具有纳米颗粒相的微粒的水性分散体和含有该分散体的涂料组合物制造技术

本发明专利技术涉及包含纳米颗粒的微粒的稳定水性分散体、制备该分散体的方法及含有这种分散体的组合物。该分散体是通过以下步骤制备的：（ａ）提供大量平均粒径为３００ｎｍ或更小的纳米颗粒；（ｂ）任选在水性介质的存在下，使该纳米颗粒与溶剂型水分散性聚合物或（１）一种或多种可聚合的烯属不饱和单体；和／或（２）一种或多种可聚合的不饱和单体与一种或多种聚合物的混合物；和／或（３）一种或多种聚合物进行混合，以形成混合物；（ｃ）在有机溶剂或水性介质存在下使该混合物经受高剪切应力条件，将混合物颗粒化为微粒；和（ｄ）任选地，在自由基聚合条件下聚合烯属不饱和单体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有聚合物相和纳米颗粒相的微粒的水性分散体以及该分散体在涂料组合物中的应用。
技术介绍
涂料组合物通常包括分散在树脂基料体系中的着色剂以及填充颜料颗粒，以在所获得的涂层中赋予色彩和/或性能。颜料颗粒相互间趋向于具有强劲的亲合性，且趋向于聚集而形成团块，除非被例如其它的材料分离。通常，通过使用高剪切技术的粉碎或研磨来打碎颜料颗粒，将这些着色剂和/或填料颗粒分散在树脂研磨载体及任选的分散剂中。颜料及填料通常由直径约为0.02-2微米的固体结晶颗粒组成(即，20-2000纳米)。“纳米颗粒”颜料及填料材料通常具有300纳米或更小的平均粒度，并且通常具有100纳米或更小的平均粒度。结块对于纳米颗粒颜料及填料材料来说是的严重的问题，因为这些纳米颗粒具有较大的表面积。因此，这种纳米颗粒材料的可接受分散体系通常需要过量的树脂研磨载体和/或分散剂，以消除纳米颗粒材料的结块及防止后续的再结块。然而，这种高含量树脂研磨载体及分散剂在最终涂层组合物中的存在对形成的涂层可能是不利的。已知的是，例如，对于通常包含亲水性官能团如羧基及羟基的分散剂，其高含量促成了所获得涂层的水敏性。此外，一些树脂研磨载体，例如丙烯酸类研磨载体可能会对涂布性能，例如抗碎落性及柔韧性产生不利的影响。常规的和颜料颗粒及团块可能具有大到足以散射可见光的平均颗粒尺寸，从而导致涂层混浊和无光泽。相反，纳米颗粒形式的颜料通常提供更强、更亮的色彩，甚至当不同的颜料纳米颗粒进行混合以获得中间色时。本领域公知的是填充有无机颜料的聚合物微胶囊体系，该微胶囊体系是由不透明的颜料颗粒制备的，所述颜料颗粒主要由基本上为球状、各自具有固态聚合物壳及固态聚合物核的离散的微胶囊构成。离散的无机颜料颗粒分散在微胶囊的聚合物核中。壳和核材料由不同的材料组成。这种无机颜料填充的微胶囊通过改变微胶囊的尺寸为基材提供高度的不透明性和预定的光泽。微胶囊对纸质基材的不透明化尤其有用。同样，本领域公知的还有可擦除的油墨组合物，其含有封装固体颗粒分散体，所述固体颗粒包含用不溶于水的聚合物封装的着色剂颗粒。这种颗粒在固体着色剂颗粒的存在下通过可聚合单体的乳液聚合而获得。由于该着色剂颗粒被油墨组合物中的聚合物封装起来，据信这些颗粒不太可能与聚合物分离并迁移到多孔基材中。油墨组合物已知适合于进行喷墨记录。这种组合物包含着色剂(即，或染料或颜料)，及覆盖着色剂的聚合物、水和水溶性的有机溶剂，其中聚合物的分子链位点具有紫外线的吸收活性和/或光稳定活性。此外，本领域公知的还有具有着色剂相和聚合物相的合成物着色剂聚合物颗粒，其中聚合物相是在着色剂的存在下使用乳液聚合工艺从可聚合单体原位形成的。在这种工艺中，单体混合物被连续添加到着色剂混合物中，通过该连续乳液聚合工艺形成了复合聚合物着色剂颗粒(即，特别是聚合物和着色剂)。该工艺制成了一种复合着色剂颗粒的分散体，按下述定义而言该分散体是稳定的当分散体以1％重量的浓度被添加到丙酮中时，颗粒不发生絮凝可达20分钟。这种复合着色剂聚合物颗粒的分散体可用作喷墨组合物，并被用来提供相对于间歇法所形成制品的性能改善。所有上述着色剂聚合物颗粒需要在形成着色剂颗粒之前，使着色剂，例如颜料典型地通过在水和/或溶剂中与颜料分散剂一起研磨来降低到大小不足微米。此外，该复合颗粒是通过聚合过程本身形成的，也就是说，通过在聚合条件下连续地向着色剂添加单体，或作为替代用聚合物对着色剂颗粒进行简单涂覆/封装。人们所希望的是提供一种形成稳定的复合微粒分散体的有效工艺，其中单体和/或聚合物以及必要时使用的引发剂直接与纳米颗粒进行混合，并且该混合物的特点是采用乳液聚合以外的方法及任选地再经历自由基聚合条件，所述分散体适合用于涂料组合物中。人们还希望提供形成复合微粒的水性分散体的工艺，其中并不需要足以使包含这种微粒的任何涂料组合物具有过度的水敏感性的量的亲水性分散剂。专利技术概述在一个实施方案中，本专利技术涉及包含纳米颗粒的微粒的稳定水性分散体。该分散体是通过以下步骤制备的(a)提供大量平均粒径为300nm或更小的纳米颗粒；(b)任选在水性介质的存在下，使该纳米颗粒与(1)一种或多种可聚合的烯属不饱和单体；和/或(2)一种或多种可聚合的不饱和单体与一种或多种聚合物的混合物；和/或(3)一种或多种聚合物进行混合，以形成混合物；(c)在水性介质存在下使所述混合物经受高剪切应力条件，将混合物颗粒化为微粒；和(d)任选地，在自由基聚合条件下聚合烯属不饱和单体。在一个替代实施方案中，本专利技术涉及用于制备包含纳米颗粒的微粒的稳定水性分散体的方法和由该方法制备的稳定水性分散体，其中该方法包含以下步骤(a)提供大量平均粒径为300nm或更小的纳米颗粒；(b)在有机溶剂的存在下，使该纳米颗粒与一种或多种溶剂型、水分散性的聚合物进行混合；(c)在水性介质存在下使所述混合物经受高剪切应力条件，以形成分散于水性介质中的复合微粒，该复合微粒具有包含一种或多种聚合物的第一相、任选的有机溶剂及包含纳米颗粒的第二相。在另一个实施方案中，本专利技术涉及涂料组合物，该涂料组合物包含前述含纳米颗粒的微粒的稳定水性分散体。该分散体是通过上述方法制备的。专利技术详述除了在操作实施例中或另外指出，在说明书和权利要求书中表示组分的数量、反应条件等的数值在任何情况下都应被理解为可用术语“约”进行修饰。因此，除非进行相反地指定，以下说明书及所附权利要求书中所列出的数值性参数均为近似值，可以根据本专利技术所要获得的预期性能而进行改变。并非试图限制对权利要求的范围应用等同原则，每个数值性参数至少应按照所公开的有效数字进行解释并运用普通舍入技术。尽管列出本专利技术的宽广范围的数值区域和数值性参数是近似值，但在具体实施例中列出的数值尽可能地进行了精确报导。但是，任何数值本身必然包含某些误差，这些误差是由各自测定过程中的标准偏差引起的。还应该理解的是，本文列出的任何数值范围意欲包括本文所含的所有子范围。例如，范围“1-10”是用于包括处于列出的最小值1与列出的最大值10之间(包括端值)的所有子范围，即，最小值等于或大于1，最大值等于或小于10。如上所述，在一个实施方案中，本专利技术涉及用于制备包含纳米颗粒的微粒的稳定水性分散体的方法和由该方法制备的微粒的稳定水性分散体。该方法包含以下步骤(a)提供大量平均粒径为300nm或更小的纳米颗粒；(b)任选在水性介质的存在下，使该纳米颗粒与(1)一种或多种可聚合的烯属不饱和单体；和/或(2)一种或多种可聚合的不饱和单体与一种或多种聚合物的混合物；和/或(3)一种或多种聚合物进行混合，以形成混合物；(c)在水性介质存在下使所述混合物经受高剪切应力条件，将混合物颗粒化为微粒；和(d)任选地，在自由基聚合条件下聚合烯属不饱和单体。适用于本专利技术的纳米颗粒可包括本领域公知的纳米尺寸的任意无机、有机、或无机/有机混杂材料。在一个实施方案中，颗粒的平均粒径为大于0.05微米(即，大于50纳米)，该平均粒径可以按照已知的激光散射技术来测定。例如，使用Horiba Model LA 900激光衍射粒径仪测定这种颗粒的平均粒径，其中使用波长为633nm的氦-氖激光测定颗粒尺寸并假设颗粒具有球形，即，“粒径”是指可完全包围颗粒的最小球体。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备包含纳米颗粒的微粒的稳定水性分散体的方法，该方法包括以下步骤：（ａ）提供大量平均粒径为３００ｎｍ或更小的纳米颗粒，（ｂ）使所述纳米颗粒与（１）一种或多种可聚合的烯属不饱和单体；或（２）一种或多种可聚合的不饱和单体与一种或多种聚合物的混合物；或（３）一种或多种聚合物；进行混合，以形成混合物；（ｃ）在水性介质存在下使所述混合物经受高剪切应力条件，将混合物颗粒化为微粒；和（ｄ）任选地，在自由基聚合条件下聚合所述烯属不饱和单体。

【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：DL菲勒，AD库尔芬，JB奥德怀尔，EL德克尔，BE伍德沃斯，LS拉顿，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]