包含球形热解二氧化硅纳米粒子的纳米复合材料、复合材料、制品及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米复合材料，所述纳米复合材料包含分散于可固化树脂或固化剂中的球形热解二氧化硅纳米粒子。所述纳米复合材料包含基于所述纳米粒子重量计少于2重量％的溶剂和少于0.5重量％的分散剂。本发明专利技术还提供了一种复合材料，所述复合材料包含分散于固化树脂中的约4重量％至70重量％的球形热解二氧化硅纳米粒子，以及嵌入所述固化树脂中的填料。任选地，所述复合材料还包含固化剂。此外，本发明专利技术提供了一种制备含纳米粒子的可固化树脂体系的方法，所述方法包括将10重量％至70重量％的聚集的球形热解二氧化硅纳米粒子与可固化树脂混合以形成混合物。所述混合物包含基于纳米粒子重量计少于2重量％的溶剂和少于0.5重量％的分散剂。所述方法还包括在包含研磨介质的浸没式磨机中研磨所述混合物，以形成经研磨的树脂体系，所述经研磨的树脂体系包含分散于所述可固化树脂中的二氧化硅纳米粒子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及包含球形热解二氧化硅纳米粒子的纳米复合材料、复合材料和制品及其制备方法。
技术介绍
纳米复合材料，继而包含纳米粒子的复合材料一直存在的问题是成本，包括与处理步骤相关联的成本。处理纳米复合材料的一种方法是基于溶剂的方法，其中纳米粒子的含水分散体是原材料。分散体通常是稀释的，其中纳米粒子以约15重量％至40重量％之间的量存在。将溶剂(通常为水混溶性溶剂)以与水的显著体积比率加入分散体中，从而进一步稀释纳米粒子。通常将溶剂选择为使得纳米粒子的分散状态得以保持。溶剂还用于抵消二氧化硅纳米粒子对树脂体系的增稠效应。表面处理剂通常用于使纳米粒子与基体树脂更相容。表面处理剂通常可溶于水:溶剂:纳米粒子分散体中。在表面处理工艺完成之后，将改性的纳米粒子分散体与树脂混合。在这之后去除水和溶剂以产生纳米复合材料。存在与如下工艺相关联的成本：制备纳米粒子含水分散体、溶剂的添加、纳米粒子的表面处理、纳米粒子配混到树脂中，以及水和溶剂的去除以形成纳米复合材料。水和溶剂的去除通常是这些工艺中最昂贵的。
技术实现思路
本公开提供了包含二氧化硅纳米粒子的纳米复合材料和制品以及制备纳米复合材料和制品的方法，与其他制备方法相比，该方法降低了材料和处理的成本。在第一实施例中，本公开提供了一种纳米复合材料，该纳米复合材料包含分散于可固化树脂中的球形热解二氧化硅纳米粒子，其中该纳米复合材料包含基于纳米粒子重量计少于2重量％的溶剂和少于0.5重量％的分散剂。在第二实施例中，本公开提供了一种复合材料，该复合材料包含分散于固化树脂中的约4重量％至70重量％的球形热解二氧化硅纳米粒子，以及嵌入固化树脂中的填料。该复合材料包含基于纳米粒子重量计少于0.5重量％的分散剂。填料包括增强连续纤维、增强不连续纤维和中空玻璃泡中的至少一种。在第三实施例中，本公开提供了一种制品，该制品包含分散于固化树脂中的约10重量％至约50重量％的球形热解二氧化硅纳米粒子。该制品包含基于纳米粒子重量计少于0.5重量％的分散剂。在第四实施例中，本公开提供了一种制备含纳米粒子的可固化树脂体系的方法，该方法包括将10重量％至70重量％的球形热解二氧化硅纳米粒子与可固化树脂以及任选地催化剂、稀释剂、表面处理剂和/或固化剂混合，以形成混合物。该混合物包含基于纳米粒子重量计少于2重量％的溶剂和少于0.5重量％的分散剂。该方法还包括在包含研磨介质的浸没式磨机中研磨混合物，以形成经研磨的树脂体系，该经研磨的树脂体系包含分散于可固化树脂中的球形热解二氧化硅纳米粒子。在本公开的示例性实施例中获得各种意外的结果和优点。本公开的示例性实施例的一个此类优点是有能力产生低成本、高性能二氧化硅纳米复合材料和制品。本公开的示例性实施例的另一个潜在优点是有能力在不使用溶剂的情况下制备二氧化硅纳米粒子以高装填量分散于可固化树脂中和/或分散于固化剂中的分散体。本公开的示例性实施例的另一个潜在优点是有能力制备二氧化硅纳米粒子在可固化树脂中的分散体，而在表面处理剂或分散剂与纳米复合材料、复合材料或制品的其他组分之间没有不利影响。本公开的上述
技术实现思路
并不旨在描述本公开的每个所公开的实施例或每种实施方式。以下具体实施方式更为具体地举例说明了示例性实施例。在本专利申请的全文的若干处，通过示例列表提供了指导，可以各种组合使用这些示例。在每种情况下，所引用的列表均仅用作代表性的组，并且不应被解释为排他性列表。附图说明图1是坐标图，给出了实例2a、实例3a、比较例6a、比较例7a、比较例8a和比较例9a、比较例10和比较例11各自在30℃和10s-1恒定剪切速率下随时间变化的粘度。图2A是比较例6a的扫描电镜(SEM)图。图2B是比较例6b的SEM图，其具有比图2A的SEM图更高的放大倍率。图3A是比较例7b的SEM图。图3B是比较例7b的SEM图，其具有比图3A的SEM图更高的放大倍率。图4A是比较例8b的SEM图。图4B是比较例8b的SEM图，其具有比图4A的SEM图更高的放大倍率。图5A是比较例9b的SEM图。图5B是比较例9b的SEM图，其具有比图5A的SEM图更高的放大倍率。图6A是实例2b的SEM图。图6B是实例2b的SEM图，其具有比图6A的SEM图更高的放大倍率。图7是坐标图，给出了实例2c、比较例6c、比较例9c、比较例14和比较例15各自的应变百分比与应力的关系。具体实施方式提供了包含球形热解二氧化硅纳米粒子的纳米复合材料、复合材料和制品，以及制备该纳米复合材料、复合材料和制品的方法。需要更有效的工艺来将二氧化硅纳米粒子结合到纳米复合材料和制品中。对于下面定义的术语的术语表，除非在权利要求书或说明书中的其他地方提供不同的定义，否则整个申请应都将应用这些定义。术语表在整个说明书和权利要求书中使用的某些术语虽然大部分为人们所熟知，但可能仍然需要作一些解释。应当理解，如本文所用的：如本说明书和所附实施例中所用的，除非内容清楚指示其他含义，否则单数形式“一个/一种”、“该”和“所述”包括多个指代物。因此，例如，参考包含两种或更多种化合物的混合物的“化合物”。如本说明书和所附实施例中所用的，除非内容清楚指示其他含义，否则术语“或”的含义通常包括“和/或”的含义。术语“和/或”意指两者之一或两者。例如，表达“A和/或B”意指A、B，或A和B的组合。如本说明书中所用的，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。除非另外指明，否则本说明书和实施例中所使用的表达量或成分、特性测量等的所有数值在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施例列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。在最低程度上并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施例的范围内的情况下，至少应根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的舍入技术来解释每个数值参数。术语“包括”及其变型形式在说明书和权利要求中出现这些术语的地方不具有限制的含义。词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本公开的实施例。然而，在相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合材料，所述纳米复合材料包含分散于可固化树脂中的球形热解二氧化硅纳米粒子；其中基于所述纳米粒子重量计，所述纳米复合材料包含少于2重量％的溶剂，并且其中所述纳米复合材料包含少于0.5重量％的分散剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.13 US 61/865,308;2013.11.27 US 61/909,575;1.一种纳米复合材料，所述纳米复合材料包含分散于可固化树
脂中的球形热解二氧化硅纳米粒子；其中基于所述纳米粒子重量计，
所述纳米复合材料包含少于2重量％的溶剂，并且其中所述纳米复合材
料包含少于0.5重量％的分散剂。
2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中所述二氧化硅纳
米粒子具有单峰粒度分布，所述单峰粒度分布包括在约1纳米至约500
纳米范围内的直径。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的纳米复合材料，其中所
述纳米复合材料包含基于所述纳米粒子重量计少于0.1重量％的分散
剂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纳米复合材料，所述纳
米复合材料还包含用于使所述球形热解二氧化硅纳米粒子的表面上的
硅醇基团与所述可固化树脂体系反应的催化剂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的纳米复合材料，所述纳
米复合材料还包含表面处理剂，所述表面处理剂包括有机硅烷、一元
醇、多元醇或它们的组合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纳米复合材料，所述纳
米复合材料还包含至少一种稀释剂，所述至少一种稀释剂包括单官能
或多官能缩水甘油醚或苯乙烯。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的纳米复合材料，所述纳
米复合材料还包含至少一种加工助剂，所述至少一种加工助剂选自固
化剂、固化促进剂、消泡剂、空气释放剂、交联剂、染料、阻燃剂、

\t颜料、抗冲改性剂和流动控制剂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的纳米复合材料，其中所
述可固化树脂包括环氧树脂、可固化酰亚胺树脂、乙烯基酯树脂、丙
烯酸树脂、二苯并环丁烷树脂、聚氰酸酯树脂或它们的混合物。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的纳米复合材料，其中所
述纳米复合材料包含约10重量％至约70重量％的所述二氧化硅纳米粒
子。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的纳米复合材料，所述纳
米复合材料还包含填料，所述填料包括增强连续纤维、增强不连续纤
维和中空玻璃泡中的至少一种，其中所述填料包括碳、玻璃、陶瓷、
硼、碳化硅、玄武岩、陶瓷、聚酰亚胺、...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·D·孔多，詹姆士·E·索尔森，杰里米·O·斯旺森，克里斯汀·L·通霍斯特，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US