[发明专利]用聚(氧化烯烃)膦酸或聚(氧化烯烃)膦酸酯稳定的矿物颗粒分散体

说明书

本发明涉及用聚(氧化烯烃)膦酸或聚(氧化烯烃)膦酸酯稳定的矿物颗粒分散体、它们的制备方法以及其用途。

重要的新兴纳米材料在涉及其优异性能特征的全新应用中不仅要利用矿物颗粒(更具体为纳米颗粒)的化学组成，而且要利用其尺寸、形状以及表面依赖性。这些尺寸比可见光的波长还小的纳米颗粒具有涵盖从透明的紫外线吸收涂层、防擦划或防污表面、超硬纳米复合材料、光子材料和超精密抛光辅助物到燃料电池、高效催化剂和汽车轮胎的广泛应用。在上述整个用途范围内，需要使矿物颗粒(更具体为纳米颗粒)在多种配制和处理条件下都可得到。

迄今为止，纳米颗粒分散体(特别是水性和/或溶剂型金属氧化物纳米颗粒溶胶)由于在分散条件下针对扰动具有固有的不稳定性而使其商业可行性受到严重限制。对水性体系而言，配制物中的常规添加剂(如盐类或表面活性剂)或者pH的变化都可能造成纳米颗粒悬浮液产生聚集和宏观沉淀。对非水性体系而言，溶剂条件的变化或其它添加剂分子可能导致分散体的不稳定化。为了将固有特性转化为不同的用途，迫切需要用于稳定水性介质和/或溶剂介质中的矿物纳米颗粒分散体的技术。

一般来说，金属氧化物纳米颗粒(由合成得到)的水性分散体在较窄的pH范围内是稳定的。现有技术通过使用多种多官能的带电分子或中性分子涂敷纳米颗粒而对其表面进行改性，由此来达到稳定化作用，其中所述多种多功能的带电分子或中性分子分别提供静电表面势垒或空间表面势垒，从而防止发生聚集。现有的一些表面处理方法可以将pH稳定性的范围扩大到一定程度，但是其它分子在某些条件下可能解吸附或被置换。

本发明的目的是要提供这样一种适用范围广泛的有效技术手段，该技术手段利用强络合剂来达到成本有效的稳定化作用，同时还在宽的pH范围内提供宽泛的稳定性，其中所述强络合剂可以用于水性分散体中的一系列不同的矿物颗粒，更具体为纳米颗粒。

本发明的另一目的是要提供还可用于溶剂型分散体的上述技术手段。

本发明的另一目的是要提供包含铈的胶体分散体的水性涂料组合物，该水性涂料组合物是稳定的，并且在贮存时暴露于光线和/或紫外线后不会变色。上述作为目的而涉及的稳定性是指颜色没有可见的变化，并且经过一段时间后用眼睛看不到沉淀。

这些目的以及下文将要公开的其它目的通过用于得到水性和/或溶剂型的稳定矿物颗粒分散体的方法而达到，该方法包括这样的步骤：向所述的矿物颗粒中加入有效稳定量的、膦酸或膦酸酯封端的聚(氧化烯烃)聚合物。所述聚合物具有主要的用于使得在宽泛的pH条件、离子强度条件和溶剂条件的范围内产生水性和/或溶剂型的稳定矿物颗粒分散体的络合功能。

更具体地说，本发明还涉及液体组合物，该液体组合物包含下列物质的混合物：

(1)液体介质，其包含水和/或溶剂；

(2)矿物颗粒的胶体分散体；和

(3)由下式所示的一般结构表示的膦酸或膦酸酯封端的聚(氧化烯烃)聚合物(I)；

其中，R₁和R₂独立地为H、C₁-C₂₀烷基、C₃-C₂₀环烷基或C₆-C₂₀芳烷基；R₃为取代或未取代的C₂-C₂₀烷基、C₄-C₂₀环烷基或C₈-C₂₀芳烷基；R₄和R₅独立地为H或C₁-C₂烷基；R₆为H、C₁-C₂₀烷基、C₃-C₂₀环烷基或C₆-C₂₀芳烷基；m和n独立地为0-200；并且以m和n作为下标进行标注的两部分沿着位于OR₃基团和R₆基团之间的链为嵌段的和/或无规间隔的。

本发明中所用的膦酸或膦酸酯封端的聚(氧化烯烃)聚合物及其制备方法已在2004年4月4日提交的美国临时专利申请No.60/560,190中有所描述，其内容以引用的方式并入本文。

在特定的实施方案中，聚合物(II)的结构如下式所示：