在装饰元件上提供有色涂层的方法与流程

在装饰元件上提供有色涂层的方法
1.本发明涉及一种在宝石等装饰元件上提供有色涂层(colour coating)的方法，以及涉及一种根据所述方法涂覆的装饰元件。
2.引言
3.宝石等装饰元件通常具有很多种颜色。如果宝石由玻璃制成，可将添加剂引入该玻璃组合物中，为整个玻璃块提供颜色。可调整添加剂以提供所需的任何颜色，并且制造商通常具有可用颜色的目录。
4.为保证一致的质量，重要的是所有具有从该目录中选择的特定颜色的宝石对观察者而言都具有完全相同的颜色外观。然而，当使用添加剂为大块玻璃着色时，宝石的尺寸和形状会影响观察者对颜色的感知。如果不同尺寸的宝石使用相同的添加剂成分，观察者会发现，它们依据其尺寸和形状显示出相同颜色的轻微不同的色调(shade)或强度(intensity)。因此，添加剂混合物必须适应不同尺寸和形状的宝石，以产生相同的色彩效果。
5.玻璃的整体着色可提供一致、强烈和持久的色彩效果，从而提供高质量的产品。然而，以较大的量生产特定的玻璃组合物通常才是经济的。因此，小批量生产特定颜色、尺寸和形状的宝石通常是不可行的。这意味着生产只能限于特定数量的颜色，而“定制(bespoke)”颜色通常无法小批量生产。
6.人们希望找到对由玻璃等材料制成的宝石进行着色的替代方法，该方法保留了大块玻璃着色的至少一些优点，同时避免了至少一些缺点。


技术实现要素：

7.在此背景下，本发明涉及一种将有色涂层施用到装饰元件上的方法。所述方法包括：提供一种包含油墨和有机载体的油墨混合物，该载体包含可聚合有机材料；将油墨混合物和装饰元件置于等离子体中；并且使油墨混合物在装饰元件的表面上聚合以形成聚合的有色涂层。
8.可聚合有机材料可包含可聚合硅烷(polymerisable silane)或可聚合硅氧烷(polymerisable siloxane)。如果所述装饰元件由玻璃、例如石英玻璃制成，这可能是特别有利的，因为所得的聚合有色涂层可包含与石英玻璃特别相容的含硅基质。
9.优选地，所述载体优选地包含具有硅烷基团的有机材料。例如，所述载体可包含硅烷丙烯酸酯或甲硅烷基丙烯酸酯(silane-or silyl-acrylate)，例如甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate)。应当理解，甲硅烷基丙烯酸酯(silyl-acrylate)包括任何包含甲硅烷基的丙烯酸酯，包括任何甲硅烷基(有机)丙烯酸酯(silyl(organo)acrylate)。这包括例如甲硅烷基(甲基)丙烯酸酯(silyl(meth)acrylate)，例如(三甲氧基甲硅烷基)有机基甲基丙烯酸酯((trimethoxysilyl)oragno methacrylate)(其中有机基(oragno)’是指将甲硅烷基部分连接到丙烯酸酯部分的有机连接体，例如烷基、丙基、乙基、甲基等)，包括上述的甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate)。其还包括甲硅烷基(乙基)丙烯酸酯(silyl
(ethyl)acrylate)。类似地，硅烷-丙烯酸酯(silane-acrylate)包括任何包含硅烷基团的丙烯酸酯。
10.所述油墨混合物优选地包含溶液。特别地，所述油墨混合物可使得油墨不处于悬浮状态。为此，油墨可溶解在载体中，反之亦然。
11.提供所述油墨混合物的步骤可包括混合油墨和载体。或者，所述油墨混合物可作为预混合的混合物提供。
12.所述油墨可包含赋予颜色的材料，其优选为有机化合物，并且任选地为金属有机化合物。
13.所述油墨可包含极性有机溶剂，并且赋予颜色的材料可溶解在极性有机溶剂中。所述极性有机溶剂可包含衍生自羧酸的酯，优选二醇酯(glycol ester)。
14.油墨与载体的体积比可在约1:2和1:100之间，优选约1:4。
15.所述方法可包括雾化油墨混合物并且将雾化的油墨混合物置于等离子体中。
16.例如，将雾化的油墨混合物置于等离子体中的步骤可包括提供等离子体腔室，在等离子体腔室内产生等离子体，以及将雾化的混合物置于该腔室中。
17.所述方法可包括使用超声设备和/或雾化器雾化油墨混合物。
18.优选地，所述油墨混合物被雾化以产生直径小于约1微米(micron)的液滴。为此，在使用超声设备的情况下，所述方法优选地包括以约17mhz的频率使用该超声设备。
19.聚合的有色涂层可包含其中嵌入有油墨的聚合物基质，该聚合物基质至少部分透明。部分透明可意指入射光的一部分被透射而一部分被吸收或反射(即聚合物基质是半透明的)，或者这可意指涂层的一个区域是完全透明的(即所有入射光都被透射)而另一个部分不是完全透明的(即一些入射光被反射或吸收)。
20.当所述可聚合有机材料包含可聚合硅烷或可聚合硅氧烷时，所述聚合物基质可包含具有氧基硅烷键或硅氧烷键(an oxysilane or a siloxane bond)的聚合物。
21.所述装饰元件可包含至少部分透明的主体。所述主体可包含玻璃或玻璃陶瓷，优选二氧化硅玻璃(silica glass)或二氧化硅玻璃陶瓷。
22.所述装饰元件可以是宝石。所述宝石可以是刻面的(faceted)。
23.本发明还延伸到一种使用上述方法制造的装饰元件。
24.本发明进一步延伸到一种装饰元件，其包含至少部分透明的主体和主体外表面上的涂层。所述涂层包含其中嵌入有油墨的聚合物基质。所述聚合物基质优选地包含具有氧基硅烷键或硅氧烷键的聚合物。所述装饰元件可以是宝石，并且该宝石可包含由玻璃、优选石英玻璃制成的主体。
25.详细说明
26.图1示出了装饰元件10：在该实施例中，刻面宝石包含由基本上无色的玻璃制成的主体12。图2示出了具有包覆其外表面16的有色涂层14的相同装饰元件10。有色涂层14被涂覆在整个表面，并提供色彩效果，使得即使主体12是无色的，宝石10看起来也是有色的。有色涂层14至少部分透明，以允许宝石折射光，提供闪闪发光的外观。
27.在该实施例中，宝石10的主体12由无色玻璃制成，特别是由包含最高达85重量％的sio2的石英或石英玻璃制成，并添加其他氧化物。然而，在其他实施例中，所述玻璃可以是不同的玻璃，例如硼硅酸盐玻璃(borosilicate glass)、硼酸盐玻璃(borate glass)或
磷酸盐玻璃(phosphate glass)。宝石10的主体12也可由有色玻璃制成，使得涂层14的色彩效果与主体12的色彩效果叠加，从而产生组合色彩效果。
28.如现在将描述的，使用等离子体辅助聚合方法将涂层14涂覆到宝石10上。
29.首先，产生将用作形成涂层14的前体材料的油墨混合物。为产生该油墨混合物，将油墨与有机载体材料混合。所述油墨和载体材料一起溶解，使得油墨混合物成为溶液。这与作为悬浮液的混合物形成对比。
30.然后将油墨混合物雾化，并且将宝石10和雾化的油墨混合物置于等离子体气氛中，例如在等离子体沉积腔室内。该油墨混合物沉积在宝石10的表面16上并聚合形成有色涂层14。
31.更详细地考虑该油墨混合物的成分：
32.所述油墨是有机油墨并且包含赋予颜色的材料，优选为一种或多种有机或金属有机化合物的形式；以及极性有机溶剂。所述有机或金属有机化合物可根据油墨的颜色而变化。通过将不同的油墨混合在一起，可产生任何所需的颜色。所述极性有机溶剂可以是任何合适的极性有机溶剂，例如可以是羧酸酯，例如二醇酯。特别合适的油墨是从商购的sb.gi.1000、2000或3000油墨。
33.所述载体是能够聚合的有机材料。在该特定实施例中，载体是含硅的可聚合材料，并且具体地是可聚合的硅烷或硅氧烷，例如可聚合的硅烷丙烯酸酯或甲硅烷基丙烯酸酯。
34.例如，载体可以是甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate)，可从默克(merck)以商品名a174商购，具有以下化学式：
[0035][0036]
选择载体和油墨，使得当两种组分混合在一起时，它们形成溶液而不是悬浮液。当载体是甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate)时，使用基于极性有机溶剂的油墨有助于形成溶液。然而，应当理解，对于不同的载体材料，不同的油墨溶剂可能适合于形成溶液。
[0037]
所述油墨和载体以选择的比例混合以在沉积的着色层14中提供适当的颜色强度。例如，油墨与载体的比例可在约1:1和约1:100之间，优选约1:4。
[0038]
使用任何合适的雾化方法将油墨混合物雾化，例如使用超声设备或使用超声设备和雾化器(例如文丘里(venturi)雾化器)的组合。优选地，雾化的液滴具有小于1微米的直径：优选该液滴尺寸以在宝石10上提供均匀的涂层。为达到该液滴尺寸，超声设备的频率设置为1.7mhz。在使用雾化器的情况下，使用雾化气体，例如可以是氮气或氩气。
[0039]
等离子体辅助沉积步骤使用等离子体沉积装置20进行，该装置在图3中示意性地示出。
[0040]
装置20是标准等离子体沉积装置并且包含可密封腔室22，该腔室22包含宝石支撑件24和碳电极26。电极26连接到电压源27，由此可在电极26和宝石10之间产生电位差，从而
产生引起宝石10表面上沉积的等离子射流。
[0041]
腔室22中的第一开口限定入口28，雾化的油墨混合物可通过入口28引入到腔室中。雾化装置30可设置在入口28中或附近，以在油墨混合物进入腔室22时将其雾化。可优化入口28的位置，从而将雾化的油墨混合物供给到相对于等离子体射流的最佳位置。
[0042]
腔室22中的第二开口限定开口32，腔室22可通过开口32抽真空和/或如需要，诸如氩气、氮气和氧气的气体可通过开口32引入腔室22中。
[0043]
为在宝石10上沉积有色涂层14，通过在宝石支撑件24和电极26之间产生电位差，在腔室22中产生等离子体气氛。然后将雾化的油墨混合物经由入口28引入腔室22和等离子体流。所述油墨混合物沉积在宝石10上并聚合形成涂层。
[0044]
如本领域技术人员将理解的，等离子体气氛是物质以等离子体状态存在的任何环境(即离子气体)。可使用任何适当的参数来生成等离子体状态，并且腔室内的气氛可处于足以维持腔室内的等离子体的任何压力、温度或其他参数。
[0045]
等离子体的能量是通过调整电极和支架之间的电位差来控制的，因此是通过调整供给电极的功率来控制的。特别地，等离子体能量被选择为足够高以使载体材料可聚合，但不会太高以致油墨的有机金属分解，否则会影响着色层的颜色。50w和500w之间的功率是合适的，取决于油墨和载体材料所选择的具体材料。
[0046]
当油墨混合物在宝石表面聚合时，载体材料形成至少部分透明的聚合物基质。聚合物基质的具体材料将取决于初始载体材料。在载体是含硅材料的情况下，聚合物基质将包含含硅的聚合物。当载体包含可聚合的硅烷或硅氧烷时，聚合物基质将包含聚硅烷或聚硅氧烷。当载体包含可聚合的甲硅烷基丙烯酸酯时，基质将包含聚甲硅烷基丙烯酸酯。含硅聚合物基质可特别是与由石英玻璃制成的装饰元件相容的。
[0047]
油墨材料在聚合过程中被捕获到聚合物基质中，并赋予着色层14有色外观。由于初始油墨混合物是溶液，其中油墨均匀溶解在载体中，因此油墨材料相应地均匀分散在基质中，在着色层14中产生强烈、均匀的颜色。
[0048]
由于着色层14是直接聚合在宝石10的主体12上的聚合物材料，因此着色层14具有对宝石10的良好的附着力，并且具有较高的抗划伤性和抗冲击性。
[0049]
因此，该层提供了具有良好耐久性的一致且强烈的颜色涂层。因此，尽管宝石10的主体12是无色的并且颜色仅由涂层14提供，但是所得宝石呈现为有色宝石的外观。
[0050]
通过使用适当的油墨混合物，可在宝石10上产生任何所需的颜色。简单的等离子体辅助沉积工艺意味着可以经济的工艺制造小批量特定颜色的油墨混合物，并将其应用于小批量宝石。通过这种方式，可以具有成本效益的方式生产小批量定制颜色的宝石。
[0051]
尽管在上述实施方式中，装饰元件是由玻璃制成的刻面宝石，但应当理解，装饰元件并不必须是刻面宝石，也不是必须由玻璃制成。例如，装饰元件可以是能够附接到或偶接到制品上以起到装饰功能的任何组件。刻面宝石以外的实例包括珍珠或珠子，或圆形切割的宝石，例如凸圆形宝石。装饰元件不是必须由玻璃制成，而是可由与涂层相容的任何合适的材料制成，例如陶瓷、玻璃陶瓷、宝石或半宝石、塑料材料或其他合适的材料，例如木头。
实施例
[0052]
通过将sts油墨与甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(3-(trimethoxysilyl)
propyl methacrylate)(merck a174)形式的载体混合制备油墨混合物，其中油墨:载体比为1:4。将所述组分混合直至溶解。
[0053]
将油墨混合物施用到载玻片上以润湿载玻片的表面。
[0054]
将载玻片置于等离子体腔室内，载玻片与等离子体源的距离为85mm。
[0055]
向等离子体源施加电压以在腔室内产生等离子体气氛。在第一个实施例中，等离子体参数为13,56(13.56)mhz和800w，在第二个实施例中，等离子体参数为2,45(2.45)ghz和700w。
[0056]
在两个实施例中，所述混合物在载玻片上聚合以产生具有均匀颜色的聚合有色涂层，对载玻片具有良好的粘附性。