一种高亮度的颜料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种高亮度的颜料，该颜料包括芯材和外包覆层，所述芯材为1‑6层结构，包括一层平整的空气层，或者至少一层空气层和至少一层介电层和/或至少一层反射层的组合，所述芯材的总厚度为20‑1000nm，所述介电层的单层厚度为50‑300nm，所述反射层的单层厚度为20‑100nm，并且所述芯材的总厚度和所述介电层或所述反射层的单层厚度偏差不超过总厚度和相应层厚度的平均值的1％或5nm，所述外包覆层为2‑6层，所述外包覆层的总厚度为20‑1000nm，每层包覆层的厚度为10‑300nm。本发明专利技术的颜料可用于涂料、油墨、化妆品、彩妆中。

A high brightness pigment and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高亮度的颜料及其制备方法和用途本申请要求2018年6月29日提交的中国专利技术专利申请号201810698484.X(专利技术名称为同时具有高亮度、色纯度和遮盖效果的颜料及其制备方法)的优选权，该优先权文件的全部内容通过援引并入本文。
本专利技术涉及一种颜料，更具体地说，涉及一种高亮度的颜料及其制备方法和用途。
技术介绍
珠光颜料具有丰富多彩的颜色，可以满足多种行业的应用需求。随着使用范围的进一步扩大以及使用场合的进一步扩展，也对珠光颜料提出了更加严格的要求。对于普通的珠光颜料一般亮度和遮盖力是两项矛盾的性质，若粉体的遮盖力好，一般亮度就较差，反之亦反，因此就提出了同时具有较好的遮盖和亮度的要求，但是因为对于普通的珠光颜料使用的是研磨的片状材料作为基材再进行气相或液相的包覆，造成两项性能不能兼顾。光学理论已经证明具有特定厚度的三层结构如二氧化钛/二氧化硅/二氧化钛可以获得具有变色效果的颜料；同样的若使用具有一致厚度的片状材料作为基材充当上述三层结构中的低折射率层如二氧化硅层，则可以使用湿化学方法包覆单层即可获得变色效果的珠光颜料。如对于默克珠光颜料T10-01等系列产品就是在平整的厚度均匀的二氧化硅层上包覆单层二氧化钛获得的变色颜料；而对于厚度不均匀的基材、如通过研磨技术获得的云母等片状材料，因为其基材厚度具有较宽的厚度分布的特点，通过单层包覆并不能获得具有明显随角异色性的颜料，在这种厚度不均匀的材料上要获得具有明显变色效果的颜料，必须进行三层具有高折射率/低折射率/高折射率材料的包覆才能都获得。物理气相沉积(PVD)方法获得各种光学效果的材料已经在很多行业广泛使用，使用PVD方法可以方便的获得各层厚度可以精确控制的多层结构颜料，使用PVD方法获得的OpticallyVariablePigments(OVP)效果颜料也被广泛的应用在证券、钱币等需要高级别防伪的场合，例如在我国的人民币100元和50元的光变防伪中就是类似的技术，其结构具有5层对称结构：半吸收层/介质层/反射层/介质层/半吸收层[相关专利US4779898、US5059245、ZL02816899.2]，因为其吸收层的存在使得粉体具有非常好的遮盖力；为了获得更好的颜色效果，一般可采用更多的层数的结构，如中国专利201510632169.3，为了获得纯红色光学变色防伪颜料，采用了7+2(n)层的结构，一般结构是具有中心反射层、第一介质层、第一半吸收层、第二介质层、第二半吸收层……的结构，通过特定设计的这种可以进一步消除杂色的干扰，获得更加纯正的红色。另外，使用PVD工艺采用高低折射率依次沉积获得的具有特定组成和厚度的颜料具有更宽的变色范围，在此平整的层和均匀的层厚对粉体的最终颜色效果起到至关重要的作用。对于单纯使用PVD工艺制备的颜料，其工艺一般是在特定的温度和压力下将待沉积物气化，之后再在特定的沉积条件下沉积，最终经过脱膜、粉碎、分级等程序获得最终产物，之后可以再进行一些表面处理以改善其亲水亲油等表面性质，一般这些表面处理是不改变原有PVD工艺制备颜料的组成和结构，其目的不是除去某层或改变某层的结构；也不是为了处理获得平整的空气层的；在以上结构的PVD制备的颜料层结构中，沉积的各层之间是紧密相连以保证颜料的结构稳定性，在这个结构中是不可能存在独立的平整的空气层的；因为若存在空气层，相当于空气层两侧是相互分离的，相互分离的层结构是不能保留原来的包含空气层的层结构的；而且在空气层两侧部分分开之后，在分开的两部分颜料层结构中空气层就又变得不存在了。对于单纯使用PVD工艺制备的颜料来说，其制备工艺决定了该颜料少有游离物的存在，即使粉体颗粒较小也不会造成颜料亮度的明显下降，而且颜料各层平整程度较高、色纯度、亮度较好。但是该颜料是采用PVD工艺制备后再进行粉碎等处理获得，使得颜料一般会存在裸露的金属层，对于反射层或半吸收层，可能会受到空气、水、酸、碱或者硫化物等的作用而在存储或使用过程中造成亮度的下降。特别是对于含有铝层的颜料在水性体系中使用会有发气等现象影响其使用。根据干涉颜料原理，相邻层的折射率差别越大，颜色效果会越好、色纯度越高。现在已知的材料中空气可被认为是折射率最低的物质，因此若能在层结构中引入空气层将会改善颜料的效果，提高颜料亮度。但是对于PVD制备的颜料，颜料中各层是平行排列且相互接触的，不可能在结构中引入平整的空气层以获得特殊的效果(可能因为制备原因在粉体的部分层与层的界面区域存在空心的部分，造成两侧的粉体没有接触，但是该区域并不是具有平整层意义的空气层，且此时层与层的大部分的区域是相互连接在一起以保证颜料的结构的物理稳定性的，因此在PVD工艺制备的粉体是不可能存在完整的平整空气层的。而且对于前述专利中提到的颜料一般都要有反射层、介电层和半吸收层组成，而对于仅有反射层和/或介电层作为基材再进行湿化学包覆没有涉及。因为PVD方法获得的基材其表面可以更加平整，厚度可以更加准确的控制，若以特定设计的层结构的PVD工艺特定设计的层结构的制备的材料作为基材再采用特定的工艺进行湿化学包覆，将空气层引入颜料层结构中，可以赋予制备颜料新的效果。对于云母基材类珠光颜料，因为使用研磨的云母等为原料，其表面的台阶会造成光的散射，且云母厚度存在明显的厚度分布，甚至对于单片来说也会有明显的厚度分布，细粒径的基材对光的散射会更加明显。为了获得更好的遮盖力，一般需要提高光的散射，因此一般选择粒径较小的材料，但是粒径较小其色纯度和闪烁效果会因为光的散射而大大折扣。而对于大粒径的基材、其遮盖会较差，为了同时达到遮盖和亮度目的，一般需要在材料中加入高吸收率或高反射层来改善。如以铝片作为基材，在其上包覆二氧化硅保护铝层，再在其上包覆高折射率的氧化铁，获得在较大的粒径的条件下具有较强遮盖力的颜料。对于以玻璃基材制备的珠光颜料，因为玻璃基材的透明性较云母基材更好，且不存在台阶等情况，且单片基材的厚度分布较均匀，因此制备的颜料的色纯度较云母基材更高，但是因为其玻璃基材的厚度分布较宽，这也造成单层包覆一般不能获得明显具有变色效果的颜料，而采用PVD方法制备的基材，可以严格地控制其厚度，比普通的使用涂敷方法制备的基材厚度的控制更加集中，可以获得普通厚度分布基材所不能获得的颜色效果。对于折射率，真空或空气是最小的，若能在颜料中引入低折射率的空气层，也能获得更加优异的颜色效果。但是对于现有的PVD制备工艺，并不存在在其中引入空气层结构的条件。而通过特殊的处理获得空气层(空心层)可以改善颜色效果。美国专利US5611851公开的专利中使用磷酸等对珠光颜料进行处理，除去部分云母基材，获得部分空心结构的颜料，一定程度的改变了颜色效果。但是因为天然云母研磨获得的基材固有存在的台阶等不平整性，且只能除去部分的基材，这都造成不能获得平整的空气层，而只能一定程度上获得形状不规则的空腔结构，使得空气层作为层结构的效果不能充分发挥出来，影响了特殊颜色效果的展示和发挥。因此我们通过将PVD的基材前体进行一定条件下的包覆，再改变条件除去芯材前体的特定层从而引入空气层，将会对现有颜料性能进一步的提升。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供可同时具有高亮度、高色纯度和高遮盖力效果的颜料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高亮度的颜料，该颜料包括芯材和外包覆层，其特征在于，所述芯材为1‑6层结构，包括一层平整的空气层，或者至少一层平整的空气层和至少一层介电层和/或至少一层反射层的组合；所述芯材的总厚度为20‑1000nm，所述介电层的单层厚度为，所述反射层的单层厚度为20‑100nm，并且所述芯材的总厚度和所述介电层或所述反射层的单层厚度偏差不超过总厚度和相应层厚度的平均值的1％或5nm，所述外包覆层为2‑6层，所述外包覆层的总厚度为20‑1000nm，每层包覆层的厚度为10‑300nm。

【技术特征摘要】
2018.06.29 CN 201810698484X1.一种高亮度的颜料，该颜料包括芯材和外包覆层，其特征在于，所述芯材为1-6层结构，包括一层平整的空气层，或者至少一层平整的空气层和至少一层介电层和/或至少一层反射层的组合；所述芯材的总厚度为20-1000nm，所述介电层的单层厚度为，所述反射层的单层厚度为20-100nm，并且所述芯材的总厚度和所述介电层或所述反射层的单层厚度偏差不超过总厚度和相应层厚度的平均值的1％或5nm，所述外包覆层为2-6层，所述外包覆层的总厚度为20-1000nm，每层包覆层的厚度为10-300nm。2.根据权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述介电层的材料选自SiO2、MgF2、Al2O3、AlF3、NaAlF6、BaF2、NdF3、CaF2、LiF、ZnS、CoS、MnS、FeS、CuS中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述反射层选自银、铜、金、钛、钽、铌、铬、镍中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述外包覆层中，靠近所述芯材的外包覆层为第一外包覆层；包覆在所述第一外包覆层上的外包覆层为第二外包覆层，依次类推，其中所述第一外包覆层选自二氧化硅和/或三氧化二铝；第二外包覆层和其余外包覆层的材料各自选自TiO2，Fe2O3，TiFe2O5，Fe3O4，BiOCl，Cr2O3，ZrO2，ZnO，SnO2，CoO，Co3O4，VO2，V2O3，钛酸铁，Ti2O3，钒酸铋，铝酸钴中的一种或多种。5.根据权利要求1-4任一项所述的颜料，其特征在于，所述芯材为3-6层结构，包括平整的空气层和介电层，并且所述平整的空气层和所述介电层交替分布。6.根据权利要求5所述颜料，其特征在于，所述芯材为3层结构，包括一层平整的空气层和两层二氧化硅，所述一层平整的空气层位于所述两层二氧化硅之间。7.根据权利要求5所述颜料，其特征在于，所述芯材为3层结构，包括一层二氧化硅层和2层平整的空气层，所述二氧化硅层位于所述2层平整的空气层之间。8.一种高亮度的颜料的制备方法，其特征在于，该方法包括步骤：1)芯材前体的制备：1.1)提供超光滑抛光的不锈钢底衬或玻璃作为底衬；1.2)使用PVD方法在所述底衬上沉积一层可剥离隔离层，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：林一中，王振兴，
申请(专利权)人：林一中，
类型：发明
国别省市：浙江,33