[發明專利]包含聚合物基體和核殼納米顆粒的復合材料系統、其制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201380079638.2
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN105765415B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 孟夏;謝德龍;金露;P·迪特拉帕尼;吳華;M·莫比德里
• 申請（專利權）人: 科勒克斯有限責任公司
• 主分類號: G02B5/02
• 分類號: G02B5/02;B01J13/02
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 段淑華;劉曾劍

聚合物基體/納米顆粒復合材料（PMNC），包括核殼納米顆粒，其中所述核是由不同于所述聚合物基體的材料制成，所述殼的至少一部分由用于所述聚合物基體的相同的單體或聚合物制成，或者由與所述基體相容的單體或聚合物制成。所述納米顆粒的核的折射率與所述基體的聚合物的折射率不同，至少所述基體是由不吸收光的透明材料制成。

發明背景

本發明涉及包含聚合物基體和納米顆粒的復合材料系統、用于制備所述系統的方法以及所述系統的應用。具體來說，本發明的復合材料系統包括：包含聚合物和/或無機納米顆粒的均勻和隨機分散的聚合物基體，納米顆粒為核殼型納米顆粒，并具有聚合物和/或無機的核，至少一個殼優選為聚合物。

現有技術的描述

納米顆粒或膠體粒子(為簡單起見，所有這些在此都稱為納米顆粒)可以被用作聚合物基體當中的填充劑、一般功能性填料，以產生具有特定性能的聚合物基體/納米顆粒復合材料(PMNCs)。

PMNCs的應用實例例如為：

WO 2009/156348和WO 2009/156347公開了由包括無機納米顆粒的分散體的透明聚合物基體而得到的光漫射器；對于聚合物基體和分散的納米顆粒有著非常嚴格的要求。

美國專利US7033524涉及由退火的核殼納米顆粒而獲得的復合材料，核殼納米顆粒可為空的以加入其它的材料；特別地，聚吡咯顆粒設置有殼并退火以提供導電膜。

所述PMNCs在各個領域都具有應用潛力，例如光學、光電子學、磁光學、機械強化等。對于大多數這些應用，主要的和關鍵的要求是所述納米顆粒必須在聚合物基體內均勻和隨機地分布。文獻中已經表明，無論是在大規模商業生產還是在實驗室規模的實驗中，這都是非常難以實現的，因為納米顆粒在融入聚合物基體的過程中總是容易產生聚集。

發明內容

本發明的一個目的是解決上述問題，并提供用于制備納米復合材料系統的方法，其中聚合物基體當中具有均勻分布的納米顆粒。

這里的措辭“均勻分布”是指納米顆粒在聚合物基體內均勻地分散，也就是說，平均密度在整個系統當中幾乎是恒定的，其中所述平均密度在大于0.1mm³的體積中進行測量，即1mm³的體積。

本發明的另一個目的是獲得納米顆粒的隨機分布；這里的措辭“隨機分布”是指不存在納米顆粒的聚集，或者說納米顆粒的最小聚集，其中，聚集是指所形成的堆疊的(packed)納米顆粒簇遠小于上述0.1mm³，例如數百、數十或者甚至僅幾個納米顆粒的簇的情況。

聚集是一個重要的問題，特別是對于PMNCs中的納米顆粒的光學應用。事實上，由于幾個納米顆粒的接觸而產生的光學干涉效應會顯著地改變最終復合材料的散射特性，這與觀察者視覺辨析簇的尺寸的能力無關，簇表現為一個新的粒子，其尺寸比初始的納米顆粒尺寸大很多。尤其是，即便在僅有極少數簇的情況下，所述改變也會是很顯著地相關，這是因為散射的效力會隨著簇尺寸的增加而極速增強(例如，它在瑞利區域中以該尺寸的6次方增加)。

因此本發明的目的之一是避免簇(其中多個納米顆粒彼此接觸)的形成。更準確的來說，該范圍是要保證任何兩個相鄰納米顆粒的表面之間存在最小距離，該距離至少為納米顆粒大小的0.2倍，優選為0.5倍，最優選為0.7倍。在納米顆粒具有核和殼結構的情況下，納米顆粒的大小測量為核的大小(即尺寸)。根據本發明，在所要求保護的系統中的納米顆粒之間的間隔距離至少為10nm，優選為30nm，更優選為50nm。這一結果無法通過現有技術的方法和系統的手段來實現。