钨掺杂的氧化锡胶态悬浮体以及用于制备其的方法技术

提供了钨掺杂的SnO2颗粒的胶态悬浮体。本发明专利技术还涉及用于制备此种胶态悬浮体的方法及其用途，特别是在用于光学物品如眼科镜片的抗静电涂层的制造中。

Tungsten doped tin oxide colloidal suspensions and the methods used to prepare them

A colloidal suspension of tungsten doped SnO2 particles is provided. The invention also relates to a method for preparing such colloidal suspensions and their uses, especially in the manufacture of antistatic coatings for optical objects, such as ophthalmic lenses.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钨掺杂的氧化锡胶态悬浮体以及用于制备其的方法
本专利技术涉及钨掺杂的SnO2颗粒(TTO纳米颗粒)的胶态悬浮体。本专利技术还涉及用于制备此种胶态悬浮体的方法及其用途，特别是在用于光学物品如眼科镜片的抗静电涂层的制造中。
技术介绍
光学物品典型地包含涂覆有光学底漆的透明光学基材、耐磨涂层(或硬质涂层)以及可能地其他层(如减反射涂层)。这些光学物品通常基本上由绝缘材料制成并且特别地当在干燥条件下通过用擦拭布、一片合成泡沫或聚酯摩擦它们的表面进行清洁时倾向于使它们的表面变得容易带静电。这种现象被称为摩擦电。在其表面上存在的电荷产生能吸引并且保留灰尘颗粒的静电场。为了应对这种现象，有必要减少静电场强度，也就是说减少存在于该物品表面上的静电荷的数目。这可以通过将导电材料层插入至该光学物品的层的堆叠中来完成，该导电材料层(还被称为“抗静电涂层”)使这些电荷消散。此类抗静电涂层可形成该堆叠的外层，或其中间层。例如，它可以被直接沉积在该透明光学基材上。一种典型的抗静电材料是TCO(透明导电氧化物)，其指的是提供导电性和光学透明度两者的一类重要的光电材料。可以将TCO材料分成n-型(电子是载流子)和p型(空穴是载流子)材料。N-型TCO材料包括Cd、In、Sn或Zn的氧化物或多种复合氧化物，这些氧化物可以被掺杂。锡掺杂的In2O3(ITO)以及锑或氟掺杂的SnO2(分别是ATO和FTO)是在现代技术中最常利用的TCO薄膜之中。特别地，ITO广泛用于工业应用中。最近，ITO所需要的铟的缺乏和价格已经使工业公司产生动机找到替代物例如ATO，ATO具有比ITO更低的成本。因此，已经建议在光学物品中使用ATO用于形成静电涂层(WO2010109154、WO2010015780)。然而，ATO具有比ITO相对更低的电导率以及还有在可见光范围内更高的吸收。因此，ATO层具有与ITO相比有限的透明度以及稍微蓝色着色连同更差的电导率。作为另一种ITO潜在替代物，FTO呈现了比ATO更导电的优点并且在可见范围内比ATO具有更高的透明度(更少的吸收)。WO2014183265披露了一种用于生产FTO的胶态醇悬浮体的方法。与其他TCO材料相比，这些FTO材料示出了还较高的热稳定性、较高的机械和化学耐久性及较低的毒性。然而，FTO涂层显示出不足的抗静电性能。因此，仍然需要提供除ITO、ATO和FTO之外的TCO材料，这些TCO材料显示出高透明度、低雾度和良好的抗静电性能。本专利技术的诸位专利技术人已经开发了一种新的TCO材料，该材料包括满足这种需要的钨掺杂的氧化锡纳米晶体(TTO)。
技术实现思路
本专利技术的第一方面是一种具有高于或等于0.0004的W:Sn摩尔比的钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态悬浮体。本专利技术的另一方面是一种涂覆有包含根据本专利技术的胶态悬浮体的组合物的基材。本专利技术的另一方面是一种用于生产所述胶态悬浮体的方法，所述方法包括以下步骤：a)在搅拌下将草酸亚锡和过氧化氢加入去离子水中以得到透明溶液；b)在搅拌下将钨粉末分散在该透明溶液中以获得悬浮体；c)将过氧化氢加入该悬浮体中；d)使在步骤c)得到的该悬浮体经受水热处理以得到钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态水性悬浮体；e)浓缩该钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态水性悬浮体以增加其干物质含量，从而获得浓缩的悬浮体；f)任选地将所述浓缩的悬浮体分散在选自甲醇、乙醇、丙醇或丁醇的醇，二醇，二醇醚，酮或其混合物以及草酸二水合物中，以获得钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态悬浮体。本专利技术的TTO胶态悬浮体允许形成具有良好的抗静电性能、低黄度和比用ATO纳米颗粒获得的那些更高的透明度(这是出色的优点)的抗静电硬涂层。本专利技术的胶态悬浮体可以很好地分散在水性溶剂中并形成稳定的悬浮体。通过用草酸胶溶TTO纳米颗粒，本专利技术的胶态悬浮体也可以很好地分散在醇溶剂中并形成稳定的悬浮体，从而能够在温和的温度下通过湿涂覆作为非常薄的膜(<100nm)施用在光学基材上或被引入用于形成光学硬涂层的典型的溶胶-凝胶配制品中。本专利技术的TTO胶态悬浮体可以通过不使用稀有、昂贵或有害的反应物的水热合成来容易地制备。专利技术详细说明本专利技术针对钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态悬浮体。已知钨(W)是用于基于In2O3-和TiO2的TCO的良好掺杂剂。钨也可用作SnO2纳米晶体的掺杂剂。不受这个理论的束缚，假设通过具有接近Sn4+的半径(W6+：60pm；Sn4+：69pm)，W6+能够代替SnO2晶格中的Sn4+离子并产生比SnO2膜的其他常用掺杂物更多的载流子。在SnO2的晶格中用钨替代锡带来了自由电子并提高了材料的导电性。因此，本专利技术的钨掺杂的氧化锡纳米颗粒是其中一些金属Sn位点被W原子而不是Sn原子占据的氧化锡(SnO2)纳米晶体。钨因此被包括在氧化锡的晶格中。值得注意的是，本专利技术的钨掺杂的氧化锡纳米颗粒不是如在现有技术US5094691、EP0573304、EP0574274或EP1193285中披露的复合SnO2:WO3纳米颗粒(或混合氧化物)。与本专利技术的钨掺杂的氧化锡纳米颗粒相反，在此现有技术中披露的产品是一种复合材料，其中两种不同的氧化物(WO3和SnO2)聚集成重量比WO3/SnO2为从0.5至100(摩尔比W:Sn＝0.3-64.7)的纳米颗粒。本专利技术的钨掺杂的氧化锡纳米颗粒具有高于或等于0.001的W:Sn摩尔比。W:Sn摩尔比表示在钨掺杂的氧化锡纳米颗粒中钨原子的摩尔数比锡原子的摩尔数。它可以通过电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测量，例如使用PERKINE7300DVICP-OES光谱仪。在一个实施例中，W:Sn摩尔比高于或等于0.001、或高于或等于0.002、或高于或等于0.003、或高于或等于0.004、或高于或等于0.005、或高于或等于0.006、或高于或等于0.007。在一个实施例中，W:Sn摩尔比低于或等于0.15、特别是低于或等于0.05、更特别是低于或等于0.03。本专利技术的钨掺杂的纳米颗粒可以分散在水或各种有机溶剂例如醇，特别是甲醇、乙醇、丙醇或丁醇中，或分散在二醇，二醇醚，酮或其混合物中。在一个实施例中，该悬浮体的溶剂是水和醇(例如甲醇、乙醇、丙醇或丁醇)的混合物。醇与水的体积比优选在从80:1至100:0、优选从90:1至100:0的范围内。与有机溶剂相比，本专利技术的胶态悬浮体显示出在水性溶剂中更好的分散性和稳定性。诸位专利技术人已经发现，本专利技术的胶态悬浮体在有机溶剂中的分散性和稳定性可以通过将草酸分子锚定在TTO纳米颗粒的表面上而显著提高。因此，当将本专利技术的TTO纳米颗粒分散在有机溶剂中时，胶态悬浮体优选还包含用于胶溶的草酸二水合物。因此，本专利技术的另一个目的是在有机溶剂中的钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态悬浮体，其中所述纳米颗粒的表面用草酸分子改性。本专利技术的TTO纳米颗粒是多晶材料。平均粒度可以通过使用谢乐方程式从X射线衍射(XRD)数据根据(110)峰的半峰全宽(FWHM)来计算。XRD测量可以用RigakuD/MAX-RB衍射仪使用CuKα辐射从通过在110℃下干燥TTO胶态悬浮体获得的粉末样品进行。此外，平均粒度可以从TEM图像，通过对通常为50个颗粒的颗粒集合观察到的尺寸求平均值来确定。在本专利技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态悬浮体，具有高于或等于0.0004的W:Sn摩尔比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态悬浮体，具有高于或等于0.0004的W:Sn摩尔比。2.根据权利要求1所述的胶态悬浮体，其中所述W:Sn摩尔比低于或等于0.15、特别是低于或等于0.05、特别是低于或等于0.03。3.根据权利要求1或权利要求2所述的胶态悬浮体，其中所述纳米颗粒分散在水，选自甲醇、乙醇、丙醇或丁醇的醇，二醇，二醇醚，酮或其混合物中，优选分散在水和选自甲醇、乙醇、丙醇或丁醇的醇的混合物中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的胶态悬浮体，其中所述纳米颗粒的平均粒度是从4nm至20nm，特别是从6nm至12nm。5.根据权利要求1至4中任一项所述的胶态悬浮体，其中钨被包含在氧化锡的晶格中。6.根据权利要求1至5中任一项所述的胶态悬浮体，其中所述悬浮体还包含草酸二水合物。7.根据权利要求1至6中任一项所述的胶态悬浮体，其中所述悬浮体还包含聚乙烯吡咯烷酮。8.一种涂覆有包含根据权利要求1至7中任一项所述的胶态悬浮体的组合物的基材。9.根据权利要求8所述的基材，其中所述基材是光学物品，例如眼科或光学镜片，或显示器或触摸屏。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵健，S·佩嘉，施利毅，袁帅，王竹仪，赵尹，
申请(专利权)人：埃西勒国际通用光学公司，上海大学，
类型：发明
国别省市：法国,FR