Uv反射颜料及其制备和使用方法
【专利说明】UV反射颜料及其制备和使用方法
[0001]本申请要求分别于2013年3月15日和2013年11月12日递交的美国临时申请N0.61/793，518和N0.61/902, 992的权益，将它们的全部内容都引入本文供参考。
发明领域
[0002]本申请的公开内容涉及能选择性反射UV光的颜料以及其制备和使用方法。
[0003]背景
[0004]干扰颜料通常是已经被多层金属氧化物涂覆的薄片状底材。干扰颜料能显示基于在具有不同反射指数的层的界面上光反射的角度干扰颜色。由人眼观察到的干扰颜料的颜色(即在可见光谱中)是基于具有不同反射指数的层、具有不同反射指数的各层的厚度以及辐照颜料的光的波长和角度的组合。干扰颜料用于油漆、涂料、塑料、印刷油墨和化妆品配制剂中。
[0005]已经开发了许多产品，例如晒黑液，其例如使用有机分子或无机纳米粒子，从而吸收或散射UV且同时允许可见光穿过此产品。但是，有机分子不适合用于要求长期保护的应用。无机纳米粒子会对涂层产生不需要的雾度。所以，当在应用中需要长期持久的透明涂层时，例如外部木材涂料或保护油漆，需要另一种方式来选择性地反射或吸收UV光。
[0006]本发明通过提供能选择性反射UV光的颜料解决此问题。本发明的颜料例如适合用于长期涂层。
[0007]发明概述
[0008]以下实施方案并不是穷尽性综述。以下实施方案既不意欲确认各个实施方案的关键因素，也不限制它们的范围。其它变化将对于本领域技术人员而言是显然的。
[0009]在一个实施方案中，公开了一种颜料，其包含片状底材，其中片状底材是透明的，具有低反射指数，并且被3-23个高或低反射指数材料交替层的奇数层涂覆，其中每层具有与相邻层之间相差至少0.2的反射指数；其中每层高反射指数材料层具有10-40nm的厚度；其中每层接连地包封片状底材以及所有在先层，使得每层被相同地施用到片状底材的两侧上；每层低反射指数材料层具有20-80nm的厚度；和所述颜料对于波长为280_400nm的光具有约40-100%的反射率，并且对于波长为450-900nm的光具有约0-20%的反射率。在颜料的一个实施方案中，片状底材含有玻璃、氧化铝、天然云母、合成云母、滑石、氧氯化铋、硅石、天然珍珠、氮化硼、二氧化硅、氧化锌、天然硅酸盐、合成硅酸盐、硅酸铝或它们的混合物。在颜料的一个实施方案中，高反射指数材料含有T12、钛酸锶、立方氧化锆或氧化锌中的至少一种；和低反射指数材料含有Si02、Al203或MgF2*的至少一种。在颜料的一个实施方案中，高反射指数材料含有T12,并且每层高反射指数材料层具有15-30nm的厚度，低反射指数材料含有S12,并且每层低反射指数材料层具有20-60nm的厚度，并且所述颜料对于波长为280-350nm的光具有约70-100%的反射率。在一个实施方案中，所述颜料具有与片状底材直接接触的高反射指数层，以及作为高和低反射材料交替层中的最外层的高反射指数层。在一个实施方案中，所述颜料具有3、5、7、9、11、13、15、17、19、21或23个被涂覆到片状底材上的高和低反射材料的交替层。
[0010]在一个实施方案中，公开了一种颜料，其包含:均匀的片状底材，其中均匀片状底材具有低反射指数，并且被1-11个高和低反射指数材料交替层的奇数光学层涂覆，其中每层光学层具有与相邻层之间相差至少0.2的反射指数；其中每层接连地包封所述均匀片状底材以及所有在先层，使得每层被相同地施用到片状底材的两侧上；其中均匀片状底材的厚度具有约30-90nm的平均值，使得均匀片状底材起到颜料的中心光学层的作用；其中所述颜料具有总共2n+l个光学层；n是被涂覆到均匀片状底材上的高和低反射指数材料的光学层的总数目；高反射指数材料的每层光学层具有10-40nm的厚度；低反射指数材料的每层光学层具有20-80nm的厚度；和所述颜料对于波长为280_400nm的光具有约40-100%的反射率，并且对于波长为450-900nm的光具有约0-20%的反射率。在颜料的一个实施方案中，均匀片状底材是硅酸盐。在颜料的一个实施方案中，高反射指数材料含有T12、钛酸锶、立方氧化锆或氧化锌中的至少一种；并且低反射指数材料含有Si02、Al203或MgF^的至少一种。在颜料的一个实施方案中，高反射指数材料含有T12,并且每层高反射指数材料层具有15-30nm的厚度，低反射指数材料含有S12，并且每层低反射指数材料层具有20_60nm的厚度，并且所述颜料对于波长为280-350nm的光具有约70-100%的反射率。在一个实施方案中，所述颜料具有与均匀片状底材直接接触的高反射指数层，以及作为高和低反射材料交替层中的最外层的高反射指数层。在一个实施方案中，所述颜料具有1、3、5、7、9或11个被涂覆到均匀片状底材上的高和低反射材料的交替层；并且均匀片状底材的厚度具有约50-70nm的平均值。
[0011]在一个实施方案中，公开了一种制备颜料的方法，包括:
[0012]第一沉积步骤，其中将第一高反射指数材料层沉积到片状底材上以形成被涂覆的底材，其中片状底材是透明的并具有低反射指数；
[0013]第二沉积步骤，其中将低反射指数材料层沉积到第一高反射指数材料层上、然后将第二高反射指数材料层沉积到所述低反射指数材料层上以形成颜料，
[0014]其中每层具有与相邻层之间相差至少0.2的反射指数；每层高反射指数材料层具有10-40nm的厚度；每层低反射指数材料层具有20_80nm的厚度；并且所述颜料对于波长为280-400nm的光具有约40-100%的反射率，并且对于波长为450_900nm的光具有约0-20%的反射率。在所述方法的一个实施方案中，第一或第二沉积步骤中的至少一个步骤包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或湿化学工艺；高反射指数材料含有T12,并且每层高反射指数材料层具有10-40nm的厚度；并且低反射指数材料含有Si02、Al2O3或MgF2中的至少一种，并且每层低反射指数材料层具有20-80nm的厚度。在所述方法的一个实施方案中，每个沉积步骤是湿化学沉积，并且片状底材在沉积每层高反射指数层之前用SnCl4处理。在所述方法的一个实施方案中，所述颜料对于波长为280-350nm的光具有约70-100 %的反射率，高反射指数材料含有T12,并且每层高反射指数材料层具有15-30nm的厚度；并且低反射指数材料含有S12，并且每层低反射指数材料层具有20-60nm的厚度。
[0015]在一个实施方案中，公开了一种制备颜料的方法，包括:
[0016]第一沉积步骤，其中将第一高反射指数材料层沉积到均匀片状底材上以形成第一颜料，其中均匀片状底材具有低反射指数；和
[0017]任选地，第二沉积步骤，其中将低反射指数材料层沉积到第一高反射指数材料层上、然后将第二高反射指数材料层沉积到所述低反射指数材料层上以形成第二颜料；其中每层具有与相邻层之间相差至少0.2的反射指数；均匀片状底材的厚度具有约30-90nm的平均值，使得均匀片状底材起到光学体系的中心光学层的作用；其中所述光学体系具有总共2n+l个光学层；n是高和低反射指数材料的交替层的数目；每层高反射指数材料层具有10-40nm的厚度；每层低反射指数材料层具有20_80nm的厚度；并且其中所述颜料对于波长为280-400nm的光具有约40-100%的反射率，并且对于波长为450_900nm的光具有约0-20%的反射率。在所述方法的一个实施方案中，第一和第二沉积步骤中的至少一个步骤包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或湿化学工艺；高反射指数材料含有T12,并且每层高反射指数材料层具有10-40nm的厚度；并且低反射指数材料含有Si02、Al2O3或MgF2中的至少一种，并且每层低反射指数材料层具有20-80nm的厚度。在所述方法的一个实施方案中，每个沉积步骤是湿化学沉积，并且均匀片状底材在沉积每层高反射指数层之前用SnCl4处理。在所述方法的一个实施方案中，所述颜料对于波长为280-350nm的光具有约70-100%的反射率，高反射指数材料含有T12,并且每层高反射指数材料层具有15-30nm的厚度；并且低反射指数材料含有S12，并且每层低反射指数材料层具有20-60nm的厚度。在一个实施方案中，公开了一种含有上述颜料的产品。
[0018]因此，本申请包括至少以下权利要求:
[0019]1.—种颜料，其含有:
[0020]片状底材，其中片状底材是透明的，具有低反射指数，并且被3-23个高或低反射指数材料交替层的奇数层涂覆，其中每层具有与相邻层之间相差至少0.2的反射指数；
[0021]其中每层高反射指数材料层具有10-40nm的厚度；
[0022]其中每层接连地包封片状底材以及所有在先层，使得每层被相同地施用到片状底材的两侧上；
[0023]每层低反射指数材料层具有20_80nm的厚度；和
[0024]所述颜料对于波长为280-400nm的光具有约40-100%的反射率，并且对于波长为450-900nm的光具有约0-20%的反射率。
[0025]2.权利要求1的颜料，其中片状底材含有玻璃、氧化铝、天然云母、合成云母、滑石、氧氯化铋、硅石、天然珍珠、氮化硼、二氧化硅、氧化锌、天然硅酸盐、合成硅酸盐、硅酸铝或它们的混合物。
[0026]3.权利要求1或2的颜料，其中高反射指数材料含有T12、钛酸锶、立方氧化锆或氧化锌中的至少一种；和
[0027]低反射指数材料含有Si02、Al2O3或MgF 2中的至少一种。
[0028]4.权利要求1-3中任一项的颜料，其中高反射指数材料含有T12,并且每层高反射指数层具有15-30nm的厚度，
[0029]低反射指数材料含有S12,并且每层低反射指数层具有20-60nm的厚度，和
[0030]所述颜料对于波长为280-350nm的光具有约70-100%的反射率。
[0031]5.权利要求1-4中任一项的颜料，其中所述颜料具有与片状底材直接接触的高反射指数层，以及作为高和低反射材料交替层中的最外层的高反射指数层。
[0032]6.权利要求1-5中任一项的颜料，其中所述颜料具有3、5、7、9、11、13、15、17、19、21或23个被涂覆到片状底材上的高和低反射材料交替层。
[0033]7.—种颜料，其含有:
[0034]均匀的片状底材，其中均匀片状底材具有低反射指数，并且被1-11个高和低反射指数材料交替层的奇数光学层涂覆，
[0035]其中每层光学层具有与相邻层之间相差至少0.2的反射指数；
[0036]其中每层高反射指数材料层具有10_40nm的厚度；
[0037]其中每层接连地包封所述均匀片状底材以及所有在先层，使得每层被相同地施用到片状底材的两侧上；
[0038]其中均匀片状底材的厚度具有约30_90nm的平均值，使得均匀片状底材起到颜料的中心光学层的作用；
[0039]其中所述颜料具有总共2n+l个光学层；
[0040]η是被涂覆到均匀片状底材上的高和低反射指数材料的光