Aluminium Pigmentpasten für metallische Effekte.

In vielen Fällen können die Eigenschaften von Metalleffektpigmenten direkt aus dem Herstellungsprozess abgeleitet werden. Aus Sicherheitsgründen werden Aluminium-Pigmente fast ausschließlich in einem Nassmahlverfahren unter Zugabe von Weißbenzin (Hall-Prozess) hergestellt.

Das Rohmaterial - in EN 576 atomisiertes, zerstäubtes Aluminium mit einem Mindestreinheitsgrad von 99,5 % - wird in Kugelmühlen gemahlen oder geformt, um flossenartige Partikel zu erzeugen, die mit Schleifhilfsmitteln (Schmiermittel) gefüllt sind.

Die Mahlparameter und das Schmiermittel werden je nach Anwendung, für die das Pigment bestimmt ist, bestimmt. Die Pigmentsuspension wird gesiebt, auf Filterpressen gepresst und in Mischern auf ein Verhältnis von 65% Feststoffen und 35% Lösungsmitteln eingestellt.

Das Endprodukt kann durch Zugabe bestimmter Lösungsmittel oder Additive zum Filterkuchen auf seine spätere Anwendung maßgeschneidert werden.

Nassbenetzungsverhalten
Um Kaltverschweißungen zu vermeiden, muss in den verschiedenen Produktionsprozessen ein Schmiermittel verwendet werden. Dies hat einen typischen Einfluss auf das Nassbenetzungsverhalten der Metalleffektpigmente. Dabei wird zwischen Blätterpigmenten und Nicht-Blätterpigmenten unterschieden.

Blaufarbpigmente
Aufgrund ihrer hohen Oberflächenspannung werden Blaufarbpigmente nicht vom Binder benetzt. Daher schwimmen sie auf dem nassen Film und orientieren sich an der Oberfläche. Dieser Effekt wird durch die Verwendung von Stearinsäure als Schmiermittel erreicht.

In Farbsystemen mit stark polaren Lösungsmitteln oder Bindemitteln besteht immer die Gefahr, dass die Blaufarbpigmente durch Benetzung "ertrinken" und zu nicht-leafing Pigmenten werden. Diese Möglichkeit muss bei der Formulierung von Farben berücksichtigt werden. Wenn nötig, sollten spezielle, stabilisierte Blaufarbpigmente verwendet werden.

Nicht-leafing Pigmente
Nicht-leafing Pigmente werden entweder durch Zugabe von stark polarisierten Substanzen oder Benetzungsmitteln zu Blaufarbpigmenten oder durch die direkte Zugabe von speziellen Schmiermitteln (z.B. Ölsäure) während des Mahlvorgangs hergestellt.

Nicht-leafing Pigmente werden vollständig benetzt und verteilen sich somit gleichmäßig im gesamten Farbfilm.

In Farbsystemen mit stark polarisierten Lösungsmitteln oder Bindemitteln besteht immer die Gefahr, dass Blaufarbpigmente durch Benetzung "ertrinken" und zu Nicht-leafing Pigmenten werden.

Diese Möglichkeit muss bei der Erstellung der Farbformel berücksichtigt werden. Falls notwendig, sollten spezielle Blaufarbpigmente mit Stabilisatoren verwendet werden.

Die Schuppenform variiert von unregelmäßigen Maisflocken bis hin zu fast vollständig runden Silberdollars. Silberdollars sind Aluminium-Pigmente mit außergewöhnlichen optischen Eigenschaften. Sie werden in einem aufwendigen Verfahren aus sehr feinen Granulaten hergestellt.

Die Partikelgrößen der Aluminium-Pigmente variieren je nach Produkt und Mahlverfahren. Sie zeigen eine (fortgeschrittene) Gauß-Verteilung, die die optischen Eigenschaften einer Beschichtung entscheidend beeinflusst. Daher ist die Messung der Partikelgrößenverteilung wesentlich, um die Pigmente zu klassifizieren und ihre Qualität zu überprüfen.

Metalleffektpigmente erzeugen ihre charakteristischen Effekte durch Reflexion und Streuung des auf die Oberfläche des Pigments fallenden Lichts. Der Metalleffekt hängt hauptsächlich von folgenden Faktoren ab:
 • Partikelgrößenverteilung.
 • Partikelform.
 • Die Glätte der Oberfläche.
 • Ausrichtung des Pigments in Bezug auf die Oberfläche des Substrats.
 • Benetzungsverhalten (leafing - non-leafing).

Es ist etwas schwierig, den visuellen Eindruck des Metalleffekts zu beschreiben oder zu messen, da er aus einer Reihe charakteristischer Einzeleffekte besteht:
 • Farbton.
 • Brillanz (Glitzern und metallischer Glanz).
 • Helligkeit.
 • Flop.
 • Farbsättigung.
 • Einfärbekraft (Deckvermögen).
 • DOI (DOI = Unterscheidbarkeit des Bildes).

Farbton
Aluminiumpigmente haben keine eigene Farbe, sie sind achromatisch und unterscheiden sich daher von Schwarz- und Weißpigmenten durch ihre Brillanz oder metallischen Glanz. Es sind jedoch auch farbige Aluminiumpigmente erhältlich, deren Oberflächen mit Farbstoffen beschichtet sind. Die bekanntesten Beispiele sind goldfarbene Aluminiumpigmente, die mit Eisenoxiden beschichtet sind (Paliocrom®, eine Marke von BASF, Ludwigshafen).

Farbton, Brillanz, Helligkeit, Farbsättigung, Flop, Deckvermögen und DOI
Der Metalleffekt von z.B. Autolacken wird durch die Reflexion und Streuung von Licht auf den Flakes erreicht, die in einer klaren oder transparenten Beschichtung in einer orientierten Weise fixiert sind. Der visuelle Eindruck hängt vom Verhältnis von reflektiertem und gestreutem Licht ab. Der Anteil des reflektierten Lichts erhöht sich mit der Größe der Pigmentflächen; der Anteil des gestreuten Lichts erhöht sich mit der Anzahl der Kanten, die das Licht streuen.

Je gröber die Pigmente und je runder ihre Form, desto höher ist der Anteil des reflektierten Lichts und somit auch die Brillanz, Helligkeit und Farbsättigung in farbigen Metallbeschichtungen. Auch der Flop, d.h. die Änderung der Helligkeit abhängig vom Beobachtungswinkel, nimmt zu.

Der Flop wird deutlich durch den Helligkeitskontrast zwischen vertikalen und horizontalen Autoteilen sichtbar, wenn man das Auto aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet.

Je feiner das Pigment und je unregelmäßiger dessen Struktur, desto höher ist der Anteil des gestreuten Lichts. Je gleichmäßiger und grauer der Effekt ist, desto weißer ist der Flop und desto höher sind das Deckvermögen und der DOI-Wert (Unterscheidbarkeit des Bildes).

Je höher der DOI-Wert, desto klarer ist die Reflexion von Objekten wie Gebäuden, Wolken oder Bäumen auf der beschichteten Oberfläche (Lackglanz).

Es besteht eine hohe Nachfrage nach hellen, brillanten Metalleffektpigmenten mit einem starken Flop, die auch eine gute Deckkraft und DOI bieten. Aber diese Eigenschaften stehen im Widerspruch zur Partikelgrößenverteilung.

Hochwertige "Silverdollars" erfüllen diese Anforderungen aufgrund ihrer runden Form und engen Partikelgrößenverteilung, bieten jedoch eine geringere Deckkraft.

Zusätzlich zur Farbnuance, Brillanz, Helligkeit, Farbsättigung, Deckkraft, Flop und DOI ist die Orientierung der Aluminium-Pigmente im Lackfilm ein entscheidender Faktor für einen guten Metalleffekt.

Die besten Metalleffekte werden erzielt, wenn die Pigmente parallel zur Lackoberfläche ausgerichtet sind. Eine schlechte Ausrichtung führt zu einem wolkenartigen Aussehen oder einem turbulenten "Salz-und-Pfeffer"-Effekt.

Die Ausrichtung des Pigments in der Beschichtung wird durch die Formulierung und die Bedingungen der Anwendung bestimmt: Durch die Verdampfung des Lösungsmittels schrumpft der Nassfilm, und die Aluminium-Pigmente richten sich parallel zur Oberfläche aus. Je höher der Anteil des Lösungsmittels in der Beschichtung ist, desto bedeutender ist die Ausrichtung. Dies erklärt wiederum, warum eine gute Pigmentorientierung und gute optische Eigenschaften in Beschichtungen mit geringem Feststoffanteil viel einfacher zu erreichen sind als in Beschichtungen mit hohem Feststoffanteil.

Wenn Hochfeststoffbeschichtungen verwendet werden, kann das wolkenartige Aussehen vermieden werden, indem Bindemittel eingesetzt werden, die die Lösungsmittel schnell freisetzen (z.B. Celluloseacetatbutyrat) oder durch Zugabe von Additiven, die die Aluminium-Pigmente fixieren. Die Funktion von Wachsdispersionen oder anderen oberflächenaktiven Substanzen als "Abstandshalter" muss im jeweiligen Bindemittel getestet werden.

Die Folgen können die Bildung von Flecken, reduzierte optische Effekte und im schlimmsten Fall chemische Reaktionen zwischen den Aluminium-Pigmenten und dem Beschichtungssystem sein - verursacht durch Beschädigungen der Aluminium-Pigmente, die zu ungeschützten Oberflächen führen.

Es sollte besondere Aufmerksamkeit auf die mechanischen Scherkräfte gelegt werden, die während der Dispergierung und Verarbeitung der Aluminium-Pigmente in kritischen Pumpsystemen und Kreislaufleitungen auftreten (siehe "Verarbeitung von metallischen Effektpigmenten").

Im Allgemeinen werden Mischer für die Verarbeitung von metallischen Effektpigmenten empfohlen, die keine hohe mechanische Scherbelastung auf die einzelnen Flakes ausüben.

Rührer (Auflöser) sollten bei niedrigen Geschwindigkeiten von 500 - 800 U/min betrieben werden. Geeignete Formen von Auflöser- Scheiben sind Schaufelrührer, flache oder gezahnte Auflöser- Scheiben. Das Verhältnis von Rührer- zu Dispersionsgefäß- Durchmesser sollte idealerweise zwischen 0,5 und 0,7 liegen.

Während des Auflösens sollte die Mischklinge nahe am Boden des Mischgefäßes sein, um eine vollständige Dispergierung der Aluminium-Pigmentpaste zu gewährleisten.

Eine Vordispergierung des metallischen Effektpigments im Lösungsmittel unterstützt die Homogenisierung der Paste. Das Verhältnis von Aluminium-Pigmentpaste zu Lösungsmittel sollte etwa 1:1 bis 1:2 betragen.

Lösungsmittel, die für die Vordispergierung von blättrigen Pigmenten geeignet sind, sind aromatische Kohlenwasserstoffe (z.B. Xylol) und Mineralgeist. Polare Lösungsmittel und Dispersionsnetzmittel dürfen nicht verwendet werden, da die Pigmente benetzt werden, wodurch sie ihre blättrigen Eigenschaften verlieren.

Lösungsmittel, die für die Vordispergierung von nicht blättrigen Pigmenten geeignet sind, sind polare Lösungsmittel (z.B. Alkohole, Ester, Ätherester) und Mischlösungsmittel.

Die Zugabe von geeigneten Netzmitteln kann die Verarbeitung verbessern, d. h. die Benetzung und Trennung der Pigmente wird beschleunigt. Folglich ist die Paste stabiler und das Risiko einer Pigmentagglomeration wird reduziert.

Chlorierte Kohlenwasserstoffe sind nicht geeignet, da sie aufgrund ungünstiger Bedingungen Chlorwasserstoff abspalten können, der wiederum mit dem Aluminium-Pigment reagieren würde.

Es ist wichtig, dass das Lösungsmittel kein Wasser enthält, um eine Reaktion unstabilisierter Pigmente mit Wasser zu vermeiden.

Zur einfacheren Verarbeitung ist es ratsam, mit der Aluminium-Pigmentpaste zu beginnen und nach und nach das Lösungsmittel unter Rühren zuzugeben. Diese Vorlage kann entweder nach einer Weile homogenisiert werden ("Einweichen der Pigmentpaste") oder sofort mit einem Rührer (Auflöser). Wenn alle Pigmente vollständig dispergiert sind, wird die Vorlage eine dicke Konsistenz aufweisen.

Folgende Herstellungsschritte werden vorgeschlagen:
 • Zuerst die Pigmentpaste in das Dispersionsgefäß geben und unter Rühren allmählich das Lösungsmittel zugeben.
 • Nach der Homogenisierung die Pigmentsuspension auf nicht dispergierte Pastenrückstände überprüfen.
 • Die Beschichtung wird eingestellt und weitere Komponenten hinzugefügt. Wenn nötig, Lösungsmittel und andere Zutaten (Bindemittel, Additive usw.) hinzufügen.

In vielen Fällen ist es notwendig, das Verfahren umzukehren, d.h. das vordispergierte metallische Effektpigment zum Bindemittel hinzuzufügen. Der Grund dafür ist eine Tendenz zur Konzentration, die zur Pigmentagglomeration führt.

Deshalb ist es entscheidend, Laborversuche durchzuführen, um die richtige Reihenfolge bei der Herstellung einer Beschichtung zu bestimmen. Während der gesamten Verarbeitung ist es wichtig, dass die Paste so viel wie möglich bedeckt ist, um die Verdunstung des Lösungsmittels zu minimieren. Andernfalls kann es zur Agglomeration kommen.

Widerstandsfähigkeit gegen Abbau
Beschichtungen werden in der Automobilindustrie bei Bedarf in Kreislaufsysteme gepumpt und entfernt. Hohe Scherkräfte können das metallische Effektpigment an Druckregelventilen beschädigen. Einzigartige Aluminium-Pigmente, sogenannte "nicht abbaubare Flakes", wurden für aggressive Kreislaufsysteme mit höherer mechanischer Stabilität aufgrund größerer Dicke entwickelt.

Chemische Eigenschaften
Die chemischen Eigenschaften von Aluminium-Pigmenten beschränken die Wahl der Bindemittel und Lösungsmittel (Tabelle 3). Für wasserbasierte Beschichtungen wurden stabilisierte Aluminium-Pigmente (STAPA® Hydro...) entwickelt, die die Formulierung von lagerstabilen wasserbasierten Farben ermöglichen.

Colorimetrie
Die Ästhetik von metallischen Beschichtungen hängt von Betrachtungswinkeln und Lichtbedingungen ab. Ein Spektralphotometer für metallische Farben hilft dabei, eine metallische Beschichtung colorimetrisch zu messen. Die Charakterisierung erfordert eine gleichzeitige Berücksichtigung verschiedener Messungen wie Helligkeit L gegenüber Farbstärke (Chroma C), Rot-Grün-Wert a gegenüber Gelb-Blau-Wert b. Für Standardprodukte werden die Winkel 25°, 45° und 75° gemessen. Anschließend werden die Ergebnisse in einem colorimetrischen System wie CIELab oder LCh° präsentiert. Colorimetrische Systeme wie CIELab und LCh° visualisieren die Ergebnisse graphisch.

Gewährleistung des Qualitätsstandards
Die Qualitätskontrolle der Chargen erfolgt durch eine differenzielle Messung gegenüber dem definierten entsprechenden Standard.

Es ist eine Voraussetzung, dass die Proben gleichzeitig im selben Beschichtungssystem und unter konstanten Umgebungsparametern aufgetragen werden. Hierbei werden verarbeitungsbedingte Variationen der Probenauftragung minimiert.

Die Werte von Helligkeit und Einfärbestärke sind sehr wichtige Bewertungskriterien. Der Wert der Farbstärke charakterisiert die Deckkraft eines metallischen Effektpigments.

Qualitätstests am Pigment:
 • Siebanalyse (Nahmaschensiebung) gemäß DIN 53196 bzw. ASTM 11.
 • Partikelgrößenverteilung durch Lasergranulometrie nach ISO 13320-1.
 • Flüchtige und nichtflüchtige Bestandteile basierend auf DIN 55923.

Qualitätstests an der Anwendung:
 • Metalleffekt (Flop)
 • Helligkeit
 • Bildschärfe (DOI).
 • Farbsättigung.
 • Einfärbestärke.
 • Deckkraft.
 • Messung des Glanzes.
 • Messung des Effekts (Glitzern).

Neben der Hardware (Hersteller und Typ des Geräts) und Software hängen die Ergebnisse des Lasergranulometers stark von den folgenden Parametern ab:
 • Art der Dispersionsmethode.
 • Dispergiergerät.
 • Dispersionsmedium.
 • Dispersionsenergie.
 • Dispersionszeit.

In der Regel wird die Probe durch Ultraschall dispergiert. Es ist möglich, das integrierte Ultraschallbad zu nutzen oder die Probe vorzugsweise in einem externen Ultraschallbad vorzuverdünnen.

Je höher die Ultraschallfrequenz, desto höher ist die Energiekonzentration im Dispergiergefäß und umso feiner erscheint die Probe, da mehr der feinsten Partikel dispergiert wurden. Bei sehr hoher Energiekonzentration werden durch mechanisches Abbrechen vom ursprünglichen Pigment die feinsten Partikel erzeugt.

Je länger die Dispersionszeit, desto kleiner ist der Wert der Partikelgrößenverteilung (D 50). Die Probe erscheint wieder feiner. Das Dispersionsmedium hat nur geringen Einfluss auf die Messergebnisse. Zur Qualitätskontrolle wird Isopropanol verwendet. Die Materialeigenschaften des Geräts sollten vor der Verwendung anderer Lösungsmittel überprüft werden.