[发明专利]用于制备氧化锆胶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备氧化锆颗粒的胶体悬浮液的方法。本发明也涉及能够由该方法获得的胶体悬浮液，以及涉及光学制品，例如眼镜片，含有透明聚合物基质和至少一层由含有所述胶体悬浮液的组合物制成的涂层。

背景技术

已知在目镜领域中在耐擦伤和/或耐磨涂层(也称为“硬涂层”)中使用无机胶体，以改善有机玻璃的表面性质和/或改变其折射率。这种胶体也用于抗反射涂层以及用于耐冲击底漆。

氧化锆或二氧化锆是这些已知胶体的一种，因为它提供许多有利的机械和物理性质，包括高断裂韧性、机械强度和硬度、低导热性、可见和红外光谱区的高折射率和透明度。然而，也许难以以简单和可重复的方式制备为纳米颗粒的稳定均匀分散体(平均粒径小于20nm)形式和具有高固体含量(约20wt.%)的高结晶度氧化锆的胶体悬浮液，以及也难以在溶胶制备期间和在合并入聚合物基质例如环氧硅烷基质期间避免它们的聚集。然而，这种均匀分散体是形成含有氧化锆的透明复合膜所需要的，其直接影响光学涂层的混浊度和透明度。该稳定的均匀分散体可以由悬浮液的ζ电势以及粘度表示，其ζ电势的绝对值应该为至少30mV，且其在25℃时的粘度应该小于10cPs(应不发生胶凝作用)。透明度由低粒径和均匀且窄的粒径分布确保。高折射率与胶体氧化锆的高结晶度有关。

已经建议若干制备胶体氧化锆的方法。

用于制备酸性氧化锆胶体的一种已知方法是直接加热酸性锆源例如氯氧化锆或硝酸锆的水溶液，如EP0229657和US2984928所公开。由于强酸性体系，这种方法导致氧化锆胶体具有低结晶度并导致前体的不完全反应，即使经过几天长时间的加热处理。该产品的低结晶度将影响氧化锆胶体的折射率，并直接影响它们在光学涂层中的应用。

CN101613123和HUANG Y.等人，无机盐工业,37(7),15-17(2005)中描述的另一种方法在于使锆源例如氯氧化锆和碱性沉淀剂例如氨水反应，以获得氢氧化锆沉淀，然后该沉淀在矿化剂例如NH4Cl、氢氧化物或碳酸盐存在下例如在125-350℃的温度下进行水热处理。据说干燥后获得具有小和/或均匀粒径和良好分散性的氧化锆粉末。然而，这些方法得到干燥粉末。当再分散在溶剂中时，颗粒仍会在某种程度上聚集，这对所得胶体悬浮液的透明度不利。

类似地，US2010/0144918公开了一种制备胶体氧化锆悬浮液的方法。该方法从氢氧化锆悬浮液开始，所述氢氧化锆悬浮液可通过将碱性沉淀剂例如氨水加入氯氧化锆中制得。然后氢氧化锆与无机酸例如HCl反应，然后在150-200℃下水热处理该悬浮液。该方法得到干物质含量仅为3-10%的氧化锆溶胶，其中氧化锆主要以四方晶体提供。

目前发现，将特定类型的矿化剂加入氯氧化锆，然后使其在特定反应温度范围内进行水热处理，允许形成高干物质含量的单斜氧化锆胶体悬浮液，其具有光学涂层应用所需的性质，特别是高结晶度、小粒径和良好的分散度。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于制备氧化锆颗粒的胶体悬浮液的方法，该方法包括以下连续步骤：

a)使氯氧化锆和碱金属卤化物在水性溶剂中的混合物在150℃以上的温度下进行水热处理，

b)将所得浆料与上清液分离，

c)通过往其中添加强酸而使所述浆料胶溶，和

d)例如通过超滤使所述浆料脱盐，以形成氧化锆的胶体悬浮液。

本发明的另一个目的涉及能够由该方法获得的氧化锆的透明胶体悬浮液，其中氧化锆以单一单斜棒状微晶形式提供，沿其短轴的大小为1到15nm，优选1到4nm，沿其长轴的大小为3到30nm，优选5到15nm。

本发明的另一个目的是提供含有透明聚合物基质和至少一层由含有上述胶体悬浮液的组合物制得的涂层的光学制品。

发明详述

如上所述，本发明主要涉及用于制备氧化锆颗粒的胶体悬浮液的方法，包括以下连续步骤：

a)使氯氧化锆和碱金属卤化物在水性溶剂中的混合物在150℃以上的温度下进行水热处理，

b)将所得浆料与上清液分离，

c)通过往其中添加强酸使所述浆料胶溶，和

d)例如通过超滤使所述浆料脱盐，以形成氧化锆的胶体悬浮液。