制造包含无机纳米颗粒和有机聚合物的复合颗粒的纳米复合材料分散体的方法_2

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获得的聚合物相互作用,从而能够制造出特别稳定的包含该两种类别(即表 面改性无机纳米颗粒和有机聚合物)的纳米复合材料颗粒。因此,本发明的该些纳米复合 材料颗粒也称为同义的"杂化纳米颗粒"、"有机-无机杂化纳米颗粒"等。
[0047] 由于根据本发明应用的特定的聚合方法,即乳液聚合,特别是在细乳液状态聚合, 优选地通过如下描述的至少两段聚合过程,特别稳定的纳米复合颗粒可W均匀分布地在连 续相、特别是在分散介质中制造。
[0048] 通过本发明的方法,制备出均匀的纳米复合材料分散体,其可直接用于上述目的 (例如,对于所有的木头应用,例如涂层、油漆、涂料、粘合剂等),或者可替换地进一步加 工,例如通过进一步地浓缩分散体(即例如通过干燥部分除去连续相)或通过分离纳米复 合颗粒(即例如通过干燥完全除去连续相),任选随后进行再分散等步骤。
[0049] 通过本发明的方法和由此得到的产品,上述现有技术方法中的缺点和缺陷已经被 有效地克服。
[0050] 尤其是,根据本发明制造的纳米复合材料分散体,当用于木头材料时能提供抗紫 外线降解的有效保护。
[0051] 在该方面,必须指出的是,本发明制造的纳米复合材料分散体也导致了提供由其 制成的透明涂层、涂料、油漆等的可能,从而利用木材吸引人的美学特性。
[0052] 此外,本发明制造的纳米复合材料分散体也满足了上述的保证和法律需求:由其 获得的涂层将持续足够的时间,也完全不含或至少基本上不含有不想要的或禁用的物质, 如挥发性有机物(V0C)和甲酵。
[0053] 特别地,本发明制造的纳米复合材料分散体和由其获得的纳米复合颗粒具有显著 改进的光保护(如紫外吸收)性能W及改进的机械性能,且优选具有改进的阻隔性能,特别 是相对于液体(例如水)和气体(如氧气、水蒸气等)。
[0054] 因此,根据本发明制造的纳米复合材料分散体和由此得到的纳米复合颗粒,在风 化过程中有效保护了木制品;尤其是,日光光谱的高能部分,即紫外-可见光部分(250? 440nm),在其到达木头表面之前被有效阻隔或过滤掉。
[0055] 此外,根据本发明制造的纳米复合材料分散体及由其得到的纳米复合颗粒,也用 于生产水性分散体(例如透明涂料等),从而满足了涂料行业中更严格的立法和环境问题。
[0056] 相对于现有技术系统,根据本发明制造的系统在户外风化时根本不会降解。因此, 本发明的系统不会丧失其预期的紫外线保护功能,也不会丧失其机械功能。
[0057] 因此,也具有出改进的机械性能的优越的紫外吸收系统,可根据本发明进行制造, 特别是基于水性透明涂料。
[0058] 此外,本发明制造的系统,当用作木头或木基基材上的涂层时,不仅显示出机械性 能的显著提高,也显示出阻隔性能的显著提高。
[0059] 此外,通过本发明制造的系统,木头的寿命可被显著的延长,且能有效降低环境影 响和维修及木头更换的成本。
[0060] 根据本发明,由于所用无机纳米颗粒特定的表面处理,许多无机填料如Ti化、化0、 化2化和CeO 2可用于制造例如具有改进光吸收性能和机械性能的均匀透明涂层制剂。由于 该特定的表面处理,提供了一种得到甚至与水性透明涂层制剂相容的透明无机填料的有效 途径。因此,对于木头涂层行业来说,户外应用的透明木头涂层的透明度、颜色稳定性和寿 命获得了显著改进。
[0061] 根据本发明,具有特定表面改性的官能化纳米颗粒也可容易地引入到水性木头粘 合剂中,W改进木头粘合剂接头的性能。根据本发明,能够制造有效的粘合剂系统,其不含 不想要的物质如甲酵、V0C等。例如,本发明也适用于制造例如聚醋酸己帰醋基粘合剂或生 物基热塑性粘合剂,从而提供可能的更宽范围的木头应用。
[0062] 根据本发明,表面改性的无机纳米颗粒均匀结合到水性粘合剂中是可能的,因此 增加粘合剂的粘合强度而不降低粘合剂的粘合性能。该是由于W下事实,即根据本发明,由 于纳米颗粒与粘合剂聚合物相容,纳米颗粒很好地分散在聚合物基体中。根据本发明,在聚 合物基体与纳米颗粒之间达到了高的相容性,分别获得了均匀的系统或具有长耐久性或寿 命的系统。
[0063] 因此,根据本发明,已经找到了有效且成功的方法来增加该种纳米颗粒的相容性。
[0064] 整体上来说,本发明首次提供了制造含无机纳米颗粒的聚合粘合剂组合物的有效 方法,特别是一种在连续相中提供包含无机纳米颗粒和有机聚合物的复合颗粒的纳米复合 材料分散体的方法,从而至少部分避免了或甚至至少基本上克服了现有技术系统的上述缺 点和缺陷。
[0065] 特别地,本发明成功地研制了新的分散体系统,该特别适用于木头应用并具有改 进的性能,特别是改进的紫外线吸收性能和/或改进的机械性能。
[0066] 此外,本发明已经首次成功提供了有效的特别适用于木头应用的无甲酵分散体系 统。
[0067] 此外,本发明已成功提供了在用于木头应用中如涂层、涂料、油漆、粘合剂等中时 具有改进光吸收性能和/或改进机械性能和/或改进阻隔性能的有效纳米复合材料分散 体。
[006引因此,申请人已经成功通过分子制造,特别是特定的改性研制出无机纳米颗粒,该 表面改性的颗粒的光吸收范围为250-440nm,并很好地分散在有机W及水性透明涂层制剂 中,获得在UV-VIS光谱的可见光部分中透明的涂膜。由于特定的表面改性,申请人研制的 表面改性无机纳米颗粒适用于结合在任何种类的聚合物粘合剂中,例如用于透明涂层应用 的聚合物粘合剂中,W便得到良好分散的系统,从而获得在UV-VIS光谱的可见光部分中透 明的涂膜。
[0069] 本发明的分散体和纳米复合颗粒,适合用于配置具有合适的湿态性能(例如木头 的流变和润湿)和干态性能(例如成膜性和木头粘合性)W及具有高的透明度和长的涂覆 木头板寿命(例如根据加速风化试验估计的)的透明涂层系统和粘合剂系统。
[0070] 本发明的分散体和纳米复合材料颗粒也适用于制造具有显著改进性能,例如对应 木头接头的低蠕变性、对应木头接头的耐热性W及无甲酵的水性木头粘合剂。
[0071] 根据本发明,提供紫外吸收性能和机械性能的表面改性无机纳米颗粒就该样地固 化在聚合杂化颗粒中,从而消除了聚集和再分散问题的潜在风险。
[0072] 在本发明方法的步骤(C)中进行的乳液聚合,特别是W微乳化聚合的形式,另外 提供了独特的可能来控制所得到的有机-无机杂化纳米颗粒的转化、粒径、粒径分布和颗 粒形态。
[0073] 如前所述,本发明的方法包括至少H个不同的步骤(a)、化)和(C)。
[0074] 相对于本发明方法的步骤(a)中提供的无机颗粒,可应用W下的实施方式:
[0075] 通常,无机纳米颗粒可由金属或半金属的氧化物、金属或半金属的氨氧化物、金属 或半金属的氧化氨氧化物、金属或半金属的氧代氨氧化物、金属或半金属的碳化物、金属或 半金属的氮化物、金属或半金属的硫化物、金属或半金属蹄化物、金属或半金属砸化物、金 属或半金属团化物、金属或半金属的碳酸盐、金属或半金属的磯酸盐、金属或半金属的硫酸 盐、金属或半金属的娃酸盐、金属或半金属的测酸盐、金属或半金属的饥酸盐、金属或半金 属的鹤酸盐、金属或半金属的铅酸盐、磯灰石、沸石、石墨帰、碳纳米管和炭黑W及该些化合 物的组合物和混合物,和不同金属和/或半金属的混合化合物和合金形成。
[0076] 根据本发明的一个特定实施方式,无机纳米颗粒由任选惨杂的无机金属或半金属 的氧化物、任选惨杂的无机金属或半金属的氨氧化物、任选惨杂的无机金属或半金属的氧 化氨氧化物、任选惨杂的无机金属或半金属的氧代氨氧化物、任选惨杂的无机金属或半金 属的硫酸盐,任选惨杂的无机金属或半金属的磯酸盐,任选惨杂的无机金属或半金属的硫 化物、任选惨杂的无机金属或半金属的砸化物、任选惨杂的无机金属或半金属的蹄化物、任 选惨杂的无机金属或半金属的团化物、任选惨杂的无机金属或半金属的碳酸盐、选择惨杂 的无机金属或半金属的氮化物、任选惨杂的无机金属或半金属的娃酸盐、任选惨杂的无机 金属或半金属的碳化物、粘±、磯灰石、沸石、碳纳米管、石墨帰、炭黑W及该些化合物的组 合物和混合物和不同金属和/或半金属的混合化合物和合金形成,惨杂剂可W选自稀±金 属,特别是铜系元素。此外,W无机纳米颗粒计,惨杂剂的含量范围为0. 5-80摩尔%,特别 是5-60摩尔%,优选10-40摩尔%。
[0077] 根据本发明的又一实施方式,无机纳米颗粒由;铅、娃、锋、铁、铺和/或铁的任选 惨杂的氧化物、氨氧化物和/或氧化氨氧化物,任选惨杂的碱±金属硫化物,任选惨杂的碱 ±金属硫酸盐、任选惨杂的碱±金属磯酸盐、过渡金属磯酸盐或铜系元素磯酸盐,任选惨杂 的碱金属饥酸盐、碱±金属饥酸盐、过渡金属饥酸盐或铜系元素饥酸盐,任选惨杂的碱金属 氣化物、碱±金属氣化物、过渡金属氣化物或铜系元素氣化物、硫化領或硫化锋、砸化锋或 砸化領、蹄化領或蹄化饿,任选惨杂的碱±金属碳酸盐、氮化铅或氮化娃,任选惨杂的碱± 金属娃酸盐,粘±,碳化娃,银,碳纳米管,石墨帰,炭黑或其他碳的同素异形体W及该些化 合物的组合物和混合物,和不同金属和/或半金属的混合化合物和合金形成。惨杂剂可选 自稀±金属,特别是铜系元素,W无机纳米颗粒计,惨杂剂的含量范围为0. 5-80摩尔%,特 别是5-60摩尔%,优选10-40摩尔%。
[007引根据本发明的再一实施方式,无机纳米颗粒由Ti化、化0、AI2O3、Si化、Ce化、化203、 化化、A1 (0H)3、A1做地、碱±金属硫酸盐、碱±金属磯酸盐、任选惨杂的YV04、NaYF4:孔击r、 任选惨杂的YbF、任选惨杂的CaFs、任选惨杂的磯酸铺、任选惨杂的磯酸铜、磯酸锋、铁酸 顿、氧化锡键、氧化钢锡、氧化铜、任选惨杂的CaW04、任选惨杂的Yb2(W04)3、任选惨杂的 Y2(W04)3、硫化領、硫化锋、碱±金属碳酸盐、A1N、Si3N4、碱±金属娃酸盐、51(:、粘±、碳纳米 管、石墨帰、银W及该些化合物的组合物和混合物,和不同金属和/或半金属的混合化合物 和合金形成。惨杂剂可选自稀±金属,特别是铜系元素。W无机纳米颗粒计,惨杂剂的含量 范围为0. 5-80摩尔%,特别是5-60摩尔%,优选10-40摩尔%。
[0079] 根据本发明的一个优选实施方式,无机纳米颗粒由氧化铅、氧化氨氧化铅、氨氧化 铅、二氧化铁、二氧化娃,任选惨杂的氧化锋,任选惨杂的氧化铺、氧化铁,氧化铁铺,粘±、 勃母石,娃酸盐、碳纳米管、石墨帰W及该些化合物的组合物和混合物,和不同金属和/或 半金属的混合化合物和合金形成。惨杂剂可选自稀±金属,特别是铜系元素。W无机纳米 颗粒计,惨杂剂的范围为0. 5-80摩尔%,特别是5-60摩尔%,优选10-40摩尔%。
[0080] 基于上述的无机颗粒,在本发明的保护范围内可达到特别有效的结果。特别地,上 述无机纳米颗粒保证了聚合步骤(C)中优良的光吸收和/或机械性能和/或阻隔性能W及 有效的可处理性。
[0081] 本发明方法的步骤(a)中提供的无机纳米颗粒的粒径可在非常宽范围中变化:
[0082] 通常,无机纳米颗粒的粒径特别是至少一维的,范围在0. 1-2, OOOnm,特别是 0. 5-1, 500nm,优选 1-1, OOOnm,更优选 2-800nm,甚至更优选 5-600nm。
[0083] 通常,无
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