I pigmenti perlescenti funzionano attraverso l'interferenza della luce: sottili strati di biossido di titanio o ossido di ferro rivestiti su una mica o un substrato sintetico interagiscono con la luce in entrata, producendo effetti di brillantezza, profondità e cambiamento di coloe che rendono questi materiali così attraenti. Ma questo meccanismo ottico è proprio il motivo per cui i vincoli del substrato sono così importanti. Lo stesso lotto di pigmento può apparire brillante in un'applicazione e deludentemente piatto in un'altra, e nella maggior parte dei casi il pigmento stesso non è colpevole.
In qualità di produttore con oltre un decennio di esperienza nella produzione di pigmenti ad effetti di livello cosmetico e industriale, vediamo questo problema costantemente tra i nuovi clienti. Le insidie tendono a raggrupparsi attorno a tre aree: vincoli di substrato non corrispondenti, requisiti di trasparenza fraintesi e una finestra di processo troppo stretta o impostata in modo errato. Comprenderli ciascuno prima di iniziare la formulazione consentirà di risparmiare notevolmente sui tempi di sviluppo e sui costi dei materiali.
Un vincolo del substrato è qualsiasi proprietà fisica o chimica del materiale di base che limita il modo in cui un pigmento perlescente può esprimersi. I vincoli più comunemente trascurati includono la rugosità superficiale, il colore di base, l’indice di rifrazione e la compatibilità chimica.
Le piastrine di pigmento perlescente devono giacere piatte e parallele alla superficie del substrato per generare una riflessione della luce coerente. Su una superficie ruvida, come legno non primerizzato, plastica ruvida o carta ruvida, le piastrine si inclinano in modo casuale e si perde la lucentezza speculare che conferisce al materiale la sua caratteristica lucentezza. Gli studi sui sistemi di finitura per autoveicoli mostrano che il passaggio da un Ra (rugosità media) di 0,8 µm a 2,5 µm può ridurre l'intensità della scintilla misurata del 30–40%. Nelle applicazioni cosmetiche, il problema equivalente si presenta nelle formule in polvere pressata dove le particelle grossolane di riempitivo interrompono l’orientamento delle piastrine.
Soluzione pratica: applicare uno strato di sigillante o primer per ridurre le irregolarità della superficie prima di introdurre lo strato perlescente. Nelle polveri pressate, la valutazione della distribuzione delle dimensioni delle particelle del riempitivo e la riduzione del D90 al di sotto di 20 µm in genere ripristina l'orientamento.
Questa è la causa più comune di cambiamento di colore inaspettato. Pigmenti di interferenza, in particolare i nostri Pigmenti perlescenti ad interferenza naturale — producono il loro colore riflettendo lunghezze d'onda specifiche dalla faccia anteriore della piastrina trasmettendo lunghezze d'onda complementari al substrato sottostante. Su un substrato bianco o quasi bianco, le lunghezze d'onda trasmesse vengono riflesse e si vedono contemporaneamente sia il colore di interferenza che il suo complemento. Su un substrato scuro, la luce trasmessa viene assorbita e rimane visibile solo il colore riflesso diretto. Un pigmento di interferenza blu applicato sul nero può apparire blu quasi puro; lo stesso pigmento sopra il bianco mostrerà un forte sottotono arancio-oro proveniente dal complemento trasmesso. Nessuno dei due risultati è sbagliato: si tratta semplicemente di regimi ottici diversi e devi scegliere deliberatamente il colore del substrato.
Alcuni sistemi di substrati, in particolare ambienti altamente acidi o alcalini o quelli contenenti solventi forti, possono attaccare gli strati di rivestimento sulla piastrina del pigmento. È più probabile che questo sia un problema con materiali di qualità inferiore. I nostri pigmenti perlescenti di livello industriale sono sottoposti a test di stabilità del pH in un intervallo compreso tra 4 e 10 e gradi funzionali specifici sono progettati per una maggiore resistenza chimica. Se il vostro substrato o sistema legante non rientra in tale intervallo, consultateci prima della formulazione anziché risolvere il problema dopo la produzione.
La trasparenza – in particolare la trasparenza del legante, del supporto o della matrice in cui è sospeso il pigmento – non è solo una preferenza cosmetica. È un requisito funzionale affinché gli effetti basati sull'interferenza funzionino.
Le piastrine perlescenti hanno bisogno di due cose per funzionare: un percorso per la luce per entrare nello strato e un percorso per la luce riflessa e trasmessa per uscire. Un legante bianco opaco disperde la luce in entrata prima che possa interagire in modo coerente con la superficie piastrinica, distruggendo efficacemente l'effetto di interferenza. Ciò che rimane è un aspetto diffuso e gessoso che non assomiglia per niente allo scintillio visibile nella polvere di pigmento stessa.
Nelle formulazioni di vernici e rivestimenti, il più comune fattore che distrugge la trasparenza è l'eccessivo carico di TiO₂ nel rivestimento di base o nel sistema miscelato. TiO₂ è il pigmento bianco con la dispersione più elevata nell'uso commerciale. Anche con carichi fino al 2–3% nello stesso strato, TiO₂ può ridurre la trasparenza effettiva del legante abbastanza da ridurre la crominanza di interferenza di oltre la metà. Se hai bisogno sia di potere coprente che di perlescenza, l'approccio corretto è applicarli in strati separati: una base opaca seguita da un topcoat trasparente perlescente. Questa è una pratica standard nella verniciatura automobilistica ed è sempre più adottata anche nei cosmetici decorativi.
Per le applicazioni in cui è realmente necessaria una formulazione priva di TiO₂, sia per ragioni normative, estetiche o di lavorazione, offriamo una soluzione dedicata Pigmento perlescente senza TiO₂ gamma, inclusa la serie Snow Velvet Silver-White e diverse opzioni metallizzate e camaleontiche, appositamente progettate per offrire lucentezza e colore senza biossido di titanio.
La trasparenza riguarda anche la concentrazione stessa del pigmento. Molti formulatori presumono che l'aumento del carico di pigmento aumenterà la luminosità: fino a un certo punto questo è vero, ma al di sopra di una concentrazione critica le piastrine iniziano a oscurarsi a vicenda, riducendo la trasmissione della luce attraverso lo strato. Per la maggior parte delle dimensioni delle particelle standard (10–60 µm), il tipico intervallo di carico ottimale nei sistemi liquidi è pari all'1–5% in peso . Spingiti oltre e vedrai spesso l'effetto stabilizzarsi o addirittura peggiorare. Gradi più grossolani con maggiore brillantezza, come il nostro Pigmento perlescente Star Diamond , possono avere una finestra ottimale ancora più ristretta perché le singole piastrine occupano un'area maggiore.
Anche una formula ben progettata può fallire se il processo di produzione non è adeguato ad essa. La finestra del processo (l'intervallo di temperature, velocità di taglio, tempi di miscelazione e condizioni di applicazione entro le quali si otterrà costantemente l'aspetto desiderato) deve essere definita e convalidata, non data per scontata.
I pigmenti piastrinici perlescenti sono fisicamente fragili. Le apparecchiature di miscelazione ad alta azione di taglio (mulini a sfere, dispersori ad alta velocità superiori a 2.000 giri al minuto o cicli di miscelazione estesi) possono fratturare la struttura piastrinica, riducendo la dimensione media delle particelle e distruggendo le proporzioni che creano lucentezza. Una piastrina che inizia con un diametro medio di 50 µm e si riduce a 15 µm attraverso il processo di taglio perderà gran parte della sua brillantezza e apparirà più satinata o opaca. Per l'incorporazione delle perle è generalmente preferita la miscelazione con spatola a basso taglio o la miscelazione planetaria delicata. Se la linea di processo richiede passaggi ad alto taglio per altri ingredienti, aggiungere il pigmento perlescente il più tardi possibile nella sequenza.
Per i clienti che necessitano di una gestione più semplice durante il processo senza rischio di taglio, il ns Pigmento perlescente in dispersione La gamma è pretrattata per migliorare la bagnabilità e ridurre l'agglomerazione, consentendo una dispersione accettabile a un taglio inferiore rispetto ai gradi non trattati.
Nelle applicazioni di rivestimento e verniciatura, la temperatura di essiccazione influisce sull'orientamento delle piastrine. L’asciugatura ad aria forzata superiore a 80°C può bloccare schemi di convezione turbolenta che lasciano le piastrine scarsamente allineate , mentre l'essiccazione ambientale molto lenta consente un migliore autolivellamento e orientamento. I sistemi di polimerizzazione UV presentano una sfida specifica: il fronte di polimerizzazione rapida può congelare le piastrine con orientamento intermedio prima che si depositino. La pre-gelificazione o l'utilizzo di una polimerizzazione in due fasi (esposizione UV parziale seguita da polimerizzazione completa) è spesso efficace nel migliorare l'orientamento nei sistemi UV.
Il metodo di applicazione determina direttamente se le piastrine si orientano correttamente. L'applicazione a spruzzo generalmente produce un orientamento migliore rispetto all'applicazione a pennello o a rullo per le qualità a piastrine grandi o ad alta brillantezza, poiché l'atomizzazione dello spruzzo e la successiva sedimentazione consentono alle piastrine di allinearsi orizzontalmente. Lo spessore target del film secco per la maggior parte dei rivestimenti perlescenti è 15–30 µm ; significativamente al di sotto di questo intervallo e la densità del pigmento potrebbe essere insufficiente; sopra di esso e si rischiano cedimenti e difetti di struttura che interrompono la superficie liscia necessaria per la lucentezza.
| Parametro | Gamma consigliata | Conseguenza del superamento |
|---|---|---|
| Velocità di taglio della miscelazione | < 500 giri/min (paletta/planetario) | Frattura piastrinica, perdita di brillantezza |
| Caricamento del pigmento (liquido) | 1–5% in peso | Autoombreggiante, luminosità ridotta |
| Temperatura di asciugatura | 40–80°C (aria forzata) | Scarso orientamento piastrinico, foschia |
| Spessore del film secco | 15–30 µm | Densità o cedimento/consistenza insufficiente |
| Caricamento del legante TiO₂ (stesso strato) | < 1% in peso | Perdita di trasparenza, aspetto piatto |
I pigmenti che cambiano colore, spesso chiamati pigmenti camaleonti, comportano tutti gli stessi vincoli dei materiali perlescenti standard, ma con una maggiore sensibilità a ciascuno di essi. Poiché il loro effetto visivo dipende dalla visualizzazione di tonalità nettamente diverse a diversi angoli di visione, qualsiasi fattore che riduca la chiarezza del segnale riflesso riduce anche la distanza percorsa dal colore percepito.
Il colore del supporto ha un effetto fuori misura: i pigmenti camaleonti in genere necessitano di un substrato da neutro a scuro per mostrare la loro gamma completa di cambiamenti . Su un substrato bianco o di colore chiaro, il colore riflesso secondario viene diluito dalla riflessione del substrato e lo spostamento può apparire attenuato. Produciamo una vasta gamma di pigmenti camaleonti che cambiano colore attraverso diverse strutture cristalline e gradi di dimensione delle particelle e nella nostra guida tecnica specifichiamo l'oscurità del substrato consigliata per ciascuna serie per aiutare i clienti a progettare correttamente il proprio sistema fin dall'inizio.
Anche la finestra di processo per i pigmenti camaleonti è più ristretta. L'allineamento parziale delle piastrine produce uno spostamento del colore più debole e meno direzionale; anche un danno da taglio modesto o uno scarso orientamento ridurranno la differenza angolare, ad esempio, da 60° a 30°, il che può significare la differenza tra una storia drammatica del prodotto e un effetto appena visibile nei prodotti finiti.
Il consiglio più pratico che possiamo offrire è quello di integrare la convalida del substrato e del processo nella sequenza temporale dello sviluppo anziché trattarla come una fase finale del controllo di qualità. Nello specifico:
Il nostro team tecnico lavora direttamente con i clienti per supportare questo tipo di sviluppo strutturato, in particolare per gli account che lavorano con gradi più complessi come il nostro Pigmento perlescente magnetico Ray-3D or gradi funzionali di resistenza agli agenti atmosferici dove la sensibilità del processo è maggiore. Se stai affrontando uno qualsiasi dei problemi relativi al substrato, alla trasparenza o alla finestra di processo descritti qui, ti invitiamo a contattarci tempestivamente: spesso possiamo identificare il vincolo più velocemente rispetto a tentativi ed errori estesi nel tuo laboratorio.
