制造多孔无机氧化物涂料的组合物和方法技术

本发明专利技术涉及用于制造基材上的多孔无机氧化物涂层的涂料组合物，所述组合物包含作为粘合剂的无机氧化物前体、溶剂和作为成孔剂的合成聚两性电解质。制造组合物时，可通过聚两性电解质的共聚单体组成和/或通过选择条件(例如温度、pH、盐浓度和溶剂组成)方便地控制涂料的孔径大小。本发明专利技术还涉及制造这种涂料组合物的方法、使用这种组合物将涂料涂敷在基材上的方法以及显示出特定组合的光学特性和机械特性的这种涂层基材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及用于制造基材上的多孔无机氧化物涂层的涂料组合物，所述组合物包含作为粘合剂的无机氧化物前体、溶剂和作为成孔剂的合成聚两性电解质。制造组合物时，可通过聚两性电解质的共聚单体组成和/或通过选择条件(例如温度、pH、盐浓度和溶剂组成)方便地控制涂料的孔径大小。本专利技术还涉及制造这种涂料组合物的方法、使用这种组合物将涂料涂敷在基材上的方法以及显示出特定组合的光学特性和机械特性的这种涂层基材。【专利说明】 本专利技术涉及用于在基材上制造多孔无机氧化物涂层的涂料组合物，更具体地，本 专利技术涉及在将抗反射（AR)涂层涂敷在透明基材上的方法中使用的这种涂料组合物，其中 所述组合物包含作为粘合剂的无机氧化物前体、溶剂和作为成孔剂的有机聚合物。 本专利技术还涉及制造这种涂料组合物的方法、使用这种组合物将涂层涂敷在基材上 的方法以及显示出特定组合的光学特性和机械特性的这种被涂基材。 多孔的无机氧化物涂层被认为是较薄（例如厚度< IU m)的涂层，其实质上由无 机氧化物组成并具有一定的孔隙度。这种涂料（例如基于二氧化硅的那些）可被用于不同 目的，其被越来越多地涂敷在透明基材上以减少从空气-基材界面反射的光量，从而增加 透射过该基材的光量。这种涂层可以单层使用或者作为多涂层（或者涂层堆）的一部分。 典型的基于薄多孔二氧化硅层的单层AR涂层已在例如EP0597490、US4830879、US5858462、 EPl181256, W02007/093339, W02008/028640,EP167489U W02009/030703, W02009/140482, US2009/0220774 和 W02008/143429 中描述。 典型地，透明基材上的单层AR涂层的折射率应该在基材的折射率和空气的折射 率之间，以减少被反射的光的量。例如，如果玻璃的折射率为1. 5,那么AR层的折射率通常 应该为约1. 2-1. 3,理想地为约1. 22。如果具有足够高孔隙度的多孔二氧化硅（或其它无 机氧化物）层的层厚度约为光波长的1/4,那么它能够提供这种低折射率并可以担当AR涂 层，这意味着在300-800nm的相关波长范围内，层厚度优选地在70-200nm范围内。这当然 意味着这种涂层中孔的大小和几何形状应该与所述的层厚度相容。 典型地，这种多孔无机氧化物涂层由包含无机氧化物前体和成孔剂的溶剂型涂料 组合物制成。典型地，利用溶胶-凝胶法（也被称为化学溶液沉积法）从处于溶液或胶质 (或溶胶）形式的前体化合物开始制造这种（多孔的）无机氧化物层，从而形成离散颗粒或 网状聚合物的集成网络（或凝胶）。在这个过程中，溶胶逐渐演变成含有液相和固相的类凝 胶双相体系。除去残留的液体（干燥）通常伴随着收缩和稠化，并影响最终的微观结构和 孔隙度。之后，经常在提高的温度下进行热处理以增强进一步的缩合反应（固化）并保证 机械稳定性和结构稳定性。典型的无机氧化物前体是能够经受多种形式的水解反应和缩合 反应的金属烷氧化物和金属盐。在本说明书的语境中，金属被理解为包括硅。 这种涂料组合物含有溶剂和来自有机金属前体的有机配体，这种化合物本身将引 起无机氧化物层产生一定程度的孔隙度。涂料组合物中成孔剂的进一步存在有助于在最终 的AR层中产生合适的孔隙度以提供期望的折射率。从现有技术出版物中已知的合适的成 孔剂（也被称为致孔剂）包括有机化合物（例如高沸点溶剂、表面活性剂和有机聚合物） 和具有亚微米粒径的无机颗粒（即无机纳米颗粒）。 作为这种涂料组合物中的成孔剂的有机化合物和聚合物在将涂层涂敷到基材上 之后的初始阶段中可以溶解、分散或其它形式存在。干燥涂层之后，通过已知的方法将这些 有机物除去，例如通过将涂层暴露于化合物或聚合物的溶剂然后将其从涂层中提取出。或 者，可以在热固化涂层的过程中，通过例如在高于无机聚合物的沸点的温度或者高于无机 聚合物的分解温度的温度下蒸发（即通过热解或煅烧）除去化合物或聚合物。合适的温度 是从约250°C至900°C。还可以实施溶解和降解/蒸发化合物或聚合物的联合处理。 作为成孔剂的合适聚合物可从涂层中被除去并提供低于200nm的期望孔径。合 适聚合物的实例包括衍生自如苯乙烯、丙烯酸和烯族单体的有机聚合物（包含均聚物和共 聚物）。US4446171中描述了多种有机聚合物的使用，包括PMMA、硝化纤维、乙酸纤维素丁 酸酯、聚乙烯醇和羟基-官能丙烯酸共聚物。聚乙酸乙烯酯被应用于US5858462中。在 EP0835849、EP1181256和US20080241373中，聚氧乙烯被用作致孔剂。 如在如US2432484、EP1430001和W02009/14082中所述，无机纳米颗粒也被用于引 起涂层的孔隙度，在这种情况下，孔来自于未被无机氧化物基质或粘合剂完全充满的非理 想堆积的团聚颗粒之间的空间。在最后这个出版物中，含有初级粒径为40nm的二氧化硅纳 米颗粒、PKa彡3. 5的酸和任选地偶联剂（例如正硅酸乙酯（TEOS))的涂料溶液被用于制 造均一的AR涂层。 多孔、中空和核壳式无机纳米颗粒代表了无机颗粒的一个特殊群体。 US2009/0220774中描述了由介孔二氧化硅纳米颗粒组成的AR涂层，该涂层典型地包含 在介孔颗粒内部直径为2-10nm的孔和所述颗粒之间直径为5-200nm的孔。优选地，直径 < 200nm的介孔二氧化硅颗粒具有六边形排列孔的多孔结构，其是利用阳离子型表面活性 剂和非离子型表面活性剂的组合制成的。 W02008/143429描述了制造AR涂层的方法，其中通过下述步骤生产了粒径为 IO-IOOnm的多孔二氧化硅颗粒：a)混合有机溶剂、表面活性剂和尺寸为2-50nm的硅胶以形 成二氧化硅反胶束，b)利用硅烷衍生物表面处理反胶束和c)除去溶剂和表面活性剂。优 选地，使用阴离子型或非离子型表面活性剂作为表面活性剂。核壳无机-有机纳米颗粒是 带有金属氧化物壳和有机核的颗粒，其中核可被除去（类似于如上所述的固化涂层过程中 的有机聚合物）以产生嵌在粘合剂中的多孔颗粒或中空颗粒。有机核可以是有机聚合物， 例如上文所述的那些。许多出版物中已描述了这种核壳颗粒，包括US510047UUS6685966、 W02008028640、W02008028641 和 W02009030703 以及其中所引用的文件。 AR涂层中的最佳孔径不仅取决于如上所述的涂层厚度，还取决于其它期望的性能 特征。例如，孔径不应该太大，以使光散射最小化并使透明度最佳。另一方面，如果涂层所 含的孔很小，这在环境条件下可能通过毛细凝聚导致不可逆的水分摄取，从而影响折射率 并使得涂层更易于被其它成分污染。关于所谓的介孔二氧化硅，尤其是孔径在l_2〇nm范围 内的介孔二氧化硅的这种毛细凝聚效果已被报道了。太大的孔也可能使涂层的机械强度变 差，例如降低的（铅笔）硬度和耐磨性。理想地，孔径能够被控制和选择在10_200nm的范 围内以优化AR涂层的多种性能，这在现有技术体系中难以实现。 因此，工业使用中需要用于制造抗反射涂层的涂料组合物，该涂料组合物基于多 孔无机氧化物，能够提供对孔的尺寸和结构的改善控制，作为改善涂层性能的工具。 因此，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
涂料组合物，其用于在基材上制造多孔无机氧化物涂层，所述组合物包含作为粘合剂的无机氧化物前体、溶剂和作为成孔剂的合成聚两性电解质，其中所述聚两性电解质是从至少一种具有带正电荷基团的共聚单体、至少一种具有带负电荷基团的共聚单体和任选地至少一种中性共聚单体得到的共聚物。

【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：纳宁·乔格·阿福斯坦，迈克尔·阿尔芬萨斯·科尼利斯·约翰尼斯·迪克·范，罗伯图·阿诺尔图斯·多米尼卡斯·玛利亚·哈贝斯，
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