[发明专利]多功能的经包覆的粉末和高固体物分散体

说明书

经包覆的粉末包括(a)纳米颗粒，和(b)在所述纳米颗粒的表面上的包覆层。所述包覆层包括(1)二氧化硅部分，(2)选自如下的有机基氧基硅烷部分：单有机基氧基硅烷部分、二有机基氧基硅烷部分和三有机基氧基硅烷部分，和(3)聚(二烷基)硅氧烷部分。

背景

为了提升和改变许多不同类型的组合物和产品的性质而添加颗粒。实例包括紫外(UV)光吸收颗粒、颜料、着色剂、填料、消光剂、光漫射颗粒、耐磨颗粒、粘度改进剂、磁性颗粒和反射性颗粒。尤其是在纳米颗粒的情况下，添加至组合物或产品的很小重量百分数(重量％)的颗粒可显著地影响性质。为了在这样的低的重量百分数下是有效的，颗粒必须在组合物或产品的生产和使用两者期间都保持分散和化学稳定。随着颗粒的尺度减小，由于基于重量的总表面积的增加，这些问题加剧。

化学不稳定性可由在组合物或产品的任何阶段例如制造、存储和使用期间颗粒与其它试剂(reagent)、以及与存在于环境中的媒介(剂，agent)的反应而产生。化学不稳定性可通过环境因素例如暴露于可见和UV光、或者暴露于升高的温度而加剧。颗粒聚集或者差的分散性经常是颗粒表面与流体组分的不相容性、尤其是与溶剂或其它粒状添加剂的不相容的疏水性/亲水性相互作用和静电相互作用的结果。颗粒聚集或差的分散性还可通过环境因素例如暴露于升高的温度、或者长的存储时间而加剧。为了大规模运输和易于操作，常常期望制备具有高重量加载量的纳米颗粒的液态分散体。

包括氧化物的颗粒、尤其是包含氧化锌、氧化钛、氧化硅、氧化铝、铁氧化物和/或稀土金属氧化物的颗粒特别适合作为添加剂。这些氧化物是热力学稳定的，典型地不能与环境中无处不在的氧气反应，并且与许多其它氧化物和非氧化物材料相比，与水的反应性往往更低。这些氧化物材料已经作为颜料和研磨剂使用达数个世纪。由某些金属氧化物、最突出地氧化钛构成的纳米颗粒对于用于涂料组合物中而言是特别令人感兴趣的，因为它们通常无色并且对于可见光是透明的，并且提供免于暴露于UV光的保护；然而，它们往往具有差的光稳定性，该差的光稳定性是由这些氧化物的光催化行为导致的。在化妆品制剂中，差的光稳定性经常表现为颜色变化并且对于商业外用(局部，topical)皮肤产品是不可接受的。差的光稳定性还妨碍在油漆或其它产品涂料中的使用，导致反应性和“粉化(chalkingout)”。

为了改善在非水性(非水，aqueous)流体中的分散性，已经将颗粒用疏水性试剂包覆或者表面处理。包覆和表面处理还已经被用于提升钛和其它氧化物的化学稳定性，包括光稳定性。

T-Cote 031是已经用二甲硅油(聚(二甲基硅氧烷))对颗粒表面进行处理的具有小于200nm的平均颗粒尺寸的微细二氧化钛(氧化钛)。该疏水性二甲硅油表面处理提供与在各种各样的产品中充当液态载体的非水性油的相容性。虽然该纳米颗粒材料被用于以高重量加载量生产分散体，但是光稳定性方面的主要缺点阻碍其在旨在用于商业用途的分散体中的使用。T-Cote 031的性能表明，简单的二甲硅油处理不足以提升光稳定性，因为该材料的光稳定性是与未包覆的微细二氧化钛几乎无法区分的。

Aeroxide T805是已经被处理成在颗粒表面上形成辛基硅烷(H(CH₂)₈Si(O)₃)部分的热解二氧化钛粉末。据推测，该辛基硅烷包覆层是通过使颗粒表面与三官能的烷氧基辛基硅烷例如三乙氧基辛基硅烷反应而施加的。虽然该处理未使二氧化钛表面完全惰性，但是其对于一些商业应用而言是足够化学稳定的。Aeroxide T805对于用作化妆品制剂中的添加剂而言是足够光稳定的，并且目前被用于数种外用人体防晒剂(防晒霜，sunscreen)。高固体物分散体在防晒剂配方中是高度合意的，因为它们使得能够在引入极少量的载体流体的同时实现高的SPF(防晒系数)值。然而，当配制高固体物分散体、典型地膏(paste)时遇到困难。这些高固体物分散体是可商购获得的，但是由于高的粘度，它们难以与其它试剂混合并且由于难以将所有材料从存储容器移出而易于浪费。

发明内容