有机-无机复合颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及含有无机颗粒和附着于该无机颗粒的许多聚合物颗粒以及包封该附着的聚合物颗粒的聚合物层的有机－无机复合颗粒。提供了制备该有机－无机复合颗粒的方法。该有机－无机复合颗粒可用于制备具有改进遮盖力、白度或光泽的干燥涂料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及含有其上附着有许多聚合物颗粒的无机颗粒以及包封所附着的聚合物颗粒的聚合物层的有机-无机复合颗粒。本专利技术进一步涉及制备复合颗粒的方法。该有机-无机复合颗粒可用于制备具有改进遮盖力、白度或光泽度的干燥涂料。无机颗粒通常作为不透明颜料引入到有机涂料中，以便为该不透明涂料，如油漆提供白度和不透明性或“遮盖力”。这些颜料存在于设计用来在所要施涂的底表面或基材表面上提供不透明涂层和掩盖所述表面的所有涂料中。不透明颜料不存在于设计成透明涂料的那些涂料中。不透明颜料存在于不透明涂料，尤其油漆中。在大多数油漆中，存在不透明颜料，不管油漆是否是白色还是有色的。大多数油漆的不透明颜料不同于颜色特异性颜料，后者还被称为调色剂或着色剂，它们另外存在于有色油漆中。颜色特异性颜料是为非白色油漆提供特异颜色或色调的颜料。希望不透明涂料和油漆具有高不透明效力，以便在使用最低施涂量的涂料和油漆的同时，能使涂料或油漆完全掩盖底表面，即使其具有明显对比的颜色。高度希望用具有最低可能的厚度的一道涂料或油漆施涂层完全覆盖底表面。不透明涂料和油漆生产商长久以来寻求通过使规定水平的不透明颜料的遮盖力最大化，以便使不透明颜料的用量减到最少来配制具有所需不透明性的不透明涂料和油漆。不透明涂料或油漆的不透明效力或遮盖力是衡量涂料掩盖所要施涂涂料的表面的能力的衡量标准。不透明效力是在干燥施涂的涂层中在不透明颜料的颗粒之间间距的函数。当不透明颜料的光散射能力最大时，涂料的不透明效力最大。当不透明颜料颗粒具有一定直径和间距时，出现了最大光散射效率，使得各颗粒的光散射能力不干扰其相邻颗粒的光散射能力。该条件可以在含有充分低水平的不透明颜料的涂料中形成，使得各不透明颜料颗粒彼此分离。然而，含有这种低水平的不透明颜料的涂料在典型干燥涂层厚度下没有提供足够的白度和遮盖力。获得所需遮盖力和白度一般需要较高水平的不透明颜料。在这些高水平下，发生了不透明颜料颗粒的统计学分布，这导致了至少一些不透明颜料颗粒处于由于不透明颜料颗粒的拥挤而出现光散射效率损失的这种相互接近程度。遮盖效率的增加通过减小不透明颜料颗粒的拥挤和使不透明颜料颗粒的簇的形成减到最少来获得。例如，U.S.专利Re.34,145公开了各自包封在水不溶性加成聚合物的包膜内的离散微细固体颗粒的稳定水分散体。水不溶性加成聚合物在聚合的早期和中期于必须呈非离子性质的体系中制备。该参考文献公开了用表现改进遮盖力的水不溶性加成聚合物的包膜包封的二氧化钛。虽然这些聚合物包封的二氧化钛颗粒提供了改进的遮盖力，但需要提供能够通过在离子物质，如金属阴离子，非金属阳离子和离子表面活性剂的存在下的方法制备的包封无机颗粒。以工业规模制备非离子聚合体系是困难的，因为离子物质通常在工业规模生产设备中作为杂质发现。离子杂质的去除会很困难，或者增加了附加的处理成本。此外，在聚合方法中使用的许多普通合成助剂，如引发剂，表面活性剂，和缓冲剂将离子物质引入到了聚合中。不限于非离子聚合条件的制备聚合物包封的无机颗粒的聚合方法能够使这些颗粒在各种各样的聚合条件下制备，或者可以制备具有更宽组成范围的聚合物包封的无机颗粒，尤其具有更大聚合物外壳的包封无机颗粒。本专利技术提供了能够在离子物质如离子引发剂、缓冲剂和离子单体的存在下制备的有机-无机复合颗粒。有机-无机复合颗粒可用于制备具有改进性能如增加的遮盖力，增加的白度或增加的光泽度的干燥涂料。这些有机-无机复合颗粒使得可以制备含有较低水平的颜料，如二氧化钛的干燥涂料；或在以比不含包封二氧化钛的涂料更低的涂布量下施涂。含有有机-无机复合颗粒的干燥涂料另外可在低含量的挥发性有机化合物或不存在挥发性有机化合物的情况下制备。根据本专利技术的第一个方面，提供了有机-无机复合颗粒，包括含有无机颗粒和附着于该无机颗粒的许多聚合物颗粒的初级复合颗粒；和包封该初级复合颗粒的聚合物层。本专利技术的第二个方面提供了制备有机-无机复合颗粒的方法，包括以下步骤提供含有分散在水性介质中的初级复合颗粒的水分散体，其中各初级复合颗粒含有无机颗粒和附着于该无机颗粒的许多聚合物颗粒；和让至少一种单体在初级复合颗粒的存在下聚合，以形成包封初级复合颗粒的聚合物层和提供有机-无机复合颗粒。这里使用的术语“(甲基)”与后面的另一术语如“丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。例如术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；术语“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸或甲基丙烯酸；和术语“(甲基)丙烯酰胺”是指丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。这里使用的“玻璃化转变温度”或“Tg”是指一种温度，在该温度或该温度以上，玻璃状聚合物经历聚合物链的链段运动。聚合物的玻璃化转变温度用如下所示的Fox等式来估算1Tg=w1Tg(1)+w2Tg(2)]]>对于共聚物，w1和w2是两种共聚单体的重量分率，以及Tg(1)和Tg(2)是两种相应均聚物的玻璃化转变温度(开氏温度)。对于含有三种或三种以上单体的聚合物，增加其它项(wn/Tg(n))。另外，聚合物相的Tg通过使用适当的均聚物的玻璃化转变温度的值来计算，这些值例如可以在由J.Brandrup和E.H.Immergut编写的“PolymerHandbook”，Interscience Publishers中找到。这里报道的Tg的值以Fox等式为基础来计算。这里使用的术语“共价键”是指通过共享至少一对电子形成的在两个原子之间的键，特意地排除离子键，氢键，通过吸附包括化学吸附和物理吸附形成的键，由范德华键形成的键，以及分散力。这里使用的术语“含磷酸基团”是指具有POH结构部分，其中氢原子可电离的含氧磷酸(phosphorus oxo acid)或含氧磷酸的盐。在它的盐或碱性形式中，含磷酸基团具有置换至少一个酸质子的金属离子或铵离子。在术语“含磷酸基团”的定义中包括了含氧磷酸的部分酯。与提到“含磷酸的部分酯”一样，含氧磷酸的部分酯含有至少一个POH结构部分和用POR表示的含磷酸酯结构部分，其中R是键合于与磷原子连接的氧原子的含有碳原子的基团。含磷酸基团的离子包括由次膦酸、膦酸、磷酸、焦次膦酸、焦磷酸，它们的部分酯和它们的盐形成的基团。这里所使用的术语“含磷酸全酯基团”是指具有一个或多个含磷酸结构部分，但不含有POH结构部分的含氧磷酸。含磷酸全酯基团的实例包括次膦酸、膦酸、磷酸、焦次膦酸和焦磷酸的全酯。本专利技术涉及可用于制备具有改进遮盖力、光泽或白度的涂料的有机-无机复合颗粒。该有机-无机复合颗粒含有由聚合物层包封的初级复合颗粒。该初级复合颗粒包括无机颗粒与附着于该无机颗粒的聚合物颗粒。这里使用的术语“包封”是指初级复合颗粒被聚合物层部分或完全覆盖。包封聚合物层接触初级复合颗粒的聚合物颗粒，完全或部分覆盖初级复合颗粒的外表面；占据了聚合物颗粒之间的空隙；或作为独立聚合物相存在于聚合物颗粒内。有机-无机复合颗粒通过单体在初级复合颗粒的存在下的聚合来形成。初级复合颗粒具有由多个聚合物颗粒围绕的单一中心无机颗粒。聚合物颗粒附着于各无机颗粒的表面和使在相邻无机颗粒之间的接触减到最少。适合的初级复合颗粒包括无机颗粒的表面被聚合物颗粒完全或部分覆盖的无机颗粒。这里使用的“多个聚合物颗粒”表示覆盖无机颗粒的表面以使与相邻无本文档来自技高网...

【技术保护点】
有机－无机复合颗粒，包括：ａ）包括ｉ）无机颗粒，和ｉｉ）附着于所述无机颗粒的许多聚合物颗粒的初级复合颗粒；和ｂ）包封所述初级复合颗粒的聚合物层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AD科勒，RM布兰肯希普，
申请(专利权)人：罗姆和哈斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]