DE102015112412A1 - The color non-altering multi-layer structures and protective coating thereon - Google Patents
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Abstract
Ein Omnidirektionales Interferenzpigment mit einer schützenden Beschichtung. Das Pigment weist eine erste Schicht aus einem ersten Material und eine zweite Schicht aus einem zweiten Material auf, wobei sich die zweite Schicht über der ersten Schicht erstreckt. Außerdem reflektiert das Pigment ein Band elektromagnetischer Strahlung mit einer vorgegebenen vollen Halbwertsbreite (full width half maximum, FWHM) von weniger als 300 nm und einer vorgegebenen Farbverschiebung von weniger als 30°, wenn das Pigment einer breitbandigen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird und aus Winkeln zwischen 0 und 45° betrachtet wird. Das Pigment weist eine wetterbeständige Beschichtung auf, die seine Außenfläche bedeckt und eine relative photokatalytische Aktivität des Pigments um mindestens 50% verringert.An omnidirectional interference pigment with a protective coating. The pigment comprises a first layer of a first material and a second layer of a second material, wherein the second layer extends over the first layer. In addition, the pigment reflects a band of electromagnetic radiation having a predetermined full width half maximum (FWHM) of less than 300 nm and a predetermined color shift of less than 30 ° when the pigment is exposed to broad band electromagnetic radiation and from angles between 0 and 45 ° is considered. The pigment has a weather resistant coating which covers its outer surface and reduces a relative photocatalytic activity of the pigment by at least 50%.
Description
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Die vorliegende Anmeldung ist eine Teil-Fortsetzung (continuation-in-part, CIP) der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/242,429, eingereicht am 1. April 2014, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 23. Dezember 2013 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/138,499 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am B. Juni 2013 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/913,402 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 6. Februar 2013 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/760,699 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 10. August 2012 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/572,071 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 5. Februar 2011 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/021,730 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 4. Juni 2010 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/793,772 ist (US-Patent 8,736,959), die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 18. Februar 2009 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/388,395 (US-Patent 8,749,881) ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 12. August 2007 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/837,529 (US-Patent 7,903,339) ist. Die am B. Juni 2013 eingereichte US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/913,402 ist eine CIP-Anmeldung der am 26. Januar 2011 eingereichten 13/014,398, die eine CIP-Anmeldung der am 4. Juni 2010 eingereichten 12/793,772 ist. Die am 26. Januar 2011 eingereichte US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/014,398 ist eine CIP-Anmeldung der am 13. Januar 2010 eingereichten 12/686,861 (US-Patent 8,593,728), die eine CIP-Anmeldung der am 19. Februar 2009 eingereichten 12/389,256 (US-Patent 8,329,247) ist; alle sind durch Bezugnahme hierin aufgenommen.The present application is a continuation-in-part (CIP) of U.S. Patent Application Serial No. 14 / 242,429, filed April 1, 2014, which in turn is a CIP application of US Patent Application Serial No. 14 / 138,499, which in turn is a CIP application of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 913,402 filed on Jun. 8, 2013, which in turn filed a CIP application of U.S. Patent Application filed on Feb. 6, 2013 Serial No. 13 / 760,699, which in turn is a CIP application of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 572,071, filed on August 10, 2012, which in turn is a CIP application of U.S. Patent Application Serial No. 5 filed on Feb. 5, 2011 No. 13 / 021,730, which in turn is a CIP application of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 793,772, filed June 4, 2010 (US Pat. No. 8,736,959), which in turn filed a CIP application filed on Feb. 18,2002 009 filed US Patent Application Serial No. 12 / 388,395 (US Pat. No. 8,749,881), which in turn is a CIP application of US Patent Application Serial No. 11 / 837,529 filed on August 12, 2007 (US Pat. No. 7,903,339). U.S. Patent Application Serial No. 13 / 913,402, filed on Jun. 28, 2013, is a CIP application of 13 / 014,398 filed Jan. 26, 2011, which is a CIP application of 12 / 793,772 filed June 4, 2010. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 014,398, filed January 26, 2011, is a CIP application of 12 / 686,861 filed on January 13, 2010 (U.S. Patent No. 8,593,728), which filed a CIP application filed on Feb. 19, 2009 12 / 389,256 (U.S. Patent 8,329,247); all are incorporated herein by reference.
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft mehrschichtige Dünnfilmstrukturen, auf denen schützende Beschichtungen liegen, und insbesondere mehrschichtige Dünnfilmstrukturen mit einer schützenden Beschichtung, die eine minimale oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung zeigen, wenn sie einer breitbandigen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt und aus verschiedenen Winkeln betrachtet werden.The present invention relates to multilayer thin film structures bearing protective coatings and, more particularly, to multilayer thin film structures having a protective coating which exhibit minimal or imperceptible color shift when exposed to broad band electromagnetic radiation and viewed from various angles.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Pigmente, die aus mehrschichtigen Strukturen bestehen, sind bekannt. Außerdem sind auch Pigmente bekannt, die eine hoch-gesättigte omnidirektionale Struktur- bzw. Interferenzfarbe zeigen oder bewirken. Allerdings benötigen solche Pigmente des Standes der Technik immerhin 39 Dünnfilmschichten, um gewünschte Farbeigenschaften zu erhalten.Pigments consisting of multilayer structures are known. In addition, pigments are also known which show or cause a highly saturated omnidirectional structure or interference color. However, such prior art pigments require at least 39 thin film layers to obtain desired color properties.
Man beachte, dass Kosten, die im Zusammenhang mit der Produktion von mehrschichtigen Dünnfilmpigmenten entstehen, proportional sind zu der Anzahl der benötigten Schichten. Somit können die Kosten im Zusammenhang mit der Produktion von hochgesättigten omnidirektionalen Strukturfarben unter Verwendung von mehrschichtigen Stapeln dielektrischer Materialien untragbar sein. Daher besteht ein Bedarf an einer omnidirektionalen Strukturfarbe mit hoher Chrominanz, die eine minimale Anzahl von Dünnfilmschichten erfordert.Note that costs associated with the production of multilayer thin film pigments are proportional to the number of layers required. Thus, the cost associated with the production of highly saturated omnidirectional structural inks using multilayer stacks of dielectric materials may be prohibitive. Therefore, there is a need for a high chrominance omnidirectional feature color that requires a minimum number of thin film layers.
Außerdem weiß man, dass Pigmente verblassen können, ihre Farbe ändern können usw., wenn sie Sonnenlicht und insbesondere ultraviolettem Licht ausgesetzt werden. Somit besteht auch ein Bedarf an einem omnidirektionalen Interferenzpigment mit hoher Chrominanz, das wetterbeständig ist.In addition, it is known that pigments can fade, change color, etc. when exposed to sunlight, and especially ultraviolet light. Thus, there is also a need for a high chrominance omnidirectional interference pigment which is weather resistant.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es wird ein omnidirektionales Interferenzpigment geschaffen, das eine schützende Beschichtung aufweist. Das Pigment weist eine erste Schicht aus einem ersten Material und eine zweite Schicht aus einem zweiten Material auf, wobei sich die zweite Schicht über der ersten Schicht erstreckt. Außerdem reflektiert das Pigment ein Band elektromagnetischer Strahlung mit einer vorgegebenen vollen Halbwertsbreite (full width half maximum, FWHM) von weniger als 300 nm und einer vorgegebenen Farbverschiebung von weniger als 30°, wenn das Pigment einer breitbandigen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird und aus Winkeln zwischen 0 und 45° betrachtet wird. Ebenso weist das Pigment eine wetterbeständige Beschichtung auf, die seine Außenfläche bedeckt und eine relative photokatalytische Aktivität des Pigments um mindestens 50% verringert.An omnidirectional interference pigment is provided which has a protective coating. The pigment comprises a first layer of a first material and a second layer of a second material, wherein the second layer extends over the first layer. In addition, the pigment reflects a band of electromagnetic radiation having a predetermined full width half maximum (FWHM) of less than 300 nm and a predetermined color shift of less than 30 ° when the pigment is exposed to broad band electromagnetic radiation and from angles between 0 and 45 ° is considered. Similarly, the pigment has a weather resistant coating which covers its outer surface and reduces a relative photocatalytic activity of the pigment by at least 50%.
Die wetterbeständige Beschichtung kann eine Oxidschicht aufweisen, und die Oxidschicht kann ausgewählt sein aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid und/oder Ceroxid. Außerdem kann die wetterbeständige Beschichtung eine erste Oxidschicht und eine zweite Oxidschicht beinhalten, wobei sich die zweite Oxidschicht von der ersten Oxidschicht unterscheidet. Ferner kann die zweite Oxidschicht eine Hybridoxidschicht sein, die eine Kombination aus mindestens zwei verschiedenen Oxidschichten ist. Schließlich enthält das Pigment selbst, d. h. das Pigment ohne die schützende Beschichtung, keine Oxidschicht. The weather resistant coating may comprise an oxide layer and the oxide layer may be selected from silica, alumina, zirconia, titania and / or ceria. In addition, the weather resistant coating may include a first oxide layer and a second oxide layer, wherein the second oxide layer is different from the first oxide layer. Furthermore, the second oxide layer may be a hybrid oxide layer which is a combination of at least two different oxide layers. Finally, the pigment itself, ie the pigment without the protective coating, contains no oxide layer.
Es wird auch ein Verfahren zum Produzieren von omnidirektionalen, farbigen Interferenzpigmenten, die eine schützende Beschichtung aufweisen, offenbart. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung einer Mehrzahl von Pigmentteilchen mit einer Struktur und mit Eigenschaften wie oben angegeben, und das Suspendieren der Mehrzahl von Pigmentteilchen in einer ersten Flüssigkeit, um eine Pigmentsuspension zu bilden. Außerdem wird ein Oxidpräkursor geschaffen, der eine zweite Flüssigkeit und ein oxidbildendes Element wie Silicium, Aluminium, Zirconium, Titan oder Cer bildet. Die Pigmentsuspension und der Oxidpräkursor werden gemischt und haben eine Abscheidung einer wetterbeständigen Oxidbeschichtung auf der Mehrzahl von Pigmentteilchen zur Folge, wobei die Beschichtung eine relative photokatalytische Aktivität der Pigmentteilchen um mindestens 50% verringert.There is also disclosed a method of producing omnidirectional colored interference pigments having a protective coating. The method includes providing a plurality of pigment particles having a structure and properties as indicated above, and suspending the plurality of pigment particles in a first liquid to form a pigment suspension. In addition, an oxide precursor is provided which forms a second liquid and an oxide-forming element such as silicon, aluminum, zirconium, titanium or cerium. The pigment suspension and the oxide precursor are mixed and result in deposition of a weather resistant oxide coating on the plurality of pigment particles, which coating reduces a relative photocatalytic activity of the pigment particles by at least 50%.
In manchen Fällen ist die erste Flüssigkeit ein erstes organisches Lösungsmittel und die zweite Flüssigkeit ist ein zweites organisches Lösungsmittel. Außerdem können das erste und das zweite organische Lösungsmittel organische polare Lösungsmittel sein wie n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, Ethanol, n-Butanol und Aceton. In anderen Fällen können das erste organische Lösungsmittel und das zweite organische Lösungsmittel organische polare protische Lösungsmittel sein.In some cases, the first liquid is a first organic solvent and the second liquid is a second organic solvent. In addition, the first and second organic solvents may be organic polar solvents such as n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, ethanol, n-butanol and acetone. In other cases, the first organic solvent and the second organic solvent may be organic polar protic solvents.
Was den Oxidvorläufer betrifft, so kann das oxidbildende Element Silicium in Form von Tetraethoxysilan vorliegen, das oxidbildende Element Aluminium kann in Form von Aluminiumsulfat und/oder Aluminium-tri-sek-butoxid vorliegen, das oxidbildende Element Zirconium kann in Form von Zirconiumbutoxid vorliegen, das oxidbildende Element Cer kann in Form von Cernitrathexahydrat und/oder Cersulfat vorliegen, und das oxidbildende Element Titan kann in Form von Titanethoxid und/oder Titanisopropoxid und/oder Titanbutoxid vorliegen.As regards the oxide precursor, the oxide-forming element may be silicon in the form of tetraethoxysilane, the oxide-forming element aluminum may be in the form of aluminum sulfate and / or aluminum tri-sec-butoxide, the oxide-forming element zirconium may be in the form of zirconium butoxide Oxide-forming element Cer may be in the form of cerium nitrate hexahydrate and / or ceric sulfate, and the oxide-forming element titanium may be in the form of titanium ethoxide and / or titanium isopropoxide and / or titanium butoxide.
In anderen Fällen ist die erste Flüssigkeit eine erste wässrige Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit ist eine zweite wässrige Flüssigkeit. Außerdem kann das oxidbildende Element Silicium in Form von Natriumsilicat vorliegen, das oxidbildende Element Aluminium kann in Form von Aluminiumsulfat und/oder Aluminiumsulfathydrat und/oder Natriumaluminat vorliegen, das oxidbildende Element Zirconium kann in Form von Zirconylchloridoctahydrat vorliegen, das oxidbildende Element Cer liegt in Form von Cernitrathexahydrat vor und das oxidbildende Element Titan kann in Form von Titantetrachlorid vorliegen.In other cases, the first liquid is a first aqueous liquid and the second liquid is a second aqueous liquid. In addition, the oxide-forming element may be silicon in the form of sodium silicate, the oxide-forming element aluminum may be in the form of aluminum sulphate and / or aluminum sulphate hydrate and / or sodium aluminate, the oxide-forming element zirconium may be in the form of zirconyl chloridoctahydrate, the oxide-forming element cerium may be in the form of Cernitrathexahydrat before and the oxide-forming element titanium may be present in the form of titanium tetrachloride.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Es wird eine omnidirektionale Struktur- bzw. Interferenzfarbe geschaffen. Die omnidirektionale Strukturfarbe hat die Form eines mehrschichtigen Dünnfilms (hierin auch als Mehrschichtstapel bezeichnet), der ein schmales Band einer elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Spektrum reflektiert und eine kleine oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung aufweist, wenn der mehrschichtige Dünnfilm aus Winkeln zwischen 0 bis 45 Grad betrachtet wird. Der mehrschichtige Dünnfilm kann als Pigment in einer Lackzusammensetzung, als kontinuierlicher Dünnfilm auf einer Struktur und dergleichen verwendet werden.An omnidirectional structure or interference color is created. The omnidirectional structure color is in the form of a multilayer thin film (also referred to herein as a multilayer stack) which reflects a narrow band of electromagnetic radiation in the visible spectrum and has little or no discernible color shift when the multilayer thin film is viewed from angles between 0 to 45 degrees , The multilayer thin film can be used as a pigment in a paint composition, as a continuous thin film on a pattern, and the like.
Der mehrschichtige Dünnfilm beinhaltet einen Mehrschichtstapel, der eine erste Schicht und eine zweite, über der ersten Schicht liegende Schicht aufweist. In manchen Fällen reflektiert der Mehrschichtstapel ein schmales Band der elektromagnetischen Strahlung, das eine FWHM von weniger als 300 nm, vorzugsweise weniger als 200 nm und in manchen Fällen weniger als 150 nm aufweist. Der mehrschichtige Dünnfilm weist außerdem eine Farbverschiebung von weniger als 50 nm, vorzugsweise weniger als 40 nm und stärker bevorzugt weniger als 30 nm auf, wenn der Mehrschichtstapel breitbandiger elektromagnetischer Strahlung, z. B. weißem Licht, ausgesetzt und aus Winkeln zwischen 0 und 45 Grad betrachtet wird. Außerdem könnte der Mehrschichtstapel ein separates reflektiertes Band elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich und/oder im IR-Bereich aufweisen.The multilayer thin film includes a multilayer stack having a first layer and a second layer overlying the first layer. In some cases, the multilayer stack reflects a narrow band of electromagnetic radiation having an FWHM of less than 300 nm, preferably less than 200 nm, and in some cases less than 150 nm. The multilayer thin film also has a color shift of less than 50 nm, preferably less than 40 nm, and more preferably less than 30 nm, when the multilayer stack of broad band electromagnetic radiation, e.g. B. white light, exposed and viewed from angles between 0 and 45 degrees. In addition, the multilayer stack could have a separate reflected band of electromagnetic radiation in the UV range and / or in the IR range.
Die Gesamtdicke des Mehrschichtstapels ist geringer als 2 μm, vorzugsweise geringer als 1,5 μm und noch stärker bevorzugt geringer als 1,0 μm. Somit kann der Mehrschichtstapel als Lackpigment in Dünnfilm-Lacküberzügen verwendet werden.The total thickness of the multilayer stack is less than 2 μm, preferably less than 1.5 μm, and even more preferably less than 1.0 μm. Thus, the multilayer stack can be used as a paint pigment in thin film paint coatings.
Die ersten und zweiten Schichten können aus dielektrischem Material bestehen, oder alternativ dazu kann bzw. können die erste und/oder die zweite Schicht aus einem absorbierenden Material bestehen. Absorbierende Materialien beinhalten selektive absorbierende Materialien wie Cu, Au, Zn, Sn, Legierungen davon und dergleichen, oder als Alternative bunte dielektrische Materialien wie Fe2O3, Cu2O, Kombinationen davon und dergleichen. Das absorbierende Material kann auch ein nicht-selektives absorbierendes Material sein wie Cr, Ta, W, Mo, Ti, Ti-Nitrid, Nb, Co, Si, Ge, Ni, Pd, V, Eisenoxide, Kombinationen oder Legierungen davon und dergleichen. Die Dicke einer absorbierenden Schicht, die aus selektivem absorbierendem Material besteht, liegt zwischen 20 bis 80 nm, während die Dicke einer absorbierenden Schicht, die aus nicht-selektivem absorbierendem Material besteht, zwischen 5 bis 30 nm liegt.The first and second layers may be made of dielectric material or, alternatively, the first and / or the second layer may be made of an absorbent material. Absorbent materials include selective absorbing materials such as Cu, Au, Zn, Sn, alloys thereof, and the like, or alternatively, colorful dielectric materials such as Fe 2 O 3 , Cu 2 O, combinations thereof, and the like. The absorbent material may also be a non-selective absorbent material such as Cr, Ta, W, Mo, Ti, Ti-nitride, Nb, Co, Si, Ge, Ni, Pd, V, iron oxides, combinations or alloys thereof and the like. The thickness of an absorbent layer consisting of selective absorbent material is between 20 to 80 nm, while the thickness of an absorbent layer consisting of non-selective absorbent material is between 5 to 30 nm.
Der Mehrschichtstapel kann auch eine Reflektorschicht beinhalten, über der sich die erste Schicht und die zweite Schicht erstrecken, die Reflektorschicht kann aus Metallen wie Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, Legierungen davon und dergleichen bestehen. Die Reflektorschicht weist in der Regel eine Dicke zwischen 30 bis 200 nm auf.The multilayer stack may also include a reflector layer over which the first layer and the second layer extend, the reflector layer may be made of metals such as Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, alloys thereof and the like. The reflector layer generally has a thickness between 30 and 200 nm.
Der Mehrschichtstapel kann ein schmales Band von reflektierter elektromagnetischer Strahlung aufweisen, welches die Form eines symmetrischen Peaks innerhalb des sichtbaren Spektrums aufweist. Als Alternative kann das schmale reflektierte Band der elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Spektrum so an den UV-Bereich angrenzen, dass ein Teil des reflektierten Bandes der elektromagnetischen Strahlung, d. h. der UV-Teil, für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Als Alternative kann das reflektierte Band der elektromagnetischen Strahlung einen Teil im IR-Bereich aufweisen, so dass der IR-Teil für das menschliche Auge ebenfalls nicht sichtbar ist.The multilayer stack may comprise a narrow band of reflected electromagnetic radiation having the shape of a symmetrical peak within the visible spectrum. Alternatively, the narrow reflected band of electromagnetic radiation in the visible spectrum may be so adjacent to the UV region that a portion of the reflected band of electromagnetic radiation, ie the UV part, is not visible to the human eye. Alternatively, the reflected band of electromagnetic radiation may have a part in the IR region, so that the IR part is also not visible to the human eye.
Ob das reflektierte Band der elektromagnetischen Strahlung, das im sichtbaren Spektrum liegt, nun an den UV-Bereich oder den IR-Bereich angrenzt oder einen symmetrischen Peak innerhalb des sichtbaren Spektrums aufweist – die hierin offenbarten mehrschichtigen Dünnfilme weisen ein schmales Band der reflektierten elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Spektrum auf, das eine niedrige, kleine oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung aufweist. Die niedrige oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung kann die Form einer geringen Verschiebung einer Zentralwellenlänge für ein schmales reflektiertes Band der elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Als Alternative kann die niedrige oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung die Form einer geringen Verschiebung eines UV-seitigen Randes oder eines IR-seitigen Randes eines reflektierten Bandes der elektromagnetischen Strahlung, das an den IR-Bereich bzw. den UV-Bereich angrenzt, aufweisen. Eine solche geringe Verschiebung einer Zentralwellenlänge, eines UV-seitigen Randes und/oder eines IR-seitigen Randes beträgt in der Regel weniger als 50 nm, in manchen Fällen weniger als 40 nm und in anderen Fällen weniger als 30 nm, wenn man den mehrschichtigen Dünnfilm aus Winkeln zwischen 0 und 45 Grad betrachtet.Whether the reflected band of electromagnetic radiation lying in the visible spectrum now adjoins the UV or IR region or has a symmetric peak within the visible spectrum - the multilayer thin films disclosed herein have a narrow band of reflected electromagnetic radiation in the visible spectrum that has a low, small or imperceptible color shift. The low or imperceptible color shift may be in the form of a slight shift of center wavelength for a narrow reflected band of electromagnetic radiation. Alternatively, the low or imperceptible color shift may take the form of a slight shift of a UV-side edge or an IR-side edge of a reflected band of electromagnetic radiation adjacent to the IR region and the UV region, respectively. Such a small shift of a center wavelength, a UV-side edge and / or an IR-side edge is typically less than 50 nm, in some cases less than 40 nm and in other cases less than 30 nm when using the multilayer thin film viewed from angles between 0 and 45 degrees.
Außerdem kann die omnidirektionale Strukturfarbe in Form eines mehrschichtigen Dünnfilms in Form einer Mehrzahl von Pigmentteilchen vorliegen, die eine schützende Beschichtung aufweisen. Somit wird ein wetterbeständiges Pigment geschaffen. Die schützende Beschichtung kann eine oder mehrere Oxidschichten beinhalten, durch welche die relative photokatalytische Aktivität der Pigmentteilchen verringert wird. Die Oxidschicht kann jede beliebige Oxidschicht sein, die dem Fachmann bekannt ist, und beinhaltet beispielsweise eine Siliciumoxidschicht, eine Aluminiumoxidschicht, eine Zirconiumoxidschicht, eine Titanoxidschicht, eine Ceroxidschicht, Kombinationen davon und dergleichen. In manchen Fällen beinhaltet die schützende Beschichtung eine erste Oxidschicht und eine zweite Oxidschicht. Außerdem kann bzw. können die erste Oxidschicht und/oder die zweite Oxidschicht eine Hybridoxidschicht sein, d. h. eine Oxidschicht, die eine Kombination aus zwei verschiedenen Oxiden ist. Ebenso, und wie oben angegeben, kann das Pigment an sich die Form eines mehrschichtigen Dünnfilms haben, der keine Oxidschicht aufweist.In addition, the omnidirectional structural paint may be in the form of a multi-layered thin film in the form of a plurality of pigment particles having a protective coating. Thus, a weather resistant pigment is created. The protective coating may include one or more oxide layers which reduce the relative photocatalytic activity of the pigment particles. The oxide layer may be any oxide layer known to those skilled in the art and includes, for example, a silicon oxide layer, an aluminum oxide layer, a zirconium oxide layer, a titanium oxide layer, a ceria layer, combinations thereof, and the like. In some cases, the protective coating includes a first oxide layer and a second oxide layer. In addition, the first oxide layer and / or the second oxide layer may be a hybrid oxide layer, i. H. an oxide layer that is a combination of two different oxides. Likewise, and as stated above, the pigment per se may be in the form of a multi-layered thin film which does not have an oxide layer.
Ein Verfahren zum Produzieren eines omnidirektionalen Interferenzpigments könnte die Verwendung einer Säure, einer sauren Verbindung, einer sauren Lösung und dergleichen beinhalten. Anders ausgedrückt könnte die Mehrzahl von omnidirektionalen Interferenzpigmentteilchen in einer sauren Lösung behandelt werden. Zusätzliche Lehren und Einzelheiten des omnidirektionalen Interferenzpigments und ein Verfahren zur Herstellung des Pigments werden später im vorliegenden Dokument erörtert.A method of producing an omnidirectional interference pigment could involve the use of an acid, an acidic compound, an acidic solution, and the like. In other words, the plurality of omnidirectional interference pigment particles could be treated in an acidic solution. Additional teachings and details of the omnidirectional interference pigment and method of making the pigment will be discussed later in this document.
Es wird auf
Im scharfen Gegensatz dazu zeigt
Was die vorliegende Erfindung betrifft, so werden drei Generationen bzw. Stufen der Auslegung und der Herstellung von omnidirektionalen Interferenzdünnfilmen offenbart. As for the present invention, three generations of the design and manufacture of omnidirectional interference thin films are disclosed.
Erste GenerationFirst generation
Es wird nun auf
Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, ist eine Methode oder Herangehensweise zur Auslegung und Herstellung eines gewünschten Mehrschichtstapels die folgende.Without wishing to be bound by theory, one method or approach for designing and producing a desired multilayer stack is as follows.
Wenn elektromagnetische Strahlung auf eine Materialoberfläche trifft, können Wellen der Strahlung von dem Material reflektiert werden oder durch das Material durchgelassen werden. Wenn elektromagnetische Strahlung in dem Winkel θ0 auf das erste Ende
Was das omnidirektionale Reflexionsvermögen betrifft, so verlangt eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für den TE-Modus und den TM-Modus der elektromagnetischen Strahlung, dass der maximale Brechungswinkel (θH,MAX) innerhalb der ersten Schicht kleiner ist als der Brewster-Winkel (θB) an der Grenzschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Falls die Bedingung nicht erfüllt ist, wird der TM-Modus der elektromagnetischen Wellen an der zweiten und allen folgenden Grenzen nicht reflektiert und geht somit durch die Struktur hindurch. Daraus folgt: undAs for the omnidirectional reflectance, a necessary but insufficient condition for the TE mode and the TM mode of the electromagnetic radiation requires that the maximum refraction angle (θ H, MAX ) within the first layer be smaller than the Brewster angle (θ B ) at the interface between the first layer and the second layer. If the condition is not satisfied, the TM mode of electromagnetic waves is not reflected at the second and all subsequent boundaries and thus passes through the structure. It follows: and
Weswegen folgendes notwendig ist: Which is why the following is necessary:
Zusätzlich zu der notwendigen Bedingung, die von Gleichung 4 dargestellt wird, kann, wenn die elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge λ mit einem Winkel θ0 auf eine mehrschichtige Struktur fällt und die einzelnen Zweifachschichten der mehrschichtigen Struktur Dicken dH und dL mit Brechungsindizes nH bzw. nL aufweisen, die charakteristische Translationsmatrix (FT), θ0 ausgedrückt werden als: was auch folgendermaßen ausgedrückt werden kann: und wobei: undIn addition to the necessary condition illustrated by
Außerdem gilt wobei undIn addition, applies in which and
Löst man ρT ausdrücklich für TE und TM auf: undSolve ρ T expressly for TE and TM: and
Eine blickwinkelabhängige Bandstruktur kann aus einer Grenzbedingung für den Rand, der sogenannten Bandlücke, der gesamten Reflexionszone erhalten werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird Bandlücke definiert als Gleichung für die Linie, welche die Totalreflexionszone von der Transmissionszone trennt, für die gegebene Bandstruktur.An angle-dependent band structure can be obtained from a boundary condition for the edge, the so-called bandgap, of the entire reflection zone. For the purposes of the present invention, bandgap is defined as the equation for the line separating the total reflection zone from the transmission zone for the given band structure.
Eine Grenzbedingung, welche die Bandlückenfrequenzen des stark reflektierten Bandes bestimmt, kann angegeben werden durch:
Somit folgt aus +3: oder, anders ausgedrückt: Thus, from +3 follows: or in other words:
Durch Kombinieren der Gleichungen 15 und 7 wird die folgende Bandlückengleichung erhalten: By combining
Wobei:
Das „+”-Zeichen in der oben gezeigten Bandlückengleichung stellt die Bandlücke für die lange Wellenlänge (λlong) dar, und das „–”-Zeichen stellt die Bandlücke für die kurze Wellenlänge (λshort) dar. Stellt man die Gleichungen 20 und 21 um, so erhält man: für den TE-Modus, und: für den TM-Modus.The "+" sign in the bandgap equation shown above represents the band gap for the long wavelength (λ long ), and the "-" sign represents the band gap for the short wavelength (λ short ) 21 um, you get: for TE mode, and: for the TM mode.
Eine Näherungslösung für die Bandlücke kann durch den folgenden Ausdruck bestimmt werden:
Diese Näherungslösung ist sinnvoll, wenn man ein Viertelwellen-Design (das weiter unten ausführlicher beschrieben wird) betrachtet und optische Dicken der einander abwechselnden Schichten so gewählt werden, dass sie einander gleich sind. Außerdem liefern relativ kleine Unterschiede der optischen Dicken der einander abwechselnden Schichten einen Cosinus, der nahe an eins liegt. Somit liefern die Gleichungen 23 und 24 Bandlücken-Näherungsgleichungen: für den TE-Modus und: für den TM-Modus.This approach is useful when considering a quarter-wave design (described in more detail below) and choosing optical thicknesses of the alternating layers to be equal to each other. In addition, relatively small differences in the optical thicknesses of the alternating layers provide a cosine that is close to one. Thus,
Werte für L+ und ρTM als Funktion des Einfallswinkels können aus den Gleichungen 7, 8, 14, 15, 20 und 21 erhalten werden, wodurch Berechnungen von λlong und λshort im TE- und im TM-Modus als Funktion des Einfallswinkels möglich sind.Values for L + and ρ TM as a function of the angle of incidence can be obtained from
Die Zentralwellenlänge eines omnidirektionalen Reflektors (λc) kann bestimmt werden aus der Beziehung:
Die Zentralwellenlänge kann ein wichtiger Parameter sein, da ihr Wert einen ungefähren Bereich der elektromagnetischen Wellenlänge und/oder des Farbspektrums, die bzw. das reflektiert werden soll, anzeigt. Ein weiterer wichtiger Parameter, der einen Hinweis auf die Breite eines Reflexionsbands geben kann, ist definiert als das Verhältnis eines Bereichs von Wellenlängen innerhalb des omnidirektionalen Reflexionsbands zur Bereichsmitte der Wellenlängen innerhalb des omnidirektionalen Reflexionsbands. Dieses „Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte” (η) wird mathematisch ausgedrückt als: für den TE-Modus, und: für den TM-Modus. Man beachte, dass das Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte in Prozent ausgedrückt werden kann, und für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte und Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte in Prozent austauschbar verwendet. Man beachte ferner, dass ein hierin angegebener Wert für, Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte', auf den ein ,%'-Zeichen folgt, ein Prozentwert des Verhältnisses von Bereich zu Bereichsmitte ist. Die Verhältnisse von Bereich zu Bereichsmitte für den TM-Modus und den TE-Modus können numerisch aus Gleichungen 28 und 29 berechnet werden und grafisch als Funktion eines hohen Brechungsindex und eines niedrigen Brechungsindex dargestellt werden.The central wavelength may be an important parameter because its value indicates an approximate range of the electromagnetic wavelength and / or color spectrum that is to be reflected. Another important parameter that can give an indication of the width of a reflection band is defined as the ratio of a range of wavelengths within the omnidirectional reflection band to the mid-range of the wavelengths within the omnidirectional reflection band. This "ratio of area to area center" (η) is expressed mathematically as: for TE mode, and: for the TM mode. Note that the ratio of area to area center may be expressed in percent, and for purposes of the present invention, the terms area to area center ratio and area to area center ratio are used interchangeably. It should also be noted that a range-to-area-center-ratio value given herein, followed by a '%' sign, is a percentage of the area-to-area ratio. The area-to-area center ratios for the TM mode and the TE mode can be computed numerically from
Man beachte, dass die Streuung der Zentralwellenlänge minimiert werden muss, um das schmale omnidirektionale Band zu erhalten. Somit kann aus Gleichung 27 die Streuung der Zentralwellenlänge ausgedrückt werden als: wobei: und Fc, der Streuungsfaktor der Zentralwellenlänge, kann ausgedrückt werden als: Note that the scatter of the central wavelength must be minimized to obtain the narrow omnidirectional band. Thus, from Equation 27, the scatter of the central wavelength can be expressed as: in which: and F c , the scattering factor of the central wavelength, can be expressed as:
Daraus folgend kann ein Mehrschichtstapel mit einer gewünschten niedrigen Verschiebung der Zentralwellenlänge (Δλc) aus einem optisch wenig dichten Material mit einem Brechungsindex von nL und einer oder mehreren Schichten mit einer Dicke von dL und einem optisch dichten Material mit einem Brechungsindex von nH und einer oder mehreren Schichten mit einer Dicke von dH konzipiert werden.As a result, a multilayer stack having a desired low central wavelength shift (Δλ c ) can be made of an optically low density material having a refractive index of n L and one or more layers having a thickness of d L and an optically dense material having a refractive index of n H and one or more layers having a thickness of d H are designed.
Genauer liefert
In
Zweite GenerationSecond generation
Es wird auf
Zum Beispiel liefert
Genauer zeigt
Dritte GenerationThird generation
Es wird auf
Ein Design wie es in
Zum Beispiel ist
Was die Berechnung eines Null- oder Fast-Nullpunkts des elektrischen Feldes betrifft, so zeigt
Bei einer einzelnen dielektrischen Schicht ist θs = θF und die Energie/das elektrische Feld (E) kann ausgedrückt werden als E(z), wenn z = d. Aus den Maxwell-Gleichungen kann das elektrische Feld für eine s-Polarisierung ausgedrückt werden als:
Man beachte, dass eine Änderung des elektrischen Feldes entlang der Z-Richtung der dielektrischen Schicht 4 durch eine Berechnung der unbekannten Parameter u(z) und v(z) geschätzt werden kann, wo gezeigt werden kann, dass: Note that a change in the electric field along the Z direction of the
Natürlich ist ,i' die Quadratwurzel von –1. Anhand der Grenzbedingungen u|z=0 = 1, v|z=0 = qs und der folgenden Gleichungen:
Daher gilt: für die s-Polarisation mit φ = k·n·dcos (θF), und: für die p-Polarisation, wobei: und Therefore: for s-polarization with φ = k · n · d cos (θ F ), and: for the p-polarization, where: and
Für eine einfache Situation, wo θF = 0 oder ein normaler Einfall ist, φ = k·n·d und α = 0, gilt: was es möglich macht, nach Dicke ,d' aufzulösen, d. h. nach der Position oder der Lage innerhalb der dielektrischen Schicht, wo das elektrische Feld null ist.For a simple situation where θ F = 0 or a normal incidence, φ = k · n · d and α = 0, then: which makes it possible to resolve by thickness, d ', that is, the position or location within the dielectric layer where the electric field is zero.
Es wird nun auf
Man beachte, dass ein gewisser Prozentanteil von Licht innerhalb von +/–10 nm der gewünschten 434 nm durch die Cr-ZnS-Grenzschicht hindurchtritt. Man beachte aber auch, dass ein solches schmales Band von reflektiertem Licht, z. B. 434 +/–10 nm für das menschliche Auge immer noch eine scharfe Strukturfarbe liefert.Note that a certain percentage of light passes through the Cr-ZnS interface within +/- 10 nm of the desired 434 nm. But note also that such a narrow band of reflected light, e.g. B. 434 +/- 10 nm for the human eye still provides a sharp structure color.
Das Ergebnis der Cr-Absorberschicht im Mehrschichtstapel in
Im Gegensatz dazu entspricht die durchgezogene Linie in
Was das omnidirektionale Verhalten der in
Um die höhere Winkelvarianz für rote Farbe zu überwinden, offenbart die vorliegende Anmeldung eine einzigartige und neuartige Gestaltung/Struktur, die eine rote Farbe liefert, die winkelunabhängig ist. Zum Beispiel zeigt
Nun wird auf
Man beachte, dass die relativ große Verschiebung in λc für die rote Farbe im Vergleich zur blauen Farbe darauf zurückzuführen ist, dass der dunkelrote Farbraum sehr schmal ist, und auf die Tatsache, dass die Cr-Absorberschicht Wellenlängen absorbiert, die mit einem elektrischen Feld von nicht null assoziiert sind, d. h. dass sie kein Licht absorbiert, wenn das elektrische Feld null oder fast null ist. So zeigt
Genauer zeigt
Auf dieser Basis wurde ein Mehrschichtstapel für eine Machbarkeitsstudie entworfen und hergestellt. Außerdem wurden Rechen-/Simulationsergebnisse und tatsächliche experimentelle Daten für die Machbarkeitsprobe verglichen. Genauer, und wie von der grafischen Darstellung in
Eine Liste simulierter und/oder tatsächlich produzierter Mehrschichtstapelproben ist in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben. Wie in der Tabelle dargestellt ist, beinhalten die hierin offenbarten Mehrschichtstrukturen mindestens 5 verschiedene geschichtete Strukturen. Außerdem wurden die Proben aus einem großen Bereich von Materialien simuliert und/oder hergestellt. Es wurden Proben geschaffen, die eine hohe Chrominanz, eine geringe Farbtonverschiebung und einen ausgezeichneten Reflexionsgrad zeigten. Außerdem wiesen die drei- und fünfschichtigen Proben eine Gesamtdicke zwischen 120 und 200 nm auf, die siebenschichtigen Proben wiesen eine Gesamtdicke zwischen 350 und 600 nm auf, die neunschichtigen Proben wiesen eine Gesamtdicke zwischen 440 und 500 nm auf und die elfschichtigen Proben wiesen eine Gesamtdicke zwischen 600 und 660 nm auf. Tabelle 1
Es wird nun auf
Die scharfe Zunahme des Reflexionsgrads, die vom omnidirektionalen Reflektor geleistet wird, ist gekennzeichnet durch einen IR-seitigen Rand jeder Kurve, der von einem schwach reflektierten Abschnitt bei Wellenlängen von über 500 nm bis zu einem stark reflektierten Abschnitt, z. B. > 70% reicht. Ein linearer Abschnitt 200 des IR-seitigen Randes ist in einem Winkel (β) von über 60° in Bezug auf die x-Achse geneigt, weist eine Länge L von ungefähr 50 auf der Reflexionsgradachse und einen Gradienten von 1,2 auf. In manchen Fällen ist der lineare Abschnitt in einem Winkel von über 70° in Bezug auf die x-Achse geneigt, während in anderen Fällen β größer ist als 75°. Ebenso weist das Reflexionsband eine sichtbare FWHM von weniger als 200 nm und in manchen Fällen eine sichtbare FWHM von weniger als 150 nm und in anderen Fällen eine sichtbare FWHM von weniger als 100 nm auf. Außerdem ist die zentrale Wellenlänge λc für das sichtbare Reflexionsband, wie in
Man beachte, dass der Begriff „sichtbare FWHM” die Breite des Reflexionsbands zwischen dem IR-seitigen Rand der Kurve und dem Rand des UV-Spektrumbereichs bezeichnet, jenseits von der die Reflexion, die vom omnidirektionalen Reflektor bereitgestellt wird, für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Auf diese Weise verwenden die hierin offenbarten erfindungsgemäßen Designs und Mehrschichtstapel den nichtsichtbaren UV-Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, um eine scharfe oder Strukturfarbe zu schaffen. Anders ausgedrückt nutzen die hierin offenbarten omnidirektionalen Reflektoren den nicht-sichtbaren UV-Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, um ein schmales Band des reflektierten sichtbaren Lichtes zu schaffen, trotz der Tatsache, dass die Reflektoren ein viel breiteres Band elektromagnetischer Strahlung reflektieren können, das in die UV-Region hineinreicht.Note that the term "visible FWHM" denotes the width of the reflection band between the IR side edge of the curve and the edge of the UV spectrum region, beyond which the reflection provided by the omnidirectional reflector is not visible to the human eye is. In this way, the inventive designs and multilayer stacks disclosed herein utilize the non-visible UV portion of the electromagnetic radiation spectrum to provide a sharp or textured color. In other words, the omnidirectional reflectors disclosed herein utilize the non-visible UV portion of the electromagnetic radiation spectrum to create a narrow band of reflected visible light, despite the fact that the reflectors can reflect a much wider band of electromagnetic radiation entering the UV Region.
Nun wird auf
Die scharfe Zunahme des Reflexionsgrads, die vom omnidirektionalen Reflektor bereitgestellt wird, ist gekennzeichnet durch einen UV-seitigen Rand jeder Kurve, der von einem schwach reflektierenden Abschnitt bei Wellenlängen von über 550 nm bis zu einem stark reflektierenden Abschnitt, z. B. > 70% reicht. Ein linearer Abschnitt 200 des UV-seitigen Randes ist in einem Winkel (β) von über 60° in Bezug auf die x-Achse geneigt, weist eine Länge L von ungefähr 40 auf der Reflexionsgradachse und einen Gradienten von 1,4 auf. In manchen Fällen ist der lineare Abschnitt in einem Winkel von über 70° in Bezug auf die x-Achse geneigt, während in anderen Fällen β größer ist als 75°. Ebenso weist das Reflexionsband eine sichtbare FWHM von weniger als 200 nm und in manchen Fällen eine sichtbare FWHM von weniger als 150 nm und in anderen Fällen eine sichtbare FWHM von weniger als 100 nm auf. Außerdem ist die Zentralwellenlänge λc für das sichtbare Reflexionsband, wie in
Man beachte, dass der Begriff „sichtbare FWHM” die Breite des Reflexionsbands zwischen dem UV-seitigen Rand der Kurve und dem Rand des IR-Spektrumbereichs bezeichnet, jenseits von der die Reflexion, die vom omnidirektionalen Reflektor bereitgestellt wird, nicht sichtbar ist für das menschliche Auge. Auf diese Weise verwenden die hierin offenbarten erfindungsgemäßen Designs und Mehrschichtstapel den nichtsichtbaren IR-Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, um eine scharfe oder Strukturfarbe zu schaffen. Anders ausgedrückt nutzen die hierin offenbarten omnidirektionalen Reflektoren den nicht-sichtbaren IR-Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, um ein schmales Band des reflektierten sichtbaren Lichtes zu schaffen, trotz der Tatsache, dass die Reflektoren ein viel breiteres Band elektromagnetischer Strahlung reflektieren können, das in die IR-Region hinein reicht.Note that the term "visible FWHM" denotes the width of the reflection band between the UV-side edge of the curve and the edge of the IR spectrum range, beyond which the reflection provided by the omnidirectional reflector is not visible to the human Eye. In this way, the inventive designs and multilayer stacks disclosed herein utilize the non-visible IR portion of the electromagnetic radiation spectrum to provide a sharp or textured color. In other words, the omnidirectional reflectors disclosed herein utilize the non-visible IR portion of the electromagnetic radiation spectrum to form a narrow band of reflected light visible light, despite the fact that the reflectors can reflect a much broader band of electromagnetic radiation reaching into the IR region.
Es wird nun auf
Wie in
Eine andere Definition oder Charakterisierung von omnidirektionalen Eigenschaften eines Reflektors kann durch die Verschiebung eines Seitenrands für einen gegebenen Satz von Winkelreflexionsbändern bestimmt werden. Zum Beispiel, und wie in
Wie in
Natürlich würde eine Null-Verschiebung, d. h. gar keine Verschiebung (ΔSi = 0 nm; i = IR, UV) einen perfekt omnidirektionalen Reflektor charakterisieren. Jedoch können hierin offenbarte omnidirektionale Reflektoren eine ΔSL von weniger als 50 nm schaffen, was für das menschliche Auge erscheinen kann als ob die Oberfläche des Reflektors die Farbe nicht ändern würde, und somit ist der Reflektor unter einem praktischen Gesichtspunkt omnidirektional. In manchen Fällen können omnidirektionale Reflektoren, die hierin offenbart sind, eine ΔSi von weniger als 40 nm, in anderen Fällen eine ΔSi von weniger als 30 nm und in noch anderen Fällen eine ΔSi von weniger als 20 nm aufweisen, während sie in noch ganz anderen Fällen eine ΔSi von weniger als 15 nm aufweisen. Eine solche Verschiebung in ΔSi kann durch einen Graphen von tatsächlichem Reflexionsgrad gegen Wellenlänge für einen Reflektor und/oder alternativ durch Modellieren des Reflektors, wenn die Materialien und Schichtdicken bekannt sind, bestimmt werden.Of course, a zero displacement, ie no displacement (ΔS i = 0 nm, i = IR, UV) would characterize a perfectly omnidirectional reflector. However, omnidirectional reflectors disclosed herein can provide a ΔS L of less than 50 nm, which may appear to the human eye as if the surface of the reflector did not change color, and thus the reflector is omnidirectional from a practical point of view. In some cases, omnidirectional reflectors disclosed herein may have a ΔS i of less than 40 nm, in other cases a ΔS i of less than 30 nm, and in yet other cases a ΔS i of less than 20 nm, while in FIG still quite different cases have a ΔS i of less than 15 nm. Such a shift in ΔS i can be determined by a graph of actual reflectance versus wavelength for a reflector and / or alternatively by modeling the reflector when the materials and layer thicknesses are known.
Die Verschiebung einer omnidirektionalen Reflexion kann auch durch eine schwache Farbtonverschiebung gemessen werden. Zum Beispiel ist die Farbtonverschiebung der Pigmente, die aus Mehrschichtstapeln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, 30° oder weniger, wie in
Zusammengefasst ist in
Die erste Schicht
Verfahren zur Herstellung der hierin offenbarten Mehrschichtstapel können beliebige Verfahren oder Prozesse sein, die dem Fachmann bekannt sind, oder (ein) Verfahren, (das) die dem Fachmann noch nicht bekannt (ist) sind. Typische bekannte Verfahren beinhalten Nassverfahren wie Sol-Gel-Verarbeitung, schichtweise Verarbeitung, Schleuderbeschichtung und dergleichen. Andere bekannte, trockene Verfahren beinhalten chemische Dampfabscheidungsverarbeitung und physikalische Dampfabscheidungsverarbeitung wie Sputtern, Elektronenstrahlabscheidung und dergleichen.Methods of making the multilayer stacks disclosed herein may be any methods or processes known to those skilled in the art, or methods that are not known to those skilled in the art. Typical known methods include wet processes such as sol-gel processing, layered processing, spin coating and the like. Other known dry processes include chemical vapor deposition processing and physical vapor deposition processing such as sputtering, electron beam deposition, and the like.
Die hierin offenbarten Mehrschichtstapel können für fast jede Farbanwendung verwendet werden, beispielsweise als Pigmente für Lacke, Dünnfilme, die auf Oberflächen aufgebracht werden, und dergleichen.The multilayer stacks disclosed herein can be used for almost any color application, for example, as pigments for paints, thin films applied to surfaces, and the like.
Wie oben angegeben, werden omnidirektionale Interferenzpigmente geschaffen, die eine schützende/wetterbeständige Beschichtung aufweisen. Zum Beispiel sind in den
Um die Erfindung verständlicher zu machen, aber nicht, um ihren Bereich in irgendeiner Weise einzuschränken, werden nachstehend Beispiele für wetterbeständige omnidirektionale Strukturfarbenpigmente und Prozessprotokolle für die Erzeugung solcher Pigmente erörtert.To make the invention more understandable, but not to limit its scope in any way, examples of weather resistant omnidirectional structural paint pigments and process protocols for the production of such pigments are discussed below.
Protokoll 1 – 7-schichtige Pigmente, die mit Phosphorsäure geätzt und mit einer SiO2-Schicht überzogen werden.Protocol 1 - 7-layer pigments, which are etched with phosphoric acid and coated with a SiO 2 layer.
Zu einer Suspension, die 10 g Pigmente eines 7-schichtigen Designs, die in 110 ml Aceton dispergiert waren, enthielt, wurden 0,13 ml Phosphorsäure (85%) gegeben, und sie wurde 30 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt. Die Suspension wurde dann gefiltert und zweimal mit Aceton gewaschen. Feste Teilchen wurden abfiltriert, und mit Phosphorsäure behandelte 7-schichtige Pigmente wurden erhalten. Die 7-schichtigen Pigmente wiesen eine Struktur auf wie in
Die mit Phosphorsäure behandelten 7-schichtigen Pigmente wurden dann in einem Rundkolben, der mit einem Rückflusskühler ausgestattet war, in 160 ml Ethanol suspendiert. Die Suspension wurde auf 65°C erwärmt, nachdem 35 g Wasser und 3,5 g einer 28%igen wässrigen Ammoniaklösung zugegeben worden waren. Dann wurde eine Lösung aus 10 g Tetraethoxysilan, das mit 13 ml Ethanol verdünnt worden war, in kleinen Mengen unter Rühren zu der erwärmten Suspension hinzugefügt. Die Reaktionsmischung wurde 14 Stunden lang bei 65°C gerührt, dann wurden feste Teilchen aus der Flüssigkeit filtriert, mit Ethanol gewaschen und dann mit Isopropylalkohol (IPA) gewaschen. Siebenschichtige, mit SiO2 beschichtete Pigmente wurden erhalten, nachdem die festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren. The phosphoric acid-treated 7-layer pigments were then suspended in 160 ml of ethanol in a round bottom flask equipped with a reflux condenser. The suspension was heated to 65 ° C after 35 g of water and 3.5 g of a 28% aqueous ammonia solution were added. Then, a solution of 10 g of tetraethoxysilane diluted with 13 ml of ethanol was added in small portions to the heated suspension with stirring. The reaction mixture was stirred at 65 ° C for 14 hours, then solid particles were filtered from the liquid, washed with ethanol and then washed with isopropyl alcohol (IPA). Seven-layer SiO 2 coated pigments were obtained after the solid particles had been dried at 100 ° C for 24 hours.
Protokoll 1A – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht überzogen werdenProtocol 1A - 7-layered pigments coated with an SiO 2 layer
Eine Menge von 10 g 7-schichtiger Pigmente wurde in einem Rundkolben, der mit einem Rückflusskühler ausgestattet war, in 160 ml Ethanol suspendiert, ohne zuvor mit Phosphorsäure behandelt zu werden wie in Protokoll 1. Die Suspension wurde auf 65°C erwärmt, nachdem 35 g Wasser und 3,5 g einer 28%igen wässrigen Ammoniaklösung zugegeben worden waren. Dann wurde eine Lösung aus 10 g Tetraethoxysilan, das mit 13 ml Ethanol verdünnt worden war, in kleinen Mengen unter Rühren zu der erwärmten Suspension hinzugefügt. Die Reaktionsmischung wurde 14 Stunden lang bei 65°C gerührt, dann wurden feste Teilchen aus der Flüssigkeit filtriert, mit Ethanol gewaschen und dann mit Isopropylalkohol (IPA) gewaschen. Siebenschichtige, mit SiO2 beschichtete Pigmente wurden erhalten, nachdem die festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.An amount of 10 g of 7-layer pigments was suspended in 160 ml of ethanol in a round bottom flask equipped with a reflux condenser without first being treated with phosphoric acid as in
Protokoll 2 – 7-schichtige Pigmente, die unter Verwendung einer wässrigen Lösung mit einer SiO2-Schicht überzogen werdenProtocol 2-7-layered pigments coated with an SiO 2 layer using an aqueous solution
Fünfzehn Gramm 7-schichtiger Pigmente wurden in einen 250 ml fassenden Dreihalskolben gegeben. Dann wurden 100 ml DI-Wasser zugegeben, und die Lösung wurde in einem Ethylenglycol-Bad, das auf 80°C erwärmt wurde, gerührt. Die Lösung wurde durch Zugabe einiger Tropfen einer 1 M NaOH-Lösung auf einen pH von 7,5 eingestellt. Dann wurden 20 ml Na2SiO3 (13 Gew.-% SiO2) mit einer konstanten Strömungsrate von 0,1 ml/min anhand einer Spritzenpumpe zu der Lösung gegeben. Während das Na2SiO3 zugegeben wurde, wurde auch 1 M HCl-Lösung mittels eines automatischen pH-Steuerungssystems zugegeben, um den pH von 7,5 aufrechtzuerhalten. Man ließ die Mischung auf Raumtemperatur abkühlen, filterte sie ab, wusch sie mit IPA und trocknete sie bei 100°C für 24 Stunden. Das beschichtete Material kann bei 200°C 24 h lang weiter getempert werden.Fifteen grams of 7-layer pigments were placed in a 250 ml three-necked flask. Then, 100 ml of DI water was added and the solution was stirred in an ethylene glycol bath heated to 80 ° C. The solution was adjusted to a pH of 7.5 by adding a few drops of a 1 M NaOH solution. Then, 20 ml of Na 2 SiO 3 (13 wt% SiO 2 ) was added to the solution at a constant flow rate of 0.1 ml / min by a syringe pump. While the Na 2 SiO 3 was added, 1 M HCl solution was also added by means of an automatic pH control system to maintain the pH of 7.5. The mixture was allowed to cool to room temperature, filtered off, washed with IPA and dried at 100 ° C for 24 hours. The coated material may be further annealed at 200 ° C for 24 hours.
Protokoll 3 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer SiO2-Al2O3-Hybridschicht beschichtet werdenProtocol 3-7-layered pigments coated with an SiO 2 layer and an SiO 2 -Al 2 O 3 hybrid layer
Zwei Gramm Pigmente, die anhand des Protokolls 1 oder 1A mit SiO2 beschichtet worden waren, wurden in 20 ml einer Wasserlösung suspendiert und wiesen einen pH von etwa 10 auf (durch verdünnte NaOH-Lösung eingestellt). Die Suspension wurde unter ständigem Rühren in einem 100 ml fassenden Rundkolben auf 60°C erwärmt. Dann wurden 0,5 ml einer 18 gew.-%igen Na2SiO3-Lösung und 1 ml 0,5 M Al2(SO4)3-Lösung beide gleichzeitig mit einer konstanten Rate in 1 Stunde in die Pigmentsuspension titriert. Der pH der Schlämme wurde nicht gesteuert. Nach der Titrierung wurde die Suspension
Protokoll 4 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht beschichtet werdenProtocol 4-7-layered pigments coated with an SiO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer
Drei Gramm Pigmente, die gemäß Protokoll 1 oder 1A mit SiO2 beschichtetet worden waren, wurden in einem 100 ml fassenden Rundkolben mit 20 ml Ethanol beschichtet und bei Raumtemperatur gerührt. Außerdem wurden 0,66 g Aluminium-tri-sek-butoxid und 2,47 ml Zirconiumbutoxid in 15 ml IPA aufgelöst. Die Mischung aus Aluminium-tri-sek-butoxid + Zirconiumbutoxid wurde in 2 Stunden mit einer konstanten Rate in die Pigmentsuspension titriert. Gleichzeitig wurden 0,66 ml DI-Wasser, das in 2 ml Ethanol verdünnt worden war, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 30 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde filtriert, und die verbliebenen festen Teilchen wurden mit Ethanol gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer SiO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen Feststoffteilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren oder alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C weiter getempert worden waren.Three grams of pigments coated with SiO 2 according to
Protokoll 5 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht beschichtet werden Protocol 5-7-layered pigments coated with an SiO2 layer and a ZrO2 + Al2O3 hybrid layer
Drei Gramm Pigmente, die anhand von Protokoll 1 oder 1A mit SiO2 beschichtet worden waren, wurden in 20 ml DI-Wasser mit pH 8 (durch verdünnte NaOH-Lösung eingestellt) in einem 100 ml fassenden Rundkolben suspendiert und unter konstantem Rühren auf 50°C erwärmt. Dann wurden 0,5 ml einer 5 gew.-%igen NaAlO2-Lösung und 0,5 ml 10 gew.-%ige ZrOCl2-Lösung beide gleichzeitig mit einer konstanten Rate in 30 Minuten in die Pigmentsuspension titriert. Der pH der Schlämme wurde durch Zugabe von verdünnter HCl- oder NaOH-Lösung auf 8 geregelt. Nach der Titrierung wurde die Suspension für 30 min unter Rühren alter gelassen. Die Mischung wurde abfiltriert, mit DI-Wasser gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Die beschichteten Pigmente wurden erhalten, nachdem sie 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren oder alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C getempert worden waren.Three grams of pigments coated with SiO 2 by
Protokoll 6 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht, einer CeO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht beschichtet werdenProtocol 6-7-layered pigments which are coated with an SiO 2 layer, a CeO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer
Pigmente (3,5 g), die anhand von Protokoll 1 oder 1A mit Siliciumoxid (SiO2) beschichtet worden waren, wurden in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 26,83 ml Wasser suspendiert und 20 min lang bei 70°C gerührt. Dann wurden 0,33 g Ce(NO3)3·6H2O in 1,18 ml H2O mit einer konstanten Rate von 2 ml/h in die Pigmentsuspension titriert und die Mischung wurden nach dem Titrieren weitere 1,5 Stunden lang am Rühren gehalten. Während der Reaktion wurde der pH der Lösung unter Verwendung einer verdünnten NaOH-Lösung konstant bei 7,0 gehalten. Die Mischung wurde filtriert, und die verbliebenen festen Teilchen wurden dreimal mit Wasser gewaschen und dann weitere drei Mal mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer SiO2-Schicht und einer Schicht aus CeO2 wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Pigments (3.5 g) coated with silica (SiO 2 ) by
Dann wurden 3 g der beschichteten Pigmente in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 20 ml Ethanol suspendiert und bei Raumtemperatur gerührt. Eine Mischung aus 0,66 g Aluminium-tri-sek-butoxid und 2,47 ml Zirconiumbutoxid, gelöst in 15 ml IPA, wurde mit einer konstanten Rate in 2 Stunden in die Pigmentsuspension titriert. Gleichzeitig wurden 0,66 ml DI-Wasser, verdünnt in 2 ml Ethanol, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 30 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde filtriert, und die verbliebenen festen Teilchen wurden mit Ethanol gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer SiO2-Schicht, einer Schicht aus CeO2 und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Then, 3 g of the coated pigments were suspended in 20 ml of ethanol in a 100 ml round bottom flask and stirred at room temperature. A mixture of 0.66 g of aluminum tri-sec-butoxide and 2.47 ml of zirconium butoxide dissolved in 15 ml of IPA was titrated into the pigment suspension at a constant rate in 2 hours. At the same time, 0.66 ml DI water, diluted in 2 ml ethanol, was added. After titration, the suspension was stirred for a further 30 minutes. The mixture was filtered and the remaining solid particles were washed with ethanol and then washed with IPA. Seven-layered pigments having an SiO 2 layer, a layer of
Protokoll 7 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer CeO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht beschichtet werdenProtocol 7-7-layered pigments coated with a CeO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer
Drei Gramm Pigmente mit einem 7-Schichten-Design wurden in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 20 ml Ethanol suspendiert und bei 75°C gerührt. Eine Lösung aus 0,44 g Ce(NO3)3·6H2O, das in 20 ml IPA aufgelöst worden war, wurde mit einer konstanten Rate in 1 Stunde titriert. Gleichzeitig wurden 0,15 ml Ethylendiamin (EDA), das in 0,9 ml DI-Wasser verdünnt worden war, zudosiert. Danach wurden weitere 0,15 ml EDA, verdünnt in 0,9 ml DI-Wasser, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 15 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde filtriert und die verbliebenen festen Teilchen wurden mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer CeO2-Schicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen 5 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Three grams of pigments with a 7-layer design were suspended in 20 ml of ethanol in a 100 ml round bottomed flask and stirred at 75 ° C. A solution of 0.44 g of Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O dissolved in 20 ml of IPA was titrated at a constant rate in 1 hour. At the same time, 0.15 ml of ethylenediamine (EDA), diluted in 0.9 ml of DI water, was added. Thereafter, an additional 0.15 ml of EDA diluted in 0.9 ml DI water was added. After titration, the suspension was stirred for an additional 15 minutes. The mixture was filtered and the remaining solid particles were washed with IPA. Seven-layered pigments having a CeO 2 layer were obtained after the remaining solid particles were dried at 100 ° C for 5 hours.
Dann wurden die CeO2-beschichteten Pigmente in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 20 ml Ethanol suspendiert und bei Raumtemperatur gerührt. Dann wurde eine Mischung aus 0,66 g Aluminium-tri-sek-butoxid und 2,47 ml Zirconiumbutoxid, gelöst in 15 ml IPA, mit einer konstanten Rate in 2 Stunden in die Pigmentsuspension titriert. Gleichzeitig wurden 0,66 ml DI-Wasser, das in 2 ml Ethanol verdünnt worden war, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 30 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde filtriert, und die verbliebenen festen Teilchen wurden mit Ethanol gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer CeO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen Feststoffteilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren, oder alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C getempert worden waren.Then, the CeO 2 -coated pigments were suspended in 20 ml of ethanol in a 100 ml round-bottomed flask and stirred at room temperature. Then, a mixture of 0.66 g of aluminum tri-sec-butoxide and 2.47 ml of zirconium butoxide dissolved in 15 ml of IPA was titrated into the pigment suspension at a constant rate in 2 hours. At the same time, 0.66 ml of DI water diluted in 2 ml of ethanol was added. After titration, the suspension was stirred for a further 30 minutes. The mixture was filtered and the remaining solid particles were washed with ethanol and then washed with IPA. Seven-layered pigments having a CeO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer were obtained after the remaining solid particles were dried at 100 ° C for 24 hours, or alternatively annealed at 200 ° C for 24 hours ,
Protokoll 8 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer ZrO2-Schicht überzogen werden Protocol 8 - 7-layered pigments coated with a ZrO 2 layer
Zwei Gramm Pigmente mit einem 7-Schichten-Design wurden in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 30 ml Ethanol suspendiert und bei Raumtemperatur gerührt. Eine Lösung aus 2,75 ml Zirconiumbutoxid (80%ig, in 1 Butanol), die in 10 ml Ethanol verdünnt worden war, wurde mit einer konstanten Rate in 1 Stunde titriert. Gleichzeitig wurden 1 ml DI-Wasser, das in 3 ml Ethanol verdünnt worden war, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 15 Minuten lang gerührt. Siebenschichtige Pigmente mit einer Schicht aus ZrO2 wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen aus der Lösung gefiltert, mit Ethanol gewaschen und 5 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren oder alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C getempert worden waren.Two grams of pigments with a 7-layer design were suspended in 30 mL of ethanol in a 100 mL round bottom flask and stirred at room temperature. A solution of 2.75 ml of zirconium butoxide (80% in 1-butanol) diluted in 10 ml of ethanol was titrated at a constant rate in 1 hour. At the same time, 1 ml of DI water, which had been diluted in 3 ml of ethanol, was added. After titration, the suspension was stirred for an additional 15 minutes. Seven-layered pigments with a layer of ZrO 2 were obtained after the remaining solid particles were filtered from the solution, washed with ethanol and dried at 100 ° C for 5 hours, or alternatively annealed at 200 ° C for 24 hours.
Protokoll 9 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer Al3O3-Schicht beschichtet werdenProtocol 9-7-layered pigments coated with an SiO 2 layer and an Al 3 O 3 layer
Zwei Gramm Pigmente, die anhand von Protokoll 1 oder 1A mit SiO2 beschichtet worden waren, wurden in 20 ml Wasserlösung mit einem pH von etwa 8 (durch verdünnte NaOH-Lösung eingestellt) in einem 100 ml fassenden Rundkolben suspendiert und unter konstantem Rühren auf 50°C erwärmt. Dann wurden 0,5 ml 5 gew.-%ige NaAlO2-Lösung mit einer konstanten Rate in 30 Minuten in die Pigmentsuspension titriert. Der pH der Schlämme wurde unter Verwendung einer HCl 1M-Lösung auf 8 geregelt. Nach der Titrierung wurde die Suspension 30 Minuten lang unter Rühren alter gelassen. Die Mischung wurde abfiltriert, mit DI-Wasser gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Die beschichteten Pigmente wurden erhalten, nachdem sie 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Two grams of pigments coated with SiO 2 by
Protokoll 10 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer TiO2-Schicht beschichtet werdenProtocol 10 - 7-layered pigments coated with an SiO 2 layer and a TiO 2 layer
Ein 250 ml fassender Dreihals-Rundkolben wurde in ein Ethylenglycol-Ölbad gesetzt, dessen Temperatur auf 80°C eingestellt war. Dann wurden 15 g Blättchen, die gemäß Protokoll 1 oder 1A mit SiO2 beschichtet worden waren, und 100 ml DI-Wasser in den Kolben gegeben und mit 400 UpM gerührt. Die Lösung wurde durch Zugabe einiger weniger Tropfen konzentrierter HCl-Lösung auf einen pH von 2 eingestellt. Eine vorverdünnte 35%ige TiCl4-Lösung wurde dann mit einer konstanten Strömungsrate von 0,1 ml/min über eine Spritzenpumpe titriert. Um den pH konstant zu halten, wurde eine Basenlösung in Form von NaOH-Lösung (8M) durch ein automatisches pH-Steuerungssystem in den Kolben titriert. Während der Abscheidung wurden Blättchenproben in bestimmten Zeitabständen extrahiert, um die Schichtdicke zu bestimmen. Man ließ die Mischung auf Raumtemperatur abkühlen, filterte sie anschließend, wusch sie mit IPA und trocknete sie 24 Stunden lang bei 100°C oder temperte sie alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C.A 250 ml three necked round bottom flask was placed in an ethylene glycol oil bath set at 80 ° C. Then, 15 g of leaflets coated with SiO 2 according to
Die Wetterbeständigkeit der beschichteten Pigmente wurde auf die folgende Weise geprüft. Sieben zylindrische Pyrexkolben (Fassungsvermögen ca. 120 ml) wurden als Photoreaktorgefäße verwendet. Jeder Kolben enthielt 40 ml einer Lösung aus einem fluoreszierenden roten Farbstoff (Eosin B) (1 × 10–5 M) und 13,3 mg eines Pigments, das geprüft werden sollte. Die Pigment-Eosin B-Lösung wurden 30 min lang im Dunkeln magnetisch gerührt und dann mit Licht aus einem Sonnenlichtsimulator (Oriel® Sol2ATM Class ABA Solar Simulators) bestrahlt. Für jedes Pigment wurde die gleiche Art von Pigment, das mit einer Aluminiumfolie umwickelt war, als direkte Kontrolle verwendet. Außerdem wurde im Handel erhältliches TiO2 (Degussa P25) als Bezug verwendet, um die photokatalytische Aktivität unter den gleichen Versuchsbedingungen zu vergleichen. UV/Vis-Absorptionsspektren wurden nach 65 Stunden Lichteinwirkung aufgezeichnet, um die photokatalytische Aktivität jeder Probe überprüfen zu können.The weatherability of the coated pigments was tested in the following manner. Seven cylindrical Pyrex flasks (capacity about 120 ml) were used as photoreactive vessels. Each flask contained 40 ml of a solution of a fluorescent red dye (Eosin B) (1 x 10 -5 M) and 13.3 mg of a pigment to be tested. The pigment-eosin B solution were stirred magnetically for 30 min in the dark and then exposed to light from a sunlight simulator (Oriel ® Sol2A TM Class ABA solar simulator) was irradiated. For each pigment, the same type of pigment wrapped with an aluminum foil was used as a direct control. In addition, commercially available TiO 2 (Degussa P25) was used as a reference to compare the photocatalytic activity under the same experimental conditions. UV / Vis absorption spectra were recorded after 65 hours exposure to light to verify the photocatalytic activity of each sample.
Die Ergebnisse der Prüfung wurden als relative photokatalytische Aktivität gegen Pigmenttyp aufgezeichnet wie in
Rasterelektronenmikroskopbilder der 7-schichtigen Pigmente vor und nach der Beschichtung mit einer SiO2-Schicht und einer ZrO2-Al2O3-Schicht (Protokoll 4) sind in den
Ein Überblick über Beschichtungen, das Verfahren, das angewendet wurde, um eine Beschichtung zu bilden, die Beschichtungsdicke, die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke und die photokatalytische Aktivität ist in der nachstehenden Tabelle 3 zu finden. Tabelle 3
** im Vergleich zum unbeschichteten 7-schichtigen PigmentAn overview of coatings, the method used to form a coating, the coating thickness, the uniformity of the coating thickness and the photocatalytic activity can be found in Table 3 below. Table 3
** compared to the uncoated 7-layer pigment
Auf dieser Grundlage liefert Tabelle 4 eine Auflistung verschiedener Oxidschichten, Substrate, die beschichtet werden können und Bereiche von Beschichtungsdicken, die in der vorliegenden Lehre enthalten sind. Tabelle 4
Außerdem können die omnidirektionalen Strukturfarbpigmente, die eine schützende Beschichtung aufweisen, einer Organosilan-Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Zum Beispiel wurden gemäß einem Beispiel für eine Behandlung gemäß einem Organosilanprotokoll 0,5 g Pigmente, die mit einer oder mehreren der oben erörterten schützenden Beschichtungen überzogen worden waren, in 10 ml einer Lösung aus EtOH/Wasser (4:1) mit einem pH von etwa 5,0 (eingestellt durch verdünnte Essigsäurelösung) in einem 100 ml fassenden Rundkolben suspendiert. Die Schlämme wurde 20 Sekunden lang beschallt und dann 15 Minuten lang bei 500 UpM gerührt. Dann wurden 0,1 bis 0,5 Vol.-% Organosilan als Wirkstoff zu der Schlämme hinzugegeben und die Lösung wurde weitere 2 Stunden bei 500 UpM gerührt. Die Schlämme wurde dann unter Verwendung von DI-Wasser zentrifugiert oder gefiltert, und die verbliebenen Pigmente wurden in 10 ml EtOH/Wasser-Lösung (4:1) erneut dispergiert. Die Pigment-EtOH/Wasser-Schlämme wurde auf 65°C bis zum Rückfluss erwärmt und 30 Minuten lang bei 500 UpM gerührt. Die Schlämme wurde dann unter Verwendung von DI-Wasser und dann IPA zentrifugiert oder gefiltert, um einen Kuchen aus Pigmentteilchen zu produzieren. Schließlich wurde der Kuchen 12 Stunden lang bei 100°C getrocknet.In addition, the omnidirectional structural color pigments having a protective coating may be subjected to an organosilane surface treatment. For example, according to one example of treatment according to an organosilane protocol, 0.5 g of pigments coated with one or more of the protective coatings discussed above were dissolved in 10 ml of a solution of EtOH / water (4: 1) having a pH of about 5.0 (adjusted by dilute acetic acid solution) in a 100 ml round bottom flask. The slurry was sonicated for 20 seconds and then stirred for 15 minutes at 500 rpm. Then, 0.1 to 0.5% by volume of organosilane as an active ingredient was added to the slurry, and the solution was stirred at 500 rpm for further 2 hours. The slurry was then centrifuged or filtered using DI water, and the remaining pigments redispersed in 10 ml EtOH / water (4: 1) solution. The pigmented EtOH / water slurry was heated to 65 ° C to reflux and stirred for 30 minutes at 500 rpm. The slurry was then centrifuged or filtered using DI water and then IPA to produce a cake of pigment particles. Finally, the cake was dried at 100 ° C for 12 hours.
Das Organosilanprotokoll kann jedes dem Fachmann bekannte Organosilan-Kupplungsmittel verwenden, unter anderem zum Beispiel N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan (APTMS), N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylendiamin 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MAPTMS), N-[2(vinylbenzylamino)-ethyl]-3-aminoproplyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und dergleichen.The organosilane protocol may utilize any organosilane coupling agent known to those skilled in the art, including, for example, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), N- [3- (trimethoxysilyl) propyl] ethylenediamine, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MAPTMS), N - [2 (vinylbenzylamino) ethyl] -3-aminoproplyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and the like.
Die obigen Beispiele und Ausführungsformen dienen nur der Erläuterung, und Änderungen, Modifikationen und dergleichen, die dennoch im Bereich der Erfindung liegen, werden für einen Fachmann naheliegend sein. Somit wird der Bereich der Erfindung von den Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert.The above examples and embodiments are for illustration only, and changes, modifications and the like which are nevertheless within the scope of the invention will be apparent to those skilled in the art. Thus, the scope of the invention is defined by the claims and their equivalents.
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