[发明专利]包括氧化锰纳米颗粒层的金色金属颜料

说明书

技术领域

本发明总体涉及包覆颜料，并尤其涉及金属和金色的包覆颜料的设计，并包括氧化锰纳米颗粒。

背景技术

金属颜料或金属效果颜料是厚度小于1μm并且直径从几微米到100μm的任意值的小片形金属微粒。金属颜料在本领域中被常用于将金属效果引入各式各样的产品例如油漆、涂料、油墨、和塑料涂膜以及本体染色。金属颜料的一个特性是由于其高纵横比，所述颜料在应用过程中趋于平行于表面定向。因此，金属效果是通过颜料表面上光的反射产生的。所述金属颜料通过研磨雾化金属粉或物理汽相沉积(PVD)进行制备。在所述工艺中常用的金属包括用于银色着色的铝，和用于金色效果的青铜(铜和锌的合金)。金色效果的色度可通过例如改变铜对锌的比率和通过热处理进行控制。

当结合入应用介质时，作为金色金属颜料的青铜颜料具有若干个缺点。例如，青铜颜料的比重相当高(约为8.4-8.8g/cm³，取决于铜/锌比)，并且比铝颜料的比重高大约3倍。结果，对于适当的不透明性和金属效果需要通常高于40％的高浓度。由于其高比重，青铜颜料趋于在低粘度的液体应用介质中快速沉淀。这在用于印刷油墨时尤其不利，因为这些油墨必须频繁地被搅动以确保颜色的一致性。

由于铜和锌的氧化反应，青铜金属颜料还易于“失去光泽”，这在面对潮湿和酸/碱情况时加速。所得到的游离铜和锌离子可随后参与与树脂聚合物的其它不希望的副反应，导致粘性的改变以及金属光泽的损失。

已经开发了不同的钝化工艺以便稳定青铜颜料，包括有机磷添加剂和溶胶-凝胶硅石敷层。不过，所述工艺不足以解决失去光泽的问题。

可能利用青铜颜料的一个更严重的问题是由于其铜含量而影响到健康和安全。工业暴露于铜烟、铜尘、或铜雾例如可导致金属烟雾病，鼻黏膜有萎缩性改变。慢性铜中毒可导致发展成威尔逊病(Wilson’s disease)，该病的症状是肝硬化、脑损伤、髓鞘脱失、肾病、和角膜的铜屑沉着症。

给铝金属颜料着色或染色在实践中已成为公知的替代方法来产生金色金属效果。所述颜料可通过简单地混合无机和/或有机黄色颜料或具有铝片的染料而产生。在涂料应用中，透明的金属氧化物颜料可用于单独的透明涂层或具有铝颜料的底层。尽管所述产生金色金属颜料的方法简单，但是这些方法具有主要的缺陷：黄色颜料与铝片分离，并且这导致在应用过程中颜色的不一致。此外，为了产生可接受的金色效果，多种颜色颜料需要小心地配制并且颜色颜料微粒的装载通常要高。结果，颜色颜料散射光并且导致金属光泽的减少。

已经开发了两种主要的技术，通过物理或化学过程直接将颜色粒子或涂料连接到铝片上。一种方法涉及通过透明的溶胶-凝胶陶瓷涂层或聚合物涂层将颜色颜料粒子包覆到铝片上。这种方法可以产生所有的颜色，并且由该方法产生的产品的示例包括带电聚合物包覆的颜料(美国专利5,814,686)，不饱和羧酸包覆的薄片(美国专利5,037,475)，无机酸根包覆的薄片和胺基官能化颜料，随后与丙烯酸酯单体聚合(EP专利0,810,270)，溶胶-凝胶硅石(美国专利5,931,996)和蜡(美国专利5,558,705)。该方法的主要缺点是所连接的颜色颜料粒子趋于由溶剂或剪力而从铝片表面脱落。此外，颜色颜料装载到铝片上的装载率相对较低。因此，该方法产生具有低色彩强度的产品。

另一种方法涉及用具有高反射率(n＞2)的有色、透明或半透明层包覆铝片。在这种情况颜色效果来自铝基材的反射、包覆层的吸收和干扰的结合。两个示例是(美国专利5,964,936)和(美国专利5,624,484)。

是控制氧化铝颜料，其中通过在碱水溶液中铝颜料的控制氧化而形成氧化铝/氢氧化铝层。这给予了铝片香槟色外观。不过，真正的金色不能通过这种方法获得。

是通过化学汽相沉积(CVD)工艺包覆有氧化铁的铝片。所包覆的颜料根据氧化铁层的厚度表现出一系列明亮的、强烈着色的金色和橙色浓淡色调。所述颜色是氧化铁的吸收色(红棕色)和干扰色(氧化铁的反射率为大约3.0)的结合。不过，由于氧化铁的自然红色，不可能获得真正的金色。此外，CVD工艺要求昂贵的配置。另外，由于铝和氧化铁的结合(铝热剂)的烟火特性，这种工艺引起了相当多的安全方面的顾虑。