matrix beträgt 1–30 Gew.%,
vorzugsweise 2–20
Gew.%, insbesondere 5–20
Gew.%.
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Die hochbrechende Beschichtung (B)
besteht vorzugsweise aus Metalloxiden und/oder Suboxiden.
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Vorzugsweise besteht die Schicht
(B) aus Metalloxiden, wie z.B. TiO
2, ZrO
2, SnO
2, ZnO, Fe
2O3, Fe
3O
4, Cr
2O
3,
ferner aus Titansuboxiden (TiO
2 teilweise
reduziert mit Oxidationszahlen von < 4 bis 2 wie die niederen Oxide Ti
3O
5, Ti
2O
3 bis zu TiO), Titanoxynitriden, FeO(OH),
dünnen
semitransparenten Metallschichten, z.B. aus Al, Fe, Cr, Ag, Au,
Pt, Pd bzw. Kombinationen davon. Die TiO
2-Schicht
kann in der Rutil- oder in der Anatasmodifikation vorliegen, vorzugsweise
handelt es sich um Rutilschichten. Die Herstellung von Rutil erfolgt
vorzugsweise nach dem Verfahren aus der
EP 0 271 767 .
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Vorzugsweise handelt es sich bei
der Schicht (B) um eine Metalloxidschicht, insbesondere um TiO2, Fe2O3,
Fe3O4, SnO2, ZrO2 oder Cr2O3. Insbesondere
bevorzugt ist Titandioxid.
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Die Schicht (B) kann selbstverständlich auch
aus mehreren hochbrechenden Schichten bestehen. Vorzugsweise besteht
die Schicht (B) aus nur einer Schicht, ferner aus zwei Schichten.
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Die Dicke der hochbrechenden Schichten
richtet sich nach der gewünschten
Interferenzfarbe. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Schicht (B)
60–300
nm. Durch die Kombination der dünnen
SiO2-Schicht mit einer hochbrechenden Metalloxidschicht
lassen sich beispielsweise Interferenz farben von reinem Silberweiß über Gold
bis zu einem intensiven Grün
erhalten.
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Auf die Schicht (B) können alternierend
weitere hoch- und/oder niedrigbrechende Schichten (Schicht C) aufgebracht
werden. Die Anzahl der Schichten beträgt vorzugsweise zwei, ferner
drei, vier, fünf
oder sieben Schichten.
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Insbesondere Interferenzpakete bestehend
aus hoch- und niedrigbrechenden Schichten auf der Schicht (B) führen zu
Pigmenten mit gesteigertem Glanz und einer nochmals gesteigerter
Interferenzfarbe.
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Anstelle der Schicht (B) kann auch
direkt auf die SiO2-Schicht ein Interferenzsystem
aus alternierenden hoch- und niedrigbrechenden Schichten aufgebracht
werden (Schicht C).
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Die Dicke der einzelnen Schichten
mit hohem bzw. niedrigem Brechungsindex ist dabei wiederum wesentlich
für die
optischen Eigenschaften des Pigments. Für das erfindungsgemäße Interferenzpigment
müssen die
Dicken der einzelnen Schichten genau aufeinander eingestellt werden.
Die Dicke der Schicht (C) beträgt 40–80 nm,
vorzugsweise 60–600
nm, insbesondere 100–400.
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Als hochbrechende Schicht kommen
alle Materialien in Frage, die bei der Schicht (B) aufgeführt worden
sind.
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Als farblose niedrigbrechende für die Beschichtung
(C) sind vorzugsweise Metalloxide bzw. die entsprechenden Oxidhydrate,
wie z.B. SiO2, Al2O3, AlO(OH), B2O3, Verbindungen wie MgF2,
MgSiO3 oder ein Gemisch der genannten Metalloxide,
geeignet. Bei dem Interferenzsystem der Schicht (C) handelt es sich
insbesondere um eine Schichtenfolge aus TiO2-
SiO2- TiO2.
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Weiterhin können die erfindungsgemäßen Interferenzpigmente
auch eine semitransparente Metallschicht als äußere Schicht aufweisen. Derartige
Beschichtungen sind z.B. aus der
DE 38 25 702 A1 bekannt. Bei den Metallschichten
handelt es sich vorzugsweise um Chrom- oder Aluminiumschichten mit
Schichtdicken von 5–25
nm.
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Selbstverständlich können als hochbrechenden Schichten
(B) und/oder (C) auch farblose hochbrechende Materialien, wie z.B.
Metalloxide, insbesondere TiO
2 und ZrO
2, verwendet werden, die mit absorbierenden
Farbmitteln, wie z.B. Berliner Blau, Karminrot, eingefärbt sind.
Die absorbierenden Farbmittel können auch
auf die hochbrechende Beschichtung als Film aufgebracht werden.
Beispiele für
derartige Beschichtungen sind z.B. bekannt aus der
DE 23 13 332 .
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Besonders bevorzugte Interferenzpigmente
werden nachfolgend genannt:
Glasplättchen + SiO2 +
TiO2
Glasplättchen + SiO2 +
Fe2O3
Glasplättchen +
SiO2 + Fe3O4 Glasplättchen
+ SiO2 + Cr2O3
Glasplättchen + SiO2 +
TiO2 + Berliner Blau
Glasplättchen +
SiO2 + TiO2 + Karminrot
Glasplättchen +
SiO2 + TiO2 + SiO2 + TiO2
Glasplättchen +
SiO2 + TiO2 + Cr
Glimmerplättchen +
SiO2 + TiO2
Glimmerplättchen +
SiO2 + Fe2O3
Glimmerplättchen + SiO2 +
Fe3O4
Glimmerplättchen +
SiO2 + Cr2O3
Glimmerplättchen + SiO2 +
TiO2 + Berliner Blau
Glimmerplättchen +
SiO2 + TiO2 + Karminrot
Glimmerplättchen +
SiO2 + TiO2 + SiO2 + TiO2
Glimmerplättchen +
SiO2 + TiO2 + Cr
Al2O3-Plättchen +
SiO2 + TiO2
Al2O3-Plättchen +
SiO2 + Fe2O3
Al2O3-Plättchen
+ SiO2 + Fe3O4
Al2O3-Plättchen
+ SiO2 + Cr2O3
Al2O3-Plättchen
+ SiO2 + TiO2 +
Berliner Blau
Al2O3-Plättchen +
SiO2 + TiO2 + Karminrot
Al2O3-Plättchen +
SiO2 + SnO2 + TiO2 + Karminrot
Al2O3-Plättchen
+ SiO2 + TiO2 +
SiO2 + TiO2
Al2O3-Plättchen +
SiO2 + TiO2 + Cr
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Die erfindungsgemäßen Interferenzpigmente lassen
sich in der Regel leicht herstellen.
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Die Metalloxidschichten werden vorzugsweise
nass-chemisch aufgebracht, wobei die zur Herstellung von Perlglanzpigmenten
entwickelten nass-chemischen Beschichtungsverfahren angewendet werden
können. Derartige
Verfahren sind z.B. beschrieben in
DE
14 67 468 ,
DE 19 59
988 ,
DE 20 09 566 ,
DE 22 14 545 ,
DE 22 15 191 ,
DE 22 44, 298 ,
DE 23 13 331 ,
DE 15 22 572 ,
DE 31 37 808 ,
DE 31 37 809 ,
DE 31 51 343 ,
DE 31 51 354 ,
DE 31 51 355 ,
DE 32 11 602 ,
DE 32 35 017 oder auch in weiteren
dem Fachmann bekannten Patentdokumenten und sonstigen Publikationen.
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Bei der Nassbeschichtung werden die
Substratpartikel in Wasser suspendiert und mit ein oder mehreren
hydrolysierbaren Metallsalzen oder einer Wasserglaslösung bei
einem für
die Hydrolyse geeigneten pH-Wert versetzt, der so gewählt wird,
dass die Metalloxide bzw. Metalloxidhydrate direkt auf den Plättchen ausgefällt werden,
ohne dass es zu Nebenfällungen
kommt. Der pH-Wert wird üblicherweise
durch gleichzeitiges Zudosieren einer Base und/oder Säure konstant
gehalten. Anschließend
werden die Pigmente abgetrennt, gewaschen und bei 50–150 °C für 6–18 h getrocknet
und gegebenenfalls 0,5–3
h geglüht,
wobei die Glühtemperatur
im Hinblick auf die jeweils vorliegende Beschichtung optimiert werden
kann. In der Regel liegen die Glühtemperaturen
zwischen 700 und 1000 °C,
vorzugsweise zwischen 700 und 900 °C. Falls gewünscht, können die Pigmente nach Aufbringen
einzelner Beschichtungen abgetrennt, getrocknet und ggf. geglüht werden,
um dann zur Auffüllung
der weiteren Schichten wieder resuspendiert zu werden.
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Die Auffällung der SiO2-Schicht
auf das Substrat erfolgt in der Regel durch Zugabe einer Kalium-
oder Natronwasserglas-Lösung
bei einem geeigneten pH-Wert.
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Weiterhin kann die Beschichtung auch
in einem Wirbelbettreaktor durch Gasphasenbeschichtung erfolgen,
wobei z.B. die in
EP 0 045 851 und
EP 0 106 235 zur Herstellung
von Perlglanzpigmenten vorgeschlagenen Verfahren entsprechend angewendet
werden können.
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Der Farbton der Interferenzpigmente
kann in sehr weiten Grenzen durch unterschiedliche Wahl der Belegungsmengen
bzw. der daraus resultierenden Schichtdicken variiert werden. Die
Feinabstimmung für
einen bestimmten Farbton kann über
die reine Mengenwahl hinaus durch visuell oder messtechnisch kontrolliertes
Anfahren der gewünschten
Farbe erreicht werden.
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Zur Erhöhung der Licht-, Wasser- und
Wetterstabilität
empfiehlt es sich häufig,
in Abhängigkeit
vom Einsatzgebiet, das fertige Pigment einer Nachbeschichtung oder
Nachbehandlung zu unterziehen. Als Nachbeschichtungen bzw. Nachbehandlungen
kommen beispielsweise die in den
DE-PS 22 15 191 ,
DE-OS 31 51 354 ,
DE-OS 32 35 017 oder
DE-OS 33 34 598 beschriebenen Verfahren
in Frage. Durch diese Nachbeschichtung (Schicht D) wird die chemische
Stabilität
weiter erhöht
oder die Handhabung des Pigments, insbesondere die Einarbeitung
in unterschiedliche Medien, erleichtert. Zur Verbesserung der Benetzbarkeit,
Dispergierbarkeit und/oder Verträglichkeit
mit den Anwendermedien können
funktionelle Beschichtungen aus Al
2O
3 oder ZrO
2 oder
deren Gemische auf die Pigmentoberfläche aufgebracht werden. Weiterhin
sind organische Nachbeschichtungen möglich, z.B. mit Silanen, wie
beispielsweise beschrieben in der
EP
0090259 ,
EP 0 634 459 , WO
99/57204, WO 96/32446, WO 99/57204, U.S. 5,759,255, U.S. 5,571,851,
WO 01/92425 oder in J.J. Ponjee, Philips Technical Review, Vol.
44, No. 3, 81 ff. und P.H. Harding J.C. Berg, J. Adhesion Sci. Technol.
Vol. 11 No. 4, S. 471-493.
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Gegenüber den Pigmenten aus dem Stand
der Technik ohne SiO
2-Schicht auf dem Substrat
zeichnen sich die erfindungsgemäßen Pigmente
durch ihre höhere
Buntheit (Farbstärke
C*), ihren höheren
Glanz (L-Wert) und ausgeprägte
Glitzereffekte, insbesondere bei den Pigmenten auf Basis von Glas-
oder Al
2O
3-Plättchen,
aus. Gegenüber
den goniochromatischen Pigmenten aus der
EP 0 753 545 A1 zeigen die
erfindungsgemäßen Interferenzpigmente
keine oder nur eine geringe Winkelabhängigkeit der Farbe.
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Gegenüber der Lehre aus WO 01/30920
ergeben sich nur für
die SiO2 als Material für die erste Beschichtung des
Trägers
entscheidende Vorteile bezüglich
Glanz und mechanischer Stabilität
der erfindungsgemäßen Pigmente. Über die
Offenbarung der WO 01/30920 hinaus sind mit der Erfindung silberweiße Pigmente
und hochglänzende
Interterenzpigmente mit brillanten Interferenzfarben, wie rot, blau
oder grün,
zugänglich.
Die erfindungsgemäßen Pigmente
lassen sich aufgrund ihrer Transparenz vorteilhaft mit Absorptionspigmenten
oder Farben abmischen. Durch derartige Kombinationen lassen sich
auf besonders einfache Weise ungewöhnlichen Farbeindrücke erzielen.
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Die erfindungsgemäßen Pigmente sind mit einer
Vielzahl von Farbsystemen kompatibel, vorzugsweise aus dem Bereich
der Lacke, Farben und Druckfarben und kosmetischen Formulierungen.
Für die
Herstellung der Druckfarben für,
z.B. den Tiefdruck, Flexodruck, Offsetdruck, Offsetüberdrucklackierung,
ist eine Vielzahl von Bindern, insbesondere wasserlösliche Typen,
geeignet, wie sie z.B. von den Firmen BASF, Marabu, Pröll, Sericol,
Hartmann, Gebr. Schmidt, Sicpa, Aarberg, Siegberg, GSB-Wahl, Follmann,
Ruco oder Coates Screen INKS GmbH vertrieben werden. Die Druckfarben
können
auf Wasserbasis oder Lösemittelbasis
aufgebaut sein. Weiterhin sind die Pigmente auch für die Lasermarkierung
von Papier und Kunststoffen sowie für die Anwendungen im Agrarbereich,
z.B. für
Gewächshausfolien
sowie z.B. für
die Farbgebung von Zeltplanen, geeignet.
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Da die erfindungsgemäßen Interferenzpigmente
einen starken Glanz mit intensiven Interferenzfarben und stark ausgeprägtem Glitzereffekt
verbinden, lassen sich mit ihnen besonders wirksame Effekte in den
verschiedenen Anwendungsmedien erzielen, z.B. in kosmetischen Formulierungen
wie z.B. Nagellacken, Lippenstiften, Presspudern, Gelen, Lotionen,
Seifen, Zahnpasten, in Lacken wie z.B. Autolacken, Industrielacken
und Pulverlacken sowie in Kunststoffen und in der Keramik.
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Aufgrund des guten Skin Feelings
und der sehr guten Hautadhäsion
sind die erfindungsgemäßen Pigmente
sowohl für
Personal Care Applications, wie z.B. Body Lotions, Shampoos, etc.,
als auch insbesondere für
die dekorative Kosmetik geeignet.
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Es versteht sich von selbst, dass
für die
verschiedenen Anwendungszwecke die erfindungsgemäßen Mehrschichtpigmente auch
vorteilhaft in Abmischung mit organischen Farbstoffen, organischen
Pigmenten oder anderen 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 Glimmer- und SiO2-Plättchen etc.
verwendet werden können.
Die erfindungsgemäßen Pigmente
können
in jedem Verhältnis
mit handelsüblichen
Pigmenten und Füllern
gemischt werden.
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Als Füllstoffe sind z.B. zu nennen
natürlicher
und synthetischer Glimmer, Nylon Powder, reine oder gefüllte Melaminharze,
Talcum, Gläser,
Kaolin, Oxide oder Hydroxide von Aluminium, Magnesium, Calcium,
Zink, BiOCl, Bariumsulfat, Calciumsulfat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat,
Kohlenstoff, sowie physikalische oder chemische Kombinationen dieser
Stoffe.
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Bezüglich der Partikelform des
Füllstoffes
gibt es keine Einschränkungen.
Sie kann den Anfordrungen gemäß z.B. plättchenförmig, sphärisch oder
nadelförmig
sein.
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Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Pigmente
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. Verdicken und rheologische Zusatzstoffe wie
etwa Bentonite, Hektorite, Siliciumdioxide, Ca-Silicate, Gelatinen,
hochmolekulare Kohlenhydrate und/oder oberflächenaktive Hilfsmittel etc.
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Die die erfindungsgemäßen Pigmente
enthaltenden Formulierungen können
dem lipophilen, hydrophilen oder hydrophoben Typ angehören. Bei
heterogenen Formulierungen mit diskreten wässrigen und nichtwässrigen
Phasen können
die erfindungsgemäßen Pigmente
in jeweils nur einer der beiden Phasen enthalten oder auch über beide
Phasen verteilt sein.
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Die pH-Werte der Formulierungen können zwischen
1 und 14, bevorzugt zwischen 2 und 11 und besonders bevorzugt zwischen
5 und 8 liegen.
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Den Konzentrationen der erfindungsgemäßen Pigmente
in der Formulierung sind keine Grenzen gesetzt. Sie können – je nach
Anwendungsfall – zwischen
0.001 (rinse-off Produkte, z.B. Duschgele) – 100 % (z.B. Glanzeffekt-Artikel
für besondere
Anwendungen) liegen.
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Die erfindungsgemäßen Pigmente 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.
DHA, Erytrolose u.a.) sowie weitere kosmetische Wirkstoffe wie z.B.
Bisabolol, LPO, Ectoin, Emblica, Allantoin, Bioflavanoide und deren
Derivate.
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Die erfindungsgemäßen Pigmente sind weiterhin
geeignet zur Herstellung von fließfähigen Pigmentpräparationen
und Trockenpräparaten,
insbesondere für
Druckfarben, enthaltend ein oder mehrere erfindungsgemäße Pigmente,
Bindemittel und optional ein oder mehrere Additive.
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Gegenstand der Erfindung ist somit
auch die Verwendung der Pigmente in Formulierungen wie Farben, Druckfarben,
Sicherheitsdruckfarben, Lacken, Kunststoffen, keramischen Materialien,
Gläsern
und in kosmetischen Formulierungen.
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Die nachfolgenden Beispiele sollen
die Erfindung näher
erläutern
ohne sie jedoch zu beschränken.
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Beispiele
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Beispiel 1:
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150 g Glasplättchen mit einer mittleren
Schichtdicke von 700 nm werden in 1,9 l VE-Wasser unter Rühren auf
75 °C erhitzt.
Nun wird mit einer 5%igen Salzsäure
der pH-Wert der Suspension auf 7,5 eingestellt. Anschließend wird
eine Natronwasserglaslösung
(112 g Natronwasserglaslösung
enthaltend 26,8 % SiO2 gelöst in 112
g VE-Wasser) zugetropft, wobei der pH-Wert durch gleichzeitiges
Zudosieren einer 5 %igen Salzsäure
konstant bei 7,5 gehalten wird. Nach vollständiger Zugabe wird 0,5 h nachgerührt. Dann
wird der pH-Wert der Suspension auf 1,8 eingestellt, 15 min nachgerührt und
eine salzsaure Zinntetrachloridlösung
(3 g SnCl4·5 H2O,
gelöst
in 15 ml 25 %iger Salzsäure
und 85 ml voll entsalztem Wasser) zugetropft, wobei der pH-Wert
durch gleichzeitiges Zutropfen einer 32%igen Natronlauge konstant
gehalten wird. Nach vollständiger Zugabe
wird 15 min nachgerührt.
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Es folgt ein Zudosieren einer 30
%igen Titantetrachloridlösung,
wobei der pH-Wert durch gleichzeitiges Zutropfen einer 32%igen Natronlauge
konstant gehalten wird. Durch Farbmessung während des Prozesses wird die
Koloristik während
Herstellung des Pigments kontrolliert und de Fällungsprozess nach dem Buntton
(Bunttonwinkel arctan b*/a*) gesteuert. Nach Erreichen des gewünschten
Silber-Endpunktes wird 15 min nachgerührt. Das Pigment enthält 20% gefälltes SiO2 bezogen auf die Glasplättchen.
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Das Produkt wird abfiltriert, gewaschen,
getrocknet bei 150 °C
und bei > 700 °C geglüht.
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Das fertige Pigment wird in einen
handelsüblichen
Nitrocellulose-Lack eingearbeitet und es werden Lackkarten angefertigt.
Die Lackkarten zeigen ein sehr reines Silberweiß mit hohem Glanz.
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Tabelle
1: Glaszusammensetzungen in %
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Beispiel 2:
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Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen
Verfahren wird ein silberweißes
Pigment hergestellt. An Stelle von Glasplättchen der Zusammensetzung
A nach Tabelle 1 werden Glasplättchen
gleicher Dicke und Größenverteilung
(20 – 200 μ) mit der
Zusammensetzung B verwendet. Die Titandioxidbelegung wird zum gleichen Endpunkt
wie in Versuch 1 gefahren.
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Die erhaltenen Pigmente sind visuell
nicht von denen aus Beispiel 1 zu unterscheiden.
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Beispiele 3 – 5:
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Nach der in Beispiel 1 angegebenen
Vorschrift werden silberweiße
Pigmente mit den folgenden Gewichtsanteilen SiO2 bezogen
auf die Glasplättchen
hergestellt:
Beispiel 3: 2% SiO2 durch
Zudosierung von 11,5 g Wasserglaslösung gelöst in 11,5 g Wasser
Beispiel
4: 5% SiO2 durch Zudosierung von 28 g Wasserglaslösung, gelöst in 28
g Wasser
Beispiel 5: 10% SiO2 durch
Zudosierung von 56 g Wasserglaslösung,
gelöst
in 56 g Wasser
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Die Titandioxidbelegungen werden
zum gleichen Buntton wie bei den Versuchen 1 und 2 gefahren.
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Beispiele 6 und 7: (Vergleichsbeispiele
ohne erste SiO2-Schicht:
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150 g Glasplättchen der Zusammensetzung
A nach Tabelle 1 mit einer mittleren Schichtdicke von 700 nm werden
in 1,9 l VE-Wasser unter Rühren
auf 75 °C
erhitzt. Der pH-Wert der Suspension wird mit Salzsäure auf
pH 1,8 eingestellt. Anschließend
wird eine salzsaure Zinntetrachloridlösung (4,5 g SnCl4·5 H2O, gelöst
in 22,5 ml 25 %iger Salzsäure
und 128 ml voll entsalztem Wasser) zugetropft, wobei der pH-Wert
durch gleichzeitiges Zutropfen einer 32%igen Natronlauge konstant
gehalten wird. Nach vollständiger
Zugabe wird 15 min. nachgerührt.
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Es folgt die Zudosierung einer 30
%igen Titantetrachloridlösung,
wobei der pH-Wert durch gleichzeitiges Zutropfen einer 32%igen Natronlauge
konstant gehalten wird. Nach Erreichen des gewünschten Silber-Endpunktes wird 15
min nachgerührt.
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Das Produkt wird abfiltriert, gewaschen
und bei 150 °C
getrocknet. Eine Probe des Pigments wird bei 600 °C (Beispiel
6), eine andere bei 700 °C
(Beispiel 7) jeweils 60 Minuten geglüht Die fertigen Pigmente werden
in einen handelsüblichen
Nitrocellulose-Lack eingearbeitet, mit dem Lack werden Lackkarten
angefertigt. Mit dem bei 600 °C
geglühten
Pigment zeigen die Lackkarten ein reines Silberweiß mit gutem
Glanz, während im
Falle des bei 700 °C
geglühten
Pigments der Glanz deutlich abgeschwächt ist.
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Beispiel 8: Vergleichsbeispiel
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150 g Glasplättchen der Zusammensetzung
A nach Tabelle 1 mit einer mittleren Schichtdicke von 700 nm werden
in 1,9 l VE-Wasser unter Rühren
auf 75 °C
erhitzt. Der pH-Wert wird auf 5,5 eingestellt.
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Unter Rühren werden bei 75 °C 180 ml
einer salzsauren Aluminumchloridlösung (18 g Aluminiumchloridhexahydrat)
zugetropft, wobei der pH-Wert mit Natronlauge auf 5 gehalten wird.
Nach Beendigung der Zugabe wird noch 2 Stunden bei 75 °C nachgerührt. Die
beschichteten Glasplättchen
werden abfiltriert, gewaschen, bei 150 °C getrocknet und 30 min bei
400 °C entwässert. Nach
dem Abkühlen
werden die aluminiumoxidbeschichteten (ca. 5% Al2O3) Glasplättchen
nach der in Beispiel 6 angegebenen Vorschrift mit Titandioxid zu
einem silberweißen
Pigment weiterverarbeitet.
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Im Vergleich zu dem Pigment nach
dem Stand der Technik aus Beispiel 6 zeigt das Pigment aus Beispiel
8 keinerlei Verbesserung des Glanzes, gegenüber den Pigmenten mit SiO2-Schicht zeigt das Pigment einen wesentlich
schwächeren
Glanz.
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Beispiel 9: Prüfung der
mechanischen Stabilität
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Die Verreibstabilität des Pigmentes
in kosmetischen Zubereitungen lässt
sich in einem Praxistest prüfen.
Dabei wird festgestellt, ob die mechanische Stabilität eines
Pigmentes für
die Verwendung z. B. in Presspuder oder Cremes ausreichend ist.
Als Schnelltest hat sich die Verreibung einer Pigmentprobe mit dem
Finger auf der Handfläche
bewährt.
Bei Schichtablösung
oder Bruch der Pigmentpartikel durch das Verreiben nimmt der Glanz
der Verreibung ab oder geht ganz verloren. Die Abnahme des Glanzes
wird visuell beurteilt und in Stufen von 1 bis 5 bewertet, wobei
Stufe 1 keine Änderung
oder Zunahme des Glanzes durch das Verreiben und die Stufe 5 eine
starke Abstumpfung bedeuten. Stufe 3 gilt für die Praxis als bedingt brauchbar,
4 und 5 gelten als unbrauchbar. Die Pigmente aus Beispiel 1 – 7 werden
einem solche Verreibtest unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle
3 zusammengestellt. Sie zeigen, dass nur die Versuche mit SiO2-Schicht eine über eine ausreichende mechanische
Stabilität
für kosmetische
Anwendungen verfügen.
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Tabelle
3: Verreibstabilität
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Beispiel 10: (Vergleichsversuch)
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100 g Aluminiumoxidplättchen,
hergestellt nach
EP 076357 ,
Beispiel 2, werden in einem 5 Liter Laborreaktor in 2 Liter deionisiertem
Wasser suspendiert. Unter Rühren
werden bei 75 °C
200 ml einer wässrigen SnCl4-Lösung (36
g SnCl
4 pro Liter Lösung) mit 3 ml/min zugetropft.
Der pH-Wert der Suspension wird durch Zudosierung von Natronlauge
bei 1,8 gehalten. Es wird noch 10 min nachgerührt, dann wird eine wässrige Titantetrachlorid-Lösung (125
g TiCl4/Liter Lösung)
mit einer Geschwindigkeit von 3 ml/min zudosiert, wobei der pH-Wert
durch Zugabe von Natronlauge bei 1,7 – 1,9 gehalten wird. Auf diese
Weise werden die Aluminiumoxidplättchen
mit einer Titandioxidschicht belegt, wobei mit wachsender Schichtdicke
der Titandioxidschicht zunächst
eine silberweiße
und dann bunte Interferenzfarben erster bis dritter Ordnung entstehen.
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Die Koloristik des Interferenzpigmentes
wird während
des Belegungsprozesses mit Hilfe einer spaltförmigen Messzelle gemessen,
die mit dem Reaktor verbunden ist und durch die während der
Belegung ständig
Reaktionsmischung gepumpt wird. Beim Durchfluss durch den Spalt
der Messkammer werden die Pigmentplättchen weitgehend parallel
zur Fließrichtung
ausgerichtet und dabei gegen einen schwarzen Hintergrund gemessen.
Mit einer handelsüblichen
Farbmesszelle CR 300 der Firma Minolta wird das nach einer Blitzbelichtung
in einem Winkel reflektierte Licht gemessen. Die Messdaten werden
gemäß DIN 5033
Teil 3 in CILAB-Werte umgerechnet und dargestellt. Auf diese Weise
lässt sich
die Koloristik des Pigmentes in jedem Stadium der Belegung bestimmen.
In 1 ist der Verlauf der Koloristik
der Belegung in Form des a*/b*-Diagramms dargestellt. In dem System
repräsentieren
+a – Werte
rot, während –a – Werte
grün, +b – Werte
gelb und –b – Werte
blau. Die Messkurve beginnt im Koordinatennullpunkt und gibt die
der Titandioxidbelegung entbesprechende Interferenzfarbe wieder.
Die Buntheit der Pigmente ist um so größer, je weiter der Farbort
vom Koordinatennullpunkt entfernt ist.
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Beispiel 11:
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In dem Laborreaktor aus Beispiel
10 werden 100 g Aluminiumoxidplättchen
nach
EP 076357 , Beispiel 2
in 1,6 Liter deionisiertem Wasser suspendiert. Der pH-Wert der Suspension
wird auf 8 gestellt, anschließend wird
eine Natronwasserglaslösung
(190 g Natronwasserglaslösung
enthaltend 26,8 % SiO
2 gelöst in 190
g VE-Wasser) zugetropft, wobei der pH-Wert durch gleichzeitiges
Zudosieren einer 5 %igen Salzsäure
konstant bei 8 gehalten wird. Nach vollständiger Zugabe wird 0,5 h nachgerührt. Dann
wird der pH-Wert
der Suspension mit 5%igen Salzsäure
auf 1,8 eingestellt, 15 min nachgerührt und eine salzsaure Zinntetrachloridlösung (4,5
g SnCl
4·5 H
2O,
gelöst
in 22,5 ml 25 %igen Salzsäure
und 128 ml voll entsalztem Wasser) zugetropft, wobei der pH-Wert
durch gleichzeitiges Zutropfen einer 32%igen Natronlauge konstant
gehalten wird. Nach vollständiger Zugabe
wird 15 min nachgerührt,
dann wird eine wässrige
Titantetrachlorid-Lösung
(125 g TiCl4/Liter Lösung) mit
einer Geschwindigkeit von 3 ml/min zudosiert, wobei der pH-Wert
durch Zugabe von Natronlauge bei 1,7 – 1,9 gehalten wird. Die Koloristik
des Pigmentes wird während
der TiO
2-Belegung wie in Beispiel 9 gemessen. Der
Vergleich zeigt, dass die erfindungsgemäßen Pigmente gegenüber Pigmenten
aus dem Stand der Technik eine wesentlich bessere Buntheit („Farbstärke") aufweisen. Zusätzlich zeigen
die erfindungsgemäßen Pigmente
einen wesentlich höheren
Glanz.