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Dokumentenidentifikation DE69032884T2 12.08.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0491854
Titel GEFÄRBTE METALLPIGMENTE
Anmelder Silberline Mfg. Co. Inc., Tamaqua, Pa., US
Erfinder MICALE, Fortunato, J., Bethlehem, PA 18017, US;
JENKINS, William, G., Plymouth, PA 18651, US
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69032884
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 14.09.1990
EP-Aktenzeichen 909148512
WO-Anmeldetag 14.09.1990
PCT-Aktenzeichen US9005236
WO-Veröffentlichungsnummer 9104293
WO-Veröffentlichungsdatum 04.04.1991
EP-Offenlegungsdatum 01.07.1992
EP date of grant 07.01.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.08.1999
IPC-Hauptklasse C08K 5/34
IPC-Nebenklasse C08K 5/13   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet von Metallpigmenten und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines gefärbten Metallpigments, das zur Verwendung als eine Oberflächenbeschichtung geeignet ist, und das gefärbte Metallpigment-Produkt.

2. Diskussion des Stands der Technik

Metallpigmente im allgemeinen und Aluminiumpigmente insbesondere werden weithin in der Beschichtungsindustrie verwendet, um Finishe des Typs herzustellen, die einen metallischen Glanz haben. Die im allgemeinen zur gegenwärtigen Zeit verwendete Prozedur, um ein gefärbtes Finish mit einem metallischen Glanz herzustellen, ist, sowohl ein Metallpigment als auch ein transparentes gefärbtes Pigment in einem geeigneten Träger zu dispergieren. Solche Dispersionen haben weite Akzeptanz als Automobil-Finishe erreicht, wobei eine Vielzahl interessanter Farben mit metallischem Glanz zunehmend populär geworden sind.

In der Vergangenheit sind Versuche, Aluminiumschuppen-Pigmente zu färben, von früheren Fachleuten unternommen worden, unter Verwendung einer Fällung von Eisenoxid auf die Aluminium-Pigment-Oberfläche. Dies hat eine Schuppe mit einer Goldfarbe produziert, aber die Prozedur war eher kompliziert. Ein weiteres Verfahren zum Färben von Metallpigmenten ist in United States Patent Nr. 4,328,042 offenbart, welches die Dampfablagerung von Eisen- Pentacarbonyl auf eine Aluminiumschuppen-Oberfläche lehrt. Die darauffolgende Oxidation des Eisen-Pentacarbonyls zu Eisenoxiden und Kohlendioxid produziert dann eine gefärbte Schuppe. Die Farbe dieser Schuppe hängt von den Verarbeitungsbedingungen und der Dicke der Eisenoxidschicht ab. Im United States Patent Nr. 4,158,074 wird ein Verfahren zum Färben von Aluminiumpulver offenbart, welches Eintauchen von feinzerteiltem Aluminium in einer schwachen Alkalilösung, die ein spezifiziertes metallisches Salz und ein aliphatisches Amin enthält, und dann Trennen des Aluminiums von der Lösung umfaßt. Es bleibt der Bedarf, eine kommerziell annehmbare Prozedur zum wirtschaftlichen Färben von Metallpigmenten bereitzustellen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von gefärbten Metallpigmenten bereitzustellen, insbesondere Aluminiumpigmenten, wobei eine Oberflächenbeschichtung mit dem erwünschten metallischen Glanz hergestellt werden kann, ohne daß die zusätzliche Dispersion eines transparenten gefärbten Pigments benötigt wird. Es ist weiterhin eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum reproduzierbaren und irreversiblen Färben spezifischer Grade von Aluminiumschuppen-Pigmenten bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft gefärbte Metallpigmente, die zur Verwendung als Oberflächenbeschichtungen geeignet sind, und lehrt insbesondere, wie man metallische Partikel macht, die eine ihnen verliehene Farbe haben, und bei denen der erwünschte metallische Glanz beibehalten worden ist.

Eine experimentelle Vorgehensweise ist zum Färben von metallischen Partikeln, wie etwa Aluminiumschuppen, mit Pigment-Partikeln, die mit Polymeren und Copolymeren eingeschlossen sind, gewählt worden. Derlei eingeschlossene Pigment-Partikel sind von dem Typ, der in United States Patent Nr. 4,665,107 mit dem Titel "Pigment Encapsulated Latex Aqueous Colorant Dispersions", beschrieben und beansprucht ist. Derlei Partikel werden hiernach als "PEL"-Färbemittel bezeichnet und können von Koh-I-Noor Rapidograph, Inc., Bloomsburg, New Jersey erhalten werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, daß die einschließende Polymermatrix spezifisch entworfen werden kann, um direkt mit der metallischen Schuppenoberfläche wechselzuwirken und in guter Haftung zu resultieren, unabhängig von der Natur des Pigment-Partikels.

Die Stabilität kolloidaler Dispersionen, bei denen alle dispergierten Partikel identisch sind, kann durch Coulombsche Abstoßung herbeigeführt werden, wobei alle Partikel dieselbe ionische Ladung haben und deshalb voneinander abgestoßen werden. Instabilität kann auftreten, wenn die Partikel eine sehr geringe Ladung haben oder entgegengesetzt geladen sind. Selektive Wechselwirkung zwischen zwei verschiedenen Typen dispergierter Partikel macht es erforderlich, daß gleiche Partikel im Hinblick aufeinander stabil sind, um Ausflockungen zu verhindern, aber daß ein Typ von Partikel mit einem anderen Typ instabil sein wird. Ebenso wird erwartet aufgrund der Theorie der Van-der-Waals-Anziehung, welche eine grundlegende Anziehung ist, die zwischen allen Stoffen existiert, daß die Anziehung zwischen einem Partikel mit einem kleinen Krümmungsradius, d. h. einem gefärbten Pigment-Partikel, und einem flachen Partikel, d. h. einer metallischen Schuppe, größer sein wird als die Anziehung zwischen zwei kleinen Partikeln. Die Theorie schlägt vor, daß es sowohl für das gefärbte Pigment als auch das Metallpigment möglich ist, dieselbe ionische Ladung zu haben, aber daß die Ladung auf dem gefärbten Pigment kontrolliert werden kann, um eine Ladung zu haben, die hinreichend hoch für Stabilität unter gefärbten Pigmenten, aber niedrig genug ist, um instabil mit Aluminiumschuppen zu sein.

Dieses Konzept ist getestet worden durch Messen der elektrophoretischen Mobilität, welche ein Maß für das Vorzeichen und Größe der Partikel-Ladung ist, von Aluminiumpulver, 3A gelbem PEL und gelbem Pigment in Wasser als eine Funktion vom pH. Das gelbe Pigment und das eingeschlossene Pigment, welches in dem PEL verwendet worden ist, waren Ciba Geigy YT-915-D Monastral Yellow. Dieses Experiment wurde in Wasser durchgeführt, da das Vorzeichen und Größe der Partikel-Ladung günstiger durch pH kontrolliert werden konnten. Die Resultate dieser Experimente zeigen, daß alle Partikel negativ sind als eine Funktion des pH, außer dem Aluminium, welches bei pH-Werten unter 3 positiv wurde. Das gelbe PEL und Pigment wurden daraufhin einzeln zu Aluminium-Dispersionen in Wasser bei den verschiedenen pH-Werten zugegeben. Die Resultate wurden durch Beobachtung des Überstands nach Sedimentation der Aluminium-Partikel bewertet. Ein klarer und gefärbter Überstand wurden als wirksames bzw. unwirksames Färben des Aluminium-Pigments interpretiert.

Die Resultate zeigten, daß Färben der Aluminium-Partikel bei einem pH-Wert von 2 für sowohl PEL als auch gelbes Pigment stattfanden, wobei das Aluminium positiv und das gelbe PEL und Pigment negativ geladen waren. Beschränktes Färben wurde nachgewiesen für das gelbe Pigment bei einem pH von 4, wo sowohl das Aluminium als auch das gelbe Pigment eine negative Ladung hatten, aber mit einem niedrigen Wert für das gelbe Pigment. Darauffolgende Steigerungen des pH für die gefärbten Aluminium-Pigment-Dispersionen zeigten, daß das PEL mit den Aluminium-Partikeln verblieb, während das gelbe Pigment bei bescheidenem Schütteln langsam wieder dispergierte. Diese Experimente zeigten an, daß anfängliches Färben von Aluminium-Pigmenten durch Oberflächenladung kontrolliert werden kann, aber daß Irreversibilität des Färbens zusätzliche Haftung erforderlich macht, die durch das einschließende Polymer herbeigeführt wird, was Formulierung für spezifische Grade von Aluminium-Pigmenten erforderlich machen kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein gefärbtes Metallpigment vorgesehen, welches die Kombination von metallischen Schuppen und einer Polymermatrix umfaßt, die ein festes Färbemittel einschließt, welches darauf ausgehärtet ist.

Vorteilhafterweise umfassen das Polymer und Färbemittel ungefähr 4 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent besagter Kombination.

Vorzugsweise ist die Menge von Polymer zu Färbemittel in einem Verhältnis von 10% Polymer zu 90% Färbemittel bis 90% Polymer zu 10% Färbemittel.

Metallisches Schuppen-Material, das nicht Aluminium ist, kann verwendet werden, z. B. Zink, Messing, Bronze, Gold und ähnliches.

Die Polymermatrix wird vorzugsweise mit einem Polymer gebildet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyvinylbutyral-Harz, Vinylacetal-Polymeren, Bisphenol-Glycidyl- Ether-Typ-Epoxy-Harz, Kolophonium-Maleinsäure-Copolymer-Harz, carboxyl-funktionellen Acrylverbindungen, Styrol-/Maleinsäure-Anhydrid-Copolymeren und alkylierten Vinylpyrrolidon-Copolymeren besteht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Beschichtungszusammensetzung mit dem gefärbten Metallpigment und einem geeigneten organischen Lösungsmittel gebildet. Vorzugsweise umfaßt das Lösungsmittel Mineral-Destillate.

Die Erfindung sieht ebenso ein Verfahren zum Herstellen eines gefärbten Metallpigments vor, welches die Schritte umfaßt

A. Beimischen von metallischen Schuppen in einen kurzkettigen Alkohol,

B. Zufügen eines Färbemittels, welches in einer polymeren Matrix eingeschlossen ist, zu der Mischung aus Schritt A.

Vorzugsweise sind die metallischen Schuppen in besagtem kurzkettigen Alkohol in einer Konzentration von weniger als 5%. Vorteilhafterweise ist der Wassergehalt nicht mehr als 5%.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Die experimentellen Bedingungen, welche zum Färben von Metallpigmenten mit PEL erforderlich sind, müssen drei Tatsachen berücksichtigen. Eine ist, daß das PEL, im praktischen Sinne, nur als wäßrige Dispersionen bereitgestellt werden kann. Eine andere Tatsache ist, daß Metallpigmente, etwa Aluminiumpigmente, normalerweise als eine Paste in Mineral- Destillaten bereitgestellt werden und minimalen Kontakt mit Wasser eingehen dürfen. Die letzte Tatsache ist, daß Wasser nur geringfügig löslich in Mineral-Destillaten ist. Diese Tatsachen machen es erforderlich, daß die Färbeprozedur ein Zwischen-Lösungsmittel verwendet, welches wechselseitig löslich in sowohl Wasser als auch Mineral-Destillaten ist, da die Anwesenheit einer zweiten flüssigen Phase direkte Wechselwirkung zwischen dem Färbe- Partikel und dem Metallpigment nicht erlauben wird. Das allgemeine Konzept ist, daß, während die Polarität eines Moleküls abnimmt, die Löslichkeit in Wasser abnimmt und die Löslichkeit in Mineral-Destillaten zunimmt. Alkohole verschiedener Kettenlänge wurden als das Zwischen-Lösungsmittel bewertet, aufgrund des weiten Bereichs und der systematischen Verfügbarkeit der Polarität der Alkoholreihe als eine Funktion von Kettenlänge, und weil Alko hole, im allgemeinen, preiswert verfügbar und, im Hinblick auf Umwelt-Überlegungen, relativ sicher sind.

Die allgemeine Laborprozedur zum Färben von Aluminiumpigment war wie folgt. Eine bekannte Menge von Aluminiumpigment handelsüblicher Qualität, z. B. Sparkle Silver 3000 AR Aluminum Paste, wie hergestellt und verkauft von Silberline Manufacturing Co., Inc. Homestown, Pennsylvania, dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung, wurde zu 10 cm³ Alkohol in einem Reagenzröhrchen zugegeben und für ungefähr 30 Sekunden geschüttelt. Eine bekannte Menge einer 10%igen Dispersion von PEL in Wasser wurde dann der Aluminiumpigment-Dispersion in Alkohol zugegeben und mit Unterbrechungen für mehrere Minuten geschüttelt. Das Reagenzröhrchen wurde dann für annähernd zwei Stunden stehengelassen, um vollständige Ablagerungen des Aluminiumpigments zu ermöglichen. Die Klarheit des Überstandes wurde dann zusammen mit der Sedimentationshöhe des Aluminiumpigments aufgenommen. Die Sedimentationshöhe gibt einen Hinweis auf die Packungsdichte des Aluminiumpigments, was eine Funktion des Grades an Wechselwirkung zwischen den Aluminiumpartikeln ist. Ein klarer Überstand zeigte an, daß entweder das PEL die Aluminiumschuppen gefärbt und sich mit den größeren Aluminiumpartikeln abgesetzt hat, oder daß die PEL-Partikel ausgeflockt sind und sich als ein Resultat der Partikelgröße der Flocken abgesetzt haben. Ein gefärbter Überstand, der unterschiedliche Farbgrade aufweisen kann, zeigte an, daß die PEL-Partikel beschränkte oder keine Wechselwirkung mit den Aluminiumschuppen eingingen. Die Klarheit des Überstandes wurde im allgemeinen entsprechend den drei Bezeichnungen von klar, "C", teilweise klar "PC", und nicht-klar "UC", identifiziert.

Eine Reihe von Experimenten wurde typischerweise im Anschluß an den Färbeschritt durchgeführt, mit dem Ziel der Bestimmung der Irreversibilität der gefärbten Aluminiumpigmente in unterschiedlichen Lösungsmitteln. Das erste Experiment, welches notwendig war, um einen Großteil des Wassers im System zu entfernen, war, den Überstand zu dekantieren und den Überstand mit dem reinen Lösungsmittel zu ersetzen, welches in dem Färbeschritt verwendet worden war. Man ließ das Aluminiumpigment sich wieder setzen, und Beobachtungen wurden angestellt, die Klarheit des Überstandes und die Sedimentationshöhe betreffend. Diese Prozedur wurde dann für Mineral-Destillate wiederholt sowie für zusätzliche Lösungsmittel, wie etwa n-Butanol und Toluol. Der Grad der Färbung des Aluminiumpigments wurde bewertet, indem Draht-gewundene Abzüge auf Mylar-Film der Aluminiumpaste, hergestellt in Mineral-Destillaten, gemacht wurden. Die bevorzugt verwendeten Lösungsmittel sind kurzkettige, Wasser-mischbare Alkohole, wie etwa z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, 1-Butanol und 2-Butanol.

BEISPIEL 1

Die anfänglichen Experimente zum Färben von Aluminiumpaste wurden mit der Sparkle Silver 3000 AR Aluminum Paste im Lösungsmittel n-Butanol durchgeführt. N-Butanol wurde insofern verwendet, als es eine beschränkte Löslichkeit für Wasser von 10% hat und mit Mineral-Destillaten mischbar ist. Die Aluminiumpaste wurde zuerst in dem Butanol dispergiert, und ein gelbes PEL, 3A, wurde im Anschluß dem Butanol zugegeben und für mehrere Minuten gerührt. Beobachtung des Überstandes nach Sedimentation zeigte an, daß die Aluminium- Partikel gefärbt waren. Das gefärbte Aluminium wurde dann in Mineral-Destillate übertragen, und Abzüge zeigten, daß die Aluminium-Partikel unter diesen Bedingungen irreversibel mit dem gelben PEL gefärbt waren. Dieselbe Behandlung mit dem gelben Pigment resultierte nicht in Färben des Aluminium-Pigments. Identische Tests wurden für ein blaues PEL mit denselben Resultaten durchgeführt.

BEISPIEL 2

Eine Anzahl von Experimenten wurden durchgeführt, um die Bedingungen zu definieren, welche notwendig sind zum Färben von Sparkle Silver 3000 AR Aluminum Paste in n- Butanol mit den PEL-Dispersionen. Es wurde gefunden, daß der Färbegrad des Aluminium- Pigments hauptsächlich durch die Wasserkonzentration in dem Butanol kontrolliert wurde. Es wurde gefunden, daß sehr geringe Färbung stattfand, wenn die Wasserkonzentration im Butanol 5% überschritt. Ein Faktor, der einen ausgesprochenen Effekt auf den Färbegrad des Aluminium-Pigments hatte, war die Instabilität. d. h. die Ausflockung der PEL-Dispersionen in Butanol bei den höheren Wasserkonzentrationen. Da die PEL-Färbemittel wäßrige Dispersionen von ungefähr 10% Feststoffen sind, mußte die Konzentration von Aluminium-Pigment in Butanol unter 5% gehalten werden, um einen guten Farbwert mit einer hinreichenden Men ge von PEL-Partikeln zu erhalten. Die Wasserkonzentration beim Zubereiten des gefärbten Pigments kann durch Verdampfen des Wassers von der PEL-Formulierung kontrolliert werden, so daß das PEL bezüglich der Feststoffkonzentration erhöht wird. Wasser kann dem Aluminium-PEL-Alkohol-Schlamm direkt zugegeben werden.

BEISPIEL 3

Eine Reihe verschiedener Lösungsmittel, wie etwa 2-Butanol, tert.-Butanol, Iso-Propanol, n- Propanol und Ethanol, wurden als das Färbe-Zwischen-Lösungsmittel bewertet. Das Ziel war, die verschiedenen Lösungsmittel auf wirksames Färben bei höheren Aluminiumpaste- Konzentrationen zu bewerten. Die Propanole wurden als die primären Lösungsmittel gewählt, da sie gute Lösungsmittel sowohl für Wasser als auch Mineral-Destillate sind, und zumindest qualitativ, die konsistentesten Resultate bezüglich Farbintensität ergaben. Eine systematische Reihe von Färbeexperimenten wurden mit n-Propanol und Isopropanol als dem Färbe- Zwischen-Lösungsmittel durchgeführt für eine Vielzahl von PEL-Formulierungen, wie von Koh-I-Noor, Rapidograph, Inc. geliefert.

BEISPIEL 4

Ein blaues und gelbes PEL (5A) wurde verwendet, um Sparkle Silver 3000 AR Aluminum Paste in verschiedenen Farbstärken im Bereich von 4% bis 25% PEL-Feststoffen auf der Grundlage von Aluminiumpaste in n-Propanol bei einer Aluminiumpastenkonzentration von 5% zu färben. Die gefärbte Aluminiumpaste wurde im Anschluß in Mineral-Destillate überführt, und Abzüge der resultierenden Aluminiumpaste auf Mylar-Film wurden verwendet, um den relativen Farbwert zu bestimmen. Es wurde gefunden, daß der Farbwert zunahm mit ansteigender PEL-Konzentration bis zu 15% und bei höheren Konzentrationen sich einpendelte. Zusätzliche Experimente in Isopropanol mit Silberline Manufacturing Co., Inc. Sparkle Silver 3000 AR Aluminum Paste und Tufflake TM3645 Aluminum Paste für verschiedene PEL- Formulierungen als eine Funktion der PEL-Konzentration zeigten, daß größere Farbintensität durch Erhöhen der PEL-Konzentration über 25% erhalten werden konnte, aber daß der Aus flockungsgrad des PEL dazu neigte, mit zunehmenden Feststoffen anzuwachsen. Diese letztere Tatsache könnte Probleme für die Stabilität des gefärbten Aluminium-Pigments darstellen.

Rasterelektronen-Mikrofotografien, SEM, wurden von der gefärbten Aluminiumpaste bei PEL-Konzentrationen von 4% und 25% aufgenommen. Repräsentative SEM-Resultate bei hoher und niedriger Vergrößerung für die hohen und niedrigen Farbstufen sind in Fig. 1, 2, 3 und 4 präsentiert. Die Resultate zeigen, daß das PEL definitiv an die Aluminiumschuppen unter Färbebedingungen in n-Propanol und anschließendem Transfer in Mineral-Destillate angehängt ist. Die Resultate weisen ebenso darauf hin, daß eine Sättigungskonzentration von PEL auf der Oberfläche des Aluminiums auftritt, von der erwartet werden kann, daß sie eine Funktion der Stabilität der PEL-Dispersion zur Zeit des Färbens ist. Der Hinweis besteht, daß der Färbegrad mit der Oberflächenladung des PEL und Aluminiums in Bezug steht, und daß der Grad der Irreversibilität des PEL auf Aluminium mit den Eigenschaften des in der PEL- Formulierung vorhandenen Polymers in Beziehung steht.

BEISPIEL 5

Die Bedingungen zum Färben von Aluminiumpaste wurden für verschiedene experimentelle Versionen von PEL bewertet, und insbesondere zum Färben von Sparkle Silver 3000 AR- und Tufflake 3645-Aluminum Pasten. Die gewählte Prozedur zum Bewerten des Färbegrads und der Reversibilität des Färbens war wie folgt.

Die Standardformulierung war, 0,5 g Aluminiumpaste in 10 cm³ von entweder n-Propanol oder Isopropanol zu dispergieren und 0,5 cm³ von PEL-Dispersionen, welche aus 6% bis 10% Feststoffen bestanden, dem Schlamm hinzuzugeben. Das Gemisch wurde dann in einem Reagenzröhrchen für eine bis zwei Minuten geschüttelt, und die Aluminiumschuppen ließ man sich setzen. Die Turbidität des Überstands und die Sedimentationshöhe des Aluminiums wurde aufgenommen. Anschließend wurde der Überstand mit einer Pipette entfernt, und 10 cm³ von frischem Propanol wurde zugegeben, gefolgt von Schütteln und Sedimentation. Die Sedimentationshöhe und Turbidität des Überstands wurden aufgenommen, gefolgt vom Entfernen des Überstands und der Zugabe von 10 cm³ von Mineral-Destillaten. Einige wenige Tropfen des resultierenden Sediments wurden dann auf Mylar-Film gegeben, der Farbwert wurde beobachtet, und die Sedimentationshöhe und Turbidität des Überstandes wurden aufgenommen. Die Farbstabilität des Aluminiumpigments wurde dann in n-Butanol bewertet und in einigen Fällen in Toluol. Abweichungen von dieser Standardprozedur schlossen Variation der Konzentration von Aluminiumpaste und der PEL-Dispersion sowie Zugabe verschiedener Additive zu dem Propanol während des ersten Färbeschrittes ein.

Die Variablen, von denen gefunden wurde, daß sie wichtig waren, waren die Konzentration und das Verhältnis von PEL zu Aluminiumpaste sowie die Konzentrationen von Wasser und Oleinsäure, aufgelöst in dem Propanol. Die Resultate der Experimente zeigen ebenso, daß die verschiedenen PEL Formulierungen, welche aus verschiedenen Polymerkombinationen als dem einschließenden Material bestehen, sowohl die Sparkle Silver 3000 AR- als auch die Tufflake 3645-Aluminium-Pigmente zu verschiedenen Graden färben und irreversibel färben. Die Resultate bestätigen, daß die Sparkle Silver 3000 AR- und Tufflake 3645-Aluminium- Pigmente verschiedene Oberflächeneigenschaften aufweisen und verschiedene Empfindlichkeiten gegenüber der Konzentration von Wasser und Oleinsäure in dem Propanol haben. Die Färbemittel, welche im allgemeinen verwendet werden können, sind jede beliebigen anorganischen oder organischen Pigmente. Pigmente, die erfolgreich verwendet worden sind, schließen Titandioxid, Sun Chemical Co. Sunfast Blue, American Hoechat Hostaperm Red, Chemical Co. Sunfast Green, Ciba-Geigy Irgasin Orange 5R, Ciba-Geigy Monastral Gold YT-915-D und Ciba-Geigy Monastral Gold YT-815-D ein.

BEISPIEL 6

Die konsistentesten Resultate und der beste Farbwert und Irreversibilität des Färbens wurde für die ES2-3-Serie von PEL mit Isopropanol als dem Färbe-Zwischen-Lösungsmittel erhalten. In allen Fällen deuten die Resultate darauf hin, daß Wasser ein Faktor zum Kontrollieren der Farbwerte auf dem Aluminium-Pigment war, sogar wenn der Überstand des Färbe- Lösungsmittels klar war. Diese Beobachtung legt nahe, daß die Wasserkonzentration in Isopropanol die Stabilität der PEL-Dispersionen beeinflußt, wo beschränkte Ausflockung von PEL-Partikeln in einem Verlust von Farbwert resultiert.

Beobachtungen einer großen Zahl von Färbeexperimenten hat gezeigt, daß ein klarer Überstand im Färbeschritt nicht immer in signifikanter Färbung des Aluminiumpigments resultiert. Die Interpretation dieser Daten deutet darauf hin, daß der Mechanismus zum Färben stark von der Stabilität der DELPEL-Partikel abhängt, weil Ausflockung der PEL-Partikel in einem klaren Überstand und einem Verlust von Farbwert auf den Aluminiumschuppen resultiert. Die Stabilität der DELPEL-Dispersionen wurde deshalb in n-Propanol unter verschiedenen Bedingungen bewertet.

Die Konzentration des Färbemittels kann von sowenig wie 1% bis soviel wie 99% auf der Grundlage von Metallbeladung variiert werden. Ein Konzentrationsdurchschnitt im Bereich von 10% bis 30% Färbemittel zu 90% bis 70% Aluminiumpigment hat sich als am zufriedenstellendsten herausgestellt.

Die Interpretation von Daten von diesen Experimenten kann wie folgt zusammengefaßt werden. Alle der PEL-Partikel scheinen in n-Propanol stabiler zu sein, wenn Wasser im Lösungsmittel vorhanden ist. Dies scheint auf Grund der Tatsache zu sein, daß Polymerpartikel im allgemeinen dazu neigen, eine Veränderung in Ladung als eine Funktion der Konzentration in den kurzkettigen Alkoholen zu durchlaufen. Dieser Übergang resultiert immer in einer Region von Instabilität aufgrund niedriger Oberflächenladung. Die Orange-Proben führten zu adäquater Färbung des Aluminiums über eine weiten Bereich von Wasserkonzentration in Propanol, während gefunden wurde, daß das Gold-eingeschlossene PEL höhere Konzentrationen an Wasser benötigte und zusätzlich ein Tensid benötigte, d. h. Natriumlaurylsulphat. Es gibt auch einen Hinweis darauf, daß die Gold-Dispersion eine Veränderung in Oberflächeneigenschaften mit der Zeit durchlief, was durch eine Zunahme an Instabilität mit Alterungszeit der PEL-Dispersionen augenscheinlich gemacht wurde. Diese Instabilität führt zu einem Verlust in Farbwert des gefärbten Aluminiumpigments, möglicherweise auf Grund von Ausflockung der PEL-Partikel auf der Oberfläche der Aluminiumschuppen.

Die PEL-Dispersionsstabilität- und Färbe-Resultate zeigten an, daß der Grad an Wechselwirkung der 3AXL27 PEL-Partikel mit den Aluminiumschuppen in dispergiertem n-Propanol eine Funktion der Konzentration von Wasser in dem Propanol ist. Weiterhin hat die Wasserkonzentration das Potential, die Oberflächenladung der PEL-Partikel und Aluminiumschuppen zu beeinflussen. Die elektrophoretische Mobilität von Sparkle Silver 3000 AR- und Tuf flake 3645-Aluminum-Pasten wurde in Propanol als eine Funktion von Wasserkonzentration im Bereich von 0% bis 15% gemessen. Die Resultate zeigen, daß die Gold- und Orange- Proben unterschiedlich sind, und daß beide Aluminium-Pasten-Proben bei 0% Wasser negativ sind und bei 10% Wasser positiv sind. Die unterschiedlichen Stabilitätsresultate für die Sparkle Silver 3000 AR- und Tufflake 3645-Aluminum-Pasten zeigen an, daß verschiedene Grade von Aluminiumpasten verschiedene Oberflächeneigenschaften aufweisen können.

Der zum Färben der Aluminiumschuppen vorgeschlagene Mechanismus ist, eine gemeinsame Bedingung für sowohl die Aluminiumpartikel als auch die PEL-Partikel zu erzeugen, welche in Stabilität von gleichen Partikeln resultiert, d. h. Aluminium mit Aluminium und PEL mit PEL, und Instabilität bezüglich ungleicher Partikel, d. h. PEL- mit Aluminium-Partikeln. Es wird vorgeschlagen, daß die verschiedenen Stabilitätsgrade durch die Oberflächenladung der PEL- und Aluminiumpigment-Partikel kontrolliert wird. Deshalb kann erwartet werden, daß Färben stattfindet, wenn die Aluminium- und PEL-Partikel gegensätzlich geladen sind, oder eines der Partikel, vorzugsweise das PEL-Partikel, zumindest eine niedrige Ladung hat. Die Parameter, welche anscheinend die Ladung kontrollieren, sind die Konzentration und Qualität der Aluminiumpaste und die Konzentration von Wasser in Propanol. Experimente wurden durchgeführt, um die elektrophoretische Mobilität und Stabilität von PEL-Dispersionen in dem von verschiedenen Konzentrationen und Qualitäten von Aluminiumschuppen erhaltenen Überstand zu untersuchen, um die während des Färbens herrschenden Bedingungen zu definieren. Diese Resultate waren konsistent mit den Resultaten, welche aus den Färbe- Experimenten erhalten worden waren. Das Ziel dieser Forschungsrichtung war, die Bedingungen aus der maximalen Wechselwirkung des PEL-Färbemittels mit den Aluminiumschuppen zu bewerten sowie die Beziehung zwischen diesen Bedingungen und die Reversibilität des Färbeprozesses.

Die experimentelle Hauptanstrengung wurde mit früheren Formulierungen von PEL- Dispersionen durchgeführt, welche im allgemeinen zum Färben von Sparkle Silver 3000 AR- und Tufflake 3645-Aluminum-Paste-Qualitäten wirksam waren, welche aber einige Probleme bezüglich Haltbarkeit und irreversiblem Färben in verschiedenen Lösungsmitteln zeigten. Die neuere ES2-3 PEL-Formulierung zeigt Verbesserungen in jeder Hinsicht, einschließlich Färbeeigenschaften mit verschiedenen Farbpigmenten. Jedoch besteht der Hinweis, daß dieses PEL Tufflake 3645-Aluminum-Paste wirksamer als die Sparkle Silver 3000 AR- Aluminum- Paste färbt.

Es ist gefunden worden, daß andere Materialien, wie etwa Glimmer, erfolgreich durch Anwenden der obigen Färbetechniken gefärbt werden können. 15,0 g weißer Glimmer, - der bei 325 Mesh zermahlen worden war, wurde in 45,0 g Isopropanol dispergiert, und 50,0 g PEL und 0,03 g Epicure 874 wurden zugegeben. Alle Komponenten wurden aufgeschlämmt und dann reagieren gelassen. Das gefärbte Material wurde gesammelt, und die Resultate zeigten, daß den Glimmerschuppen Farbe verliehen worden war. Zinkschuppen sind ebenso gefärbt worden unter Verwendung dieser selben Prozedur. Lösungsmitteltests zeigten gute Lösungsmittelresistenz gegenüber n-Butanol, Toluol, Ethylacetat und Varsol. Einige Farbe löste sich ab in Methylethylketon.

Obwohl die Erfindung mit einem gewissen Grad an Besonderheit beschrieben worden ist, ist es klar, daß die vorliegende Offenbarung nur vermittels von Beispiel gemacht worden ist, und daß auf zahlreiche Veränderungen in den Details der Konstruktion und der Kombination und Anordnung von Teilen zurückgegriffen werden kann, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die vorhergehende Beschreibung, sondern eher nur durch den Schutzumfang der hieran beigefügten Ansprüche beschränkt sein.


Anspruch[de]

1. Gefärbtes Pigment, das eine Schuppe und eine Polymermatrix umfaßt, die ein festes Färbemittel einschließt, welches auf einer Oberfläche der Schuppe ausgehärtet ist.

2. Gefärbtes Pigment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuppen metallische Schuppen sind.

3. Gefärbtes Pigment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schuppen Aluminiumschuppen umfassen.

4. Pigment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Polymer und Färbemittel ungefähr 4 Gew.-% - 25 Gew.-% der Kombination umfassen.

5. Pigment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Polymer und das Färbemittel in einem Verhältnis von 10% Polymer zu 90% Färbemittel bis zu 90% Polymer zu 10% Färbemittel sind.

6. Pigment nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Polymer und Färbemittel ungefähr 4 Gew.-% - 25 Gew.-% der besagten Kombination umfassen.

7. Pigment nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Polymer und besagtes Färbemittel in einem Verhältnis von 10% Polymer zu 90% Färbemittel bis zu 90% Polymer zu 10% Färbemittel sind.

8. Pigment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagte metallische Schuppen Zink umfassen.

9. Gefärbtes Pigment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuppen ausgewählt sind aus der Gruppe, welche Zink-, Messing-, Bronze- und Goldschuppen umfaßt.

10. Gefärbtes Pigment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuppen Glimmerschuppen sind.

11. Pigment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyvinylbutyral-Harz, Vinylacetal-Polymeren, Butyralen, Bisphenol-Glycidyl-Ether-Typ-Epoxy-Harz, Kolophonium-Maleinsäure-Copolymer- Harz, carboxyl-funktionelle Acrylverbindungen, Styrol-/Maleinsäure-Anhydrid-Copolymeren und alkylierten Vinylpyrrolidon-Copolymeren besteht.

12. Beschichtungszusammensetzung, die das Pigment nach Anspruch 1 und ein geeignetes organisches Lösungsmittel umfaßt.

13. Beschichtungszusammensetzung, die das Pigment nach Anspruch 3 und ein geeignetes organisches Lösungsmittel umfaßt.

14. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Lösungsmittel Mineral-Destillate umfaßt.

15. Verfahren zur Herstellung eines gefärbten Metallpigments, das die Schritte umfaßt

A. Beimischen von metallischen Schuppen in einen kurzkettigen Alkohol, und

B. Zufügen eines Färbemittels, welches in einer Polymermatrix eingeschlossen ist, wobei das in der Polymermatrix eingeschlossene Färbemittel auf einer Oberfläche der Schuppen ausgehärtet ist, zu der Mischung aus Schritt A.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß besagte metallische Schuppen in besagtem kurzkettigen Alkohol in einer Konzentration von weniger als 5 Gew.-% vorliegen.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt nicht mehr als 5 Gew.-% ist.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende gefärbte Metallpigment von besagter Beimischung mit Mineral-Destillaten getrennt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schuppen Aluminiumschuppen sind, und der Alkohol ein Wasser-mischbarer Alkohol ist, und die Schuppen vor dem Beimischen in den Alkohol in Mineral-Destillate beigemischt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, das den Schritt der Überführung der gefärbten Aluminiumschuppen in Mineral-Destillate umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 19, das den Schritt der Konzentrationsaufrechterhaltung der Aluminiumschuppen und Mineral-Destillate in dem Alkohol unter 5 Gew.-% umfaßt.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Polymermatrix eingeschlossene Färbemittel zwischen ungefähr 6%-10% Feststoffe umfaßt, welche in Wasser dispergiert sind.







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