[发明专利]氟掺杂的氧化锡胶体以及用于制备其的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于生产氟掺杂的SnO₂颗粒的胶态醇悬浮体的方法。本发明还涉及由此获得的胶态悬浮体并且涉及其尤其在制造用于光学物品如眼科镜片的抗静电涂层中的用途。

发明背景

光学物品典型地包含一个涂覆有光学底漆的透明光学基底、一个耐磨涂层(或硬质涂层)以及可能地其他层(如抗反射涂层)。

这些光学物品通常基本上由绝缘材料制成并且特别地当在干燥条件下通过用一个擦拭布、一片合成泡沫或聚酯摩擦它们的表面进行清洁时倾向于使它们的表面变得容易带静电。这种现象被称为摩擦电。在其表面上存在的电荷产生能吸引并且保留灰尘颗粒的静电场。

为了应对这种现象，有必要减少静电场强度，也就是说减少存在于该物品表面上的静电荷的数目。这可以通过将一个导电材料层插入至该光学物品的层的堆叠中来完成，该导电材料层(还被称为“抗静电涂层”)使这些电荷消散。

此类抗静电涂层可形成该堆叠的外层，或其一个中间层。例如，它可以被直接沉积在该透明光学基底上。

一种典型的抗静电材料是TCO(透明导电氧化物)，其指的是提供导电性和光学透明度两者的一类重要的光电材料。

可以将TCO材料分成n-型(电子是载流子)和p型(空穴是载流子)材料。N-型TCO材料包括Cd、In、Sn或Zn的氧化物或多种复合氧化物，这些氧化物可以被掺杂。锡掺杂的In₂O₃(ITO)以及锑或氟掺杂的SnO₂(分别是ATO和FTO)是在现代技术中最常利用的TCO薄膜之中。特别地，ITO广泛用于工业应用中。最近，ITO所需要的铟的缺乏和价格已经使工业公司产生动机找到一种替代物例如ATO，ATO具有比ITO更低的成本。因此，已经建议在光学物品中使用ATO用于形成静电涂层(WO 2010/109154、WO 2010/015780)。然而，ATO具有比ITO相对更低的电导率以及还有在可见光范围内更高的吸收。因此，与ITO相比ATO层具有有限的透明度以及稍微蓝色着色连同更差的电导率。作为另一种ITO潜在替代物，FTO呈现了比ATO更导电的优点并且在可见范围内比ATO具有更高的透明度(更少的吸收)。与其他TCO材料相比，这些FTO材料示出了还较高的热稳定性、较高的机械和化学耐久性及较低的毒性。

用于工业应用的TCO层通常通过PVD(物理气相沉积)生产(US 2012/295087)。这种方法就生产设备而言要求重要的投资(成本和空间)。学术论文还报道了产生ITO、ATO或FTO层的化学沉积方法(溶胶-凝胶科学技术期刊(J.Sol-Gel Sci.Technol.)，2010,53:316-321；美国化学学会应用材料与界面(ACS Appl.Mater.Interfaces)，2012,4(5):2464-2473)。然而，这些方法从将前体溶液沉积在基底上开始并且需要激烈的后处理(像高温(约600℃)处理)以便获得结晶的TCO层。这些方法不能应用于对于高于120℃的温度敏感的塑料基底，如光学基底。鉴于上文，宁愿令人希望的是能够在温和的温度下通过湿沉积技术如旋涂或浸涂分散于一种液体中的FTO结晶纳米颗粒而生产FTO层。特别地，为了能够在镜片上形成非常薄的膜(<100nm)或将它们引入用于形成光学硬质涂层的典型的溶胶凝胶配制中，这些颗粒应该能够分散于醇溶剂中。

诸位发明人已经示出了此类FTO层能够由通过一种方法获得的FTO的胶态悬浮体制备，该方法包括混合锡和氟特定的前体并且使它们经受水热处理的步骤。一种类似的方法已经描述于CN101580270中，其中氟化物无机盐以及硝酸锡、硫酸锡或氯化锡对应地被用作氟和锡前体。在使这些前体经受水热处理之前将它们在6-8的pH下在H2O2存在下在水中混合。然后将所获得的胶态悬浮体通过超滤进行纯化。然而，根据CN101580270制备的胶体在一种水性介质中被提供并且在溶剂交换之后不能稳定地分散于一种醇介质中。此外，它们示出了相当高的薄层电阻(高于100Ω/平方)，这限制了它们的应用。最后，这种方法要求漫长的纯化步骤以消除大量使用的氯离子，这消极地影响这种方法的经济性。

因此，存在以下需求：提供一种用于制备氟掺杂的氧化锡晶体在醇介质中的稳定的胶态悬浮体的简单的方法，该方法允许形成一种薄的、透明的且导电的膜。

在进行广泛的研究之后，诸位发明人已经证明，这种需求可以通过使包含特定类型的有机氟前体和草酸亚锡的一种混合物经受水热处理来满足。

发明概述