CN101235176A - 包含聚异丁烯基的分散体及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了包含聚异丁烯基的分散体及其用途。公开了PIBSA作为金属氧化物纳米粒子在宽范围液体中的分散剂。这种液体的实例包含选自甲苯、二甲苯、矿物精油、己烷和苯氧基异丙醇的至少一员。
Description
本申请要求2007年1月31日提交的临时申请60/898,555的权益。在此引入该申请的公开内容作为参考。
相关申请的交叉参考
[0001] 本发明的主题涉及下列美国专利申请：11/583,439、11/524,471和与本申请在相同日提交并且题为“具有独特光学性能的疏水金属和金属氧化物粒子”的申请。在此引入这些专利申请的公开内容作为参考。
技术领域
[0002] 本发明涉及使用聚异丁烯基琥珀酸酐(PIBSA)和相关的化合物来分散各种粒子和纳米粒子。PIBSA与胺或醇的反应产物用于金属加工工业以制备油包水乳液，该乳液可用作切割流体和用于油工业在汽车添加剂中作为清洁剂以分散碳沉积物。
背景技术
[0003] 在本领域中各种分散剂和表面处理剂是已知的，例如公开在US 2003/0032679、US 2004/0209782、WO 87/05924和US5,266,081中。在此引入上述专利和专利申请的公开内容作为参考。
[0004]这些分散剂一般使用较高含量的这些试剂，以便获得稳定性，并且作为结果，流变学性能经常受到不利影响。在本领域需要不具有这些问题的金属氧化物的纳米粒子和/或微米粒子的粒子和/或具有金属氧化物表面的粒子的稳定分散体，以及制备这些分散体的方法。
发明内容
[0005] 本发明通过使用聚异丁烯基琥珀酸酐(PIBSA)和相关化合物作为分散剂解决了常规分散体所伴随的问题。本发明涉及这样的发现，即PIBSA作为金属氧化物粒子(包括在宽范围液体中的纳米粒子)的分散剂是有效的，令人惊讶的是即使在较低含量时也如此。这种液体的实例包含选自甲苯、二甲苯、矿物精油、己烷和苯氧基异丙醇的至少一员。不希望受任何理论或解释的约束，据信对于许多金属氧化物表面，包括氧化铝、氧化锌、ITO、氧化锆或氧化钛的至少一种，酸酐或二酸基团用作良好的锚固基团。还相信在其中其它锚固基团是更有效的(例如用于贵金属表面的硫醇)的其它情况下，可以使用反应性酸酐基团以引入交替的官能度。这些PIBSA衍生物也可以与市售分散剂组合使用以降低总体分散剂负载量。
[0006] 本发明一方面涉及一种组合物，该组合物包含粒子在至少一种有机液体中的分散体。该组合物包含：
a)基于分散体的总重量，约0.1wt％-约25wt％的至少一种分散剂，其包含以下结构式：
其中X具有1-1000的值；
或该分子的反应产物，如具有以下结构式的那些：
或
或
b)基于分散体的总重量，约1wt％-约90wt％的包含选自下列粒子的至少一员的粒子：金属氧化物粒子、具有金属或金属氧化物表面的粒子及其混合物(例如粒度为约1nm-约2000nm的粒子)；和
c)基于分散体的总重量，约10wt％-约90wt％的至少一种选自下列化合物的有机液体：芳族或脂族烃、酮、酯、羧酸、醇、胺、酰胺、醚等。
[0007] 本发明的分散体可以通过诸如球磨、搅拌珠磨、均化器、辊磨和超声波浴的任何合适的方法制备。
[0008] 虽然本发明的分散剂可以用于分散宽泛范围的粒子，但是金属氧化物的纳米粒子，特别是锌、锆、铈、钛、铝、铟和锡的氧化物的纳米粒子及其混合物是具有重要商业应用的示例性纳米粒子。纳米氧化锆、氧化铈和氧化铝可用于抗划伤涂料和传热流体。另外，已采用氧化铝薄层钝化的铝金属纳米粒子可用于发展能量材料。氧化铟锡(ITO)纳米粒子可用于透明导电涂层、热管理层和静电荷耗散。氧化锌和氧化钛可用于紫外阻挡应用，包括遮光剂、纺织品和涂料。金属氧化物粒子、纳米粒子和/或具有金属氧化物表面的纳米粒子的其它应用包括例如磁性材料、多相催化剂、调色剂组合物和陶瓷。
[0009] 为了易于使用分散体母料或在完全配制的组合物中提供纳米粒子和/或微米粒子，希望粒子分散在各种液体和聚合物基体中。分散体的质量应该与其预期用途相当。例如，在诸如某些油墨和涂料的许多应用中不希望存在颜色。另外，分散体一般是稳定的，因此不必在即将使用前制备，但可以在制备后储存。根据配制的组合物的应用，本发明组合物可以包含约0.5wt％-约90wt％的配制的组合物的成分。
[0010] 可以将本发明的组合物加入到宽范围的聚合物基体中。这非常容易通过将本发明的组合物加入到聚合物在有机溶剂中的溶液或分散体中而实现。合适的聚合物的实例包含下列聚合物的至少一种：聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚(苯乙烯-共-丁二烯)、聚环氧化合物、聚醇酸树脂及其它可用于涂料、油墨和粘合剂的聚合物。
[0011] 所提供的下列实施例举例说明本发明的某些方面，并且不限制本文所附的权利要求的范围。
实施例
[0012]使用下列材料进行以下实施例。
商品名 化学描述
氧化铝 球形γ氧化铝，BET粒度30nm
氧化锆 球形，BET粒度15nm
氧化铈 BET粒度＜100nm
氧化锌 30nm氧化锌
AMP-95 2-氨基-2-甲基-1-丙醇
Disperbyk163 聚合物分散剂，Byk Chemie
Ancamine1637 环氧固化剂，Air Products and Chemicals
PIBSA 衍生自1100分子量聚丁烯的聚异丁烯基琥珀酸
酐，Lubrizol Corp
OLOA 15667 衍生自1300分子量聚丁烯的聚异丁烯基琥珀酸
酐，Chevron Corp
实施例1和2
[0013]通过将包含1.0mm氧化锆珠研磨介质的样品放置在65℃的超声波浴中6小时制备实施例1。溶剂为矿物精油。以类似方式但使用0.1mm氧化锆珠制备实施例2。溶剂为高沸点(140-180℃)石油醚。在实施例1和2中制备的分散体具有较小的粒度，并且在几天后仅显示较小的沉降。
表1 ZnO纳米粒子在含PIBSA有机溶剂中的分散体
| 实施例 | ZnO | 矿物精油 | 石油醚 | PIBSA | AMP-95 | 粒度，nm |
| 1 | 10 | 88.9 | 1.0 | 0.1 | 118 | |
| 2 | 9 | 89.9 | 0.9 | 0.2 | 55 |
组成以wt％表示
实施例3-5
[0014] 通过将ZnO和分散剂与仅足够的溶剂混合得到高固含量(70-75％)糊剂来制备实施例3-5的分散体。在三辊磨机上处理该糊剂5次，辊隙设定为5密耳，辊速为100rpm。研磨后，用剩余的溶剂稀释糊剂，产生表2中所示的组成。稀释的分散体具有较小的粒度，并且在几天后仅显示较小的沉降。
表2 ZnO纳米粒子在含PIBSA有机溶剂中的分散体
| 实施例 | ZnO | 1-苯氧基-2-丙醇 | OLOA 15667 | PIBSA | 粒度，nm |
| 3 | 49.4 | 48.1 | 2.5 | 106 | |
| 4 | 49.4 | 48.1 | 2.5 | 99 | |
| 5 | 49.4 | 48.1 | 2.5 | 102 |
组成以wt％表示
实施例6-8
[0015] 通过回流实施例6-8中所示的组分4小时并随后在大气压下除去溶剂制备PIBSA与Ancamine 1637曼尼希碱或4-氨基水杨酸的反应产物。不进一步纯化而使用该反应产物。
表3 PIBSA与胺的反应产物
| 实施例 | PIBSA | Ancamine 1637 | 4-氨基水杨酸 | 甲苯 | 二甲苯 |
| 6 | 35.3 | 11.9 | 52.8 | ||
| 7 | 41.3 | 7.0 | 51.7 | ||
| 8 | 32 | 3.9 | 64.1 |
组成以wt％表示
[0016]表4举例说明使用表3的反应产物作为氧化铝、氧化锆和氧化铈纳米粒子的分散剂。
实施例9-16
[0017]通过将样品放置在65℃的超声波浴中2小时制备实施例9-16。采用PIBSA反应产物制备的实施例9-13中的分散体是低粘度流体，该流体在几天内不显示沉降。实施例14显示纯Ancamine 1637产生糊剂。比较实施例10和15显示，分散剂含量从4.8下降到2.4引起粘度升高。实施例16显示标准市售分散剂不能将纳米氧化铝分散入甲苯中。
表4 PIBSA反应产物的评价
| 实施例 | Al2O330nm | CeO2 | ZrO2 | Ancamine1637 | Disperbyk163 | 甲苯 | 溶解性 | |||
| 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | ||||||||
| 9 | 4.8 | 42.3 | 52.9 | 良好-低粘度，无沉降 | ||||||
| 10 | 4.8 | 42.3 | 52.9 | 良好-低粘度，无沉降 | ||||||
| 11 | 13.4 | 26.8 | 59.8 | 良好-低粘度，无沉降 | ||||||
| 13 | 13.4 | 26.8 | 59.8 | 良好-低粘度，无况降 | ||||||
| 14 | 42.3 | 4.8 | 52.9 | 糊剂 | ||||||
| 15 | 2.4 | 42.3 | 55.3 | 糊剂 | ||||||
| 16 | 42.3 | 4.8 | 52.9 | 糊剂 | ||||||
组成以wt％表示
实施例17-20
[0018] 表5比较了分散剂产生纳米氧化铝在环氧固化剂PACM(双-4-氨基环己基甲烷)中的低粘度分散体的效力。来自实施例6和Ancamine 1637的反应产物均给出比市售分散剂Disperbyk 163和不含分散剂的对照样品更低的粘度。
表5 Al2O3纳米粒子在环氧固化剂中的分散体
| 实施例 | Al2O320nm | PACM | 实施例6反应产物 | Ancamine1637 | Disperbyk163 | 粘度20rpm，cps |
| 17 | 20 | 78 | 1380 | |||
| 18 | 20 | 78 | 2 | 1010 | ||
| 19 | 20 | 78 | 2 | 330 | ||
| 20 | 20 | 78 | 2 | 200 |
组成以wt％表示
实施例21-25
[0019] 通过将包含0.05mm氧化锆珠研磨介质的样品放置在65℃的超声波浴中6小时制备实施例21-25。溶剂为矿物精油。评价纯的和在各种胺存在学的PIBSA。以类似方式但使用0.1mm氧化锆珠制备实施例2。溶剂为高沸点(140-180℃)石油醚。在实施例21-25中制备的分散体具有较小的粒度，并且在几周后仅显示较小的沉降。
表6 PIBSA与胺组合
| 实施例 | ZnO | PIBSA | 矿物精油 | 胺 | Dn，volNm |
| 21 | 10 | 1.0 | 88.9 | 无 | 95 |
| 22 | 10 | 1.0 | 88.9 | AMP95 | 83.8 |
| 23 | 10 | 1.0 | 88.9 | 氨乙基哌嗪 | 88.6 |
| 24 | 10 | 1.0 | 88.9 | 二乙醇胺 | 84.7 |
| 25 | 10 | 1.0 | 88.9 | 羟乙基哌嗪 | 93.4 |
[0020]已经参考特定方面或实施方案描述了本发明，但其它实施方案对本领域技术人员是显而易见的，并且包括在权利要求的范围内。
Claims (12)
1.一种分散体，包含纳米粒子或粒子和至少一种PIBSA或PIBSA反应产物。
2.权利要求1的分散体，其中所述PIBSA包含选自下列化合物的至少一员：
和
3.一种组合物，包含权利要求1的分散体和至少一种选自下列的基体聚合物成员：聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚环氧化合物和聚醇酸树脂。
4.通过将权利要求3的组合物施涂在基材上而获得的涂层或膜。
5.权利要求2的分散体，其中X具有1-1000的值。
6.权利要求1的分散体，进一步包含至少一种选自下列化合物的有机液体：芳族或脂族烃、酮、酯、羧酸、醇、胺、酰胺和醚。
7.权利要求1的分散体，其中所述粒度为约1nm-约2000nm。
8.权利要求1的分散体，其中所述粒子包含选自锌、锆、铈、钛、铝、铟和锡的至少一员的金属氧化物。
9.权利要求1的分散体，进一步包含选自甲苯、二甲苯、矿物精油、己烷和苯氧基异丙醇的至少一员。
10.权利要求2的分散体，其中所述纳米粒子包含氧化锌，并且所述分散体进一步包含至少一种有机液体。
11.权利要求2的分散体，进一步包含至少一种胺。
12.权利要求2的分散体，进一步包含至少一种环氧固化剂。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US89855507P | 2007-01-31 | 2007-01-31 | |
| US60/898555 | 2007-01-31 | ||
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|---|---|---|---|---|
| CN107849374A (zh) * | 2015-06-12 | 2018-03-27 | 路博润先进材料公司 | 用于使用喷墨油墨着色瓷砖的分散剂 |
| CN110035818A (zh) * | 2016-12-09 | 2019-07-19 | 路博润先进材料公司 | 通过pibsa与非聚合氨基醚/醇反应获得的脂肪族陶瓷分散剂 |
| CN111778772A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-16 | 东南大学 | 一种纸张脱酸加固复合液及其制备方法和应用 |
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2008
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