Kupferphthalocyanine

Kupferphthalocyanin (CPC) -Pigmente beherrschen aufgrund ihres außergewöhnlich brillanten Farbtons, ihrer hohen Farbstärke, ihrer geringen Kosten und ihrer hervorragenden Echtheiten die Farbstoffindustrie seit ihrer kommerziellen Einführung im Jahr 1935. Sie stehen kurz vor dem Abschluss 70 Jahre verdienstvoller Dienst als unangefochtener Führer verschiedener Arten von blauen und grünen Pigmenten. In diesem Zusammenhang ist es angebracht, einen kurzen Überblick über einige Aspekte im Zusammenhang mit ihrem Ursprung, ihrer Entwicklung, ihren Entstehungsmechanismen und anderen feineren Details in Bezug auf ihre verschiedenen Eigenschaften zu geben.Zu Beginn des 20.Jahrhunderts bestanden kommerziell erhältliche Blaupigmente hauptsächlich aus Ultramarinblau, Preußischblau, Indigo-Derivaten und einigen Azo-Derivaten. Leider hatte keiner von ihnen die gewünschten Qualitäten, die von der Farbindustrie gefordert wurden. Die meisten dieser Pigmente wiesen eine schlechte chemische Beständigkeit, eine unbefriedigende Säure- und/oder Alkalibeständigkeit, eine unzureichende Lichtechtheit und eine schlechte Sublimationsechtheit auf. Die damaligen Farbchemiker brauchten ein billiges und haltbares Pigment, das den bläulichen Bereich des Farbraums ausfüllen konnte. Die Entdeckung von Kupferphthalocyaninblau lieferte ihnen eine zufriedenstellende Lösung für ihre Probleme. Phthalocyaninpigmente erwiesen sich als hervorragende organische Pigmente aufgrund ihrer unglaublichen Beständigkeit gegen chemische Angriffe, ihrer guten Wärme- und Lichtechtheit, kombiniert mit Helligkeit und Sauberkeit des Farbtons – alle Eigenschaften, die von der Farbindustrie gesucht werden.

Serendipities

Wenn wir in die Vergangenheit zurückkehren und die Geschichte der Phthalocyanine sortieren, können wir drei faszinierende Serendipity-Geschichten sehen.

1. 1907 versuchten Braun und Tchermiac, o-Cyanobenzamid durch Dehydratisierung von Phthalamid mit Essigsäureanhydrid zu synthetisieren (Schema 1). Den Wissenschaftlern gelang es nicht, das gewünschte Produkt zu erhalten, sondern eine kleine Menge einer hellen bläulichen Verbindung, die später als metallfreies Phthalocyanin bekannt war. Leider haben die Wissenschaftler die Bedeutung ihrer Entdeckung nicht erkannt.

2. Es dauerte weitere 20 Jahre für die zweite zufällige Synthese der Phthalocyanin-Einheit. Die Schweizer Chemiker Von der Weid und de Diesbach versuchten, Phthalonitril aus o-Dibrombenzol und Kupfercyanid zu synthetisieren. Überraschenderweise isolierten sie aus der Reaktionsmasse anstelle von Phthalonitril einen tiefblauen Kupferkomplex (Schema 2).Phthalonitril sollte hier als Zwischenprodukt gebildet werden, aber es wird sofort in Gegenwart von Kupferbromid, einem Nebenprodukt der Reaktion, zu Halbbromkupferphthalocyanin cyclotetramerisiert.

3. Schottische Farbstoffe zur Herstellung von Phthalimid, einem feinen weißen Feststoff, durch Reaktion von Phthalsäureanhydrid und Harnstoff. Die Reaktion wurde üblicherweise in einem mit Glas ausgekleideten Weichstahlgefäß durchgeführt, wobei einer der Phthalimidreaktoren ein blaugrün gefärbtes Produkt lieferte. Versuche, die wahre Ursache dieser ungewöhnlichen Beobachtung herauszufinden, führten zur ersten systematischen Laborsynthese von Phthalocyanin. Als die Chemiker den Reaktor untersuchten, wurde ein Riss an der inneren Glasauskleidung festgestellt, durch den ein Teil des Reaktanten im Inneren des Gefäßes der äußeren Auskleidung aus Weichstahl ausgesetzt wurde. Sie kamen zu dem Schluss, dass sich eine blaue Verunreinigung bildete, wenn die Phthalsäureanhydrid, Phthalimid und Ammoniak enthaltende Reaktionsmasse mit Eisen in Kontakt kam. Dies veranlasste sie, diese Bedingungen im Labor zu replizieren und die unerwünschte Verunreinigung Eisenphthalocyanin durch Reaktion von Phthalsäureanhydrid, Ammoniak und Eisenspänen erfolgreich zu synthetisieren (Schema 3).1929 erhielt Scottish Dyes ein Patent für die Herstellung von Phthalocyanin aus Phthalsäureanhydrid, einem Metallsalz und Ammoniak. Umfangreiche akademische Untersuchungen des neuen Pigments ergaben, dass die empirische Formel C32H16N8M (wobei M Metall ist) war. Im Jahr 1934 leiteten Sir Reginald Linstead und Mitarbeiter die komplexe makrozyklische Struktur ab und prägten den Namen Phthalocyanin (Phthalo aus Naphtha (bedeutet Öl) und Cyanin bedeutet Blau). M. Robertson bestätigte Linsteads Struktur unter Verwendung des Konzepts der röntgenkristallographischen Analyse und zeigte, dass das Molekül eher planar als dreidimensional war.

Struktur

Das Phthalocyaninsystem ähnelt strukturell dem der aza–Annulen-Reihe, die allgemein als Porphin bekannt ist. Die beiden bekannten Derivate sind Hämoglobin, der Eisen-III-Komplex und Chlorophyll, der Magnesiumkomplex. Chemisch kann man Kupferphthalocyanin den Kupferkomplex von Tetraazatetrabenzoporphin nennen. Das Molekül hat eine vollständig konjugierte Struktur, die eine außergewöhnliche Stabilität aufweist. An der planaren Struktur des Moleküls kann man erkennen, wie effektiv das Metallatom im Inneren des Moleküls geschützt ist. Das zentrale Metallatom ist kovalent mit zwei Stickstoffatomen des Porphinrings verbunden und hat auch eine koordinierte Verknüpfung mit zwei anderen Stickstoffatomen desselben Rings. Die anderen Faktoren, die zur Stabilität von Phthalocyaninen beitragen, sind die Symmetrie des Moleküls und das Fehlen eines Dipolmoments.

Eine Vielzahl von peripheren Substitutionen ist an einem Phthalocyaninring möglich. Es wurden zahlreiche Kupferphthalocyaninanaloga berichtet, bei denen die Isoindoleinheit durch verschiedene andere heterocyclische Ringe ersetzt wurde. Nun ist bekannt, dass der Phthalocyanin-Makrozyklus mit Kationen aus über 70 verschiedenen Elementen komplexieren kann. Der Phthalocyaninkomplex des Cu2 + -Ions ist so stark, dass eine Zerstörung des Makrozyklus erforderlich ist, um das Cu2 + -Kation aus seinem zentralen Hohlraum zu entfernen. Im Gegensatz dazu sind Metallkomplexe von Li + – und Mg2 + -Ionen instabil, und diese labilen Ionen können leicht mit verdünnten Säuren entfernt werden, um türkisblau gefärbtes metallfreies Phthalocyanin herzustellen.

Mechanismus der Cyclotetramerisierung

Es gibt zwei kommerziell wichtige Verfahren zur Herstellung von Kupferphthalocyanin. Einer basiert auf Phthalonitril und der andere verwendet Phthalsäureanhydrid. Das Phthalonitril-Verfahren liefert oft Produkt mit weniger Verunreinigungen. Ein weiterer besonderer Vorteil dieses Weges ist die Bildung von Chlorphthalocyaninen bei Verwendung entsprechender Kupfersalze. Der Chlorierungsgrad hängt von der Art des in der Reaktion verwendeten Kupfersalzes ab. CuCl2 ergibt immer ein Produkt, das durchschnittlich ein Chloratom pro Kupferphthalocyaninmolekül enthält, während CuCl nur ein Halbchlorkupferphthalocyanin ergeben kann. Andererseits ergibt die Verwendung von metallischem Kupfer einfaches Kupferphthalocyanin. Schemata 4-6 beschreiben die verschiedenen wahrscheinlichen Reaktionsmechanismen für die Bildung von Kupferphthalocyaninen aus Phthalonitril.

Reaktion von Phthalonitril und Kupferchlorid

Es wird vorgeschlagen, dass die Cyclisierung durch den Angriff eines Chloridanions auf einen elektrophilen Kohlenstoff der Nitrilgruppe eingeleitet wird, der durch das Kupfer-Ion aktiviert wird. Dies löst dann die Tetramerisierung aus, wie in Schema 4a gezeigt.

Das für die Initiierung verwendete Chloridnucleophil wird durch Abgabe von zwei Elektronen an den Makrozykluskomplex zu Chloroniumion oxidiert. Das so gebildete Chloroniumion wird entweder direkt eine aromatische elektrophile Substitution an der 4-Position erfahren oder sich mit dem anderen Chloridion zu einem Chlormolekül verbinden, das wiederum an der Substitutionsreaktion unter Bildung von Monochlorphthalocyanin und Chlorwasserstoffgas teilnimmt. Das so gebildete Endprodukt enthält durchschnittlich ein Chloratom pro CPC-Molekül (Schema 4b).

Reaktion von Phthalonitril und Kupferchlorid

Hier kann der Reaktionsmechanismus durch einen radikalischen Weg erklärt werden, bei dem das Kupfer-Ion in den Kupfer-Zustand oxidiert wird und ein Elektron zur Makrozyklusbildung beiträgt. Das andere Elektron, das für die Vervollständigung des konjugierten Porphyrinrings benötigt wird, wird vom Chloridnucleophil gespendet, das wiederum zu Chlorradikal oxidiert wird (Schema 5).Bei diesem Mechanismus erzeugt die Bildung von zwei Kupferphthalocyaninringen zwei Chlorradikale, die sich zu einem Chlormolekül verbinden, das dann mit einem der Kupferphthalocyaninmoleküle reagieren kann, wie in Schema 4 beschrieben. In diesem Fall weist das Endprodukt jedoch einen statistischen Durchschnitt von 0, 5 Chloratomen pro Kupferphthalocyaninmolekül (Semichlorkupferphthalocyanin) auf.

Reaktion von Phthalonitril und Kupfer

Wenn metallisches Kupfer in der Reaktion verwendet wird, ist die Unterstützung eines Nukleophils erforderlich, um die Reaktion zu initiieren. Da dieses Nucleophil am Ende der Reaktion regeneriert wird, wird es nur in katalytischen Mengen benötigt. Schema 6 veranschaulicht die Bildung von Kupferphthalocyanin (CPC).

CPC – Hydrophob und hydrophil

Das CPC-Molekül hat 18 konjugierte π-Elektronen, die auf beiden Seiten der Molekülebene eine elektronische Wolke bilden. Dies trägt zusammen mit der Anwesenheit von Stickstoffatomen im Porphinring zum polaren Teil des Moleküls bei, während die Wasserstoffatome der Benzolringe von CPC stark unpolar sind. Somit besteht das Kupferphthalocyaninmolekül insgesamt sowohl aus hydrophilen als auch aus hydrophoben Bereichen. Im kristallinen Zustand ist jedes Molekül übereinander angeordnet, um die begünstigte und stabile π-π-Wechselwirkung zu haben. Infolge dieser Orientierung sind die meisten Polflächen im Kristall vergraben, und die Teile, die der Oberfläche ausgesetzt sind, sind die unpolaren Wasserstoffatome und die Substituenten des Benzolrings. Kurz gesagt, eine beträchtliche Oberfläche des Phthalocyaninkristalls ist unpolar, was zum stark hydrophoben Charakter der Kupferphthalocyaninpigmente beiträgt. Es ist auch möglich, die Hydrophilie eines Kristalls durch Veränderung seiner Form zu erhöhen. Rpok1 von BASF hat umfangreiche Studien an verschiedenen geformten B-CPCs durchgeführt und experimentell gezeigt, dass isometrische Pigmente aufgrund der relativ hohen Konzentration von Basalebenen in ersteren hydrophiler sind als die nadelförmigen.

Farbe

Obwohl die Molekülstruktur von CPC maßgeblich zu seinen koloristischen Eigenschaften beiträgt, spielen Partikelform, Größe und Kristallstruktur eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des endgültigen Farbtons des Pigments. Beispielsweise zeigen isometrische Kristalle von b-Kupferphthalocyanin einen grüneren Farbton als die nadelförmigen Kristalle1. Dies deutet darauf hin, dass man den Farbton des b-Kupferphthalocyaninpigments durch Veränderung seines Kristallwachstumsmusters verändern kann. Einige Additive oder sogar Verunreinigungen (die bei der Herstellung von CPC entstehen) können das Wachstum von Kristallen entlang bestimmter Phasen fördern oder hemmen. Dies hängt von der Polarität und Chemie der jeweiligen Phasen ab. Ein klareres Verständnis der Natur einer schnell wachsenden Phase in einem Kristall wird bei der Entwicklung maßgeschneiderter Additive helfen, um das Wachstum in der gewünschten Weise zu steuern. In ähnlicher Weise beeinflussen Art und Art der molekularen Stapelung in einem Kristall den endgültigen Farbton des Pigments. Aus diesen Gründen zeigen verschiedene Polymorphe von CPC deutlich unterschiedliche Farbtöne.

Herstellung

Im Allgemeinen wird ein rohes Kupferphthalocyanin durch Umsetzung von Phthalsäureanhydrid, Harnstoff, Kupfer/Kupfersalz und Ammoniummolybdat (Katalysator) in hochsiedenden Lösungsmitteln wie o-Nitrotoluol, Trichlorbenzol oder Alkylbenzolen hergestellt. Die Wahl des Lösungsmittels ist sehr wichtig, da es eine bedeutende Rolle bei der Erzeugung von Verunreinigungen spielt. Nach beendeter Reaktion wird das Lösungsmittel durch Vakuumdestillation entfernt und das so erhaltene Rohprodukt durch Behandeln mit verdünnten Säure- und Alkalilösungen zur Entfernung vorhandener basischer und saurer Verunreinigungen weiter gereinigt. Das so erhaltene Produkt wird getrocknet und zur Verwendung in den nächsten Verarbeitungsstufen pulverisiert.

Kristallmodifikationen

Unsubstituiertes Kupferphthalocyaninblau existiert in verschiedenen Kristallmodifikationen. Sie werden mit den griechischen Buchstaben in der Reihenfolge ihrer Entdeckung benannt (a, b, g, d usw.). Unter diesen haben a- und b-Modifikationen in der Industrie erhebliche kommerzielle Bedeutung erlangt. Die e-Modifikation gewinnt auch wegen ihres reinen rötlichen Farbtons an Popularität.

Die genaue molekulare Anordnung verschiedener Polymorphe wurde durch dreidimensionale Röntgenbeugungstechniken aufgedeckt. Nun ist bekannt, dass in fast allen Modifikationen die planaren Kupferphthalocyaninmoleküle in einem eindimensionalen Stapel angeordnet sind. Die relativen Anordnungen dieser Stapel sowie die Stapelüberlappung der benachbarten Moleküle sind in verschiedenen Modifikationen unterschiedlich. Wir können auch einen bemerkenswerten Unterschied im Winkel zwischen der Heftachse der Stapel und der Achse senkrecht zur Molekülebene feststellen. Diese Ungleichmäßigkeit ist der Hauptgrund für den Unterschied in Farbton und Stabilität verschiedener Polymorphe von CPC (Abbildung 1).

Thermodynamische Stabilität der b-Modifikation

Bei der molekularen Stapelung der Beta-Modifikation wurde vorgeschlagen, dass das Kupferatom im Zentrum jedes Moleküls mit den Stickstoffatomen der benachbarten Moleküle koordiniert ist. Dies bildet eine verzerrte Oktaedergeometrie, die in Kupferkomplexen sehr häufig und bevorzugt ist. In Alpha-Kristallen ist eine solche Koordination nicht möglich. Ein weiterer positiver Aspekt der molekularen Anordnung in Beta ist die enge Assoziation verschiedener Molekülstapel. In diesem Fall werden Moleküle in einem Stapel mit den Molekülen in benachbarten Stapeln von Angesicht zu Kante angeordnet (Abbildung 2).Infolge dieser Anordnung befinden sich die π-Elektronen in einem Molekül und die peripheren Wasserstoffatome der Moleküle in benachbarten Stapeln in unmittelbarer Nähe. Dies trägt zu einer starken Assoziation zwischen verschiedenen Molekülstapeln innerhalb eines Kristalls bei. Das gesamte Kristallgitter der Beta-Modifikation wird also auf diese beiden Arten stabilisiert. Alle Faktoren, die diese stabilen Anordnungen beeinflussen, können die Kristallbildung in der Beta-Form beeinflussen. Die Substitution von peripherem Wasserstoff durch andere sperrige Atome oder Gruppen behindert die Flächen-zu-Rand-Packung in Beta. So existieren Mono- und Poly-Phthalocyanine in der Alpha-Form statt in Beta.

Herstellung der b-Modifikation

Das bei der Synthese erhaltene Rohpigment besteht hauptsächlich aus Kristallen von b-Modifikationen, die jedoch sehr groß sind und keinen Pigmentwert haben. Das Verfahren der Überführung dieser überdimensionierten Partikel in Kristalle optimaler Größe hinsichtlich Anwendungseigenschaften wie Farbstärke, Opazität/Transparenz, Dispergierbarkeit, Farbton, Flockung und Kristallisationsstabilität wird als Finishing bezeichnet.

Der erste Schritt im Veredelungsprozess ist die Vorkonditionierung von grobkristallinem oder agglomeriertem Rohpigment. Hier werden die überdimensionierten Partikel des Rohpigments in einer Kugelmühle vermahlen. Zweck der Vorkonditionierung ist es, die Primärteilchengröße des Pigments bis in den Bereich von 0,01 bis 0,05 Mikron zu reduzieren. Obwohl während der Vorkonditionierung eine Partikelgrößenreduktion auftritt, ist eine starke Aggregation der Primärpartikel unvermeidlich, was zur Bildung von Agglomeraten von 0,5 bis 100 Mikron führt. Ein weiterer Prozess, der während des Mahlens stattfindet, ist die Umwandlung der b-Phase in a. J. R. Fryer2 postulierte, dass aufgrund der hohen Scherung, die beim Mahlprozess angewendet wird, einige Molekülstapel der b-Phase von ihrer ursprünglichen Position abweichen und eine Lücke im Kristallgitter verursachen, was wiederum zur Bewegung des benachbarten Stapels in Richtung des freien Raums führt. Dadurch entsteht eine neue Anordnung der molekularen Stapelung, die der Anordnung in einer Modifikation ähnelt. Die so erzeugte neue Phase in einem b-Kristall wirkt als Kern für das Wachstum einer Phase und führt zur allmählichen Umwandlung von b in a. Die schematische Darstellung der Bildung von a-Phasenkernen in einem b-Kristall ist in Abbildung 3 dargestellt.

Das so hergestellte a, b-Gemisch besteht hauptsächlich aus Aggregaten winziger ziegelförmiger Kristalle, die hauptsächlich von Angesicht zu Angesicht gepackt sind. Der Einbau kleiner Mengen kristallisierender Lösungsmittel wie Xylol in der Kugelmahlstufe wird häufig eingesetzt, um die Rückumwandlung von a nach b zu bewirken. Für die Umwandlung von a nach b und das anschließende Kristallwachstum wird eine Lösungsmittelbehandlung eingesetzt. M. McGarvey und R.B.McKay3 untersuchten die Art der Mikrostruktur von CPC, die nach der Vorkonditionierung gebildet wurde, und ihren Einfluss auf die endgültige Lösungsmittelkonditionierung. Sie korrelieren die tatsächliche Dispergierbarkeit des fertigen Pigments mit den Mahlbedingungen der Kugelmahlung. Das vorkonditionierte Pigment mit schwach kohärenter Aggregatstruktur benötigt weniger Zeit und/oder weniger starkes Lösungsmittel für die A-zu-b-Umwandlung als solche mit kompakteren und kohärenteren Aggregaten. Daher ist es unerlässlich, den endgültigen Lösungsmittelausrüstungsprozess immer dann neu zu standardisieren, wenn sich die Parameter in der Vorkonditionierungsstufe ändern. Andernfalls können Produkte von inkonsistenter Qualität entstehen. Die Veredelung des vorkonditionierten Rohstoffs kann entweder durch Lösungsmittelrücklauf in einem Gemisch aus Wasser und kristallisierendem Lösungsmittel oder durch Salzmahlung in einem Kneter in Gegenwart von Glykolen erfolgen. In beiden Verfahren werden geeignete Additive in wichtigen Stufen zugegeben, um das Kristallwachstum zu kontrollieren und dem Endpigment eine optimale Dispergierbarkeit zu verleihen. Da längerer Rückfluss und die Verwendung von starkem Lösungsmittel oft zu einer Überkristallisation führen, ist die Wahl des Lösungsmittels und der Rückflusszeit sehr kritisch. Überkristallisation des Pigments behindert oft seine Farbstärke. Verschiedene Arten von CPC-Derivaten werden in Verbindung mit anderen oberflächenaktiven Mitteln zur Oberflächenmodifikation des fertigen Pigments verwendet. Die Wahl des Derivats, des Tensids und der Bedingungen in der Oberflächenbehandlungsphase sind die Schlüsselfaktoren für die Bestimmung der Leistung des Endprodukts in verschiedenen Anwendungsmedien.

Herstellung einer Modifikation

Diese CPC-Sorte kann entweder durch Lösen oder Quellen des Rohpigments in Schwefelsäure und anschließende Hydrolyse in Wasser hergestellt werden. Die Auflösung des hochkristallinen Pigments beruht auf der Protonierung seiner Stickstoffatome zu den entsprechenden Sulfaten. Abhängig von der Konzentration der Schwefelsäure kann ein Molekül CPC bis zu acht Moleküle Schwefelsäure aufnehmen (aufgrund der Protonierung von acht Stickstoffatomen des Rings). Der Grad der Bewegung, Rate der Zugabe des gelösten CPC, Temperatur und Tensid, etc., sind die Schlüsselparameter in der Hydrolysestufe, die schließlich die Teilchengröße des fertigen Pigments bestimmen.

Kristallisation einer Modifikation

Reines Alpha-CPC-Pigment erfährt eine Phasenumwandlung, gefolgt von Kristallwachstum, wenn es mit aromatischen Kohlenwasserstoffen behandelt oder hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Diese Bedingungen treten normalerweise auf, wenn Alpha-CPC in Lacken / Tinten verwendet wird, die solche Lösungsmittel enthalten, und auch während der Verarbeitung zum Einfärben von Kunststoffen bei hohen Temperaturen. Die neu gebildete Phase befindet sich in der thermodynamisch stabilen b-Modifikation und vergleichsweise in einer größeren kristallinen Form. Diese Änderung wirkt sich auf den Farbton aus und verringert die Farbstärke. Die Anordnung von Molekülen in Alpha-Modifikation ist eine der am wenigsten stabilen unter den Polymorphen von CPC. Das CPC-Pigment hat eine begrenzte Löslichkeit in aromatischen Lösungsmitteln und aufgrund dessen bewegen sich die Moleküle kontinuierlich von der Partikeloberfläche einer Form in das Lösungsmittel und von dem Lösungsmittel zur Partikeloberfläche. Dieser Prozess befindet sich in einem dynamischen Gleichgewicht. Die aus der Lösung austretenden Moleküle kristallisieren auf natürliche Weise in der stabilsten b-Form, und um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, lösen sich immer mehr Moleküle auf und kristallisieren wieder, um die vollständige Umwandlung von a in b zu bewirken. Es wurde festgestellt, dass der Einbau geeigneter Mengen an 4-substituierten Derivaten, insbesondere des 4-Chlor-Kupferphthalocyanins, die Phasenumwandlung verhindert. Die Chlorsubstitution an der 3-Position hat jedoch keinen Einfluss auf die Stabilisierung. Aluminium-, Zinn- und Magnesiumphthalocyanine haben sich als sehr wirksame Stabilisatoren erwiesen, wenn sie in geeigneten Mengenverhältnissen eingesetzt werden.

Oberflächenbehandlung

Der Oberflächencharakter eines Pigments beeinflusst verschiedene Eigenschaften in seiner endgültigen Anwendung. Wechselwirkende Kräfte zwischen einzelnen Kristallen, zwischen Kristallen und Bindemitteln (Harzen/Dispergiermitteln/Tensiden) sowie zwischen Kristallen und Lösungsmitteln spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Flockungsbeständigkeit und der rheologischen Eigenschaften. Während der Endphase der Ausrüstung müssen die primären Pigmentpartikel aggregiert werden, um eine einfache Isolierung aus dem Präparationsmedium zu erreichen. Da eine starke kohärente Aggregation die Dispergierbarkeit der Pigmente beeinträchtigt, müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um ihre Festigkeit zu verringern. Dies wird in der Regel durch Beschichtung der Pigmentoberfläche mit geeigneten Additiven erreicht. Dieser Prozess hilft, die aktiven Zentren des Pigments zu inaktivieren, die an einer starken Aggregation beteiligt sind. Darüber hinaus verringert eine zunehmende Beschichtungsbedeckung den Pigment-zu-Pigment-Kontakt, was wiederum die mechanische Festigkeit eines Aggregats verringert und somit seine Dispergierbarkeit verbessert. Entsprechend gewählte Additive können auch den hydrophilen/hydrophoben Charakter der Pigmentoberfläche verändern.Verschiedene Arten von Additiven, einschließlich Kolophonium, Fettamine und Pigmentderivate wurden bei der Oberflächenbehandlung von Phthalocyaninpigmenten verwendet. Die Verwendung von Derivaten von Phthalocyaninen als Oberflächenbehandlungsadditiv ist in der Industrie sehr beliebt. Diese Kupferphthalocyaninverbindungen haften aufgrund ihrer besonderen Affinität zu bestimmten Ebenen von Pigmentkristallen stärker an der Oberfläche des CPC-Pigments als alle anderen üblichen Additive. Man kann die Art der Substituentengruppen des Pigmentderivats in Abhängigkeit von den Anforderungen in den endgültigen Anwendungsmedien individuell gestalten. Beispielsweise stellen aminsubstituierte Pigmentderivate eine Wasserstoffbindung mit den sauren Komponenten des Anwendungsmediums her, und daher sind Derivate dieser Art überall dort sehr wirksam, wo saure Bindemittel verwendet werden. Die auf diese Weise an die Pigmentoberfläche gebundenen Moleküle des Bindemittels bilden eine ausreichende sterische Barriere, um eine Pigmentflockung zu verhindern. Ausreichend lange und solvatisierte Substituenten R, R‘-Gruppen sorgen auch für eine sterische Behinderung, indem sie sich in Richtung der flüssigen Phase erstrecken. In diesem Fall kann die Chemie der R, R‘-Gruppen an die Polarität der Anwendungsmedien angepasst werden.Andere Phthalocyaninderivate wie Sulfonsäuren, Sulfonamide und Sulfoniumsalze werden ebenfalls häufig verwendet, um spezielle Pigmentqualitäten für bestimmte Anwendungen herzustellen. Das synthetische Design und die verwendeten Behandlungsmethoden sind entscheidend für eine konsistente Produktion von Pigmenten guter Qualität.

Danksagung

Ich danke Colin Gooch (Technischer Direktor, Resene Paints) und meinem geschätzten Kollegen Chris Monigatti aufrichtig für ihre ständige Ermutigung und Unterstützung, diesen Artikel zu vervollständigen.

Ajith Aravindakshan promovierte in Organischer Chemie an der Abteilung Farbstoffe der UDCT, Mumbai, Indien. Er hat mit Ciba Specialty Chemicals India Ltd. zusammengearbeitet. (Wissenschaftlicher Mitarbeiter) und Meghmani Organics Ltd; (Manager R&D); und arbeitet derzeit mit Resene Paints, Neuseeland, als Chemiker für Pigmentpräparationen zusammen. Er kann erreicht werden unter [email protected] .