具有特定性能的胆甾型单层和单层颜料、它们的生产和用途

摘要

本发明提供新颖的胆甾型单层和从其获得的颜料，它们具有高亮度和视角依赖性颜色变化(颜色－跳动/倾斜效应)及另外的特定性能如磁化性、传导性、荧光性、磷光性和增加的遮盖力，它们的生产方法和它们的用途。

说明书

本发明提供新颖的胆甾型单层和从其获得的颜料，它们具有高亮度和视角依赖性颜色变化(颜色-跳动/倾斜效应)及另外的特定性能如磁化性、传导性、荧光性、磷光性和增加的遮盖力，它们的生产方法和它们的用途。

具有液晶(LC)结构与手性相的材料(LC材料)，也称为胆甾型LC，是已知的。从LC有机硅氧烷生产这种材料描述于例如专利US5,211,877中。具有取向三维交联物质的颜料(LC颜料)同样在工业上生产和使用，该物质具有液晶结构和手性相。这描述于例如德国未决公开说明书DE 42 40 743 A1和专利US 5,362,315中。

胆甾型LC层优选是高度透明的并且反射光或允许它通过。这些层的特征是作为视角函数的选择性颜色反射(颜色-跳动/倾斜效应)，也称为光学可变性。吸收不在LC层中出现。因此，胆甾型层或通过粉碎从其生产的颜料不具有任何遮盖力，并且为产生颜色，必须被施加到暗背景，理想地施加到黑背景，使得由它们透射的光级分由背景吸收并且可以看到依赖于视角的它们的反射颜色。可选地，它们可以采用吸收颜料，例如炭黑配制。此方法的显著缺点在于消除一部分它们的颜色效应，这是由于不透明颜料覆盖一些LC颜料片晶，该片晶不能再对反射和因此对颜色效应有贡献。

当要将另外的性能，例如传导性、磁性、改变的颜色(色彩性能)或遮盖力引入到这些LC层时，困难在于当将吸收剂或不透明或其它非液晶材料加入到胆甾型LC混合物中时，损害它们的取向性，其结果是反射性能和因此颜色及亮度损失或至少极大地降低。这些缺点在欧洲专利EP 1 009 776 B1中确认，这是由于向胆甾型基体中引入外来颜料导致相当部分的LC颜料的反射波长被吸收或散射，使得基本消除胆甾型干涉颜料的特定优点。

由欧洲专利EP 1 009 776 B1公开的另外问题在于需要外来颜料在胆甾型基体中的良好细分散。这种分散可以仅与调节到颜料表面的添加剂，例如脂肪酸或卵磷脂结合而进行，尽管它中断螺旋取向的形成和因此最优的颜色显现。因此，获得胆甾型干涉颜料，该颜料给出不吸引人颜色的印象和具有低颜色-跳动/倾斜效应。

欧洲未决公开说明书EP 0 601 483 A1和EP 0 686 674 A1描述了向胆甾型基体中引入炭黑或颜料。对此问题的可能解决方案在专利EP 1017 755 B1、EP 1 009 776 B1和DE 196 19 973 A1中给出，例如为了在胆甾型LC层或从其获得的LC颜料中获得更好的遮盖力。生产多层产品。这由两个外部的取向的聚合胆甾型LC层和中间的非液晶的部分或完全吸光层的夹层物组成，该吸光层包括例如作为吸收添加剂的炭黑。根据欧洲专利EP 1 017 755 B1，此吸收添加剂也可另外具有磁性能。EP 1 017 755 B1因此明确拒绝将任何种类粒子引入单一胆甾型LC层的可能性；反而提出提供带有这种粒子的另外的单独层。

当LC颜料从多层膜获得时，例如在DE 198 20 225 A1中，它们的遮盖力较少受背景影响并显示明亮和颜色变化表面而不管哪侧位于背景上。对解决方案的这些方法的缺点在于这些层压材料仅可以由复杂和多阶段工艺获得。另外，通过粉碎从此层压材料获得的颜料具有高厚度。因此，它们不符合对用于涂料和印刷油墨的颜料的通常厚度要求，这是由于对于众多涂覆和印刷技术，片晶形颜料的应用范围通常随片晶的层厚度变薄而增加。此外，如在德国未决公开说明书DE 19820 225 A1中所述，在多层胆甾型颜料中存在吸收剂层与LC层分层的危险。

因此本发明的目的是提供三维交联的胆甾型单层和从其获得的胆甾型颜料，它们显示高亮度、颜色反射力和颜色-跳动/倾斜效应，并且具有另外的性能，例如增加的遮盖力、传导性、发光性、荧光性、磷光性，与没有添加剂或磁性的初始LC混合物相比变化的色彩性能，而不必须另外加入包括这些另外性能的另外材料层。

令人惊奇地发现，与现有技术相反，通过将带有另外性能的纳米粒子直接引入胆甾型基体可以实现本发明的根本目的，其结果是可以提供具有增加的遮盖力和/或其它性能如磁性的LC层和LC颜料而不导致以上详细描述的缺点。

本发明因此提供包括纳米粒子的胆甾型液晶单层和单层颜料。  这些层和颜料优选在高于胆甾型液晶混合物的澄清点的温度通过混合纳米粒子到胆甾型液晶混合物中而制备。

根据本发明，纳米粒子理解为表示粒度在纳米范围，即1-999nm，优选10-500nm的粒子。

根据本发明，单层应当理解为表示不与包括胆甾型液晶材料的其它层接触的单一层。根据本发明的单层颜料包括具有三维交联的胆甾型液晶混合物和纳米粒子的单一层。

本发明的胆甾型液晶混合物优选包括：

A)基于总固体含量，0.01-50wt％，优选0.1-10wt％纳米粒子，该纳米粒子选自金属氧化物、氧化铁、磁粉、氧化锌、炭黑、石墨、热解法二氧化硅、发光颜料、荧光颜料、磷光颜料、金属、金属合金和彩色颜料或其混合物，

B)基于总固体含量，20-99.5wt％，优选60-99wt％至少一种或多于一种具有平均通式(1)的可三维交联的化合物，

y¹-A¹-M¹-A²-y²    (1)

其中

Y¹、Y²相同或不同并且各自是可聚合基团，例如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团、环氧基团、异氰酸酯、羟基、乙烯基醚或乙烯基酯基团，

A¹、A²是通式C_nH_2n的相同或不同基团，其中n是0-20的整数并且一个或多个亚甲基可以被氧原子替代，和

M¹具有通式-R¹-X¹-R²-X²-R³-X³-R⁴-，

R¹、R²、R³，R⁴是选自-I-、-COO-、-CONH-、-CO-、-S-、-C≡C-、-CH＝CH-、-N＝N-、-N＝N(O)-或C-C键的相同或不同二价基团，并且R²-X²-R³或R²-X²或R²-X²-R³-X³也可以是C-C键，

X¹、X²、X³是选自如下的相同或不同基团：1，4-亚苯基，1，4-亚环己基，在芳基环中具有6-10个原子的B¹、B²-和/或B³-取代的亚芳基或亚杂芳基，它可包含1-3个选自O、N和S的杂原子，或具有3-10个碳原子的B¹-、B²-和/或B³-取代的亚环己基，和

B¹、B²、B³是选自如下的相同或不同取代基：氢、C₁-C₂₀-烷基、C₁-C₂₀-烷氧基、C₁-C₂₀-烷硫基、C₂-C₂₀-烷基羰基、C₁-C₂₀-烷氧基羰基、C₁-C₂₀-烷硫基羰基、-OH、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-NO₂、甲酰基、乙酰基，和每个由醚氧、硫醚硫或酯基团间隔且具有1-20个碳原子的烷基、烷氧基或烷硫基基团，

C)基于总固体含量，0.5-80wt％，优选3-40wt％至少一种或多于一种具有平均通式(2)的手性化合物，

V¹-A¹-W¹-Z-W-A²-V²           (2)

其中

V¹、V²相同或不同并且各自是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团、环氧基团、乙烯基醚或乙烯基酯基团、异氰酸酯基团、C₁-C₂₀-烷基、C₁-C₂₀-烷氧基、C₁-C₂₀-烷硫基、C₁-C₂₀-烷氧基羰基、C₁-C₂₀-烷硫基羰基、-OH、-F、-Cl、-Br、-I、-CN、-NO₂、甲酰基、乙酰基，和每个由醚氧、硫醚硫或酯基团间隔且具有1-20个碳原子的烷基、烷氧基或烷硫基基团，或胆甾醇基团，

A¹、A²各自如以上所定义，

W¹、W²各自具有通式-R¹-X¹-R²-X²-R³-，

R¹、R²、R³各自如以上所定义并且R²或R²-X²或X¹-R²-X²-R³也可以是C-C键，

X¹、X²各自如以上所定义和

Z是选自二脱水己糖醇、己糖、戊糖、联萘衍生物、联苯衍生物、酒石酸衍生物或旋光二醇的二价手性基团，并且在V¹或V²是胆甾醇基团的情况下，是C-C键。

根据本发明，可以使用本发明定义意义上的所有常规纳米粒子。这种纳米粒子是市售的或可以采用本领域技术人员已知的通常方式生产，例如通过粉碎较大的粒子，例如通过研磨工艺，或有利地通过从溶解性或气态前体在受控条件下的直接合成(胶体技术)。根据本发明，纳米粒子具有另外的性能，例如增加的遮盖力、传导性、发光性、荧光性、磷光性或磁性。这些另外的性能可以用作例如另外的安全特征。

磁性纳米粒子可以选自例如铁磁性元素，例如铁、钴、镍或其合金或混合氧化物，如铁氧体M^IIO×Fe₂O₃，其中使用的二价金属M是例如锌、镉、钴、锰、铜或镁。采用铁作为二价金属，结果是例如磁铁矿Fe₃O₄。特别优选使用γ-Fe₂O₃或CrO₂作为磁性纳米粒子。另外，磁性纳米粒子也可包括例如具有诸如铁、钴、镍、铜或钛的主要成分的铝-镍-钴合金。在本发明的上下文中，作为属类术语，发光包括荧光和磷光，它们在持续发光的衰变时间内显著不同。发光的纳米粒子可以由例如有机荧光颜料如双(偶氮次甲基)颜料或无机材料如磷灰石、萤石、方解石、刚玉等组成。无机发光材料可以是天然(萤石等)或合成(硫化锌等)来源，并且发光可源自任何类型的发光部位(主族、过渡族或稀土原子、离子或原子基团等)。

与其中描述向胆甾型基体中引入炭黑或颜料的欧洲未决公开说明书EP 0 601 483 A1和EP 0 686 674 A1相比，包括纳米粒子的胆甾型液晶单层和单层颜料具有令人惊奇的优点：纳米粒子作为添加剂的使用提供获得的胆甾型层或从其获得的颜料的显著更明亮和更有吸引力的颜色反射。

在另外优选的实施方案中，具有吸收性能的有机纳米粒子，例如偶氮颜料，金属络合物颜料，例如偶氮和偶氮次甲基金属络合物，异吲哚满酮和异二氢吲哚颜料、酞菁颜料、喹吖啶酮颜料、紫环酮(perionone)和苝颜料、蒽醌颜料、二酮基吡咯并吡咯颜料、硫靛颜料、二嗪颜料、三苯基甲烷颜料和喹啉并酞酮颜料。

根据本发明，具有彩色颜料、黑色颜料或白色颜料性能的合适纳米粒子是例如金属氧化物如TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、SnO₂、氧化铁，特别包括黑色磁铁矿(Fe₃O₄)、铬酸盐、钒酸盐和硫化物，宽种类的炭黑类型，特别是可容易分散的颜料黑、石墨颜料和过度染色的白色颜料粒子。

在优选的实施方案中，未在表面上处理纳米粒子，例如采用调节到颜料表面的添加剂，如脂肪酸或卵磷脂，但是它令人惊奇地并不导致令人不满意分散形式的现有技术的所述缺点。

在另外的实施方案中，使用的纳米粒子可以是采用它们各种粒子尺寸和实施方案，例如作为亲水性或疏水性变化方案的热解法二氧化硅。

特别优选的液晶混合物基于可交联有机硅氧烷的使用或基于具有热致扭转向列相、层列相、盘状(discotic)相或感胶相的物质。

本发明提供交联的液晶单层，该单层优选的膜厚度为0.5-50μm，可以通过聚合包括纳米粒子的三维交联胆甾型液晶混合物获得。

本发明进一步提供生产液晶单层的方法，其特征在于包括纳米粒子的三维交联胆甾型液晶混合物用于在载体上获得膜，优选厚度为0.5-50μm，并且例如通过电子束固化、超声聚合或UV聚合进行液晶膜的三维聚合。

优选在高于澄清点的温度采用现有技术已知的方法，例如Dispermats、挤出机、辊炼机、静态混合器和溶解器通过将纳米粒子混合到三维交联胆甾型液晶混合物中获得包括纳米粒子的三维交联胆甾型液晶混合物。

聚合优选由UV交联进行，其中将0.1-3wt％，优选0.5-1.5wt％的光引发剂加入到本发明的三维交联胆甾型液晶混合物中。如果适当地，也可以以50-3000ppm，优选200-1000ppm的含量加入稳定剂以防止过早和未受控聚合。

优选在载体，例如PET膜上获得1-5μm厚的膜。这优选由辊涂或刀涂以1-200m/min的带速度进行。成膜更优选以20-80m/min进行。另外优选的实施方案采用例如由PET制成的层压膜，或在惰性条件下，例如在N₂气氛下工作。

因此，获得具有高亮度和颜色反射能力与翻转-跳动/倾斜效应的本发明的胆甾型液晶单层，它可以用作安全标记。

本发明的单层优选用作例如层压材料的组分作为安全条或相似于钞票或证书或其它有价值文件上的全息图或活动图的膜元件形式。

这些单层可以由根据本发明的方法进一步加工以得到胆甾型液晶单层颜料。为此目的，将单层从载体通过合适的侵蚀单元，例如剥离单元或剥离叶片去除，以形成粗液晶薄片，将该薄片采用合适的工具，例如碾磨或切割单元粉碎以得到液晶颜料，并任选地通过筛分和筛除而分级。根据本发明制备的颜料的厚度优选为0.1-50μm和直径为10-1000μm。它们更优选的厚度为0.5-6μm和直径为1-200μm。

生产液晶单层和颜料的另外优选实施方案从LC混合物组分与适当分散的纳米粒子的有机溶液进行。在此情况下，进行溶液涂覆同时保持其它边界条件，溶液涂覆涉及在湿膜涂覆之后和在进行聚合之前溶剂的初始蒸发。此变化方案的优点在于更简单的分散，例如通过溶液中添加剂的超声。

这样获得的本发明的液晶颜料可用于印刷产物、用于生产油漆和油墨、用于塑料着色和用于生产磁条。它们的优点是它们可以采用非常低的厚度生产同时保持所需性能并因此可用于非常宽的应用领域。

例如配制为印刷油墨的本发明的颜料可用于例如在提及的有价值文件上的可印刷的光学特征，优点是除不可复制颜色-倾斜效应以外集成另外的特征。此特征可以设计为明显或隐藏的特征。

本发明进一步提供包括具有磁性能的纳米粒子的本发明的液晶颜料用于生产结构化的、印刷的、光学可变化的安全特征的用途，其中另外的排列图案通过在包括包含本发明液晶颜料的磁性纳米粒子的印刷油墨的固化阶段期间施加外部磁场而获得。在优选的实施方案中，在本发明的磁性胆甾型LC颜料的情况下，因此在相应的印刷油墨印刷到优选暗背景之后在基料固化之前将磁场直接施加到印刷的衬底上，使得磁性LC颜料在印刷的特征中的排列图案根据选择的磁场几何获得，这是由于片晶形磁性颜料沿场线排列。这种过程的关键因素是对基料粘度的正确调节。当随后在此外部磁场的作用下固化采用此方式处理的印刷图案时，获得光学可变特征，该特征除颜色-跳动的人识别特征和从胆甾型材料已知的反射光的圆偏振效应以外，具有颜料排列图案形式的永久信息。采用此方式，提供光学可变安全特征的单独个性化措施。此另外的个性化图案具有的优点是它增加防伪安全性。依赖于设计，作为明显特征的这种单独图案甚至可以由外行无需另外的帮助而识别并且可用于区分原物与伪造物。用于这种过程的印刷油墨基料可具有溶剂型配方或水性配方或设计为UV固化体系。

可以考虑作为本发明的胆甾型液晶颜料的选项的可能印刷方法包括选自如下的工艺：丝网印刷、苯胺印刷和照相凹版印刷，但也选自例如胶版和凹版印刷或垫印刷。

此外，也可以在工业或汽车应用的涂料中使用本发明的液晶颜料。本发明的液晶颜料另外的可能用途是通过母料或配混使塑料着色，以及作为可书写和可读取可变颜色磁条的用途。

以下参考非限制性实施例详细说明本发明。

实施例

实施例1：制备手性化合物二-2，5-[4-(丙烯酰氧基)苯甲酰基]异山梨醇

将20.0g异山梨醇(137mmol)和73.2g三乙胺(723mmol)溶于120ml甲苯中。在80℃，将60.5g(287mmol)4-(丙烯酰氧基)苯甲酰氯(根据Lorkowski，H.J.；Reuther，F.Acta Chim.Acad.Sci.Hung.1977，95，423-34制备)的溶液滴加到60ml甲苯中。将混合物在80℃搅拌2h，然后在室温与80ml 10％盐酸混合，将有机相采用水(2×80ml)和10％碳酸氢钠溶液(80ml)洗涤并经硫酸钠干燥，和在减压下去除溶剂到约20wt％的甲苯含量。将获得的糖浆与220ml乙醇和200ml环己烷混合并在搅拌下加热到80℃。在冷却和过滤之后，以45.9g(理论值的68％)的产量获得熔点为115℃的二-2，5-[4-(丙烯酰氧基)苯甲酰基]异山梨醇。

实施例2：绿色液晶混合物

将93g对苯二酚双[4-(4-丙烯酰基丁氧基)苯甲酸酯](可根据Broer，D.J.；MoI，G.N.；Challa，G.Makromol.Chem.1991，192，59获得)、7g2，5-双[4-(丙烯酰氧基)苯甲酰基]异山梨醇(可根据实施例1获得)、1.00gIrgacure819光引发剂和0.20g 2，6-二叔丁基-4-二甲基氨基亚甲基)苯酚(Ethanox703，Ethyl Corp.，Baton Rouge，LA 70801)称重加入。通过精确玻璃搅拌器，将混合物在油浴温度150℃均化直到获得透明熔体。混合物的澄清点为146℃且在100℃的粘度为约200mPas。此混合物的膜当在黑背景上观察时具有明亮绿色，该绿色当增加视角时变成蓝色，该膜在两个显微镜载片之间通过在110℃剪切而生产并且在UV实验室灯下交联。此膜在0°/6°的反射最大值(Perkin-Elmer Lambda 18UV/VIS分光计)是516nm。

实施例3：采用分散的磁粉生产本发明的绿色液晶混合物

将可根据实施例2获得的1.5kg绿色液晶混合物在130℃在干燥柜中熔融并随后将75g黑色磁粉MR 210(200nm，MR-Chemie GmbH，D-59427 Unna)在110℃在实验室溶解器(购自PC Labosystem，瑞士)中以最大剪切速度分散在其中40min。此混合物的膜当在黑背景上观察时具有明亮金属绿色，该绿色当增加视角时变成蓝色，该膜在两个显微镜载片之间通过在110℃剪切而生产并在UV灯下交联。甚至在白色背景上可清楚地看到视角依赖性的颜色变化。

实施例4：生产本发明的胆甾型LC膜

将可根据实施例3获得的具有分散的磁粉的绿色LC混合物作为熔体在100℃通过辊涂施加到PET膜(RNK 19，Mitsubishi Polyester Film，65023 Wiesbaden)上以得到厚度约4μm的膜，并且为了更好地取向和防止LC分子的氧抑制，与第二PET膜层压。随后在UV光下在涂覆机上使层压的LC膜三维交联并再次去除层压膜。这样获得的膜，当黑背景在下面观察时，显示明亮金属绿色，该绿色当倾斜膜时，改变成明亮蓝色。甚至在非吸收背景上可清楚地看到此颜色变化。

实施例5：生产具有增加的遮盖力和磁性能的本发明的胆甾型LC颜料

将可根据实施例4获得的具有细分散磁粉的LC膜从载体膜采用侵蚀系统去除以获得粗薄片。将薄片在实验室碾磨机中研磨并使研磨的材料通过40μm筛网筛分。可这样获得的颜料的平均片晶直径为约35μm。将3 wt％这些颜料刀涂在透明基料(例如Tinted Clear AdditiveDeltron 941，PPG Industries，UK-Suffolk IP14 2AD)中，在黑背景上显示明亮金属绿色，该绿色当倾斜刀涂试样时改变成金属蓝色。与黑背景相比，这些颜料在白色背景上的对应刀涂显示较弱但仍然清楚的具有高光泽的绿-蓝倾斜效应。较小的磁体在至多1cm的距离内吸引这些颜料并且它们在磁体的磁极收集。使用这些磁性LC颜料在尚未固化的基料中的分散体，可以在培养皿中通过对皿底外部施加磁体，根据颜料在磁场中的不同排列/取向获得图案，其通过固化基料而固定。

实施例6：生产具有金属光泽的本发明的胆甾型LC颜料

类似于实施例3，将20g热解法二氧化硅(HDKH 20，Wacker-Chemie GmbH，Munich)掺入可根据实施例2获得的1kg绿色胆甾型LC混合物中。从此胆甾型LC混合物，类似于实施例4获得交联的胆甾型膜，从该膜可以采用分散的二氧化硅类似于实施例5生产本发明的LC颜料。可这样获得的颜料的平均片晶直径为约35μm。将2wt％这些颜料刀涂在透明基料(例如Tinted Clear Additive Deltron 941，PPGIndustries，UK-Suffolk IP14 2AD)中，在黑背景上显示明亮金属淡绿色，该淡绿色当倾斜刀涂试样时改变成金属淡蓝色色调。与由相同LC混合物制成而不加入热解法二氧化硅的胆甾型颜料相比，这些本发明的颜料显示相当不同的色彩性能。它们在每种情况下在不同视角下给出显然更金属和更亮色调的印象。