稳定的奈米粒子悬浮液及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米粒子尤其是二氧化钛粒子的稳定的高浓度（达到70wt%）水性悬浮液及其制造方法，以及该悬浮液例如作为涂料或浸渍剂或者作为有机或无机基质中的添加剂的应用。所述悬浮液含有基于聚合烷氧基化物的第一分散剂和选自氨基醇群组的第二分散剂。所述悬浮液的特点在于，即使在搅拌球磨机中进行剧烈分散期间或之后仍保持其稳定性，并且粘度不升高。在本发明专利技术的特殊实施方案中，粘度依研磨时间减小10%至50%。在另一实施方案中，可以将悬浮液干燥后再分散，其中达到与初始悬浮液相同的分散状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种纳米粒子尤其是二氧化钛粒子的稳定的高浓度（达到70wt%）水性悬浮液及其制造方法，以及该悬浮液例如作为涂料或浸渍剂或者作为有机或无机基质中的添加剂的应用。所述悬浮液含有基于聚合烷氧基化物的第一分散剂和选自氨基醇群组的第二分散剂。所述悬浮液的特点在于，即使在搅拌球磨机中进行剧烈分散期间或之后仍保持其稳定性，并且粘度不升高。在本专利技术的特殊实施方案中，粘度依研磨时间减小10%至50%。在另一实施方案中，可以将悬浮液干燥后再分散，其中达到与初始悬浮液相同的分散状态。【专利说明】
本专利技术涉及一种纳米粒子尤其是二氧化钛粒子的稳定的高浓度水性悬浮液及其制造方法，以及该悬浮液例如作为涂料或浸溃剂或者作为有机或无机基质中的添加剂的应用。
技术介绍
纳米粒子(粒度通常〈lOOnm)作为纳米添加剂例如在涂料、塑料、光学制品、电子、陶瓷、专用化学品等领域具有较大创新潜能。纳米粒子在这些领域具有不同功能，例如作为光催化剂、紫外线吸收剂、磨损防护、填料或表面功能化。由于纳米粒子粒度小，团聚倾向强烈，通常无法对处于干燥粉末状态的纳米粒子进行处理和应用。因此，替代方案是制造纳米粒子的水基或溶剂基分散体(悬浮液)并且采用各种技术对粒子进行松团和扩散处理。但最重要的是达到非常良好和稳定的分散状态，以便能在应用时对纳米添加剂相对于已知的微粒添加剂所具有的优点加以利用。当纳米粒子悬浮液例如作为涂料被涂布于基材时，悬浮液的透明度很重要。目前已研发出许多种在各种分散剂中有效分散纳米粒子的方法，例如高剪切速度混合、超声波处理或各种研磨工艺。此外还已知有各种可有利地用于纳米粒子悬浮液的分散剂和其他添加剂。DE102004037118A1例如揭示一种制造纳米级二氧化钛粒子的浓度至少为20wt%的水性悬浮液，其中使用氨基醇和羧酸作为分散剂并且在预分散后用高能磨机研磨。W02010/110726A1使用胺或乙二醇作为分散剂，并且在珠磨机中用特定尺寸的研磨体研磨悬浮液。已知方法例如在搅拌球磨机中以高剪切速度进行分散期间或之后，往往出现明显的粘度升高，这会加大后续处理的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稳定的固体浓度超过50wt%的纳米粒子水性悬浮液，该悬浮液易于制造，制造成本低，并且在高剪切速度下也不会出现明显的粘度升高。本专利技术用以达成上述目的的解决方案为一种纳米级无机粒子的水性悬浮液，所述悬浮液中包含基于聚合烷氧基化物的第一分散剂和选自氨基醇群组的第二分散剂。本专利技术用以达成上述目的的另一解决方案为一种制造纳米级无机粒子的水性悬浮液的方法，其特征在于，添加基于聚合烷氧基化物的分散剂和选自氨基醇群组的其他分散剂。 本专利技术的其他有益实施方式包含在从属权利要求中。下文所揭示的所有关于pH值、温度、重量百分比浓度或体积百分比浓度等等的数据应当理解为其一并包含处于本领域技术人员已知的测量精度范围内的所有值。在下文中，纳米粒子悬浮液是指纳米粒子(根据IS0/TS80004-1)分布在液相中。纳米级无机粒子原则上可指所有类型的天然或合成纳米级无机粒子，优选指金属氧化物、金属硫化物、金属硫酸盐、金属磷酸盐、金属娃酸盐或金属招酸盐。特别优选纳米级金属氧化物，尤其是光半导体。本专利技术的特殊实施方案使用纳米级二氧化钛粒子。本专利技术的悬浮液的特点在于，即使例如在搅拌球磨机中进行剧烈分散期间和之后，悬浮液仍保持其稳定性。本专利技术在较大剪力作用下不出现粘度升高。在本专利技术的特殊实施方案中，粘度依研磨时间明显减小10%至50%。本专利技术使用基于聚合烷氧基化物的第一分散剂。烷氧基化物是指碱性(多元)醇的盐类。其化学式为(RO) nMe (η=金属Me的价)，并且在水性介质中依pH值而至少部分转变成相应的醇和金属离子。常用金属是碱金属和碱土金属Na、K、Mg、Ca。优选使用磷酸官能化烷氧基化物。特别适用的是Lubrizol的Solplus D540或D541分散剂。本专利技术还添加选自氨基醇群组的第二分散剂。适用的例如有2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)或2-氨基-2-乙基-1, 3-丙二醇(AEP)0以纳米粒子为参照，添加分散剂的总量有利地约为3?七％至4(^七％，优选为10?七％至30wt%，特定而言为15wt%至25wt%。在本专利技术的特殊实施方案中，调整第一和第二分散剂以使得悬浮液具有最佳粘度。举例而言，结合使用Solplus D540 (第一分散剂)和AMP (第二分散剂)或者结合使用Solplus D541 (第一分散剂)和AEP (第二分散剂)时能取得最佳效果。如果所用分散剂之间不交联，可能会取得最佳效果。本专利技术悬浮液中的纳米粒子含量优选占所述悬浮液的70wt%,特定而言占30wt%至60wt%,特别优选占40wt%至50wt%。除本专利技术的分散剂外，还可以视情况使用其他的常用添加剂，如溶剂、消泡剂、流变添加剂(防沉剂)、防腐剂(生物杀灭剂)等等。本专利技术悬浮液的制造优选分两步进行，其中先用溶剂预分散，再在搅拌球磨机中分散。例如放入水、本专利技术的分散剂和视情况使用的其他添加剂，边搅拌边添加纳米粒子和溶剂。搅拌时间取决于固体浓度和纳米粒子的团聚倾向，优选为30至60分钟。预分散体必须具有可泵送稠度，粘度最大为2000mPa，优选<1200mPa，特定而言〈lOOOmPa。而后调节pH值，依应用系统优选>4的pH值。举例而言,后期将本专利技术的悬浮液用于涂料和油漆系统时，将PH值调节成约6至8，用于水泥系统时，将pH值调节成约7至10。接下来在搅拌球磨机中进行分散。研磨珠优选具有>3g/cm3的密度，适用的例如有SAZ珠或Y掺杂错珠。研磨珠的大小优选为0.1mm至1.0mm,特别优选为0.1mm至0.6mm,特定而言为0.1mm至0.4mm。本专利技术的特殊实施方案使用大小为0.1mm至0.2mm的研磨珠。在本专利技术的特殊实施方案中，所述悬浮液在分散结束时具有约<150nm，优选约<120nm，特定而言约〈100nm的平均粒度(d50)。本专利技术的悬浮液稳定，在3个月时间内不沉淀，即不形成浆液和沉淀物。在本专利技术的特殊实施方式中，本专利技术的悬浮液在pH值至少为5时，优选在5至8的pH值范围内，特定而言在7至8的pH值范围内稳定。此外，本专利技术的悬浮液具有较高透明度，延长分散时间可以提高其透明度。根据本专利技术的特殊实施方案，可以在其他步骤中例如通过在约50°C至120°C下进行热处理来为所述悬浮液脱水。这一干燥处理可以常规方式在喷雾干燥器中进行，或者在流化床中进行。此外还可以在带式干燥器或支架式干燥器上干燥本专利技术的悬浮液。根据本专利技术的替代实施方案，可以用真空干燥所述悬浮液。干燥时形成湿度优选约<5wt%，特定而言<lwt%的无尘颗粒。在之后的时间点上可以将该颗粒在相应量的水中或极性溶剂中再分散。再分散时，在少于约5分钟的短暂搅拌时间后形成分散状态可与初始悬浮液比较的悬浮液。这样就可以像混入型颜料那样对干燥后的分散体进行使用。本专利技术的悬浮液适合用作无机或有机表面如玻璃、陶瓷、金属、木材等的涂料或浸溃剂。本专利技术的悬浮液还可以在有机或无机基质(如油漆系统和其他塑料系统)中或者例如在水泥系统(如灰泥或饰面混凝土)中用作添加剂。【本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级无机粒子的水性悬浮液，其特征在于，含有基于聚合烷氧基化物的第一分散剂和选自氨基醇群组的第二分散剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊那·梅兹，克里斯汀·史耐德，史戴芬彼德·布洛斯，
申请(专利权)人：克洛诺斯国际有限公司，
类型：发明
国别省市：无