[发明专利]包含表面改性纳米粒子的无机颜料组合物及其制备方法

说明书

背景技术

无机颜料为人所知已有数个世纪，已用于增强油漆、涂层、陶瓷和粘土制品、模制塑料树脂等等的颜色。

发明内容

本发明描述了包含表面改性纳米粒子的无机颜料组合物以及制备此类组合物的方法。此类组合物可允许用非加色增量剂将无机颜料稀释至显著的程度，同时保持或增强颜料的着色能力。

在一个方面，本文所公开的是制备纳米粒子增强型无机颜料组合物的方法，包括：提供多个无机颜料粒子；以及将多个无机颜料粒子与多个表面改性纳米粒子混合以使得多个表面改性纳米粒子在至少一些无机颜料粒子的表面的至少一部分上形成至少单层。

在另一方面，本文所公开的是纳米粒子增强型无机颜料组合物包含：多个无机颜料粒子；以及在至少一些无机颜料粒子的表面的至少一部分上形成至少单层的多个表面改性纳米粒子。

具体实施方式

本文描述了包含表面改性纳米粒子的无机颜料组合物以及制备此类组合物的方法。如本文所用，术语无机颜料是指可以用于为含有颜料的组合物赋予显著的颜色或色调的任何无机颗粒物质。在本发明的上下文中，颜料在本文被定义为主要赋予除白色之外的颜色（例如，可以赋予黄色、橙色、红色、绿色、蓝色、紫色、黑色等颜色）的那些物质，不包括主要赋予白色的物质（例如，氧化锌、二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙等物质）。已知大量天然来源和人工合成的无机着色颜料，它们以其特定化学名和/或俗称为人所知。无机颜料的例子包括亚铁氰化铁（通常称为普鲁士蓝）、铁酸锌、氧化铬、铬黄、锌黄、镉黄、黄色氧化铁、矿物耐晒黄、钛镍黄、生褐、生赭石、铬橙、钼橙、红色氧化铁、镉红、铅丹、硫化汞、镉永固红4R、硫化镉、硒化镉、锰紫、钴蓝、锡酸钴、亚硝高钴酸钾、硅酸钙铜、乙酰亚砷酸铜、亚砷酸铜、硅酸钡铜、铬酸铅、氧化铅、铬绿、氧化铬、氧化铁黄、氧化铁红、硫化砷、硫化锌、硫化锡等等。在该上下文中，术语无机颜料包括某些含碳（例如氰基中的碳）颜料，例如亚铁氰化铁，而不包括例如那些基于偶氮化合物等等的有机颜料。本领域普通技术人员会认识到许多其他无机颜料也是合适的。此类无机颜料可以选自（例如）National Printing Ink Research Institute（国家印刷油墨研究所）公布的NPIRI Raw Material Data Handbook,Volume 4-Pigments（《国家印刷油墨研究所原材料数据手册》，第4卷—颜料）中的无机“化学类型”下列出的颜料。可以使用任何或所有这些无机颜料的组合。

本文所公开的方法和组合物可以有利地用于任何色调的任何颜料中。然而，对于相对深色的颜料（例如，蓝色、紫色等等），效果也许最显著。

如本文所用，术语“纳米粒子”表示平均原生粒度小于100纳米的粒子并且其中原生粒子不以团聚体（不能直接解聚以提供上列粒度的原生粒子）的形式存在。“平均原生粒度”是指从多个单独（非团聚）粒子的测量值得出的平均直径。可以例如通过透射电子显微镜完成纳米粒子粒度测量。就偏离大致球形的纳米粒子而言，本领域普通技术人员会认识到粒度是指（具有与实际粒子相同体积的球体的）有效粒度。在一些实施例中，纳米粒子具有小于约40纳米、约20纳米或约10纳米的平均粒度。在另外的实施例中，纳米粒子具有至少1、2或3纳米的平均原生粒径或团聚粒径。

在该上下文中，本文所定义的“纳米粒子”将有别于诸如热解法二氧化硅、火成二氧化硅、沉淀二氧化硅等材料。本领域普通技术人员已知此类二氧化硅材料由大致不可逆转地以团聚体（具有大于100nm（例如，通常至少200纳米）的平均粒度并且不可能从中直接获取单独原生粒子）形式粘合在一起的原生粒子构成。

在一些实施例中，本文所用的纳米粒子为无机纳米粒子。也就是说，虽然某些（例如交联的）有机材料如果需要的话可具有足够的使用硬度和耐用性，但在一些实施例中纳米粒子包括无机材料。示例性的无机材料（可能以纳米颗粒形式提供）包括（例如）金属磷酸盐、磺酸盐和碳酸盐（例如，碳酸钙、磷酸钙、羟基磷灰石）；氧化物，如金属氧化物（例如，氧化锆、二氧化钛、二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、氧化铁、氧化钒、氧化锌、氧化锑、氧化锡和氧化铝-二氧化硅），以及金属（例如，金、银或其他贵金属）。纳米粒子如二氧化硅纳米粒子可从商业来源获得，例如购自Nalco Co,Napervillle,IL。纳米粒子还可以使用本领域已知的技术制备。例如，氧化锆纳米粒子可以使用水热技术制备，如PCT专利申请US2008/087385中所述。