納米二氧化硅/粘土組合物和涂覆制品及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)廣義地涉及包括粘土材料的二氧化硅納米顆粒組合物，并且更具體地涉及 包括具有二氧化硅納米顆粒的無(wú)定形二氧化硅網(wǎng)絡(luò)和分散在該無(wú)定形二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中的 粘土顆粒的組合物，并且涉及具有最外層的制品，該最外層包括具有二氧化硅納米顆粒的 無(wú)定形二氧化娃網(wǎng)絡(luò)和分散在該無(wú)定形二氧化娃網(wǎng)絡(luò)中的粘土顆粒。
【背景技術(shù)】
[0002] 靜電電荷耗散在許多研究領(lǐng)域中是重要的，在這些研究領(lǐng)域中，期望阻止導(dǎo)致對(duì) 電子部件造成損壞的電涌/電火花，或揮發(fā)性易燃蒸汽的意外點(diǎn)燃。示例包括電子設(shè)備（例 如，等離子體顯示屏）制造、電子部件封裝、研磨帶和聚合物膜幅材處理。
[0003] 為解決這些問(wèn)題，常常使用抗靜電劑。抗靜電劑是用于處理材料或其表面以便減 少或消除通常由摩擦帶電效應(yīng)引起的靜電積聚的化合物。其作用在于通過(guò)自身導(dǎo)電或通過(guò) 從空氣吸收濕氣來(lái)使得表面或材料自身為輕微導(dǎo)電的，因此可使用一些濕潤(rùn)劑?？轨o電劑 的分子通常同時(shí)具有親水性區(qū)域和疏水性區(qū)域，類(lèi)似于表面活性劑的那些；疏水性側(cè)與材 料的表面相互作用，而親水性側(cè)與空氣濕氣相互作用并結(jié)合水分子。
[0004] 仍存在對(duì)能夠減少靜電荷積聚和/或耗散的另外的材料的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本公開(kāi)包括可在制品上產(chǎn)生外層涂層的組合物和方法，其中外層涂層包括無(wú)定形 二氧化硅網(wǎng)絡(luò)和分散在無(wú)定形二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中的粘土顆粒。有利地，根據(jù)本公開(kāi)的抗靜電 外層相對(duì)于不添加粘土材料制成的對(duì)應(yīng)涂層表現(xiàn)出改善的抗靜電特性。
[0006] 在第一方面中，本公開(kāi)提供一種涂料組合物，該涂料組合物包括水性介質(zhì)和分散 在該水性介質(zhì)中的二氧化娃納米顆粒和粘土顆粒。涂料組合物可具有小于或等于4的pH。 二氧化硅納米顆粒在最長(zhǎng)方向上可具有最多至lOOnm的平均粒度，并且粘土顆粒在最長(zhǎng)尺 寸上可具有約20nm至lOOOnm的范圍內(nèi)的平均粒度。粘土顆粒與二氧化娃納米顆粒的重量 比可在0. 01至0. 25的范圍內(nèi)。
[0007] 在第二方面，本公開(kāi)提供一種向基底提供涂層的方法，該方法包括提供涂料組合 物，該涂料組合物包括水性介質(zhì)和分散在該水性介質(zhì)中的二氧化硅納米顆粒和粘土顆粒。 涂料組合物可具有小于或等于4的pH。二氧化硅納米顆粒在最長(zhǎng)方向上可具有最多至 100nm的平均粒度，并且粘土顆粒在最長(zhǎng)尺寸上可具有約20nm至lOOOnm的范圍內(nèi)的平均粒 度。粘土顆粒與二氧化硅納米顆粒的重量比可在0. 01至0. 25的范圍內(nèi)。該方法還包括將 涂料組合物與基底的表面接觸，以及至少部分地干燥涂料組合物以在基底的表面上形成最 外層。最外層包括具有二氧化硅納米顆粒的無(wú)定形二氧化硅網(wǎng)絡(luò)和分散在該無(wú)定形二氧化 硅網(wǎng)絡(luò)中的粘土顆粒。
[0008] 在第三方面中，本公開(kāi)提供一種制品，該制品包括涂覆有根據(jù)一種方法提供的最 外層的基底，該方法包括提供涂料組合物，該涂料組合物包括水性介質(zhì)和分散在該水性介 質(zhì)中的二氧化娃納米顆粒和粘土顆粒。涂料組合物可具有小于或等于4的pH。二氧化娃納 米顆粒在最長(zhǎng)方向上可具有最多至lOOnm的平均粒度，并且粘土顆粒在最長(zhǎng)尺寸上可具有 約20nm至lOOOnm的范圍內(nèi)的平均粒度。粘土顆粒與二氧化硅納米顆粒的重量比可在0. 01 至0. 25的范圍內(nèi)。該方法還包括將涂料組合物與基底的表面接觸，以及至少部分干燥涂料 組合物以在基底的表面上形成最外層。制品的最外層包括具有二氧化硅納米顆粒的無(wú)定形 二氧化硅網(wǎng)絡(luò)和分散在該無(wú)定形二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中的粘土顆粒。
[0009] 有利地，根據(jù)本公開(kāi)的抗靜電外層通常為透明的、耐用的，并且意料不到地表現(xiàn)出 良好的抗靜電特性。
[0010] 如本文所用：
[0011] 術(shù)語(yǔ)"抗靜電制品"是指一種制品，其中該制品的表面的至少一部分具有電荷耗散 特性；
[0012] 術(shù)語(yǔ)"二氧化硅納米顆粒的分散體"是指其中單個(gè)二氧化硅納米顆粒分散的分散 體，而不是指具有團(tuán)聚成鏈的燒結(jié)的初級(jí)二氧化硅顆粒的熱解法二氧化硅的分散體；
[0013] 術(shù)語(yǔ)"基本上不含"是指包含少于1重量％，通常少于0. 1重量％，并且更通常少 于0.01重量％ ;
[0014] 術(shù)語(yǔ)"基本上不含非揮發(fā)性有機(jī)化合物"是指包含少于1重量％的在1個(gè)大氣壓 (100kPa)下具有高于150°C的沸點(diǎn)的有機(jī)化合物；
[0015] 術(shù)語(yǔ)"納米顆粒"是指具有1至200納米的粒度的顆粒；
[0016] 本文使用的術(shù)語(yǔ)"非球形的"是指除球形形狀之外所有的3維形狀，包括但不限 于具有針狀細(xì)長(zhǎng)形狀、刺狀細(xì)長(zhǎng)形狀、棒狀細(xì)長(zhǎng)形狀、鏈狀細(xì)長(zhǎng)形狀、絲狀細(xì)長(zhǎng)形狀等的顆 粒；
[0017] 術(shù)語(yǔ)"有機(jī)化合物"是指包含至少一個(gè)碳_碳鍵和/或碳-氫鍵的任何化合物；
[0018] 術(shù)語(yǔ)"粒度"是指顆粒的最長(zhǎng)尺寸，對(duì)于球形顆粒而言為直徑；
[0019] 關(guān)于二氧化硅納米顆粒和二氧化硅溶膠所使用的術(shù)語(yǔ)"二氧化硅"是指由分子式 Si02 ? (H20)n表示的化合物，其中n為大于或等于零的數(shù)；
[0020] 本文使用的術(shù)語(yǔ)"球形"是指所有的點(diǎn)與固定點(diǎn)等距的三維形狀；以及
[0021] 術(shù)語(yǔ)"基本上透光性的"是指至少80 %的在400納米至800納米的范圍內(nèi)的光穿過(guò) 具有在0. 01微米至100微米的范圍內(nèi)的厚度的本公開(kāi)的涂層（或制品）。例如，至少85%、 至少90 %、至少95 %或甚至至少98 %的在該波長(zhǎng)光中的光被透射通過(guò)涂層（或制品）。
[0022] 本公開(kāi)的上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非意圖描述本發(fā)明的每一個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的一個(gè)和多 個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)還在下文的描述中示出。本發(fā)明的其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利 要求中將顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為根據(jù)本公開(kāi)的不例性制品100的不意性側(cè)視圖。
[0024] 應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出大量其他修改和實(shí)施例，這些修改和實(shí) 施例落入本發(fā)明原理的范圍和實(shí)質(zhì)內(nèi)。附圖未必按按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本申請(qǐng)中，詞語(yǔ)"包含"、"具有"和"包括"在法律上是具有等同含義的開(kāi)放型術(shù)語(yǔ)。 因此，除了列舉的元件、功能、步驟或限制之外，還可存在其他未列舉的元件、功能、步驟或 限制。
[0026] -些粘土涂層能夠例如用作抗靜電涂層，盡管對(duì)于在不添加某種粘結(jié)劑或保護(hù)層 的情況下耐久性成為關(guān)鍵的涂層應(yīng)用而言，這些粘土涂層可能不是充分耐用的。相比之下， 二氧化硅涂層能夠在涂層的耐久性較為重要的涂層應(yīng)用中使用。令人驚奇地，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)向 納米二氧化硅添加少量的粘土可提供具有與良好耐久性特性結(jié)合的良好抗靜電特性的涂 層。
[0027] 本公開(kāi)的納米二氧化硅/粘土涂料組合物具有分散在水性液體介質(zhì)中的二氧化 硅納米顆粒，該水性液體介質(zhì)具有小于或等于4、小于或等于3、小于或等于2、小于或等于 1、或甚至小于或等于〇. 5的pH;以及分散在水性液體介質(zhì)中的粘土顆粒。
[0028] 二氧化娃納米顆粒在最長(zhǎng)尺寸上具有2nm至200nm的范圍內(nèi)，或更優(yōu)選地在2nm 至100nm的范圍內(nèi)的平均粒度。當(dāng)然，也可包括具有大于200nm的粒度（例如，粒度最高至 2微米）的二氧化硅顆粒，但是通常是微量的。二氧化硅納米顆粒可為多分散的或單分散 的。當(dāng)為多分散的時(shí)，納米二氧化硅可具有最多至l〇〇nm的平均粒度。當(dāng)為單分散的時(shí)，納 米二氧化硅優(yōu)選具有45nm或更小，或更優(yōu)選地25nm或更小的平均粒度。平均初級(jí)粒度可 例如使用透射電子顯微鏡來(lái)測(cè)定。
[0029] 包括在涂料組合物中的納米顆粒（例如，二氧化硅納米顆粒）可為球形或具有任 何所期望的縱橫比的非球形?？v橫比是指納米顆粒的平均最長(zhǎng)尺寸與其平均最短尺寸的比 率。非球形納米顆粒的縱橫比通常為至少2:1、至少3:1、至少5:1或至少10:1。非球形納 米顆?？衫缇哂邪?、橢圓和/或針的形狀。納米顆粒的形狀可以是規(guī)則或不規(guī)則的。涂 料的孔隙率通?？赏ㄟ^(guò)改變涂料組合物中規(guī)則和不規(guī)則形狀的納米顆粒的量和/或通過(guò) 改變涂料組合物中球形和非球形納米顆粒的量來(lái)變化。
[0030] 在實(shí)現(xiàn)以上所述的平均二氧化硅納米粒度限制的前提條件下，可使用針狀二氧化 娃納米顆粒。
[0031] 在一些實(shí)施例中，二氧化硅納米顆粒具有大于150平方米/克（m2/g)、大于200m2/ g、或甚至大于400m2/g的表面積。
[0032] 在一些實(shí)施例中，涂料組合物中二氧化硅納米顆粒的總重量為至少0. 1重量％， 通常至少1重量％，并且更通常至少2重量％。在一些實(shí)施例中，組合物中的二氧化硅納米 顆粒的總重量不大于50重量％或不大于40重量％、更理想地不大于10重量％并且甚至更 理想地不大于7重量％。
[0033] 在本公開(kāi)的涂料組合物中的二氧化硅納米顆粒例如可由"初始二氧化硅溶膠組合 物"得到。二氧化硅溶膠，其為二氧化硅納米顆粒在水性液體介質(zhì)中的穩(wěn)定分散體，在本領(lǐng) 域中是已知的并且可商購(gòu)的。通常，初始二氧化硅溶膠組合物不包含，或基本上不含熱解法 二氧化