[发明专利]核壳纳米粒子

说明书

本申请是申请日为2007年9月5日，申请号为200780033118.2，发明名称为“核壳纳米粒子”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及一种含有新型纳米粒子的涂层。更具体地，本发明涉及一种含有核壳聚合物-金属氧化物纳米粒子或中空金属氧化物纳米粒子的光学涂层及其制备方法以及潜在用途。

纳米粒子用于制备光学涂层的用途是已知的。可以采用这种涂层实现各种光学功能。例如，抗反射涂层可以通过如下实现：形成有效折射率低于基材的多孔涂层(美国专利2,432,484)。通常，这些抗反射体系包括粘结剂和纳米粒子。例如，US6921578描述了用于制备抗反射涂层体系的方法，其中，粘结剂(例如原硅酸四乙酯TEOS)在纳米粒子的存在下采用酸催化剂水解。虽然这些方法可以得到具有抗反射性质的涂层，但是它们也具有大量缺陷。例如，难以在工业规模上制备这种涂层，因为不容易制成会使涂层具有再现光学性质和机械性质的稳定涂料组合物。而且，为了制造具有适当光学性质(例如折射率)的涂层，必须实现高水平的多孔性。这可以通过在粘结剂中包含空洞来实现，但这会损失机械性质。

已经建议在涂层中使用中空或多孔粒子(参见例如EP1674891、US2004058177、WO2005021259、WO2005059601、WO2006030720和WO2006033456)。这种方法将空洞置于粒子内部而非置于粘结剂网络中，从而导致抗反射涂层具有更佳的机械稳定性。尽管这些中空粒子体系具有明显的优点，但是也存在数种缺陷。例如，已证实难以控制现有中空粒子的尺寸和形态。这导致难以制成具有适当、再现性质的涂层。而且，这种粒子的制造可能存在问题，尤其是工业规模的制造可能存在问题。而且，在某些情况下，需要单分散体系，采用现有方法难以获得这种体系。另外，在粒子中产生空洞的方式并不总是与光学涂层的使用相容。

令人惊讶地发现，各个批次的聚合物核-金属氧化物壳粒子可以以再现方式制成，并且可被用在例如抗反射涂层的光学涂层中。这些涂层与具有相同反射率、填充有可比较纳米粒子的涂层相比具有更佳的机械稳定性。

根据本发明的一方面，提供了一种适于形成光学涂层的组合物，所述组合物包含核壳纳米粒子，所述纳米粒子包含：

(a)含有聚合物的核材料；和

(b)含有金属氧化物的壳材料。

在本发明的具体实施方式中，提供了一种含有核壳纳米粒子的涂料组合物，其中，所述纳米粒子包含：

(a)含有聚合物的核材料；和

(b)含有金属氧化物的壳材料，优选含有硅石，

其中，所述纳米粒子具有棒状或蠕虫状形态。在特定实施方式中，聚合物包括阳离子稳定的共聚物胶束，更优选包括二嵌段或三嵌段共聚物。在另一优选的实施方式中，所述聚合物包括阳离子稳定的乳胶。

根据本发明的另一方面，提供了一种光学涂层，其中所述涂层包含核壳纳米粒子，所述粒子包含含有聚合物的核材料和含有金属氧化物的壳材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种形成光学涂层的方法，所述方法包括：

(a)将含有核壳纳米粒子的组合物涂敷到基材上；然后

(b)使所述组合物固化以增强网络并除去所述聚合物核，

其中，所述核壳纳米粒子包含含有聚合物的核材料和含有金属氧化物的壳材料。

根据本发明的另一方面，提供了核壳纳米粒子用于光学应用的用途。

根据本发明的另一方面，提供了一种至少部分被含有核壳纳米粒子的光学涂料组合物涂布的基材，其中，所述粒子包含含有聚合物的核材料和含有金属氧化物的壳材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种制品，所述制品包含至少部分被含有核壳纳米粒子的光学涂料组合物涂布的基材，其中，所述粒子包含含有聚合物的核材料和含有金属氧化物的壳材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种含有核壳纳米粒子的薄膜涂层，其中，所述粒子包含含有聚合物的核材料和含有金属氧化物的壳材料。本文所用“薄膜”指平均厚度为300nm或更小的涂层。

本文所用术语“纳米粒子”指初级平均粒子尺寸小于1μm、优选小于500nm、更优选小于350nm的粒子。粒子尺寸可以通过动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)测定。

本文所用术语“核壳”指含有核材料和壳材料的粒子，所述核材料包括聚合材料(例如均聚物、无规共聚物、嵌段共聚物等)，所述壳材料包括金属氧化物(例如，硅石、氧化铝、氧化钛、氧化锡等)。