在水溶液中均匀二氧化钛纳米晶涂层在铝片上的烧结辅助沉积的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及形成颜料的方法以及由该方法形成的材料，该颜料具有金属核、钝化层和高折射率材料的均匀光滑层。
【背景技术】
[0002]通常，在本领域中已知光泽颜料用于各种应用，例如汽车面漆、涂层和其它颜料应用。
[0003]可通过在水体系中将二氧化钛沉积在高反射的片状的铝片上来形成这样的光泽颜料。铝片可包括Si02的保护层。可在强酸条件下例如在小于2.0的pH下来将Ti02沉积于铝片，使得可实现对于Ti02的水解反应。然而，由于水溶液扩散穿过S1jl，这样的方法导致不令人满意的涂层。
[0004]与上述沉积有关的问题包括A1核的刻蚀和对于Ti02沉积所不期望的在Si02-Al表面附近的pH变化。在这样的低pH下，在典型的长沉积期间，水溶液中的质子仍能够扩散穿过S1jl并且与A1核反应。质子与A1之间的该副反应以及所导致的在核表面的pH提高使得Ti02的沉积困难。质子扩散穿过S1jl可引起与A1的反应，使得释放氢气，引起Ti02颗粒的弱粘附以及在S1jP T1jl中通道或裂纹的形成。另外，pH的提高可引起T1jl的快速沉积和大的Ti02颗粒的形成，这会不利地影响颜料的性质。
[0005]进一步增加3102保护层的厚度也是不期望的，因为低折射率的Si02会降低颜料的整体色彩表现。因此，本领域存在对于改进的方法和颜料的需求，其解决上面发现的问题并制备具有无裂纹和均匀的T1jl的颜料。
【发明内容】
[0006]—方面，公开了一种形成多层颜料的方法，其包括如下步骤:提供金属核材料；用酸处理该金属核材料，将钝化层沉积在该金属核材料上；将该具有钝化层的金属核材料致密化，减小该钝化层的孔径；和将高折射率材料沉积到经烧结的材料上，其中高折射率层均匀且无裂纹。
[0007]另一方面，公开了一种包括金属核的多层颜料。将钝化层施加于并包围该金属核。该钝化层具有小于或等于100nm的厚度且该钝化层的90%具有2.3nm的孔径分布。将高折射率层施加于并包围该钝化层，其中该高折射率层均匀且无裂纹。
[0008]另一个方面，公开了一种包括金属核的多层颜料。将钝化层施加于并包围该金属核。该钝化层具有小于或等于100nm的厚度且该钝化层的90%具有2.3nm的孔径分布。将高折射率层施加于并包围该钝化层，其中该高折射率层均匀且无裂纹，并且具有50-200nm的厚度。
【附图说明】
[0009]图1是详细说明制备多层颜料的方法的操作pH范围的图。
[0010]图2是致密化前后的Al-Si02M料的孔径分布的图。
[0011]图3是致密化前后的金属核和Si02层的SEM图像。
[0012]图4a是包括在经致密化的Si02-Al上涂覆的1102的颜料的SEM图像。
[0013]图4b是图3a的颜料的EDX图像，其详细说明了 Ti02层在Si02_Al颗粒上的形成。
[0014]图4c是未致密化的涂覆有1102的S1 2-Al颗粒的SEM图像，其显示了粗糙表面。
【具体实施方式】
[0015]公开了一种形成多层颜料的方法，以及用于高色度和其它颜料体系的具有均匀表面涂层的多层颜料。该方法提供了一种低成本的溶胶-凝胶方法，其使用含水体系以经济的方式制备颜料。该多层颜料包括高折射率材料的均匀涂层，该均匀涂层不包括裂纹或其他缺陷。
[0016]本发明的方法允许经济的工艺以在宽的pH范围内制备颜料并且消除现有技术应用中的副反应和加工问题。该方法解决了 A1核的刻蚀以及对于Ti02沉积所不期望的在Si02-Al表面附近的pH变化的问题。该方法限制了质子扩散穿过S1jl，该扩散可能引起与A1的反应，使得释放氢气，引起Ti02颗粒的弱粘附和在S1jP T1jl中通道或裂纹的形成。
[0017]形成多层颜料的方法包括如下步骤:提供金属核材料；用酸处理该金属核材料，将钝化层沉积在该金属核材料上；将该具有钝化层的金属核材料致密化，减小该钝化层的孔径；和将高折射率材料沉积到该经致密化的材料上，其中高折射率层均匀且无裂纹。
[0018]在本发明中，金属核包括金属单质核和合金核。金属核材料可包括各种金属，包括Al、Cr、经涂覆的A1(例如需要另外厚度的用Si02薄层涂覆的A1)。一方面，钝化层包括Si02并且高折射率层包括Ti02。其它的钝化层材料可包括A1203。另外的高折射率材料可包括Fe203、Zr02、Cr203和Fe 304。一方面，该钝化层可具有小于或等于lOOnm的厚度。该高折射率层可具有50-200nm的厚度。
[0019]处理金属核材料的步骤可包括将该金属核材料悬浮在磷酸与丙酮的溶液中并搅拌规定的时间。随后可洗涤和过滤所得到的颗粒。
[0020]将钝化层沉积在该金属核材料上的步骤可包括将经处理的金属核颗粒悬浮在乙醇中，加热添加有水和氨的悬浮液，以及在搅拌的同时加入四乙氧基硅烷的溶液。随后可洗涤和过滤所得到的颗粒。
[0021]在洗涤和过滤后，可将颗粒致密化使得该钝化层的90%具有2.3nm的孔径分布。一方面，可在低于或等于400°C的温度下将颗粒致密化规定的时间。
[0022]将高折射率材料沉积到经致密化的材料上的步骤可包括将具有钝化层的经致密化的金属核材料悬浮在水中，以及在一边添加四氯化钛一边将悬浮液维持在1.8的pH的同时加热该悬浮液规定的时间，使得打02或其它高折射率材料均匀地沉积在经致密化的颗粒上而无裂纹或其它缺陷形成。经致密化的颗粒限制了在非常低的pH下水溶液的质子的扩散以避免与金属核材料反应。
[0023]另一方面，公开了一种包括金属核的多层颜料。将钝化层施加于并包围该金属核。该钝化层具有小于或等于100nm的厚度且该钝化层的90%具有2.3nm的孔径分布。将高折射率层施加于并包围该钝化层，其中该高折射率层均匀且无裂纹。
[0024]另一个方面，公开了一种包括金属核的多层颜料。将钝化层施加于并包围该金属核。该钝化层具有小于或等于lOOnm的厚度且该钝化层的90%具有2.3nm的孔径分布。将高折射率层施加于并包围该钝化层，其中该高折射率层均匀且无裂纹，并且具有50-200nm
的厚度。
[0025]实施例
[0026]材料
[0027]由 Silberline Manufacturing C0.提供涂覆有 Si02的招片。从 Sigma-AldrichChemical C0.(St.Louis, MO)购买四乙氧基硅烷(TE0S)、乙醇(99% )、丙酮、磷酸(85% )、氨水溶液(28% )和四氯化钛(IV)。
[0028]通过增加Si(^层的厚度来制备防腐的铝颜料:
[0029]防腐的铝颜料的制备如下:
[0030]a)利用磷酸化合物的处理:
[0031]将0.llg的磷酸(85%)添加至其中5g涂覆有Si02的铝片(Si02的厚度为约15nm)分散于55ml丙酮中的悬浮液中，并且在室温下搅拌30分钟。随后用丙酮过滤和洗涤该悬浮液两次。过滤固体部分并且得到用磷酸处理过的涂覆有3102的铝片。
[0032]b