包含基体聚合物和低石英含量层状粘土材料的聚合物纳米复合材料制造技术

本发明专利技术旨在提供一种包含熔体可加工基体聚合物和低石英含量层状粘土材料的聚合物－粘土纳米复合材料。本发明专利技术还旨在提供一种制备该聚合物－粘土纳米复合材料的方法以及由纳米复合材料生产的制品或产品。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及包含基体聚合物和层状粘土材料的聚合物-粘土纳米复合材料。该包含层状粘土材料的聚合物-粘土纳米复合材料可以在一般条件下进行加工同时获得低雾度和提高的氧阻隔性能。本专利技术还涉及由聚合物纳米复合材料生产的制品和涉及纳米复合材料的加工方法。
技术介绍
热塑性材料在饮料与易腐食品包装中的应用正在日益增长。塑料因它们的透明性、柔软性、韧性、高的气体阻隔性、轻质、可加工性和高光泽常常是食品与饮料包装的选用材料。包含含小片状颗粒的层状粘土材料的聚合物复合材料具有提高性能的潜力，包括提高气体阻隔性、热变形温度和模量。但是，已经发现，由聚合物-粘土纳米复合材料制成的薄膜与制品常常表现出更高的雾度。雾度的来源尚未确定，但小片状颗粒的聚集体、粘土中的杂质、结晶雾度、表面不均匀性等都会使雾度提高。与蒙脱土型粘土相关的杂质如石英无法被改性到与尼龙树脂分子相容。在容器制造工艺中纳米复合材料吹塑成型时，空隙一般围绕无机颗粒产生。这些空隙是引起发雾的原因。而且，包含材料高度取向或拉伸的加工方法，常导致出现空隙并增加雾度。对于透明度很重要的应用，如饮料包装，包括啤酒包装、薄膜等，空隙和雾度的存在有损美观，也会明显影响关注的物理性能，如气体阻隔性。在含聚合物-粘土复合材料的结构中，特别是取向结构中存在空隙与雾度会降低这类结构在美观与功能方面的适用性。因此希望大大降低由聚合物-粘土小片状颗粒纳米复合材料制得的制品中的雾度/空隙。因此，仍然需要这样一种聚合物-粘土纳米复合材料它能使由它制成的制品具有降低的雾度与空隙。同时也需要包含这种纳米复合材料的制品和结构，特别是取向的单层和/或多层结构。专利技术概述本专利技术一般地涉及聚合物-粘土纳米复合材料。本专利技术的纳米复合材料产生可接受且降低的雾度与空隙率，并具有因其中加入的含小片状颗粒的层状粘土材料而提供的改进的物理性能。降低的雾度与空隙率是通过减少层状粘土材料中的石英含量而实现的。如本文的具体实施和全面描述，本专利技术，在一个实施方案中，涉及一种包含熔体可加工基体聚合物和石英含量低于粘土材料重量约2.0重量％的层状粘土材料。在另一个实施方案中，本专利技术涉及一种低雾度多层制品，它包含(a)至少2层优选包含聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或其共聚物的结构聚合物层；以及(b)至少一层置于至少2个结构层之间的阻隔层，该阻隔层包含熔体可加工基体聚酰胺和加在其中的石英含量低于粘土材料重量约2.0重量％的层状粘土材料。在又一个实施方案中，本专利技术涉及一种制造聚合物-粘土纳米复合材料的方法，该方法包括下列步骤(i)形成一种包含齐聚体树脂与石英含量低于约2.0重量％粘土材料重量的层状粘土材料的浓缩物；以及(ii)熔体混合该浓缩物与一种熔体可加工基体聚合物，以形成聚合物-粘土纳米复合材料。在又一个实施方案中，本专利技术涉及一种降低含纳米复合材料制品中雾度的方法，该方法包括下列步骤(i)制备聚合物-粘土纳米复合材料，它包括下列步骤熔体混合熔体可加工基体聚合物与石英含量低于约2.0重量％粘土材料重量的层状粘土材料，以形成一种聚合物-粘土纳米复合材料；以及(ii)由该纳米复合材料模塑成制品，其中该制品的雾度比由含未纯化粘土纳米复合材料成型的制品低至少约4％。本专利技术的其它优点将部分在详述中包括随后的附图中提出，部分从这些详述中可见或可通过实施本专利技术获得。本专利技术的优点将通过尤其在所附权利要求中指出的要点及其组合来实现或达到。应该理解，前面的一般叙述或紧接的详述是本专利技术优选实施方案的举例与说明，对本专利技术不是限制性的，如权利要求所述。附图简述附图说明图1是说明粘土纯化和阳离子交换所用已知方法中各步骤实施方案的流程图。图2是由实施例3的纳米复合材料生产的制品壁层的100倍放大光学照片。图3是由对比实施例3的纳米复合材料生产的制品壁层的100倍放大光学照片。图4A是一种3层膜在双轴拉伸前的400倍放大光学照片，该膜有一层由对比实施例3的纳米复合材料形成的中间层。图4B是一种3层膜在双轴拉伸前的400倍放大光学照片，该膜有一层由对比实施例3的纳米复合材料形成的中间层。图5A是3层膜双轴拉伸后的400倍放大光学照片(在图4A的位置上)。图5B是3层膜双轴拉伸后的400倍放大光学照片(在图4B的位置上)。专利技术详述参考以下关于本专利技术的详述和其中提供的实施例会更容易理解本专利技术。应理解本专利技术并不限于所述的具体组分、制品、方法和/或条件，因为这些当然都可以改变。还应理解，本文所用的术语中只是为了用来描述特定具体实施方案而无意成为限制性的。还要指出，如本说明书和所附权利要求中所用，单数形式“一个”、“一种”和“这个”包括复数在内，除非上下文中清楚指出。例如，提到由本专利技术的纳米复合材料和方法制造的一个“制品”、“容器”或“瓶子”，意指包括许多个制品、容器或瓶子。范围在本文中可表示为从“约”或“大约”一个特定值和/或到“约”或“大约”另一个特定值。当表示这样一个范围时，另一个实施方案包括从一个特定值和/或到另一个特定值。同样，当数值用先行词“约”表示为近似值时，应理解特定值形成另一个实施方案。凡用于本说明书中，下面列出的术语将具有如下意思“层状粘土材料”、“层状粘土”、“层状材料”、“粘土材料”或“粘土”均指任何有机或无机材料或它们的混合物，如近晶型粘土矿，其形式是许多相邻的粘结层。该层状粘土包含小片状颗粒且一般是可溶胀的。“小片状”、“小片状颗粒”或“颗粒”将指层状粘土材料中各分立或聚集的非粘结层。这些层的形式可以是分立的小片状颗粒、小片状颗粒的有序或无序聚集体(局部取向胶)和/或局部取向胶的小聚集体。“分散”或“分散的”是指小片状颗粒很多种不同分离程度的一般术语。较高的分散程度包括，但不限于，“插层”和“剥离”。“插层的”或“插层”指一种层状粘土材料，它包括处理过或有机改性过的相邻小片状颗粒和/或局部取向胶之间的层间距有所增加的层状粘土材料。插层也叫做“有机粘土”。“剥离”或“剥离的”指大多以分立状态分散在载体材料如基体聚合物中的小片。一般地说，“剥离”用来指小片状颗粒的最高分离程度。“剥离法”指一种用来从一种插层或其它分散程度较低的分离状态形成剥离的方法。“纳米复合材料”指一种在其中分散了很多获自层状粘土材料的分立小片的聚合物和/或共聚物。“基体聚合物”指一种热塑性或热固性聚合物，粘土材料分散在其中形成纳米复合材料。本专利技术涉及聚合物-粘土复合材料，它们具有加入粘土小片颗粒所提供的改进的物理性能并产生所需应用可接受的较低雾度。如上所述，聚合物纳米复合材料中的粘土小片颗粒可能引起结晶、雾度和空隙的形成。不受任何理论的限制，相信聚合物-粘土纳米复合材料在薄膜拉伸或取向之类的加工中会因分散粘土颗粒周围基体聚合物的空隙和/或结晶而导致很高的雾度，这使聚合物纳米复合材料对于，例如食品包装应用，不大理想。拉坯吹塑现象甚至会在聚合物膜中形成空隙和孔洞，这将大大降低这些组合物在阻隔应用中的用途。在一个实施方案中，我们已发现，使用天然纯粘土和/或经纯化过程纯化过，从而从粘土中选择性地除去了能造成雾度和空隙的包括石英在内的一些杂质的粘土，能产生一种新颖的聚合物-粘土复合材料组合物，与前述聚合物-粘土小片颗粒组合物相比，它们能导致雾度和空隙的减少(如由光学显微镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物－粘土纳米复合材料，它包含（ｉ）熔体可加工基体聚合物，并在其中加入（ｉｉ）层状粘土材料，其石英含量低于粘土材料重量的约２．０重量％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S巴格罗迪亚，LT格尔米纳里奥，JW吉尔默，T蓝，V普斯霍吉奥斯，
申请(专利权)人：南卡罗来纳州大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]