Gold faszinierte die Menschen schon durch die Jahrhunderte aufgrund seines einzigartigen Aussehens. Das gelbliche Metall zeigt selbst in sehr dünnen Schichten ein hohes Deckvermögen, einen hohen Glanz und verfügt über einen extremen Hell-Dunkel-Flop. Durch Legierungen von Gold mit Kupfer und Silber können verschiedene Farbeindrücke realisiert werden. Darüber hinaus ist Gold gegen Umwelteinflüsse stabil und ungiftig. Die Gewinnung des gelben Metalls ist aufwendig und teuer, daher versuchten bereits in frühen Zeiten die Alchimisten, aus leicht verfügbarem Material Gold herzustellen. Aber schon Albertus Magnus musste feststellen, dass es ihm nicht wirklich gelungen war, Gold künstlich zu erzeugen. In seinem Werk „De Mineralibus“ resümierte er seine Ergebnisse so: „In Wahrheit handelt es sich nur um oberflächliche, scheinbare Transmutationen, bei denen nur das Aussehen der Metalle verändert wird, jedoch nie ihr inneres Wesen.“ Ein günstigerer, ressourcenschonender Weg, um massives Gold zu simulieren, ist die Verwendung von Blattgold. Gold wird zu extrem dünnen Blättchen gepresst oder gehämmert und der gewählte Gegenstand damit in aufwendiger handwerklicher Arbeit vergoldet.
Pigmente als Lösung
Einfacher ist der Einsatz von Goldpigmenten. Bereits im 3. oder 4. Jahrhundert v. Chr. begannen ägyptische Handwerker mit deren Herstellung. Wenn man so will, stellt dies den Einstieg der Pigmenttechnologie in die „Gold-Imitation“ dar. Die ägyptischen „Pigmenttechniker“ verwendeten hierzu den Abfall, der beim Blattgoldherstellen anfiel. Im Mittelalter wurden solche handgemahlenen Goldeffektpigmente unter anderem für kalligrafische Zwecke und Buchdekorationen verwendet.
Einem Gegenstand ein goldähnliches Aussehen zu geben, ohne Gold überhaupt zu verwenden, gelang im 17. Jahrhundert, als Goldpigmente durch billigere Bronzepigmente ersetzt wurden. Jedoch limitierten fehlende chemische Resistenz und Temperaturstabilität den Einsatz in Lacken.
Kompromiss gesucht
In der Mitte des 20. Jahrhunderts wurden Perlglanzpigmente basierend auf mit Eisenoxid und Titandioxid beschichtetem Glimmer hergestellt. Diese Pigmente hatten den Vorteil einer hervorragenden Stabilität und brauchten nicht als Gefahrgut eingestuft zu werden. Sie zeigen einen kräftigen Interferenzfarbton, aber den Nachteil eines mangelnden Deckvermögens. In Abmischungen mit Ruß und konventionellen Buntpigmenten erreichten diese Goldpigmente in den verschiedensten Lackanwendungen eine weite Verbreitung – aber hier musste ein Kompromiss bei der Farbintensität gemacht werden. In den späten 1980er-Jahren gelang es, mittels des CVD-Eisencarbonylverfahrens Aluminiumpigmente mit einer Interferenzschicht aus Eisenoxid zu beschichten. Mit diesen Metallinterferenzpigmenten war es erstmals möglich, eine hohe Brillanz mit einem verbesserten Deckvermögen zu kombinieren. Jedoch können diese Pigmente nur als Gefahrgut in Form einer Lösemittelpaste angeboten werden, auch die Lagerstabilität ist limitiert.
Entwicklung einer neuen Technologie
2013 wurde eine neue Technologie zum Patent angemeldet, die eine Lösung auch für die genannten Nachteile versprach, ohne jedoch in den anderen Eigenschaften Kompromisse eingehen zu müssen. Mit der „Ultra-thin Pigments“ (UTP)-Technologie konnten
ultradünne, monolithische Aluminiumsubstrate hergestellt werden. Mit einer typischen Partikelgröße von 21 μm und einer Dicke von unter 30 nm ist damit ein bisher nicht erreichtes Aspektverhältnis (Verhältnis von seitlicher Ausdehnung zur Dicke) realisiert, was für eine gute Flop-Ausprägung wichtig ist. Dieses Aluminiumsubstrat wurde nun mit einem niedrigbrechenden Metalloxid umhüllt, wobei die nachfolgende Belegung mit Eisenoxid dann die gewünschte Interferenzfarbe ergibt. Während bei der Synthese von Pigmenten die Belegungsschichten aus Siliziumdioxid und Eisenoxid mit einer exakten Dicke aufgebracht werden können, ist es nicht möglich, die konventionellen Aluminiumsubstrate in einer sehr engen Dickenverteilung herzustellen. Da aber im Falle der neuen UTP-Technologie die Dicken der Aluminiumsubstrate im Vergleich zur Gesamtdicke des Pigmentes vernachlässigbar sind und damit Dickenschwankungen des Substrates keine Rolle spielen, sind auch die resultierenden Pigmente alle gleich dick.
Die neuen Pigmente
In Anlehnung an die Eckpunkte aus dem Legierungs-Dreieck der historischen Gold-Silber-Kupfer-Legierungen wurden mittels der UTP-Technologie drei Pigmente synthetisiert, wobei die Dicken der Al-Substrate jeweils
20 μm, die des SiO2 zwischen 35 und 60 μm und die des Fe2O3 zwischen 30 und 140 μm – je nach Farbton – betragen. Die Einstellung der Farbe erfolgte über die optische Dicke der jeweiligen Eisenoxidschicht. Die Dicke des Aluminiumsubstrats wurde auf ein Minimum reduziert. Der Gewichtsanteil von Aluminium im Pigment liegt jeweils unter 15 Prozent. Auch aus diesem Grund kann das Pigment als trockenes Pulver gehandhabt werden. Dass es weder entzündlich ist, noch zu Staubexplosionen führt, wurde von der Bundesanstalt für Materialprüfung bestätigt. Damit ist eines der wesentlichen Probleme der bisherigen Technologien gelöst. Metallinterferenz-Pigmente dieser Art können nun als Pulver, ohne Lösemittel und gefahrgutkennzeichnungsfrei vermarktet werden. Neben dem Sicherheitsvorteil hat der Anwender somit auch noch den Vorteil, 100 Prozent Pulver einsetzen zu können, was wiederum genauere Dosierung und auch ein einfacheres Formulieren von Wasserlacken und sensiblen High-Solid-Lacken erlaubt.
Koloristische Bewertung
Zur Überprüfung der Koloristik wurden die UTP-Pigmente – und als Referenz handelsübliche metallbasierte Effektpigmente – in einem Automobillacksystem mit einer Schichtdicke von 14 bis 15 μm auf ein Schwarz-Weiß-Kontrastblech appliziert und mit einem üblichen Klarlack von ca. 40 μm Schichtdicke überzogen. Verwendet wurden drei UTP-Pigmente mit unterschiedlichem Effekt: ein goldfarbenes, ein eher kupfer- und ein silberfarbenes. Die Pigmentmassenkonzentration (PMC) der Muster variierte von zwei bis 22 Prozent. Die Vermessungen dieser Muster ergaben die im Folgenden aufgeführten Befunde.
Bislang nicht gekannte Helligkeit
Je nach Pigmentkonzentration steigt die Helligkeit der lackierten Oberfläche. Die Orange-Werte sind niedriger als die Gold-Werte und diese liegen unter den Silber-Werten; für alle UTP-Pigmente sind jedoch die Helligkeiten jeweils beträchtlich höher als bei den gleichfarbigen konventionellen Effektpigmenten.
Starkes Deckvermögen
Zur Bestimmung des Deckvermögens wurden die entsprechenden Werte über einem schwarzen und einem weißen Untergrund herangezogen. Dazu wurde der Winkel 45°/110° verwendet. Insgesamt lässt sich zum Deckvermögen Folgendes feststellen: Es zeigt sich, dass die UTP-Pigmente Gold und Orange höhere Chroma-Werte als die Referenzpigmente aufweisen. Die Chroma-Werte für das „WB21YS“ sind niedriger gewählt worden, um einem warmen Silberton zu entsprechen. Insbesondere der Flop stellt eine herausragende Eigenschaft von metallischen Oberflächen und deren Imitationen dar. Es konnte gezeigt werden, dass der Flop des UTP-Goldes von Glanz-nah zu Glanz-fern nahe an den des natürlichen Goldes heranreicht. Für eine Imitation von Silber stehen eigentlich leistungsfähige Aluminiumpigmente zur Verfügung, die auch über eine gute Brillanz und ein ausreichendes Deckvermögen verfügen. Aber da auch diese Pigmente nur als lösemittelhaltige Pasten angeboten werden und ein Gefahrgut darstellen, wurde das UTP-Silber „WB21YS“ als silbrig-gelbliches Pigment entwickelt, welches für die Imitation des Silberfarbtons eine lösemittelfreie, gefahrlose Pulver-Variante darstellt.
Völlig neue Anwendung
Mit neuen, hier beschriebenen UTP-Pigmenten können aufgrund der genannten koloristischen Eigenschaften (insbesondere beim Deckvermögen, Flop sowie bei „WB21YY“ und „WB21OO“ auch der Chroma) die Lackschichtdicke reduziert und hochchromatische Effektlacke entwickelt werden Das Abmischen mit hochtransparenten Pigmenten erweitert die Farbgestaltungsmöglichkeiten, jedoch ohne die üblichen Deckvermögensprobleme. Da die Pigmente in einer nachbeschichteten, witterungsstabilen Version erhältlich sind, sind sie für den Außeneinsatz geeignet.
Dies ist hier auf einer Coil-Coating-Fassade demonstriert, an der auch der extreme „Hell-Dunkel-Flop“ der Pigmente klar zu sehen ist. Eine weitere Anwendung der UTP-Pigmente ist die Kunststofflackierung. Solche Lackschichten sind ohne zusätzliche Additive mit einem Laser markierbar. Die Pulverform erlaubt neben der vereinfachten und gefahrstofffreien Handhabung auch neue Anwendungen. Es stehen damit erstmals Metallinterferenzpigmente für Pulverlacke und Kunststoff/Masterbatch-Anwendungen zur Verfügung. Es bleibt somit festzustellen: Der Traum des Alchimisten Albertus Magnus, Gold aus gewöhnlichem Material herzustellen, kann auch nicht mit der UTP-Technologie erfüllt werden, jedoch ist die Technologie ein großer Schritt in Richtung eines täuschend echten Goldeffekts, der immerhin den Anschein von Gold sowie verschiedenfarbiger Goldlegierungen ermöglicht. ■
