Metalleffektpigment

Aluminiumpigment als Pulver

Kupferpigment

Metalleffektpigmente, veraltet Bronzen sind plättchenförmige, metallische Pigmente. Die optische Wirkung dieser Effektpigmente beruht auf der Ausrichtung der Plättchen parallel zur Oberfläche des umgebenden Systems, an denen eine gerichtete Reflexion auftritt. Sie werden im Colour Index unter C.I. Pigment Metal gelistet.^[1]

Metalleffektpigmente werden zur Herstellung von Metalleffekten in Lacken, Drucken, Kunststoffen oder Kosmetika eingesetzt werden. Die größte wirtschaftliche Bedeutung haben Aluminium (C.I. Pigment Metal 1, historisch Silberbronze) und Messing (C.I. Pigment Metal 2, Goldbronze). Schätzungen zufolge beläuft sich der Weltmarkt für Metalleffekte auf 25.000 Tonnen jährlich.^[1][2][3]

Geschichte

Messingpigment (Reichbleichgold)

Metalleffektpigmente sind innerhalb der Effektpigmente die älteste Untergruppe neben den Perlglanzpigmenten. Die Grundidee entwickelte sich im vierten bis dritten Jahrhundert vor Christus aus dem Goldschlägerhandwerk in Ägypten. Die Abfälle, die beim Ausschlagen von Gold zu sehr dünnen Folien entstehen, wurden in die Vorläufer der modernen Lacksysteme eingerührt, so dass diese eine goldene Farbe erhielten. Ab dem 18. Jahrhundert nach Christus wurde Messing anstelle des teurerer Goldes eingesetzt, später wurden auch feine Aluminiumflitter hergestellt, die zur Erzeugung eines silbernen Farbtons verwendet wurden.^[4]

Das erste Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Aluminiumpigmenten wurde 1910 in den USA angewendet (Stampf-Verfahren). Da es sich um ein Trockenmahlverfahren handelte, war das Risiko einer Explosion sehr hoch, so dass das Verfahren schnell durch ein Nassmahlverfahren, das nach dem Erfinder und Patentinhaber Hall-Prozess genannt wird, abgelöst wurde. Bei Messingpigmenten ist die Trockenvermahlung weiterhin üblich.^[4][5]

Einteilung

Leafing- und Non-Leafing-Typen

Orientierung von Leafing-Pigmenten in einer Lackschicht

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen sogenannten Leafing- und Non-Leafing-Pigmenten. Bei ersteren orientieren die Plättchen sich nach der Applikation im Lack- / Druckfilm an der Oberfläche. So wird ein äußerst metallischer Eindruck erzeugt, der jedoch nicht wisch- und kratzfest ist. Einsatzgebiete sind Druckfarben oder Reflexionslacke und Aerosollacke, da der optische Effekt in diesen Anwendungen eine herausragende Rolle spielt. Messingpigmente sind grundsätzlich Leafing-Typen.^[4][6]

Orientierung von Non-Leafing-Pigmenten in einer Lackschicht

Non-Leafing-Pigmente verteilen sich nach der Applikation gleichmäßig in der Filmmatrix. Dadurch sind sie gegen Abrieb und Angriff von Chemikalien geschützt, was sie andererseits auch grauer und wesentlich weniger metallisch erscheinen lässt. Sie können zur Erzeugung bunter Metallic-Effekte mit Buntpigmenten kombiniert werden. Dies ist mit Leafing-Pigmenten nur in geringen Konzentrationen möglich, da diese die gleichmäßig im Lack verteilten Buntpigmente durch die Konzentration an der Lackoberfläche überdecken. Haupteinsatzgebiete sind Automobillacke, Lacke für Mobiltelefone oder Elektroteile und auch allgemeine Industrielacke. ^[6]

Vergleich zwischen einem Leafing-Aluminiumpigment (links) und einem Non-Leafing-Aluminiumpigment (rechts):

Oberflächenbeschaffenheit

Die Standardtypen werden auf Grund ihrer Form als Cornflakes bezeichnet. Dies sind Plättchen, die sehr unregelmäßig geformt sind und eine unebene Oberfläche haben. Die Cornflakes stellen die Urform der Metalleffektpigmente dar. Seit Beginn der 1990er Jahre werden abgerundete Plättchen mit einer glatten Oberfläche angeboten. Diese werden, ebenfalls aufgrund ihrer Form, als Silberdollar bezeichnet und erscheinen gegenüber den Cornflake-Typen brillanter und heller und finden daher in vielen modernen Lackierungen Anwendung. Silberdollar-Typen werden aus einem speziell eingestellten Grieß mit sphärischer Oberfläche hergestellt. Dieser wird bei der Mahlung nicht zerkleinert, sondern nur verformt.^[4]

Hochreine Typen

Aluminiumtypen mit einem sehr hohen Aluminiumgehalt wurden in der Vergangenheit häufig für hochwertige Lackierungen, wie etwa bei Automobilen, angewendet. Diese Typen bieten einen wesentlich besseren Korrosionsschutz gegenüber Standardtypen. Aufgrund der inzwischen vorherrschenden Zweischicht-Technologie (Überbeschichtung mit Klarlack) haben diese Typen jedoch an Bedeutung verloren.^[4]

Herstellung

Aluminiumpigment als Paste

Das zu verarbeitende Metall (Aluminium oder Messing) wird zunächst geschmolzen und nach Erreichen der Schmelztemperatur aus der Schmelze heraus verdüst. Dabei entstehen unregelmäßig geformte, sphärische Partikel (Grieß). Die Metallpulver werden in der Folge in Kugelmühlen zu Plättchen (Flakes) verformt und zerkleinert. Dies geschieht bei Aluminiumpigmenten in Testbenzin und Schmiermittel (Ölsäure für Non-Leafing-Pigmente bzw. Stearinsäure für Leafing-Pigmente), da sonst die Gefahr einer Staubexplosion besteht. Bei Messingpigmenten ist eine Trockenvermahlung problemlos möglich, da es wegen der wesentlich höheren Dichte nicht zu Staubexplosionen kommt. Nach der Vermahlung wird das Testbenzin mittels Filterpressen aus dem entstandenen Gemisch (Slurry) entfernt. Im letzten Schritt wird der Filterkuchen auf die jeweilige Handelsform eingestellt^[4]

Eigenschaften

Optische Wirkung eines einzelnen Metalleffektpigments

Metalleffektpigmente sind in etwa 20 µm lang und bis zu 1 µm dick und können ihre Wirkung nur entfalten, wenn die parallele Ausrichtung im Lackfilm, sowohl zueinander als auch zu Substrat- und Lackoberfläche, gelingt. Einfallendes Licht wird auf der Oberfläche des Effektpigments reflektiert und an den Kanten gestreut. Je flacher der Blickwinkel ist, umso mehr überwiegt der Effekt der Streuung, so dass der Lack dunkel erscheint. Bei steileren Blickwinkeln überwiegt dagegen die Reflexion, so dass der Lack bzw. die Effektpigment enthaltenden Stellen des Lacks hell erscheinen. Der Effekt des Helligkeitsunterschiedes unter verschiedenen Betrachtungswinkeln wird als Helligkeitsflop bezeichnet. Sieht man die einzelnen Pigmentteilchen, so wird dies Sparkle-Effekt genannt. Dieser Effekt wird durch den Einsatz großer Pigmentteilchen verstärkt. Im Gegensatz zu den Perlglanzpigmenten sind die Pigmentplättchen selbst lichtundurchlässig.^[6][7][8]

Aufgrund der vom Betrachtungswinkel abhängigen Helligkeit ist eine farbmetrische Beurteilung schwierig. Die Entwicklung im Bereich der Farbmetrik hat jedoch dazu geführt, dass inzwischen Mehrwinkelmessgeräte angeboten werden, mit denen eine solche Beurteilung auch messtechnisch durchgeführt werden kann. Erst zu im Jahr 2000 wurden Normen dazu veröffentlicht.^[9][10]

Eine zu starke Scherbeanspruchung bei der Dispergierung kann dazu führen, dass die Plättchen brechen und nicht mehr den gewünschten Effekt erzielen. Deshalb ist bei der Einarbeitung von Effektpigmenten eine schonende Verarbeitung notwendig. Bei Systemen mit niederiger Viskosität besteht die Gefahr der Sedimentation.^[11]

Elementares Aluminium reagiert mit Wasser zu Aluminiumhydroxid und Wasserstoff. Da der Effekt durch die hohe Oberfläche der Partikel aufgrund ihrer Plättchenform verstärkt wird, verfärben sich die Pigmente gräulich. Durch den Einsatz von Inhibitoren oder Beschichtungen (häufig aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxiden oder Polyacrylaten, die durch Modifikation des Hall-Prozesses aufgebracht werden, können sogenannte gasungsstabile Aluminiumpigmente erhalten werden.^[4]

Anwendungen

Metalliclack mit Aluminiumpigment

In Lacken, insbesondere in Automobillacken werden Metalleffektpigmente seit den 1920er Jahren eingesetzt, was auch heute Bestand hat. Ebenso finden Metalleffektpigmente Anwendung in Pulverlacken, jedoch ist ihr Einsatz in dieser Anwendung stark eingeschränkt. Neben diesem Hauptanwendungsgebiet werden die Pigmente auch in Kunststoffen, Drucken und Kosmetikartikeln eingesetzt.^{[12][13][14][15]}

Liste der im Colour Index gelisteten Metalleffektpigmente

Im folgenden werden alle im Colour Index gelisteten Metalleffektpigmente aufgeführt. Laut Colour Index sind C.I. Pigment Metal 3, 4 und 5 nicht mehr erhältlich.^[16]

Generic Name	Constitution Number	Basismetall / Legierung
C.I. Pigment Metal 1	C.I. 77000	Aluminium
C.I. Pigment Metal 2	C.I. 77400	Kupfer, Bronze
C.I. Pigment Metal 3	C.I. 77480	Gold
C.I. Pigment Metal 4	C.I. 77575	Blei
C.I. Pigment Metal 5	C.I. 77860	Zink
C.I. Pigment Metal 6	C.I. 77945	Zinn

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} H. Römpp; Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben; Seite 378; Thieme; Stuttgart; 1998; ISBN 9783137760016
2. ↑ Ceresana Research; Marktstudie Pigmente Band I; Seite 552
3. ↑ Ceresana Research; Marktstudie Pigmente Band I; Seite 571
4. ↑ ^{a b c d e f g} H. Kittel, J. Spille; Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen, Band V: Pigmente, Füllstoffe und Farbmetrik; 2. Auflage; Seite 130ff; Hirzel; Stuttgart; 2003; ISBN 9783777610153
5. ↑ US-Patent 3002891
6. ↑ ^{a b c} A. Goldschmidt, H. Streitberger; BASF Handbuch Lackiertechnik; Seite 164; Vincentz Network; Hannover; 2002; ISBN 3878703244
7. ↑ R. Glausch, M.Kieser, R. Maisch, G. Pfaff, J. Weitzel; Perlglanzpigmente; Seite 13; Vincentz Verlag; 1996; Hannover
8. ↑ G. Pfaff; Spezielle Effektpigmente; 2. Auflage; Seite 210; Vincentz Network; Hannover; 2007
9. ↑ G. Pfaff; Spezielle Effektpigmente; 2. Auflage; Seite 212; Vincentz Network; Hannover; 2007
10. ↑ DIN 6157, Teil 2
11. ↑ G. Pfaff; Spezielle Effektpigmente; 2. Auflage; Seite 103f; Vincentz Network; Hannover; 2007
12. ↑ G. Pfaff; Spezielle Effektpigmente; 2. Auflage; Seite 96f; Vincentz Network; Hannover; 2007
13. ↑ G. Pfaff; Spezielle Effektpigmente; 2. Auflage; Seite 145; Vincentz Network; Hannover; 2007
14. ↑ G. Pfaff; Spezielle Effektpigmente; 2. Auflage; Seite 182; Vincentz Network; Hannover; 2007
15. ↑ G. Pfaff; Spezielle Effektpigmente; 2. Auflage; Seite 209; Vincentz Network; Hannover; 2007
16. ↑ Colour Index