用于制造在浓缩浆料中的纳米颗粒的方法
【专利说明】用于制造在浓缩浆料中的纳米颗粒的方法
[0001] 发巧背景 发明领域
[0002] 本发明设及通过分散无机颗粒附聚物来制造在浓缩水性浆料中的纳米颗粒的方 法。本发明还设及使用所述方法获得的纳米颗粒浆料，W及所述浆料在涂料和粘合制剂中 的用途。
[0003] 巧关巧术的描沐.
[0004] 纳米颗粒研究目前为科学强烈关注的领域，原因是其在生物医学、光学和电子领 域中具有各种各样的潜在应用。特别是一直在发展其合成方法，W便努力克服例如其不受 控聚集的问题。
[0005] 例如，通过形成纳米PCC附聚物的浆料，随后进行混合/分散和脱水来制造纳米尺 寸的沉淀碳酸巧（纳米PCC)。但是，纳米附聚物的解聚集具有局限性，为了获得低于lOOOnm 的粒度需要高密集的能量。而且，解聚集一般在低的固体浓度中进行，但该方案需要更密集 的能量且后处理的脱水阶段变得根据挑战性。
[0006] 需要有改进的技术，因为该传统使用的方法得到的浆料仍包含未分散的附聚物， 且根据该方法的混合需要过多的强度，原因是低效率的分散和存在的大量的水。而且，传统 技术并不适用于尺寸小于700nm的浓缩颗粒。
[0007] US 2012098163 A1设及的则是包含在聚合物基质中的纳米颗粒的纳米复合材料 的制备。所述制备包括提高纳米颗粒的分散的混合阶段。
[0008] 但是，将补充组分加到浆料会使其复杂且难W操作，其将导致不均匀。
[0009] EP 0573150至少部分设及处理与加入补充组分相关的一些问题。其公开了制备复 合颗粒颜料材料的方法，所述方法包括形成两种颗粒材料的水性分散体，但是该方法仍会 形成附聚物。 W10]发巧概沐
[0011] 本发明的一个目的在于提供用于制造均匀一致的纳米颗粒浆料的新方法。
[0012] 具体而言，本发明的一个目的在于提供适用于制造浓缩的和均匀一致的纳米PCC 的浆料的方法。
[0013] 如在下文描述和要求保护的，通过本发明实现了运些和其他目的，W及相对于已 知方法的优点，。
[0014] 因此，本发明设及制造在基于水性溶剂的浓缩浆料中的纳米颗粒的方法，所述方 法包括将无机颗粒附聚物在所述水性溶剂中有效分散。
[0015] 更详细地讲，本发明方法的特征在于权利要求1特征部分中的陈述。
[0016] 通过本发明获得相当多的优点。因此，本发明引入可W在水性浆料中均匀和有效 分散的纳米颗粒。
[0017]由于该新技术，纳米颗粒的含量（即其在浆料中的浓度）在分散阶段期间可W较 高，因此提供加工（通过超声）具有高固体含量、即与现有技术相比更少量的水的浆料的可 能性。
[0018] 该获得的含分散颗粒的浆料可用于制造即使在运些材料的高固载量下仍具有优 异的光学、机械和流变性能（例如高光泽、耐用和硬度W及耐擦洗和耐刮擦）的最终产品， 例如涂料和胶粘剂。
[0019] 而且，获得的浆料可W干燥（例如使用喷雾干燥机）且之后用于制造最终产品，例 如塑料、橡胶、涂层和粘合剂。
[0020] 接下来，将参考附图和详细的说明书更严密地描述本发明。
[0021] 附图简沐
[0022] 图1阐述了在40-50重量％的固体含量范围中，将碳酸巧附聚物分散成纳米颗粒 所需的强度。
[0023] 图2阐述了亮光漆的60°光泽度与PVC含量的函数关系。
[0024] 图3阐述了亚光漆的60°光泽度与PVC含量的函数关系。
[0025] 图4阐述了具有变化量的纳米PCC的粘合剂和常规粘合剂的拉伸强度。
[0026]本发巧连施方案的描沐
[0027] 本发明设及使用基于水性溶剂的浆料来制造纳米颗粒的方法。在该方法中，将无 机颗粒附聚物分散成均匀一致的浆料。具体而言，在所述水性溶剂中，在30-75重量％的固 体含量下，通过加入分散剂和通过在5-1000W/cm2的强度下对该浓缩浆料进行超声波处理 来处理所述无机颗粒或其附聚物。因此，所述分散处理是对浓缩浆料进行的处理。
[0028] 使用的强度优选为10-500W/cm2。上限由当前超声波设备的极限值来确定，然而业 已发现强度低于抓/cm2会留下一些不分散的附聚物。最终分散的纳米颗粒的粒度取决于所 使用的超声波处理的能量。由此获得含具有< 1. 5μπι的粒径、优选50-500nm的平均粒径、 更合适的是低于200nm的平均粒径的分散纳米颗粒的浆料。
[0029] 本发明的分散处理期间的条件优选接近环境条件，特别优选的溫度为0-95°C，且 特别优选的压力为0. 5-50己，取决于所使用的强度。
[0030] 纳米颗粒可W由各种无机化合物、特别是从矿物来源得到的那些无机化合物来形 成。例子包括碳酸巧、娃酸盐或衍生自粘±或云母的其他矿物的颗粒，优选碳酸巧，更优选 沉淀碳酸巧或重质碳酸巧（PCC或GCC)，且最合适的是PCC。运些材料可W包含微量的有机 化合物，它们同样可W转化成在本发明中使用的纳米颗粒。由于运些有机化合物的含量可 忽略不计，所W所述纳米颗粒材料仍称作无机材料。一般，运些化合物在水性溶剂中形成附 聚物。
[0031] 术语"纳米颗粒"意在包括具有小于1μπι的平均粒径的任何颗粒。在上下文中， 优选50-200nm的粒径。
[0032] 运些纳米颗粒一般通过分散所述附聚物，W在浆料中将运些附聚物分离成更小的 颗粒来获得。根据本发明，在处理期间，即在任何稀释之前，所述浆料包含占其重量的30-75 重量％、优选45-65重量％且最合适的是45-55重量％的分散的无机纳米颗粒。
[0033] 本发明提供的浆料稳定且不沉淀。就本发明而言，不沉淀是指分散在浆料中的颗 粒不从浆料沉降出来。通常少于20%或更少的颗粒、优选10%或更少的颗粒发生沉降。
[0034] 所述浆料意在包含使用基于水和任选地一种或多种共溶剂（无机或有机溶剂）的 溶剂或溶液所形成的任何水性分散体或混合物。
[0035] 所述浆料优选包含添加剂，最重要的添加剂为分散剂。但是，添加剂还可W包含常 规的粘合剂。
[0036]使用分散剂来促进纳米颗粒完全分散成一致均匀的浆料。所述分散剂可选自表面 活性聚合物，例如聚簇酸醋、聚丙締酸醋、聚酸和脂肪酸衍生物或其混合物。其含量一般保 持在0. 1-8重量％、优选2-4重量％的水平。所述分散剂的含量与浆料的干燥物质的含量 间接成比例，即浆料的干燥物质含量越高，需要越低量的分散剂来稳定浆料并避免再聚集 和偏析。
[0037] 可W将所述分散剂在本发明的处理期间原位加到浆料中，或在处理之前异位 (off-site)加入，即加到附聚物中。
[0038] 另外，可W在超声波分散处理之后进行任选的干燥步骤，运样W便提供具有 75-100重量％、优选接近100重量％ (由于并非可将所有的