COMPOSICIONES CON EFECTO DE COLOR.

Una partícula de pigmento con efecto de color no gelatinosa por defracción de Bragg que posee una relación de aspecto de al menos 2 que comprende un arreglo periódico ordenado de partículas ordenadas en capas y apiladas una sobre otra de manera que las superficies de las partículas estén en contacto una con otra,

obtenidas a partir de una dispersión de partículas similarmente cargadas en un vehículo contenido en una matriz en la que una diferencia en el índice de refracción entre dicha matriz y dichas partículas es al menos aproximadamente 0,01 y dicha matriz es un polímero reticulado, por lo que el contenido de disolvente es 1% en volumen o menor

Composiciones con efecto de color.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a pigmentos con efecto de color, a procesos por medio de los que se fabrican estos pigmentos y, más particularmente, al uso de los mismos para proporcionar un acabado goniocromático.

La goniocromaticidad es el efecto de color percibido que varía a medida que varía el ángulo de iluminación u observación. Los pigmentos goniocromáticos se utilizan, por ejemplo, en revestimientos automotrices, revestimientos decorativos, pigmentación plástica, tintas de impresión (en particular tintas de seguridad), textiles y productos cosméticos. Su efecto óptico resulta de la reflexión direccional de luz de partículas predominantemente similares a una lámina que convencionalmente son metálicas o poseen un contraste de índice de refracción estructurado, cuya escala de longitud es comparable con la longitud de onda de la luz. De acuerdo con la naturaleza de las partículas de pigmento, los pigmentos se conocen como pigmentos con efecto metálico (por ejemplo, aluminio, zinc, cobre o aleaciones de los mismos) o pigmentos de interferencia (por ejemplo, basados en mica revestida con dióxido de titanio, tales como muscovita, flogopita y biotita).

Como resultado de la luz incidente que es reflejada direccionalmente por las partículas predominantemente similares a una lámina, los pigmentos con efecto de color que están orientados, por ejemplo, en un revestimiento, exhiben goniocromaticidad; es decir, su color percibido (luminosidad y/o tono y/o cromaticidad) varía con el ángulo de iluminación u observación.

Los pigmentos de interferencia pueden comprender una única capa similar a una placa, o una estructura multicapa. El color percibido es afectado, por ejemplo, por la interferencia en la capa o capas delgadas, y opcionalmente también por la absorción por parte de un cromóforo (un resto orgánico o complejo inorgánico que absorbe longitudes de onda de luz en los rangos visible y/o UV) o un centro de color. Un centro de color es un par electrón-hueco que resulta de un defecto reticular en un material en estado sólido cristalino y que absorbe longitudes de onda en los rangos visible y/o UV. La interferencia, con o sin absorción, da como resultado una multiplicidad de variaciones de tonos que dependen del espesor de la capa o capas delgadas y el índice de refracción efectivo de la capa o capas.

Los pigmentos con efecto de color que dependen de los fenómenos de interferencia generados por la presencia de una o más capas delgadas para desarrollar alta cromaticidad (es decir, pureza de color) generalmente utilizan una a cinco capas delgadas de materiales que poseen alto contraste de índice de refracción. Los ejemplos de este tipo generalmente son conocidos e incluyen, sin limitación, pigmentos silicáticos revestidos con óxidos metálicos (incluyendo mica) y pigmentos metálicos. La densidad de dichos materiales que contienen metal es típicamente 2 a 4 veces mayor que la densidad de su composición de revestimiento circundante (por ejemplo en una pintura). Como resultado, estos materiales que contienen metal tienden a fijarse, lo que puede dar como resultado un efecto de color no uniforme de la composición de revestimiento.

Ha habido un abordaje que evita los problemas asociados a materiales que contienen metal en el uso de cristales líquidos orgánicos, tal como se desvela en la Patente Estadounidense No. 5.824.733. Sin embargo, los cristales líquidos no son tan durables físicamente como los materiales con efecto de color que contienen metal en una composición de revestimiento y su composición altamente aromática está sujeta a la fotodegradación con cambio o pérdida concomitante de su efecto de color, lo que es sumamente inconveniente.

Aunque las partículas de pigmento de materiales de múltiples capas que contienen metal se han utilizado exitosamente por sus propiedades ópticas dependientes del ángulo, los materiales orgánicos de múltiples capas se han limitado al uso en forma de película. La Patente Estadounidense No. 5.122.905 describe una película orgánica de múltiples capas para su uso como lámina o cuerpo reflectante. En forma similar, la Patente Estadounidense No. 5.783.120 desvela una película óptica de partículas poliméricas dispersas en una matriz. Estos materiales son flexibles y maleables y, por consiguiente, no apropiados para la conversión a la forma particulada como pigmentos.

Más recientemente, se han utilizado matrices de partículas poliméricas como filtros de radiación. Se describen ejemplos de estas matrices en una familia de patentes que incluyen las Patentes Estadounidenses Nos. 5.281.370, 5.711.884, 5.944.994, 6.001.251 y 6.123.845. Las matrices se forman a partir de un arreglo ordenado en una membrana de hidrogel de partículas de poliestireno, polimetacrilato de metilo, dióxido de silicio, óxido de aluminio o polímeros fluorados en un medio fluido. El arreglo selectivamente filtra una estrecha banda de longitudes de onda de luz (radiación) de un espectro más ancho de luz incidente. Las partículas se mantienen en un arreglo ordenado mediante diversas técnicas que incluyen evaporar el líquido circundante y fusionar las partículas, polimerizar las partículas una con otra, solidificar el líquido circundante (tal como mediante polimerización), o someter partículas cargadas en forma similar a un campo eléctrico. Los arreglos son capaces de difractar por Bragg la radiación en luz reflejada y luz transmitida. Estas membranas de gel exhiben algunas propiedades refractarias cuando se rompen en pequeños trozos y se mezclan en una composición de revestimiento. Sin embargo, su utilidad como colorante, por ejemplo, en productos plásticos o composiciones de revestimiento, tales como pintura, es limitada debido a su naturaleza gelatinosa. Los materiales gelatinosos pueden deformarse fácilmente o pueden hincharse o deshincharse con agua o disolventes orgánicos causando cambios o inhomogeneidades en el efecto de color percibido, lo que no es deseable.

El documento EP-A 955 323 desvela partículas de envoltura cóncava que después de formar una película del material de envoltura forma un arreglo ordenado de partículas cóncavas en la matriz del material de envoltura llevando a efectos de color y al uso de dicho material como pigmentos con efecto de color.

Por consiguiente, persiste la necesidad de materiales goniocromáticos durables que puedan producirse en forma particulada y que sean apropiados para su uso como colorantes.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un pigmento con efecto de color no gelatinoso por difracción de Bragg conforme a la reivindicación 1 y un proceso para la preparación del mismo conforme a la reivindicación 23. La presente invención proporciona pigmentos. Toda referencia a "colorante" de aquí en adelante es igualmente aplicable a la caracterización general de la presente invención como material difractante de radiación con la excepción de que los "colorantes" reflejan específicamente la radiación en el espectro visible, mientras que el material difractante de radiación hace referencia a un material que refleja cualquier longitud de onda de radiación electromagnética. El colorante incluye un arreglo periódico ordenado de partículas contenidas en una matriz en la que la diferencia en el índice de refracción entre la matriz y las partículas es al menos aproximadamente 0,01, preferentemente al menos aproximadamente 0,05, y, más preferentemente, al menos aproximadamente 0,1. La matriz puede ser un polímero orgánico, tal como un poliuretano, policarbonato, poliestireno, acrílico, alquídico, poliéster, siloxano, polisulfuro, epoxi o mezclas de los mismos, y es reticulado. En forma alternativa, la matriz puede ser un polímero inorgánico, tal como un óxido metálico (por ejemplo, alúmina, sílice o dióxido de titanio) o un semiconductor (por ejemplo, seleniuro de cadmio).

El arreglo de partículas puede ser mayor que varios milímetros de espesor. Para la facilidad en el uso como colorante en forma análoga a una partícula de pigmento con efecto convencional, el arreglo de partículas tiene preferentemente un máximo de aproximadamente 20 micrometros de espesor, más preferentemente un máximo de aproximadamente 10 micrometros de espesor, mucho más preferentemente un máximo de aproximadamente 5 micrometros de espesor. La relación de aspecto de las partículas es al menos aproximadamente 2, más preferentemente aproximadamente 5 a 100, mucho más preferentemente aproximadamente...

1. Una partícula de pigmento con efecto de color no gelatinosa por defracción de Bragg que posee una relación de aspecto de al menos 2 que comprende un arreglo periódico ordenado de partículas ordenadas en capas y apiladas una sobre otra de manera que las superficies de las partículas estén en contacto una con otra, obtenidas a partir de una dispersión de partículas similarmente cargadas en un vehículo contenido en una matriz en la que una diferencia en el índice de refracción entre dicha matriz y dichas partículas es al menos aproximadamente 0,01 y dicha matriz es un polímero reticulado, por lo que el contenido de disolvente es 1% en volumen o menor.

2. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que la diferencia en el índice de refracción entre dicha matriz y dichas partículas es al menos aproximadamente 0,1.

3. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 2, en la que dicho polímero se selecciona del grupo que consiste en un poliuretano, un polímero acrílico, un polímero alquídico, un poliéster, un polímero que contiene siloxano, un polisulfuro, un polímero que contiene epoxi y un polímero obtenido de un polímero que contiene epoxi.

4. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que dichas partículas comprenden un material polimérico seleccionado del grupo que consiste en un poliuretano, un polímero acrílico, un polímero alquídico, un poliéster, un polímero que contiene siloxano, un polisulfuro, un polímero que contiene epoxi y un polímero obtenido de un polímero que contiene epoxi.

5. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que dichas partículas comprenden un material seleccionado del grupo que consiste en un óxido metálico y un semiconductor.

6. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que dicho arreglo tiene menos de 20, preferentemente menos de 10, más preferente menos de 5 µm de espesor.

7. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 6, en la que dicho arreglo posee una relación de aspecto de al menos 2, preferentemente de 5 a 100, más preferentemente de 10.

8. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que los tamaños de dichas partículas difieren en hasta 5 a 15 por ciento.

9. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que dichas partículas tienen un diámetro de 0,01 a 1 micrómetro, preferentemente tienen un diámetro de aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,5 micrómetro.

10. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que una superficie de cada una de dichas partículas está en contacto con otra partícula.

11. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 10, en la que dichas partículas están ordenadas en al menos 5 capas de partículas, más preferentemente 10 a 30 capas de dichas partículas.

12. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que dicha partícula refleja luz visible.

13. La partícula de pigmento con efecto de color de la reivindicación 1, en la que dicha partícula refleja radiación electromagnética fuera del espectro visible.

14. Una composición de color que comprende un vehículo y un colorante en forma particulada, siendo dicho colorante una partícula de pigmento con efecto de color según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-13.

15. La composición de color de la reivindicación 14, en la que dicho vehículo comprende un ligante resinoso.

16. La composición de color de la reivindicación 14, en la que dicha composición es una pintura.

17. La composición de color de la reivindicación 14, en la que dicha composición es un producto cosmético.

18. La composición de color de la reivindicación 14, en la que dicha matriz o dichas partículas además comprenden una pluralidad de partículas a nanoescala.

19. La composición de color de la reivindicación 18, en la que dichas partículas a nanoescala aumentan el índice de refracción de dicha matriz o partículas.

20. La composición de color de la reivindicación 19, en la que dichas partículas a nanoescala se seleccionan del grupo que consiste en un metal, un óxido metálico, un óxido metálico mixto, un bromuro metálico, y un semiconductor.

21. La composición de color de la reivindicación 18, en la que dichas partículas a nanoescala reducen el índice de refracción de dicha matriz o partículas.

22. La composición de color de la reivindicación 21, en la que dichas partículas a nanoescala se seleccionan del grupo que consiste en un óxido metálico, un óxido metálico mixto y un fluoruro metálico.

23. Un procedimiento para preparar partículas de pigmento con efecto de color no gelatinosas por difracción de Bragg conforme a la reivindicación 1:

(a) proporcionando una dispersión de partículas similarmente cargadas en un vehículo;

(b) aplicando la dispersión sobre un sustrato;

(c) evaporando el vehículo para producir un arreglo periódico ordenado de las partículas sobre el sustrato;

(d) revistiendo un arreglo de partículas con un polímero curable; y

(e) fijando los arreglos de partículas mediante la curación del polímero,

(f) removiendo el arreglo fijo del sustrato y convirtiendo éste en una forma particulada y en el que las partículas producidas en la etapa (f) son no gelatinosas en el que el contenido del disolvente es 1% en volumen o menor.

24. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que la dispersión comprende 1 a 70% en volumen, preferentemente 30 a 65% en volumen de las partículas cargadas.

25. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que dicha etapa de proporcionar una dispersión de partículas cargadas además comprende (i) dispersar las partículas cargadas en el vehículo para producir una pre-dispersión y (ii) purificar la predispersión para producir la dispersión.

26. El procedimiento de la reivindicación 25, en el que la etapa (ii) comprende purificar la pre-dispersión mediante ultrafiltración.

27. El procedimiento de la reivindicación 25, en el que la etapa (ii) comprende purificar la pre-dispersión mediante intercambio iónico, diálisis, separación electrostática, fraccionamiento por flujo de campo o centrifugación.

28. El procedimiento de la reivindicación 23, que además comprende remover el arreglo fijo de partículas del sustrato.

29. El procedimiento de la reivindicación 28, en el que el sustrato es un miembro flexible.

30. El procedimiento de la reivindicación 29, en el que el miembro flexible comprende una película de polímero o metal.

31. El procedimiento de la reivindicación 28, en el que el sustrato comprende un miembro inflexible.

32. El procedimiento de la reivindicación 31, en el que el miembro inflexible comprende vidrio o metal.

33. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que el arreglo fijo producido en la etapa (e) tiene menos de aproximadamente 20 µm de espesor.

34. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que la dispersión se aplica al sustrato por inmersión, pulverizando, pintando, revestimiento con rodillo, revestimiento por grabado, revestimiento a cortina, revestimiento a boquilla o revestimiento por chorro de tinta.

35. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que la matriz se reviste en el arreglo de partículas por inmersión, pulverizando, pintando, revestimiento a rodillo, revestimiento por grabado, revestimiento a cortina, revestimiento a boquilla o reviestimiento por chorro de tinta.

36. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que el arreglo fijo de partículas se remueve del sustrato en forma de laminillas.

37. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que el vehículo es agua.

38. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que el polímero se selecciona del grupo que consiste en un poliuretano, un polímero acrílico, un polímero alquídico, un poliéster, un polímero que contiene siloxano, un polisulfuro, un polímero que contiene epoxi y un polímero obtenido de un polímero que contiene epoxi.

39. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que dichas partículas comprenden un material polimérico seleccionado del grupo que consiste en un poliuretano, un polímero acrílico, un polímero alquídico, un poliéster, un polímero que contiene siloxano, un polisulfuro, un polímero .que contiene epoxi y un polímero obtenido de un polímero que contiene epoxi.

40. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que dichas partículas comprenden un material seleccionado del grupo que consiste en un óxido metálico y un semiconductor.