制备抗反射涂料组合物的方法和由其制备的多孔涂层技术

技术编号:13285409 阅读:122 留言:0更新日期:2016-07-09 01:52
本发明专利技术涉及制备抗反射涂料组合物的方法,其包括如下步骤:1)通过将非极性有机化合物A、作为乳液稳定剂的阳离子加成共聚物C、pH 2‑6的水性介质以0.1至2的质量比C/A混合来制备水包油型乳液,以得到1‑50质量%(基于乳液)的平均颗粒尺寸为30‑300nm乳化液滴;并且2)通过向步骤1)中所获得的乳液添加至少一种无机氧化物前体来向乳化液滴提供无机氧化物壳层,以得到核/壳质量比为0.2至25的有机‑无机核‑壳纳米颗粒。该方法的一个优点是,所获得的纳米颗粒的分散体在不同条件下是稳定的,并且允许改变其浓度和溶剂体系,以及添加不同的粘合剂和辅助组分。本发明专利技术还涉及采用所述方法获得的涂料组合物,使用所述组合物将多孔抗反射涂料涂覆于基材上的方法,以及所得到的涂覆基材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及制备抗反射(AR)涂料组合物的方法,其包括如下步骤:制备有机-无机核-壳纳米颗粒的水性分散体,并任选地添加无机或有机聚合化合物或可聚合化合物作为粘合剂。本专利技术还涉及采用所述方法获得的涂料组合物,使用所述组合物在基材上涂覆多孔抗反射涂层(ARC)的方法,以及所得到的涂布基材。ARC的一个典型的例子是一薄层多孔无机氧化物,例如具有小于0.2μm厚度的层,其基本上由无机氧化物(例如二氧化硅)组成并具有一定的孔隙率。这种涂层可以被涂覆于透明基材以减少从其表面(即从空气-基材界面)反射的光的量,从而增加透过基材的光的量。这种涂层可以单层或以多层涂层(或涂层叠层)的一部分形式被应用。典型的基于薄多孔二氧化硅层的单层ARC已被描述于例如EP0597490、US4830879、US5858462、EP1181256、W02007/093339、WO2008/028640、EP1674891、WO2009/030703、WO2009/140482、US2009/0220774和WO2008/143429中。为了有效降低被反射的光的量,透明基材上的单层ARC通常应具有介于物质的折射率和空气的折射率之间的折射率。例如,在折射率为1.5的玻璃的情况下,AR层通常应具有约1.2-1.3的折射率,并且理想地为约1.22。如果层厚度约为光波长的1/4,则具有足够高孔隙率的多孔二氧化硅(或其他无机氧化物层可以提供如此低的折射率并起AR涂层的作用;这意味着,在300-800nm的相关波长范围内,厚度优选地在70-200nm范围内。在ARC中最佳的孔隙率和孔尺寸不仅取决于涂布层厚度,而且取决于其他所期望性能特征。例如,孔尺寸不应当太大以致于无法使光散射最小并使透明度最佳。另一方面,如果层包含非常小的孔,这可能导致(在环境使用条件下)经由毛细凝聚而不可逆地摄入水分;从而影响折射率并使涂布层更易于沾污。对于所谓的介孔二氧化硅、尤其具有1-20nm范围内的孔的二氧化硅,已经报道了这种毛细凝聚效应。需要孔隙率来降低折射率,但过高的孔隙率水平可损害涂层的机械强度,例如降低(铅笔)硬度和耐磨性。本文中“无机氧化物前体”指的是包含金属且能被转化成金属氧化物的化合物,例如通过水解反应和缩合反应。多孔的AR涂层可以由包含无机或有机粘合剂材料和成孔剂的溶剂型涂料组合物制成。在无机粘合剂情况下,例如基于无机氧化物前体,通常使用溶胶-凝胶方法来制备(多孔)无机氧化物层,其中溶液或胶体(或溶胶)形式的前体化合物被形成离散颗粒或网络聚合物的整合网络(或凝胶)。在这种方法中,溶胶逐渐发展成包含液相和固相的凝胶状双相体系。通常通过收缩和致密化来完成剩余液体的去除(干燥),并且剩余液体的去除影响最终的微观结构和孔隙率。随后,经常施加高温下热处理来进一步增强缩合反应(固化)并确保机械稳定性和结构稳定性。所使用的典型的无机氧化物前体是金属醇盐和金属盐,其能够进行各种形式的水解反应和缩合反应。在本说明书的上下文中,金属被理解为包括硅。这种AR涂料组合物包含来自有机-金属无机氧化物前体的有机配体和溶剂,这些化合物本身会诱使无机氧化物层具有一些孔隙率;但通常具有小于10nm的孔。在涂料组合物中进一步存在成孔剂会帮助在最终AR层中产生合适的孔隙率水平和孔尺寸,以提供期望的折射率。合适的成孔剂也被称为致孔剂,在现有技术出版物中是已知的,其包括有机化合物例如高沸点溶剂、表面活性剂、有机聚合物和具有亚微米级颗粒尺寸的无机颗粒,包括多孔颗粒和有机-无机核-壳纳米颗粒。在粘合剂或基质材料中使用多孔或中空的纳米颗粒为控制多孔ARC层中的孔隙率水平和孔尺寸提出了一种简洁的方式。如例如Adv.Mater.2008,20,3987-4019中所描述,可以区别用于制备中空无机颗粒的各种不同的合成策略。典型的方法在溶剂体系中使用微米或纳米尺寸的有机结构作为形成无机氧化物外层(也被称为具有无机氧化物的涂层)的模板或支架,导致混杂的有机-无机核-壳(或涂布的)纳米颗粒作为中间产物。包含二氧化硅的壳层通常采用基于所谓法的溶胶-凝胶方法来制备,其中在含氨的水/醇混合物中使烷氧基硅烷水解并缩合。例如EP1447433中描述了涂料组合物,其包含预制的中空无机纳米颗粒和基于二氧化硅前体的基质形成粘合剂。这种方法的一个缺点是难于制备能够重新分散于液体组合物中的多孔或中空的纳米颗粒。许多文件讲述了使用具有聚合物核的有机-无机核-壳纳米颗粒作为制备AR涂料组合物的一种替代方式。将这种涂料组合物涂覆并干燥于基材上后,可以通过各种方法将有机核从涂层中除去;例如通过将涂层暴露于该聚合物的溶剂并从涂层中提取该聚合物。或者,在加热固化涂层时,例如在高于聚合物的分解温度的温度下(即通过高温分解或煅烧),可以去除有机聚合物。合适的温度为约250至900℃。也可以使用溶解和降解/蒸发聚合物的组合处理方式。作为一个出版物的例子,WO2008/028640描述了应用具有牺牲有机聚合物核的这种混杂核-壳纳米颗粒。在该文件中,阳离子聚合物胶束或阳离子稳定的聚合物胶乳颗粒被用作制备混杂核-壳纳米颗粒的有机模板,AR涂料组合物包含所述核-壳颗粒和作为粘合剂的无机氧化物前体。热固化所涂覆的层导致获得具有嵌于粘合剂中的原位形成的中空颗粒的多孔涂层,其中孔尺寸取决于用于制备核壳颗粒的聚合物模板的尺寸。使用具有聚合物核的纳米颗粒的一个缺点是,为了有效去除,需要暴露于高温,这限制了其在热敏性基材如热塑性塑料的使用。JP2011111558描述了一种涂料组合物,其中颗粒基于聚合物乳液颗粒、可水解硅氧烷化合物、乳化剂和水,聚合物乳液颗粒基于具有特定官能团的聚合的乙烯基单体。JP2008274261公开了一种形成中空硅氧烷颗粒膜的涂料组合物。例子示出了中空硅氧烷颗粒是通过如下制备的:先使用阴离子或非离子性乳化剂制备聚合物颗粒的核,随后添加硅氧烷前体以形成壳,之后通过提取或加热去除核。上面所指示的热限制的一个潜在解决方案将包括具有较挥发性的核的核-壳颗粒,例如包含沸点低于300℃的有机化合物。许多研究组已经出版了混杂核-壳颗粒和无机中空纳米颗粒的合成和性质;参见综述例如Adv.Mater.2008,20,3987-4019。然而,制备基于低摩尔质量有机模板且具有远低于约500nm的颗粒尺寸的合适核-壳纳米颗粒的稳定分散体仍是相当困难的。因此,在工业本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备抗反射涂料组合物的方法,其包括如下步骤:1)通过将有机化合物A、乳液稳定剂C、pH 2‑6的水性介质以0.1至2的质量比C/A混合来制备水包油型乳液,以得到基于乳液的1‑50质量%的颗粒尺寸为30‑300nm的乳化液滴,其中所述颗粒尺寸是通过DLS测量的Z‑平均流体动力学直径;并且2)通过向步骤1)中所获得的乳液添加至少一种无机氧化物前体来向所述乳化液滴提供无机氧化物壳层,以得到核/壳质量比为0.2至25的有机‑无机核‑壳纳米颗粒,其中所述核是化合物A和乳液稳定剂C的总和并且壳是无机氧化物前体的金属氧化物等同物,其中,化合物A是在水中溶解度至多5kg/m3的非极性有机化合物,并且所述乳液稳定剂C是阳离子加成共聚物,所述共聚物包含至少一种具有阳离子电荷的单体单元和至少一种中性或非离子性的单体单元,并且所述共聚物具有总的正zeta电势。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 EP 13194085.01.制备抗反射涂料组合物的方法,其包括如下步骤:
1)通过将有机化合物A、乳液稳定剂C、pH2-6的水性介质以0.1
至2的质量比C/A混合来制备水包油型乳液,以得到基于乳液的1-50质量%
的颗粒尺寸为30-300nm的乳化液滴,其中所述颗粒尺寸是通过DLS测量的
Z-平均流体动力学直径;并且
2)通过向步骤1)中所获得的乳液添加至少一种无机氧化物前体来
向所述乳化液滴提供无机氧化物壳层,以得到核/壳质量比为0.2至25的有
机-无机核-壳纳米颗粒,其中所述核是化合物A和乳液稳定剂C的总和并且
壳是无机氧化物前体的金属氧化物等同物,
其中,化合物A是在水中溶解度至多5kg/m3的非极性有机化合物,并
且所述乳液稳定剂C是阳离子加成共聚物,所述共聚物包含至少一种具有
阳离子电荷的单体单元和至少一种中性或非离子性的单体单元,并且所述
共聚物具有总的正zeta电势。
2.根据权利要求1所述的方法,其中化合物A是非聚合的化合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中化合物A具有至少10℃且至多
300℃的沸点。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法,其中化合物A在室温下在
水中的溶解度为至多3kg/m3。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其中共聚物C是由如下获
得的:
o1-25摩尔%的至少一种阳离子性或碱性单体M1,如具有叔胺
基团的乙烯基单体;
o50-99摩尔%的至少一种非离子性非极性单体M2;和
o0-25摩尔%的至少一种极性、阴离子性或酸性单体M3;M1、
M2和M3的总和合计达100%。
6.根据权利要求5所述的方法,其中共聚物C是由如下获得的:
o5-1...

【专利技术属性】
技术研发人员:迈克尔·阿尔芬萨斯·科尼利斯·约翰尼斯·迪克·范赫曼努斯·阿德里安努·兰格曼斯雅各布斯·阿德里恩·安东尼厄·沃梅岚
申请(专利权)人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰;NL

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