CN101654568B - 遮光微粒 - Google Patents

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Abstract

提供了一种遮光微粒，它包含平均粒径为0.005-5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒、通过硅烷残基与颜料微粒表面相连的第一聚合物、和基本上包封所述连有第一聚合物的所述颜料微粒的第二聚合物。还提供了形成遮光微粒的方法以及包含所述遮光微粒的涂料组合物和塑料组合物。

Description

遮光微粒
本发明专利申请是申请日为2005年7月4日，申请号为200510085902.0，发明名称为“遮光微粒”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及包含基本上用聚合物包封的特定颜料的遮光微粒及其形成方法。更具体地，本发明涉及一种遮光微粒，它包含平均粒径为0.005-5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒、通过硅烷残基与颜料微粒表面相连的第一聚合物、和基本上包封连有第一聚合物的颜料微粒的第二聚合物。本发明还涉及这种遮光微粒的形成方法，包括提供平均粒径为0.005-5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒；通过硅烷残基将第一聚合物连接到颜料微粒表面上；用第二聚合物基本上包封连有第一聚合物的颜料微粒。本发明还涉及包含所述遮光微粒的涂料组合物和塑料。
背景技术
遮光微粒很像某些颜料，通常能给涂料(如油漆)和塑料提供白色和不透明度，或者说将它们“遮盖”。这些颜料存在于多数为遮盖涂有涂料的基底表面而设计的涂料中。这些颜料也存在于多数全不透明或半不透明的塑料中。在油漆和塑料中，不管油漆是白色还是彩色的，遮光颜料一般都存在。通常希望遮光涂料、油漆和塑料具有高遮光能力，这样使用最小厚度的涂料、油漆或塑料就能完全遮盖下表面，哪怕该表面具有强烈的对比色。长期以来，涂料、油漆和塑料生产商一直在寻找具有所需不透明度的涂料、油漆和塑料，通过选择特定类型和含量的遮光颜料，可以使遮盖效果最大化。通过减少拥挤成堆的遮光颜料微粒，最大程度减少遮光颜料微粒簇的形成，可以提高遮盖效率。实现此目的的一种方法是将遮光颜料微粒包封在聚合物组合物中，即在遮光颜料微粒表面上形成聚合物。
美国专利4771086介绍了含有油漆颜料微粒的水不溶性固体精细微粒。在非离子表面活性剂存在下，让所述微粒与水不溶性可聚合单体在水反应介质中混和，使之与不含离子基团的氧化还原体系发生氧化还原聚合反应，形成基本上不溶于水且不含离子电荷的聚合物，由此可以使微粒得到聚合物基本均匀的包封。虽然文献声称此方法可使颜料微粒包封在聚合物材料中，但对颜料微粒、聚合物和用来稳定单体乳液的表面活性剂基本上不含离子电荷的要求却极大地限制了颜料、聚合物组合物和表面活性剂的选择，因而在聚合反应中难以保持微粒的稳定性。本发明的遮光微粒及其形成方法避免了这些缺陷。
发明内容
本发明的一方面提供了一种遮光微粒，它包含平均粒径为0.005-5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒、通过硅烷残基与颜料微粒表面相连的第一聚合物、和基本上包封所述连有第一聚合物的颜料微粒的第二聚合物。
本发明的另一方面提供了遮光微粒的形成方法，它包括提供平均粒径为0.005-5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒；通过硅烷残基将第一聚合物连接到颜料微粒表面上；用第二聚合物基本上包封连有第一聚合物的颜料微粒。
本发明的第三和第四个方面提供了包含本发明第一方面所述遮光微粒的涂料组合物和塑料。
具体实施方式
本发明涉及含有颜料微粒的遮光微粒，所述颜料微粒的平均粒径为0.005-5微米，宜为100-500nm，更宜为200-300nm；折射率至少为1.8，宜至少为1.9，更宜至少为2.0。颜料微粒的平均粒径通常由颜料微粒供应商提供。各种颜料微粒的折射率是已知的，例如可查阅《CRC化学物理手册》(CRCHandbook of Chemistry and Physics，第80版，D.R.Lide编，CRC出版社，BocaRaton，Florida，1999，pp4-139至4-146)。合适的颜料微粒包括氧化锌、氧化锑、氧化锆、氧化铬、氧化铁、氧化铅、硫化锌、锌钡白和二氧化钛。颜料微粒宜选自二氧化钛和氧化铅，更宜选自金红石型二氧化钛和锐钛矿型二氧化钛，最好选自金红石型二氧化钛。
颜料微粒的形状不是关键因素。颜料微粒的合适形状包括球形如正则球形、扁圆球形、长球形和非正则球形；方形如正则方形和斜方形；板形，包括平板、凹板和凸板；以及不规则形状。非球形颜料微粒的平均直径定义为最大尺寸。颜料微粒可以具有均相组成，也可以具有含两个或多个相的多相组成。某些多相颜料微粒具有内核和外壳结构，其中内核由一种类型的颜料形成，而外壳由另一种类型的颜料形成。内核和外壳多相颜料微粒包括外壳完全或不完全包封内核的核/壳微粒；含有不止一个内核的核/壳微粒；双极微粒；在由一种相组成的表面上有多个区域包含另一种相的微粒。像二氧化钛这样的颜料微粒可含有至少一种涂层，该涂层包含氧化硅、氧化铝、氧化锌和氧化锆中的一种或多种。例如，适用于本发明遮光微粒的某些二氧化钛微粒包含氧化硅涂层和氧化铝涂层。
本发明遮光微粒包含上述某种颜料微粒；第一聚合物通过硅烷残基连接到颜料微粒表面上。“通过硅烷连接到表面上”在此是指硅烷基团通过反应与颜料微粒的可接触表面形成共价键，第一聚合物通过硅烷与颜料表面的反应产物连接到颜料微粒上。这里的“硅烷”包括酯{Si-O-C(O)}、醚{Si-O-C}、胺{Si-N-C}、酰胺{Si-N-C(O)}、硅氮烷{Si-N-Si}、硅卤化物{Si-X；X＝Cl、Br、I}和硅醇{Si-OH}。
在一种实施方式中使用含有硅烷基团的第一聚合物。第一聚合物可以为含有单一硅烷基团的聚合物，或者为含有单一硅烷的嵌段和至少一种不含硅烷的嵌段的嵌段共聚物。硅烷基团或硅烷嵌段可位于聚合物末端或者聚合物链内部。硅烷基团宜位于聚合物链末端。含有硅烷官能团的聚合物可在非水溶剂中制成聚合物溶液或直接制成本体聚合物。第一聚合物可通过任何合适的聚合反应制备，如烯键式不饱和单体的加聚反应，如丙烯酸、苯乙烯或乙烯基单体。聚合物链末端含有单一硅烷基团的聚合物可用任何已知能产生这种聚合物的方法制备。例如，含有单一硅烷端基的聚合物可在含有巯基官能团的硅烷存在下，通过烯键式不饱和单体的加聚反应制备，如美国专利6733884所述。另一个例子是，含有单一硅烷端基的聚合物可这样制备，先在含有巯基和官能团Q的化合物存在下，使烯键式不饱和单体发生聚合反应，然后让聚合物与含有官能团Z的硅烷反应，使官能团Q和Z彼此反应，从而将硅烷化合物连接到聚合物链上。互补官能团Q和Z的例子包括胺基与异氰酸酯基团，胺基与异硫氰酸酯基团，胺基与环氧基团，醇基与异氰酸酯基团，酸基与碳二亚胺基团，胺基与烷基或卤代芳基。含有单一硅烷嵌段的嵌段共聚物可通过任何已知能产生这种聚合物的方法制备。例如，含有单一硅烷嵌段的嵌段共聚物可通过烯键式不饱和单体的活性自由基聚合反应制备，其中单体反应物之一的单体组成包含至少一个含有硅烷官能团的单体，如3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。另一个例子是，含有硅烷嵌段的嵌段共聚物可这样制备，先让烯键式不饱和单体发生活性自由基聚合反应，其中单体反应物之一的单体组成包含至少一个含有官能团Q的不饱和单体，然后让聚合物与含有官能团Z的硅烷反应，使官能团Q和Z彼此反应，从而将硅烷化合物连接到聚合物链上。互补官能团Q和Z的例子包括胺基与异氰酸酯基团，胺基与异硫氰酸酯基团，胺基与环氧基团，醇基与异氰酸酯基团，酸基与碳二亚胺基团，胺基与烷基或卤代芳基。还有一个例子是，含有硅烷嵌段的嵌段共聚物可通过上面所介绍的制备含有单一硅烷端基的聚合物的方法制备，其中含有单一硅烷基团的化合物为含有多个硅烷基团的分子所置换。含有硅烷官能团的聚合物宜含有单一硅烷端基或硅烷嵌段，其中硅烷嵌段的分子量在225-1000之间。含有硅烷官能团的聚合物更宜含有单一硅烷端基。
含有硅烷官能团的第一聚合物一般通过烯键式不饱和单体的加聚反应制备。合适的单体包括苯乙烯、丁二烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基萘、乙烯、丙烯、乙烯乙酸酯、支链烷烃羧酸乙烯酯(vinyl versatate)、氯乙烯、偏二氯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸的各种C1-C40烷基酯；例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸正癸酯、(甲基)丙烯酸正十一烷酯、(甲基)丙烯酸十四烷酯、(甲基)丙烯酸月桂基酯、(甲基)丙烯酸油基酯、(甲基)丙烯酸棕榈基酯、(甲基)丙烯酸硬脂基酯；其他(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、(甲基)丙烯酸苯基酯、(甲基)丙烯酸2-溴乙酯、(甲基)丙烯酸2-苯基乙酯和(甲基)丙烯酸1-萘基酯；(甲基)丙烯酸烷氧基烷基酯，如(甲基)丙烯酸乙氧基乙酯；烯键式不饱和二和三羧酸的单、二、三烷基酯以及酸酐，如马来酸乙酯、富马酸二甲酯、乌头酸三甲酯和衣康酸乙基·甲基酯；含醇单体，如(甲基)丙烯酸羟乙基酯、(甲基)丙烯酸羟丙基酯、(甲基)丙烯酸羟丁基酯；含无机酸的单体，如(甲基)丙烯酸磷酰乙酯、乙烯基磷酸、(甲基)丙烯酸磺乙基酯和2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；含羧酸的单体，如(甲基)丙烯酸、衣康酸、富马酸和马来酸；含胺的单体，如(甲基)丙烯酸二甲胺基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲胺基丙酯和(甲基)丙烯酸叔丁胺基乙酯。当含硅烷官能团的聚合物含有单一硅烷端基时，聚合物的分子量为750-200000，宜为1500-50000，更宜为2500-25000，最好为5000-15000。当含有硅烷官能团的聚合物是嵌段共聚物时，含硅烷的嵌段的分子量为225-10000，宜为225-5000，最好为225-1000。当含硅烷官能团的聚合物是嵌段共聚物时，不含硅烷的嵌段的分子量为750-200000，宜为1500-50000，更宜为2500-25000，最好为5000-15000。
在另一种实施方式中，通过硅烷残基将第一聚合物连接到颜料微粒表面的方法是，在颜料微粒存在下，让至少一种烯键式不饱和单体发生加聚反应，其中颜料微粒事先经过改性，表面含有可作为聚合反应中的链转移剂的基团。举例来说，这种表面基团包括烷基硫醇和卤代烷，其中烷基硫醇来自含巯基官能团的硅烷，如3-巯基丙基三甲氧基硅烷，3-巯基丙基三乙氧基硅烷，3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷或巯基甲基甲基二乙氧基硅烷，卤代烷来自含有卤代烷基的硅烷，如3-(溴代丙基)三甲氧基硅烷、(三氯甲基)三乙氧基硅烷或(3，3，3-三溴代丙基)二甲基氯代硅烷。链转移剂的含量可在0.001-10％之间，宜在0.01-5％之间，最好在0.1-2％之间，以颜料微粒的重量为基准。参与加聚反应的合适单体和聚合物的合适分子量与含单一硅烷基团的第一聚合物相同。
在另一种实施方式中，通过硅烷残基将第一聚合物连接到颜料微粒表面的方法是，在颜料微粒存在下，让烯键式不饱和单体发生加聚反应，其中颜料微粒事先经过改性，表面含有可作为聚合反应引发剂的基团。举例来说，这种表面基团包括传统自由基聚合反应中的偶氮(azo)基团或过氧基团，或者原子转移基聚合反应(ATRP)中的卤代烷基。颜料微粒表面可通过与合适的硅烷基团反应进行引发剂改性；例如，颜料微粒可与偶氮硅烷反应，如2，2’-偶氮二[2-甲基-N-(2-(3-(三甲氧基硅烷基)丙基尿烷)乙基)丙酰胺]，或与过氧硅烷反应，如二(3-(甲基二氯硅烷基)-1，1-二甲基丙基)过氧化物，或与卤代烷基硅烷反应，如((氯代甲基)苯基)三乙氧基硅烷或3-(溴代丙基)二甲基氯代硅烷。引发剂的含量可在0.001-10％之间，宜在0.01-5％之间，最好在0.1-2％之间，以颜料微粒的重量为基准。对于ATRP，聚合反应可用任何合适的ATRP催化剂催化，如与联吡啶络合的CuBr或与1，1，4，7，10，10-六甲基三亚乙基四胺络合的CuBr。催化剂的用量在5-5000％之间，宜在10-1000％之间，更宜在20-500％之间，最好在50-200％之间的与表面连接的引发剂，以摩尔为基准。第一聚合物的分子量可通过改变表面引发剂与烯键式不饱和单体的比例来控制，如本领域所熟知的。参与加聚反应的合适单体和聚合物的合适分子量与含单一硅烷基团的第一聚合物相同。
在另一种实施方式中，第一聚合物包含至少一种官能团F，它通过与颜料微粒发生反应而以共价键连接到颜料微粒表面上，其中颜料微粒事先经过表面改性，含有表面官能团P，所述官能团P和F发生反应，在第一聚合物与颜料微粒之间形成共价键。颜料微粒表面可通过与合适的硅烷偶联剂反应而受到官能团P的改性；例如，颜料微粒可与含有P官能团的硅烷反应。例如，当P是环氧基团时，颜料微粒可与环氧硅烷反应，如(3-环氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷。P官能团的含量可在0.001-10％之间，宜在0.01-5％之间，最好在0.1-2％之间，以颜料微粒的重量为基准。互补官能团F和P的例子包括胺基与异氰酸酯基团，胺基与异硫氰酸酯基团，胺基与环氧基团，醇基与异氰酸酯基团，酸基与碳二亚胺基团，胺基与烷基或卤代芳基。第一聚合物可以为含有单一F基团的聚合物，或者是含有单一F嵌段和至少一种非F嵌段的嵌段共聚物。F基团或F嵌段可位于聚合物末端或者聚合物链内部。F基团宜位于聚合物链末端。含有F官能团的聚合物可在水或非水溶剂中制成聚合物溶液或直接制成本体聚合物。含F基团的聚合物可通过任何合适的聚合反应制备，如烯键式不饱和单体的加聚反应，如丙烯酸、苯乙烯或乙烯基单体。聚合物链末端含有单一F基团的聚合物可用任何已知能产生这种聚合物的方法制备。例如，含有单一F端基的聚合物可在含有巯基官能团和F官能团的分子存在下，通过烯键式不饱和单体的加聚反应制备。含有单一F嵌段的嵌段共聚物可通过任何已知能产生这种聚合物的方法制备。例如，含有单一F嵌段的嵌段共聚物可通过烯键式不饱和单体的活性自由基聚合反应制备，其中单体反应物之一的单体组成包含至少一个含有F官能团的单体。含有F官能团的聚合物宜含有单一F端基或F嵌段，其中F嵌段的分子量在225-1000之间。含有F官能团的聚合物更宜含有单一F端基。参与加聚反应的合适单体和聚合物的合适分子量与含单一硅烷基团的第一聚合物相同。当含F官能团的聚合物含有单一F端基时，聚合物的分子量为750-200000，宜为1500-50000，更宜为2500-25000，最好为5000-15000。当含有F官能团的聚合物是嵌段共聚物时，F嵌段的分子量为225-10000，宜为225-5000，最好为225-1000。当含F官能团的聚合物是嵌段共聚物时，非F嵌段的分子量为750-200000，宜为1500-50000，更宜为2500-25000，最好为5000-15000。
本发明的遮光微粒包含第二聚合物，它基本上包封了连接到第一聚合物上的颜料微粒。连有第一聚合物的颜料微粒一般分散在水中。据信，如果含硅烷官能团的第一聚合物作为未连接组合物时能溶于水，则此分散步骤更加容易进行。通过引入水溶性单体，可使含有硅烷官能团的第一聚合物溶于水，所述水溶性单体包括含醇单体，如(甲基)丙烯酸羟乙基酯；含酰胺单体，如(甲基)丙烯酰胺；含酸官能团，如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸磷酰乙酯和(甲基)丙烯酸磺乙酯；含胺单体，如(甲基)丙烯酸二甲基胺基乙酯；或者它们的组合。这些水溶性单体使含硅烷官能团的第一聚合物溶于水所需的量取决于含硅烷官能团的第一聚合物组成中所含共聚单体的分子量和性质，如本领域所熟知的那样。含硅烷官能团的第一聚合物宜具有水溶性。
连有第一聚合物的颜料微粒基本上为第二聚合物所包封，宜在颜料微粒存在下通过乳液聚合反应完成。这里“基本上包封”是指第二聚合物至少覆盖遮光微粒最外表面的33％，宜至少覆盖50％，更宜至少覆盖75％，最好覆盖100％。乳液聚合反应可通过本领域已知的方法进行，包括单步和多步聚合反应方法。聚合反应中任选使用各种合成辅剂，如引发剂、链转移剂和表面活性剂。
第二聚合物的重均分子量一般至少为50000，宜至少为250000，最好至少为500000。重均分子量按凝胶渗透色谱法测定。
合适的第二聚合物可包含单一聚合物相或多个聚合物相。或者，第二聚合物具有非球形形状，如椭圆体或棒形。第二聚合物宜形成球形壳，包封连有第一聚合物的颜料微粒；聚合物壳的平均厚度为5nm-1μm，宜为50-500nm，更宜为80-250nm，最好为80-150nm。但是，对于含有二氧化钛颜料微粒或其他大小相近的颜料微粒的微粒来说，具有最大遮盖能力的聚合物壳的平均厚度通常为40-250nm，宜为60-200nm，更宜为80-150nm。
第二聚合物的玻璃转变温度通常在-60～150℃之间，可用Fox方程计算：1/Tg＝w1/Tg(1)+w2/Tg(2)[Bulletin of the American Physical Society，3，pp.123(1956)]。对于共聚物，w1和w2是两种共聚单体的重量分数，Tg(1)和Tg(2)是相应的两种均聚物的玻璃转变温度(K)。对于含有三种或更多单体的聚合物，可以增加项(wn/Tg(n))。均聚物的Tg值可查阅《聚合物手册》(PolymerHandbook，J.Brandrup和E.H.Immergut编，Interscience Publishers)等。
第二聚合物一般通过烯键式不饱和单体的加聚反应制备，如上面制备含硅烷官能团的第一聚合物时所列举的单体。烯键式不饱和单体可包括多烯键式不饱和单体，如(甲基)丙烯酸烯丙酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、乙二醇(甲基)丙烯酸酯、1，6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、三(甲基)丙烯酸三羟甲基丙烷、二乙烯基苯、二乙烯基甲苯、三乙烯基苯和二乙烯基萘。
本发明每个微粒包含一个或多个基本上为第二聚合物所包封的颜料微粒。每个微粒最好包含一个颜料微粒，但实践中通常也存在包含不同数目的颜料微粒的微粒，这部分取决于乳液聚合反应开始时颜料微粒的分散度。多数微粒宜只包含一个基本上被包封的颜料微粒。
在一种实施方式中，所提供的遮光微粒包含一个或多个颜料微粒，其中颜料微粒与含有硅烷的聚合物发生了反应，为特定的含有至少两种聚合物组分的第二聚合物所包封，其中一种聚合物组分包含足够的含有酸官能团的单体，以便可在碱性水中溶解或膨胀，另一种聚合物组分位于微粒外部，在碱性水中不溶解或不发生明显膨胀，但碱能从其中渗透。加入碱后，可膨胀/可溶聚合物相就能在不可膨胀/不可溶聚合物组分内部膨胀，产生充满水的空穴，如美国专利4594363和4427836所述。
本发明遮光微粒的形成方法包括提供平均粒径为0.005-5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒；通过硅烷残基将第一聚合物连接到颜料微粒表面上；用第二聚合物基本上包封连有第一聚合物的颜料微粒。
通过硅烷残基将第一聚合物连接到所提供的颜料微粒表面上的过程包括使含有硅烷官能团的第一聚合物与颜料微粒反应。该反应可用任何已知技术进行，如《硅烷偶合剂的应用》(Applying a Silane Coupling Agent，Silanes，Silicones and Metal-Organics，Gelest，2000，p88)及其中的文献所述。含有硅烷官能团的聚合物与颜料微粒这样反应，让它们以本体形式或在适用于含有硅烷官能团的聚合物的溶剂中混和，各组分反应1分钟到1星期。反应可在0-200℃进行，宜在15-150℃进行。一般地，反应需要在水的存在下发生。水可加入含有硅烷官能团的第一聚合物和颜料微粒的本体混合物中，或者加入含有硅烷官能团的第一聚合物的溶液与颜料微粒的混合物中；或者，可用水作为含有硅烷官能团的第一聚合物的溶剂，然后进行反应；或者，水可来自通常自然吸附到颜料微粒表面上的水。如果在含有硅烷官能团的第一聚合物和颜料微粒的本体混合物中，或者含有硅烷官能团的第一聚合物的溶液与颜料微粒的混合物中加水，则加水量通常为0.1-10％(基于混合物总重)，当然也可以加入更多或更少的水。一般地，该反应通过在含有硅烷官能团的第一聚合物、颜料微粒和任选溶剂的混合物中加入酸或碱来催化。如果含有硅烷官能团的第一聚合物包含酸或胺基团，则聚合物可自催化该反应。含有硅烷官能团的第一聚合物与颜料微粒完成反应实际所需时间取决于反应温度、所有溶剂的性质(如果使用的话)以及所有酸或催化剂的类型和浓度(如果使用的话)。
在其他实施方式中，通过硅烷残基将第一聚合物连接到所提供的颜料微粒表面上的过程分两步或多步进行可能更有效，如上面所详细描述的。
在某些实施方式中，在含有硅烷官能团的第一聚合物与颜料微粒发生反应的同时，可在颜料微粒表面上沉积其他表面涂层。例如，在TiO2表面上沉积碱金属硅酸盐水溶液和/或碱金属铝酸盐水溶液，常常可以对TiO2表面进行二氧化硅和/或氧化铝表面处理。含有硅烷官能团的聚合物可以与硅酸盐和/或铝酸盐溶液进行共沉淀。或者，含有硅烷官能团的第一聚合物可在进行任何表面处理之前或之后与颜料微粒反应。
含有硅烷官能团的第一聚合物与颜料微粒的重量比为0.1-100％，宜为0.5-50％，更宜为1-25％。根据含有硅烷官能团的第一聚合物与颜料微粒的重量比，以及反应细节，不是所有的含有硅烷官能团的第一聚合物都与颜料微粒发生了反应。任选地，可用任何适用于将固体颜料微粒从水或有机溶剂可溶物质中分离出来的技术，例如离心、通过超细过滤进行清液置换或真空旋转过滤，从用第一聚合物改性的颜料微粒中除去部分或全部未反应的含硅烷官能团的第一聚合物以及任何任选的有机溶剂、任选的酸或碱催化剂，或表面处理过程中未反应的残余物。下一步再进行包封。
用第二聚合物基本上包封连有第一聚合物的颜料微粒的过程，可在经过第一聚合物改性的颜料微粒存在下，通过聚合反应，宜为乳液聚合反应加以进行。乳液聚合反应可通过本领域已知的方法进行。制备聚合物微粒的水分散体的乳液聚合反应技术是高分子领域所熟知的，包括多步聚合反应过程。聚合反应中任选使用各种合成辅剂，如引发剂、链转移剂和表面活性剂。一般地，乳液聚合反应是接种乳液聚合反应，加入经第一聚合物改性的颜料微粒作为种子。在本发明的一种实施方式中，在反应釜中装入水、经第一聚合物改性的颜料和任选的表面活性剂及其他聚合反应辅剂，然后在反应釜中加入第二聚合物的单体。在本发明的另一种实施方式中，在反应釜中装入水、经第一聚合物改性的颜料和任选的表面活性剂及其他聚合反应辅剂，然后在反应釜中加入第二聚合物的部分单体，最后在反应釜中加入第二聚合物的剩余单体。在本发明的又一种实施方式中，在反应釜中装入水、任选的表面活性剂和其他聚合反应辅剂以及任选的第三聚合物种子，然后在反应釜中加入第二聚合物的部分单体，然后在反应釜中加入经第一聚合物改性的颜料，最后在反应釜中加入第二聚合物的剩余单体。
聚合反应中可一次、多次或连续加入单体。可以加入纯单体，也可以在合适的表面活性剂的帮助下将单体乳化在水中，然后再加入。第二聚合物的单体的聚合反应可通过加入聚合反应引发剂加以进行。聚合反应引发剂可在加入单体前加入反应釜，或者与单体同时加入，或者在加入单体之后加入，或者组合采用这几种方式。合适的聚合反应引发剂的例子包括在聚合反应温度下热分解产生自由基的聚合物引发剂。例子包括水溶性和水不溶性物质。合适的自由基生发引发剂的例子包括过硫酸盐，如过硫酸铵和过硫酸碱金属(钾、钠和锂)盐；偶氮化合物，如2，2’-偶氮二(异丁腈)、2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)和叔丁基偶氮氰基环己烷；氢过氧化物，如叔丁基过氧化氢和枯烯过氧化氢；过氧化物，如过氧苯甲酰、过氧辛酰、二叔丁基过氧化物、3，3’-二(叔丁过氧基)丁酸乙酯、3，3’-二(t叔戊过氧基)丁酸乙酯、己酸叔戊过氧基-2-乙酯和戊酸叔丁过氧基酯；过酸酯，如过乙酸叔丁酯、过邻苯二甲酸叔丁酯和过苯甲酸叔丁酯；以及过碳酸酯，如二(1-氰基-1-甲基乙基)过氧二碳酸酯；过磷酸酯。聚合反应引发剂可单独使用，以混合物使用，或者作为氧化还原体系的氧化组分使用，该体系还包含还原组分，如酸，选自抗坏血酸、苹果酸、乙醇酸、草酸、乳酸和2-硫代乙二酸；碱金属亚硫酸盐，更具体地说是亚硫酸氢盐，如亚硫酸氢钠；硫代硫酸盐，如硫代硫酸钾；偏亚硫酸氢盐，如偏亚硫酸氢钾；甲醛次硫酸钠。引发剂和任选还原组分的用量均为0.001-5％(基于要聚合的单体混合物中单体的重量)。一般可少量使用促进剂，如钴、铁、镍和铜的氯化物和硫酸盐。氧化还原催化剂体系的例子包括叔丁基过氧化氢/甲醛次硫酸钠/Fe(II)和过硫酸铵/重亚硫酸钠/亚硫酸氢钾/Fe(II)。
水性反应介质通常包含表面活性剂，用来稳定在聚合反应过程中正在生长的遮光微粒，并抑制所得水分散体中遮光微粒的聚结。通常用一种或多种表面活性剂，包括阴离子和非离子表面活性剂。适用于乳液聚合反应的表面活性剂的许多例子见每年出版的《McCutcheon洗涤剂和乳化剂》(McCutcheon’sDetergents and Emulsifiers，MC Publishing Co.Glen Rock，NF)。其他类型的稳定剂，如保护胶体可以选用。
在水性反应介质中任选加入链转移剂，以控制聚合物基体的分子量。链转移剂的例子包括硫醇、聚硫醇和包含烷基硫醇的多卤化合物，如乙硫醇、正丙硫醇、正丁硫醇、异丁硫醇、叔戊硫醇、正己硫醇、环己硫醇、正辛硫醇、正癸硫醇、正十一硫醇；3-巯基丙酸；2-羟乙基硫醇；醇，如异丙醇、异丁醇、月桂醇和叔辛醇；卤代化合物，如四氯化碳、四氯乙烯和三氯溴乙烷。在制备第二聚合物时，链转移剂的用量通常为0-10wt％(基于单体混合物中单体的重量)。
催化剂和/或链转移剂任选地溶解或分散在分开的流体介质中，或者溶解或分散在同一流体介质中，然后逐渐加入聚合反应釜。单体可以纯单体形式，或者先溶解或分散在流体介质中，然后任选与催化剂和/或链转移剂同时加入。
乳液聚合反应完成后，遮光微粒可以水分散体的形式提供，或者以固体粉末或小球的形式提供。遮光微粒可用任何合适的技术从乳液聚合反应的水中除去，例如蒸发干燥、喷雾干燥、过滤、离心或凝结。如果以固体形式提供遮光微粒，当第二聚合物包含多相时，第二聚合物最外面的相的Tg宜高于遮光微粒在最终应用前的储存、运输和任选加工的温度。
本发明的涂料组合物包含遮光微粒。涂料也可包含涂料中常用的其他材料，如本发明以外的颜料微粒；补充剂；粘结聚合物，如丙烯酸(共)聚合物、乙烯基乙酸聚合物、乙烯基/丙烯酸共聚物、苯乙烯/丙烯酸共聚物、聚氨酯、聚环氧化物、聚氯乙稀、乙烯/乙烯基乙烯酯聚合物、苯乙烯/丁二烯聚合物、聚酯聚合物、聚醚和它们的混合物；可交联聚合物；含有活性基团的聚合物；空心球聚合物颜料；溶剂、聚结剂、湿润剂、消泡剂、流变性改进剂、交联剂、染料、珠光剂、增黏剂、分散剂、流平剂、增亮剂、紫外线稳定剂、防腐剂、生物杀灭剂和抗氧化剂。这样的涂料包括油墨、纸涂料；建筑涂料，如内外墙油漆、木器涂料和金属涂料；皮革涂料；纺织物和无纺织物；黏合剂；粉末涂料；交通油漆，如在公路、人行道和跑道上作标记用的油漆。如果涂料是基于溶剂的涂料，则用聚合物包封的颜料微粒的聚合物基体基本上不溶于涂料中使用的溶剂或溶剂混合物。
本发明的塑料包含遮光微粒。这样的塑料包括上颜料的丙烯酸类聚合物、聚酯、苯乙烯类聚合物、多相聚合物的混合物等。塑料也可包含塑料中常见的其他材料，如本发明以外的颜料微粒、补充剂、其他聚合物、空心球颜料、增塑剂、流动剂和交联剂。
本发明的涂料或塑料通常包含1-50vol％遮光微粒，宜为3-30vol％，更宜为5-20vol％(基于涂料或塑料的总体积)。涂料或塑料包含10-99vol％粘结聚合物，宜为20-97vol％，更宜为25-80vol％(基于涂料或塑料的总体积)。涂料或塑料包含1-70vol％补充微粒(extender particles)，宜为0-65vol％，更宜为0-60vol％(基于涂料或塑料的总体积)。
实施例
以下实施例是为了说明本发明和实验结果。
缩写
g＝克；mm＝毫米；cm＝厘米；vol＝体积；DI＝去离子
BA＝丙烯酸丁酯
MMA＝甲基丙烯酸甲酯
MAA＝甲基丙烯酸
ADE＝无水变性乙醇
HEA＝丙烯酸羟乙酯
这里所用术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，术语“(甲基)丙烯酸类”是指丙烯酸类或甲基丙烯酸类。
每种颜料微粒的颜料体积浓度(PVC)是指该颜料微粒的体积占涂料或塑料组合物总体积的百分数。对于包含一种或多种颜料微粒的涂料或塑料，每种颜料微粒的PVC可用方程1a表示：Vi＝100Vp，i/Vc，其中Vp是该种颜料微粒的体积，Vc是涂料或塑料的总体积。
确定涂料中遮光颜料的B值的方法
特定种类的颜料的B值通过制备至少含5个涂料的系列来测定，这五个涂料只有颜料体积浓度(PVC)发生变化。用1.5mil Bird刀片在Black ReleaseCharts(Leneta Form RC-BC)上将此涂料涂四次，然后在室温下干燥至少16个小时。用刀片在每个下拉涂层上划一块10.1mm×8.2mm的矩形，然后用Pacific Scientific Colorgard 45/0反射仪测定5个划出的区域内的Y反射度，计算平均值(Yave，1.5)。从防黏纸上剥离划出区域的涂层，在天平上称重，精确到0.0001g。用50mil隙宽的下拉棒将同样的涂料涂抹到black scrub chart(LenetaForm P121-10N)上，然后在室温下干燥至少16小时。同样用反射仪测定这些更厚的膜的Y反射度(Y50)。Kubelka-Munk散射系数S通过以下方程计算：S＝(Y50/(1-Y50 2))*ln((1-Yave，1.5*Y50)/(1-Yave，1.5/Y50))/Ft，其中Yave，1.5和Y50定义如上，Ft是涂层的膜厚，单位为mil，Ft根据划出涂层区域的重量(Wt)和涂层干密度由下面的方程计算：Ft＝4.7537*Wt/DD，其中Wt的单位是克，DD的单位是g/cm3。
涂层或塑料中颜料的遮盖效率采用Stieg在Official Digest，31(408)，52(1959)中所述模型，根据光的散射理论计算。用该模型可以计算该颜料的Kubelka-Munk的光散射系数Si，Si是该颜料微粒的PVC的函数，满足方程2：Si＝AiVi(1-BiV1/3eff，i)，其中Ai和Bi是常数。如果含有颜料的涂料或塑料具有该颜料微粒理论上的遮盖效率，则其光散射系数Si与Vi成线性比例关系。在方程2中，能提供理论遮光效率的颜料的Bi值等于0。至少部分为聚合物所包封的颜料不容易聚集，因而具有较小的Bi值，与没有用聚合物包封的同种颜料相比具有更好的不透明性。
平均粒径为0.005-5微米、折射率至少为1.8且其表面通过硅烷残基与第一聚合物连接的颜料微粒的制备
样品1在250毫升三颈圆底烧瓶上装配磁搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入86.5g ADE、1.16g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷、8.52gBA、15.61g MMA、4.26g MAA和0.15g VazoTM52。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到60℃，此时关闭加热套，反应因放热而升温到77℃。让烧瓶在77℃保持1小时，然后冷却到室温。含有硅烷官能团的聚合物溶液中固体含量为25.0％。
在研锅中加入105.6g含有硅烷官能团的聚合物溶液，然后缓慢加入250gTiPure R-706(TiPure是E.I.DuPont de Nemours&Company的商标)，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入10g水，继续研磨10分钟，再加入0.19g NH3(28％)，继续搅拌5分钟，然后加入6.82g水和3.0g NH3(28％)，再搅拌7分钟。将研锅的内容物转移到油漆罐中，放在滚筒上过夜。然后通过三次离心/洗涤过程从未反应的含有硅烷的聚合物和溶剂中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以5000RPM的速度旋转30分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加水使之重新分散，然后放在油漆振摇器上大致15分钟。最终TiO2浆液中的固体含量为65％。
样品2在250毫升三颈圆底烧瓶上装配磁搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入86.5g ADE、1.16g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷、8.52gBA、15.61g MMA、4.26g MAA和0.2g VazoTM52。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到60℃，此时关闭加热套，反应因放热而升温到77℃。让烧瓶在77℃保持1小时，然后加入2.0g ADE中的0.1g VazoTM52，混合物在77℃再保持45分钟，然后冷却到室温。含有硅烷官能团的聚合物溶液中固体含量为19.0％。
在研锅中加入含有硅烷官能团的聚合物溶液，然后缓慢加入292g TiPureR-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入10g水，继续研磨10分钟，再加入5.0g NH3(28％)和5.0g水，继续搅拌5分钟，然后加入25.0g ADE。将研锅的内容物转移到油漆罐中，放在滚筒上过夜，再加入50.0g ADE。然后通过四次离心/洗涤过程从未反应的含有硅烷的聚合物和溶剂中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以5000RPM的速度旋转30分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加ADE或水使之重新分散，然后放在油漆振摇器上大致15分钟。第一次旋转沉积之后，将固体重新分散在乙醇中，第二次和第三次旋转沉积后重新分散在水中。第四次旋转沉积后，在研锅中加入14.0g水，使TiO2重新分散，缓慢加入216.0g湿固体，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨20分钟，然后在研锅中加入15.0g水。最终TiO2浆液中的固体含量为73.6％。
样品3在250毫升三颈圆底烧瓶上装配磁搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入86.5g ADE、1.16g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷、27.5gHEA、0.85g MAA和0.15g VazoTM52。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到60℃，此时关闭加热套，反应因放热而升温到77℃。让烧瓶在77℃保持1小时，然后冷却到室温。含有硅烷官能团的聚合物溶液中固体含量为24.9％。
在研锅中加入全部含有硅烷官能团的聚合物溶液，然后缓慢加入200gTiPure R-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入10g水，继续研磨10分钟，再加入2.0g NH3(28％)，继续搅拌10分钟，然后加入8.0g水。将研锅的内容物转移到油漆罐中，放在滚筒上过夜。然后通过四次离心/洗涤过程从未反应的含有硅烷的聚合物和溶剂中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以5000RPM的速度旋转30分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加水使之重新分散，然后放在油漆振摇器上30分钟。最终TiO2浆液中的固体含量为65.8％。
样品4在250毫升三颈圆底烧瓶上装配磁搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入120.0g ADE、2.89g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷、32.25g HEA和0.15g VazoTM52。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到60℃，此时关闭加热套，反应因放热而升温到75℃。让烧瓶在75℃保持1小时，然后升温到78℃并保持30分钟，再冷却到室温。含有硅烷官能团的聚合物溶液中固体含量为22.5％。
在研锅中加入全部含有硅烷官能团的聚合物溶液，然后依次缓慢加入90.0g ADE和350g TiPure R-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入5g水和1.25g NaOH(10％水溶液)，继续研磨10分钟，然后加入5.0g水。将研锅的内容物转移到油漆罐中，放在滚筒上过夜。然后通过五次离心/洗涤过程从未反应的含有硅烷的聚合物和溶剂中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以3500RPM的速度旋转45分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加水使之重新分散，然后放在油漆振摇器上大致60分钟。最终TiO2浆液中的固体含量为66.4％。
样品5在250毫升三颈圆底烧瓶上装配磁搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入85.0g ADE和73.3g聚乙二醇单甲醚(Mn＝5000)然后将温度升高到90℃。用干燥N2吹扫烧瓶，然后降温到75℃，在混合物中加入3.72g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷，烧瓶在75℃保持1小时，然后冷却到室温。含有硅烷官能团的聚合物溶液中固体含量经测定为50.1％。
在研锅中加入125g含有硅烷官能团的聚合物溶液和105.0g ADE，然后缓慢加入385g TiPure R-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入5g水和1.25gNaOH(10％水溶液)，继续研磨10分钟，然后加入5.0g水。将研锅的内容物转移到油漆罐中，放在滚筒上过夜。然后通过五次离心/洗涤过程从未反应的含有硅烷的聚合物和溶剂中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以3500RPM的速度旋转45分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加水使之重新分散，然后放在油漆振摇器上大致60分钟。最终TiO2浆液中的固体含量为63.5％。
样品6在250毫升三颈圆底烧瓶上装配磁搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入84.5g ADE、0.60g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷、8.52gBA、15.61g MMA、4.26g MAA和0.20g VazoTM52。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到60℃，此时关闭加热套，反应因放热而升温到77℃。让烧瓶在77℃保持1.5小时，然后冷却到室温。含有硅烷官能团的聚合物溶液中固体含量为19.2％。
在研锅中加入107.0g水，然后缓慢加入150g TronoxTM RU-2(Tronox是Kerr-McGee Chemical LLC的商标)，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在研锅中依次加入3.75g含有硅烷官能团的聚合物溶液和2.5g 28％NH3，继续研磨15分钟。
将221.13g TiO2浆液转移到2升四颈圆底烧瓶中，烧瓶上配有顶置桨搅拌器、回流冷凝器和热电偶。在搅拌的过程中加入300.0g水，然后在30分钟的时间里滴加30.4g硅酸钠溶液(200g SiO2/L)。再在90分钟的时间内滴加62.0g含有硅烷官能团的聚合物溶液，桨温度升高到90℃，在5小时的时间内滴加56.0g水和4.0g浓硫酸的混合物。H2SO4滴加完后，温度在90℃保持45分钟，然后将烧瓶冷却到室温；pH值为4.5。将研锅的内容物转移到油漆罐中，放在滚筒上过夜，然后加入4.8g 28％NH3，将pH调节到8.5。然后通过三次离心/洗涤过程从未反应的含有硅烷的聚合物、盐和溶剂中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以6000RPM的速度旋转30分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加水使之重新分散，然后放在油漆振摇器上大致30分钟。最终TiO2浆液中的固体含量为63.7％。
样品7在研锅中加入199.0g乙二醇和6.0g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷，然后缓慢加入300g TiPureTM R-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入5g水，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入1g NH3(28％)和4g水，继续研磨10分钟，再在研锅中加入95g乙二醇，将样品放在滚筒上3天。然后通过四次离心/洗涤过程从未反应的巯基硅烷和乙二醇中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以8000RPM的速度旋转30分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加ADE使之重新分散于乙醇中，然后放在油漆振摇器上30分钟。最后一次洗涤后，收集265g TiO2，在研钵中用杵研磨，直到它能通过1mm筛子。然后在研锅中装入82.0g ADE，然后缓慢加入265g经巯基硅烷改性的TiO2，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。加完TiO2后，继续研磨30分钟。所得产物中固体含量为66.5％。
在250毫升三颈圆底烧瓶上装配顶置搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入140g制成浆液的经巯基硅烷改性的TiO2、42g ADE、5.59g BA、10.24g MMA、2.79g MAA和0.12g VazoTM52。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到60℃，此时关闭加热套，反应因放热而升温到75℃，此时重新开动加热套，使温度升高到80℃。让烧瓶在80℃保持30分钟，然后再加入在4g ADE中的0.15g VazoTM52，使烧瓶80℃保持1小时。在烧瓶中加入60g ADE，将内容物冷却到室温。将烧瓶内容物倒入罐中，用60g ADE洗涤烧瓶，将洗涤液加入罐中。经聚合物改性的聚合物中的固体含量为32.7％。
然后通过两次离心/洗涤过程从未反应的聚合物和溶剂中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以8000RPM的速度旋转30分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加水使之重新分散于水中，然后放在油漆振摇器上30分钟。最终TiO2浆液中的固体含量为59.6％。
样品8在研锅中加入190.0g ADE和0.3g 3-巯基丙基三甲氧基硅烷，然后缓慢加入300g TiPureTM R-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入5g水，继续研磨10分钟，然后在研锅中加入1g NH3(28％)和4g水，继续研磨10分钟，再在研锅中加入50g ADE，将样品放在滚筒上3天。然后通过两次离心/洗涤过程从未反应的巯基硅烷中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以8000RPM的速度旋转30分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加ADE使之重新分散于乙醇中，然后放在油漆振摇器上30分钟。最后一次洗涤后，收集120g TiO2，放入装有90g ADE的罐中；将罐放在油漆振摇器上1小时，分散TiO2。所得产物中固体含量为51.7％。
在250毫升三颈圆底烧瓶上装配顶置搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入180g制成浆液的经巯基硅烷改性的TiO2、5.59g BA、10.24g MMA、2.79g MAA和0.17g VazoTM52。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到60℃，此时关闭加热套，反应因放热而升温到75℃，此时重新开动加热套，使温度升高到80℃。让烧瓶在80℃保持30分钟，然后再加入在4g ADE中的0.15g VazoTM52，使烧瓶80℃保持1小时。在烧瓶中加入60gADE，将内容物冷却到室温。经聚合物改性的聚合物中的固体含量为41.1％。
样品9在研锅中加入250.0g无水二噁烷和9.0g 3-溴代丙基三氯硅烷，然后缓慢加入300g TiPureTM R-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨20分钟，然后将样品装入配有顶置搅拌器、N2进气管、热电偶和回流冷凝器的500ml烧瓶中。将烧瓶加热到100℃，保持6小时，然后将样品转移到罐中，放在滚筒上过夜。然后通过四次离心/洗涤过程从未反应的溴代丙基硅烷和二噁烷中分离出TiO2，在此过程中TiO2浆液以8000RPM的速度旋转30分钟，除去清液，回收固体相，在固体相中加ADE使之重新分散于乙醇中，然后放在油漆振摇器上30分钟。最后一次洗涤后，收集到250g TiO2，在研钵中用杵研磨，直到它能通过1mm筛子；将罐放在油漆振摇器上1小时，分散TiO2。
在250毫升三颈圆底烧瓶上装配顶置搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入全部TiO2浆液。在搅拌下，向烧瓶中加入1.15g1，1，4，7，10，10-六甲基三亚乙基四胺、0.72g CuBr和5g ADE。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到95℃，保持5小时。
样品10在研锅中加入130.0g ADE和3.5g((氯甲基)苯乙基)三甲氧基硅烷，然后缓慢加入300g TiPureTM R-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere MillCorp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨10分钟，然后在5分钟时间里加入5.0g水和2滴乙酸，同时继续搅拌；将样品放在滚筒上4天。通过3次离心清洁样品，最后一次用ADE。然后在研钵中用杵研磨TiO2，直到它能通过1mm筛子。
在250毫升三颈圆底烧瓶上装配顶置搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。装有100g上述TiO2、100g HEA和20g上述二噁烷的罐子放在油漆振摇器上45分钟。向烧瓶中加入211.11g TiO2/HEA/二噁烷浆液。在搅拌下，向烧瓶中加入在10g二噁烷中的2.25g 1，1，4，7，10，10-六甲基三亚乙基四胺和1.56gCuBr。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到75℃，保持3小时。用乙醇离心3次，从未反应的单体、二噁烷和催化剂中分离出TiO2。
样品11在研锅中加入200.0g ADE和0.2g(3-异硫氰酰丙基)二甲基氯硅烷，然后缓慢加入300g TiPureTM R-706，同时用配有圆盘刀片的Premiere MillCorp.Model 50研磨机研磨。TiO2加完后，继续研磨20分钟。然后通过渗滤从未反应的硅烷中分离出TiO2。所得产物中固体含量为65％。
在250毫升三颈圆底烧瓶上装配顶置搅拌器、温度计、氮气进气管和回流冷凝器。在此烧瓶中加入86.5g ADE、0.40g 2-(丁胺基)乙硫醇、8.52g BA、15.16gMMA、4.26g MAA和0.15g VazoTM52。用干燥N2吹扫烧瓶，然后在氮气保护下升温到60℃，此时关闭加热套，反应因放热而升温到77℃。让烧瓶在77℃保持1小时，然后冷却到室温。含有胺端基的聚合物溶液中的固体含量为25.0％。
在配有顶置搅拌器的250ml烧瓶中装入153.85gTiO2浆液。在搅拌下，加入20.0g含有胺端基的聚合物溶液。继续搅拌15分钟。然后通过渗滤用水交换乙醇，从未反应的聚合物和乙醇中分离出TiO2。所得产物中的固体含量为60％。
实施例1-3制备遮光微粒
单体乳液原料
  材料   用量(wt)
  去离子水   15.0
  十二烷基苯磺酸钠(23％)   0.93
  甲基丙烯酸甲酯   33.74
  丙烯酸丁酯   35.52
去离子水洗涤
过程中所用单体乳液添加剂    7.0
甲基丙烯酸                  1.78
十二烷基苯磺酸钠            0.3
实施例1在N2保护和适当搅拌下，将500ml四颈瓶中的62.4g去离子水加热到45℃。将72.7g样品1装入该瓶(kettle)中，用5g去离子水洗涤。2分钟后，装入2.8g 0.15％FeSO4*7H2O和2.5g 1％乙二胺四乙酸(EDTA)的预混和溶液。然后立即开始逐渐加入以下引发剂组分：
0.49g 70％叔丁基过氧化氢在25g去离子水中的溶液
0.31g异抗坏血酸在25g去离子水中的溶液
2分钟后，开始逐渐加入单体乳液。单体乳液加入30分钟后，在良好的搅拌下加入过程中单体乳液添加剂(MAA和十二烷基苯磺酸钠)。单体乳液的pH用29％氨水调节到6.5-7.0。继续加入各种添加料，直至加完。该批料在整个过程中保持在44-46℃。引发剂溶液的总加料时间约为85分钟，单体乳液的加入时间约持续80分钟。当所有的添加料加完后，批料在上述温度下保持10分钟。然后加入0.09g 70％t-BHP在1.5g去离子水中的溶液，然后立即加入0.06g异抗坏血酸在1.5g去离子水中的溶液。保持10分钟后，加入0.09g70％t-BHP在1.5g去离子水中的溶液，接着加入0.06g异抗坏血酸。批料再保持15分钟，然后在空气中冷却到室温。用29％氨水调节批料的pH。过滤批料，立即封装，并放置在滚筒上，防止沉淀。批料中固体总含量为38.8％，最后的pH为8.1，粒径用Brookhaven BI-90测定为502nm。
实施例2在N2保护和适当搅拌下，将500ml四颈瓶中的50.5g去离子水加热到45℃。将41.4g样品2装入该瓶中，用5g去离子水洗涤。2分钟后，装入2.8g 0.15％FeSO4*7H2O和2.5g 1％乙二胺四乙酸(EDTA)的预混和溶液。然后立即开始逐渐加入以下引发剂组分：
0.49g 70％叔丁基过氧化氢在25g去离子水中的溶液
0.31g异抗坏血酸在25g去离子水中的溶液
2分钟后，开始逐渐加入单体乳液。单体乳液加入30分钟后，在良好的搅拌下加入过程中单体乳液添加剂(MAA和十二烷基苯磺酸钠)。单体乳液的pH用29％氨水调节到6.5-7.0。继续加入各种添加料，直至加完。该批料在整个过程中保持在44-46℃。引发剂溶液的总加料时间约为85分钟，单体乳液的加入时间约持续80分钟。当所有的添加料加完后，该批料在上述温度下保持10分钟。然后加入0.09g 70％t-BHP在1.5g去离子水中的溶液，然后立即加入0.06g异抗坏血酸在1.5g去离子水中的溶液。保持10分钟后，加入0.09g70％t-BHP在1.5g去离子水中的溶液，接着加入0.06g异抗坏血酸。该批料再保持15分钟，然后在空气中冷却到室温。用29％氨水调节批料的pH。过滤批料，立即封装，并放置在滚筒上，防止沉淀。批料中固体总含量为37.8％，最后的pH为8.4，粒径用Brookhaven BI-90测定为545nm。
实施例3在N2保护和适当搅拌下，将500ml四颈瓶中的87.2g去离子水加热到45℃。将51g样品7装入该瓶中，用5g去离子水洗涤。2分钟后，装入2.8g 0.15％FeSO4*7H2O和2.5g 1％乙二胺四乙酸(EDTA)的预混和溶液。然后立即开始逐渐加入以下引发剂组分：
0.49g 70％叔丁基过氧化氢在25g去离子水中的溶液
0.31g异抗坏血酸在25g去离子水中的溶液
2分钟后，开始以0.71ml/min的加料速度逐渐加入单体乳液。单体乳液加入20分钟后，在良好的搅拌下在单体乳液中加入0.3g 23％十二烷基苯磺酸钠。单体溶液加入30分钟后，在同时加入的t-BHP溶液中加入1.1g 14％氨水并充分搅拌。单体乳液加入35分钟后，在良好搅拌下向单体乳液中加入1.78g MAA。继续加入各种添加料，直至加完。批料在整个过程中保持在44-46℃。通过加入7％氨水等分液将批料的pH保持在6-7。引发剂溶液的总加料时间约为120分钟。当所有的添加料加完后，批料在上述温度下保持10分钟。然后加入0.09g70％t-BHP在1.5g去离子水中的溶液，然后立即加入0.06g异抗坏血酸在1.5g去离子水中的溶液。保持10分钟后，加入0.09g 70％t-BHP在1.5g去离子水中的溶液，接着加入0.06g异抗坏血酸。批料再保持15分钟，然后在空气中冷却到室温。用29％氨水调节批料的pH。过滤批料，立即封装，并放置在滚筒上，防止沉淀。批料中固体总含量为30.6％，最后的pH为8.1，粒径用BrookhavenBI-90测定为504nm。
比较例A用配有圆盘刀片的Premiere Mill Corp.Model 50研磨机在10分钟内将125g TiPureTM R-706分散在125g DI H2O中。从研磨机中取出浆液，加入用22.29g去离子水稀释的2.72g 23％DS-4。将该材料防止在实验室超声器上，然后用于以下乳液聚合反应。
单体乳液原料
  材料   用量(wt)
  去离子水   59
  十二烷基苯磺酸钠(23％)   2.44
  甲基丙烯酸甲酯   97.50
  丙烯酸丁酯   84.38
  甲基丙烯酸   1.78
去离子水洗涤                19
过程中所用单体乳液添加剂
十二烷基苯磺酸钠(23％)        2.44
在N2保护和适当搅拌下，将500ml四颈瓶中的230g去离子水加热到62℃。将260g上述TiO2装入该瓶中，用45g去离子水洗涤。2分钟后，装入7.0g0.15％FeSO4*7H2O。然后以0.51ml/min的速度立即开始逐渐加入以下引发剂组分：
1.23g 70％叔丁基过氧化氢在25g去离子水中的溶液
0.78g异抗坏血酸在25g去离子水中的溶液
2分钟后，以2.9ml/min的速度开始逐渐加入单体乳液。单体乳液加入30分钟后，观察到松散的凝胶。向该瓶中加100g去离子水，以稀释批料。在良好的搅拌下，继续加入过程中单体乳液添加剂(MAA和十二烷基苯磺酸钠)，并继续加入各种添加料。加料45分钟后，出现过量松散地黏着在一起的凝胶，中止批料所进行的过程。
实施例4制备和测定含有遮光微粒的涂料组合物
在悬挂台式实验室搅拌器的搅拌下，混和100.00g实施例1中的产物、1.68gTexanolTM(TEXANOL是Eastman Chemical Co.的商标)、0.25g水和0.40gNatrosolTM250HR，由此制备含有15.65PVC TiO2的涂料(4.1)。
在悬挂台式实验室搅拌器的搅拌下，混和54.34g RhoplexTM AC-261(RHOPLEX是Rohm&Haas Co.的商标)、1.95g TexanolTM、30.19g水和0.50gNatrosolTM250HR，由此制备含有0PVC TiO2的涂料(4.2)。
按以下量混和前两种涂料，可以制得含有中等TiO2PVC的涂料：
  涂料   涂料TiO2PVC   涂料4.2的重量   涂料4.1的重量
  4.3   2.5   21.93g   4.80g
  4.4   5   17.76g   9.59g
  4.5   7.5   13.59g   14.39g
  4.6   10   9.42g   19.18g
  4.7   12.5   5.25g   23.98g
测得B值为0.00，而未包封的TiPureTM R-706的已知B值为0.23。这表明本发明的遮光微粒比本领域现有颜料损失遮光效率的倾向小，因为本发明颜料的聚集程度小。
实施例5制备和测定含有遮光微粒的涂料组合物
在悬挂台式实验室搅拌器的搅拌下，混和102.17g实施例2中的产物、1.95gTexanolTM和0.40g NatrosolTM250HR，由此制备含有7.25PVC TiO2的涂料(5.1)。
在悬挂台式实验室搅拌器的搅拌下，混和60.75g RhoplexTM AC-261、2.16gTexanolTM、31.64g水和0.40g NatrosolTM250HR，由此制备含有0PVC TiO2的涂料(5.2)。
按以下量混和前两种涂料，可以制得含有中等TiO2PVC的涂料：
  涂料   涂料TiO2PVC   涂料5.2的重量   涂料5.1的重量
  5.3   1.48   17.40g   4.69g
  5.4   2.95   13.05g   9.38g
  5.5   4.40   8.70g   14.07g
  5.6   5.83   4.35g   18.76g
测得B值为0.03，而未包封的TiPureTM R-706的已知B值为0.23。这表明本发明用聚合物包封的颜料微粒比本领域现有颜料损失遮光效率的倾向小，因为本发明颜料的聚集程度小。

Claims (1)

1.一种遮光微粒，它包含：
平均粒径为0.005－5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒；
通过硅烷残基与颜料微粒表面相连的第一聚合物，其中所述的第一聚合物是至少一种烯键式不饱和单体的加成聚合物；和
包含第二聚合物的壳，第二聚合物由至少一种选自下组的烯键式不饱和单体形成：含醇的烯键式不饱和单体、含无机酸的烯键式不饱和单体、含羧酸的烯键式不饱和单体、含酰胺的烯键式不饱和单体、含胺的烯键式不饱和单体和它们的混合物，第二聚合物基本上包封所述连有第一聚合物的所述颜料微粒。
2. 权利要求1所述遮光微粒，其特征在于所述颜料微粒包含二氧化钛。
3. 权利要求1所述遮光微粒，其特征在于，所述的第一聚合物是含有一种或多种聚合形式的（甲基）丙烯酸C1-C40烷基酯、含醇单体或其组合的加成聚合物，且所述的硅烷残基衍生自烷巯基官能的硅烷或卤代烷基官能的硅烷。
4. 权利要求3所述遮光微粒，其特征在于，所述的第一聚合物还由至少一种水溶性单体形成，该至少一种水溶性单体选自含无机酸的烯键式不饱和单体、含羧酸的烯键式不饱和单体、含胺的烯键式不饱和单体和它们的混合物。
5. 权利要求4所述遮光微粒，其特征在于，
（甲基）丙烯酸C1-C40烷基酯选自（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙烯酸正丁酯、（甲基）丙烯酸2-乙基己酯、或它们的混合物；
所述含醇单体选自（甲基）丙烯酸羟乙酯、（甲基）丙烯酸羟丙酯、（甲基）丙烯酸羟丁酯、或它们的混合物；
所述的硅烷残基衍生自3-巯基丙基三甲氧基硅烷，3-巯基丙基三乙氧基硅烷，3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、巯基甲基甲基二乙氧基硅烷、3-(溴代丙基)三甲氧基硅烷、(三氯甲基)三乙氧基硅烷、(3,3,3-三溴代丙基)二甲基氯代硅烷、或它们的混合物；和
第一聚合物中的水溶性单体选自（甲基）丙烯酸磷酰乙酯、乙烯基磷酸、（甲基）丙烯酸磺乙基酯、2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、（甲基）丙烯酸、衣康酸、富马酸、马来酸、（甲基）丙烯酸二甲胺基乙酯、（甲基）丙烯酸二甲胺基丙酯、（甲基）丙烯酸叔丁胺基乙酯、或它们的混合物。
6. 权利要求1所述遮光微粒，其特征在于，第二聚合物层形成平均厚度为5～150纳米的壳。
7. 包含权利要求1所述遮光微粒的涂料组合物。
8. 包含权利要求1所述遮光微粒和一种或多种塑料的塑料组合物。
9. 权利要求1所述遮光微粒，其特征在于，第二聚合物中的至少一种烯键式不饱和单体选自含无机酸的单体、含羧酸的单体、含胺的单体和它们的混合物。
10. 权利要求9所述遮光微粒，其特征在于，第二聚合物中的至少一种烯键式不饱和单体选自（甲基）丙烯酸磷酰乙酯、乙烯基磷酸、（甲基）丙烯酸磺乙基酯、2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、（甲基）丙烯酸、衣康酸、富马酸、马来酸、（甲基）丙烯酸二甲胺基乙酯、（甲基）丙烯酸二甲胺基丙酯、（甲基）丙烯酸叔丁胺基乙酯、或它们的混合物。
11. 权利要求10所述遮光微粒，其特征在于，第二聚合物中至少一种烯键式不饱和单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、或它们的混合物。
12. 一种遮光微粒，它包含：
平均粒径为0.005－5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒；
通过硅烷残基与颜料微粒表面相连的第一聚合物，其中，
所述的第一聚合物由至少一种烯键式不饱和单体和至少一种水溶性单体形成，该烯键式不饱和单体选自（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙烯酸正丁酯、（甲基）丙烯酸2-乙基己酯、（甲基）丙烯酸羟乙酯、（甲基）丙烯酸羟丙酯、或它们的混合物，该水溶性单体选自（甲基）丙烯酸磷酰乙酯、乙烯基磷酸、（甲基）丙烯酸磺乙基酯、2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、（甲基）丙烯酸、衣康酸、富马酸、马来酸、（甲基）丙烯酸二甲胺基乙酯、（甲基）丙烯酸二甲胺基丙酯、（甲基）丙烯酸叔丁胺基乙酯、或它们的混合物；
所述的硅烷残基衍生自3-巯基丙基三甲氧基硅烷，3-巯基丙基三乙氧基硅烷，3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、巯基甲基甲基二乙氧基硅烷、3-(溴代丙基)三甲氧基硅烷、(三氯甲基)三乙氧基硅烷、(3,3,3-三溴代丙基)二甲基氯代硅烷、或它们的混合物；和
包含第二聚合物并基本上包封所述连有第一聚合物的所述颜料微粒的壳，其中第二聚合物由至少一种选自下组的烯键式不饱和单体形成：含无机酸的烯键式不饱和单体、含羧酸的烯键式不饱和单体、和它们的混合物。
13. 包含权利要求12所述遮光微粒的涂料组合物。
14. 包含权利要求12所述遮光微粒的塑料组合物。
15.遮光微粒的形成方法，它包括：
提供平均粒径为0.005－5微米且折射率至少为1.8的颜料微粒；
通过硅烷残基将第一聚合物连接到颜料微粒表面上，其中所述的第一聚合物是至少一种烯键式不饱和单体的加成聚合物；
在所述连有第一聚合物的颜料微粒的存在下，乳液聚合至少一种烯键式不饱和单体，形成含有第二聚合物并基本上包封连有第一聚合物的颜料微粒的壳，该烯键式不饱和单体选自含醇的烯键式不饱和单体、含无机酸的烯键式不饱和单体、含羧酸的烯键式不饱和单体、含酰胺的烯键式不饱和单体、含胺的烯键式不饱和单体和它们的混合物。
16. 权利要求15所述方法，其特征在于所述的通过硅烷残基将所述第一聚合物连接到所述颜料微粒表面上的步骤在碱金属硅酸盐溶液或碱金属铝酸盐溶液的存在下进行。
17. 权利要求15所述方法，其特征在于，所述颜料微粒包含二氧化钛，所述的第一聚合物是含有一种或多种聚合形式的（甲基）丙烯酸C1-C40烷基酯、含醇单体或其组合的加成聚合物，且所述的硅烷残基衍生自烷巯基官能的硅烷或卤代烷基官能的硅烷。
18. 权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的第一聚合物还由至少一种水溶性单体形成，该至少一种水溶性单体选自含无机酸的烯键式不饱和单体、含羧酸的烯键式不饱和单体、含酰胺的烯键式不饱和单体、含胺的烯键式不饱和单体和它们的混合物。
19. 权利要求18所述的方法，其特征在于，
（甲基）丙烯酸C1-C40烷基酯选自（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙烯酸正丁酯、（甲基）丙烯酸2-乙基己酯、或它们的混合物；
所述含醇单体选自（甲基）丙烯酸羟乙酯、（甲基）丙烯酸羟丙酯、（甲基）丙烯酸羟丁酯、或它们的混合物；
所述的硅烷残基衍生自3-巯基丙基三甲氧基硅烷，3-巯基丙基三乙氧基硅烷，3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、巯基甲基甲基二乙氧基硅烷、3-(溴代丙基)三甲氧基硅烷、(三氯甲基)三乙氧基硅烷、(3,3,3-三溴代丙基)二甲基氯代硅烷、或它们的混合物；和
第一聚合物中的水溶性单体选自（甲基）丙烯酸磷酰乙酯、乙烯基磷酸、（甲基）丙烯酸磺乙基酯、2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、（甲基）丙烯酸、衣康酸、富马酸、马来酸、（甲基）丙烯酸二甲胺基乙酯、（甲基）丙烯酸二甲胺基丙酯、（甲基）丙烯酸叔丁胺基乙酯、或它们的混合物。
20. 权利要求15所述的方法，其特征在于，第二聚合物层形成平均厚度为5～150纳米的壳。
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