[發明專利]官能化的氧化鋯納米粒子及由其制備的高折射率膜

有效

• 申請號: 201080054586.X
• 申請日: 2010-11-19
• 公開（公告）號: CN102639432A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 蓋伊·D·喬利;內森·E·舒爾茨;郝恩才
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82B1/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 張爽;郭國清

技術領域

本發明涉及表面修飾的氧化鋯納米粒子、用于制備和使用該氧化鋯納米粒子的方法以及由其制備的高折射率膜。

背景技術

氧化鋯納米粒子具有高折射率并且可用于有機基體以改變基體的光學性質。例如，氧化鋯納米粒子已被用于增加有機基體的折射率或用于增加有機基體的x射線不透明度，同時保持光透射性。有機基體的x射線不透明度和/或折射率可增加的程度取決于有機基體中氧化鋯的加載百分比以及氧化鋯粒子的特性，如結晶率、晶體結構、原生粒度以及原生粒子之間的締合度。

氧化鋯納米粒子的表面修飾可用于防止或減少粒子團聚和用于增強納米粒子在有機基體內的相容性。因此，已經用多種表面修飾劑（例如羧酸和/或硅烷）對氧化鋯納米粒子進行了處理。這些傳統的表面修飾劑有它們的缺點。例如，含有丙烯酸衍生的殘基的有機基體將以丙烯酸衍生的基團置換氧化鋯結合的羧酸基團。硅烷官能化的氧化鋯納米粒子在熱力學上是不利的，用實驗方法難以制備。

發明內容

對可強力地附接至氧化鋯納米粒子并且不具有傳統表面修飾劑的缺點的表面修飾劑存在需要。對可與多種有機基體相容的表面修飾的氧化鋯納米粒子也存在需要。此外還需要包括分散在有機基體中的表面修飾的氧化鋯納米粒子、具有增強的光學性能如高的折射率或x射線不透明度的復合材料。

在一個方面，提供了包括氧化鋯納米粒子和至少一個包含至少一個N-羥基脲官能團的非金屬有機衍生物的表面修飾的納米粒子，其中所述非金屬有機衍生物中的至少一些附接至所述氧化鋯納米粒子中的至少一些。

在另一個方面，提供了制備表面修飾的納米粒子的方法，該方法包括將乙酸官能化的氧化鋯納米粒子的水溶膠與至少一個包含至少一個羥基脲官能團的非金屬有機衍生物或其溶液合并以形成混合物，并移除水和從該混合物置換出的乙酸以形成表面修飾的納米粒子。

在又一個方面，提供了包含有機基體和附接至該有機基體的至少一部分的表面修飾的氧化鋯納米粒子的組合物，其中該表面修飾的納米粒子包含至少一種包含至少一個N-羥基脲官能團的非金屬有機衍生物。

最后，在另一個方面，提供了配體，所述配體包括

在本公開中：

“高折射率”指折射率實部高于約1.47的材料。

“N-羥基脲官能團”指至少一個N-羥基脲基團并且可以指質子化的N-羥基脲或去質子化的N-羥基脲；

“(甲基)丙烯酸系”指甲基丙烯酸和/或丙烯酸二者的衍生物。

“非金屬”指不含有任何金屬元素或諸如硅之類的準金屬元素的化合物；

“含有N-羥基脲官能團的非金屬有機衍生物”指N-羥基脲的衍生物，在該衍生物的主鏈內不含有任何金屬或不含任何附接至該衍生物的主鏈的金屬但可包括N-羥基脲的金屬鹽。

“氧化鋯”指鋯氧化物的多種化學計量關系，最通常為ZrO₂，也可稱為鋯氧化物或二氧化鋯。氧化鋯可含有最多30重量%(wt%)的其他化學部分如Y₂O₃和有機材料。

所提供的表面修飾的氧化鋯納米粒子、方法和由其制備的組合物可提供高折射率透明膜。這些膜具有大于約1.6或甚至更高的折射率。

上述發明內容并非旨在描述本發明的每種實施方式的每一個公開的實施例。接下來的附圖說明以及具體實施方式對示例性的實施例作出了更具體的說明。

附圖說明

圖1為所提供的組合物的實施例的示意圖。

圖2為所提供的組合物的另一個實施例的示意圖。

具體實施方式

下面的描述參照作為本說明書一部分的附圖，附圖中以圖示方式示出了若干具體實施例。應當理解，在不偏離本發明的范圍或精神的前提下可以考慮其他實施例并進行實施。因此，以下的具體實施方式不應被理解成具有限制性意義。

除非另外指明，在所有情況下，說明書和權利要求書中用來表述特征尺寸、量和物理特性的所有數字均應理解為由術語“約”來修飾。因此，除非另外指明，上述說明書和所附權利要求書中給出的數值參數均為近似值，利用本發明公開內容的教導，本領域技術人員根據所需獲得的特性，這些近似值可有所不同。使用端值表示的數值范圍包括該范圍內的所有數字（如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5）以及該范圍內的任何范圍。