[发明专利]官能化的氧化锆纳米粒子及由其制备的高折射率膜

说明书

技术领域

本发明涉及表面修饰的氧化锆纳米粒子、用于制备和使用该氧化锆纳米粒子的方法以及由其制备的高折射率膜。

背景技术

氧化锆纳米粒子具有高折射率并且可用于有机基体以改变基体的光学性质。例如，氧化锆纳米粒子已被用于增加有机基体的折射率或用于增加有机基体的x射线不透明度，同时保持光透射性。有机基体的x射线不透明度和/或折射率可增加的程度取决于有机基体中氧化锆的加载百分比以及氧化锆粒子的特性，如结晶率、晶体结构、原生粒度以及原生粒子之间的缔合度。

氧化锆纳米粒子的表面修饰可用于防止或减少粒子团聚和用于增强纳米粒子在有机基体内的相容性。因此，已经用多种表面修饰剂（例如羧酸和/或硅烷）对氧化锆纳米粒子进行了处理。这些传统的表面修饰剂有它们的缺点。例如，含有丙烯酸衍生的残基的有机基体将以丙烯酸衍生的基团置换氧化锆结合的羧酸基团。硅烷官能化的氧化锆纳米粒子在热力学上是不利的，用实验方法难以制备。

发明内容

对可强力地附接至氧化锆纳米粒子并且不具有传统表面修饰剂的缺点的表面修饰剂存在需要。对可与多种有机基体相容的表面修饰的氧化锆纳米粒子也存在需要。此外还需要包括分散在有机基体中的表面修饰的氧化锆纳米粒子、具有增强的光学性能如高的折射率或x射线不透明度的复合材料。

在一个方面，提供了包括氧化锆纳米粒子和至少一个包含至少一个N-羟基脲官能团的非金属有机衍生物的表面修饰的纳米粒子，其中所述非金属有机衍生物中的至少一些附接至所述氧化锆纳米粒子中的至少一些。

在另一个方面，提供了制备表面修饰的纳米粒子的方法，该方法包括将乙酸官能化的氧化锆纳米粒子的水溶胶与至少一个包含至少一个羟基脲官能团的非金属有机衍生物或其溶液合并以形成混合物，并移除水和从该混合物置换出的乙酸以形成表面修饰的纳米粒子。

在又一个方面，提供了包含有机基体和附接至该有机基体的至少一部分的表面修饰的氧化锆纳米粒子的组合物，其中该表面修饰的纳米粒子包含至少一种包含至少一个N-羟基脲官能团的非金属有机衍生物。

最后，在另一个方面，提供了配体，所述配体包括

在本公开中：

“高折射率”指折射率实部高于约1.47的材料。

“N-羟基脲官能团”指至少一个N-羟基脲基团并且可以指质子化的N-羟基脲或去质子化的N-羟基脲；

“(甲基)丙烯酸系”指甲基丙烯酸和/或丙烯酸二者的衍生物。

“非金属”指不含有任何金属元素或诸如硅之类的准金属元素的化合物；

“含有N-羟基脲官能团的非金属有机衍生物”指N-羟基脲的衍生物，在该衍生物的主链内不含有任何金属或不含任何附接至该衍生物的主链的金属但可包括N-羟基脲的金属盐。

“氧化锆”指锆氧化物的多种化学计量关系，最通常为ZrO₂，也可称为锆氧化物或二氧化锆。氧化锆可含有最多30重量%(wt%)的其他化学部分如Y₂O₃和有机材料。

所提供的表面修饰的氧化锆纳米粒子、方法和由其制备的组合物可提供高折射率透明膜。这些膜具有大于约1.6或甚至更高的折射率。

上述发明内容并非旨在描述本发明的每种实施方式的每一个公开的实施例。接下来的附图说明以及具体实施方式对示例性的实施例作出了更具体的说明。

附图说明

图1为所提供的组合物的实施例的示意图。

图2为所提供的组合物的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面的描述参照作为本说明书一部分的附图，附图中以图示方式示出了若干具体实施例。应当理解，在不偏离本发明的范围或精神的前提下可以考虑其他实施例并进行实施。因此，以下的具体实施方式不应被理解成具有限制性意义。

除非另外指明，在所有情况下，说明书和权利要求书中用来表述特征尺寸、量和物理特性的所有数字均应理解为由术语“约”来修饰。因此，除非另外指明，上述说明书和所附权利要求书中给出的数值参数均为近似值，利用本发明公开内容的教导，本领域技术人员根据所需获得的特性，这些近似值可有所不同。使用端值表示的数值范围包括该范围内的所有数字（如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5）以及该范围内的任何范围。