JP6121908B2

JP6121908B2 - 顔料

Info

Publication number: JP6121908B2
Application number: JP2013541227A
Authority: JP
Inventors: ラインホルトリュガー、; マティアスクンツ、
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: US9403996B2; KR20130138282A; KR101903206B1; JP2014505120A; CN103228742B; US20130248781A1; WO2012072173A1; CN103228742A; DE102010052888A1; EP2646514A1

Description

本発明は、表面上に半導体層（semiconductor layer）を有する薄片（flake）状の基材をベースとする（based on）半導電性顔料に関するものであり、塗料、コーティング、印刷用インク、プラスチック、センサー、保安用途（security applications）、床敷物（floor-coverings）、フィルム、配合物（formulations）、セラミック材料、ガラス、紙における、レーザーマーキングのための、熱保護（thermal protection）における、乾燥調製物における、顔料調製物における、光半導体としての、および特に、高電圧技術（high-voltage technology）のための機能材料（functional materials）におけるバリスタ顔料（varistor pigment）としての、顔料の使用に関する。

導電性顔料は、様々な応用分野、例えば、帯電防止コーティング、帯電防止床敷物、防爆室の帯電防止処理またはプラスチックの塗装のための導電性下塗りのために、今日使用されている。

これらの用途において、表面および体積抵抗が低いことは、操作上安全な電気的状態を確実にするために必要である。したがって、使用される顔料に関して、可能な最善の導電率が要求される。カーボンブラックまたはグラファイトは、誘電性材料の導電率を増加させるために、通常使用される。これらの物質は、高い導電率に対する要求を満たすが、黒であり、したがって、添加された材料を暗くするという結果を常にもたらす不利益を有する。したがって、このあり得る解決法は、暗色から黒の適用物に制限され、この制限のために、常に実行可能とは限らない。

透明な薄片状の基材をベースとする導電性顔料が知られている。これらの顔料は、（Ｓｎ，Ｓｂ）Ｏ_２で、またはＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２／（Ｓｎ，Ｓｂ）Ｏ_２層シーケンス（例えば、ＭｅｒｃｋＫＧａＡからのＭｉｎａｔｅｃ（登録商標）３１ＣＭもしくは３０ＣＭ）でコーティングされた薄い雲母薄片をベースとする。この種類の顔料は、例えば、特許DE 38 42 330、DE 42 37 990、EP 0 139 557、EP 0 359 569、EP 0 743 654およびU.S.7,416,688において記載されている。かかる顔料は、透明であり、淡色のマストーンを有し、高い導電率を有する。キロオーム・ｃｍの領域の表面比抵抗（specific surface resistance）を有する淡色のまたは透明な導電性コーティングは、これらの顔料によって入手可能である。前記値は、直流電圧および低周波の交流電圧に適用される。

誘電性マトリックスにおける顔料体積濃度が、浸透閾値（percolation threshold）を超える場合、低い抵抗が、顔料含有材料において達成される。浸透閾値は、連続的な導電路を形成できる誘電体における導電性顔料の最小濃度である。この濃度範囲において、材料の電気抵抗は、顔料体積濃度の変化が小さいときに、１０の数乗、変化する。この閾値は、典型的には、調製物において顔料１０〜２０体積％である。顔料体積濃度がこの閾値未満である場合、電気抵抗は、誘電性マトリックス材料によって、本質的に決定される。塗料または成形物の形態のかかる材料の表面比抵抗は、典型的には、乾燥雰囲気においてテラオームの領域の中にある。

１０^８〜１０^１２オーム・ｃｍの範囲の中の比抵抗を有するコーティングまたは機能材料は、例えば、高電圧技術においてまたはセンサー素子において、大いに興味深い。

非線形特性を有する半導電性機能材料は、電気部品の機能の調節のための電気工学において、特に使用される。非線形特性の例は、電圧依存抵抗である。この種類の適用は、例えば、Andreas Kuchler、「Hochspannungstechnik」[High-Voltage Technology]、Springer Verlag、第3版、2009において、またはETG Specialist Reports 110および112、第3回ETG Congress、Wurzburg、2008において記載されている。電圧依存抵抗を有する材料は、例えばバリスタとして使用される。

電圧依存抵抗を有する半導電性コーティングおよびテープは、高電圧絶縁における電界の調節のために、例えばケーブル付属品における抵抗性電界の調節（resistive field control）のために使用される。従来技術は、塗料またはテープの形態の炭化ケイ素と誘電性バインダーの複合体を含む。

ここに、改善された材料特性に対する恒常的な需要がある。DE 19839285は、発電機における端面コロナシールディング(end corona shielding)のためのテープにおいて、アンチモンドープ酸化スズでコーティングされた導電性顔料を使用することを提唱している。この発明の場合、高い導電率を有する顔料が使用され、処方量は、浸透閾値の領域の中にある。顔料は、アンチモンドープ酸化スズ中にアンチモン１２〜１５モル％を含み、テープの抵抗は、樹脂マトリックス中の顔料の濃度を通じて調整される。

しかし、機能材料の高い抵抗のために、調製物が浸透閾値の領域の中の顔料濃度で調合されなければならないので、１０^８〜１０^１２オーム・ｃｍの範囲の中の比抵抗は、高い導電率の導電性顔料を使用する困難を伴ってしか設定できない。この濃度領域において、電気特性の突然の変化が起こる。小さな濃度の変動、架橋の度合い、残留溶媒もしくは水の含有量、または、温度などの外部パラメータも、機能材料の抵抗を、１０の数乗、変動させることがある。安定した状態は、かなりの努力によってしか達成および維持できない。導電性顔料の低い濃度によって正確に誘電性材料中の高い抵抗を調節する方法は、実際には使用できない。したがって、容易に調整可能なおよび安定した電気特性を有する半導電性機能材料に到達することを可能とする顔料に対する差し迫った需要がある。

したがって、本発明の目的は、１０^８〜１０^１２オーム・ｃｍの範囲の中の比抵抗および浸透閾値を超える顔料体積濃度における抵抗の規定された電圧依存性を有する半導電性コーティングおよび機能材料を調合することができる、半導電性顔料を見出すことである。本発明のさらなる目的は、弱い生来の色、高い機械的安定性および容易な分散性を有する半導電性顔料を提供することにある。

驚いたことに、本発明による顔料が、この要求プロファイルを満たすことが見出された。

従来技術からの導電性顔料と比較して、本発明による顔料は、特に、高抵抗によって、抵抗の調整可能な非線形性、それらの白いマストーン、小さな粒径および容易な分散性によって、区別される。暗色の導電性顔料と比較して、本発明による顔料は、適用系の色に関する自由度が必要である用途（塗料、プラスチック、印刷用インク）の場合、著しい優位性を示す。したがって、色および導電率は、非常に良好な様式で組み合わせることができるが、一方、カーボンブラックの使用については、暗色への制限が常にある。しかし、全体的に見て、淡色の半導電性顔料、特にバリスタ特性を有する白い半導電性の顔料に対する需要は、今まで満足させられなかった。

本発明は、ドープされた二酸化スズ層からなる導電性層を表面上に有し、スズ：ドーパントのモル比が、９９．９９：０．０１〜９７：３であることを特徴とする、薄片状の基材をベースとする顔料に関する。

本発明はさらにまた、本発明による顔料の使用に関する。白いマストーンを有する半導電性顔料は、塗料、コーティング、印刷用インク、プラスチック、センサー、例えば平面接触センサー(flat contact sensor)の場合、安全用途（safety applications）、床敷物、フィルム、配合物、セラミック材料、ガラス、紙における、乾燥調製物における、顔料調製物における、光半導体としての、および特に好ましくは、特に高電圧技術のための機能材料におけるバリスタ顔料としての使用にとって、特に適切である。

本特許出願における半導電性顔料は、以下の特性を有する顔料を意味すると理解される：粉体比抵抗（specific powder resistance）１００キロオーム・ｃｍ未満、好ましくは１キロオーム・ｃｍ未満を有する導電性顔料と対照的に、半導電性顔料の粉体比抵抗は、１００キロオーム・ｃｍから１００メガオーム・ｃｍの範囲の中にある。半導電性顔料を含むコーティングの抵抗範囲は、メガオーム〜テラオームの範囲の中の比抵抗を有する絶縁材料のより低い抵抗の範囲の中にある。

本発明による半導電性顔料は、半導電性層でコーティングされている薄片状の基材をベースとする。適切な薄片状の基材は、基本的に、当業者にとって既知の全ての透明な薄片状の基材である。特に適切なのは、ＴｉＯ_２薄片、合成雲母薄片、天然雲母薄片、ガラス薄片、ＳｉＯ_２薄片、タルク、カオリン、セリサイト、Ａｌ_２Ｏ_３薄片、またはそれらの混合物の群から選択される基材である。とりわけ好ましい基材は、天然または合成雲母薄片、さらにＡｌ_２Ｏ_３薄片である。薄片状の半導電性顔料は、球状の顔料と比較して、かなりの適用上の（applicational）利点を有する。したがって、その材料の所望の電気抵抗は、球状の顔料による場合と比べて、薄片状の半導電性顔料によって、著しく低い顔料体積濃度で達成できる。

ベースの基材のサイズは、それ自体は重大でなく、各々の用途にあわせることができる。一般的に、薄片状の基材は、０．０２と５μｍの間、特に０．０５と４．５μｍの間の厚さを有する。その他の２つの寸法（dimensions）におけるサイズは、通常１と２５０μｍの間、好ましくは２と２００μｍの間、および特に５と１５０μｍの間である。ガラス薄片は、好ましくは、層厚さ≦１．０μｍ、特に≦０．８μｍ、およびとりわけ好ましくは≦０．５μｍを有する。薄片状の基材の形状因子（form factor）、すなわち厚さに対する粒子の最長軸（the longest axis）の比は、少なくとも４、好ましくは１０超である。

本発明における半導電性層は、ドープされた二酸化スズである。

ドーパントは、好ましくは、カチオンまたはアニオンまたは２種以上のカチオンの混合物または少なくとも１種のカチオンと少なくとも１種のアニオンの混合物または少なくとも２種のアニオンの混合物である。

好ましいカチオンは、アンチモン、コバルト、タングステン、モリブデン、クロム、銅、チタンおよび鉄、さらにガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム、スズ、リンおよびヒ素の群から選択される。

好ましいアニオンは、フッ素、塩素およびリン酸塩（phosphate）の群から選択される。

特に好ましい実施形態において、使用される半導電性層は、
−アンチモンドープ二酸化スズ、
−フッ素ドープ二酸化スズ、
−塩素ドープ二酸化スズ、
−タングステンドープ二酸化スズ、
−モリブデンドープ二酸化スズ、
−アンチモンおよびチタンドープ二酸化スズ、
−アンチモンおよび鉄ドープ二酸化スズ、または
−アンチモンおよびリンドープ二酸化スズ
である。

特に好ましいのは、アンチモンドープ酸化スズからなる半導電性層である。この好ましい実施形態におけるスズ対ドーパント、特にアンチモンのモル比は、９９．９９：０．０１〜９７：３、特に９９．８：０．２〜９９：１である。

本発明による顔料は、好ましくは、基材５０〜８０重量％および半導電性層２０〜５０重量％で構成され、ここで基材と半導電性層の合計が１００重量％である。

本発明による顔料は、特に好ましくは、雲母５０〜８０％およびドープされた二酸化スズ層２０〜５０重量％からなる。ここにおける二酸化スズの量は、使用される基材の比表面積に依存する。

とりわけ好ましい顔料は、粒径＜１５μｍを有する、顔料全体を基準として、一般的に３５〜５０重量％のドープされた二酸化スズでコーティングされた雲母薄片からなる。対照的に、雲母薄片が粒径１０〜６０μｍを有する場合、顔料は、好ましくは、顔料全体を基準として、二酸化スズ２０〜３５重量％を含む。

雲母薄片は、天然雲母または合成雲母のいずれでもよい。

言及された粒径は、例えばＭａｌｖｅｒｎＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ２０００を使用して測定される、レーザー回折を用いた体積加重測定（volume-weighted measurement）における、ｄ_９０のことである。特に好ましい顔料の平均粒径ｄ_５０は、２〜８μｍの範囲の中にある。この種類の顔料は、硬化挙動（setting behaviour）、分散性および／またはコーティングの均一性に関して、適用（applications）における利点をしばしば示す。

半導電性層の層厚さは、好ましくは２０〜７０ｎｍ、特に３０〜４０ｎｍである。

誘電性またはさらなる半導電性の材料の薄い層での本発明による顔料のコーティングは、比較的高い抵抗の達成にとってしばしば有利である。

特に好ましいのは、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３またはＳｉＯ_２を含む半導電性層への薄い層の適用である。その層厚さは、一般的に＜０．１μｍ、好ましくは＜０．０５μｍである。誘電性または半導電性の材料の量は、導電性層を基準として、好ましくは０．５〜５重量％である。

本発明による特に好ましい顔料は、以下の層構造
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＴｉＯ_２
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＳｉＯ_２
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＺｎＯ
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ｃｒ_２Ｏ_３
基材＋ＳｉＯ_２＋（ドープされた）ＳｎＯ_２
基材＋ＴｉＯ_２＋（ドープされた）ＳｎＯ_２
を有する。

本発明によるとりわけ好ましい顔料は、以下の構造
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＴｉＯ_２
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＳｉＯ_２
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＺｎＯ
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＴｉＯ_２
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＳｉＯ_２
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＺｎＯ
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３
を有する。

好ましい実施形態において、ドーピングは、酸化アンチモンを好ましくは含む。

特に好ましい実施形態において、低抵抗のバリスタ顔料を調製することが可能であり、このバリスタ顔料は、基材を基準として７０重量％の半導電性層、好ましくは二酸化スズで覆われている雲母薄片、特には粒径＜１５μｍを有する雲母薄片、を好ましくはベースとしていて、この半導電性層は、半導電性層を基準として１重量％のアンチモンでドープされている。このようにして、コーティングにおける表面比抵抗１０^８オームおよび非線形係数（nonlinearity coefficient）アルファ４．５を有する低抵抗バリスタ顔料が得られる。

本発明による高抵抗顔料は、最初に、基材を基準として７０重量％の半導電性層、好ましくは二酸化スズで覆われている、粒径＜１５μｍを有する雲母薄片から好ましくはなり、この半導電性層は半導電性層を基準として０．２５重量％のアンチモンでドープされていて、引き続きＴｉＯ_２層を有し、このＴｉＯ_２含有量は基材を基準として１．４重量％である。この顔料を含むコーティングの比抵抗は、１０^１２オームであり、非線形係数アルファは、４である。

本出願において、低抵抗は、誘電性絶縁材料の抵抗に関連し、以下の通り定義される：
バインダーおよび顔料体積濃度（ＰＶＣ）１１〜２０％の半導電性顔料からなるコーティングの比抵抗が、１０^７〜１０^９オーム・ｃｍである。

本出願において、高抵抗は、以下の通り定義される：
バインダーおよびＰＶＣ１２〜２０％の顔料からなるコーティングの比抵抗が、１０^１１〜１０^１３オーム・ｃｍである。

本発明を用いて、低抵抗および高抵抗顔料を特に調製することが可能である。本発明による低抵抗および高抵抗顔料が混合される場合、総顔料濃度を変化させる必要なく、１０^８から１０^１２オームのコーティングの所望の比抵抗を、コーティングにおいて具体的に設定することが可能である。抵抗は、正確に設定することができ、安定している。

本発明の特に好ましい顔料は、アンチモンドープ二酸化スズ層でコーティングされた雲母薄片、またはアンチモンドープされた二酸化スズ層および金属酸化物層、特に酸化チタン層でコーティングされた雲母薄片を含む。

二酸化チタンでのコーティングは、半導電性二酸化スズのバンドギャップを増加させ、顔料がより白くなり、自由電荷キャリアの密度が低下するために導電率がかなり低下することを引き起こす。このようにして、その抵抗レベルが、例えばアンチモンでのドーピングだけを通じては困難を伴ってしか調整できない、特に高抵抗半導電性顔料に到達することが可能である。

同様に、本発明は、半導電性層による、および場合によって次に続く金属酸化物層、好ましくは二酸化チタンによる、薄片状基材のコーティングを含む、本発明の顔料の調製方法に関する。この方法は、半導電性層での薄片状基材のコーティングが、従来技術から既知のコーティング法によって、好ましくは湿式化学法（wet-chemical methods）によって実行されることを特徴とする。

本発明による方法の最も単純な実施形態において、ドープされた金属酸化物、金属水酸化物または金属酸化物水和物の層は、適切な前駆物質から薄片状の基材に付けられる。金属酸化物およびドーピングのための前駆物質は、好ましくは終始（continuously）、分けられていることができ、またはお互いに混合され、すなわち溶液中に一緒に存在することができ、これらのいずれでもよい。適切な前駆物質は、対応するハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩またはシュウ酸塩であり、対応するハロゲン化物が、好ましくは使用される。この種類の方法は、例えば、DE 42 37 990、DE 38 42 330、EP 0 139 557、U.S. 7,416,688に記載されていて、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。上記の付ける際の条件の最適化は、専門家のノウハウの範囲内である。

ウエットコーティングの場合、通常基材を水中に懸濁し、金属酸化物、金属水酸化物または金属酸化物水和物が、二次沈殿（secondary precipitation）が起こることなく、薄片上に直接沈殿するように選択された、加水分解にとって適切なｐＨで、１つまたは複数の加水分解性の金属塩を添加する。ｐＨは、通常、塩基または酸の同時計量添加（simultaneous metered addition）によって一定に保持される。顔料を、導電性層を付けた後に分離し、乾燥し、一般的に、空気中または不活性ガスもしくは還元条件下、通常、温度３００〜９００℃で、好ましくは６５０〜８５０℃でか焼する（calcine）。

本発明による方法のさらなる実施形態において、金属酸化物または金属酸化物の水和物の層は、半導電性層での薄片状の基材のコーティング後に、付けられる。ここにおける単一または複数の層の適用は、湿式化学法によって、ゾルゲル法、ＣＶＤおよび／またはＰＶＤ法を用いて、実行することができる。金属酸化物でのコーティングは、湿式化学法によって、好ましくは実行される。

望まれる場合、顔料は、導電性または半導電性層を付けた後に分離され（separated off）、乾燥され、場合によってか焼され、次に、金属酸化物層を沈殿させるために、再び懸濁されることができる。代替の実施形態において、全ての所望の層をまず沈殿させ、その後、全体としてか焼することもできる。

有利な特性のために、本発明による顔料は、広い範囲の用途に好適である。

したがって、本発明はまた、塗料、コーティング、印刷用インク、プラスチックにおける、保安用途、床敷物、フィルム、配合物、セラミック材料、ガラス、紙における、乾燥調製物における、センサーにおける、光半導体としての、または顔料調製物における、および高電圧技術における電界の調節のため、例えば、高電圧用ケーブルもしくはケーブルブッシングのシーリング端（sealing end）におけるグロー放電の抑制のためのバリスタ顔料としての、本発明による顔料の使用に関する。

配合物の場合、本発明による顔料は、規定された（defined）低い導電率を有することを意図される配合物、例えば導電性ペーストにとって特に適切である。本発明による顔料はもちろんまた、配合物において、任意の種類の原材料および補助物（assistants）のと組み合わせることができる。これらは、とりわけ、油、脂肪、ワックス、フィルム形成剤（film former）、保存剤、ならびに、例えばベントナイト、ヘクトライト、二酸化ケイ素、ケイ酸カルシウム、ゼラチンおよび／または界面活性補助物等などの、例えば増粘剤およびレオロジー添加剤などの一般的に適用特性を決定する補助物を含む。

塗料およびコーティングにおける顔料の使用において、例えば、粉体コーティング、自動車塗料、グラビア、オフセット、スクリーンまたはフレキソ印刷のための印刷用インク、および屋外用途における塗料などの当業者にとって既知の全ての応用分野が可能である。多様なバインダー、特に水溶性の種類は、例えば、アクリレート、メタクリルレート、ポリエステル、ポリウレタン、ニトロセルロース、エチルセルロース、ポリアミド、ポリビニルブチレート、フェノール樹脂、マレイン酸樹脂、デンプンまたはポリビニルアルコールをベースにした、印刷用インクの製造にとって適切である。塗料は、水または溶媒ベースの塗料であることができ、塗料成分の選択は、当業者の一般的な知識に従う。

さらに、本発明による顔料は、導電性フィルムおよびプラスチックの製造のために、例えば、導電性のフィルムおよびシート、プラスチック容器、ならびに導電性を必要とする当業者にとって既知の全ての用途のための成形物のために、特に使用することができる。適切なプラスチックは、本発明による導電性顔料の組込みのための全ての一般的なプラスチック、例えば熱硬化性プラスチック（thermoset）または熱可塑性プラスチック（thermoplastic）である。可能な用途、ならびに使用できるプラスチック、加工方法および添加物の記載は、例えば、RD 472005においてまたはR. Glausch、M. Kieser、R. Maisch、G. Pfaff、J. Weitzel、「Perlglanzpigmente」[Pearlescent Pigments]、Curt R. Vincentz Verlag、1996、83ページ以降において示され、その開示内容は、本明細書に組み込まれる。

同様に、本発明による顔料は、有機染料、顔料および／または例えば、カーボンブラック、透明なおよび不透明な白い、有色の、および黒い顔料などのさらなる導電性材料とのブレンド物、ならびに薄片状の酸化鉄、有機顔料、ホログラフィック顔料、ＬＣＰ（液晶ポリマー）および雲母、金属、ガラス、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等をベースとした金属酸化物コーティングされた薄片をベースとする従来の透明な、有色の、および黒い光沢顔料などとのブレンド物における使用にとって適切である。本発明による顔料は、市販の顔料および充填剤と、任意の比率で混合できる。

挙げることのできる充填剤は、例えば、天然および合成雲母、ナイロン粉、純粋なまたは充填されたメラミン樹脂、タルク、ガラス、カオリン、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウムの酸化物または水酸化物、ＢｉＯＣｌ、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭素、ならびにこれらの物質の物理的または化学的組合せである。

本発明による顔料は、本発明による１つまたは複数の顔料、バインダーおよび場合によって１つまたは複数の添加物を含む、流動性顔料調製物および乾燥調製物の調製にとって、さらに適切である。乾燥調製物はまた、水および／または溶媒もしくは溶媒混合物の０〜８重量％、好ましくは２〜８重量％、特に３〜６重量％を含む調製物を意味すると理解される。乾燥調製物は、好ましくは、ペレット、顆粒、チップ、ソーセージまたはブリケットの形であり、粒径０．２〜８０ｍｍを有する。

本発明はまた、塗料、コーティング、印刷用インク、プラスチック、センサー、保安用途、床敷物、フィルム、配合物、セラミック材料、ガラス、紙における、レーザーマーキングのための、熱保護における、乾燥調製物における、顔料調製物における、光半導体としての、および高電圧技術のための機能材料におけるバリスタ顔料としての、本発明による顔料の使用に関する。

以下の例は、より詳細にではあるが、制限することなく、本発明を説明することを意図する。

例
例１：低抵抗半導電性顔料
最大粒径１５μｍを有する雲母薄片１００ｇを、５リットル撹拌反応器において水２リットル中に懸濁する。ＳｎＣｌ_４１２０ｇおよびＳｂＣｌ_３１．０９ｇを含む塩酸溶液５９０ｇを、撹拌しながら７５℃で２時間にわたって計量して入れる。ｐＨは、水酸化ナトリウム溶液の同時計量添加によって、ｐＨ＝２に一定に保持する。添加が完了したとき、混合物を、さらに半時間、７５℃で撹拌する。その後、ｐＨを、ＮａＯＨを使用して４に調整し、懸濁液を、室温まで冷却する。顔料を濾過で取り出し、塩がなくなるまで水で洗浄し、乾燥し、３０分間、７５０℃でか焼して、白っぽい粉体として、顔料１７０ｇを得る。二酸化スズ層中のアンチモン含有量は、Ｓｎ＋Ｓｂの合計に対して、１モル％である。

例２：高抵抗半導電性顔料
最大粒径＜１５μｍを有する雲母薄片１００ｇを、５リットル撹拌反応器において水２リットル中に懸濁する。ＳｎＣｌ_４１２１ｇおよびＳｂＣｌ_３０．２７３ｇを含む塩酸溶液５９０ｇを、撹拌しながら７５℃で２時間にわたって計量して入れる。ｐＨは、水酸化ナトリウム溶液の同時計量添加によって、ｐＨ＝１．６に一定に保持する。添加が完了したとき、オキシ塩化チタンの４０重量％塩酸溶液、１０．６ｇを、ｐＨ＝２で添加し、混合物をさらに半時間、７５℃で撹拌する。その後、ｐＨを、ＮａＯＨを使用して４に調整し、懸濁液を、室温まで冷却する。顔料を濾過で取り出し、塩がなくなるまで水で洗浄し、乾燥し、３０分間、７５０℃でか焼して、白い光沢のある粉体として、顔料１７１ｇを得る。二酸化スズ層中のアンチモン含有量は、Ｓｎ＋Ｓｂの合計に対して、０．２５モル％である。

例３：電界調節のための電圧依存抵抗を有する、部分的に導電性の（partially conductive）コーティングの製造
例２による顔料を、水性ＰＵ塗料（バインダー：ＢａｙｅｒからのＢａｙｈｙｄｒｏｌＵＨ２９５２／１、硬化剤（hardner）ＣｙｔｅｃＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓからのＣｙｍｅｌ３２７Ｒｅｓｉｎ、充填剤ＢａＳＯ_４、ＢｌａｃｈｅＦｉｘｅｍｉｃｒｏ、Ｓａｃｈｔｌｅｂｅｎ、バインダーを基準として９重量％）の中へ入れて撹拌する。顔料質量濃度（重量％での、塗料の総固形分における顔料の割合）は、４５％である。ポリプロピレンシートを、この塗料でコーティングし、塗料を乾燥し、１４０℃でベークして、白っぽい光沢を有する塗料層を得る。その層厚さは、４０μｍである。

測定電圧５００Ｖから５０００Ｖで、スプリングタング電極（spring-tongue electrode）およびＧｏｓｓｅｎＭｅｔｒａｗａｔｔ高電圧オーム計を使用して、表面抵抗を、この塗料層上で測定する。電極間隔は１ｃｍであり、結果として生じる電界強度は、印加される測定電圧に対応して、５００Ｖ／ｃｍと５０００Ｖ／ｃｍの間である。

５００Ｖでの比抵抗は、１．０７・１０^１２オームであり、電界強度５０００Ｖ／ｃｍでの比抵抗は、４・１０^１０オームである。

実験は、得られた塗料層が、電界強度に依存する抵抗を有することを示す。高いが電界強度依存の抵抗を有する、この種類の混合誘電材料は、例えば、高電圧用ケーブルまたはケーブルブッシングのシーリング端におけるグロー放電の抑制のために使用できる。

例４：コーティングの抵抗の調整のための異なる導電率の２つの顔料との混合シリーズ
ニトロセルロース／アクリレート塗料の調製:
コロジウムウール（collodium wool）０．５ｋｇを、酢酸ｎ−ブチル２．１ｋｇと酢酸エチル１．５ｋｇの混合物中に溶解する。その後、酢酸エチル０．６５ｋｇおよびトルエン０．６ｋｇ中のＡｃｒｏｎａｌ７００Ｌ０．６５ｋｇの溶液を入れて撹拌する。その後、塗料の粘度を測定し、必要な場合、酢酸ｎ−ブチル１．４部と酢酸エチル１部の混合物の添加によって、１．９と２．１Ｐａ・ｓの間の値に調整する。

例２からの顔料の割合が０、２０、４０、６０、８０および１００％という様々な割合で、例１および２からの顔料を、上に述べたニトロセルロース／アクリレート塗料の中へ撹拌して入れる。ここでは例１からの顔料（１）と例２からの顔料（２）が、常に１００％を与える。２つの顔料の合計において、顔料質量濃度５７％が、常に設定される。ＰＥＴフィルムを、塗料でコーティングする。乾燥した層は、厚さ５０μｍを有する。２日後、乾燥した塗料層の表面比抵抗を測定する。結果は、下の図表に示される。顔料体積濃度は、約１７％である。

実験は、２つの顔料によって網羅される３・１０^７〜１０^１１オームの抵抗範囲の中の任意の抵抗を、ＰＭＣを変化させることなく設定できることを示す。したがって、ＰＭＣにおける変化によるときと比較して、著しくより正確な調整が可能である。

例５：
例１による顔料（樹脂を基準として５０重量％）および赤い酸化鉄顔料（チタン工業株式会社からのＴａｒｏｘＡＭ２００）、樹脂を基準として６重量％を、
−ＨｅｘｉｏｎからのＥＰＯＮ（商標）３００２、Ｎｏｖｏｌａｋエポキシ樹脂、メチルエチルケトン中５０％、
−ベンジルアルコール（樹脂を基準として５重量％）、
−ジシアナミド（樹脂を基準として８重量％）および
−ＥｖｏｎｉｋからのＵｒｏｎｅ３００、尿素誘導体（樹脂を基準として３重量％）
からなる熱架橋性エポキシド塗料の中に入れて撹拌する。ガラスプレートを、塗料でコーティングする。塗料層を乾燥し、最初８０℃、次に１５０℃の２段階で、３０分間ベークする。光沢のある赤茶色の塗料層が得られる。

この塗料層の表面抵抗を、測定電圧５００Ｖ〜５０００Ｖで、例３に記載された通り測定する。

５００Ｖで、比抵抗は、９．５・１０^８オームであり、電界強度５０００Ｖ／ｃｍで、比抵抗は、６・１０^７オームである。実験は、得られた塗料層が、電界強度に依存する抵抗とまた観察者にとって魅力的な色との両方を有することを示す。

Claims

ドープされた二酸化スズ層からなる層を表面に有し、スズ：ドーパントのモル比が、９９．９９：０．０１から９７：３であり、
ドープされた二酸化スズ層が、半導電性層である
薄片状基材をベースとする顔料であって、
顔料が、５０から８０重量％の基材および２０から５０重量％のドープされた二酸化スズ層からなり、ここで基材とドープされた二酸化スズ層の合計が１００重量％であり、
顔料の粉体比抵抗が、１００ｋΩ・ｃｍから１００ＭΩ・ｃｍの範囲にある
顔料。
スズ：ドーパントのモル比が、９９．８：０．２から９９：１であることを特徴とする、請求項１に記載の顔料。
白色を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の顔料。
ドーパントが、カチオンまたはアニオンまたは二以上のカチオンの混合物または少なくとも一のカチオンと少なくとも一のアニオンの混合物または少なくとも二のアニオンの混合物であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の顔料。
ドーパントが、アンチモン、コバルト、タングステン、モリブデン、チタン、鉄、クロム、銅、アルミニウム、リンおよびヒ素の群からのカチオンであることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の顔料。
基材が、ＴｉＯ_２薄片、合成雲母薄片、天然雲母薄片、ガラス薄片、ＳｉＯ_２薄片、セリサイト、カオリン、タルク、Ａｌ_２Ｏ_３薄片、またはそれらの混合物の群から選択されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の顔料。
薄片状基材の形状因子、厚さに対する粒子の最長軸の比が、≧４であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の顔料。
基材が、雲母薄片であることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の顔料。
基材が、粒径＜１５μｍを有する雲母薄片であることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の顔料。
二酸化スズが、アンチモンカチオンでドープされていることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の顔料。
ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、またはＳｉＯ_２の群から選択される一または複数の酸化物層が、ドープされた二酸化スズ層上に位置することを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の顔料。
酸化物層が、ＴｉＯ_２層であることを特徴とする、請求項１１に記載の顔料。
以下の層構造
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＴｉＯ_２
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＳｉＯ_２
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＺｎＯ
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３
基材＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ｃｒ_２Ｏ_３
が、基材上に位置することを特徴とする、請求項１から１２のいずれかに記載の顔料。
顔料が、以下の構造
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＴｉＯ_２
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＳｉＯ_２
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＺｎＯ
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ｃｒ_２Ｏ_３
雲母薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＴｉＯ_２
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＳｉＯ_２
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋ＺｎＯ
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ｃｒ_２Ｏ_３
Ａｌ_２Ｏ_３薄片＋（ドープされた）ＳｎＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３
を有することを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載の顔料。
ドープされた二酸化スズ層での薄片状基材のコーティングが、湿式化学法によって、ゾルゲル法、ＣＶＤおよび／またはＰＶＤ法を用いて、実行されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の顔料の調製のための方法。
基材薄片を水中に懸濁し、そして、金属酸化物、金属水酸化物または金属酸化物水和物が、二次沈殿が起こることなく、基材薄片上に直接沈殿するように選択された、加水分解にとって適切なｐＨで、一または複数の加水分解性の金属塩を添加し、ここで前記ｐＨが塩基または酸の同時計量添加によって一定に保持され、そして、顔料を、ドープされた二酸化スズ層を付けた後に分離し、乾燥し、場合によって空気中または不活性ガスもしくは還元条件下でか焼することを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
金属酸化物または金属酸化物水和物の層が、ドープされた二酸化スズ層での薄片状基材のコーティング後に付けられることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の方法。
塗料、コーティング、印刷用インク、プラスチック、センサー、保安用途、床敷物、フィルム、配合物、セラミック材料、ガラス、紙における、レーザーマーキングのための、熱保護における、乾燥調製物における、顔料調製物における、光半導体としての、および機能材料におけるバリスタ顔料としての、請求項１から１４のいずれかに記載の顔料の使用。
高電圧技術のための機能材料におけるバリスタ顔料としての、請求項１８に記載の顔料の使用。