[发明专利]生产透明金属氧化物胶体和陶瓷体的纳米金属氧化物粒子

说明书

技术领域

本发明涉及包含分散有高折射率的纳米大小的金属氧化物粒子的有机基体，和涉及制造纳米大小的钛基的氧化物粒子的方法，这种粒子有时可用于增加透明有机基体的折射率。

发明背景

一些光学应用需要具有高折射率的透明材料。如果通过部分原子的取代进行改善，如用溴或硫取代聚合物中的氢或氧，就可用折射率低于光学应用所需的聚合物。这些取代的聚合物通常具有增加的折射率，但一般颜色不理想而且缺少热和光化学稳定性。因此，这些取代的聚合物不是一些光学应用的最佳选择。

另一增加聚合物折射率的方法是将金属氧化物粒子与聚合物混合形成陶瓷体。陶瓷体可定义为硬化(hardened)或固化(cured)的组合物，其将陶瓷粒子嵌入或接入聚合物基体中，而且一般具有介于金属氧化物和有机成分之间的光学和物理特性。陶瓷体的透明度部分取决于其所含的金属氧化物粒子的大小和折射率。如果在制备陶瓷体所用的金属氧化物的平均直径大，则降低陶瓷体的透明度。含大金属氧化物粒子的陶瓷体中的直射光将被反射回光源或折射到侧面，减少了陶瓷体的表观透明度。而且，如果粒子在聚合物内聚结，加入很小的金属氧化物粒子也可能降低陶瓷体的透明度。这些粒子的聚集体与大粒子一样散射或反射光。另外，在制备陶瓷体过程中，金属氧化物粒子可能会沉淀，而造成看似低于最大透明度的分离层。对于透明的陶瓷体而言，小的金属氧化物粒子必须高度分散(非-聚结)在聚合物中以避免光散射。

制备陶瓷体的一种方法是在金属氧化物粒子与聚合物前体混合前，用某些有机酸或其它表面活性剂处理金属氧化物粒子。认为表面活性剂涂覆在金属氧化物粒子的表面，并形成对聚合体组合物的亲有机体界面。金属氧化物粒子外表面已吸附的有机层在空间上阻止了聚结，从而产生较好的金属氧化物粒子分散的稳定性。另一增加聚合体组合物中金属氧化物分散性的方法是，通过形成含水的胶体静电稳定金属氧化物粒子。金属氧化物粒子周围的带静电层提供了金属氧化物粒子间的斥力，从而阻止了聚结。这些分散金属氧化物的方法都是不完善的。所以，由于金属氧化物粒子与聚合物前体混合时会聚结从而降低得到的陶瓷体的透明度，难以获得希望的具有高折射率的透明聚合物/金属氧化物组合物。

陶瓷体或陶瓷体组合物的折射率部分取决于加入到有机基体中的金属氧化物粒子的折射率。单个陶瓷体的理论折射率仅能与金属氧化物粒子和聚合物基体折射率的体积加权平均折射率一样高。因此，希望能够用具有高折射率的金属氧化物粒子来制造陶瓷体。晶形的金属氧化物粒子通常较非晶态(即，非晶形)金属氧化物粒子具有更高的折射率。因此，希望用晶形金属氧化物来制造陶瓷体，虽然，由于其在聚合体组合物中趋于聚结，故难以制造可分散的高度晶形的金属氧化物粒子。通常对于给定的粒度而言，聚结的趋势随着粒子折射率的增加而增加。对于大部分高折射率的氧化物，从溶液沉淀形成的形式通常为非晶形或较低折射率的形式。通常导致结晶的处理(如在升高的温度下加热)会导致金属氧化物粒子的絮凝或聚结。加热也会导致初级粒子聚结的烧结，尤其是有很大表面积和因此具有较高表面能的很小粒子。由于水的高介电系数，水是金属氧化物粒子结晶和稳定的优良介质。然而，若无粒子聚结以及水的同时转移，难以将在水中形成的金属氧化物粒子转移到有机溶液中。

发明概述

本发明涉及金属氧化物粒子，其可与透明的聚合体组合物混合，但不会明显降低制造出的陶瓷体组合物或陶瓷体的透明度。金属氧化物粒子其自身附着有分散助剂，而且其结晶度大于55％。金属氧化物粒子的粒度或微晶直径约大于4纳米和约小于20纳米，作为有机胶体的吸光系数小于3.00。优选的金属氧化物粒子是钛基的粒子。

本发明涉及包含在有机基体中分散有本发明的金属氧化物粒子的透明陶瓷体和陶瓷体组合物。本发明透明陶瓷体的折射率一般大于约1.6。该陶瓷体的有机基体宜从聚合物前体制备，而这些聚合物前体选自具有烯键未饱和的可聚合官能团的分子和它们的混合物。

本发明涉及包括本发明金属氧化物粒子(在有机溶液中分散的其自身附着有分散助剂)的胶体。这些胶体基本无水而且没有粒子聚结。

本发明涉及有涂层的制品，该有涂层的制品具有带一附着涂层的表面的基材。基材、涂层或这两者可包括本发明的陶瓷体。基材和涂层可包括相同的陶瓷体或不同的陶瓷体。