Новую технологию пигментов с использованием сверхтонких алюминиевых подложек можно применять для получения непрозрачных покрытий с цветными эффектами. Благодаря пигментам с различными эффектами можно получать оттенки, которые раньше были присущи только (полу)драгоценным металлам.
Золото всегда завораживало людей своим уникальным внешним видом.1 Желтоватый метал обладает высокой кроющей способностью и блеском даже при нанесении очень тонким слоем. Кроме того, он обладает сильным флоп-эффектом (изменение цвета от светлого к темному в зависимости от угла зрения). Смешивая медь и серебро, можно получить разные эффекты. Подобные оттенки цветов теперь можно имитировать в покрытиях, печатных красках и пластмассах с помощью новых сверхтонких эффектных пигментов.2
Для этого компания Schlenk при разработке своей трехкомпонентной системы Zenexo® Ternary System (ZTS) (YY-YS-OO) использовала трехкомпонентную систему, известную в металлургии и состоящую из золота, серебра и меди (Au-Ag-Cu).3 Благодаря отдельным эффектным пигментам GoldenShine (YY), GoldenWhite (YS) или CopperGlow (OO), можно получать различные оттенки цветов, ранее присущие только (полу)драгоценным металлам, в жидких и порошковых покрытиях, печатных красках, концентрированных красителях и пластмассах (рисунок 1). Новые эффектные пигменты обладают необычными свойствами, а профиль их применения позволяет расставлять новые акценты с точки зрения насыщенности цвета, кроющей способности и цветовой гаммы.3
Рисунок 1. Слева: схема трехкомпонентной система на основе металлического золота, серебра и меди.4 Справа: с помощью отдельных эффектных пигментов GoldenShine (YY), GoldenWhite (YS) или CopperGlow (OO) можно получать различные оттенки цветов, ранее присущие только (полу)драгоценным металлам, в жидких и порошковых покрытиях, печатных красках и пластмассах.
Свойства и преимущества частиц
В этом инновационном процессе мы сосредоточили внимание на разработке эффектных пигментов с оптимальной кроющей способностью, безопасностью и улучшенными цветовыми свойствами. Результатом этой работы стала технология сверхтонких пигментов (UTP).5 Новые пигменты обеспечивают отличную непрозрачность по сравнению с современными пигментами с сопоставимым размером частиц. Мы уменьшили толщину алюминиевой подложки с 200-500 нм (что характерно для пигментов «серебряный доллар») до 20 нм. Эти частицы обрабатывают по специальной технологии для получения среднего размера частиц около 21 мкм, в результате чего достигается недостижимое ранее соотношение сторон. Частицы сверхтонкого пигмента покрывают диоксидом кремния и оксидом железа. Толщина слоя оксида железа определяет цвет готового пигмента. Очень тонкий слой дает серебряный цвет с желтоватым оттенком, затем идет золотой цвет, а если еще больше увеличить толщину — цвет становится оранжевым.
При рассмотрении частиц под микроскопом видно, что геометрия частиц эффектных сверхтонких пигментов позволяет воспроизводить и регулировать толщину частиц, которые значительно тоньше, чем в традиционных металлических интерференционных пигментах (рисунок 2). Это приводит к существенному увеличению соотношения сторон, что крайне важно для выраженного флоп-эффекта.
Рисунок 2. Поперечное сечение традиционных металлических интерференционных пигментов (слева) и сверхтонких эффектных пигментов нового поколения (справа).
Оценка цвета
Оценка кроющей способности покрытия толщиной 14 мкм при различной массовой концентрации пигментов показывает, что сверхтонким пигментам достаточно массовой концентрации около 10,5%, в то время как при использовании традиционных технологий для получения медного цвета требуется 18% (рисунок 3). Еще два новых сверхтонких пигмента также обладают существенно улучшенной кроющей способностью по сравнению с другими современными пигментами. Таким образом, возможно более низкое содержание пигмента в покрытии или покрытие может быть тоньше при том же содержании пигмента.
Рисунок 3. Оценка кроющей способности оранжевых пигментов при различной массовой концентрации пигментов (PMK): зеленый — современные технологии; красный — технология сверхтонких пигментов. Синяя линия указывает на кроющую способность (dE110° ниже 1).
Одной из выдающихся особенностей именно металлических поверхностей и их имитаций является изменение цвета. Для сравнения мы испытали современные металлические интерференционные пигменты медного и золотого цвета. Из-за недостатка металлических интерференционных пигментов серебряного цвета использовался доступный на рынке алюминиевый пигмент. Все три пигмента сравнили с новой трехкомпонентной системой. Все пигменты напыляли толщиной 14 мкм с такой концентрацией, чтобы была достигнута достаточная укрывистость. Значение светлоты измеряли с помощью многоуглового спектрофотометра BYK-mac “i” для покрытий с металлическим эффектом. Показатель флоп-эффекта Альмана определяется следующим образом:
При расчете показателя флоп-эффекта Альмана для цветов, созданных с помощью трехкомпонентной системы ZTS, можно получить значительное улучшение до 6 единиц для золотых цветов с использованием (YY) (рисунок 4). Для медного пигмента (OO) разница по сравнению с современной технологией еще более выражена.
Рисунок 4. На диаграмме представлены показатели флоп-эффектов смесей пигментов, в которых используются основные пигменты YY-YS-OO в концентрации, обеспечивающей укрывистость (A — серебряный цвет, B — медный цвет, C — золотой цвет). Слева: современные пигменты; справа: новые сверхтонкие пигменты (ZTS).
Форма выпуска
Новые сверхтонкие пигменты на основе алюминия выпускаются в форме порошка, а не в виде пасты на основе растворителя, что имеет массу преимуществ. Например, больше не возникает проблем со временем высыхания растворителей, которые поставляются с пигментами и не соответствуют составу краски. Можно получить системы полностью на водной основе, а также современные, более простые составы со сверхвысоким содержанием твердых частиц. Отсутствие растворителя обеспечивает более точное дозирование. Форма выпуска без растворителя применима, поскольку пигменты не представляют опасности взрыва пыли и классифицируются как безвредная продукция.
Применение
Новую технологию пигментов можно использовать для нанесения покрытий на компоненты автомобилей и элементы архитектурных сооружений, например, фасады зданий (рисунок 5), на бытовую электронику и другие объекты. Хорошая новость для производителей порошковых покрытий, концентрированных красителей и пластмасс заключается в том, что им больше не придется сталкиваться с проблемой укрывистости (рисунок 6). Новые пигменты можно использовать в данных областях применения благодаря отсутствию растворителей.
Рисунок 5. Нанесение на фасад покрытия с новым золотым пигментом с выраженным изменением цвета/флоп-эффектом.
Рисунок 6. Нанесение порошкового покрытия. Слева: сравнение технологии сверхтонких пигментов (5%, сухая смесь, слева) и технологии пигментов с перламутровым эффектом на основе слюды (16%, связанные, справа). Справа: цветовые решения для дверных ручек, реализуемые с помощью сверхтонких пигментов.
Чтобы доказать, какого прогресса достигла технология пигментов, мы заменили одну полосу на чашке фирмы Rosenthal® с покрытием из настоящего золота на покрытие со сверхтонким пигментом с золотым эффектом (рисунок 7). Даже экспертам потребовалось время, чтобы обнаружить разницу.
Рисунок 7. Чашка Rosenthal® с полосами из чистого золота. Одна полоса заменена на покрытие с новым золотым сверхтонким эффектным пигментом (YY).
Заключение
Основные преимущества новых сверхтонких пигментов:
- данная технология позволяет получать сверхтонкие металлические интерференционные пигменты;
- данный класс пигментов впервые стал доступен в форме порошка и не требует маркировки как опасное вещество;
- новые пигменты обладают выдающейся кроющей способностью;
- они отличаются высокой степенью блеска и не имеющим аналогов флоп-эффектом;
- три пигмента (GoldenShine (YY), GoldenWhite (YS) и CopperGlow (OO)) позволяют получить широкую палитру цветов;
- трехкомпонентная система Zenexo Ternary System (ZTS) позволяет успешно имитировать сплавы золота, серебра и меди.
Адельберт Хьюбер, вице-президент по исследованиям и контролю качества, и Фрэнк Д. Мэйл, технический директор, подразделение эффектных пигментов, компания Schlenk Metallic Pigments GmbH, Рот, Германия.
Благодарность
Авторы статьи выражают признательность доктору Ральфу Уеблеру за аналитическую поддержку.
Список использованных источников
- А. Мангус, «De mineralibus». Кельн, 1569 г.
- А. Хьюбер, Ф.Д. Мэйл; журнал European Coatings, выпуск 3, 2021 г.
- Ф.Д. Мэйл; Д. Шульц; Д. Линднер. Журнал Journal für Oberflächentechnik (JOT), выпуск 8, 2021 г.
- Компания Degussa AG: Edelmetalltaschenbuch. Франкфурт, 1967 г.
- К. Шимицу; Ф. Пич; А. Хьюбер. Патент EP283280, 2013 г.
