[發(fā)明專利]含有經(jīng)表面改性的納米顆粒的聚合物納米復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680009562.6
• 申請日: 2006-03-14
• 公開（公告）號: CN101146870A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊戈爾·Y·德尼修克;托德·R·威廉姆斯
• 申請（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號: C09C1/04
• 分類號: C09C1/04;C09C3/08;C08K9/04;C01G9/08
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 丁業(yè)平;張?zhí)焓?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開涉及納米復(fù)合材料，具體而言，本發(fā)明公開涉及包含多個經(jīng)表面改性的納米顆粒的聚合物納米復(fù)合材料。本發(fā)明還公開了該納米復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

納米復(fù)合材料是至少兩種不同成分的混合物，其中所述成分中的至少一種具有在納米范圍內(nèi)的一個或多個維度。由于(例如)納米復(fù)合材料表現(xiàn)出可歸屬于其各成分的性質(zhì)，從而使得納米復(fù)合材料可用于許多應(yīng)用中。一種納米復(fù)合材料包含分布在有機基質(zhì)(如，聚合物)中的納米顆粒。這種納米復(fù)合材料可用于光學應(yīng)用中，其中所述的納米顆粒用于增大聚合物的折射率。該納米顆粒必須以最小的聚集程度均勻分布在聚合物中，這樣使得納米復(fù)合材料具有最小的霧度(因光散射造成)。

人們需要可以容易地制備并且適用于光學應(yīng)用中的納米復(fù)合材料。

發(fā)明概述

本發(fā)明公開涉及包含多個納米顆粒和有機基質(zhì)的納米復(fù)合材料，其中每個所述的納米顆粒都包含至少一個金屬硫化物納米晶體，該金屬硫化物納米晶體具有經(jīng)羧酸改性的表面，其中所述的羧酸具有至少一個芳基。

本發(fā)明公開還涉及所述納米復(fù)合材料的制備方法，該制備方法包括：??(a)提供多個納米顆粒，每個所述的納米顆粒都包含至少一個金屬硫化物納米晶體，該金屬硫化物納米晶體具有經(jīng)羧酸改性的表面，其中所述的羧酸具有至少一個芳基；(b)提供包含輻射固化型單體、輻射固化型低聚物或它們的混合物的有機基質(zhì)；并且(c)將所述的多個納米顆粒與所述的有機基質(zhì)混合，從而使所述的多個納米顆粒溶解。

本發(fā)明公開還涉及所述納米復(fù)合材料的制備方法，該制備方法包括：(a)提供多個納米顆粒，每個所述的納米顆粒都包含至少一個金屬硫化物納米晶體，該金屬硫化物納米晶體具有經(jīng)羧酸改性的表面，其中所述的羧酸具有至少一個芳基；(b)提供包含熱塑性聚合物的有機基質(zhì)；并且(c)將所述的多個納米顆粒與所述的有機基質(zhì)混合，從而使所述的多個納米顆粒溶解。

本文公開的納米復(fù)合材料可用于諸如光學應(yīng)用之類的多種應(yīng)用中。

發(fā)明詳述

本發(fā)明公開涉及含有多個納米顆粒的納米復(fù)合材料，每個所述的納米顆粒都包含至少一個金屬硫化物納米晶體，該金屬硫化物納米晶體具有經(jīng)羧酸改性的表面，其中所述的羧酸具有至少一個芳基。有用的納米顆粒在Williams等人的專利申請No._____(案卷60352)(與本發(fā)明同日提交，標題為“Surface?Modified?Nanoparticle?andMethods?of?Preparing?Same”)中有所披露。所述的納米顆粒可通過以下方法制備：

(a)提供含有第一有機溶劑的第一溶液，其中所述的第一有機溶劑包含溶解于其中的非堿金屬鹽和羧酸，其中所述的羧酸具有至少一個芳基；

(b)提供硫化物材料；并且

(c)將所述的第一溶液與所述的硫化物材料混合以便形成反應(yīng)溶液，由此，形成包含至少一個金屬硫化物納米晶體的納米顆粒，其中所述的金屬硫化物納米晶體具有經(jīng)羧酸改性的表面，其中所述羧酸具有至少一個芳基。

該方法還可以包括以下步驟：

(d)通過向所述的反應(yīng)溶液中加入第三溶劑使得所述的納米顆粒沉淀，其中所述的第三溶劑與所述的第一有機溶劑是可混溶的，但是所述的第三溶劑是所述的納米顆粒的劣溶劑；

(e)分離所述的納米顆粒；

(f)可任選的是，使用所述的第三溶劑洗滌所述的納米顆粒；并且

(g)將所述的納米顆粒干燥成粉末。

第一有機溶劑可以是任何能夠溶解非堿金屬鹽、和具有至少一個芳基的羧酸的有機溶劑，并且第一有機溶劑還必須與硫化物材料是相容的，以便制成在其內(nèi)形成納米顆粒的反應(yīng)溶液。在一個實施方案中，第一有機溶劑是偶極非質(zhì)子有機溶劑，例如，二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、吡啶、四氫呋喃、1，4-二氧六環(huán)、N-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯或它們的混合物。

非堿金屬鹽會提供金屬離子，其中，該金屬離子可化學計量地與硫化物材料結(jié)合，從而形成金屬硫化物納米晶體。對非堿金屬鹽的具體選擇可取決于上述方法中使用的溶劑和/或具有至少一個芳基的羧酸。例如，在一個實施方案中，非堿金屬鹽是過渡金屬鹽、IIA族金屬鹽或它們的混合物，這是因為當使用水作為第三溶劑時，容易分離這些金屬的金屬硫化物納米晶體。過渡金屬和IIA族金屬的例子為Ba、Ti、Mn、Zn、Cd、Zr、Hg和Pb。