由包含添加二氧化碳的醇盐产生氟化镁溶胶溶液的方法_2

文档序号:8460144阅读:来源:国知局
盐所组成的组,所述盐选自挥发性 强酸的盐所组成的组,比如但不限于裡、铺、锡、巧、锁、领、侣、娃、错、铁或锋的氯化物、漠化 物、舰化物、硝酸盐或=氣甲烧横酸盐。
[0056]在一些实施方式中,在第一体积中存在添加剂非氣化儀前体,其选自挥发性强酸 的盐所组成的组,比如但不限于裡、铺、锡、巧、锁、领、侣、娃、错、铁或锋的氯化物、漠化物、 舰化物、硝酸盐或=氣甲烧横酸盐。
[0057] 在一些实施方式中,在步骤b(添加第二体积)之后添加添加剂非氣化儀前体,其 选自挥发性强酸的盐所组成的组,比如但不限于裡、铺、锡、巧、锁、领、侣、娃、错、铁或锋的 氯化物、漠化物、舰化物、硝酸盐或=氣甲烧横酸盐。
[0058] 在一些实施方式中,在第一体积中存在添加剂非氣化儀前体,其选自裡、铺、锡、 巧、锁、领、侣、娃、错、铁或锋的氯化物、漠化物、舰化物、硝酸盐或=氣甲烧横酸盐的盐所组 成的组。
[0059] 在一些实施方式中,在步骤b(添加第二体积)之后添加添加剂非氣化儀前体,其 选自裡、铺、锡、巧、锁、领、侣、娃、错、铁或锋的氯化物、漠化物、舰化物、硝酸盐或=氣甲烧 横酸盐的盐所组成的组。
[0060] 该些添加剂所赋予的主要优势是溶胶的快速透明,它们用W抵抗凝胶化的更好的 稳定性和由该种溶胶获得的层的改善的机械和热稳定性。
[0061] 在一些实施方式中,非氣化儀前体的金属是Li\Ca2\Sr"、Ba"、Sn2\化"、A13\ Si4\Ti4\Z/\SrA訊3+或訊 5+,尤其是Li\Ca"、Ti4\AP或Si4+。
[0062] 在一些实施方式中,至少一种添加剂非儀前体是氯化物或硝酸盐,尤其是氯化物。
[0063] 在一些实施方式中,至少一种添加剂非儀前体是裡、铺、锡、巧、锁、领、侣、娃、错、 铁或锋,尤其是裡、巧、娃、铁或侣,更尤其是巧的醇盐、氯化物、漠化物或硝酸盐。
[0064] 在一些实施方式中,至少一种添加剂非儀前体是裡、巧、娃、铁或侣的氯化物或硝 酸盐,尤其是氯化物。在一些实施方式中,至少一种添加剂非儀前体是裡、巧、娃、铁或侣的 醇盐。
[0065] 在一些实施方式中,相对于儀醇盐,非儀前体(也称为金属添加剂前体)W下述的 量存在:
[0066] -0. 2摩尔(1:5)至0. 001摩尔(1:1000)每摩尔儀,
[0067] -0. 2摩尔(1:5)至0. 01摩尔(1:100)每摩尔儀,
[0068] -0. 2摩尔(1:5)至0. 04摩尔(1:25)每摩尔儀,
[0069] -0. 2 摩尔(1:5)至 0. 08 摩尔(1:12. 5)每摩尔儀,
[0070] -0. 1摩尔(1:10)至0. 01摩尔(1:100)每摩尔儀,
[0071] -0. 1摩尔(1:10)至0. 04摩尔(1:25)每摩尔儀,或
[0072] -0. 01 摩尔(1:100)至 0. 04 摩尔(1:25)每摩尔儀。
[0073] 在一些实施方式中,添加剂非氣化儀前体的量是1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、 8%、9%、10%、12%、14%、16%、18%或20%的儀醇盐,W摩尔当量测量。
[0074] 在一些实施方式中,添加剂非氣化儀前体是化Cl,。在一个实施方式中,相对于儀 醇盐的量,CaCl2的摩尔量是 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、12%、14%、 16%、18%或 20%。
[0075] 在一些实施方式中,第二金属氣化物前体是Ca"、Sr"、Ba"、A13\Si4\Ti4\Zr4+或 化"。
[0076] 在二氧化碳、第二氣化儀前体和/或非氣化儀前体存在下,通过使有机无水溶剂 如醇类、多元醇类、離类、醋类及其混合物中的合适的儀醇盐的溶液,比如但不限于甲醇化 儀(甲醇化物)、己醇化儀(己醇化物)或丙醇化儀,与无水氣化氨化巧反应,合成本发明 的MgFs溶胶。如上述,W气态或液体形式或作为溶剂中的溶液提供HF。在一个实施方式中, 非水性溶剂是己醇或异丙醇,尤其是己醇。
[0077] 在一个实施方式中,非水性溶剂是己醇或异丙醇,尤其是己醇,并且前体是己醇 儀。
[0078] 根据本发明的方法与本领域已知的方法不同在于小屯、控制反应体积的水含量 (即,析出物和其溶剂的水含量、添加的HF的水含量W及来自反应和下游进一步反应的水 量,例如,来自添加剂配体和溶剂之间的反应。
[0079] 在一些实施方式中,儀醇盐是甲醇儀或己醇儀,和反应溶剂是己醇。其中,终溶胶 溶液的水含量由溶剂的水含量、儀醇盐的水含量和HF溶液的水含量决定(如果使用溶液, 作为实践,需要调整HF的量来精确的化学计量当量)。
[0080] 根据本发明的方法不依赖于完全没有水。用于制备反应的第一和第二体积(在溶 液中应用HF的实施方式中)的溶剂不必干燥。实践中,使用工业级的"无水"溶剂已足够, 其水含量等于或小于0,2% (w/w)。使用购得的儀醇盐比如甲醇化儀或己醇化儀。
[0081] 在一些实施方式中,溶胶溶液的水含量等于或小于2. 8、2. 7、2. 6、2. 5、2. 4、2. 3、 2. 2、2. 1、2. 0、1. 9、1. 8、1. 7、1. 6、1. 5、1. 4、1. 3、1. 2、1. 1、1. 0、0. 9、0. 8、0. 7、0. 6、0. 5、0. 4、 0. 3、0. 2或0. 1摩尔水每摩尔儀。完成本发明的实验中观察到的一个界限是反应必须不超 过3% (体积)的水含量。在一些实施方式中,第一体积的水含量等于或小于3%、2. 75%、 2. 5%、2. 25%、2. 0%、1. 75%、1. 5%、1. 25%、1. 0%、0. 75%、0. 5%、0. 25%或 0. 1%。
[0082] 在一些实施方式中,强烈揽拌进行步骤b.。在一些实施方式中,揽拌速度超过 100巧m、15化pm、20化pm、25化pm或30化pm。在一些实施方式中,揽拌速度范围是10化pm至 1000巧m,尤其是60化pm至1000巧m。在一些实施方式中,揽拌速度超过10化pm、200巧m、 300;rpm、400巧m、500;rpm、600巧m、700;rpm、800巧m、900巧m或 1000;rpm,尤其揽拌速度超过 600;rpm、700巧m、800;rpm、900巧m或 1000;rpm。
[0083] 在一些实施方式中,将向第一体积添加第二体积而得的反应体积揽拌2至10天, 尤其2、3、4、5、6、7、8、9或10天。在一些实施方式中,将向第一体积添加第二体积而得的反 应体积揽拌8至20小时,尤其8、12、16或20小时或1至21天,尤其1、2、3、4、5、6、7、8、9、 10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21天。揽拌时间取决于使用的反应物和条件,其中, 在实现透明溶胶溶液之后停止揽拌。
[0084] 根据本发明的方法的一个重要的参数是施加的HF的量,理想的量是精确的化学 计量当量(2HF/Mg)。较少量的HF改善溶胶形成,但是导致损伤所得涂层的机械和光学性 能。较大量的HF导致较不稳定的溶胶或溶胶形成困难。一般而言,超过2摩尔当量的HF 的量倾向于利于结晶而不是纳米分散相,从而导致更大的颗粒尺寸和最终沉淀。
[00财在一些实施方式中,采用的HF的量范围是1.9摩尔至2. 1摩尔HF每摩尔Mg。在 一些实施方式中,采用的HF的量范围是1. 95摩尔至2. 05摩尔HF每摩尔Mg。在一些实施 方式中,采用的HF的量范围是1.98摩尔至2. 02摩尔HF每摩尔Mg。在一些实施方式中,采 用的HF的量范围是1. 99摩尔至2. 01摩尔HF每摩尔Mg。
[0086] 对于使用添加剂非氣化儀前体XB。的实施方式,其中W提供用于光学表面涂层的 溶胶溶液为目的,通过反应
[0087]XBn+nHF-〉XFn+nBH
[008引形成的酸BH必须从涂层中去除,W不使其光学性能劣化。酸的去除容易通过干燥 或第一热处理涂层期间的蒸发实现。因此,对于本发明的实施方式,去除由儀前体形成的 酸是必要的,所述儀前体是酸的儀盐,所述酸在所采用的干燥和调和条件下是挥发性的,例 如酸的盐的前体,所述酸在 30°C、40°C、50°C、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C、125°C、150°C、 175°C、200°C、225°C、250°C、275°C或300°C的温度下是挥发性的(在环境压力下具有使基 本上所有的(>99%)酸从0.5ym光学涂层去除的蒸汽压)。
[0089] 在一些实施方式中,可使用范围为约100°C至500。尤其为约250°C至500°C的温 度。在一些实施方式中,可使用范围为约400°C至500°C的温度。在一些实施方式中,使用 范围为约l〇〇°C至700°C的温度。
[0090] 在一些实施方式中,步骤b的氣化中存在附加量的氣化氨(ng^p),其根据下式计 算: 阳〇川皿=(nM*X添細)*(k*A,其中
[0092] -riM是所述儀醇盐的摩尔量,
[0093] 是所述第二氣化儀前体或所述非氣化儀前体的摩尔百分数,
[0094]其中,
[009引-X添加剂范围是1%至20%,和
[0096] -化是所述第二氣化儀前体或所述非氣化儀前体的金属的氧化态,和
[0097]-A选自0《A《1。
[0098] 在一些实施方式中,第二氣化儀前体和非氣化儀前体可存在于氣化反应中。在一 些实施方式中,两个非氣化儀前体可存在于氣化反应中。如上所讨论为每个附加前体计算 附加HF的量。例如如果儀氯化物和氯化巧存在于反应中,分别为儀氯化物和氯化巧计算HF 的附加量。
[0099] 对于利用非氣化儀前体的实施方式,所得添加剂氣化物颗粒;在本发明人能够表 征该些相的程度范围内,可能不是儀和添加剂的复盐,而是在溶胶中W单个组分的混合物 形式存在的不同物质(例如MgFs和MFx添加剂)。在一些实施方式中,添加剂氣化物颗粒 的直径尺寸小于(<)100皿、<75皿、<50皿、<40皿、<30皿、<20皿或<10皿。但是,取决于反 应条件,所得添加剂氣化物颗粒可W是儀和添加剂的复盐,其在溶胶中W复盐组分的混合 物存在。
[0100] 在一些实施方式中,将 1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%或10%(111〇1当量)量 的四己氧基硅烷(TE0巧或四甲氧基硅烷(TM0巧添加至儀前体溶液或悬浮液,从而与没有 添加剂相比更快形成溶胶。
[0101] 添加所述非氣化儀前体促使主要形成非晶的纳米MgF,颗粒,其甚至小于没有非 氣化儀前体而获得的那些颗粒;因此导致改进层的结构排序,从而改善机械强度。基于 19F-NMR光谱(参考图2),可获得该样合成的M化颗粒的特征图案,因此与根据不同合成方 法获得的MgFs材料不同。
[0102] 如果使用金属添加剂(源自第二儀前体或非儀前体),相对于第一Mg2+-前体 的HF-化学计量(nw/n"g2+)可在1. 6至2. 2之间变化。在一些实施方式中,HF与儀前体的 化学计量比可在1. 85至2. 05之间,尤其在1. 9至2. 05之间变化。在一些实施 方式中,参考第一儀前体的儀含量,HF化学计量固定至精确的2.0。只要使用化学计量量的 HF(nHF/%抬+= 2),其他MF n(M〇+= Li\Mg2\ Ca"、5卢、Ba2+、5护、化"、AP、si4+、Ti4+、Zf4+、 Sn4\訊或訊5+)的形成被抑制,如NMR所证明。在一些实施方式中,参考儀和添加剂的含 量,HF化学计量将固定至精确的2. 0,其中,根据添加剂的氧化态计算可与添加剂反应的氣 化物的含量。
[0103] 因此,对其中存在根据上述定义的儀前体和添加剂并且就第一儀前体而言使用2 当量HF/儀的精确化学计量的实施方式,仅仅第一儀前体被氣化。术语"仅仅儀前体被氣 化"指基本上定量转化儀前体。在一些实施方式中,可能微量的儀前体未氣化,但微量的添 加剂可W部分或全部氣化,该可能是由于溶胶反应中的平衡。但是,该些微量的范围相对于 MgFa为约 1 至 2mol%。
[0104] 在一些实施方式中使用2当量HF,并且向溶胶反应添加附加的金属添加剂而不进 一步添加HF。该使得金属添加剂与剩余未反应的HF反应,如上所讨论,产生一些部分氣化 的金属添加剂同时从反应混合物去除未反应的HF。也注意,一些使用的金属添加剂(比如 8王、21'、1'1、41或511添加剂)不产生完全氣化的化合物-无关施用的邸的(化学计量)量。
[0105] 在一些实施方式中,使用儀前体和金属添加剂,并且基本上所有的儀和基本上全 部的添加剂被氣化。因此,在该种实施方式中,参考儀的含量和金属添加剂的附加量,HF化 学计量固定至精确的2. 0,其中根据添加剂的氧化态和反应中采用的添加剂的量计算可与 添加剂反应的附加量的氣化物。例如,如果使用200mmol化Cl2(作为金属添加剂)和Imol 儀前体,HF的量是2. 4摩尔。在添加HF溶液之前添加金属添加剂化合物使得完全氣化儀 前体和金属添加剂化合物。在一些实施方式中,在如此形成的溶胶中可残留微量的非氣化 的化合物(反应中采用的1-2%的儀),如上所讨论。如果使用两个或更多个不同金属添加 剂,适用类似的描述。在一些实施方式中,即使用如此固定的HF化学计量,也仅仅观察到部 分氣化的添加剂化合物。
[0106] 在一些实施方式中,使用儀前体和金属添加剂,并且基本上所有的儀和一些添加 剂被氣化。因此,在该种实施方式中,HF化学计量固定至2.0,其参考:源自反应中采用的 儀前体的儀的含量;和HF的附加量,其通过使添加剂的氧化态、添加剂的量和添加剂氣化 的摩尔百分数相乘而计算。因此,根据上述Imol儀前体和200mmol锋的例子,可选择的HF 的化学计量的范围是2.0molHF(基本上添加剂不发生氣化)至2.4molHF(基本上所有的 添加剂被氣化)。如果反应的目标是仅仅部分氣化添加剂(例如参考上面提到的例子,约 50%),那么采用2. 2molHF。取决于反应中存在的添加剂
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