[发明专利]钨掺杂的氧化锡胶态悬浮体以及用于制备其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钨掺杂的SnO₂颗粒(TTO纳米颗粒)的胶态悬浮体。本发明还涉及用于制备此种胶态悬浮体的方法及其用途，特别是在用于光学物品如眼科镜片的抗静电涂层的制造中。

背景技术

光学物品典型地包含涂覆有光学底漆的透明光学基材、耐磨涂层(或硬质涂层)以及可能地其他层(如减反射涂层)。

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，或其中间层。例如，它可以被直接沉积在该透明光学基材上。

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 2010109154、WO 2010015780)。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，ATO层具有与ITO相比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)。WO2014183265披露了一种用于生产FTO的胶态醇悬浮体的方法。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。然而，FTO涂层显示出不足的抗静电性能。

因此，仍然需要提供除ITO、ATO和FTO之外的TCO材料，这些TCO材料显示出高透明度、低雾度和良好的抗静电性能。

本发明的诸位发明人已经开发了一种新的TCO材料，该材料包括满足这种需要的钨掺杂的氧化锡纳米晶体(TTO)。

发明内容

本发明的第一方面是一种具有高于或等于0.0004的W:Sn摩尔比的钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态悬浮体。

本发明的另一方面是一种涂覆有包含根据本发明的胶态悬浮体的组合物的基材。

本发明的另一方面是一种用于生产所述胶态悬浮体的方法，所述方法包括以下步骤：

a)在搅拌下将草酸亚锡和过氧化氢加入去离子水中以得到透明溶液；

b)在搅拌下将钨粉末分散在该透明溶液中以获得悬浮体；

c)将过氧化氢加入该悬浮体中；

d)使在步骤c)得到的该悬浮体经受水热处理以得到钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态水性悬浮体；

e)浓缩该钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态水性悬浮体以增加其干物质含量，从而获得浓缩的悬浮体；

f)任选地将所述浓缩的悬浮体分散在选自甲醇、乙醇、丙醇或丁醇的醇，二醇，二醇醚，酮或其混合物以及草酸二水合物中，以获得钨掺杂的氧化锡纳米颗粒的胶态悬浮体。

本发明的TTO胶态悬浮体允许形成具有良好的抗静电性能、低黄度和比用ATO纳米颗粒获得的那些更高的透明度(这是出色的优点)的抗静电硬涂层。

本发明的胶态悬浮体可以很好地分散在水性溶剂中并形成稳定的悬浮体。通过用草酸胶溶TTO纳米颗粒，本发明的胶态悬浮体也可以很好地分散在醇溶剂中并形成稳定的悬浮体，从而能够在温和的温度下通过湿涂覆作为非常薄的膜(<100nm)施用在光学基材上或被引入用于形成光学硬涂层的典型的溶胶-凝胶配制品中。

本发明的TTO胶态悬浮体可以通过不使用稀有、昂贵或有害的反应物的水热合成来容易地制备。

发明详细说明