含有钛酸盐的珠光颜料

含有钛酸盐的珠光颜料

本发明涉及非常薄的基于用氧化铁涂覆的片状氧化钛的珠光颜料。

含有氧化铁的珠光(珍珠光泽)颜料已经被人们在多处描述并且成功 地使用了多年。人们描述了两种颜料，一种是氧化铁与二氧化钛一起沉积 在基体上，另一种是沉积过程顺序进行的颜料。在随后的煅烧过程中，氧 化铁扩散到二氧化钛层中并形成假板钛矿(Fe₂TiO₅)。采用云母作为唯一 的基体。

US3087828报导说通过将三氧化二铁沉积在二氧化钛层上可以获得在 煅烧时产生红调的金云母颜料。

US3874890描述了一种制备金珠光颜料的方法，其中首先对已涂覆二 氧化钛和/或二氧化锆的云母颜料涂覆氢氧化铁(II)，而后将其氧化成 三氧化二铁。

US4744832描述了一种基于用金属氧化物涂覆的片状基体，特别是云母 的珠光颜料，该金属氧化物包括钛和铁并且该颜料具有多层堆积结构，一 层是假板钛矿和位于第一层金红石型二氧化钛层之后的氧化铁层。

云母颜料广泛用于印刷和涂料工业、用于化妆品和用于塑料工业中。 它们以干涉颜和高光泽而著称。但是云母颜料不适宜形成极薄的层，其 原因在于作为颜料金属氧化物层的基体，云母的厚度已经为200- 1200nm。另一个缺点是由片尺寸决定的一定比例的云母片的厚度有时在平 均值附近变化较大。此外，云母是一种天然存在的矿物，它含有某些外来 杂质离子。此外还需要在工业上非常昂贵和费时的操作步骤。这些步骤包 括研磨和分级。

基于厚云母片并且用金属氧化物涂覆的珠光颜料由于其边缘厚度而具 有明显的分散量，特别是在细颗粒尺寸分布低于20微米时。

人们提出采用通过将玻璃熔体轧制而后研磨而获得的玻璃薄片作为云 母地替代物。基于这种材料的干涉颜料确实显示出比普通的基于云母的颜 料更好的颜效果。但是它存在这样一个缺点，即该玻璃片具有非常大的 达10-15微米的平均厚度和非常宽的厚度分布(通常在4-20微米之 间)，而干涉颜料的厚度一般为不大于3微米。

EP0384596公开了一种方法，其中在480-500℃下向水合碱金属硅酸 盐中加入空气射流，形成壁厚较小的气泡；然后将气泡破碎并获得厚度小 于3微米的片状碱金属硅酸盐基体。但是该方法较昂贵并且所获得的片的 厚度分布较宽。

DE1136042公开了一种制备元素周期表中IV和V族和铁族金属片状氧 化物或水合氧化物的连续带方法。在该方法中，如果合适，可以在连续带 上首先涂覆例如一层硅氧烷隔离层以有助于该金属氧化物层随后脱开。然 后涂覆可转化成所需的金属氧化物的金属的可水解化合物溶液的液体膜并 且将该膜干燥而后用一种振动装置将其脱开。所获得的片的层厚度为0.2 -2微米，该专利对此没有给出具体的实施例。

EP0240952和EP0236952提出制备多种片状材料，包括二氧化硅，氧化 铝和二氧化钛的连续带方法。在该方法中，通过一种辊系统将厚度一定的 片状材料的前体的液体薄膜涂覆在光滑的带上；将该膜干燥并与该带脱 开，形成片状颗粒。然后将该颗粒煅烧，如果需要并研磨和分级。

通过EP024952中所说的方法获得的片的厚度相对固定，这是因为例如 该膜可以通过一种辊系统非常均匀地涂覆到连续的带上，在其中的实施例 中，片的厚度为0.3-3.0微米。根据实施例1，通过将这种辊部分浸入 装有该前体的贮存容器中而首先用该前体润湿第一个辊。该膜由该辊转移 到以相同方向转动的第二个辊上，第二个辊与第一个辊非常靠近。最后由 该第二个辊将该膜压在该连续的带上。

但是其缺点在于采用非常昂贵的前体材料，并且特别是要增加场地的 安全生，这在使用有机化合物时是必须要提出的。一般要使该前体完全化 学转化成所需的金属层必须将该膜和该带材料高温加热。除了在这种情况 下会使该带材料产生相当高的热应力以外，较高的能量消耗和对工艺速度 的限定还会对该方法产生非常不利的影响。

WO93/08 237公开了由二氧化硅的片状基质组成的片状颜料，该基质 包括可溶的和不可溶的着剂并且其上涂覆了一层或多层金属氧化物或金 属反射层。该片状基质是通过将水玻璃固化在连续的带上而制得的。

DE1273098描述了通过将ZnS、MgF₂、ZnO、CaF₂和TiO₂膜汽相沉积 在连续带上而制备珍珠颜料的过程。但是与在US4879140中所说的方法(其 中通过由SiH₄和SiCl₄等离子沉积而获得具有Si和SiO₂层的片状颜料)相 类似，这种方法还会在设备上花费非常大。

尽管存在多种努力，但至今人们尚不能开发出一种较为经济的制备层 厚度低于500nm的非常薄的片状二氧化钛颜料的方法。

本发明的目的在于提供一种高光泽度的含钛珠光颜料，其层厚度低于 500nm并且层厚度偏差低于10％。

根据本发明，该目的是通过单层或多层珠光颜料而实现的，该颜料包 括钛酸铁和需要时的氧化钛和/或氧化铁，它可通过以下方法制得，即将可 加热水解的钛化合物的水溶液固化在连续的带上、去除所形成的层、通过 湿法工艺用氧化铁在无中间干燥的条件下涂覆所获得的二氧化钛片并在不 低于700℃的温度下、在氧化或还原氛中将所获得的材料干燥并煅烧。

该钛酸铁包括假板钛矿(Fe₂TiO₅)或钛铁矿(FeTiO₃)。用于在连续 的带上形成二氧化钛片的可加热水解的钛化合物的水溶液优选地是四氯化 钛水溶液。该溶液中钛盐的浓度为7-30％重量，优选地为8-15％重 量。

本发明的颜料是基于片状二氧化钛颗粒。这些片的厚度为10- 500nm，优选地为40-150nm。其它两个尺寸的范围为2-200微米，特 别是5-50微米。

根据本发明的颜料的组成和层结构取决于用作基体的二氧化钛片的厚 度、所涂覆的氧化铁和二氧化钛的厚度和煅烧条件。

该氧化铁和二氧化钛层优选地通过已知的湿法化学工艺涂覆到二氧化 钛片上。此外，也可以将干燥的二氧化钛片在流化床反应器中进行气相涂 覆，因此可以采用在EP0045851和EP0106235中所说的制备珠光颜料的方 法。

在第一个方面，该颜料仅由钛酸铁组成。

在第二个方面，该颜料有两层，其内层由片状二氧化钛形成，而外层 由钛酸铁形成。

在第三个方面，该颜料有三层，其内层是片状二氧化钛，而后是钛酸 铁，外层是氧化铁。在一种特定的方案中，该颜料具有钛酸铁层和二氧化 钛层作为外层。

根据本发明，该目的还通过根据本发明的制备颜料的方法而实现，该 颜料仅由钛酸铁组成，其中 -将可加热水解的钛化合物的水溶液作为薄层涂覆到连续的带上，对其厚 度进行调整，以达到形成假板钛矿或钛铁矿所需的铁和钛之间的化学计量 比， -干燥固化该液体膜，在此期间二氧化钛通过化学反应由该溶液中形成， -将所形成的层从该带上剥离并进行冲洗， -在中间干燥之后或没有中间干燥的条件下，将所形成的二氧化钛片悬浮 在水中并用氧化铁进行涂覆，对涂层厚度进行调整，以达到形成假板钛矿 或钛铁矿所需的铁和钛之间的化学计量比，以及 -将经过涂覆的颗粒从水悬浮液中分离并干燥，以及 -在不低于500℃的温度下、在氧化或还原氛中煅烧。

根据本发明，该目的还可以通过根据本发明的制备颜料的方法而实 现，该颜料由片状二氧化钛内层和钛酸铁外层形成，其中 -将可加热水解的钛化合物的水溶液作为薄层涂覆到连续的带上，对其厚 度进行调整，从而相对于形成假板钛矿和钛铁矿存在过量二氧化钛， -干燥固化该液体膜，在此期间二氧化钛通过化学反应由该溶液中形成， -将所形成的层从该带上剥离并进行冲洗 -在中间干燥之后或没有干燥的条件下，将所形成的二氧化钛颗粒悬浮在 水中并用氧化铁进行涂覆，对涂层厚度进行调整，从而相对于形成假板钛 矿和钛铁矿存在过量二氧化钛，以及 -将经过涂覆的颗粒从水悬浮液中分离并干燥，以及 -在不低于500℃的温度下、在氧化或还原氛中煅烧。

根据本发明，该目的还可以通过根据本发明的制备颜料的方法而实 现，该颜料有三层，内层为片状二氧化钛，而后是钛酸铁层，外层是氧化 铁层，其中 -将可加热水解的钛化合物的水溶液作为薄层涂覆到连续的带上，对其厚 度进行调整，从而使得到的二氧化钛层的厚度至少为40nm， -干燥固化该液体膜，在此期间二氧化钛通过化学反应由该溶液中形成， -将所形成的层从该带上剥离并进行冲洗， -在中间干燥之后或没有干燥的条件下，将所形成的二氧化钛颗粒悬浮在 水中并用氧化铁进行涂覆，进行氧化铁沉积，从而使干燥后的涂层厚度至 少为20nm，以及 -将经过涂覆的颗粒从水悬浮液中分离并干燥，以及 -在不低于500℃的温度下、在氧化或还原氛中煅烧。

在一个特定的方案中，该颜料还具有钛酸铁层和二氧化钛外层，其中 二氧化钛层还沉积在该氧化铁层上，进行二氧化钛层的沉积使干燥后涂层 的厚度至少为40nm。

本发明还涉及本发明的颜料在带颜料的涂料、印刷油墨、塑料、化妆 品和陶瓷及玻璃釉料中的运用。它们还可以与市售颜料，如无机和有机吸 收颜料、金属颜料和LCP颜料的混合物使用。

本发明的颜料可以在多阶段工艺中制备。在第一个阶段中，借助于连 续的带，以二氧化钛片的形式首先制备基体。在第二个阶段中，将氧化铁 沉积到该基体上，并且如果需要，将二氧化钛层沉积到该氧化铁层上。在 最后一个阶段中，在氧化或还原条件下将该颜料煅烧，结果形成该颜料最 终的层状结构。

借助于图1来描述该带工艺。

在辊系统2上导转的连续带1移动通过涂覆机3，在该涂覆机用前体 薄膜涂覆。可以采用辊式涂覆机和流动单元作为合适的涂覆机。带速度为2 -400米/分钟，优选地为5-200米/分钟。

为了达到均匀润湿该塑料带，一般向该涂覆溶液中加入一种市售润湿 剂或通过火焰、电晕处理或电离处理而使该带表面活化。

经过涂覆的带而后移过干燥区4，在该区中，涂层在30-200℃的温 度下干燥。可以采用市售红外、环境空气喷射器和UV干燥器作为干燥器。

在经过干燥区以后，将该带导过具有适当剥离介质，如完全软化的水 的剥离浴，在该浴中，经过干燥的涂层从该带上剥离。利用一些附加的装 置如喷射器、刷子或超声波来帮助进行剥离操作。

在再涂覆之前，将该带在后干燥器6中干燥。

该连续的带应由化学稳定的、耐热的塑科制成，以确保其有适当的寿 命和较高的干燥温度。适用于此的材料是聚对苯二甲酸二乙醇酯(PET) 或其它的聚酯和聚丙烯酸酯。

膜的宽度一般为几厘米-几米。其厚度为10微米-几毫米，这两个参 数可以根据特定的需要而最佳化。

连续带工艺的更进详细的描述可以从UJS3138475、EP0240952和 W093/08237中获知。

从该带上剥离的二氧化钛片再通过已知的方法在第二个阶段中用氧化 铁进行涂覆，可以没有中间干燥。这里所用的原料可以是在US3087828和 US3087829中所说的铁(III)盐和在US3874890中所说的铁(III)盐， 一开始形成的氢氧化铁(II)涂层被氧化成氧化铁(III)水合物。优选 地采用铁(III)盐作为原料。为此可以将氯化铁(III)溶液加入到温 度为60-90℃、pH为2.5-4.5的二氧化钛水悬浮液中。通过同时加入 32％氢氧化钠溶液而使pH值保持不变。

如果需要，而后可以通过已知的方法将二氧化钛水合物层沉积在该氧 化铁水合物层上。优选地采用在US3553001中所说的方法。

在该方法中，将钛盐水溶液慢慢加入到加热至50-100℃，优选地为 70-80℃的二氧化钛片的悬浮液中，该二氧化钛片是用氧化铁水合物涂覆 过的，通过同时加入一种碱，例如氨水溶液或碱金属氢氧化物水溶液而将 pH值保持在约0.5-5，特别是在约1.5-2.5下不变。当二氧化钛沉积物的 厚度达到所需的值时，停止加入钛盐溶液。

这种方法也称为滴定法，其特点在于可以避免钛盐过量。这一点是通 过这样一种方法实现的，即单位时间内向水解液中仅仅加入用水和二氧化 碳均匀涂覆所需的量以及单位时间内可以被要涂覆的颗粒的可获得表面所 吸附的量。因此，不会形成没有沉积在要涂覆的表面上的水合二氧化钛颗 粒。每分钟加入的钛盐的量约为0.01-2×10^-4摩尔钛盐/平方米要涂覆的 表面。

在第三个工艺阶段中，将用氧化铁水合物和需要时的附加的二氧化钛 水合物涂覆过的二氧化钛片在从悬浮液中分离出来、冲洗并干燥以后，在 氧化或还原条件下、在500-950℃，优选地为800-900℃下煅烧。在 这些条件下，铁扩散到二氧化钛层中，在氧的存在下形成假板钛矿和在还 原剂，如氢的存在下形成钛铁矿。通过适当的选择氧化铁和二氧化钛层的 厚度，可以获得仅仅由钛酸铁组成的颜料。

如果达到形成假板钛矿或钛铁矿所需的铁和钛的化学计量比，就是上 述这种情况。

另一方面，如果氧化铁的含量低于化学计量比，则获得内层为片状二 氧化钛、外层为钛酸铁的颜料。

如果需要本发明的颜料具有三层结构，即二氧化钛/钛酸铁/三氧化二 铁，或者五层结构，即二氧化钛/钛酸铁/三氧化二铁/钛酸铁/二氧化钛， 则沉积的二氧化钛片和氧化铁水合物层以及沉积的二氧化钛水合物层必需 具有最小的厚度。

优选地，二氧化钛水合物层或二氧化钛片的层厚度为40-200纳米， 特别是40-150纳米。

但是，更进一步地说，沉积的三氧化二铁层的厚度对三层或五层结构 也很重要。在每一种情况下，该厚度必需足以在煅烧和形成假板钛矿或钛 铁矿(在该操作过程中发生)之后使纯三氧化二铁层的厚度至少为15纳米， 优选地还厚度约15-50纳米，特别是约20-40纳米的涂层。

有关制备多层颜料的更详细的信息可以参见US4744832。

还可以对该颜料进行后涂覆或后处理，它们可以进一步提高该颜料对 光、气候和化学品的稳定性或有利于该颜料的操作各方面，特别是将其导 入到各种介质中。例如可能的后涂覆或后处理工艺可以是在DE2215191、 DE3151354、DE3235017或DE3334598中所说的工艺。由于本发明的颜料的 性能没有这些附加措施就已经非常好，因此，如果需要，这些物质(它们 也可以涂覆)可以占颜料总量的约0-5％，特别是0-3％重量。

本发明的颜料还可以用微溶的、可以牢固粘接的无机或有机着剂进 行涂覆。优选地采用淀颜料，特别是铝淀颜料。为此，可以沉积氢氧 化铝层并且在第二步中用淀颜料进行涂覆。在DE2429762和DE2928287 中更详细地描述了该方法。

另外优选的是用配合颜料，特别是氰基高铁酸盐配合物，例如普鲁士 兰或特恩布尔兰进行涂覆，例如在EP141173和DE2313332中所说。

本发明的颜料还可以用有机染料进行涂覆，特别是用酞菁染料或金属 酞菁染料和/阴丹士染料进行涂覆，如DE4009567中所述。为此，制备该颜 料在该染料溶液中的悬浮液然后将其与染料微溶或不可溶解的溶剂混合在 一起。

还可以采用金属硫化物或金属硫氢化物和碳黑来进行另外的涂覆。

本发明的颜料代表在珠光颜料中在厚度方面可以获得的最理想状态， 这是因为它仅仅由在光学上起作用的涂层组成，并且不存在通常是惯用的 载体材料，例如云母或玻璃片，这些材料对其光学作用没有作用。由于云 母的厚度的原因，云母原料的厚度通常比该功能涂层的厚度大25倍以下。 由此而在工业应用方面导致了固有的优点，这是任何其它常规的珠光颜料 所不能达到的。举例来说，可以以更薄的涂层进行涂覆并且可以减少所需 的颜料量，这是因为由不存在“填料”载体材料，该颜料更具光学活性。

采用下面的实施例来进一步描述本发明而不是要对它进行限制。 实施例1

将15克二氧化钛片(层厚度约为60nm)悬浮于200ml完全软化的水 (CDS水)中并将该悬浮液加热到75℃。

用10％盐酸将该悬浮液的pH值调整到3.0。在4小时内将75℃610 克10％三氯化铁水溶液加入，通过同时加入32％氢氧化钠溶液使pH值保 持不变。为了使沉淀完全，将该混合物在75℃下再搅拌45分钟。

然后将该混合物冷却到室温并将获得的棕红颜料过滤，用CDS水冲 洗直到没有盐，在100℃下干燥。最后将其在850℃下煅烧45分钟。由此 获得具有金干涉颜的假板钛矿铜红珠光颜料。 实施例2

将38克二氧化钛片悬浮于2000ml CDS水中并将该悬浮液加热到75 ℃。

用10％盐酸将该悬浮液的pH值调整到3.0。在5小时内将75℃770 克10％三氯化铁水溶液加入，通过同时加入32％氢氧化钠溶液使pH值保 持不变。为了使沉淀完全，将该混合物在75℃下再搅拌45分钟。

然后将该混合物冷却到室温并将获得的棕红颜料过滤，用CDS水冲 洗直到没有盐，在100℃下干燥。最后将其在850℃下煅烧45分钟。由此 获得由25％二氧化钛和75％假板钛矿组成的金珠光颜料。 实施例3 将20克在实施例2中制得的干燥颜料在750℃下在形成气体(N₂/H₂＝ 95/5)下在管式炉中煅烧3小时。由此获得具有钛铁矿结构的兰黑发光 颜料。 实施例4

将在实施例2中制得的干燥颜料在空气中在不低于700℃的温度下煅 烧。由此获得一种棕红颜料，它具有铜干涉并由二氧化钛内层、假板 钛矿层和赤铁矿外层组成。 实施例5

将30克二氧化钛片悬浮于2000ml CDS水中并将该悬浮液加热到75 ℃。

用10％盐酸将该悬浮液的pH值调整到3.0。在5小时内将75℃815 克10％三氯化铁水溶液加入，通过同时加入32％氢氧化钠溶液使pH值保 持不变。为了使沉淀完全，将该混合物在75℃下再搅拌30分钟。

在60分钟内将120ml四氯化钛溶液(400克TiCl₄/l)加入，在整个 加料过程中同时加入32％氢氧化钠溶液使pH值保持在2.2下不变。当加 料结束时，为了使沉淀完全，将该混合物在75℃下再搅拌30分钟。

然后将该混合物冷却到室温并将获得的棕红颜料过滤，用CDS水冲 洗直到没有盐，在100℃下干燥。最后将其在850℃下煅烧30分钟。由此 获得由二氧化钛内层、假板钛矿层和二氧化钛外层组成的金珠光颜料， 其具有红干涉。