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_5

文档序号:8287311阅读:来源:国知局
化物、金属或半金属卤化物、金属或半金属的碳酸盐,金属或半金属的 磷酸盐,金属或半金属的硫酸盐,金属或半金属的硅酸盐,金属或半金属的硼酸盐,金属或 半金属的钒酸盐,金属或半金属的钨酸盐,金属或半金属的铝酸盐,磷灰石,沸石,石墨烯, 碳纳米管和炭黑以及这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;和/或 其中,所述无机纳米颗粒由任选掺杂的无机金属或半金属的氧化物、任选掺杂的无机 金属或半金属的氢氧化物、任选掺杂的无机金属或半金属的氧化氢氧化物、任选掺杂的无 机金属或半金属的氧代氢氧化物、任选掺杂的无机金属或半金属的硫酸盐,任选掺杂的无 机金属或半金属的磷酸盐,任选掺杂的无机金属或半金属的硫化物、任选掺杂的无机金属 或半金属的硒化物、任选掺杂的无机金属或半金属的碲化物、任选掺杂的无机金属或半金 属的齒化物、任选掺杂的无机金属或半金属的碳酸盐,选择掺杂的无机金属或半金属的氮 化物、任选掺杂的无机金属或半金属的硅酸盐,任选掺杂的无机金属或半金属的碳化物、粘 土,磷灰石,沸石,碳纳米管,石墨烯,炭黑,以及这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,特别是其中掺杂剂可以选自稀土金属,特别是镧 系元素,和/或特别是其中以无机纳米颗粒计,掺杂剂的含量范围为0. 5-80摩尔%,特别是 5-60摩尔%,优选10-40摩尔%,和/或 其中所述无机纳米颗粒由任选掺杂的无机金属或半金属的氧化物、任选掺杂的无机金 属或半金属的氢氧化物、任选掺杂的氧化氢氧化物、任选掺杂的无机金属或半金属的氧代 氢氧化物、任选掺杂的无机金属或半金属的硫酸盐,任选掺杂的无机金属或半金属的磷酸 盐,任选掺杂的无机金属或半金属的硫化物、任选掺杂的无机金属或半金属的硒化物、任选 掺杂的无机金属或半金属的碲化物、任选掺杂的无机金属或半金属的齒化物、任选掺杂的 无机金属或半金属的碳酸盐,任选掺杂的无机金属或半金属的氮化物、任选掺杂的无机金 属或半金属的硅酸盐,任选掺杂的无机金属或半金属的碳化物、粘土,磷灰石,沸石以及这 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, 特别是其中掺杂剂可选自稀土金属,特别是镧系元素,和/或特别是其中以无机纳米 颗粒计,掺杂剂的含量范围为0. 5-80摩尔%,特别是5-60摩尔%,优选10-40摩尔%,和/或 其中所述无机纳米颗粒由铝、硅、锌、钛、铈和/或铁的任选掺杂的氧化物、氢氧化物和 /或氧化氢氧化物、任选掺杂的碱土金属硫酸盐,任选掺杂的碱土金属的磷酸盐,过渡金属 磷酸盐或镧系元素的磷酸盐,任选掺杂的碱金属钒酸盐,碱土金属钒酸盐,过渡金属钒酸盐 或镧系金属钒酸盐,任选掺杂的碱金属氟化物、碱土金属氟化物、过渡金属氟化物或镧系金 属氟化物、硫化镉或硫化锌,硒化锌或硒化镉,締化镉或締化秘,任选掺杂的碱土金属碳酸 盐,氮化铝或氮化硅,任选掺杂的碱土金属硅酸盐,粘土,碳化硅,银,碳纳米管,石墨烯,炭 黑或其他碳的同素异形体以及这些化合物的组合物和混合物、和不同金属或半金属的混合 化合物和合金形成,特别是其中掺杂剂可选自稀土金属,特别是镧系金属,和/或特别是其 中以无机纳米颗粒计,掺杂剂的含量范围为〇. 5-80摩尔%,特别是5-60摩尔%,优选10-40 摩尔%,和/或 其中所述无机纳米颗粒由Ti02、ZnO、A1203、Si02、Ce02、Fe203、Fe304、A1 (OH) 3、A1 (0)OH、 碱土金属硫酸盐、碱土金属磷酸盐、任选掺杂的YV04、NaYF4:Yb3Er、任选掺杂的YbF、任选掺 杂的CaF2、任选掺杂的磷酸铈、任选掺杂的磷酸镧、磷酸锌、钛酸钡、氧化锡锑、氧化铟锡、氧 化铜、任选掺杂的CaW04、任选掺杂的Yb2 (W04) 3、任选掺杂的Y2 (W04) 3、硫化镉、硫化锌、碱土 金属碳酸盐、AIN、Si3N4、碱土金属硅酸盐、SiC、粘土、碳纳米管、石墨烯、银以及这些化合物 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,特别是其中掺杂 剂可选自稀土金属,特别是镧系金属,和/或特别是其中以无机纳米颗粒计,掺杂剂的含量 范围为0. 5-80摩尔%,特别是5-60摩尔%,优选10-40摩尔%,和/或 所述无机纳米颗粒由氧化铝、氧化氢氧化铝、氢氧化铝、二氧化钛、二氧化硅,任选掺 杂的氧化锌,任选掺杂的二氧化铈、氧化铁,氧化铁铈,粘土、勃母石,硅酸盐、碳纳米管、石 墨烯以及这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,特别是其中掺杂剂可选自稀土金属,特别是镧系金属,和/或特别是其中以无机纳米颗 粒计,掺杂剂的含量范围为0. 5-80摩尔%,特别是5-60摩尔%,优选10-40摩尔%。
3. 根据权利要求1或2所述的方法,其中所述无机纳米颗粒的粒径,优选至少是一维 的,范围为〇?l_2,000nm,特别是0? 5-1,500nm,优选是l-l,000nm,更优选2-800nm,甚至更 优选5-600nm;和/或 其中,所述无机纳米颗粒的平均粒径,特别是D50值,特别是至少一维的,范围为 0. 5-1,OOOnm,优选是 2-800nm,优选 5-700nm,更优选 10-600nm,甚至更优选 15-500nm,和 / 或 其中,所述无机纳米颗粒为非晶态、半晶态、晶态或多晶态的,优选晶态或多晶态,更优 选晶态,和/或 其中所述无机纳米颗粒具有粒状、球状、长方状或片状形状,优选为球状,特别是其中 无机纳米颗粒具有的高宽比,根据无机纳米颗粒宽度与高度之比计算,范围为1-10, 〇〇〇,特 别是大于1,优选大于10,更优选大于100,和/或其中 步骤(a)的无机纳米颗粒,特别是包含无机纳米颗粒的分散体,通过沉淀法、机械化学 处理方法、粉碎方法、溶胶-凝胶法、水热或溶剂热法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、 火焰热解法、分解法或燃烧合成提供,优选通过沉淀法提供。
4. 权利要求1-3任一项所述的方法,其中在步骤(b)中,包括使无机纳米颗粒与至少 一种分散剂接触的表面处理阶段(i)的进行包括向无机纳米颗粒的分散体中加入至少一 种分散剂,再均匀化得到的分散体,并使无机纳米颗粒与至少一种分散剂接触充分的时间 以能够使无机纳米颗粒的表面与分散剂之间相互作用,因而通过分散剂改性无机纳米颗粒 的表面,特别是其中表面处理阶段(i)使用引入的能量输入来进行,特别是通过超声波处理 和/或特别是引入的能量数值,根据每单位无机纳米颗粒数量所引入的能量来计算,范围 在 5, 000-500,OOOkJ/kg之间,特别是 10, 000-250,OOOkJ/kg,优选 15, 000-100,OOOkJ/kg之 间,更优选 25, 000-50, 000kj/kg,和 / 或 其中,在步骤(b)中,使用的分散剂为聚合物分散剂和/或基于官能化聚合物,优选 其数均分子量为至少500g/mol,优选至少1,000g/mol,更优选至少2, 000g/mol,更优选 2, 000-10, 000, 000g/mol,和或 其中,在步骤(b)中,使用的分散剂选自具有:颜料亲和性官能团和/或基团的聚合物 或共聚物、聚合物和共聚物的烷基铵盐,具有酸性基团的聚合物和共聚物、梳形共聚物和嵌 段共聚物、如具有颜料亲和性基团、特别是具有颜料亲和性的碱性基团的嵌段共聚物、任选 改性的丙烯酸酯嵌段共聚物、任选改性的聚氨酯,任选改性和/或成盐的聚胺,磷酸酯,乙 氧基化物、具有脂肪酸基团的聚合物和共聚物、任选改性的聚丙烯酸酯如转酯化的聚丙烯 酸酯,任选改性的聚酯,例如酸官能化的聚酯,聚磷酸酯及其混合物、和/或 其中,在步骤(b)中,以无机纳米颗粒计,分散剂的使用量范围为5-500wt%,特别是 10-400wt%,优选 25-300wt%,更优选 35-200wt%,甚至更优选 50-150wt%,和 / 或 其中,步骤(b)中,包括使无机纳米颗粒与至少一种分散剂接触的表面处理阶段(i) 进行的时间为〇. 001-24小时,特别是0. 01-12小时,优选0. 1-6小时,和/或温度范围为 0-150°C,特别是 5-100°C,优选 10-80°C,更优选 15-60°C。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其中,在步骤(b)中,通过表面处理阶段(ii), 无机纳米颗粒具有了与步骤(c)中使用的可聚合单体相容和/或反应的官能团;和/或 其中,在步骤(b)中,通过表面处理阶段(ii),无机纳米颗粒具有了官能团,其选自:异 氰酸酯基团、氨基甲酸乙酯基团、氨基甲酸酯基团、环氧基团、羧酸基团、羧酸酸酐基团、羧 酸酯基团、羟基基团、硫醇基团、氨基基团、包含碳碳双键的有机基团、乙烯基团、乙烯化不 饱和基团、丙稀酸醋基团、甲基丙稀酸醋基团、烧基基团、稀基基团、链块基基团、芳基基团、 芳烷基基团、环烷基基团、环烯基基团、卤素、烷氧基基团、酰氧基基团和这些基团的组合; 和/或 其中,在步骤(b)中,所述包括为无机纳米颗粒在其表面上提供官能团的表面处理阶 段(ii)的进行包括使无机纳米颗粒与包含官能团的至少一种表面改性剂接触和/或反应, 特别是其中所述包含官能团的表面改性剂选自硅烷、特别是有机官能化硅烷,优选的有机 官能化硅烷包括至少一种选自以下组中的官能团:异氰酸酯基团、氨基甲酸乙酯基团、氨基 甲酸酯基团、环氧基团、羧酸基团、羧酸酸酐基团、羧酸酯基团、羟基基团、硫醇基团、胺基基 团、包含碳碳双键的有机基团、乙烯基团、乙烯化不饱和基团、丙烯酸酯基团、甲基丙烯酸酯 基团、烷基基团、烯基基团、链炔基基团、芳基基团、芳烷基基团、环烷基基团、环烯基基团、 卤素、烷氧基基团、酰氧基基团、羧酸、羧酸酸酐,羧酸酯和它们的组合,和/或 其中,在步骤(b)中,所述包括为无机纳米颗粒在其表面上提供官能团的表面处理阶段 (ii)的进行包括使无机纳米颗粒与包含官能团的至少一种表面改性剂接触和/或反应,特 别是同时均化和/或引入能量输入,特别是通过超声处理,和/或特别是每单位数量的无机 纳米颗粒引入的能量数量在0, 1-100,〇〇〇kJ/kg之间,特别是在0, 5-50, OOOkJ/kg之间,优 选在1-10, 000kj/kg之间,更优选在2-5, 000kj/kg之间;和/或 其中在步骤(b)中,所述包括为无机纳米颗粒在其表面上提供官能团的表面处理阶段 (ii)的进行包括使无机纳米颗粒与包含官能团的至少一种表面改性剂接触和/或反应,特 别是其中包含官能团的表面改性剂,以无机纳米颗粒的重量计,使用量为〇. 〇〇〇l-l〇〇wt%, 特别是〇? 001_50wt%,优选0? 01-25wt%,更优选0?l-10wt%,甚至更优选0? 2-5wt%,和/或 其中在步骤(b)中,所述包括为无机纳米颗粒在其表面上提供官能团的表面处理阶段 (ii)的进行时间为〇. 001-24小时,特别是0. 01-12小时,优选0. 1-6小时,和/或温度范围 为 0-150°C,特别是 5-100°C,优选 10-80°C,更优选 15-60°C。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的方法,其中,步骤(b)中不同的表面处理阶段同时进 行或顺序进行,优选顺序进行,特别是以任意的次序,优选在无机纳米颗粒的表面上提供有 官能团的阶段之前进行无机纳米颗粒与至少一种分散剂接触的阶段;和/或 其中根据步骤(b)的表面改性包括表面处理的第三阶段(iii),其中无机纳米颗粒与 至少一种非聚合的和/或非活性的表面改性剂接触,特别是其中非聚合的和/或非活性的 表面改性剂选自乳化剂或表面活性剂,特别是季铵盐、硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐或膦酸酯,每 种都包含有
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