[发明专利]在宽pH范围内具有永久正表面电荷的金属氧化物

说明书

本发明涉及在宽pH范围内具有正永久表面电荷的金属氧化物，它们的制备方法，及其含水分散体。

粒状金属氧化物的表面电荷性能，特别地表面电荷密度在这些物质用于含水分散体中作为自由流动助剂，和用于调色剂、显影剂、和粉末涂料材料中的电荷控制情况下是重要的性能。

粒状金属氧化物的含水分散体的稳定性由分散粒子的表面电荷密度严格确定。随着分散体对胶凝化和沉降的稳定性的上升，表面电荷密度有所增加。粒状金属氧化物的含水分散体的用途包括作为水性粘合剂，密封剂和涂料材料的流变添加剂和用于改进固体物质，例如纤维或纸的表面性能。

具有静电带正电性的粒状金属氧化物特别用作显影剂和调色剂的组分以用于正静电荷图像的显形。此应用中的先决条件是在一部分所述粒子上的高，稳定，均匀，正摩擦带电性。

关键地，粒状金属氧化物的表面电荷的符号，数量，和密度由粒子表面的化学结构确定。在金属氧化物如二氧化硅、氧化铝或二氧化钛的情况下，表面羟基是电荷确定基团。由于羟基的酸碱性能，粒子的表面电荷依赖于pH：即，由于羟基的质子化，低pH导致正表面电荷，而由于羟基的去质子化，高pH导致负表面电荷。由于pH依赖性，获得的表面电荷高度依赖于环境条件，因此不是永久的。例如，这可对所述粒状金属氧化物的含水分散体的稳定性具有不利的影响。然而，为了产生正表面电荷所需要的低水相pH值会导致腐蚀效果并且会不利地影响含水分散体的应用性能。

EP 1247832 A1描述了通过阳离子聚电解质聚-DADMAC的吸附而产生正表面电荷。存在的缺点在于聚电解质仅在粒子表面上物理吸附，因此表面电荷依赖于吸附-解吸平衡的位置，而不会永久。

对于产生正摩擦电荷的目的，例如在DE 33 30 380中所述，将氨基硅烷化学固定到粒子表面。然而，由采用此方式改性的粒子达到的摩擦电荷再次高度依赖于环境条件，如大气湿度。

本发明的目的是克服现有技术的缺点，特别地提供在宽pH范围内具有正永久表面电荷的粒状金属氧化物。

由本发明达到此目的。

本发明提供金属氧化物粒子，该粒子在0-10的pH范围内具有永久正表面电荷并且含有永久连接到表面的通式I或Ia的基团

-O_1+n-SiR¹_2-n-R²-B⁺X^-                  (I)，

-O_1+n-SiR¹_2-n-CR¹₂-NR³₂⁺-(CH2)_x-A X^-   (Ia)，

其中

R¹是氢原子或Si-C键合的C₁-C₂₀烃基，优选C₁-C₈烃基，更优选C₁-C₃烃基，如需要该烃基是单不饱和或多不饱和的且是未取代或由-CN、-NCO、-NR⁴₂、-COOH、-COOR⁴、-卤素、-丙烯酰基、-环氧、-SH、-OH或-CONR⁴₂取代、或是芳基、或C₁-C₁₅烃氧基(hydrocarbonoxy)，优选C₁-C₈烃氧基，更优选C₁-C₄烃氧基，在每个基团中一个或多个不相邻的亚甲基可以由-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-、-S-、或-NR³-替代且其中一个或多个不相邻的次甲基可以由基团-N＝、-N＝N-、或-P＝替代，每个R¹相同或不同，