本发明专利技术披露了一种具有氧化锰纳米颗粒包层的金色金属颜料和制造所述金色颜料的方法。所披露的包覆颜料包括小片形基材，施加至所述基材具有表面锚固基团的钝化层，和氧化锰纳米颗粒层。所述包覆颜料还包括包裹层或表面特性改性层。所披露的方法提供呈现明亮金色和有非常希望外观的真正金色的颜料，而没有由重金属所引起的环境问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及包覆颜料，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。
技术介绍
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。已经作了各种努力，开发具有真正金色的基于铝片的金色金属颜料的新技术，所述真正的金色是稳定的并且没有由于重金属所造成的环境方面的顾虑。例如，美国专利3,067,052披露了一种在含水碱金属高锰酸盐溶液中将氧化锰沉积到裸铝粉上的方法。不过，尽管可以获得金色，但铝和高锰酸盐离子之间的氧化还原反应导致了氢气和热量的释放，使得该工艺不适于工业规模化生产。此外，反应造成铝片的快速腐蚀，从而导致金属光泽的损失。欧洲专利申请0,806,457披露了利用硅氧层首先钝化铝片以及氧化锰层以产生金色金属颜料。不过，氧化锰层和硅氧层之间没有特定结合，因此颜色层易于被洗脱，从而导致失去金色。
技术实现思路
本专利技术披露了一种具有氧化锰纳米颗粒包覆的金色金属颜料和产生所述金色颜料的方法。在一个实施例中，所披露的包覆颜料包括小片形的金属反射核(metallic reflector core)，具有表面锚固基团施加至所述反射核的钝化层，和氧化锰纳米颗粒层。在另一实施例中，所披露的包覆颜料还包括包覆层或表面性质改性层。在一些示例中，钝化层可包括溶胶-凝胶金属氧化物或混合的溶胶-凝胶金属氧化物。在另一些示例中，钝化层可包括无机和/或有机混合层，或聚合层。在另一个示例中，钝化层所应用的表面锚固基团(anchoring group)是对着色纳米颗粒具有亲和性的官能团。在一种情况，所述官能团是胺基团(部分，moiety)。在另一些示例中，包覆层是溶胶-凝胶金属氧化物或聚合层。所述包覆层可被进一步表面官能化以便改性其表面特性。在所披露方法的一个实施例中，通过在室温下碱金属高锰酸盐水溶液和醇之间的原位氧化还原反应合成氧化锰纳米颗粒。所得到的氧化锰纳米颗粒随后通过胺锚固基团连接到基材上。在另一个实施例中，沉积的氧化锰纳米颗粒可通过热处理被进一步熔合成连续的涂层。-->所披露的方法提供表现出明亮金色的颜料，并且可易于改性以获得具有不同颜色深浅度的金色的颜料。不同于本领域已知的其它多层效果颜料，所披露包覆颜料的金色不会随观察角度而变换很大。该特征因此提供了非常希望的真正金色的外观。此外，由于所披露的包覆颜料不包括重金属例如铜和锌，可以避免失去光泽和环境问题。本文所披露的包覆颜料可适用于需要金色金属效果的各种系统，包括但不限于，涂料、油漆、印刷油墨、包括防伪油墨、塑料、陶瓷材料和化妆品配方。此外，所披露的颜料可被用作塑料的激光打标的掺杂剂。附图说明图1A-1F是所披露的包覆颜料的实施例的示意性表示。图2A是在热处理前一个MnO2纳米颗粒包覆的铝片的一角的电子扫描显微镜(SEM)图像(放大倍数为x 25K)。图2B是在热处理前多个MnO2纳米颗粒包覆的铝片的电子扫描显微镜(SEM)图像(放大倍数为x 1.5K)。图3是MnO2纳米颗粒包覆的铝片的透射电子显微镜(TEM)图像(放大倍数为x 100K)。图4A是经热处理的一个MnO2纳米颗粒包覆的铝片的一角的SEM图像(放大倍数为x 90K)。图4B是多个经热处理的MnO2纳米颗粒包覆的铝片的SEM图像(放大倍数为x 15K)。图5是经热处理的Mn本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种包覆颜料，所述包覆颜料包括：基材，所述基材具有锚固基团；和氧化锰纳米颗粒层，所述氧化锰纳米颗粒层包括氧化锰纳米颗粒，其中所包括的氧化锰纳米颗粒的量足以产生金色金属颜色，和所述氧化锰纳米颗粒通过所述锚固基团连接至所述基材。
【技术特征摘要】
2010.02.18 US 12/708,1541.一种包覆颜料，所述包覆颜料包括：基材，所述基材具有锚固基团；和氧化锰纳米颗粒层，所述氧化锰纳米颗粒层包括氧化锰纳米颗粒，其中所包括的氧化锰纳米颗粒的量足以产生金色金属颜色，和所述氧化锰纳米颗粒通过所述锚固基团连接至所述基材。2.根据权利要求1所述的包覆颜料，其中所述氧化锰纳米颗粒的量以所述基材的重量为基础按重量计在0.1-100％的范围内。3.根据权利要求1所述的包覆颜料，其中所述氧化锰纳米颗粒层具有窄分布的纳米颗粒尺寸和均匀沉积。4.根据权利要求3所述的包覆颜料，其中所述氧化锰纳米颗粒的直径在10-100nm之间。5.根据权利要求1所述的包覆颜料，其中所述包覆颜料还包括钝化层，并且所述锚固基团被设置在所述钝化层的表面上。6.根据权利要求5所述的包覆颜料，其中所述钝化层包括选自由金属氧化物、混合的金属氧化物、聚合物、和杂化聚合物纳米复合材料构成的组中的至少一种。7.根据权利要求1所述的包覆颜料，其中所述包覆颜料还包括包裹层。8.根据权利要求1所述的包覆颜料，其中所述包覆颜料还包括表面特性改性层。9.根据权利要求1所述的包覆颜料，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，林海晖，P·J·M·里克比，
申请(专利权)人：西尔伯莱恩制造公司，
类型：发明
国别省市：US
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