磷酸鋁復(fù)合材料和組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了磷酸鋁復(fù)合材料和包含該磷酸鋁復(fù)合材料的組合物，其被制造為具有這樣的性質(zhì)，使得它們能夠用作顏料代替品和/或顏料增效劑，例如，用于代替常規(guī)顏料，比如，1102等，并且可以提供這些常規(guī)顏料不存在的另外的性質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]在涂料制劑中使用常規(guī)顏料，例如T12等是公知的。T1 2顏料是涂料工業(yè)最廣泛使用的顏料，由于其亮度和非常高的折射率(折射率為約2.61)，T12顏料用于幾乎所有的白色或淡色的涂料組合物中。雖然這種常規(guī)T12顏料對在涂料制劑中提供期望水平的亮度和高折射率是有用的，但多年來，常規(guī)T12的原材料成本增加，如果原料成本增加不能傳遞到產(chǎn)品的消費(fèi)者，則降低了可從含有常規(guī)打02的化學(xué)制劑或涂料產(chǎn)品中獲得的利潤幅度。
[0003]另外，雖然T12能夠提供期望程度的亮度，但T1 2單獨(dú)使用時(shí)卻不具有特定設(shè)計(jì)的化學(xué)或涂料制劑所能擁有的一項(xiàng)或多項(xiàng)性能。相應(yīng)地，想要除了亮度之外的性能的化學(xué)或涂料制劑通常依靠打02之外的添加劑或試劑，從而進(jìn)一步增加了配制化學(xué)組合物或涂料的成本和/或復(fù)雜性。
[0004]因此，期望以這樣方式研發(fā)復(fù)合材料:提供與常規(guī)顏料，如T12相同或相似的顏料性能特性，例如，亮度和高折射率，例如，作為主要的顏料代替品或作為顏料增效劑，而當(dāng)與常規(guī)T12相比，無論是原料和/或每單位體積固體物配制的涂料的成本，其性價(jià)比都更高。還期望該復(fù)合材料是能夠提供除了亮度之外的一個(gè)或多個(gè)性能的復(fù)合材料，以使要求這樣的另外的性能的化學(xué)或涂料制劑不必依賴于另外的添加劑或試劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在此公開的磷酸鋁復(fù)合材料包括芯層和殼體結(jié)構(gòu)，其中所述殼體由折射率比芯層的折射率更高的材料形成，以提供整體折射率比芯層的折射率大的復(fù)合材料，并且其中所述芯層與殼體相比，由材料成本降低的材料形成。在實(shí)施例中，所述芯層包括結(jié)合在一起的初級(jí)磷酸鋁微粒或粉末的聚集體，并且該聚集體在此稱為AlP顆粒。該AlP顆?？梢园o定形A1P，結(jié)晶A1P，或其組合。該AlP的平均顆粒尺寸可以小于約30微米，在約3至20微米的范圍，并優(yōu)選在約5至10微米的范圍。該AlP顆?？梢酝ㄟ^沉淀、雙重濃縮，和制備溶膠凝膠的方法制備。
[0006]在這樣的實(shí)施例中，所述殼體以顏料材料層的形式置于所述芯層的外表面上。優(yōu)選的顏料材料是Ti02。該T12的平均微粒或粉末尺寸可以小于約10微米，在約0.1至5微米的范圍，并優(yōu)選在約0.3至I微米的范圍。所述殼體的層厚度為至少約0.0001微米，并且在約0.001至2微米之間，并且優(yōu)選在約0.01至I微米的范圍。通常，殼體層厚度可以如單個(gè)微粒那么小，或可以包括在芯層表面粘結(jié)或以其它方式結(jié)合在一起的多個(gè)微粒。
[0007]所述殼體可以覆蓋AlP芯層的全部或僅一部分。在實(shí)施例中，所述殼體覆蓋至少20%的芯層總外表面，在約30%至100%的芯層總外表面的范圍，并優(yōu)選20%的芯層外表面，和優(yōu)選在約50%至75%的芯層外表面的范圍。在實(shí)施例中，1102用如下材料處理或包括如下材料:該材料與來自AlP芯層的POH側(cè)基反應(yīng)以在其間形成用于使殼體結(jié)合至芯層的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0008]如果期望，AlP復(fù)合材料可被改造成提供除了作為顏料和/或顏料增效劑之外的性質(zhì)。在實(shí)施例中，當(dāng)與水分接觸時(shí)，該AlP復(fù)合材料可以產(chǎn)生受控釋放的磷酸根陰離子以提供一定程度的防腐蝕保護(hù)。此外，該AlP復(fù)合材料可以被改造成產(chǎn)生受控釋放的一種或多種其它元素或化合物用于提供防腐蝕性質(zhì)，和/或用于提供其它性質(zhì)比如抗微生物和/或防污保護(hù)。
[0009]在此公開的AlP復(fù)合材料可以用作化學(xué)或涂料組合物(例如包括粘結(jié)聚合物)中唯一的顏料。在實(shí)施例中，AlP可以用于代替約100%常規(guī)顏料。在另一實(shí)施例中，在此公開的AlP復(fù)合材料可以與常規(guī)顏料聯(lián)合使用以抵消使用的這種其它常規(guī)顏料的數(shù)量，且因此抵消成本，并且可以占制劑中使用的總顏料的重量的至少約5%，占使用的總顏料的重量約10%至80%的范圍，和在化學(xué)或涂料制劑中使用的總顏料的重量約20%至60%的范圍。無論是原材料和/或每單位體積固體物配制的涂料的成本，在此公開的AlP復(fù)合材料呈現(xiàn)比常規(guī)顏料比如T12更節(jié)省成本的選擇。此外，除了亮度之外，這種AlP復(fù)合材料能夠被改造成引入一種或多種其它性能，以使要求這種另外的性能的化學(xué)或涂料制劑不需要依賴于另外的添加劑或試劑。
【附圖說明】
[0010]結(jié)合圖1，參考下面的詳細(xì)描述，在此公開的磷酸鋁復(fù)合材料和組合物以及制備該磷酸鋁復(fù)合材料和組合物的方法的這些或其它特征和優(yōu)勢應(yīng)該更易于理解，其中圖1為展示在此公開的磷酸鋁復(fù)合材料的例子的剖視圖的顯微照片。
【具體實(shí)施方式】
[0011]在此公開的磷酸鋁復(fù)合材料和包括該磷酸鋁復(fù)合材料的組合物通常包括由定位在中心的芯層和置于該芯層整體或部分的周圍或上面的殼體組成的雙組分結(jié)構(gòu)。在實(shí)施例中，該芯層由非T12材料，比如磷酸鋁形成，當(dāng)與整體由T12形成的芯層相比時(shí)，其具有成本優(yōu)勢。在實(shí)施例中，該殼體置于所述芯層上面，由一層或多層常規(guī)顏料材料組成，即，具有高折射率的材料，比如Ti02。因此，這種復(fù)合材料的優(yōu)勢在于其具有由T12殼體提供的期望的高折射率(接近常規(guī)實(shí)心打02的折射率)，并且通過使用比1102成本相對更低的不同的芯層材以降低的成本(當(dāng)與常規(guī)實(shí)心T12比較時(shí))提供這種期望的性質(zhì)。此外，在此公開的磷酸鋁復(fù)合材料可以被改造成提供一種或多種另外的性能。例如，取決于特定的最終的涂料或制劑應(yīng)用，磷酸鋁復(fù)合材料可以被改造成另外提供期望程度的耐腐蝕和/或提供期望程度的抗微生物保護(hù)。這是除了用作常規(guī)顏料替代品和/或顏料增效劑之外的用途。
[0012]用于形成在此公開的復(fù)合材料的芯層材為實(shí)心磷酸鋁(AlP)，該實(shí)心磷酸鋁可以以無定形形式、結(jié)晶形式，或其組合使用。該AlP可以在化學(xué)合成過程中形成期望的顆粒尺寸或可以在化學(xué)合成過程之后通過常規(guī)尺寸形成技術(shù)形成一定尺寸。在實(shí)施例中，該AlP顆粒的平均顆粒尺寸小于約30微米，在約3至20微米的范圍，并且優(yōu)選在約5至10微米的范圍。最終，最終應(yīng)用將影響芯層所使用的的AlP顆粒的具體尺寸和/或AlP顆粒的分布。一般地，大多數(shù)涂料為中、低光澤度，且比約10微米大得多的平均顏料顆粒尺寸可能最終應(yīng)用于期望低光澤度的那些場合。
[0013]相對于AlP芯層，在此使用的術(shù)語“顆?！睉?yīng)理解為是指在合成AlP的過程中結(jié)合或聚合在一起的許多較小的AlP初級(jí)微?；蚍勰┑木奂w。組合形成各AlP顆?；蚓奂w(用于形成所述芯層)的較小AlP初級(jí)微粒或粉末的確切數(shù)目可以并且會(huì)變化。因此，應(yīng)該理解復(fù)合材料的芯層組分包括由多個(gè)初級(jí)AlP微?；蚍勰┬纬傻腁lP聚集體，如上文所述。
[0014]該AlP芯層材的形狀優(yōu)選基本上不規(guī)則的，但如果特定的最終應(yīng)用要求，則其形狀可以為球形的，扁平的，或針狀的。例如，可以期望在某些應(yīng)用中使該復(fù)合材料具有高縱橫比，或像薄片等一樣為扁平的。因此，應(yīng)該理解，如特定的最終應(yīng)用所要求的，在此公開的芯層材可以改造成各種不同的形狀。
[0015]用于形成在此公開的復(fù)合材料的殼體材料的例子為折射率比芯層材的折射率(例如，AlP的折射率小于約1.55)更大的材料，從而使得到的復(fù)合材料適于用作常規(guī)顏