耐污粒子制造技术

本发明专利技术涉及一种粒子，其具有核和壳，所述核是中空的或包含有机聚合物组合物，所述壳包含无机氧化物。所述壳具有处于２－７５ｎｍ范围内的厚度，以及至少１个并且不多于５个增大的孔，每一个增大的孔具有５ｎｍ到３００ｎｍ之间的直径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐污粒子本专利技术涉及包含壳和核的耐污粒子以及包含所述粒子的多孔涂层。本专利技术还涉及用于制备稳定的多孔涂层的方法和这样的涂层的用途，尤其是作为抗反射涂层的用途。将多孔涂层用于提供光学性能是已知的。利用这样的涂层可以实现各种光学功能。例如，通过形成有效折射率低于基材的有效折射率的多孔涂层可以得到抗反射涂层(us 2，432，484)。典型地，这些抗反射体系包含粘结剂和纳米粒子。例如，US 6，921，578描述了用于制备抗反射涂层体系的方法，其中，利用酸催化剂，在纳米粒子的存在下水解粘结剂 (例如原硅酸四乙酯TE0S)。虽然这些方法可以得到具有抗反射性能的涂层，但是这些涂层在可见光谱中实现1到2%之间的保留反射(rest reflection)所需的折射率下通常遭遇许多缺点。通常，这些涂层包含大量的孔，水和灰尘可以达到这些孔中。此外，这样的涂层的表面相对粗糙，其粗糙度参数(Ra，由原子力显微镜确定)为约100-150nm，这导致高的比表面积。与高表面粗糙度相结合的“开孔结构”导致高度的光学结垢、水污渍、清洁困难以及耐磨损性不良。Wu等人白勺〃 Properties of sol-gel derived scratch resistant nano-porous silica films by a mixed atmospheric treatment “ ，Journal of Non-Crystal1ine Solids, 275，(2000), pp 169-174描述了利用水和氨对硅石膜在400°C下处理30分钟，得到了更光滑的表面和硅石结构的致密化。虽然这些涂层的可清洁性由于表面光滑度的提高而可能得到改善，但是污渍仍然是个问题。包括抗反射涂层在内的多孔涂层通常易于受污。据推测，多孔网络允许有机材料和水渗透到涂层中，导致污渍或污点。去除这样的印迹有时是困难的，并且常常是不完全的。水污渍可能尤其成问题，甚至可能导致抗反射涂层的永久印迹，对于这样的涂层的效率带来明显的影响。本专利技术的目的是为了解决上述问题中的至少一些。根据本专利技术的一个方面，提供了一种粒子，所述粒子具有核，其是中空的或包含有机聚合物组合物；和壳，其包含无机氧化物，其中，所述壳具有(a) 2-75nm范围内的厚度；和(b)至少1个并且不多于5个孔，每一个孔连通所述核和所述壳的外表面之间，并且具有5nm到300nm之间的利用原子力显微镜测量的直径，所述孔是所述粒子的最大的孔。优选地，每一个孔直径在粒子直径的10%到60%之间的范围内。为了便于阅读，在说明书全文的合适之处，术语“增大的孔(enlarged pore) ”用于表示具有5nm到300nm之间的利用原子力显微镜测量的直径的孔，所述孔是粒子的最大的孔。优选地，增大的孔占不含孔的粒子的理论表面积的不到60% (例如，相对于球的表面积)，更优选不到50 %，甚至更优选不到40 %，甚至更优选不到30 %，并且最优选不到 20%。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种涂层，所述涂层具有包含本专利技术的粒子的涂层表面，其中，所述粒子形成所述涂层表面的至少一部分。涂层表面优选包含多个粒子，所述粒子中的每一个从包含粘结剂的基质突出。在该实施方式中，涂层表面至少部分地由粒子的暴露于大气的部分来限定。每一个粒子的暴露于大气的表面积的比例优选在5到 70%之间，更优选10到60%之间，甚至更优选20到50%之间。出人意料地，所得的经涂层的表面(较之没有施加蒸汽固化步骤的涂层表面通常更粗糙和更多孔)至少基本保持了其机械、光学性能以及可清洁性，同时提高了其耐污性。孔的尺寸不大于300nm。优选地，增大的孔的直径不超过200nm，更优选地不超过lOOnm，甚至更优选地不超过80nm，还甚至更优选地不超过50nm，并且更优选地不超过 40nm。增大的孔的直径为至少5nm，优选至少lOnm，更优选至少15nm，并且还更优选至少 20nm。孔直径越大，越容易收集污染物，因此更难以保持清洁，而较少的有效孔直径保持水分(或其他污渍产生污染物)，使得涂层的耐污性降低。优选地，至少30%，更优选50%，甚至更优选至少70%，还甚至更优选至少 80%并且最优选至少90%的形成涂层表面的一部分的粒子包含增大的孔(利用AFM在 2 μ mX 2 μ m的表面积上确定)。暴露于涂层表面的包含增大的孔的粒子的比例越高，可以被从涂层去除的水污渍的比例越高。优选地，形成涂层表面的一部分的每一个粒子包含平均大于0. 3个并且不大于 2. 0个的增大的孔(利用AFM在2 μ mX 2 μ m的表面积上确定)。增大的孔的形成被认为与粒子的几何形状相关，而通过平坦表面的蒸汽固化没有观察到增大的孔。在本专利技术的该方面的另一实施方式中，提供了一种涂料组合物，该涂料组合物包含每一个具有中空的核和壳的粒子，其特征在于(a)所述粒子中的至少一部分具有2-75nm范围内的平均壳厚度；和(b)所述涂料组合物由如下的表达式限定Ru小于等于2. 8R0,并且Rr小于等于2. 0R。，其中R0是所述涂料组合物在涂覆到基材上以形成平均厚度在100到120nm之间的涂层并且在25°C和40%相对湿度下、于平衡状态下存储得到经涂层的基材Ctl之后，在550nm下的镜面反射；Ru是所述经涂层的基材Ctl在25°C和90%相对湿度下存储400分钟得到经涂层的基材C1之后，在550nm下的镜面反射；以及艮是所述经涂层的基材C1在25 °C和40%相对湿度下存储直到达到平衡状态之后， 在550nm下的镜面反射。在本专利技术的另一个方面中，提供了一种用于制造包含本专利技术的涂层的基材的方法，所述方法包括如下步骤(a)将包含具有核和壳的粒子的涂料组合物涂覆到基材上，所述壳具有在2到 75nm范围内的厚度；以及(b)用水蒸气或水蒸气与碱的组合处理涂层表面，其中，所述核包含有机聚合物组合物或是中空的，所述壳包含无机氧化物。令人惊讶地，在本专利技术中如上所限定的蒸汽处理步骤(b)的应用导致具有至少1 个并且不超过5个的有效直径在5nm到300nm之间的增大的孔的粒子的产生，得到更开放的表面。优选地，涂层在步骤(b)之前或之后固化。优选地，固化步骤在至少100°C的温度下进行至少15分钟。步骤(b)中的处理优选在20摄氏度(°C )到500°C之间、更优选在200°C到450°C 之间进行。用于通过热降解从核去除聚合物组合物的固化处理是有利的，由此产生中空壳。在本专利技术的该方面的另一实施方式中，提供了一种用于制造经涂层的基材的方法，所述方法包括如下步骤(a)将包含具有核和壳的粒子的涂料组合物涂覆到基材上，所述壳包含无机氧化物，并且所述核是中空的；以及(b)用水蒸气或水蒸气与碱的组合处理涂层，以由此制备由如下的表达式限定的经涂层的基材Ru小于等于2. 8R0,并且Rr小于等于2. 0R。，其中R0是所述涂料组合物在涂覆到基材上以形成平均厚度在100到120nm之间的涂层并且在25°C和40%相对湿度下、于平衡状态下存储得到涂层基材Ctl之后，在550nm下的镜面反射率；Ru是所述经涂层的基材Ctl在25°C和90%相对湿度下存储400分钟得到经涂层的基材C1之后，在550nm下的镜面反射率；以及艮是所述经本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．粒子，其每一个都具有核和壳，所述核是中空的或包含有机聚合物组合物，所述壳包含无机氧化物，其中，所述壳具有：（ａ）处于２－７５ｎｍ范围内的厚度；和（ｂ）至少１个并且不多于５个孔，每一个孔连通所述核和所述壳的外表面之间，并且具有５ｎｍ到３００ｎｍ之间的利用原子力显微镜测量的直径，所述孔是所述粒子的最大的孔。

【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：纳尼·乔格·阿福斯坦，
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：NL