納米二氧化硅/粘土組合物和涂覆制品及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本公開廣義地涉及包括粘土材料的二氧化硅納米顆粒組合物，并且更具體地涉及 包括具有二氧化硅納米顆粒的無定形二氧化硅網絡和分散在該無定形二氧化硅網絡中的 粘土顆粒的組合物，并且涉及具有最外層的制品，該最外層包括具有二氧化硅納米顆粒的 無定形二氧化娃網絡和分散在該無定形二氧化娃網絡中的粘土顆粒。
【背景技術】
[0002] 靜電電荷耗散在許多研究領域中是重要的，在這些研究領域中，期望阻止導致對 電子部件造成損壞的電涌/電火花，或揮發性易燃蒸汽的意外點燃。示例包括電子設備（例 如，等離子體顯示屏）制造、電子部件封裝、研磨帶和聚合物膜幅材處理。
[0003] 為解決這些問題，常常使用抗靜電劑。抗靜電劑是用于處理材料或其表面以便減 少或消除通常由摩擦帶電效應引起的靜電積聚的化合物。其作用在于通過自身導電或通過 從空氣吸收濕氣來使得表面或材料自身為輕微導電的，因此可使用一些濕潤劑。抗靜電劑 的分子通常同時具有親水性區域和疏水性區域，類似于表面活性劑的那些；疏水性側與材 料的表面相互作用，而親水性側與空氣濕氣相互作用并結合水分子。
[0004] 仍存在對能夠減少靜電荷積聚和/或耗散的另外的材料的需要。

【發明內容】

[0005] 本公開包括可在制品上產生外層涂層的組合物和方法，其中外層涂層包括無定形 二氧化硅網絡和分散在無定形二氧化硅網絡中的粘土顆粒。有利地，根據本公開的抗靜電 外層相對于不添加粘土材料制成的對應涂層表現出改善的抗靜電特性。
[0006] 在第一方面中，本公開提供一種涂料組合物，該涂料組合物包括水性介質和分散 在該水性介質中的二氧化娃納米顆粒和粘土顆粒。涂料組合物可具有小于或等于4的pH。 二氧化硅納米顆粒在最長方向上可具有最多至lOOnm的平均粒度，并且粘土顆粒在最長尺 寸上可具有約20nm至lOOOnm的范圍內的平均粒度。粘土顆粒與二氧化娃納米顆粒的重量 比可在0. 01至0. 25的范圍內。
[0007] 在第二方面，本公開提供一種向基底提供涂層的方法，該方法包括提供涂料組合 物，該涂料組合物包括水性介質和分散在該水性介質中的二氧化硅納米顆粒和粘土顆粒。 涂料組合物可具有小于或等于4的pH。二氧化硅納米顆粒在最長方向上可具有最多至 100nm的平均粒度，并且粘土顆粒在最長尺寸上可具有約20nm至lOOOnm的范圍內的平均粒 度。粘土顆粒與二氧化硅納米顆粒的重量比可在0. 01至0. 25的范圍內。該方法還包括將 涂料組合物與基底的表面接觸，以及至少部分地干燥涂料組合物以在基底的表面上形成最 外層。最外層包括具有二氧化硅納米顆粒的無定形二氧化硅網絡和分散在該無定形二氧化 硅網絡中的粘土顆粒。
[0008] 在第三方面中，本公開提供一種制品，該制品包括涂覆有根據一種方法提供的最 外層的基底，該方法包括提供涂料組合物，該涂料組合物包括水性介質和分散在該水性介 質中的二氧化娃納米顆粒和粘土顆粒。涂料組合物可具有小于或等于4的pH。二氧化娃納 米顆粒在最長方向上可具有最多至lOOnm的平均粒度，并且粘土顆粒在最長尺寸上可具有 約20nm至lOOOnm的范圍內的平均粒度。粘土顆粒與二氧化硅納米顆粒的重量比可在0. 01 至0. 25的范圍內。該方法還包括將涂料組合物與基底的表面接觸，以及至少部分干燥涂料 組合物以在基底的表面上形成最外層。制品的最外層包括具有二氧化硅納米顆粒的無定形 二氧化硅網絡和分散在該無定形二氧化硅網絡中的粘土顆粒。
[0009] 有利地，根據本公開的抗靜電外層通常為透明的、耐用的，并且意料不到地表現出 良好的抗靜電特性。
[0010] 如本文所用：
[0011] 術語"抗靜電制品"是指一種制品，其中該制品的表面的至少一部分具有電荷耗散 特性；
[0012] 術語"二氧化硅納米顆粒的分散體"是指其中單個二氧化硅納米顆粒分散的分散 體，而不是指具有團聚成鏈的燒結的初級二氧化硅顆粒的熱解法二氧化硅的分散體；
[0013] 術語"基本上不含"是指包含少于1重量％，通常少于0. 1重量％，并且更通常少 于0.01重量％ ;
[0014] 術語"基本上不含非揮發性有機化合物"是指包含少于1重量％的在1個大氣壓 (100kPa)下具有高于150°C的沸點的有機化合物；
[0015] 術語"納米顆粒"是指具有1至200納米的粒度的顆粒；
[0016] 本文使用的術語"非球形的"是指除球形形狀之外所有的3維形狀，包括但不限 于具有針狀細長形狀、刺狀細長形狀、棒狀細長形狀、鏈狀細長形狀、絲狀細長形狀等的顆 粒；
[0017] 術語"有機化合物"是指包含至少一個碳_碳鍵和/或碳-氫鍵的任何化合物；
[0018] 術語"粒度"是指顆粒的最長尺寸，對于球形顆粒而言為直徑；
[0019] 關于二氧化硅納米顆粒和二氧化硅溶膠所使用的術語"二氧化硅"是指由分子式 Si02 ? (H20)n表示的化合物，其中n為大于或等于零的數；
[0020] 本文使用的術語"球形"是指所有的點與固定點等距的三維形狀；以及
[0021] 術語"基本上透光性的"是指至少80 %的在400納米至800納米的范圍內的光穿過 具有在0. 01微米至100微米的范圍內的厚度的本公開的涂層（或制品）。例如，至少85%、 至少90 %、至少95 %或甚至至少98 %的在該波長光中的光被透射通過涂層（或制品）。
[0022] 本公開的上述
【發明內容】
并非意圖描述本發明的每一個實施例。本發明的一個和多 個實施例的細節還在下文的描述中示出。本發明的其它特征、目標和優點在說明書和權利 要求中將顯而易見。
【附圖說明】
[0023] 圖1為根據本公開的不例性制品100的不意性側視圖。
[0024] 應當理解，本領域的技術人員可以設計出大量其他修改和實施例，這些修改和實 施例落入本發明原理的范圍和實質內。附圖未必按按比例繪制。
【具體實施方式】
[0025] 本申請中，詞語"包含"、"具有"和"包括"在法律上是具有等同含義的開放型術語。 因此，除了列舉的元件、功能、步驟或限制之外，還可存在其他未列舉的元件、功能、步驟或 限制。
[0026] -些粘土涂層能夠例如用作抗靜電涂層，盡管對于在不添加某種粘結劑或保護層 的情況下耐久性成為關鍵的涂層應用而言，這些粘土涂層可能不是充分耐用的。相比之下， 二氧化硅涂層能夠在涂層的耐久性較為重要的涂層應用中使用。令人驚奇地，現已發現向 納米二氧化硅添加少量的粘土可提供具有與良好耐久性特性結合的良好抗靜電特性的涂 層。
[0027] 本公開的納米二氧化硅/粘土涂料組合物具有分散在水性液體介質中的二氧化 硅納米顆粒，該水性液體介質具有小于或等于4、小于或等于3、小于或等于2、小于或等于 1、或甚至小于或等于〇. 5的pH;以及分散在水性液體介質中的粘土顆粒。
[0028] 二氧化娃納米顆粒在最長尺寸上具有2nm至200nm的范圍內，或更優選地在2nm 至100nm的范圍內的平均粒度。當然，也可包括具有大于200nm的粒度（例如，粒度最高至 2微米）的二氧化硅顆粒，但是通常是微量的。二氧化硅納米顆粒可為多分散的或單分散 的。當為多分散的時，納米二氧化硅可具有最多至l〇〇nm的平均粒度。當為單分散的時，納 米二氧化硅優選具有45nm或更小，或更優選地25nm或更小的平均粒度。平均初級粒度可 例如使用透射電子顯微鏡來測定。
[0029] 包括在涂料組合物中的納米顆粒（例如，二氧化硅納米顆粒）可為球形或具有任 何所期望的縱橫比的非球形。縱橫比是指納米顆粒的平均最長尺寸與其平均最短尺寸的比 率。非球形納米顆粒的縱橫比通常為至少2:1、至少3:1、至少5:1或至少10:1。非球形納 米顆粒可例如具有棒、橢圓和/或針的形狀。納米顆粒的形狀可以是規則或不規則的。涂 料的孔隙率通常可通過改變涂料組合物中規則和不規則形狀的納米顆粒的量和/或通過 改變涂料組合物中球形和非球形納米顆粒的量來變化。
[0030] 在實現以上所述的平均二氧化硅納米粒度限制的前提條件下，可使用針狀二氧化 娃納米顆粒。
[0031] 在一些實施例中，二氧化硅納米顆粒具有大于150平方米/克（m2/g)、大于200m2/ g、或甚至大于400m2/g的表面積。
[0032] 在一些實施例中，涂料組合物中二氧化硅納米顆粒的總重量為至少0. 1重量％， 通常至少1重量％，并且更通常至少2重量％。在一些實施例中，組合物中的二氧化硅納米 顆粒的總重量不大于50重量％或不大于40重量％、更理想地不大于10重量％并且甚至更 理想地不大于7重量％。
[0033] 在本公開的涂料組合物中的二氧化硅納米顆粒例如可由"初始二氧化硅溶膠組合 物"得到。二氧化硅溶膠，其為二氧化硅納米顆粒在水性液體介質中的穩定分散體，在本領 域中是已知的并且可商購的。通常，初始二氧化硅溶膠組合物不包含，或基本上不含熱解法 二氧化